I. Osnovna funkcijaSolenoidni ventili
Elektromagnetni ventil, kao ključna komponenta za elektro{0}}pneumatsku konverziju, preuzima odgovornost za efikasno pretvaranje električnih signala u pneumatske signale. Nakon primanja kontrolne instrukcije, elektromagnetni 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 prekidača ON/OFF, I ILI/NE/I logičku kontrolu. Među različitim tipovima elektromagnetnih ventila, elektromagnetski kontrolni ventil za upravljanje ima ključnu poziciju i igra ključnu ulogu.
Ii. Princip rada elektromagnetnog regulacionog ventila
U pneumatskim sistemima, elektromagnetski kontrolni ventil za upravljanje igra ključnu ulogu. On je odgovoran za kontrolu otvaranja i zatvaranja kanala za protok zraka ili promjenu smjera strujanja komprimovanog zraka. Njegov osnovni princip rada oslanja se na elektromagnetnu silu koju generiše elektromagnetna zavojnica. Ova sila će pokrenuti jezgro ventila da se prebaci, čime se postiže svrha obrnutog protoka zraka. Prema različitim načinima na koje elektromagnetski upravljački dio potiskuje usmjeravajući regulacijski ventil, elektromagnetni kontrolni ventili se mogu podijeliti na dva tipa: direktno-upravljački i pilot-upravljani. Elektromagnetni ventili direktnog-direktnog djelovanja koriste elektromagnetnu silu da pokreću jezgro ventila u obrnuti smjer, dok se smjerni kontrolni ventili{8}}upravljaju oslanjaju na pilotski vazdušni pritisak koji generiše elektromagnetski pilot ventil za pokretanje jezgra ventila kako bi se postigao rikverc.
Slika 1 prikazuje jednostavan-presjek 3/2 (tro-dvosmjernog-položaja) elektromagnetnog ventila direktnog-okretanja (normalno otvorenog tipa) i njegov princip rada. Kada je zavojnica pod naponom, statično gvozdeno jezgro će generisati elektromagnetnu silu, a ta sila će gurnuti jezgro ventila da se pomeri prema gore. Kako se jezgro ventila podiže, zaptivka se podiže, povezujući na taj način priključke 1 i 2, dok odspaja priključke 2 i 3. U ovom trenutku, ventil je u stanju usisavanja i može kontrolirati kretanje cilindra. Jednom kada se struja prekine, jezgro ventila će se oslanjati na povratnu silu opruge da se vrati u prvobitno stanje, to jest, priključci 1 i 2 su isključeni dok su portovi 2 i 3 povezani. Na taj način ventil je u izduvnom stanju.
Slika 2 prikazuje jednostavan-presjek 5/2 (pet-dvosmjernog-položaja) elektromagnetnog ventila direktnog-okretanja (normalno otvorenog tipa) i njegov princip rada. U početnom stanju, usis zraka se odvija kroz priključke 1 i 2, dok se izduvavanje vrši kroz priključke 4 i 5. Kada je zavojnica pod naponom, statično željezno jezgro stvara elektromagnetnu silu. Ova sila će pokrenuti pilot ventil da radi, a zatim će komprimirani zrak ući u pilotski klip ventila kroz zračni put, uzrokujući pokretanje klipa. U sredini klipa, zaptivna kružna površina otvara kanal. U ovom trenutku, zrak ulazi iz priključaka 1 i 4, dok se zrak ispušta iz priključaka 2 i 3. Kada se struja prekine, pilot ventil će se osloniti na povratnu silu opruge da se vrati u prvobitno stanje.
Dalje, razgovarajmo o funkciji elektromagnetnog ventila. Funkcija elektromagnetnog ventila je predstavljena sa dva broja: M i N, što se naziva elektromagnetnim ventilom položaja M-puta N-. Među njima, "N pozicija" predstavlja položaj preklapanja smernog regulacionog ventila, odnosno stanje ventila. Broj položaja ventila je vrijednost N. Na primjer, ventil sa dva-pozicija ima dvije opcije položaja, odnosno ima dva stanja. Tri-ventil ima tri opcije položaja, odnosno postoje tri različita stanja. "M put" označava broj vanjskih sučelja ventila, uključujući ulaz zraka, izlaz zraka i izduvni otvor. Broj puteva je vrijednost M.
Uzmite ventil na slici 1 kao primjer. Radi se o elektromagnetnom ventilu 3/2 direktnog-okretanja, odnosno ventil ima dva položaja, odnosno "uključeno" i "isključeno". Istovremeno, ima tri otvora za vazduh: 1 je ulaz za vazduh, 2 je izlaz za vazduh, a 3 je izduvni otvor.
Analiza dišnog puta magnetnog ventila
Na lijevom kraju dijagrama putanje plina, simbol krajnje lijevo obično predstavlja donju oprugu. Srednji dio je tijelo ventila, koje sadrži ključne informacije za određivanje tipa elektromagnetnog ventila. Na primjer, dva polja na slici označavaju da je ovo A dvo-položajni elektromagnetni ventil, dok A/B/R/P/S predstavljaju pozicije rupa na tijelu ventila, odnosno petosmjernog ventila. Stoga je ovaj elektromagnetni ventil dvo-položajni pet-magnetni ventil. Slično, možemo odrediti broj bitova i broj prolaza elektromagnetnog ventila po broju rupa i broju kutija.
Pored toga, dijagram putanje gasa takođe pokazuje rute rada gasnog puta kada je napajanje isključeno i kada je napajanje uključeno. Kada se struja prekine, put zraka ulazi kroz otvor P, djeluje na aktuator kroz otvor A, zatim prolazi kroz otvor B i konačno se ispušta iz otvora S, dok otvor R ostaje zatvoren. Kada se uključi, put zraka također ulazi iz otvora P, ali u ovom trenutku zrak se ispušta iz otvora B, djeluje na aktuator i prolazi kroz otvor A, i na kraju se ispušta iz otvora R, dok je otvor S zatvoren.
Desni dio slike 3 općenito predstavlja zavojnice ili pilot male ventile, koji igraju važnu ulogu u radu elektromagnetnih ventila. Tumačenjem ovih dijagrama disajnih puteva možemo steći dublje razumevanje principa rada elektromagnetnog ventila i rada disajnih puteva u različitim uslovima.
Slika 4 prikazuje električnu šemu pneumatskog elektromagnetnog ventila. Električni šematski dijagram je ključ za razumijevanje principa rada elektromagnetnog ventila. Jasno prikazuje zavojnicu, kontakte i vezu sa drugim električnim komponentama. Posmatrajući električni šematski dijagram, možemo steći dublje razumijevanje električnih promjena elektromagnetnog ventila kada je uključen i isključen, čime ćemo bolje shvatiti njegove radne karakteristike.
IV. Izbor jednostrukih-kontrolnih elektromagnetnih ventila i dvostrukih-kontrolnih elektromagnetnih ventila
Pojedinačni električno kontrolirani elektromagnetni ventil, kao što mu ime govori, opremljen je samo jednom zavojnicom. Kada se uključi, promijenit će se i ući u drugo stanje. Kada se struja isključi, automatski će se vratiti u prvobitno stanje. Ovaj princip rada je prikazan na slici 5. Nasuprot tome, dvostruki elektro-upravljani elektromagnetni ventil je opremljen sa dva namotaja. Kontrolom energetskih stanja različitih zavojnica, može postići višestruke prekidače i dalje zadržati svoje prethodno stanje nakon -isključenja napajanja, kao što je prikazano na slici 6. Ova funkcionalna razlika direktno određuje njihove različite izbore u praktičnim primjenama.
Slike 5 i 6 prikazuju principe rada jednostrukih-upravljačkih elektromagnetnih ventila i dvostrukih-kontrolnih elektromagnetnih ventila. Prilikom odabira, ako je vrijeme povrata ventila relativno kratko, dovoljan je jedan-kontrolni elektromagnetni ventil da se njime upravlja. Međutim, ako je vrijeme komutacije dugo, zavojnica mora biti stalno uključena, što može uzrokovati zagrijavanje zavojnice zbog dužeg uključenja-pa čak i izgorjeti. Da bi se izbjegla ova situacija, može se odabrati dvostruki-regulacijski ventil. Osim toga, ako se funkcija resetiranja treba postići nakon nestanka struje, prikladniji je jedan električno kontrolirani solenoidni ventil. Ako je potrebno održavati trenutno stanje nakon nestanka struje, prikladniji je dvostruki-upravljački elektromagnetni ventil.
V. Razlike i primjene između pilot{1}}upravljanih elektromagnetnih ventila i elektromagnetnih ventila s direktnim{2}} djelovanjem
Među vrstama elektromagnetnih ventila, dva uobičajena tipa su pilot{0}}i direktno{1}}radnja. Razlikuju se po principima rada i scenarijima primjene. Pilotski{4}}upravljani elektromagnetni ventili prelaze između plina i tekućine kroz pilot rupe, dok se elektromagnetni ventili-sa direktnim djelovanjem oslanjaju na razlike tlaka za kontrolu kretanja jezgra ventila. Ova razlika čini da dva tipa elektromagnetnih ventila svaki imaju svoje prednosti kada odgovaraju na različite industrijske zahtjeve. Na primjer, u nekim situacijama koje zahtijevaju brzu reakciju i visoku osjetljivost, mogu biti prikladniji elektromagnetni ventili direktnog{8}}okretanja. U situacijama kada je potrebna fina kontrola i manja potrošnja energije, pilot{10}}upravljani elektromagnetni ventili mogu imati ivicu.
Konstrukcijski dizajn elektromagnetnih ventila direktnog{0}}djelovanja je relativno jednostavan. Njihov princip rada uglavnom se oslanja na elektromagnetnu silu koja direktno pokreće jezgro ventila da djeluje. Međutim, ovaj dizajn ima i dva velika nedostatka. Prvo, zbog velike potražnje za elektromagnetnom silom, volumen zavojnice elektromagneta se povećava, što zauzvrat dovodi do veće potrošnje energije. Drugo, elektromagnetni ventili direktnog{5}}sudjelovanja su relativno osjetljivi na pritisak. Kada pritisak pređe određenu granicu (obično preko 0,7MPA), mnogi elektromagnetni ventili sa direktnim{8}}djelovanjem ne mogu ispravno funkcionirati. To je uglavnom zbog pretjerano visokog tlaka koji djeluje na jezgro ventila, što otežava elektromagnetnoj sili da pokrene jezgro ventila da radi. Uprkos tome, elektromagnetski ventili{11}}direktnog djelovanja također imaju svoje prednosti: jednostavnu strukturu, pristupačnu cijenu i nisku stopu kvarova.
2. Pilotski{1}}magnetni ventil je genijalno dizajniran. On napušta tradicionalni pogon elektromagnetne sile i umjesto toga koristi zračni pritisak kako bi pokrenuo jezgro ventila da djeluje. Za solenoidne ventile prečnika većeg od 4 mm, obično se sastoje od pilot ventila i glavnog ventila. Nakon što se elektromagnetni ventil uključi, pilot ventil će se otvoriti i kontrolirati otvaranje glavnog ventila putem njegovog izlaznog signala. Vrijedi napomenuti da je glavni ventil zapravo pneumatski kontrolni 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 do pilot ventila kroz unutrašnji zračni prolaz elektromagnetnog ventila, ovaj dizajn se naziva unutrašnji pilot tip. Ako se pilot ventil opskrbljuje plinom iz izvora neovisnog o glavnom izvoru plina, naziva se eksterni pilot tip. Na slici 8, na lijevoj strani je prikazan primjer eksternog pilot-upravljanog elektromagnetnog ventila, dok je na desnoj strani prikazan primjer internog pilot{4}}upravljanog elektromagnetnog ventila.
Fizičko poređenje između unutrašnjeg i eksternog elektroda prikazano je na sljedećoj slici.
Ova dva tipa elektromagnetnih ventila, odnosno unutrašnji pilot i eksterni pilot, često koegzistiraju u istom sistemu. 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 oscilira i može pasti ispod 0,2MPA, ili kada se nalazi u vakuumskom okruženju, budući da se izvor plina pilot ventila ne može dijeliti s izvorom plina glavnog ventila, inače može dovesti do toga da se glavni ventil ne može otvoriti. U ovom trenutku, za napajanje pilot ventila potreban je nezavisni izvor zraka s pritiskom većim od 0,2MPA. Pored toga, kada je razlika u pritisku između ulaznog i izlaznog vazduha značajna, ili kada glavni pritisak u disajnim putevima prelazi 1MPA, unutrašnji pilot će možda morati da poveća strukturni volumen direktnim opterećenjem pritiska disajnih puteva na jezgro ventila. Eksterni pilot rješava problem direktnim uvođenjem jednog plinskog kanala u pilot port bez potrebe za dodavanjem elektromagnetnog ventila; potrebno je dodati samo zračnu cijev.
U zaključku, pilot{0}}upravljani elektromagnetni ventili imaju prednosti malih elektromagnetnih glava i niske potrošnje energije. Estetski je ugodan i štedi prostor za ugradnju. U međuvremenu, proizvodi manje topline i ima izuzetan efekat-štede energije. Što je još važnije, zbog malog stvaranja topline, manje je vjerovatno da će zavojnica izgorjeti i može biti uključena dugo vremena. Ovo je posebno važno u praktičnim primjenama. Na primjer, snaga nekih elektromagnetnih ventila iz SMC-a smanjena je na samo 0,1W, što omogućava kontinuirano napajanje bez pregrijavanja. Opseg snage elektromagnetnih ventila-direktnog djelovanja je 4-20W, sa relativno kratkim napajanjem-na vrijeme. Štaviše, često uključivanje-predstavlja rizik od izgaranja. Stoga, u situacijama kada je potrebno napajanje na duge periode ili na visokim frekvencijama, pilotski{17}}upravljani elektromagnetni ventili postaju poželjan izbor. U stvari, većina najčešće korištenih elektromagnetnih ventila danas je usvojila pilot{19}}konstrukciju. Među elektromagnetnim ventilima koji samo propuštaju tekućinu, oni direktnog djelovanja i dalje zauzimaju određeni udio. To je uglavnom zbog činjenice da nečistoće u tekućini mogu začepiti uske kanale pilot ventila.
Zatim ćemo ući u tri tipa tro-petosmjernih-smjernih elektromagnetnih ventila: srednji-zatvoreni, srednji-odzračeni i srednji-pritisci, kao i njihove primjene. Ovaj tip elektromagnetnog ventila koristi dvostruke električne upravljačke zavojnice. Kada nijedan od dva elektromagneta nije pod naponom, jezgro ventila će biti u srednjem položaju pod balansiranim pritiskom opruga s obje strane. U ovom trenutku, uključeno-isključeno stanje puta gasa u solenoidnom ventilu će odrediti njegov specifični tip - srednjeg zaptivanja, srednjeg odzračivanja ili srednjeg pritiska. Analizirat ćemo principe i scenarije primjene ova tri tipa jedan po jedan.
1.Analiza stanja srednjeg zaptivača: Kada nijedan od dva namota nije pod naponom, pritisak u prednjoj i zadnjoj komori cilindra će ostati u stanju nakon što su zavojnice bez napona i neće se mijenjati. U isto vrijeme, i ulazni i izduvni otvori su zatvoreni. Međutim, dugotrajno održavanje ovog stanja može postupno dovesti do gubitka ravnoteže zbog manjih curenja. Šematski dijagram je prikazan na (Slika 10).
Zbog kompresibilnosti plina i činjenice da pneumatske komponente kao što su cilindri, ventili i spojevi plinovoda ne mogu biti potpuno bez curenja-, cilindar se ne može stabilno održavati u međuzaustavljenom položaju dugo vremena. Ovo balansirano stanje će se postepeno gubiti tokom vremena, što će rezultirati smanjenjem tačnosti pozicioniranja cilindra. Međutim, za one radne uslove u kojima se preciznost pozicioniranja cilindra ne zahtijeva, a vrijeme zaustavljanja je relativno kratko, srednji-zapečaćeni cilindar se još uvijek može razmotriti za upotrebu.
2. Metoda srednjeg pražnjenja: Kada nijedan od dva namotaja nije pod naponom, nema pritiska u prednjoj i zadnjoj komori cilindra, a otvor za usis vazduha ostaje zatvoren u isto vreme. U ovom trenutku, pritisak u prednjoj i zadnjoj komori cilindra će se isprazniti kroz dva ispušna otvora elektromagnetnog ventila. Njegov princip rada može se prikazati na slici 11.
U poređenju sa srednjim-zapečaćenim ventilom, dizajn srednjeg-kola za pražnjenje može obezbijediti duže srednje{2}}vrijeme zaustavljanja. U scenarijima u kojima se cilindar treba kretati okomito, vrijeme srednjeg{4}}zaustavljanja je relativno dugo, ali zahtjev za tačnost pozicioniranja nije jako strog, krug za srednje{5}}otpuštanje je izbor koji vrijedi razmotriti.
3. Stanje srednjeg pritiska: Kada nijedan od dva namotaja nije pod naponom, pritisak u prednjoj i zadnjoj komori cilindra će ostati u stanju kada je prethodni kalem bez napona, a kontinuirani pritisak će se primenjivati kako bi se osiguralo da pritisak u prednjoj i zadnjoj komori cilindra bude u skladu sa onim na ulazu. U ovom trenutku, dovod zraka je otvoren, dok je ispuh zatvoren. Princip rada je prikazan na slici 12.
Ako cilindar nije podvrgnut aksijalnoj vanjskoj sili opterećenja, klip će ostati u izbalansiranom stanju i tako će precizno ostati u bilo kojoj poziciji tijekom hoda. Karakteristike ovog kruga zahtijevaju da se cilindar mora postaviti horizontalno. Stoga, u radnim uslovima gdje je potrebna visoka{2}}preciznost pozicioniranja i nema aksijalne vanjske sile opterećenja, preporučuje se korištenje ventila srednjeg{3}}podtlaka u kombinaciji sa cilindrom sa dvostrukom klipnjačom.
