基于双电磁铁结构的新型电磁阀研究
应之丁，夏健博，高立群
(同济大学铁道与城市轨道交通研究院，上海201804)
为满足列车对真空制动电磁阀的性能要求，提高电磁阀关闭阶段的灵敏度，提出一种双电磁铁结构电磁阀，采用电磁场有限元软件对其进行建模仿真，并具体分析其结构对静动态情况下电磁场分布及运动规律的影响。结果表明，该种类型电磁阀能有效提高灵敏度，同时也可有效降低电磁力在开闭阶段末期对线架组件的冲击。
电控制动电磁阀是列车电空制动系统的核心部件。列车制动系统通过电磁阀实现电控指令转换为压力空气的制动力，完成电空制动。因此电磁阀的工作特性和性能直接影响列车的制动性能。
电控制动电磁阀通过电磁铁与弹簧的组合作用实现开启与关闭。以长沙某公司的NDB007A 型电磁阀为例，通过分析发现其电控制动电磁阀关闭阶段响应时间较长，有必要设计新型电磁阀结构，以降低电磁阀关闭阶段的响应时间，提高其灵敏度。本文提出了新型电磁阀结构设计方案模型，利用AnsoftMaxwell电磁仿真软件对其进行静态与动态性能分析，并进行了进一步深化研究。
1结构选型
在满足电磁阀各项性能要求的前提下，减少电磁阀关闭阶段响应时间，提高电磁阀关闭阶段的灵敏度，是电控制动电磁阀设计过程中需要着重考虑的因素。由于双电磁铁结构电磁阀可以在电磁阀的开启与关闭阶段都存在电磁力的作用，完全可以提高电磁阀关闭阶段的响应时间，故设计、选型时选择双电磁铁结构电磁阀，如图1 所示。
双电磁铁结构电磁阀采用上下布置电磁铁的方式，在开启阶段，上方电磁铁工作，克服弹簧力做功；关闭阶段，下方电磁铁工作，与弹簧力作用方向一致，等到电磁阀完全关闭后，电磁铁停止工作。由于关闭阶段是电磁力和弹簧力共同作用，因此能够减少电磁阀关闭阶段的响应时间。同时电磁铁的横向布置结构也有效减小了电磁阀的体积。
2电磁场分析理论及建模
选定方案后在AnsoftMaxwell 2D中建立相应的电磁阀模型。在静磁场求解器中，矢量磁位〖WTHX〗A〖WTBZ〗需要满足相应的场方程：
Jz(x,y)={1μr μ［Az(x,y)］}中：Az(x,y)为矢量磁位z轴分量；Jz(x,y)为电流流动的截面密度；μr为求解域中材料的相对磁导率；μ为真空中的磁导率。
将式（1）应用到有限元数值计算中，可以很容易求得矢量磁位A，通过B=A和H=Bμrμ0即可求得静磁场的磁感应强度和磁场强度等物理量。
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作者简介：〖HTSS〗应之丁（1965—），男，浙江杭州人，同济大学副教授、硕士生导师，工学博士，主要研究方向为机车车辆制动。
（文章来源《机械设计与制造工程》杂志如需详细资料请联系江苏机械门户网客服QQ:2980918915,电话025-83726289）
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