I. Osnovna funkcijaElektromagnetni ventili
Elektromagnetni ventil kot ključna komponenta za elektro{0}}pnevmatsko pretvorbo nosi odgovornost za učinkovito pretvorbo električnih signalov v pnevmatske signale. Po prejemu krmilnega navodila lahko elektromagnetni ventil natančno sprosti, ustavi ALI spremeni smer pretoka stisnjenega zraka, s čimer doseže več funkcij, vključno z nadzorom smeri delovanja komponente pnevmatskega pogona, krmiljenjem količine stikala za VKLOP/IZKLOP in logičnim krmiljenjem IN ALI/NE/IN. Med različnimi vrstami elektromagnetnih ventilov ima elektromagnetni krmilni smerni ventil osrednji položaj in ključno vlogo.
ii. Načelo delovanja elektromagnetnega regulacijskega krmilnega ventila
V pnevmatskih sistemih ima elektromagnetni krmilni smerni regulacijski ventil ključno vlogo. Odgovoren je za nadzor odpiranja in zapiranja pretočnega kanala zraka ali spreminjanje smeri pretoka stisnjenega zraka. Njegovo osnovno načelo delovanja temelji na elektromagnetni sili, ki jo ustvarja elektromagnetna tuljava. Ta sila bo pognala jedro ventila k preklopu, s čimer bo dosežen namen obračanja zračnega toka. Glede na različne načine, na katere elektromagnetni krmilni del potiska smerni krmilni ventil, lahko elektromagnetne krmilne smerne ventile razdelimo na dve vrsti: neposredno-delujoče in pilot-upravljane. Neposredno{7}}delujoči elektromagnetni ventili neposredno uporabljajo elektromagnetno silo, da poganjajo jedro ventila v obratno smer, medtem ko se upravlja-smerni regulacijski ventili zanašajo na pilotni zračni tlak, ki ga ustvari elektromagnetni pilotni ventil, da poganja jedro ventila, da doseže vzvratno smer.
Slika 1 prikazuje preprost-pogled v prečnem prerezu 3/2 (tri-dvo-položaja) neposredno-delujočega elektromagnetnega ventila (normalno odprtega tipa) in njegov princip delovanja. Ko je tuljava pod napetostjo, bo statično železno jedro ustvarilo elektromagnetno silo, ta sila pa bo potisnila jedro ventila, da se premakne navzgor. Ko se jedro ventila dvigne, se tesnilo dvigne in tako poveže odprtini 1 in 2, medtem ko odklopi odprtini 2 in 3. Na tej točki je ventil v sesalnem stanju in lahko nadzoruje gibanje valja. Ko je napajanje prekinjeno, se jedro ventila zanaša na obnovitveno silo vzmeti, da se vrne v prvotno stanje, to pomeni, da sta priključka 1 in 2 odklopljena, medtem ko sta priključka 2 in 3 povezana. Na ta način je ventil v izpušnem stanju.
Slika 2 prikazuje preprost-pogled v prečnem prerezu 5/2 (pet-dvo-pozicij) neposredno-delujočega elektromagnetnega ventila (normalno odprtega tipa) in njegov princip delovanja. V začetnem stanju se dovod zraka izvede skozi odprtini 1 in 2, medtem ko se izpuh izvede skozi odprtini 4 in 5. Ko je tuljava pod napetostjo, statično železno jedro ustvari elektromagnetno silo. Ta sila bo pognala pilotni ventil k delovanju, nato pa bo stisnjen zrak vstopil v pilotni bat ventila skozi zračno pot, kar bo povzročilo zagon bata. Na sredini bata tesnilna okrogla površina odpira kanal. V tem času zrak vstopa iz odprtin 1 in 4, medtem ko se zrak izpušča iz vrat 2 in 3. Ko je napajanje prekinjeno, se pilotni ventil zanaša na obnovitveno silo vzmeti, da se vrne v prvotno stanje.
Nato se pogovorimo o funkciji elektromagnetnega ventila. Funkcijo elektromagnetnega ventila predstavljata dve številki: M in N, kar se imenuje elektromagnetni ventil položaja M-pot N-. Med njimi "položaj N" predstavlja preklopni položaj smernega regulacijskega ventila, to je stanje ventila. Število položajev ventila je vrednost N. Na primer, dvo-položajni ventil ima dve možnosti položaja, kar pomeni, da ima dve stanji. Tri-položajni ventil ima tri možnosti položaja, kar pomeni, da so na voljo tri različna stanja. "M pot" označuje število zunanjih vmesnikov ventila, vključno z dovodom zraka, izstopom zraka in izpušno odprtino. Število poti je vrednost M.
Kot primer vzemite ventil na sliki 1. To je elektromagnetni ventil z neposrednim-delovanjem 3/2, kar pomeni, da ima ventil dva položaja, in sicer stanje "vklopljeno" in "izklopljeno". Hkrati ima tri zračne odprtine: 1 je dovod zraka, 2 je izhod zraka in 3 je izpušna odprtina.
Analiza dihalnih poti elektromagnetnega ventila
Na levem koncu diagrama poti plina simbol na skrajni levi običajno predstavlja spodnjo vzmet. Srednji del je telo ventila, ki vsebuje ključne informacije za določitev tipa elektromagnetnega ventila. Dve polji na sliki na primer označujeta, da je to dvo-položajni elektromagnetni ventil, medtem ko A/B/R/P/S predstavljata položaje lukenj ohišja ventila, to je pet-potnega ventila. Zato je ta elektromagnetni ventil dvo-pozicijski pet-potni elektromagnetni ventil. Podobno lahko določimo število bitov in število prehodov elektromagnetnega ventila s številom lukenj in številom škatel.
Poleg tega diagram poti plina prikazuje tudi poti delovanja plinske poti, ko je napajanje izklopljeno in ko je napajanje vklopljeno. Ko je napajanje prekinjeno, pot zraka vstopi skozi luknjo P, deluje na aktuator skozi luknjo A, nato gre skozi luknjo B in se končno izprazni skozi luknjo S, medtem ko odprtina R ostane zaprta. Ko je vklopljen, pot zraka vstopi tudi iz luknje P, vendar se v tem času zrak izpušča iz luknje B, deluje na aktuator in prehaja skozi luknjo A ter se na koncu izpušča iz luknje R, medtem ko je luknja S zaprta.
Desni del slike 3 na splošno predstavlja tuljave ali pilotske majhne ventile, ki igrajo pomembno vlogo pri delovanju elektromagnetnih ventilov. Z interpretacijo teh diagramov dihalnih poti lahko pridobimo globlje razumevanje principa delovanja elektromagnetnega ventila in delovanja dihalnih poti v različnih pogojih.
Slika 4 prikazuje električni shematski diagram pnevmatskega elektromagnetnega ventila. Električni shematski diagram je ključ do razumevanja principa delovanja elektromagnetnega ventila. Jasno prikazuje tuljavo, kontakte in povezavo z drugimi električnimi komponentami. Z opazovanjem električnega shematskega diagrama lahko pridobimo globlje razumevanje električnih sprememb elektromagnetnega ventila, ko je vklopljen in izklopljen, s čimer bolje razumemo njegove delovne značilnosti.
Iv. Izbira enojnih-krmilnih elektromagnetnih ventilov in dvojnih-krmilnih elektromagnetnih ventilov
En sam električno krmiljen elektromagnetni ventil, kot pove že njegovo ime, je opremljen samo z eno tuljavo. Ko je vklopljen, se bo spremenil in prešel v drugo stanje. Ko je napajanje prekinjeno, se samodejno vrne v prvotno stanje. Ta princip delovanja je prikazan na sliki 5. V nasprotju s tem je dvojni elektro-krmiljeni elektromagnetni ventil opremljen z dvema tuljavama. Z nadzorom napetih stanj različnih tuljav lahko doseže več stikal in še vedno ohrani prejšnje stanje po izklopu, kot je prikazano na sliki 6. Ta funkcionalna razlika neposredno določa njihove različne izbire v praktičnih aplikacijah.
Sliki 5 in 6 prikazujeta principe delovanja enojnih-krmilnih elektromagnetnih ventilov in dvojnih-krmilnih elektromagnetnih ventilov. Če je čas obračanja ventila razmeroma kratek, pri izbiri zadostuje en sam-krmilni elektromagnetni ventil. Če pa je komutacijski čas dolg, mora biti tuljava stalno vklopljena, kar lahko povzroči, da se tuljava zaradi dolgotrajnega vklopa-segreje in celo pregori. Da bi se izognili tej situaciji, lahko izberete dvojni-regulacijski ventil. Poleg tega, če je treba funkcijo ponastavitve doseči po izpadu električne energije, je primernejši en sam električno krmiljen elektromagnetni ventil. Če je treba po izpadu električne energije ohraniti trenutno stanje, je primernejši dvojni-krmilni elektromagnetni ventil.
V. Razlike in aplikacije med krmilno-elektromagnetnimi ventili in neposredno-delujočimi elektromagnetnimi ventili
Med vrstami elektromagnetnih ventilov sta pogosta tipa pilot-in neposredno-delovanje. Razlikujejo se po načelih delovanja in scenarijih uporabe. Pilotno-elektromagnetni ventili preklapljajo med plinom in tekočino skozi vodilne luknje, medtem ko so neposredno-delujoči elektromagnetni ventili za nadzor gibanja jedra ventila odvisni od tlačnih razlik. Zaradi te razlike imata obe vrsti elektromagnetnih ventilov vsaka svoje prednosti, ko se odzivata na različne industrijske zahteve. Na primer, v nekaterih situacijah, ki zahtevajo hiter odziv in visoko občutljivost, so morda bolj primerni direktno{8}}delujoči elektromagnetni ventili. V situacijah, ko sta potrebna natančen nadzor in nižja poraba energije, imajo pilot{10}}elektromagnetni ventili lahko prednost.
Strukturna zasnova elektro-delujočih elektromagnetnih ventilov je relativno preprosta. Njihovo načelo delovanja je v glavnem odvisno od elektromagnetne sile, ki neposredno poganja jedro ventila, da deluje. Vendar ima ta zasnova tudi dve veliki pomanjkljivosti. Prvič, zaradi velikega povpraševanja po elektromagnetni sili se prostornina elektromagnetne tuljave ustrezno poveča, kar posledično povzroči večjo porabo energije. Drugič, neposredno{5}}delujoči elektromagnetni ventili so relativno občutljivi na tlak. Ko tlak preseže določeno mejo (običajno nad 0,7MPA), številni neposredno{8}}delujoči elektromagnetni ventili ne morejo pravilno delovati. To je predvsem posledica previsokega tlaka, ki deluje na jedro ventila, kar elektromagnetni sili otežuje delovanje jedra ventila. Kljub temu imajo neposredno{11}}elektromagnetni ventili tudi svoje prednosti: preprosto strukturo, dostopno ceno in nizko stopnjo napak.
2. Pilotno-elektromagnetni ventil je domiselno zasnovan. Opušča tradicionalni pogon elektromagnetne sile in namesto tega uporablja zračni tlak za pogon jedra ventila k delovanju. Pri elektromagnetnih ventilih s premerom nad 4 mm so običajno sestavljeni iz pilotnega ventila in glavnega ventila. Po vklopu elektromagnetnega ventila se pilotni ventil odpre in krmili odpiranje glavnega ventila prek svojega izhodnega signala. Omeniti velja, da je glavni ventil pravzaprav pnevmatski krmilni ventil, njegovo delovanje pa zahteva usklajeno delovanje dveh virov zraka: eden je vir zraka glavnega ventila, drugi pa vir zraka pilotnega ventila.
Če glavni vir zraka dovaja zrak pilotnemu ventilu skozi notranji zračni prehod elektromagnetnega ventila, se ta oblika imenuje notranji pilotni tip. Če se pilotni ventil napaja s plinom iz vira, neodvisnega od glavnega vira plina, se imenuje zunanji pilotni tip. Na sliki 8 je na levi strani prikazan primer zunanjega pilot-elektromagnetnega ventila, medtem ko je na desni strani prikazan primer notranjega pilot-elektromagnetnega ventila.
Fizična primerjava med notranjim in zunanjim vodnikom je prikazana na naslednji sliki.
Ti dve vrsti elektromagnetnih ventilov, in sicer notranji pilot in zunanji pilot, pogosto soobstajata v istem sistemu. Običajno lahko interni pilot že zadosti potrebam večine priložnosti. Vendar pa je v nekaterih posebnih okoliščinah zunanje vodstvo še bolj potrebno. Na primer, ko tlak vira plina glavnega ventila niha in lahko pade pod 0,2 MPA ali ko je v vakuumskem okolju, ker vira plina pilotnega ventila ni mogoče deliti z virom plina glavnega ventila, sicer lahko povzroči, da se glavni ventil ne more odpreti. Na tej točki je za napajanje pilotnega ventila potreben neodvisen vir zraka s tlakom, ki presega 0,2 MPA. Poleg tega, ko je razlika v tlaku med dovodom in izhodom zraka velika ali ko glavni tlak v dihalnih poteh preseže 1 MPA, bo notranji pilot morda moral povečati strukturni volumen z neposrednim obremenitvijo tlaka v dihalnih poteh na jedro ventila. Zunanji pilot rešuje težavo z neposrednim uvajanjem enega plinskega kanala v pilotno odprtino brez potrebe po dodajanju elektromagnetnega ventila; dodati je treba samo zračno cev.
Skratka, pilot{0}}elektromagnetni ventili imajo prednosti majhnih elektromagnetnih glav in nizke porabe energije. Je estetsko prijeten in prihrani prostor za namestitev. Hkrati proizvaja manj toplote in ima izjemen-učinek varčevanja z energijo. Še pomembneje je, da je zaradi nizkega proizvajanja toplote manjša verjetnost, da bo tuljava pregorela in jo je mogoče napajati dlje časa. To je še posebej pomembno pri praktičnih aplikacijah. Na primer, moč nekaterih elektromagnetnih ventilov SMC je bila zmanjšana na vsega 0,1 W, kar omogoča neprekinjeno napajanje brez pregrevanja. Razpon moči elektromagnetnih ventilov z neposrednim-delovanjem je 4-20 W, z relativno kratkim časom-vklopa. Poleg tega pogosti-vklopi predstavljajo nevarnost izgorelosti. Zato v situacijah, ko je potrebno napajanje za daljša obdobja ali pri visokih frekvencah, postanejo pilot{17}}elektromagnetni ventili prednostna izbira. Pravzaprav ima večina elektromagnetnih ventilov, ki se danes pogosto uporabljajo, pilotno{19}}upravljano zasnovo. Med elektromagnetnimi ventili, ki prepuščajo samo tekočino, še vedno predstavljajo določen delež neposredno delujoči. To je predvsem posledica dejstva, da lahko nečistoče v tekočini zamašijo ozke kanale krmilnega ventila.
Nato se bomo poglobili v tri vrste tri-pozicijskih pet-potnih elektromagnetnih ventilov: srednje-zatesnjene, srednje-ventilirane in srednje-tlačne ter njihove uporabe. Ta tip elektromagnetnega ventila uporablja dvojne električne krmilne tuljave. Ko nobeden od obeh elektromagnetov ni pod napetostjo, bo jedro ventila v srednjem položaju pod uravnoteženim pritiskom vzmeti na obeh straneh. Na tej točki bo vklopljeno-izključeno stanje plinske poti v elektromagnetnem ventilu določilo njegovo posebno vrsto - srednje tesnjenje, srednje odzračevanje ali srednji tlak. Analizirali bomo načela in scenarije uporabe teh treh tipov enega za drugim.
1. Analiza stanja srednjega tesnila: Ko nobena od obeh tuljav ni pod napetostjo, bo tlak v sprednji in zadnji komori jeklenke ostal v stanju, ko so tuljave od-napete in se ne bo spremenil. Hkrati sta odprtini za dovod in izpušni zrak zaprti. Vendar lahko dolgotrajno vzdrževanje tega stanja povzroči postopno izgubo ravnotežja zaradi manjših puščanj. Shematski diagram je prikazan na (slika 10).
Zaradi stisljivosti plina in dejstva, da pnevmatski sestavni deli, kot so jeklenke, ventili in spoji cevi za plin, ne morejo biti popolnoma neprepustni-, jeklenke ni mogoče dolgo časa stabilno vzdrževati v vmesnem položaju zaustavitve. To uravnoteženo stanje se bo sčasoma postopoma izgubilo, kar bo povzročilo zmanjšanje natančnosti pozicioniranja cilindra. Vendar pa je za tiste delovne pogoje, kjer natančnost pozicioniranja jeklenke ni zelo zahtevana in je čas postanka razmeroma kratek, še vedno mogoče razmisliti o uporabi srednje{3}}zatesnjene jeklenke.
2. Metoda srednjega praznjenja: Ko nobena od obeh tuljav ni pod napetostjo, v sprednji in zadnji komori valja ni tlaka, odprtina za dovod zraka pa ostane zaprta. Na tej točki se bo tlak v sprednji in zadnji komori valja izpustil skozi dve izpušni odprtini elektromagnetnega ventila. Njegovo načelo delovanja je prikazano na sliki 11.
V primerjavi s sredi-zatesnjenim ventilom lahko zasnova srednjega-izpustnega tokokroga zagotovi daljši-čas zaustavitve. V scenarijih, kjer se mora valj premakniti navpično, je čas sredi-ustavitve razmeroma dolg, vendar zahteva glede natančnosti pozicioniranja ni zelo stroga, sredi-sprostitveno vezje je izbira, vredna razmisleka.
3. Stanje srednjega tlaka: Ko nobena od obeh tuljav ni pod napetostjo, bo tlak v sprednji in zadnji komori jeklenke ostal v stanju, ko je prejšnja tuljava -izklopljena, in uporabljen bo stalen tlak, da se zagotovi, da je tlak v sprednji in zadnji komori jeklenke skladen s tlakom na sesalnem koncu. Na tej točki je dovod zraka odprt, medtem ko je izpuh zaprt. Načelo delovanja je prikazano na sliki 12.
Če valj ni izpostavljen aksialni zunanji sili obremenitve, bo bat ostal v uravnoteženem stanju in tako natančno ostal v katerem koli položaju med gibom. Značilnosti tega vezja zahtevajo, da mora biti valj nameščen vodoravno. Zato je v delovnih pogojih, kjer je potrebno visoko-natančno pozicioniranje in ni aksialne zunanje sile obremenitve, priporočljiva uporaba srednje{3}}tlačnega ventila v kombinaciji s cilindrom z dvojno batnico.
