I. Hlavná funkciaSolenoidové ventily
Solenoidový ventil ako kľúčový komponent pre elektro-pneumatickú konverziu nesie zodpovednosť za účinnú konverziu elektrických signálov na pneumatické signály. Po prijatí riadiaceho pokynu môže solenoidový ventil presne uvoľniť, zastaviť ALEBO zmeniť smer prúdenia stlačeného vzduchu, čím sa dosiahne viacero funkcií, vrátane riadenia smeru pôsobenia komponentu pneumatického pohonu, regulácie množstva spínača ZAP/VYP a logického riadenia ALEBO/NIE/A. Medzi rôznymi typmi solenoidových ventilov má elektromagnetický riadiaci smerový riadiaci ventil hlavnú pozíciu a zohráva kľúčovú úlohu.
II. Princíp činnosti smerového regulačného ventilu elektromagnetického ovládania
V pneumatických systémoch zohráva rozhodujúcu úlohu elektromagnetický riadiaci smerový ventil. Je zodpovedný za ovládanie otvárania a zatvárania vzduchového kanála alebo za zmenu smeru prúdenia stlačeného vzduchu. Jeho hlavný pracovný princíp sa spolieha na elektromagnetickú silu generovanú elektromagnetickou cievkou. Táto sila spôsobí prepnutie jadra ventilu, čím sa dosiahne účel obrátenia prúdu vzduchu. Podľa rôznych spôsobov, akými elektromagnetická riadiaca časť tlačí na smerový ventil, možno elektromagnetické riadiace smerové ventily rozdeliť na dva typy: priamo-ovládané a pilotné-ovládané. Priamo{7}}činiace solenoidové ventily priamo využívajú elektromagnetickú silu na poháňanie jadra ventilu do opačného smeru, zatiaľ čo pilotné-ovládacie smerové ventily sa spoliehajú na tlak riadiaceho vzduchu generovaný elektromagnetickým riadiacim ventilom, ktorý poháňa jadro ventilu na dosiahnutie reverzácie.
Obrázok 1 zobrazuje jednoduchý prierez-rezom 3/2 (troj{4}}trojcestného dvojpolohového-) priamo{6}}činného solenoidového ventilu (normálne otvorený typ) a jeho princíp činnosti. Keď je cievka pod napätím, statické železné jadro bude generovať elektromagnetickú silu a táto sila bude tlačiť jadro ventilu, aby sa pohybovalo nahor. Keď sa jadro ventilu zdvihne, tesnenie sa zdvihne, čím sa spoja porty 1 a 2, zatiaľ čo sa odpojí porty 2 a 3. V tomto bode je ventil v stave nasávania a môže ovládať pohyb valca. Po prerušení napájania sa jadro ventilu bude spoliehať na vratnú silu pružiny, aby sa vrátila do pôvodného stavu, to znamená, že porty 1 a 2 sú odpojené, zatiaľ čo porty 2 a 3 sú pripojené. Týmto spôsobom je ventil vo výfukovom stave.
Obrázok 2 zobrazuje jednoduchý priečny-pohľad v reze na 5/2 (päť{4}}päťcestný dvojpolohový-) priamo{6}}činný solenoidový ventil (normálne otvorený typ) a jeho princíp činnosti. V počiatočnom stave sa vzduch nasáva cez porty 1 a 2, zatiaľ čo výfuk sa vykonáva cez porty 4 a 5. Keď je cievka napájaná, statické železné jadro generuje elektromagnetickú silu. Táto sila poháňa riadiaci ventil, aby fungoval, a potom stlačený vzduch vstúpi do riadiaceho piestu ventilu cez dráhu vzduchu, čo spôsobí spustenie piestu. V strede piestu tesniaca kruhová plocha otvára kanál. V tomto čase vzduch nasáva z portov 1 a 4, zatiaľ čo vzduch je vypúšťaný z portov 2 a 3. Po prerušení napájania sa riadiaci ventil bude spoliehať na vratnú silu pružiny, aby sa vrátil do pôvodného stavu.
Ďalej si povieme niečo o funkcii solenoidového ventilu. Funkciu elektromagnetického ventilu predstavujú dve čísla: M a N, čo sa nazýva elektromagnetický ventil v polohe M-cesty N-. Medzi nimi "pozícia N" predstavuje spínaciu polohu smerového ventilu, to znamená stav ventilu. Počet ventilových pozícií je hodnota N. Napríklad dvojpolohový ventil má dve možnosti polohy, to znamená, že má dva stavy. Troj-polohový ventil má tri možnosti polohy, to znamená, že existujú tri rôzne stavy. "M dráha" označuje počet vonkajších rozhraní ventilu, vrátane vstupu vzduchu, výstupu vzduchu a výfukového otvoru. Počet dráh je hodnota M.
Vezmite ventil na obrázku 1 ako príklad. Ide o 3/2 priamo{4}}činiaci solenoidový ventil, to znamená, že ventil má dve polohy, a to stavy „zapnuté“ a „vypnuté“. Zároveň má tri vzduchové otvory: 1 je vstup vzduchu, 2 je výstup vzduchu a 3 je výstupný otvor.
Analýza dýchacích ciest solenoidového ventilu
Na ľavom konci diagramu dráhy plynu symbol úplne vľavo zvyčajne predstavuje spodnú pružinu. Stredná časť je teleso ventilu, ktoré obsahuje kľúčové informácie pre určenie typu elektromagnetického ventilu. Dve políčka na obrázku napríklad označujú, že ide o dvojpolohový elektromagnetický ventil A, zatiaľ čo A/B/R/P/S predstavujú polohy otvorov v tele ventilu, teda päťcestného ventilu. Preto je tento solenoidový ventil dvoj-polohový päť{6}}cestný solenoidový ventil. Podobne môžeme počet bitov a počet priechodov solenoidového ventilu určiť počtom otvorov a počtom škatúľ.
Okrem toho diagram cesty plynu tiež zobrazuje prevádzkové trasy cesty plynu, keď je napájanie vypnuté a keď je napájanie zapnuté. Keď sa preruší napájanie, vzduchová cesta vstupuje cez otvor P, pôsobí na ovládač cez otvor A, potom prechádza cez otvor B a nakoniec sa vypúšťa z otvoru S, zatiaľ čo otvor R zostáva zatvorený. Keď je napájaný, vzduchová dráha tiež vstupuje z otvoru P, ale v tomto čase sa vzduch vypúšťa z otvoru B, pôsobí na ovládač a prechádza otvorom A a nakoniec je vypúšťaný z otvoru R, zatiaľ čo otvor S je uzavretý.
Pravá časť obrázku 3 vo všeobecnosti predstavuje cievky alebo pilotné malé ventily, ktoré hrajú dôležitú úlohu pri prevádzke solenoidových ventilov. Interpretáciou týchto diagramov dýchacích ciest môžeme hlbšie pochopiť princíp fungovania solenoidového ventilu a fungovanie dýchacích ciest za rôznych podmienok.
Obrázok 4 zobrazuje elektrický schematický diagram pneumatického solenoidového ventilu. Elektrický schematický diagram je kľúčom k pochopeniu princípu fungovania elektromagnetického ventilu. Jasne zobrazuje cievku, kontakty a spojenie s inými elektrickými komponentmi. Pozorovaním elektrického schematického diagramu môžeme získať hlbšie pochopenie elektrických zmien solenoidového ventilu pri jeho zapnutí a vypnutí, čím lepšie pochopíme jeho pracovné charakteristiky.
Iv. Výber jednoduchých-regulačných elektromagnetických ventilov a dvojitých{2}}regulačných elektromagnetických ventilov
Jediný elektricky ovládaný solenoidový ventil, ako naznačuje jeho názov, je vybavený iba jednou cievkou. Po zapnutí sa zmení a prejde do iného stavu. Po prerušení napájania sa automaticky vráti do pôvodného stavu. Tento princíp činnosti je znázornený na obrázku 5. Naproti tomu dvojitý elektro-riadený solenoidový ventil je vybavený dvoma cievkami. Riadením napájaných stavov rôznych cievok môže dosiahnuť viacero prepínačov a stále si zachovať svoj predchádzajúci stav po vypnutí-, ako je znázornené na obrázku 6. Tento funkčný rozdiel priamo určuje ich rôzne možnosti v praktických aplikáciách.
Obrázky 5 a 6 znázorňujú pracovné princípy jedno-riadiacich solenoidových ventilov a dvojitých-riadiacich solenoidových ventilov. Pri výbere, ak je čas spätného chodu ventilu relatívne krátky, stačí na jeho zvládnutie jeden{5}}riadiaci solenoidový ventil. Ak je však čas komutácie dlhý, cievka musí byť nepretržite napájaná, čo môže spôsobiť zahriatie cievky v dôsledku dlhšieho zapnutia-a dokonca vyhorenie. Aby ste predišli tejto situácii, môžete zvoliť dvojitý-regulačný ventil. Okrem toho, ak je potrebné dosiahnuť funkciu reset po výpadku napájania, je vhodnejší jeden elektricky ovládaný solenoidový ventil. Ak je potrebné zachovať aktuálny stav po výpadku napájania, je vhodnejší dvojitý{12}}regulačný solenoidový ventil.
V. Rozdiely a aplikácie medzi pilotnými-magnetickými ventilmi a priamo{2}}riadenými solenoidovými ventilmi
Spomedzi typov solenoidových ventilov sú dva bežné typy, pilotné-ovládané a priamo{1}}ovládané. Líšia sa pracovnými princípmi a aplikačnými scenármi. Pilotné-elektromagnetické ventily ovládané cez riadiace otvory prepínajú medzi plynom a kvapalinou, zatiaľ čo priamo{5}}riadiace solenoidové ventily sa spoliehajú na tlakové rozdiely pri riadení pohybu jadra ventilu. Tento rozdiel spôsobuje, že každý z týchto dvoch typov solenoidových ventilov má svoje vlastné výhody pri reakcii na rôzne priemyselné požiadavky. Napríklad v niektorých situáciách, ktoré si vyžadujú rýchlu odozvu a vysokú citlivosť, môžu byť vhodnejšie priamo{8}}magnetické ventily. V situáciách, keď sa vyžaduje jemné ovládanie a nižšia spotreba energie, môžu mať pilotné{10}}elektromagnetické ventily ovládané okrajom.
Konštrukčný návrh priamo{0}}činných solenoidových ventilov je pomerne jednoduchý. Ich pracovný princíp sa spolieha hlavne na elektromagnetickú silu, ktorá priamo poháňa jadro ventilu. Tento dizajn má však aj dva veľké nedostatky. Po prvé, v dôsledku veľkého dopytu po elektromagnetickej sile sa objem elektromagnetickej cievky zodpovedajúcim spôsobom zväčší, čo následne vedie k vyššej spotrebe energie. Po druhé, priamo{5}}činiace solenoidové ventily sú relatívne citlivé na tlak. Keď tlak prekročí určitú hranicu (zvyčajne nad 0,7 MPA), mnohé priamo{8}}magnetické ventily nemôžu správne fungovať. Je to spôsobené najmä príliš vysokým tlakom pôsobiacim na jadro ventilu, čo sťažuje činnosť elektromagnetickej sily poháňajúcej jadro ventilu. Napriek tomu majú priamo{11}}elektromagnetické ventily svoje výhody: jednoduchú konštrukciu, dostupnú cenu a nízku poruchovosť.
2. Solenoidový ventil ovládaný pilotom- je dômyselne navrhnutý. Opúšťa tradičný pohon elektromagnetickou silou a namiesto toho využíva tlak vzduchu na poháňanie jadra ventilu k činnosti. Pre solenoidové ventily s priemerom väčším ako 4 mm sa zvyčajne skladajú z riadiaceho ventilu a hlavného ventilu. Po zapnutí solenoidového ventilu sa pilotný ventil otvorí a bude ovládať otvorenie hlavného ventilu prostredníctvom svojho výstupného signálu. Stojí za zmienku, že hlavný ventil je v skutočnosti pneumatický regulačný ventil a jeho prevádzka vyžaduje koordinovanú činnosť dvoch zdrojov vzduchu: jedným je hlavný zdroj vzduchu ventilu a druhý je zdroj vzduchu riadiaceho ventilu.
Ak hlavný zdroj vzduchu dodáva vzduch do riadiaceho ventilu cez vnútorný vzduchový kanál solenoidového ventilu, tento dizajn sa nazýva interný riadiaci typ. Ak je pilotný ventil napájaný plynom zo zdroja nezávislého od hlavného zdroja plynu, nazýva sa to externý pilotný typ. Na obrázku 8 je na ľavej strane znázornený príklad elektromagnetického ventilu ovládaného externým pilotným-ventilom, zatiaľ čo na pravej strane je znázornený príklad elektromagnetického ventilu ovládaného interným pilotným-ventilom.
Fyzické porovnanie medzi interným a externým zvodom je znázornené na nasledujúcom obrázku.
Tieto dva typy solenoidových ventilov, menovite interný pilot a externý pilot, často koexistujú v rovnakom systéme. Zvyčajne interný pilot už dokáže uspokojiť potreby väčšiny príležitostí. Za určitých špecifických okolností sa však externé vedenie stáva ešte potrebnejším. Napríklad, keď tlak zdroja plynu hlavného ventilu kolíše a môže klesnúť pod 0,2 MPA, alebo keď je vo vákuovom prostredí, pretože zdroj plynu riadiaceho ventilu nemožno zdieľať so zdrojom hlavného ventilu, inak to môže viesť k tomu, že sa hlavný ventil nebude dať otvoriť. V tomto bode je potrebný nezávislý zdroj vzduchu s tlakom presahujúcim 0,2 MPA na napájanie riadiaceho ventilu. Okrem toho, keď je tlakový rozdiel medzi vstupom a výstupom vzduchu významný, alebo keď tlak v hlavných dýchacích cestách prekročí 1 MPA, interný pilot môže potrebovať zvýšiť štrukturálny objem priamym zaťažením tlaku v dýchacích cestách na jadro ventilu. Externý pilot rieši problém priamym zavedením jedného plynového kanála do pilotného portu bez potreby pridania elektromagnetického ventilu; je potrebné pridať iba vzduchové potrubie.
Na záver možno povedať, že pilotné-ovládané elektromagnetické ventily majú výhody malých elektromagnetických hláv a nízkej spotreby energie. Je to estetické a šetrí priestor na inštaláciu. Zároveň generuje menej tepla a má pozoruhodný efekt-úspory energie. Dôležitejšie je, že kvôli nízkej tvorbe tepla je menej pravdepodobné, že sa cievka vyhorí a môže byť napájaná po dlhú dobu. Toto je obzvlášť dôležité v praktických aplikáciách. Napríklad výkon niektorých solenoidových ventilov od SMC bol znížený až na 0,1 W, čo umožňuje nepretržité napájanie bez prehrievania. Výkonový rozsah priamo{9}}činných solenoidových ventilov je 4-20 W, s relatívne krátkym{13}}časom zapnutia. Časté{15}}zapínanie navyše predstavuje riziko vyhorenia. Preto v situáciách, keď je potrebné napájanie po dlhú dobu alebo pri vysokých frekvenciách, sa uprednostňovanou voľbou stávajú pilotné{17}}elektromagnetické ventily. V skutočnosti väčšina dnes bežne používaných solenoidových ventilov prijala pilotný{19}}dizajn. Medzi solenoidovými ventilmi, ktoré prepúšťajú iba kvapalinu, majú stále určitý podiel priamočinné ventily. Je to hlavne kvôli skutočnosti, že nečistoty v kvapaline môžu upchať úzke kanály riadiaceho ventilu.
Ďalej sa ponoríme do troch typov troj{0}}päť{1}}cestných solenoidových ventilov: stredný-utesnený, stredný-odvetrávaný a stredný{4}}tlak, ako aj ich aplikácie. Tento typ solenoidového ventilu využíva dvojité elektrické riadiace cievky. Keď nie je pod napätím ani jeden z dvoch elektromagnetov, jadro ventilu bude v strednej polohe pod vyváženým tlakom pružín na oboch stranách. V tomto bode stav zapnutia-vypnutia cesty plynu v elektromagnetickom ventile určí jeho špecifický typ - stredného tesnenia, stredného odvetrávania alebo stredného tlaku. Postupne budeme analyzovať princípy a aplikačné scenáre týchto troch typov.
1. Analýza stavu stredného tesnenia: Keď nie je pod napätím ani jedna z dvoch cievok, tlak v prednej a zadnej komore valca zostane v stave po odpojení cievok- a nezmení sa. Súčasne sú zatvorené sacie aj výfukové otvory. Dlhodobé udržiavanie tohto stavu však môže postupne spôsobiť stratu rovnováhy v dôsledku menších netesností. Schematický diagram je znázornený na (obrázok 10).
Kvôli stlačiteľnosti plynu a skutočnosti, že pneumatické komponenty, ako sú fľaše, ventily a spoje plynových potrubí, nemôžu byť úplne tesné-, fľaša nemôže byť stabilne udržiavaná v strednej polohe zastavenia po dlhú dobu. Tento vyvážený stav sa časom postupne stratí, čo má za následok zníženie presnosti polohovania valca. Avšak pre tie pracovné podmienky, kde nie je veľmi požadovaná presnosť polohovania valca a čas zastavenia je relatívne krátky, je stále možné zvážiť použitie stredného-utesneného valca.
2. Metóda stredného výboja: Keď nie je pod napätím ani jedna z dvoch cievok, v prednej a zadnej komore valca nie je žiadny tlak a vstupný otvor vzduchu zostáva súčasne zatvorený. V tomto bode bude tlak v prednej a zadnej komore valca vypustený cez dva výfukové otvory solenoidového ventilu. Princíp jeho fungovania je znázornený na obrázku 11.
V porovnaní so stredným-utesneným ventilom môže dizajn stredného-vypúšťacieho okruhu poskytnúť dlhší stredný-čas zastavenia. V scenároch, kde sa valec musí pohybovať vertikálne, je stredný-čas zastavenia relatívne dlhý, ale požiadavka na presnosť polohovania nie je príliš prísna, stredný-okruh uvoľnenia je voľbou, ktorá stojí za zváženie.
3. Strednotlakový stav: Keď nie je napájaná ani jedna z dvoch cievok, tlak v prednej a zadnej komore valca zostane v stave, keď je predchádzajúca cievka odpojená-, a bude sa vyvíjať nepretržitý tlak, aby sa zabezpečilo, že tlak v prednej a zadnej komore valca bude konzistentný s tlakom na sacom konci. V tomto bode je prívod vzduchu otvorený, zatiaľ čo výfuk je zatvorený. Princíp činnosti je znázornený na obrázku 12.
Ak valec nie je vystavený axiálnej vonkajšej záťažovej sile, piest zostane vo vyváženom stave a tak presne zostane v akejkoľvek polohe počas zdvihu. Charakteristiky tohto okruhu vyžadujú, aby bol valec inštalovaný horizontálne. Preto sa v pracovných podmienkach, kde sa vyžaduje-veľmi presné polohovanie a neexistuje žiadna axiálna vonkajšia zaťažovacia sila, odporúča použiť stredotlakový- ventil v kombinácii s valcom s dvojitou piestnicou.
