I. Podstawowa funkcjaZawory elektromagnetyczne
Zawór elektromagnetyczny, jako kluczowy element konwersji elektropneumatycznej-, odpowiada za efektywną konwersję sygnałów elektrycznych na sygnały pneumatyczne. Po otrzymaniu instrukcji sterującej zawór elektromagnetyczny może precyzyjnie zwolnić, zatrzymać LUB zmienić kierunek przepływu sprężonego powietrza, uzyskując w ten sposób wiele funkcji, w tym kontrolę kierunku działania elementu siłownika pneumatycznego, kontrolę ilości przełącznika ON/OFF oraz sterowanie logiczne AND OR/NOT/AND. Wśród różnych typów zaworów elektromagnetycznych elektromagnetyczny zawór sterujący kierunkiem zajmuje podstawową pozycję i odgrywa kluczową rolę.
II. Zasada działania zaworu sterującego sterowaniem elektromagnetycznym
W układach pneumatycznych kluczową rolę odgrywa elektromagnetyczny zawór sterujący kierunkiem. Odpowiada za sterowanie otwieraniem i zamykaniem kanału przepływu powietrza lub zmianę kierunku przepływu sprężonego powietrza. Jego podstawowa zasada działania opiera się na sile elektromagnetycznej generowanej przez cewkę elektromagnetyczną. Siła ta spowoduje przełączenie rdzenia zaworu, osiągając w ten sposób cel polegający na odwróceniu przepływu powietrza. Ze względu na różne sposoby, w jakie elektromagnetyczna część sterująca popycha zawór kierunkowy, elektromagnetyczne zawory sterujące można podzielić na dwa typy:-działające bezpośrednio i-sterowane pilotem. Zawory elektromagnetyczne-działania bezpośredniego bezpośrednio wykorzystują siłę elektromagnetyczną do napędzania rdzenia zaworu w kierunku odwrotnym, natomiast-zawory sterujące sterowane pilotem opierają się na ciśnieniu powietrza sterującego wytwarzanym przez elektromagnetyczny zawór pilotowy, aby napędzać rdzeń zaworu w celu uzyskania zmiany kierunku.
Rysunek 1 przedstawia prosty-przekrój poprzeczny elektrozaworu bezpośredniego działania 3/2 (trój-dwukierunkowy-dwupozycyjny)-(normalnie otwarty) i jego zasadę działania. Gdy cewka zostanie zasilona, statyczny żelazny rdzeń wygeneruje siłę elektromagnetyczną, a siła ta popchnie rdzeń zaworu do ruchu w górę. Gdy rdzeń zaworu podnosi się, uszczelka podnosi się, łącząc w ten sposób porty 1 i 2, jednocześnie rozłączając porty 2 i 3. W tym momencie zawór znajduje się w stanie wlotowym i może sterować ruchem cylindra. Po odcięciu zasilania rdzeń zaworu będzie polegał na sile przywracającej sprężyny, aby powrócić do stanu pierwotnego, to znaczy porty 1 i 2 zostaną odłączone, podczas gdy porty 2 i 3 zostaną połączone. W ten sposób zawór znajduje się w stanie wydechowym.
Rysunek 2 przedstawia prosty-przekrój poprzeczny elektrozaworu bezpośredniego działania 5/2 (pięcio-dwukierunkowego-pozycji dwu-) (typu normalnie otwartego) i jego zasadę działania. W stanie początkowym zasysanie powietrza następuje przez porty 1 i 2, natomiast wywiew odbywa się przez porty 4 i 5. Po zasileniu cewki, statyczny żelazny rdzeń wytwarza siłę elektromagnetyczną. Siła ta spowoduje zadziałanie zaworu pilotowego, a następnie sprężone powietrze dostanie się do tłoka pilotowego zaworu drogą powietrza, powodując uruchomienie tłoka. Pośrodku tłoka okrągła powierzchnia uszczelniająca otwiera kanał. W tym czasie powietrze pobierane jest z portów 1 i 4, a usuwane z portów 2 i 3. Po odcięciu zasilania zawór pilotowy powróci do pierwotnego stanu, korzystając z siły przywracającej sprężyny.
Następnie porozmawiajmy o funkcji zaworu elektromagnetycznego. Funkcja zaworu elektromagnetycznego jest reprezentowana przez dwie liczby: M i N, co nazywa się zaworem elektromagnetycznym o położeniu M-ścieżki N-. Wśród nich „pozycja N” reprezentuje pozycję przełączania rozdzielacza, czyli stan zaworu. Liczba położeń zaworu jest wartością N. Na przykład zawór dwu-położeniowy ma dwie opcje położenia, to znaczy ma dwa stany. Zawór trój-położeniowy ma trzy opcje położenia, to znaczy istnieją trzy różne stany. „Ścieżka M” wskazuje liczbę zewnętrznych interfejsów zaworu, w tym wlot, wylot powietrza i otwór wylotowy. Liczba ścieżek jest wartością M.
Jako przykład weźmy zawór z rysunku 1. Jest to zawór elektromagnetyczny-bezpośredniego działania 3/2, co oznacza, że zawór ma dwa położenia, mianowicie stan „włączony” i „wyłączony”. Jednocześnie posiada trzy porty powietrzne: 1 to wlot powietrza, 2 to wylot powietrza, a 3 to port wylotowy.
Analiza dróg oddechowych zaworu elektromagnetycznego
Na lewym końcu schematu ścieżki gazu symbol po lewej stronie zwykle przedstawia dolną sprężynę. Środkowa część to korpus zaworu, w którym znajdują się kluczowe informacje umożliwiające określenie typu elektrozaworu. Na przykład dwa pola na rysunku wskazują, że jest to dwu-zawór elektromagnetyczny A, podczas gdy A/B/R/P/S oznaczają położenie otworów w korpusie zaworu, czyli zawór pięciodrogowy-. Dlatego ten zawór elektromagnetyczny jest dwu-pięciopozycyjnym-zaworem elektromagnetycznym. Podobnie możemy określić liczbę bitów i liczbę przejść elektrozaworu poprzez liczbę otworów i liczbę pudełek.
Ponadto schemat ścieżki gazu pokazuje również trasy działania ścieżki gazu przy wyłączonym i włączonym zasilaniu. Po odcięciu zasilania powietrze wchodzi przez otwór P, oddziałuje na siłownik przez otwór A, następnie przechodzi przez otwór B i ostatecznie jest odprowadzane przez otwór S, natomiast otwór R pozostaje zamknięty. Po włączeniu droga powietrza również wchodzi przez otwór P, ale w tym momencie powietrze jest wypuszczane przez otwór B, oddziałując na siłownik i przechodząc przez otwór A, a ostatecznie jest odprowadzane przez otwór R, podczas gdy Otwór S jest zamknięty.
Prawa część rysunku 3 ogólnie przedstawia cewki lub małe zawory pilotowe, które odgrywają ważną rolę w działaniu zaworów elektromagnetycznych. Interpretując te schematy dróg oddechowych, możemy uzyskać głębsze zrozumienie zasady działania zaworu elektromagnetycznego i działania dróg oddechowych w różnych warunkach.
Rysunek 4 przedstawia schemat elektryczny pneumatycznego zaworu elektromagnetycznego. Schemat elektryczny jest kluczem do zrozumienia zasady działania zaworu elektromagnetycznego. Wyraźnie przedstawia cewkę, styki i relacje połączeń z innymi elementami elektrycznymi. Obserwując schemat elektryczny, możemy lepiej zrozumieć zmiany elektryczne zachodzące w elektrozaworze podczas jego włączania i wyłączania, dzięki czemu lepiej zrozumiemy jego charakterystykę działania.
IV. Wybór pojedynczych-elektromagnetycznych zaworów sterujących i podwójnych-elektrozaworów sterujących
Pojedynczy, sterowany elektrycznie zawór elektromagnetyczny, jak sama nazwa wskazuje, wyposażony jest tylko w jedną cewkę. Po włączeniu zmieni się i przejdzie w inny stan. Po odcięciu zasilania automatycznie powróci do stanu pierwotnego. Tę zasadę działania pokazano na rysunku 5. Natomiast podwójny elektrozawór-sterowany elektrozaworem jest wyposażony w dwie cewki. Kontrolując stany pod napięciem różnych cewek, można uzyskać wiele przełączeń i nadal utrzymywać poprzedni stan po wyłączeniu zasilania, jak pokazano na rysunku 6. Ta różnica funkcjonalna bezpośrednio determinuje różne możliwości ich wyboru w praktycznych zastosowaniach.
Rysunki 5 i 6 przedstawiają zasadę działania elektrozaworów z pojedynczym-sterowaniem i elektrozaworów z podwójnym-sterowaniem. Podczas dokonywania wyboru, jeśli czas cofania zaworu jest stosunkowo krótki, do jego obsługi wystarczy pojedynczy-zawór elektromagnetyczny sterujący. Jeśli jednak czas komutacji jest długi, cewka musi być stale zasilana, co może spowodować nagrzewanie się cewki w wyniku długotrwałego-włączenia zasilania, a nawet spalenie. Aby uniknąć tej sytuacji, można wybrać podwójny-zawór regulacyjny. Ponadto, jeśli po awarii zasilania konieczne jest wykonanie funkcji resetowania, bardziej odpowiedni będzie pojedynczy, sterowany elektrycznie zawór elektromagnetyczny. Jeśli konieczne jest utrzymanie bieżącego stanu po awarii zasilania, bardziej odpowiedni jest zawór elektromagnetyczny z podwójnym{12}sterowaniem.
V. Różnice i zastosowania pomiędzy-zaworami elektromagnetycznymi sterowanymi pilotem a zaworami elektromagnetycznymi-działania bezpośredniego
Wśród typów zaworów elektromagnetycznych dwa popularne typy to zawory-sterowane pilotem i-działania bezpośredniego. Różnią się zasadami działania i scenariuszami zastosowań. Zawory elektromagnetyczne-sterowane pilotem przełączają się między gazem a cieczą przez otwory pilotowe, natomiast zawory elektromagnetyczne bezpośredniego-działania opierają się na różnicach ciśnień w celu kontrolowania ruchu rdzenia zaworu. Ta różnica sprawia, że oba typy zaworów elektromagnetycznych mają swoje zalety, gdy odpowiadają różnym wymaganiom przemysłowym. Na przykład w niektórych sytuacjach, które wymagają szybkiej reakcji i dużej czułości, bardziej odpowiednie mogą być zawory elektromagnetyczne bezpośredniego działania. W sytuacjach, w których wymagana jest precyzyjna kontrola i mniejsze zużycie energii, sterowane pilotem zawory elektromagnetyczne mogą mieć przewagę.
Konstrukcja konstrukcyjna zaworów elektromagnetycznych-bezpośredniego działania jest stosunkowo prosta. Ich zasada działania opiera się głównie na sile elektromagnetycznej, która bezpośrednio napędza rdzeń zaworu do działania. Jednak ten projekt ma również dwie główne wady. Po pierwsze, ze względu na duże zapotrzebowanie na siłę elektromagnetyczną, odpowiednio zwiększa się objętość cewki elektromagnesu, co w efekcie prowadzi do większego zużycia energii. Po drugie, zawory elektromagnetyczne-działania bezpośredniego są stosunkowo wrażliwe na ciśnienie. Kiedy ciśnienie przekracza pewien limit (zwykle ponad 0,7 MPA), wiele-zaworów elektromagnetycznych bezpośredniego działania nie działa prawidłowo. Dzieje się tak głównie na skutek zbyt wysokiego ciśnienia działającego na rdzeń zaworu, utrudniającego działanie siły elektromagnetycznej napędzającej rdzeń zaworu. Mimo to elektrozawory bezpośredniego działania-mają także swoje zalety: prostą konstrukcję, przystępną cenę i niski wskaźnik awaryjności.
2. Sterowany pilotem-zawór elektromagnetyczny jest genialnie zaprojektowany. Porzuca tradycyjny napęd siły elektromagnetycznej i zamiast tego wykorzystuje ciśnienie powietrza do napędzania rdzenia zaworu. W przypadku zaworów elektromagnetycznych o średnicy przekraczającej 4 mm składają się one zwykle z zaworu pilotowego i zaworu głównego. Po włączeniu zasilania elektrozaworu zawór pilotowy otworzy się i steruje otwarciem zaworu głównego za pomocą sygnału wyjściowego. Warto zaznaczyć, że zawór główny jest w rzeczywistości pneumatycznym zaworem sterującym, a jego działanie wymaga skoordynowanego działania dwóch źródeł powietrza: jedno jest źródłem powietrza dla zaworu głównego, a drugie jest źródłem powietrza dla zaworu pilotowego.
Jeżeli główne źródło powietrza dostarcza powietrze do zaworu pilotowego przez wewnętrzny kanał powietrza zaworu elektromagnetycznego, taką konstrukcję nazywa się typem wewnętrznego pilota. Jeżeli zawór pilotowy zasilany jest gazem ze źródła niezależnego od głównego źródła gazu, nazywa się go pilotem zewnętrznym. Na rysunku 8 lewa strona pokazuje przykład zewnętrznego-zaworu elektromagnetycznego sterowanego pilotem, podczas gdy prawa strona pokazuje przykład wewnętrznego-zaworu elektromagnetycznego sterowanego pilotem.
Fizyczne porównanie przewodu wewnętrznego i zewnętrznego pokazano na poniższym rysunku.
Te dwa typy zaworów elektromagnetycznych, a mianowicie pilot wewnętrzny i pilot zewnętrzny, często współistnieją w tym samym systemie. Zwykle pilot wewnętrzny może już zaspokoić potrzeby większości okazji. Jednakże w pewnych szczególnych okolicznościach przywództwo zewnętrzne staje się jeszcze bardziej konieczne. Na przykład, gdy ciśnienie źródła gazu głównego zaworu waha się i może spaść poniżej 0,2 MPA lub gdy panuje próżnia, ponieważ źródło gazu zaworu pilotowego nie może być wspólne ze źródłem gazu zaworu głównego, w przeciwnym razie może to spowodować, że zawór główny nie będzie mógł się otworzyć. W tym momencie do zasilania zaworu pilotowego wymagane jest niezależne źródło powietrza o ciśnieniu przekraczającym 0,2MPA. Ponadto, gdy różnica ciśnień pomiędzy wlotem i wylotem powietrza jest znaczna lub gdy ciśnienie w głównych drogach oddechowych przekracza 1MPA, pilot wewnętrzny może potrzebować zwiększyć objętość konstrukcyjną poprzez bezpośrednie obciążenie ciśnieniem w drogach oddechowych na rdzeń zaworu. Pilot zewnętrzny rozwiązuje problem poprzez bezpośrednie wprowadzenie jednego kanału gazowego do portu pilotowego bez konieczności dodawania zaworu elektromagnetycznego; należy jedynie dodać rurę powietrzną.
Podsumowując,-zawory elektromagnetyczne sterowane pilotem mają zalety małych głowic elektromagnetycznych i niskiego zużycia energii. Jest estetyczny i pozwala zaoszczędzić miejsce na instalację. Jednocześnie generuje mniej ciepła i zapewnia niezwykłą-oszczędność energii. Co ważniejsze, ze względu na niskie wytwarzanie ciepła, cewka jest mniej podatna na przepalenie i może być zasilana przez długi czas. Jest to szczególnie ważne w zastosowaniach praktycznych. Na przykład moc niektórych elektrozaworów firmy SMC została zmniejszona do zaledwie 0,1 W, co umożliwia ciągłe zasilanie bez przegrzania. Zakres mocy-zaworów elektromagnetycznych bezpośredniego działania wynosi 4-20 W, przy stosunkowo krótkim-czasie załączenia. Co więcej, częste{{15}włączanie zasilania stwarza ryzyko wypalenia zawodowego. Dlatego w sytuacjach, gdy wymagane jest zasilanie przez długi czas lub przy wysokich częstotliwościach, preferowanym wyborem stają się sterowane pilotem zawory elektromagnetyczne. W rzeczywistości większość powszechnie używanych obecnie zaworów elektromagnetycznych ma konstrukcję sterowaną pilotem. Wśród zaworów elektromagnetycznych, które przepuszczają jedynie ciecz, zawory bezpośredniego działania nadal stanowią pewną część. Dzieje się tak głównie dlatego, że zanieczyszczenia znajdujące się w płynie mogą zatykać wąskie kanały zaworu pilotowego.
Następnie zajmiemy się trzema typami trój-położeniowych pięciodrogowych-zaworów elektromagnetycznych: średnio-uszczelnionymi, średnio-wentylowanymi i średnio-ciśnieniowymi, a także ich zastosowaniami. Ten typ zaworu elektromagnetycznego wykorzystuje podwójne elektryczne cewki sterujące. Gdy żaden z dwóch elektromagnesów nie jest zasilany, rdzeń zaworu znajdzie się w położeniu środkowym pod równomiernym naciskiem sprężyn po obu stronach. W tym momencie stan-wyłączenia ścieżki gazu w elektrozaworze określi jego specyficzny typ - środkowe uszczelnienie, środkowe odpowietrzenie lub średnie ciśnienie. Przeanalizujemy po kolei zasady i scenariusze zastosowań tych trzech typów.
1.Analiza stanu uszczelnienia środkowego: Gdy żadna z dwóch cewek nie jest zasilana, ciśnienie w przedniej i tylnej komorze cylindra pozostanie na tym samym poziomie, co po odłączeniu-cewek od zasilania i nie ulegnie zmianie. Jednocześnie zarówno wlot, jak i wylot powietrza są zamknięte. Jednak utrzymywanie tego stanu przez dłuższy czas może stopniowo spowodować utratę równowagi na skutek drobnych nieszczelności. Schemat ideowy pokazano na (Rysunek 10).
Ze względu na ściśliwość gazu oraz fakt, że elementy pneumatyczne, takie jak cylindry, zawory i złącza rur gazowych, nie mogą być całkowicie szczelne-, butla nie może być stabilnie utrzymywana w pośrednim położeniu zatrzymania przez długi czas. Ten zrównoważony stan będzie z biegiem czasu stopniowo zanikał, co spowoduje zmniejszenie dokładności pozycjonowania cylindra. Jednakże w tych warunkach pracy, w których dokładność pozycjonowania cylindra nie jest bardzo wymagana, a czas postoju jest stosunkowo krótki, nadal można rozważyć użycie cylindra ze środkową-uszczelką.
2. Metoda średniego rozładowania: Gdy żadna z cewek nie jest zasilana, w przedniej i tylnej komorze cylindra nie ma ciśnienia, a port wlotu powietrza pozostaje jednocześnie zamknięty. W tym momencie ciśnienie w przedniej i tylnej komorze cylindra zostanie rozładowane przez dwa otwory wylotowe zaworu elektromagnetycznego. Jego zasadę działania można przedstawić na rysunku 11.
W porównaniu ze środkowym-zaworem uszczelnionym, konstrukcja środkowego-obwodu tłocznego może zapewnić dłuższy środkowy-czas zatrzymania. W scenariuszach, w których cylinder musi poruszać się pionowo, środkowy-czas zatrzymania jest stosunkowo długi, ale wymagania dotyczące dokładności pozycjonowania nie są bardzo rygorystyczne, warto rozważyć wybór obwodu środkowego zwalniania.
3. Stan średniego ciśnienia: gdy żadna z dwóch cewek nie jest zasilana, ciśnienie w przedniej i tylnej komorze cylindra pozostanie na poziomie, w którym poprzednia cewka była pozbawiona-zasilania, i będzie stosowane ciągłe ciśnienie, aby zapewnić, że ciśnienie w przedniej i tylnej komorze cylindra będzie zgodne z ciśnieniem po stronie dolotowej. W tym momencie wlot powietrza jest otwarty, a wylot jest zamknięty. Zasada działania pokazana jest na rysunku 12.
Jeśli na cylinder nie działa osiowa siła obciążenia zewnętrznego, tłok pozostanie w stanie wyważonym, a zatem precyzyjnie pozostanie w dowolnym położeniu podczas skoku. Charakterystyka tego obwodu wymaga, aby butla była zainstalowana poziomo. Dlatego w warunkach pracy, w których wymagana jest-wysoka precyzja pozycjonowania i nie występuje osiowa siła obciążenia zewnętrznego, zaleca się stosowanie zaworu średnio-ciśnieniowego w połączeniu z cylindrem z podwójnym tłoczyskiem.
