I. Funcția de bază aElectrovalve
Supapa solenoidală, ca componentă cheie pentru conversia electro-pneumatică, își asumă responsabilitatea conversiei eficiente a semnalelor electrice în semnale pneumatice. După primirea instrucțiunilor de control, electrovalva poate elibera, opri SAU schimba direcția de curgere a aerului comprimat, realizând astfel mai multe funcții, inclusiv controlul direcției de acțiune a componentei actuatorului pneumatic, controlul cantității comutatorului ON/OFF și controlul logic ȘI SAU/NU/ȘI. Printre diferitele tipuri de supape solenoide, supapa de control direcțională cu control electromagnetic deține o poziție centrală și joacă un rol crucial.
ii. Principiul de funcționare al supapei de control direcțional de control electromagnetic
În sistemele pneumatice, supapa de control direcțională cu control electromagnetic joacă un rol crucial. Este responsabil pentru controlul deschiderii și închiderii canalului de flux de aer sau schimbarea direcției de curgere a aerului comprimat. Principiul său de lucru de bază se bazează pe forța electromagnetică generată de bobina electromagnetică. Această forță va conduce miezul supapei să comute, atingând astfel scopul de a inversa fluxul de aer. În funcție de diferitele moduri în care partea de comandă electromagnetică împinge supapa de comandă direcțională, supapele de control direcțional cu control electromagnetic pot fi împărțite în două tipuri: cu acțiune directă-și acționate-pilot. Electrovalvele cu acțiune directă-utiliză în mod direct forța electromagnetică pentru a conduce miezul supapei în sens invers, în timp ce supapele de control direcțional comandate-pilot se bazează pe presiunea aerului pilot generată de supapa pilot electromagnetică pentru a antrena miezul supapei pentru a obține inversarea.
Figura 1 prezintă o vedere în secțiune transversală simplă a unei electrovalve cu acțiune directă-3/2 (în trei-două-poziții) (de tip normal deschis) și principiul său de funcționare. Când bobina este alimentată, miezul static de fier va genera forță electromagnetică, iar această forță va împinge miezul supapei să se miște în sus. Pe măsură ce miezul supapei se ridică, garnitura este ridicată, conectând astfel porturile 1 și 2 în timp ce se deconectează porturile 2 și 3. În acest moment, supapa este în starea de admisie și poate controla mișcarea cilindrului. Odată ce alimentarea este întreruptă, miezul supapei se va baza pe forța de restabilire a arcului pentru a reveni la starea inițială, adică porturile 1 și 2 sunt deconectate în timp ce porturile 2 și 3 sunt conectate. În acest fel, supapa este în starea de evacuare.
Figura 2 prezintă o vedere în secțiune transversală simplă a electrovalvei cu acțiune directă-5/2 (cu cinci-căi și două-poziții) (de tip normal deschis) și principiul său de funcționare. În starea inițială, admisia aerului are loc prin porturile 1 și 2, în timp ce evacuarea se realizează prin porturile 4 și 5. Când bobina este alimentată, miezul static de fier generează forță electromagnetică. Această forță va conduce supapa pilot să funcționeze, iar apoi aerul comprimat va intra în pistonul pilot al supapei prin calea aerului, determinând pornirea pistonului. În mijlocul pistonului, suprafața circulară de etanșare deschide canalul. În acest moment, aerul primește din porturile 1 și 4, în timp ce aerul este evacuat din porturile 2 și 3. Odată întreruptă alimentarea, supapa pilot se va baza pe forța de restabilire a arcului pentru a reveni la starea inițială.
În continuare, să vorbim despre funcția electrovalvei. Funcția unei supape electromagnetice este reprezentată de două numere: M și N, care se numește supapă electromagnetică de poziție M-cale N-. Printre acestea, „poziția N” reprezintă poziția de comutare a supapei de control direcțional, adică starea supapei. Numărul de poziții ale supapei este valoarea lui N. De exemplu, o supapă cu două-poziții are două opțiuni de poziție, adică are două stări. Supapa cu trei-poziții are trei opțiuni de poziție, adică există trei stări diferite. „Calea M” indică numărul de interfețe externe ale supapei, inclusiv intrarea aerului, evacuarea aerului și orificiul de evacuare. Numărul de căi este valoarea lui M.
Luați ca exemplu supapa din Figura 1. Este o supapă solenoidală cu acțiune directă-3/2, adică supapa are două poziții, și anume stările „pornit” și „oprit”. În același timp, are trei orificii de aer: 1 este intrarea aerului, 2 este orificiul de evacuare a aerului și 3 este orificiul de evacuare.
Analiza căilor aeriene ale electrovalvei
La capătul din stânga diagramei traseului gazului, simbolul din extrema stângă reprezintă de obicei arcul de jos. Partea de mijloc este corpul supapei, care conține informațiile cheie pentru determinarea tipului de supapă solenoidală. De exemplu, cele două casete din figură indică faptul că aceasta este o supapă solenoidală cu două-poziții, în timp ce A/B/R/P/S reprezintă pozițiile orificiilor corpului supapei, adică supapa cu cinci-căi. Prin urmare, această supapă solenoidală este o supapă solenoidală cu două-poziții și cinci-căi. În mod similar, putem determina numărul de biți și numărul de treceri ale electrovalvei prin numărul de găuri și numărul de cutii.
În plus, diagrama traseului gazului arată, de asemenea, traseele de funcționare a căii gazului atunci când alimentarea este oprită și când este pornită. Când alimentarea este întreruptă, calea aerului intră prin orificiul P, acționează asupra actuatorului prin orificiul A, apoi trece prin orificiul B și în cele din urmă este evacuată din orificiul S, în timp ce orificiul R rămâne închis. La pornire, calea aerului intră și din orificiul P, dar în acest moment, aerul este evacuat din orificiul B, acționând asupra actuatorului și trecând prin orificiul A și, în final, fiind evacuat din orificiul R, în timp ce orificiul S este închis.
Partea dreaptă a figurii 3 reprezintă în general bobine sau supape pilot mici, care joacă un rol important în funcționarea supapelor solenoide. Prin interpretarea acestor diagrame ale căilor respiratorii, putem obține o înțelegere mai profundă a principiului de funcționare al electrovalvei și a funcționării căilor respiratorii în diferite condiții.
Figura 4 prezintă schema electrică a electrovalvei pneumatice. Schema electrică este cheia pentru înțelegerea principiului de funcționare al unei supape electromagnetice. Acesta descrie clar bobina, contactele și relația de conectare cu alte componente electrice. Prin observarea schemei electrice, putem obține o înțelegere mai profundă a modificărilor electrice ale electrovalvei atunci când este pornită și oprită, înțelegând astfel mai bine caracteristicile sale de funcționare.
IV. Selectarea electrovalvelor cu un singur-control și a electrovalvelor duble-de control
Electrovalva unică controlată electric, după cum sugerează și numele, este echipată cu o singură bobină. Când este pornit, se va schimba și va intra într-o altă stare. Când alimentarea este întreruptă, va reveni automat la starea inițială. Acest principiu de funcționare este prezentat în Figura 5. În schimb, electrovalva dublă electro-controlată este echipată cu două bobine. Prin controlul stărilor de alimentare ale diferitelor bobine, poate realiza mai multe comutatoare și își poate menține starea anterioară după oprire-, așa cum se arată în Figura 6. Această diferență funcțională determină direct alegerile lor diferite în aplicațiile practice.
Figurile 5 și 6 demonstrează principiile de funcționare ale electrovalvelor cu un singur-control și ale electrovalvelor cu control dublu-. Atunci când faceți o selecție, dacă timpul de inversare al supapei este relativ scurt, o singură-electrovalvă de control este suficientă pentru a o gestiona. Cu toate acestea, dacă timpul de comutare este lung, bobina trebuie pornită continuu, ceea ce poate cauza încălzirea din cauza pornirii prelungite-și chiar arderea. Pentru a evita această situație, poate fi selectată o supapă de control dublă-. În plus, dacă funcția de resetare trebuie realizată după o întrerupere a curentului, este mai potrivită o singură supapă electromagnetică controlată electric. Dacă este necesar să se mențină starea curentă după pană de curent, o supapă solenoidală de control dublă-este mai potrivită.
V. Diferențele și aplicațiile dintre electrovalvele comandate-pilot și electrovalvele cu acțiune directă-
Dintre tipurile de supape solenoide, cele cu acţionare-pilotă şi cu acţiune-directă sunt două tipuri comune. Ele diferă în principii de lucru și scenarii de aplicare. Electrovalvele comandate cu pilot-comută între gaz și lichid prin orificiile pilot, în timp ce electrovalvele cu acțiune directă-se bazează pe diferențele de presiune pentru a controla mișcarea miezului supapei. Această diferență face ca cele două tipuri de electrovalve să aibă fiecare propriile avantaje atunci când răspund la cerințe industriale diferite. De exemplu, în unele situații care necesită răspuns rapid și sensibilitate ridicată, electrovalvele cu acțiune directă-s-ar putea să fie mai potrivite. În situațiile în care este necesar un control fin și un consum mai mic de energie, electrovalvele comandate cu pilot pot avea un avantaj.
Proiectarea structurală a electrovalvelor cu acțiune directă-este relativ simplă. Principiul lor de funcționare se bazează în principal pe forța electromagnetică pentru a acționa direct miezul supapei. Cu toate acestea, acest design are și două deficiențe majore. În primul rând, din cauza cererii mari de forță electromagnetică, volumul bobinei electromagnetului crește în consecință, ceea ce duce, la rândul său, la un consum mai mare de energie. În al doilea rând, electrovalvele cu acțiune directă-sunt relativ sensibile la presiune. Când presiunea depășește o anumită limită (de obicei peste 0,7 MPA), multe electrovalve cu acțiune directă-nu pot funcționa corect. Acest lucru se datorează în principal presiunii excesiv de ridicate care acționează asupra miezului supapei, ceea ce face dificilă funcționarea forței electromagnetice a miezului supapei. În ciuda acestui fapt, electrovalvele cu acțiune directă-au și avantajele lor: structură simplă, preț accesibil și rată scăzută de defecțiuni.
2. Supapa solenoid-pilotă este proiectată ingenios. Renunță la forța electromagnetică tradițională și, în schimb, folosește presiunea aerului pentru a acționa miezul supapei. Pentru electrovalvele cu un diametru care depășește 4 mm, acestea sunt de obicei compuse dintr-o supapă pilot și o supapă principală. După ce supapa solenoidală este pornită, supapa pilot se va deschide și va controla deschiderea supapei principale prin semnalul său de ieșire. Este de remarcat faptul că supapa principală este de fapt o supapă de control pneumatică, iar funcționarea sa necesită acțiunea coordonată a două surse de aer: una este sursa principală de aer a supapei, iar cealaltă este sursa de aer a supapei pilot.
Dacă sursa principală de aer furnizează aer supapei pilot prin trecerea de aer internă a supapei solenoid, acest design se numește tip pilot intern. Dacă supapa pilot este alimentată cu gaz dintr-o sursă independentă de sursa principală de gaz, se numește tip pilot extern. În Figura 8, partea stângă arată un exemplu de supapă electromagnetică acţionată de pilot extern-, în timp ce partea dreaptă arată un exemplu de supapă electromagnetică acționată de pilot-internă.
Comparația fizică dintre cablul intern și cablul extern este prezentată în figura următoare.
Aceste două tipuri de electrovalve, și anume pilot intern și pilot extern, coexistă adesea în același sistem. De obicei, pilotul intern poate satisface deja nevoile celor mai multe ocazii. Cu toate acestea, în anumite circumstanțe specifice, conducerea externă devine și mai necesară. De exemplu, atunci când presiunea sursei de gaz a supapei principale fluctuează și poate scădea sub 0,2 MPA sau când se află într-un mediu de vid, deoarece sursa de gaz a supapei pilot nu poate fi împărtășită cu cea a supapei principale, altfel poate duce la imposibilitatea deschiderii supapei principale. În acest moment, este necesară o sursă de aer independentă cu o presiune care depășește 0,2 MPA pentru a alimenta supapa pilot. În plus, atunci când diferența de presiune între intrarea și ieșirea aerului este semnificativă sau când presiunea principală a căilor respiratorii depășește 1MPA, pilotul intern poate avea nevoie să mărească volumul structural încărcând direct presiunea căilor respiratorii pe miezul supapei. Pilotul extern rezolvă problema prin introducerea directă a unui canal de gaz în portul pilot fără a fi nevoie să adăugați o supapă electromagnetică; trebuie adăugată doar o conductă de aer.
În concluzie, electrovalvele comandate cu pilot-au avantajele capetelor electromagnetice mici și consumul redus de energie. Este placut din punct de vedere estetic si economiseste spatiu de instalare. Între timp, generează mai puțină căldură și are un efect remarcabil de economisire-de energie. Mai important, din cauza generării scăzute de căldură, bobina este mai puțin probabil să se ardă și poate fi pornită mult timp. Acest lucru este deosebit de important în aplicațiile practice. De exemplu, puterea unor electrovalve de la SMC a fost redusă la 0,1 W, permițând alimentarea continuă fără supraîncălzire. Gama de putere a electrovalvelor cu acțiune directă-este de 4-20W, cu o putere relativ scurtă-la timp. În plus, pornirea frecventă-pune un risc de epuizare. Prin urmare, în situațiile în care este necesară alimentarea cu energie pentru perioade lungi sau la frecvențe înalte, electrovalvele comandate cu pilot-devin alegerea preferată. De fapt, majoritatea electrovalvelor utilizate în mod obișnuit în zilele noastre au adoptat un design comandat-pilot. Printre electrovalvele care permit doar trecerea lichidului, cele cu acțiune directă mai reprezintă o anumită proporție. Acest lucru se datorează în principal faptului că impuritățile din fluid pot înfunda canalele înguste ale supapei pilot.
În continuare, vom explora cele trei tipuri de electrovalve cu trei-poziții și cinci-căi: mijloc-etanșat, mijloc-aerisit și medie-presiune, precum și aplicațiile acestora. Acest tip de supapă solenoidală utilizează bobine de control electric dublu. Când niciunul dintre cei doi electromagneți nu este alimentat, miezul supapei va fi în poziția de mijloc sub împingerea echilibrată a arcurilor de pe ambele părți. În acest moment, starea de pornire-oprit a căii de gaz în supapa solenoidală va determina tipul specific - de etanșare medie, ventilație medie sau presiune medie. Vom analiza principiile și scenariile de aplicare ale acestor trei tipuri unul câte unul.
1.Analiza stării de etanșare din mijloc: Când niciuna dintre cele două bobine nu este alimentată, presiunea din camerele din față și din spate ale cilindrului va rămâne la starea după ce bobinele sunt scoase de sub tensiune și nu se va modifica. În același timp, atât porturile de admisie a aerului, cât și cele de evacuare sunt închise. Cu toate acestea, menținerea acestei stări pentru o perioadă lungă de timp poate duce treptat să-și piardă echilibrul din cauza scurgerilor minore. Diagrama schematică este prezentată în (Figura 10).
Din cauza compresibilității gazului și a faptului că componentele pneumatice, cum ar fi butelii, supapele și îmbinările conductelor de gaz nu pot fi complet lipsite de scurgeri-, butelia nu poate fi menținută stabil în poziția intermediară de oprire pentru o perioadă lungă de timp. Această stare echilibrată se va pierde treptat în timp, rezultând o scădere a preciziei de poziționare a cilindrului. Cu toate acestea, pentru acele condiții de lucru în care precizia de poziționare a cilindrului nu este foarte solicitată și timpul de oprire este relativ scurt, cilindrul etanșat de mijloc-mai poate fi luat în considerare pentru utilizare.
2. Metoda de descărcare medie: Când niciuna dintre cele două bobine nu este alimentată, nu există presiune în camerele din față și din spate ale cilindrului, iar orificiul de admisie a aerului rămâne închis în același timp. În acest moment, presiunea din camerele din față și din spate ale cilindrului va fi descărcată prin cele două orificii de evacuare ale supapei solenoid. Principiul său de funcționare poate fi menționat în Figura 11.
În comparație cu supapa-etanșată din mijloc, designul circuitului de-descărcare din mijloc poate oferi un timp de oprire la mijloc-mai lung. În scenariile în care cilindrul trebuie să se miște pe verticală, timpul de oprire de la mijloc-este relativ lung, dar cerința de precizie a poziționării nu este foarte strictă, circuitul de-eliberare la mijloc este o alegere care merită luată în considerare.
3. Stare de presiune medie: Când niciuna dintre cele două bobine nu este alimentată, presiunea din camerele din față și din spate ale cilindrului va rămâne la starea în care bobina anterioară este dezactivată și se va aplica presiune continuă pentru a se asigura că presiunea din camerele din față și din spate ale cilindrului este în concordanță cu cea de la capătul de admisie. În acest moment, admisia de aer este deschisă în timp ce evacuarea este închisă. Principiul de funcționare este prezentat în figura 12.
Dacă cilindrul nu este supus unei forțe de sarcină externă axială, pistonul va rămâne într-o stare echilibrată și astfel rămâne precis în orice poziție în timpul cursei. Caracteristicile acestui circuit impun ca cilindrul să fie instalat orizontal. Prin urmare, în condițiile de lucru în care este necesară o poziționare de înaltă precizie-și nu există o forță de sarcină externă axială, se recomandă utilizarea unei supape de presiune medie-în combinație cu un cilindru cu tijă dublă cu piston.
