I. Temeljna funkcijaSolenoidni ventili
Solenoidni ventil, kao ključna komponenta za elektro-pneumatsku pretvorbu, preuzima odgovornost za učinkovito pretvaranje električnih signala u pneumatske signale. Nakon primanja upravljačkih uputa, solenoidni ventil može precizno otpustiti, zaustaviti ILI promijeniti smjer protoka komprimiranog zraka, čime se postižu višestruke funkcije, uključujući kontrolu smjera djelovanja komponente pneumatskog aktuatora, kontrolu količine sklopke ON/OFF, I ILI/NE/I logičku kontrolu. Među raznim vrstama solenoidnih ventila, elektromagnetski regulacijski ventil ima središnju poziciju i igra ključnu ulogu.
II. Princip rada elektromagnetskog regulacijskog regulacijskog ventila
U pneumatskim sustavima elektromagnetski regulacijski ventil ima presudnu ulogu. Odgovoran je za kontrolu otvaranja i zatvaranja kanala protoka zraka ili promjenu smjera strujanja komprimiranog zraka. Njegov temeljni princip rada oslanja se na elektromagnetsku silu koju stvara elektromagnetska zavojnica. Ova sila će pokrenuti jezgru ventila da se prebaci, čime se postiže svrha preokretanja protoka zraka. U skladu s različitim načinima na koje elektromagnetski upravljački dio gura usmjerivački ventil, elektromagnetski upravljački upravljački ventili mogu se podijeliti u dvije vrste: izravno-djelujući i pilot-upravljani. Solenoidni ventili s izravnim-djelovanjem izravno koriste elektromagnetsku silu kako bi potjerali jezgru ventila da promijeni smjer, dok se upravljački-kontrolni ventili oslanjaju na tlak pilot zraka koji generira elektromagnetski pilot ventil da pokreću jezgru ventila kako bi se postigla reverzija.
Slika 1 prikazuje jednostavan poprečni-prikaz presjeka 3/2 (tro-dva-položaja) izravnog-djelujućeg solenoidnog ventila (normalno otvorenog tipa) i njegov princip rada. Kada je zavojnica pod naponom, statična željezna jezgra će generirati elektromagnetsku silu, a ta će sila gurnuti jezgru ventila da se pomakne prema gore. Kako se jezgra ventila podiže, brtva se podiže, povezujući tako priključke 1 i 2 dok odvaja priključke 2 i 3. U ovom trenutku ventil je u stanju usisa i može kontrolirati kretanje cilindra. Nakon prekida napajanja, jezgra ventila oslanjat će se na povratnu silu opruge kako bi se vratila u prvobitno stanje, to jest, priključci 1 i 2 su odspojeni dok su priključci 2 i 3 spojeni. Na taj način je ventil u ispušnom stanju.
Slika 2 prikazuje jednostavan presjek-poprečnog presjeka 5/2 (pet-s dva-položaja) izravnog-djelujućeg solenoidnog ventila (normalno otvorenog tipa) i njegov princip rada. U početnom stanju, usis zraka se odvija kroz otvore 1 i 2, dok se ispuh provodi kroz otvore 4 i 5. Kada je zavojnica pod naponom, statična željezna jezgra stvara elektromagnetsku silu. Ova sila će pokrenuti pilot ventil da radi, a zatim će komprimirani zrak ući u pilot klip ventila kroz put zraka, uzrokujući pokretanje klipa. U sredini klipa, brtvena kružna površina otvara kanal. U to vrijeme, zrak ulazi iz priključaka 1 i 4, dok se zrak ispušta iz otvora 2 i 3. Nakon prekida napajanja, pilot ventil će se oslanjati na povratnu silu opruge da se vrati u svoje prvobitno stanje.
Zatim, razgovarajmo o funkciji solenoidnog ventila. Funkcija elektromagnetskog ventila predstavljena je s dva broja: M i N, što se naziva M-put N-pozicijski elektromagnetski ventil. Među njima, "N položaj" predstavlja uklopni položaj regulacijskog ventila, odnosno stanje ventila. Broj položaja ventila je vrijednost N. Na primjer, dvo-pozicijski ventil ima dvije opcije položaja, to jest, ima dva stanja. Tro-položajni ventil ima tri opcije položaja, to jest, postoje tri različita stanja. "M staza" označava broj vanjskih sučelja ventila, uključujući ulaz zraka, izlaz zraka i ispušni otvor. Broj putova je vrijednost M.
Uzmimo ventil na slici 1 kao primjer. To je elektromagnetski ventil s izravnim-djelovanjem 3/2, odnosno ventil ima dva položaja, naime "uključeno" i "isključeno". Istovremeno ima tri otvora za zrak: 1 je ulaz za zrak, 2 je izlaz za zrak, a 3 je ispušni otvor.
Analiza dišnog puta elektromagnetskog ventila
Na lijevom kraju dijagrama putanje plina, simbol krajnje lijevo obično predstavlja donju oprugu. Srednji dio je tijelo ventila, u kojem se nalaze ključne informacije za određivanje tipa elektromagnetskog ventila. Na primjer, dva okvira na slici pokazuju da je ovo elektromagnetski ventil s dva-položaja, dok A/B/R/P/S predstavljaju položaje rupa na tijelu ventila, odnosno pet-smjerni ventil. Stoga je ovaj elektromagnetski ventil dvo-pozicijski pet-smjerni elektromagnetski ventil. Slično, možemo odrediti broj bitova i broj prolaza solenoidnog ventila prema broju rupa i broju kutija.
Osim toga, dijagram putanje plina također prikazuje rute rada putanje plina kada je napajanje isključeno i kada je napajanje uključeno. Kada se struja prekine, put zraka ulazi kroz otvor P, djeluje na pokretač kroz otvor A, zatim prolazi kroz otvor B i konačno se ispušta iz otvora S, dok otvor R ostaje zatvoren. Kada je uključen, put zraka također ulazi iz otvora P, ali u ovom trenutku, zrak se ispušta iz otvora B, djelujući na aktuator i prolazeći kroz otvor A, i konačno se ispušta kroz otvor R, dok je otvor S zatvoren.
Desni dio slike 3 općenito predstavlja zavojnice ili pilot male ventile, koji igraju važnu ulogu u radu solenoidnih ventila. Tumačenjem ovih dijagrama dišnih putova možemo steći dublje razumijevanje principa rada solenoidnog ventila i rada dišnih putova u različitim uvjetima.
Slika 4 prikazuje električni shematski dijagram pneumatskog solenoidnog ventila. Električni shematski dijagram je ključ za razumijevanje principa rada elektromagnetskog ventila. Jasno prikazuje zavojnicu, kontakte i vezu s drugim električnim komponentama. Promatrajući električni shematski dijagram, možemo steći dublje razumijevanje električnih promjena solenoidnog ventila kada se uključuje i isključuje, čime bolje razumijemo njegove radne karakteristike.
Iv. Odabir jednostrukih-upravljačkih elektromagnetskih ventila i dvostrukih-upravljačkih elektromagnetskih ventila
Jedan elektromagnetski ventil s električnim upravljanjem, kao što mu ime govori, opremljen je samo jednom zavojnicom. Kada se uključi, promijenit će se i ući u drugo stanje. Kada se napajanje prekine, automatski će se vratiti u prvobitno stanje. Ovaj princip rada prikazan je na slici 5. Nasuprot tome, dvostruki elektro-kontrolirani solenoidni ventil opremljen je s dva svitka. Kontroliranjem stanja pod naponom različitih zavojnica, može postići višestruke prekidače i zadržati svoje prethodno stanje nakon -isključenja napajanja, kao što je prikazano na slici 6. Ova funkcionalna razlika izravno određuje njihove različite izbore u praktičnim primjenama.
Slike 5 i 6 pokazuju principe rada jednostrukih-kontrolnih solenoidnih ventila i dvostrukih-kontrolnih elektromagnetskih ventila. Prilikom odabira, ako je vrijeme preokreta ventila relativno kratko, dovoljan je jedan-kontrolni solenoidni ventil da to riješi. Međutim, ako je vrijeme komutacije dugo, zavojnica mora biti stalno uključena, što može uzrokovati zagrijavanje zavojnice zbog dugotrajnog-uključivanja napajanja, pa čak i pregorijevanje. Kako bi se izbjegla ova situacija, može se odabrati dvostruki-kontrolni ventil. Osim toga, ako se funkcija resetiranja treba postići nakon nestanka struje, prikladniji je jedan elektromagnetski ventil s električnom kontrolom. Ako je potrebno održati trenutno stanje nakon nestanka struje, prikladniji je dvostruki-upravljački elektromagnetski ventil.
V. Razlike i primjene između pilot{1}}elektromagnetskih ventila i izravnih-elektromagnetskih ventila
Među vrstama solenoidnih ventila dvije su uobičajene vrste s upravljačkim-i izravnim-delovanjem. Razlikuju se u principima rada i scenarijima primjene. Upravljački-elektromagnetski ventili prebacuju se između plina i tekućine kroz upravljačke rupe, dok se izravno-elektromagnetni ventili oslanjaju na razlike u tlaku za kontrolu kretanja jezgre ventila. Ova razlika čini da dvije vrste elektromagnetskih ventila imaju svoje prednosti kada odgovaraju na različite industrijske zahtjeve. Na primjer, u nekim situacijama koje zahtijevaju brz odgovor i visoku osjetljivost, elektromagnetski ventili s izravnim-djelovanjem mogu biti prikladniji. U situacijama u kojima je potrebna fina kontrola i manja potrošnja energije, elektromagnetski ventili s pilot{10}}upravljanjem mogu imati prednost.
Strukturni dizajn elektromagnetskih-ventila s izravnim djelovanjem relativno je jednostavan. Njihov princip rada uglavnom se oslanja na elektromagnetsku silu koja izravno pokreće jezgru ventila da djeluje. Međutim, ovaj dizajn također ima dva velika nedostatka. Prvo, zbog velike potrebe za elektromagnetskom silom, volumen zavojnice elektromagneta se u skladu s time povećava, što zauzvrat dovodi do veće potrošnje energije. Drugo,-elektromagnetski ventili s izravnim djelovanjem relativno su osjetljivi na tlak. Kada tlak prijeđe određenu granicu (obično preko 0,7 MPA), mnogi elektromagnetski ventili s izravnim-djelovanjem ne mogu pravilno funkcionirati. To je uglavnom zbog pretjerano visokog tlaka koji djeluje na jezgru ventila, što otežava elektromagnetskoj sili da pokreće rad jezgre ventila. Unatoč tome, elektromagnetski-ventili s izravnim djelovanjem također imaju svoje prednosti: jednostavnu strukturu, pristupačnu cijenu i nisku stopu kvarova.
2. Elektromagnetski-ventil koji upravlja pilot je genijalno dizajniran. Napušta tradicionalni pogon elektromagnetske sile i umjesto toga koristi tlak zraka za pokretanje jezgre ventila. Za solenoidne ventile promjera većeg od 4 mm, obično se sastoje od pilot ventila i glavnog ventila. Nakon što se solenoidni ventil uključi, pilot ventil će se otvoriti i kontrolirati otvaranje glavnog ventila putem svog izlaznog signala. Važno je napomenuti da je glavni ventil zapravo pneumatski regulacijski ventil, a njegov rad zahtijeva koordinirano djelovanje dva izvora zraka: jedan je izvor zraka glavnog ventila, a drugi je izvor zraka pilot ventila.
Ako glavni izvor zraka dovodi zrak u pilot ventil kroz unutarnji zračni prolaz solenoidnog ventila, ovaj dizajn se naziva interni pilot tip. Ako se pilot ventil opskrbljuje plinom iz izvora neovisnog o glavnom izvoru plina, naziva se vanjski pilot tip. Na slici 8, lijeva strana prikazuje primjer vanjskog pilot-elektromagnetskog ventila, dok desna strana prikazuje primjer unutarnjeg pilot-elektromagnetskog ventila.
Fizička usporedba unutarnjeg i vanjskog voda prikazana je na sljedećoj slici.
Ove dvije vrste elektromagnetskih ventila, odnosno unutarnji pilot i vanjski pilot, često koegzistiraju u istom sustavu. Obično interni pilot već može zadovoljiti potrebe većine prilika. Međutim, u nekim specifičnim okolnostima vanjsko vodstvo postaje još potrebnije. Na primjer, kada tlak izvora plina glavnog ventila varira i može pasti ispod 0,2 MPA, ili kada je u vakuumskom okruženju, budući da se izvor plina pilot ventila ne može dijeliti s izvorom plina glavnog ventila, u protivnom to može dovesti do toga da se glavni ventil ne može otvoriti. U ovom trenutku potreban je neovisni izvor zraka s tlakom većim od 0,2 MPA za napajanje pilot ventila. Osim toga, kada je razlika tlaka između ulaza i izlaza zraka značajna ili kada glavni tlak dišnog puta premaši 1 MPA, unutarnji pilot će možda trebati povećati strukturni volumen izravnim opterećenjem tlaka dišnog puta na jezgru ventila. Vanjski pilot rješava problem izravnim uvođenjem jednog plinskog kanala u pilot otvor bez potrebe za dodavanjem elektromagnetskog ventila; potrebno je dodati samo cijev za zrak.
U zaključku, pilot{0}}elektromagnetski ventili imaju prednosti malih elektromagnetskih glava i male potrošnje energije. Estetski je ugodan i štedi prostor za ugradnju. U međuvremenu, stvara manje topline i ima izvanredan učinak-uštede energije. Što je još važnije, zbog niske proizvodnje topline, manja je vjerojatnost da će zavojnica izgorjeti i može biti uključena dulje vrijeme. Ovo je osobito važno u praktičnim primjenama. Na primjer, snaga nekih solenoidnih ventila iz SMC-a smanjena je na samo 0,1 W, što omogućuje kontinuirano napajanje bez pregrijavanja. Raspon snage-elektromagnetskih ventila s izravnim djelovanjem je 4-20 W, s relativno kratkim vremenom uključivanja-. Štoviše, često uključivanje -predstavlja rizik od pregaranja. Stoga, u situacijama kada je potrebno napajanje tijekom dugih razdoblja ili na visokim frekvencijama, elektromagnetski ventili s pilot-upravljanjem postaju preferirani izbor. Zapravo, većina elektromagnetskih ventila koji se danas često koriste imaju pilotski{19}}dizajn. Među elektromagnetskim ventilima koji propuštaju samo tekućinu, oni s izravnim djelovanjem još uvijek čine određeni udio. To je uglavnom zbog činjenice da nečistoće u tekućini mogu začepiti uske kanale pilot ventila.
Zatim ćemo istražiti tri vrste tro-pozicijskih pet{1}}smjernih elektromagnetskih ventila: srednje-zabrtvljene, srednje-ventilirane i srednje-tlačne, kao i njihove primjene. Ova vrsta solenoidnog ventila koristi dvostruke električne upravljačke zavojnice. Kada niti jedan od dva elektromagneta nije pod naponom, jezgra ventila bit će u srednjem položaju pod uravnoteženim pritiskom opruga s obje strane. U ovom trenutku, stanje uključeno-isključeno putanje plina u solenoidnom ventilu odredit će njegovu specifičnu vrstu - srednjeg brtvljenja, srednjeg odzračivanja ili srednjeg tlaka. Analizirat ćemo principe i scenarije primjene ova tri tipa jedan po jedan.
1. Analiza stanja srednje brtve: kada nijedna od dvije zavojnice nije pod naponom, tlak u prednjoj i stražnjoj komori cilindra ostat će u stanju nakon što se zavojnice is-napajaju i neće se promijeniti. U isto vrijeme, i usisni i ispušni otvori za zrak su zatvoreni. Međutim, održavanje ovog stanja dulje vrijeme može postupno uzrokovati gubitak ravnoteže zbog manjih curenja. Shematski dijagram je prikazan na (Slici 10).
Zbog stlačivosti plina i činjenice da pneumatske komponente poput cilindara, ventila i spojeva plinskih cijevi ne mogu biti potpuno nepropusne, cilindar se ne može stabilno održavati u srednjem položaju zaustavljanja dulje vrijeme. Ovo uravnoteženo stanje postupno će se izgubiti tijekom vremena, što će rezultirati smanjenjem točnosti pozicioniranja cilindra. Međutim, za one radne uvjete gdje točnost pozicioniranja cilindra nije visoko zahtjevna i vrijeme zaustavljanja je relativno kratko, srednji-zabrtvljeni cilindar još uvijek se može uzeti u obzir za upotrebu.
2. Metoda srednjeg pražnjenja: Kada nijedna od dvije zavojnice nije pod naponom, nema tlaka u prednjoj i stražnjoj komori cilindra, a otvor za usis zraka ostaje zatvoren u isto vrijeme. U ovoj će se točki tlak u prednjoj i stražnjoj komori cilindra ispuštati kroz dva ispušna otvora solenoidnog ventila. Njegov princip rada može se prikazati na slici 11.
U usporedbi sa srednjim-zabrtvljenim ventilom, srednji-dizajn strujnog kruga pražnjenja može pružiti dulje srednje{2}}vrijeme zaustavljanja. U scenarijima u kojima se cilindar treba pomicati okomito, vrijeme-zaustavljanja u sredini je relativno dugo, ali zahtjevi za točnost pozicioniranja nisu jako strogi, krug za-otpuštanje u sredini je izbor vrijedan razmatranja.
3. Stanje srednjeg tlaka: kada nijedna od dvije zavojnice nije pod naponom, tlak u prednjoj i stražnjoj komori cilindra ostat će u stanju kada je prethodna zavojnica de-bez napona, a primjenjivat će se kontinuirani tlak kako bi se osiguralo da tlak u prednjoj i stražnjoj komori cilindra bude u skladu s onim na usisnom kraju. U ovom trenutku, dovod zraka je otvoren dok je ispuh zatvoren. Princip rada prikazan je na slici 12.
Ako cilindar nije podvrgnut aksijalnom vanjskom opterećenju, klip će ostati u uravnoteženom stanju i tako točno ostati u bilo kojem položaju tijekom takta. Karakteristike ovog kruga zahtijevaju da cilindar mora biti postavljen vodoravno. Stoga, u radnim uvjetima gdje je potrebno visoko-precizno pozicioniranje i nema aksijalne vanjske sile opterećenja, preporučuje se upotreba srednje{3}}tlačnog ventila u kombinaciji s dvostrukim cilindrom klipnjače.
