I. A función fundamental deVálvulas de solenoide
A válvula de solenoide, como un compoñente clave para a conversión electro-pneumática, non ten a responsabilidade de converter de xeito eficiente os sinais eléctricos en sinais pneumáticos. Despois de recibir a instrución de control, a válvula de solenoide pode liberar, parar ou cambiar precisamente a dirección do fluxo do aire comprimido, conseguindo así varias funcións, incluído o control da dirección de acción do compoñente actuador pneumático, o control de cantidade de interruptor ON/OFF e o control lóxico ou/non/e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e. Entre os distintos tipos de válvulas de solenoide, a válvula de control direccional de control electromagnético mantén unha posición núcleo e xoga un papel crucial.
II. Principio de traballo da válvula de control direccional de control electromagnético
Nos sistemas pneumáticos, a válvula de control direccional de control electromagnético xoga un papel crucial. É responsable de controlar a apertura e peche da canle de fluxo de aire ou cambiar a dirección do fluxo do aire comprimido. O seu principal principio de traballo depende da forza electromagnética xerada pola bobina electromagnética. Esta forza impulsará o núcleo da válvula a cambiar, conseguindo así o propósito de reverter o fluxo de aire. Segundo as diferentes formas en que a parte de control electromagnético empurra a válvula de control direccional, as válvulas de control direccional de control electromagnético pódense dividir en dous tipos: acción directa e operada por piloto. As válvulas de solenoide de acción directa usan directamente a forza electromagnética para conducir o núcleo da válvula para reverter a dirección, mentres que as válvulas de control direccionais operadas con piloto dependen da presión do aire piloto xerada pola válvula piloto electromagnética para conducir o núcleo da válvula para lograr a reversión.
A figura 1 mostra unha visión sinxela de sección transversal dunha válvula de solenoide de acción directa de 3/2 (tres vías) (tipo normalmente aberto) e o seu principio de traballo. Cando a bobina está dinamizada, o núcleo estático de ferro xerará forza electromagnética e esta forza empurrará o núcleo da válvula a moverse cara arriba. A medida que aumenta o núcleo da válvula, a xunta é levantada, conectando así os portos 1 e 2 mentres desconectan os portos 2 e 3. Neste momento, a válvula está en estado de entrada e pode controlar o movemento do cilindro. Unha vez cortado a potencia, o núcleo da válvula confiará na forza de restauración da primavera para volver ao seu estado orixinal, é dicir, os portos 1 e 2 están desconectados mentres os portos 2 e 3 están conectados. Deste xeito, a válvula está no estado de escape.
A figura 2 mostra unha simple vista transversal da válvula de solenoide de acción directa de 5/2 (cinco vías) (tipo normalmente aberto) e o seu principio de traballo. No estado inicial, a inxestión de aire prodúcese a través dos portos 1 e 2, mentres que o escape realízase a través dos portos 4 e 5. Cando a bobina está energizada, o núcleo estático xera forza electromagnética. Esta forza impulsará a válvula piloto a funcionar e, a continuación, o aire comprimido entrará no pistón piloto da válvula a través do camiño do aire, facendo que o pistón se inicie. No medio do pistón, a superficie circular de selado abre a canle. Neste momento, o aire toma os portos 1 e 4, mentres que o aire é descargado dos portos 2 e 3. Unha vez cortada a potencia, a válvula piloto dependerá da forza de restauración da primavera para volver ao seu estado orixinal.
A continuación, falemos da función da válvula de solenoide. A función dunha válvula electromagnética está representada por dous números: M e N, que se denomina válvula electromagnética de posición N de ruta M. Entre eles, a "posición N" representa a posición de conmutación da válvula de control direccional, é dicir, o estado da válvula. O número de posicións das válvulas é o valor de N. Por exemplo, unha válvula de dúas posicións ten dúas opcións de posición, é dicir, ten dous estados. A válvula de tres posicións ten tres opcións de posición, é dicir, hai tres estados diferentes. O "camiño M" indica o número de interfaces externas da válvula, incluíndo a entrada de aire, a toma de aire e o porto de escape. O número de vías é o valor de M.
Tome a válvula na figura 1 como exemplo. É unha válvula de solenoide de actuación directa de 3/2, é dicir, a válvula ten dúas posicións, é dicir, os estados "on" e "off". Ao mesmo tempo, ten tres portos de aire: 1 é a entrada de aire, 2 é a toma de aire e 3 é o porto de escape.
Análise da vía aérea da válvula de solenoide
No extremo esquerdo do diagrama de ruta de gas, o símbolo da extrema esquerda normalmente representa o resorte inferior. A parte media é o corpo da válvula, que contén a información clave para determinar o tipo de válvula de solenoide. Por exemplo, as dúas caixas da figura indican que se trata dunha válvula de solenoide de dúas posicións, mentres que a/b/r/p/s representan as posicións do burato do corpo da válvula, é dicir, a válvula de cinco vías. Polo tanto, esta válvula de solenoide é unha válvula de solenoide de cinco bandas de dúas posicións. Do mesmo xeito, podemos determinar o número de bits e o número de pases da válvula de solenoide polo número de buracos e o número de caixas.
Ademais, o diagrama de ruta de gas tamén mostra as rutas de funcionamento da ruta do gas cando a potencia está desactivada e cando a potencia está activada. Cando se corta a potencia, o camiño de aire entra polo burato P, actúa no actuador a través do burato A, logo pasa polo burato B e finalmente é dado de alta do burato, mentres que o burato R permanece pechado. Cando se acende, o camiño de aire tamén entra desde o burato P, pero neste momento, o aire é descargado do burato B, actuando no actuador e pasando polo burato A, e finalmente ser descargado do burato R, mentres que o burato está pechado.
A parte correcta da figura 3 xeralmente representa as bobinas ou as válvulas pequenas piloto, que xogan un papel importante no funcionamento das válvulas de solenoide. Ao interpretar estes diagramas das vías aéreas, podemos comprender máis o principio de traballo da válvula de solenoide e o funcionamento da vía aérea en diferentes condicións.
A figura 4 mostra o diagrama esquemático eléctrico da válvula de solenoide pneumático. O diagrama esquemático eléctrico é a clave para comprender o principio de traballo dunha válvula electromagnética. Representa claramente a bobina, os contactos e a relación de conexión con outros compoñentes eléctricos. Ao observar o diagrama esquemático eléctrico, podemos comprender máis profundamente os cambios eléctricos da válvula de solenoide cando está activado e apagado, mellor comprendendo as súas características de traballo.
Iv. Selección de válvulas de solenoide de control único e válvulas de solenoide de dobre control
A única válvula de solenoide controlada eléctricamente, como suxire o seu nome, está equipada cunha soa bobina. Cando se acende, cambiará e entrará noutro estado. Cando a potencia estea cortada, volverá automaticamente ao estado orixinal. Este principio de traballo móstrase na figura 5. En contraste, a válvula de solenoide dobre electro-controlada está equipada con dúas bobinas. Ao controlar os estados enerxéticos de diferentes bobinas, pode conseguir múltiples conmutadores e aínda manter o seu estado anterior despois do apagado, como se mostra na figura 6. Esta diferenza funcional determina directamente as súas diferentes opcións en aplicacións prácticas.
As figuras 5 e 6 demostran os principios de traballo das válvulas de solenoide de monocontrol e as válvulas de solenoide de dobre control. Ao facer unha selección, se o tempo de inversión da válvula é relativamente curto, é suficiente unha válvula de solenoide de control dun só control. Non obstante, se o tempo de conmutación é longo, a bobina debe alimentarse continuamente, o que pode provocar que a bobina se quenta debido ao poder prolongado e incluso queimado. Para evitar esta situación, pódese seleccionar unha válvula de dobre control. Ademais, se a función de restablecemento debe lograrse despois do fallo de enerxía, é máis adecuada unha única válvula de solenoide controlada eléctricamente. Se é necesario manter o estado actual despois do fallo de enerxía, é máis adecuada unha válvula de solenoide de dobre control.
V. Diferenzas e aplicacións entre válvulas de solenoide operadas con piloto e válvulas de solenoide de acción directa
Entre os tipos de válvulas de solenoide, hai dous tipos comúns operados por piloto e de acción directa. Diferéncianse nos principios de traballo e nos escenarios de aplicacións. As válvulas de solenoide operadas con piloto cambian entre gas e líquido a través de buracos piloto, mentres que as válvulas de solenoide de acción directa dependen das diferenzas de presión para controlar o movemento do núcleo da válvula. Esta diferenza fai que os dous tipos de válvulas de solenoide teñan cada unha das súas propias vantaxes ao responder a diferentes demandas industriais. Por exemplo, nalgunhas situacións que requiren resposta rápida e alta sensibilidade, as válvulas de solenoide de acción directa poden ser máis adecuadas. En situacións nas que se require un control fino e un menor consumo de enerxía, as válvulas de solenoide operadas con piloto poden ter un bordo.
O deseño estrutural de válvulas de solenoide de acción directa é relativamente sinxelo. O seu principio de traballo depende principalmente da forza electromagnética para conducir directamente o núcleo da válvula para actuar. Non obstante, este deseño tamén ten dúas carencias importantes. En primeiro lugar, debido á gran demanda de forza electromagnética, o volume da bobina electromagnet aumenta en consecuencia, o que á súa vez leva a un maior consumo de enerxía. En segundo lugar, as válvulas de solenoide de acción directa son relativamente sensibles á presión. Cando a presión supera un determinado límite (normalmente superior a 0,7MPa), moitas válvulas de solenoide de acción directa non poden funcionar correctamente. Isto débese principalmente á presión excesivamente alta que actúa sobre o núcleo da válvula, dificultando a forza electromagnética para impulsar o núcleo da válvula. A pesar disto, as válvulas de solenoide de acción directa tamén teñen as súas vantaxes: estrutura sinxela, prezo accesible e baixa taxa de fracaso.
2. A válvula de solenoide operada por piloto está deseñada inxeniosamente. Abandona a unidade de forza electromagnética tradicional e, en vez diso, usa a presión do aire para conducir o núcleo da válvula para actuar. Para as válvulas de solenoide cun diámetro superior a 4 mm, normalmente están compostos por unha válvula piloto e unha válvula principal. Despois de acender a válvula de solenoide, a válvula piloto abrirase e controlará a apertura da válvula principal a través do seu sinal de saída. É de destacar que a válvula principal é realmente unha válvula de control pneumático e o seu funcionamento require a acción coordinada de dúas fontes de aire: unha é a fonte de aire principal da válvula, e a outra é a fonte de aire da válvula piloto.
Se a fonte de aire principal subministra aire á válvula piloto a través do paso de aire interno da válvula de solenoide, este deseño chámase tipo piloto interno. Se a válvula piloto se fornece con gas desde unha fonte independente da fonte principal de gas, chámase tipo piloto externo. Na figura 8, o lado esquerdo mostra un exemplo de válvula de solenoide externo con piloto, mentres que o lado dereito mostra un exemplo de válvula de solenoide interno de piloto.
A comparación física entre o chumbo interno e o chumbo externo móstrase na seguinte figura.
Estes dous tipos de válvulas de solenoide, é dicir, piloto interno e piloto externo, a miúdo conviven no mesmo sistema. Normalmente, o piloto interno xa pode satisfacer as necesidades da maioría das ocasións. Non obstante, nalgunhas circunstancias específicas, o liderado externo faise aínda máis necesario. Por exemplo, cando a presión da fonte de gas da válvula principal fluctúa e pode caer por baixo de 0,2MPa, ou cando se atopa nun ambiente de baleiro, xa que a fonte de gas da válvula piloto non se pode compartir coa da válvula principal, se non, pode levar a que a válvula principal non poida abrir. Neste momento, é necesaria unha fonte de aire independente cunha presión superior a 0,2MPA para alimentar a válvula piloto. Ademais, cando a diferenza de presión entre a entrada de aire e a saída é significativa ou cando a presión principal das vías aéreas supera o 1MPA, o piloto interno pode ter que aumentar o volume estrutural cargando directamente a presión das vías respiratorias sobre o núcleo da válvula. O piloto externo resolve o problema introducindo directamente unha canle de gas ao porto piloto sen necesidade de engadir unha válvula electromagnética; Só hai que engadir un tubo de aire.
En conclusión, as válvulas de solenoide operadas con piloto teñen as vantaxes de pequenas cabezas electromagnéticas e baixo consumo de enerxía. É esteticamente agradable e garda o espazo de instalación. Mentres tanto, xera menos calor e ten un efecto de aforro de enerxía notable. É máis importante, debido á xeración de calor baixa, a bobina é menos probable que se queima e poida estar activada durante moito tempo. Isto é particularmente importante nas aplicacións prácticas. Por exemplo, a potencia dalgunhas válvulas de solenoide de SMC reduciuse ata 0,1W, permitindo a alimentación continua sen superenriquecer. O rango de potencia de válvulas de solenoide de acción directa é de 4-20W, cun tempo de alimentación relativamente curto. Ademais, o poder frecuente supón un risco de queimadura. Polo tanto, en situacións nas que se necesita subministración de enerxía durante períodos longos ou en altas frecuencias, as válvulas de solenoide operadas con piloto convértense na elección preferida. De feito, a maioría das válvulas de solenoide de uso común hoxe en día adoptaron un deseño operado por piloto. Entre as válvulas de solenoide que só permiten pasar o líquido, as de acción directa aínda dan conta dunha determinada proporción. Isto débese principalmente a que as impurezas do fluído poden obstruír as canles de válvulas piloto estreitas.
A continuación, afondaremos nos tres tipos de válvulas de solenoide de tres bandas de tres posicións: selado medio, ventilado medio e presión media, así como as súas aplicacións. Este tipo de válvula de solenoide usa bobinas de control eléctrico dobres. Cando ningún dos dous electromagnetos estea activado, o núcleo da válvula estará na posición media baixo o empuxe equilibrado dos resortes por ambos os dous lados. Neste momento, o estado de gas da vía de gas na válvula de solenoide determinará o seu tipo específico: selado medio, ventilación media ou presión media. Analizaremos os principios e os escenarios de aplicacións destes tres tipos un por un.
1.Análise do estado do selo medio: cando ningunha das dúas bobinas está dinamizada, a presión nas cámaras dianteiras e traseiras do cilindro permanecerá no estado despois de que as bobinas se desactiven e non cambiarán. Ao mesmo tempo, os portos de inxestión de aire e de escape están pechados. Non obstante, manter este estado durante moito tempo pode facer gradualmente que perda o equilibrio debido a pequenas fugas. O diagrama esquemático móstrase en (Figura 10).
Debido á compresibilidade do gas e ao feito de que compoñentes pneumáticos como cilindros, válvulas e xuntas de tubo de gas non poden estar completamente sen fugas, o cilindro non se pode manter estable na posición de parada intermedia durante moito tempo. Este estado equilibrado perderase gradualmente co paso do tempo, obtendo unha diminución da precisión do posicionamento do cilindro. Non obstante, para as condicións de traballo nas que a precisión de posicionamento do cilindro non é moi demandada e o tempo de parada é relativamente curto, aínda se pode considerar o cilindro selado medio.
2. Método de descarga media: cando ningunha das dúas bobinas está energizada, non hai presión nas cámaras dianteiras e traseiras do cilindro, e o porto de entrada de aire permanece pechado ao mesmo tempo. Neste punto, a presión nas cámaras dianteiras e traseiras do cilindro será descargada a través dos dous portos de escape da válvula de solenoide. O seu principio de traballo pode referirse na figura 11.
En comparación coa válvula selada media, o deseño do circuíto de descarga media pode proporcionar un tempo máis longo. En escenarios onde o cilindro necesita moverse verticalmente, o tempo de parada media é relativamente longo, pero o requisito de precisión de posicionamento non é moi estrito, o circuíto de liberación media é unha elección que paga a pena considerar.
3. Estado de presión media: cando ningunha das dúas bobinas está activada, a presión nas cámaras dianteiras e traseiras do cilindro permanecerá no estado cando a bobina anterior se desactive, e a presión continua aplicarase para asegurarse de que a presión nas cámaras dianteiras e traseiras do cilindro sexa consistente con iso no final da inxestión. Neste momento, a inxestión de aire está aberta mentres o escape está pechado. O principio de traballo móstrase na figura 12.
Se o cilindro non está sometido a unha forza de carga externa axial, o pistón permanecerá nun estado equilibrado e así permanecerá precisamente en calquera posición durante o ictus. As características deste circuíto requiren que o cilindro debe instalarse horizontalmente. Polo tanto, nas condicións de traballo onde se precisa un posicionamento de alta precisión e non hai ningunha forza de carga externa axial, recoméndase usar unha válvula de presión media en combinación cun cilindro de dobre pistón.
