而使用外控型时，需要在锥阀芯上腔与气源间的通道上加上密封塞，拆除一个阀盖丝堵并接通外部高压控制气体即可。其工作原理与内控型相同。

由于该阀独特的结构使阀芯受到的气体压力可以上下抵消，气源压力可达10MPa。

综上可见，阀体结构对其性能起到了决定性作用。

1.3  电磁铁结构及工作原理研究现状

     车载开关阀由于使用工况限定，目前必然要采用电磁铁来作为驱动原件。传统的电磁铁主要有以下几种形式：

图1.5  传统电磁铁主要形式

不同型式的电磁铁的吸力特性相去甚远，从左往右依次为拍合式、盘式、螺管式、带凸台螺管式、E式以及转动式电磁铁。

电磁铁型式的决定，是保证电磁铁能够大小合适，同时保证工作的关键。

在传统电磁铁形式的基础上，人们研究出了如下结构形式的电磁铁。

        图1.6  环形多极E型磁铁                        图1.7  DISOLE电磁铁

    如图 1.6 所示，是美国Ford公司基于E型发展出的环形多磁极磁铁[7]。它的静铁心可以看成是把平面的多个连续E型电磁铁芯首尾相连围成圆柱。局部看每个有线圈的铁芯与其左右的铁芯都能构成一个E型电磁铁。电磁铁主体采用进行退火处理的低碳钢材料。 

    如图 1.7所示，是日本Zexel,的DISOLE电磁铁[8]。在盘装磁铁的基础上，用多个小环形沟槽代替了一个大沟槽，间隔的线圈中电流相反，这样使得磁路短且分布均匀，减少了磁漏；与传统盘式比，线圈接触面大，散热性强，可以长时间工作。

1.4  本文主要内容

    本课题提出的设计目标是在气源压力为20Mpa下，要求阀门：开启响应15ms,关闭响应20ms，最大流量达到500L/min。希望在设计出极高压工作条件下，流量很大的开关阀，同时保持较快的响应时间。可以使得气动系统的能量使用效率更高。

   本文主要的任务的内容为：

查阅相关资料、文献，对各种开关阀的工作原理、设计方法和要求进行了解，结合高压大流量的要求，确定高压气体大流量开关阀的运行原理，初步设计选择合理的阀体流道结构。根据所给的响应要求，选择电磁阀的行程和阀芯，设计电磁铁结构及尺寸，掌握电磁力的计算。

利用有限元分析软件（ANSOFT MAXWELL），建立电磁铁的有限元模型，对阀门电磁铁的磁场进行有限元分析，精确计算电磁力，确定通电电流大小，对线圈圈数和电磁铁结构参数进行优化；采用有限元方法分析铁芯的电磁场确定电磁铁芯结构参数，以及其对电磁力和响应特性的影响。

利用SolidWorks自带的有限元分析插件Simulation对开关阀流场进行仿真分析，分析其流量特性和效能，确定其能量损失处和原因；根据气压传动与控制基础相关理论、开关阀的流道结构和特征，以及流场仿真分析结果改进优化开关阀结构。

结合所学机械设计相关的基础知识，应用三维设计软件进行详细的零部件、机械结构设计，同时考虑设计的工程性，即加工工艺，生产装配要求，使方案可行、设计合理以减轻阀门整体重量；建立三维模型，出工程图。