基于田口法的比例电磁铁极靴结构优化研究

doi:10.3901/JME.2024.08.329

机械工程学报 ›› 2024, Vol. 60 ›› Issue (8): 329-336.doi: 10.3901/JME.2024.08.329

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基于田口法的比例电磁铁极靴结构优化研究

杨柳^1,2, 高天雄¹, 宋颜和¹, 孔祥东¹, 张世林³

1. 燕山大学机械工程学院秦皇岛 066004;
2. 燕山大学起重机械关键技术全国重点实验室秦皇岛 066004;
3. 广州汇通精密液压有限公司广州 511300

收稿日期:2023-03-20 修回日期:2023-11-20 出版日期:2024-04-20 发布日期:2024-06-17
作者简介:杨柳,男,1988年出生,博士,讲师。主要研究方向为高性能比例电磁铁、高精度位置控制系统、起重机械智能化。E-mail:yangliu_ysu@ysu.edu.cn;高天雄,男,1998年出生,硕士研究生。主要研究方向为高性能比例电磁铁、电液伺服泵控系统、高精度位置控制系统。E-mail:gaotianxiong2022@163.com;孔祥东(通信作者),男,1959年出生,教授。主要研究方向为电液伺服控制系统、机械电子工程。E-mail:xdkong@ysu.edu.cn
基金资助:
国家自然科学基金资助项目(52305073)。

Study on Structure Optimization of Proportional Solenoid Pole Shoe Based on Taguchi Method

YANG Liu^1,2, GAO Tianxiong¹, SONG Yanhe¹, KONG Xiangdong¹, ZHANG Shilin³

1. School of Mechanical Engineering, Yanshan University, Qinhuangdao 066004;
2. State Key Laboratory of Crane Technology, Yanshan University, Qinhuangdao 066004;
3. Guangzhou Huitong Precision Hydraulic Co., Ltd., Guangzhou 511300

Received:2023-03-20 Revised:2023-11-20 Online:2024-04-20 Published:2024-06-17

摘要/Abstract

摘要： 比例电磁铁作为比例阀中最关键的电-机械转换器，其位移-力线性度的优劣直接影响智能液压系统的精度，但是目前现有的比例电磁铁普遍存在位移-力线性度差、比例转换精度低等问题。针对此类问题，以比例电磁铁位移-力线性度为优化目标，结合田口法开展优化设计研究。首先，建立比例电磁铁输出电磁力数学模型，明确位移-力特性与极靴结构参数的映射关系。其次，基于衔铁4个典型位置下(0、d/4、d/2、d，d为衔铁行程长度)不同极靴结构参数的输出电磁力数值解，采用田口法得到所研究比例电磁铁关键结构参数的最优组合。最后，加工比例电磁铁样机，对比优化前后位移-力线性度的方差。结果表明，优化后的比例电磁铁位移-力线性度相比于优化前提升15.56%，验证了仿真模型的正确性和研究方法的可行性。研究成果对智能液压系统用比例电磁铁电磁性能的提升具有重要的指导意义。

关键词: 比例电磁铁, 田口法, 电磁力, 结构优化, 静态特性

Abstract: Proportional electromagnet acts as the most critical electro-mechanical converter in proportional valve. The intelligent electro-hydraulic control system accuracy depends on the displacement-force linear level. However, the proportional electromagnets generally exist the problems of poor linearity of displacement-force and low accuracy of proportional conversion. To solve such problems, the displacement-force linearity of proportional electromagnet is taken as the optimization objective and carried out in combination with Taguchi method. Firstly, the mathematical model of the output electromagnetic force of the proportional electromagnet is established, and the mapping relationship between the displacement-force characteristics and the structural parameters of the pole shoe is clarified. Secondly, based on the numerical results of the output electromagnetic force of different pole shoe structure parameters at four typical positions of the armature (0, d/4, d/2, d, d means the armature stroke length), the optimal combination of the key structural parameters of the proportional electromagnet is obtained through Taguchi method. Finally, the prototypes of the proportional electromagnet are manufactured, and the variance of the displacement-force linearity before and after optimization is compared. The results show that the displacement-force linearity of the optimized proportional electromagnet is increased by 15.56%, which verifies the correctness of the simulation model and the feasibility of the research method. The research results provide significant guidelines for electromagnetic performance improvement of proportional electromagnet used for intelligent hydraulic systems.

Key words: proportional electromagnet, Taguchi method, electromagnetic force, structural optimization, static characteristic

中图分类号:

V228

杨柳, 高天雄, 宋颜和, 孔祥东, 张世林. 基于田口法的比例电磁铁极靴结构优化研究[J]. 机械工程学报, 2024, 60(8): 329-336.

YANG Liu, GAO Tianxiong, SONG Yanhe, KONG Xiangdong, ZHANG Shilin. Study on Structure Optimization of Proportional Solenoid Pole Shoe Based on Taguchi Method[J]. Journal of Mechanical Engineering, 2024, 60(8): 329-336.

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Study on Structure Optimization of Proportional Solenoid Pole Shoe Based on Taguchi Method

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