I. Основната функция наЕлектромагнитни вентили
Електромагнитният клапан, като ключов компонент за електро{0}}пневматичното преобразуване, носи отговорността за ефективното преобразуване на електрически сигнали в пневматични сигнали. След получаване на инструкцията за управление, електромагнитният клапан може точно да освободи, спре ИЛИ да промени посоката на потока на сгъстения въздух, като по този начин постигне множество функции, включително контрол на посоката на действие на компонента на пневматичния задвижващ механизъм, превключвател за ВКЛ./ИЗКЛ. контрол на количеството, И ИЛИ/НЕ/И логическо управление. Сред различните видове електромагнитни вентили, електромагнитният управляващ насочващ клапан заема основна позиция и играе решаваща роля.
II. Принцип на работа на електромагнитния управляващ насочващ клапан
В пневматичните системи електромагнитният управляващ насочващ клапан играе решаваща роля. Той отговаря за контролирането на отварянето и затварянето на канала за въздушен поток или за промяната на посоката на потока на сгъстения въздух. Неговият основен принцип на работа разчита на електромагнитната сила, генерирана от електромагнитната намотка. Тази сила ще задвижи ядрото на клапана да превключи, като по този начин ще постигне целта за обръщане на въздушния поток. Според различните начини, по които частта за електромагнитно управление натиска насочващия клапан, управляващите насочващи клапани с електромагнитно управление могат да бъдат разделени на два типа: директно-действащи и пилотно-управляеми. Директните-действащи електромагнитни клапани директно използват електромагнитна сила, за да задвижат сърцевината на клапана да обърне посоката, докато пилотно-управляваните управляващи клапани разчитат на налягането на пилотния въздух, генерирано от електромагнитния пилотен клапан, за да задвижат сърцевината на клапана, за да постигнат реверсиране.
Фигура 1 показва опростен изглед на напречно-сечение на 3/2 (три-дву-позиция) директно-действащ електромагнитен клапан (нормално отворен тип) и неговия принцип на работа. Когато бобината е захранена, статичната желязна сърцевина ще генерира електромагнитна сила и тази сила ще тласне сърцевината на клапана да се движи нагоре. Докато сърцевината на клапана се издига, уплътнението се повдига, като по този начин свързва портове 1 и 2, като същевременно разединява портове 2 и 3. В този момент клапанът е в състояние на всмукване и може да контролира движението на цилиндъра. След като захранването бъде прекъснато, ядрото на клапана ще разчита на възстановителната сила на пружината, за да се върне в първоначалното си състояние, т.е. портове 1 и 2 са изключени, докато портове 2 и 3 са свързани. По този начин клапанът е в изпускателно състояние.
Фигура 2 показва опростен изглед на напречно-сечение на 5/2 (пет-дву-позиция) директно-действащ електромагнитен клапан (нормално отворен тип) и неговия принцип на работа. В първоначалното състояние всмукването на въздух става през портове 1 и 2, докато изпускането се извършва през портове 4 и 5. Когато бобината е захранена, статичното желязно ядро генерира електромагнитна сила. Тази сила ще задвижи пилотния клапан да работи и след това сгъстеният въздух ще навлезе в пилотното бутало на клапана през въздушния път, карайки буталото да стартира. В средата на буталото уплътнителната кръгла повърхност отваря канала. По това време въздухът поема от портове 1 и 4, докато въздухът се изпуска от портове 2 и 3. След като захранването бъде прекъснато, пилотният клапан ще разчита на възстановяващата сила на пружината, за да се върне в първоначалното си състояние.
След това нека поговорим за функцията на електромагнитния клапан. Функцията на електромагнитния вентил е представена с две числа: M и N, което се нарича електромагнитен вентил с позиция M-path N-. Сред тях "N позиция" представлява позицията на превключване на насочващия управляващ вентил, т.е. състоянието на вентила. Броят на позициите на вентила е стойността на N. Например, дву-позиционен вентил има две опции за позиция, тоест има две състояния. Три-позиционният вентил има три опции за позиция, т.е. има три различни състояния. "М пътят" показва броя на външните интерфейси на клапана, включително входа за въздух, изхода за въздух и изпускателния порт. Броят на пътищата е стойността на М.
Вземете клапана на фигура 1 като пример. Това е електромагнитен клапан с директно-действие 3/2, т.е. клапанът има две позиции, а именно състояния „включено“ и „изключено“. В същото време има три отвора за въздух: 1 е входът за въздух, 2 е изходът за въздух и 3 е изпускателният отвор.
Анализ на дихателните пътища на електромагнитната клапа
В левия край на диаграмата на газовия път символът най-вляво обикновено представлява долната пружина. Средната част е тялото на клапана, което съдържа ключовата информация за определяне на типа на електромагнитния вентил. Например, двете полета на фигурата показват, че това е дву-позиционен електромагнитен вентил, докато A/B/R/P/S представляват позициите на отворите на тялото на клапана, тоест пет-пътния вентил. Следователно този електромагнитен клапан е дву-позиционен пет{6}}пътен електромагнитен клапан. По същия начин можем да определим броя на битовете и броя на проходите на електромагнитния клапан чрез броя на отворите и броя на кутиите.
В допълнение, диаграмата на газовия път също показва маршрутите на работа на газовия път, когато захранването е изключено и когато захранването е включено. Когато захранването бъде прекъснато, въздушният път влиза през отвор P, действа върху задвижващия механизъм през отвор A, след това преминава през отвор B и накрая се изпуска от отвор S, докато отвор R остава затворен. Когато е включен, пътят на въздуха също влиза от отвор P, но в този момент въздухът се изпуска от отвор B, действа върху задвижващия механизъм и преминава през отвор A, и накрая се изпуска от отвор R, докато отвор S е затворен.
Дясната част на Фигура 3 обикновено представлява намотки или пилотни малки клапани, които играят важна роля в работата на електромагнитните клапани. Чрез тълкуване на тези диаграми на дихателните пътища можем да придобием по-задълбочено разбиране на принципа на работа на соленоидния клапан и работата на дихателните пътища при различни условия.
Фигура 4 показва електрическата схема на пневматичния електромагнитен клапан. Електрическата схема е ключът към разбирането на принципа на работа на електромагнитен вентил. Той ясно изобразява бобината, контактите и връзката на връзката с други електрически компоненти. Като наблюдаваме електрическата схематична диаграма, можем да придобием по-задълбочено разбиране на електрическите промени на електромагнитния клапан, когато той се включва и изключва, като по този начин по-добре разбираме неговите работни характеристики.
Ив. Избор на единични-управляващи електромагнитни вентили и двойни-управляващи електромагнитни клапани
Единичният електрически управляван електромагнитен вентил, както подсказва името му, е оборудван само с една бобина. Когато се включи, той ще се промени и ще влезе в друго състояние. Когато захранването бъде прекъснато, той автоматично ще се върне в първоначалното си състояние. Този принцип на работа е показан на Фигура 5. За разлика от това, двойният електро-управляван електромагнитен вентил е оборудван с две намотки. Чрез контролиране на енергийните състояния на различни намотки, той може да постигне множество превключватели и все още да поддържа предишното си състояние след изключване на захранването, както е показано на Фигура 6. Тази функционална разлика директно определя различните им избори в практически приложения.
Фигури 5 и 6 демонстрират принципите на работа на единични-управляващи електромагнитни клапани и двойни-управляващи електромагнитни клапани. Когато правите избор, ако времето за обръщане на вентила е сравнително кратко, един-единствен-управляващ електромагнитен клапан е достатъчен, за да се справи. Въпреки това, ако времето за комутация е дълго, бобината трябва да бъде непрекъснато включена, което може да доведе до нагряване на бобината поради продължително включване-в захранването и дори до изгаряне. За да се избегне тази ситуация, може да се избере двоен-регулиращ вентил. Освен това, ако функцията за нулиране трябва да бъде постигната след прекъсване на захранването, по-подходящ е един електромагнитен вентил с електрическо управление. Ако е необходимо да се поддържа текущото състояние след спиране на захранването, по-подходящ е двоен-управляващ електромагнитен клапан.
V. Разлики и приложения между пилотно-управляеми електромагнитни клапани и директно-действащи електромагнитни клапани
Сред видовете електромагнитни клапани пилотно-управляваните и директно-действащите са два често срещани типа. Те се различават по принципи на работа и сценарии на приложение. Пилотно-управляваните електромагнитни клапани превключват между газ и течност през направляващи отвори, докато директно-действащите електромагнитни клапани разчитат на разликите в налягането, за да контролират движението на сърцевината на клапана. Тази разлика прави всеки от двата вида електромагнитни вентили със своите предимства, когато отговаря на различни индустриални изисквания. Например, в някои ситуации, които изискват бърза реакция и висока чувствителност, директно{8}}действащите електромагнитни клапани може да са по-подходящи. В ситуации, когато се изисква фино управление и по-ниска консумация на енергия, пилотно{10}}управляваните електромагнитни клапани може да имат предимство.
Структурният дизайн на директно{0}}действащите електромагнитни клапани е относително прост. Техният принцип на работа разчита главно на електромагнитната сила, за да задвижи директно ядрото на клапана да действа. Този дизайн обаче има и два основни недостатъка. Първо, поради голямото търсене на електромагнитна сила, обемът на електромагнитната бобина се увеличава съответно, което от своя страна води до по-висока консумация на енергия. Второ, директно{5}}действащите електромагнитни клапани са относително чувствителни към налягане. Когато налягането превиши определена граница (обикновено над 0,7 MPA), много електромагнитни клапани с директно{8}}действие не могат да функционират правилно. Това се дължи главно на прекалено високото налягане, действащо върху сърцевината на клапана, което затруднява електромагнитната сила да задвижи сърцевината на клапана да работи. Въпреки това електромагнитните клапани с директно{11}}действие също имат своите предимства: проста структура, достъпна цена и нисък процент на повреда.
2. Пилотно-управлявания електромагнитен клапан е гениално проектиран. Той изоставя традиционното задвижване с електромагнитна сила и вместо това използва въздушно налягане, за да задвижи ядрото на клапана да действа. За електромагнитни вентили с диаметър над 4 мм те обикновено се състоят от пилотен клапан и главен клапан. След като електромагнитният клапан се включи, пилотният клапан ще се отвори и ще управлява отварянето на главния клапан чрез своя изходен сигнал. Струва си да се отбележи, че основният клапан всъщност е пневматичен управляващ клапан и неговата работа изисква координирано действие на два източника на въздух: единият е източникът на въздух на главния клапан, а другият е източникът на въздух на пилотния клапан.
Ако основният източник на въздух доставя въздух към пилотния клапан през вътрешния въздушен канал на електромагнитния клапан, този дизайн се нарича вътрешен пилотен тип. Ако пилотният клапан се захранва с газ от източник, независим от главния източник на газ, той се нарича външен пилотен тип. На Фигура 8 лявата страна показва пример на външен пилотно-управляван електромагнитен клапан, докато дясната страна показва пример на вътрешен пилотно-управляван електромагнитен клапан.
Физическото сравнение между вътрешния и външния кабел е показано на следващата фигура.
Тези два вида електромагнитни клапани, а именно вътрешен пилот и външен пилот, често съществуват едновременно в една и съща система. Обикновено вътрешният пилот вече може да отговори на нуждите на повечето случаи. Въпреки това, при някои специфични обстоятелства външното лидерство става още по-необходимо. Например, когато налягането на източника на газ на главния клапан варира и може да падне под 0,2 MPA, или когато е във вакуумна среда, тъй като източникът на газ на пилотния клапан не може да бъде споделен с този на главния клапан, в противен случай това може да доведе до невъзможност за отваряне на главния клапан. В този момент е необходим независим източник на въздух с налягане над 0,2 MPA, за да захрани пилотния клапан. В допълнение, когато разликата в налягането между входа и изхода на въздуха е значителна или когато налягането в главния дихателен път надвишава 1MPA, вътрешният пилот може да се наложи да увеличи структурния обем чрез директно натоварване на налягането в дихателния път върху сърцевината на клапана. Външният пилот решава проблема чрез директно въвеждане на един газов канал в пилотния порт без необходимост от добавяне на електромагнитен клапан; трябва да се добави само тръба за въздух.
В заключение, пилотно{0}}управляваните електромагнитни клапани имат предимствата на малки електромагнитни глави и ниска консумация на енергия. Той е естетичен и спестява място за монтаж. Междувременно генерира по-малко топлина и има забележителен-енергоспестяващ ефект. По-важното е, че поради ниското генериране на топлина, бобината е по-малко вероятно да изгори и може да бъде включена дълго време. Това е особено важно при практически приложения. Например, мощността на някои електромагнитни вентили от SMC е намалена до 0,1 W, което позволява непрекъснато захранване без прегряване. Диапазонът на мощността на електромагнитните клапани с директно-действие е 4-20 W, с относително кратко време-включване. Освен това честото-включване крие риск от прегаряне. Следователно, в ситуации, в които се изисква захранване за дълги периоди или при високи честоти, пилотно{17}}управляваните електромагнитни клапани стават предпочитан избор. Всъщност повечето от често използваните електромагнитни клапани в днешно време са с пилотен{19}}управляем дизайн. Сред електромагнитните клапани, които позволяват преминаването само на течности, тези с директно действие все още представляват определен дял. Това се дължи главно на факта, че примесите в течността могат да запушат тесните канали на пилотния клапан.
След това ще разгледаме трите типа три{0}}позиционни пет{1}}пътни електромагнитни вентили: средно-запечатани, средно-вентилирани и средно-налягане, както и техните приложения. Този тип електромагнитен вентил използва двойни електрически управляващи бобини. Когато нито един от двата електромагнита не е захранен, сърцевината на клапана ще бъде в средно положение под балансираното натискане на пружините от двете страни. В този момент включено-изключено състояние на газовия път в електромагнитния клапан ще определи специфичния му тип - средно уплътнение, средно вентилиране или средно налягане. Ще анализираме принципите и сценариите на приложение на тези три типа един по един.
1. Анализ на състоянието на средното уплътнение: Когато нито една от двете намотки не е захранена, налягането в предната и задната камера на цилиндъра ще остане в състоянието, след като намотките бъдат изключени от напрежението и няма да се промени. В същото време отворите за всмукване и изпускане на въздух са затворени. Въпреки това, поддържането на това състояние за дълго време може постепенно да доведе до загуба на баланс поради малки течове. Схематичната диаграма е показана на (Фигура 10).
Поради свиваемостта на газа и факта, че пневматичните компоненти като цилиндри, клапани и съединения на газопроводи не могат да бъдат напълно-свободни от течове, цилиндърът не може да се поддържа стабилно в междинна позиция за спиране за дълго време. Това балансирано състояние постепенно ще се загуби с течение на времето, което ще доведе до намаляване на точността на позициониране на цилиндъра. Въпреки това, за тези работни условия, при които точността на позициониране на цилиндъра не е много изисквана и времето за спиране е сравнително кратко, средният-запечатан цилиндър все още може да се обмисли за използване.
2. Метод на средно изпразване: Когато нито една от двете бобини не е захранена, няма налягане в предната и задната камери на цилиндъра и отворът за всмукване на въздух остава затворен в същото време. В този момент налягането в предната и задната камера на цилиндъра ще бъде изпуснато през двата изпускателни отвора на соленоидния клапан. Принципът му на работа може да се види на фигура 11.
В сравнение със средния-запечатан клапан, дизайнът на средната-нагнетателна верига може да осигури по-дълго средно-време за спиране. В сценарии, при които цилиндърът трябва да се движи вертикално, времето за средно-спиране е сравнително дълго, но изискването за точност на позициониране не е много строго, веригата за средно-освобождаване е избор, който си заслужава да бъде разгледан.
3. Състояние на средно налягане: Когато нито една от двете намотки не е захранена, налягането в предната и задната камери на цилиндъра ще остане в състоянието, когато предишната намотка е изключена, и ще бъде приложено непрекъснато налягане, за да се гарантира, че налягането в предната и задната камери на цилиндъра е в съответствие с това във всмукателния край. В този момент входът за въздух е отворен, докато изпускателният отвор е затворен. Принципът на работа е показан на фигура 12.
Ако цилиндърът не е подложен на аксиално външно натоварване, буталото ще остане в балансирано състояние и по този начин точно ще остане във всяка позиция по време на хода. Характеристиките на тази верига изискват цилиндърът да бъде монтиран хоризонтално. Следователно, при работни условия, при които се изисква високо-прецизно позициониране и няма аксиална външна сила на натоварване, се препоръчва да се използва клапан за средно-налягане в комбинация с цилиндър с двоен бутален прът.
