I. Основная функцияЭлектромагнитные клапаны
Соленоидный клапан, являющийся ключевым компонентом электро-преобразования, отвечает за эффективное преобразование электрических сигналов в пневматические. После получения команды управления электромагнитный клапан может точно отпустить, остановить ИЛИ изменить направление потока сжатого воздуха, тем самым выполняя множество функций, включая управление направлением действия компонента пневматического привода, управление количеством переключателей ВКЛ/ВЫКЛ, логическое управление И ИЛИ/НЕ/И. Среди различных типов электромагнитных клапанов электромагнитный распределительный клапан занимает центральное место и играет решающую роль.
II. Принцип работы электромагнитного гидрораспределителя
В пневматических системах решающую роль играет электромагнитный гидрораспределитель. Он отвечает за управление открытием и закрытием канала воздушного потока или изменение направления потока сжатого воздуха. Его основной принцип работы основан на электромагнитной силе, создаваемой электромагнитной катушкой. Эта сила заставит сердечник клапана переключиться, тем самым достигая цели изменения направления воздушного потока. В соответствии с различными способами, с помощью которых часть электромагнитного управления толкает гидрораспределитель, гидрораспределители с электромагнитным управлением можно разделить на два типа: прямого-действия и пилотного-управления. Электромагнитные клапаны прямого-действия напрямую используют электромагнитную силу для поворота сердечника клапана в обратном направлении, в то время как направляющие клапаны с пилотным-управлением полагаются на давление пилотного воздуха, создаваемое электромагнитным пилотным клапаном, чтобы привести сердечник клапана в движение реверса.
На рис. 1 показан простой-вид в разрезе 3/2 (трех-двух-позиционных) электромагнитного клапана прямого-действия (нормально открытого типа) и принцип его работы. Когда на катушку подается напряжение, статический железный сердечник будет генерировать электромагнитную силу, и эта сила заставит сердечник клапана двигаться вверх. Когда сердечник клапана поднимается, прокладка поднимается, таким образом соединяя порты 1 и 2 и отсоединяя порты 2 и 3. В этот момент клапан находится во впускном состоянии и может управлять движением цилиндра. После отключения питания сердечник клапана будет полагаться на восстанавливающую силу пружины, чтобы вернуться в исходное состояние, то есть порты 1 и 2 отключаются, а порты 2 и 3 соединяются. Таким образом, клапан находится в выпускном состоянии.
На рис. 2 показан простой-вид в разрезе 5/2 (пяти-ходового, двух-позиционного) электромагнитного клапана прямого-действия (нормально открытого типа) и принцип его работы. В исходном состоянии забор воздуха происходит через порты 1 и 2, а выхлоп осуществляется через порты 4 и 5. Когда на катушку подается напряжение, статический железный сердечник генерирует электромагнитную силу. Эта сила заставит пилотный клапан сработать, а затем сжатый воздух поступит в пилотный поршень клапана по воздушному пути, вызывая запуск поршня. В середине поршня уплотнительная круглая поверхность открывает канал. В это время воздух всасывается из портов 1 и 4, а воздух выпускается из портов 2 и 3. После отключения питания пилотный клапан будет полагаться на восстанавливающую силу пружины, чтобы вернуться в исходное состояние.
Далее поговорим о функции электромагнитного клапана. Функция электромагнитного клапана представлена двумя числами: M и N, который называется электромагнитным клапаном положения M-путь N-. Среди них «положение N» представляет положение переключения гидрораспределителя, то есть состояние клапана. Число положений клапана равно значению N. Например, двухпозиционный клапан имеет два варианта положения, то есть два состояния. Трех-позиционный клапан имеет три варианта положения, то есть три разных состояния. «Путь M» указывает количество внешних интерфейсов клапана, включая впускное, выпускное и выпускное отверстия для воздуха. Количество путей представляет собой значение М.
В качестве примера возьмем клапан, показанный на рисунке 1. Это электромагнитный клапан прямого-действия 3/2, то есть клапан имеет два положения: «включено» и «выключено». В то же время он имеет три воздушных отверстия: 1 — впускное отверстие для воздуха, 2 — выпускное отверстие для воздуха и 3 — выпускное отверстие.
Анализ электромагнитного клапана воздуховода
В левом конце схемы газового тракта символ в крайнем левом углу обычно обозначает нижнюю пружину. Средняя часть — это корпус клапана, который содержит ключевую информацию для определения типа электромагнитного клапана. Например, два прямоугольника на рисунке обозначают, что это двух-соленоидный клапан A, а A/B/R/P/S обозначают положения отверстий в корпусе клапана, то есть пятиходовой-клапан. Таким образом, этот электромагнитный клапан представляет собой двух-пяти-ходовой электромагнитный клапан. Аналогичным образом мы можем определить количество бит и количество проходов электромагнитного клапана по количеству отверстий и количеству коробок.
Кроме того, на схеме газового тракта также показаны маршруты работы газового тракта при выключенном и включенном питании. При отключении питания воздушный поток входит через отверстие P, воздействует на привод через отверстие A, затем проходит через отверстие B и, наконец, выбрасывается из отверстия S, в то время как отверстие R остается закрытым. При включении воздушный канал также поступает из отверстия P, но в это время воздух выпускается из отверстия B, воздействуя на привод и проходя через отверстие A, и, наконец, выходит из отверстия R, пока отверстие S закрыто.
Правая часть рисунка 3 обычно представляет катушки или небольшие пилотные клапаны, которые играют важную роль в работе электромагнитных клапанов. Интерпретируя эти схемы дыхательных путей, мы можем получить более глубокое понимание принципа работы электромагнитного клапана и работы дыхательных путей в различных условиях.
На рисунке 4 показана электрическая принципиальная схема пневматического электромагнитного клапана. Электрическая принципиальная схема является ключом к пониманию принципа работы электромагнитного клапана. На нем четко изображены катушка, контакты и взаимосвязь соединений с другими электрическими компонентами. Наблюдая за электрической принципиальной схемой, мы можем получить более глубокое понимание электрических изменений электромагнитного клапана при включении и выключении, тем самым лучше понимая его рабочие характеристики.
Ив. Выбор одинарных-управляющих электромагнитных клапанов и двойных-управляющих электромагнитных клапанов
Одиночный электромагнитный клапан с электрическим управлением, как следует из названия, оснащен только одной катушкой. При включении он изменится и перейдет в другое состояние. Когда питание отключается, оно автоматически возвращается в исходное состояние. Этот принцип работы показан на рисунке 5. Напротив, двойной электромагнитный клапан с электро-управлением оснащен двумя катушками. Управляя состояниями возбуждения различных катушек, он может выполнять несколько переключений и при этом сохранять предыдущее состояние после выключения питания-, как показано на рисунке 6. Это функциональное различие напрямую определяет их различный выбор в практическом применении.
На рисунках 5 и 6 показаны принципы работы электромагнитных клапанов с одинарным-управлением и электромагнитными клапанами с двойным-управлением. При выборе, если время реверса клапана относительно короткое, для его управления достаточно одного-управляющего электромагнитного клапана. Однако если время коммутации велико, катушку необходимо постоянно включать, что может привести к нагреву катушки из-за длительного включения питания-и даже к ее перегоранию. Чтобы избежать этой ситуации, можно выбрать двойной-регулирующий клапан. Кроме того, если необходимо выполнить функцию сброса после сбоя питания, более подходящим является один электромагнитный клапан с электрическим управлением. Если необходимо поддерживать текущее состояние после сбоя питания, более подходящим является двойной-управляющий электромагнитный клапан.
V. Различия и применение электромагнитных клапанов с пилотным-управлением и электромагнитных клапанов прямого-действия
Среди типов электромагнитных клапанов наиболее распространены два типа пилотного-управления и прямого-действия. Они различаются принципами работы и сценариями применения. Электромагнитные клапаны с пилотным-управлением переключаются между газом и жидкостью через пилотные отверстия, тогда как электромагнитные клапаны-прямого действия управляют движением сердечника клапана за счет разницы давления. Из-за этой разницы каждый из двух типов электромагнитных клапанов имеет свои преимущества при удовлетворении различных промышленных потребностей. Например, в некоторых ситуациях, требующих быстрого реагирования и высокой чувствительности, более подходящими могут оказаться электромагнитные клапаны прямого-действия. В ситуациях, когда требуется точное управление и более низкое энергопотребление, электромагнитные клапаны с пилотным-управлением могут иметь преимущество.
Конструктивная конструкция электромагнитных клапанов прямого-действия относительно проста. Их принцип работы в основном основан на электромагнитной силе, которая непосредственно приводит в действие сердечник клапана. Однако у этой конструкции есть и два существенных недостатка. Во-первых, из-за большой потребности в электромагнитной силе соответственно увеличивается объем катушки электромагнита, что, в свою очередь, приводит к увеличению энергопотребления. Во-вторых, электромагнитные клапаны прямого-действия относительно чувствительны к давлению. Когда давление превышает определенный предел (обычно более 0,7 МПа), многие электромагнитные клапаны прямого-действия не могут работать должным образом. В основном это происходит из-за чрезмерно высокого давления, действующего на сердечник клапана, что затрудняет работу электромагнитной силы. Несмотря на это, электромагнитные клапаны прямого-действия также имеют свои преимущества: простая конструкция, доступная цена и низкий уровень отказов.
2. Электромагнитный клапан с пилотным-управлением имеет продуманную конструкцию. Он отказывается от традиционного электромагнитного силового привода и вместо этого использует давление воздуха для приведения в действие сердечника клапана. Электромагнитные клапаны диаметром более 4 мм обычно состоят из пилотного клапана и основного клапана. После включения электромагнитного клапана пилотный клапан откроется и будет управлять открытием основного клапана посредством выходного сигнала. Стоит отметить, что главный клапан фактически представляет собой пневматический регулирующий клапан, и его работа требует скоординированного действия двух источников воздуха: один — источник воздуха основного клапана, а другой — источник воздуха пилотного клапана.
Если основной источник воздуха подает воздух в пилотный клапан через внутренний воздушный канал электромагнитного клапана, такая конструкция называется внутренним пилотным клапаном. Если пилотный клапан снабжается газом из источника, независимого от основного источника газа, его называют внешним пилотным клапаном. На рисунке 8 слева показан пример внешнего электромагнитного клапана с пилотным-управлением, а справа показан пример внутреннего электромагнитного клапана с пилотным-управлением.
Физическое сравнение внутреннего и внешнего электродов показано на следующем рисунке.
Эти два типа электромагнитных клапанов, а именно внутренний пилот и внешний пилот, часто сосуществуют в одной системе. Обычно внутренний пилотный проект уже может удовлетворить потребности большинства случаев. Однако в некоторых конкретных обстоятельствах внешнее лидерство становится еще более необходимым. Например, когда давление источника газа главного клапана колеблется и может упасть ниже 0,2 МПа, или когда он находится в вакуумной среде, поскольку источник газа пилотного клапана не может быть общим с источником газа главного клапана, в противном случае это может привести к тому, что главный клапан не сможет открыться. На этом этапе для питания пилотного клапана требуется независимый источник воздуха с давлением более 0,2 МПа. Кроме того, когда разница давлений между входом и выходом воздуха значительна или когда давление в основных дыхательных путях превышает 1 МПа, внутреннему пилоту может потребоваться увеличить структурный объем, непосредственно нагружая давление в дыхательных путях на сердечник клапана. Внешний пилот решает проблему, вводя один газовый канал напрямую в пилотный порт без необходимости добавления электромагнитного клапана; необходимо добавить только воздушную трубу.
В заключение, электромагнитные клапаны с пилотным-управлением обладают преимуществами небольших электромагнитных головок и низкого энергопотребления. Это эстетично и экономит место при установке. При этом он выделяет меньше тепла и обеспечивает замечательный-эффект энергосбережения. Что еще более важно, из-за низкого тепловыделения катушка с меньшей вероятностью перегорит и ее можно будет включать в течение длительного времени. Это особенно важно в практических приложениях. Например, мощность некоторых электромагнитных клапанов SMC снижена до 0,1 Вт, что обеспечивает непрерывную подачу электроэнергии без перегрева. Диапазон мощности электромагнитных клапанов прямого-действия составляет 4-20 Вт с относительно коротким временем включения-включения. Более того, частое включение-влечет за собой риск перегорания. Поэтому в ситуациях, когда требуется электропитание в течение длительного времени или на высоких частотах, предпочтительным выбором становятся электромагнитные клапаны с пилотным-управлением. Фактически, большинство широко используемых в настоящее время электромагнитных клапанов имеют конструкцию с пилотным-управлением. Среди электромагнитных клапанов, пропускающих только жидкость, определенную долю по-прежнему составляют клапаны прямого действия. В основном это связано с тем, что примеси в жидкости могут засорить узкие каналы пилотного клапана.
Далее мы углубимся в три типа трех-пяти-ходовых электромагнитных клапанов: среднего-герметичного, среднего-вентиляционного и среднего-давления, а также их применения. В этом типе электромагнитного клапана используются двойные электрические катушки управления. Когда ни на один из двух электромагнитов не подается напряжение, сердечник клапана будет находиться в среднем положении под сбалансированным давлением пружин с обеих сторон. На этом этапе состояние включения-выключения газового тракта в электромагнитном клапане будет определять его конкретный тип - среднего уплотнения, среднего выпуска воздуха или среднего давления. Мы последовательно разберем принципы и сценарии применения этих трех типов.
1.Анализ состояния среднего уплотнения: когда ни одна из двух катушек не находится под напряжением, давление в передней и задней камерах цилиндра останется в состоянии после обесточивания катушек-и не изменится. В то же время как воздухозаборные, так и выпускные отверстия закрыты. Однако поддержание этого состояния в течение длительного времени может постепенно привести к потере баланса из-за небольших утечек. Принципиальная схема представлена на (рис. 10).
Из-за сжимаемости газа и того факта, что пневматические компоненты, такие как цилиндры, клапаны и соединения газовых труб, не могут быть полностью защищены от утечек-, цилиндр не может стабильно удерживаться в промежуточном положении остановки в течение длительного времени. Это сбалансированное состояние со временем будет постепенно теряться, что приведет к снижению точности позиционирования цилиндра. Однако в тех условиях работы, когда точность позиционирования цилиндра не очень требовательна, а время остановки относительно короткое, цилиндр со средним-герметизацией все же можно рассмотреть для использования.
2. Метод среднего разряда: когда ни одна из двух катушек не находится под напряжением, в передней и задней камерах цилиндра нет давления, и впускное отверстие для воздуха в то же время остается закрытым. В этот момент давление в передней и задней камерах цилиндра будет сброшено через два выпускных отверстия электромагнитного клапана. Принцип его работы можно увидеть на рисунке 11.
По сравнению с клапаном со средним-герметизацией, конструкция контура нагнетания со средним-выпуском может обеспечить более длительное время остановки в середине-. В сценариях, где цилиндру необходимо двигаться вертикально, время остановки в середине-относительно велико, но требования к точности позиционирования не очень строгие, поэтому стоит рассмотреть вариант схемы среднего-спуска.
3. Состояние среднего давления: когда ни одна из двух катушек не находится под напряжением, давление в передней и задней камерах цилиндра останется в состоянии, когда предыдущая катушка обесточена-, и будет применяться постоянное давление, чтобы гарантировать, что давление в передней и задней камерах цилиндра соответствует давлению на впускном конце. В этот момент воздухозаборник открыт, а выпускной закрыт. Принцип работы показан на рисунке 12.
Если на цилиндр не действует осевая внешняя нагрузка, поршень будет оставаться в сбалансированном состоянии и, таким образом, точно оставаться в любом положении во время хода. Характеристики этой схемы требуют, чтобы цилиндр был установлен горизонтально. Поэтому в рабочих условиях, когда требуется высокая-точность позиционирования и отсутствует осевая внешняя нагрузка, рекомендуется использовать клапан среднего-давления в сочетании с двухпоршневым цилиндром со штоком.
