I. La funció bàsica deVàlvules solenoides
La vàlvula solenoide, com a component clau per a la conversió electro-pneumàtica, assumeix la responsabilitat de convertir de manera eficient els senyals elèctrics en senyals pneumàtics. Després de rebre les instruccions de control, la vàlvula de solenoide pot alliberar, aturar o canviar la direcció del flux de l'aire comprimit amb precisió, aconseguint així múltiples funcions, inclòs el control de la direcció d'acció del component de l'actuador pneumàtic, el control de la quantitat de l'interruptor ON/OFF i el control lògic O/NO/I. Entre els diferents tipus de vàlvules solenoides, la vàlvula de control direccional de control electromagnètic té una posició central i té un paper crucial.
ii. Principi de funcionament de la vàlvula de control direccional de control electromagnètic
En sistemes pneumàtics, la vàlvula de control direccional de control electromagnètic té un paper crucial. S'encarrega de controlar l'obertura i tancament del canal de flux d'aire o canviar la direcció del flux d'aire comprimit. El seu principi de funcionament bàsic es basa en la força electromagnètica generada per la bobina electromagnètica. Aquesta força impulsarà el nucli de la vàlvula a canviar, aconseguint així el propòsit d'invertir el flux d'aire. D'acord amb les diferents maneres en què la part de control electromagnètica empeny la vàlvula de control direccional, les vàlvules de control direccional de control electromagnètic es poden dividir en dos tipus: d'acció directa i d'accionament pilot-. Les vàlvules de solenoide d'acció directa-utilitzen directament la força electromagnètica per impulsar el nucli de la vàlvula cap a la direcció inversa, mentre que les vàlvules de control direccional d'accionament pilot-depenen de la pressió d'aire del pilot generada per la vàlvula de pilota electromagnètica per impulsar el nucli de la vàlvula per aconseguir la inversió.
La figura 1 mostra una vista-de secció transversal senzilla d'una vàlvula solenoide d'acció directa- de 3/2 (tres-bies-posicions) (normalment oberta) i el seu principi de funcionament. Quan la bobina s'activa, el nucli de ferro estàtic generarà força electromagnètica i aquesta força empènyera el nucli de la vàlvula per moure's cap amunt. A mesura que el nucli de la vàlvula puja, la junta s'aixeca, connectant així els ports 1 i 2 mentre es desconnecten els ports 2 i 3. En aquest punt, la vàlvula es troba en estat d'admissió i pot controlar el moviment del cilindre. Un cop es talla l'alimentació, el nucli de la vàlvula dependrà de la força de restauració de la molla per tornar al seu estat original, és a dir, els ports 1 i 2 es desconnecten mentre els ports 2 i 3 estan connectats. D'aquesta manera, la vàlvula es troba en estat d'escapament.
La figura 2 mostra una vista-de secció transversal senzilla de la vàlvula solenoide d'acció directa-5/2 (de cinc-bies-posicions) (normalment oberta) i el seu principi de funcionament. En l'estat inicial, l'entrada d'aire es produeix pels ports 1 i 2, mentre que l'escapament es realitza pels ports 4 i 5. Quan la bobina s'activa, el nucli de ferro estàtic genera força electromagnètica. Aquesta força farà que la vàlvula pilot funcioni i, a continuació, l'aire comprimit entrarà al pistó pilot de la vàlvula a través del camí de l'aire, fent que el pistó arrenqui. Al mig del pistó, la superfície circular de segellat obre el canal. En aquest moment, l'aire entra pels ports 1 i 4, mentre que l'aire es descarrega dels ports 2 i 3. Un cop tallada l'alimentació, la vàlvula pilot confiarà en la força de restauració de la molla per tornar al seu estat original.
A continuació, parlem de la funció de la vàlvula solenoide. La funció d'una vàlvula electromagnètica es representa amb dos nombres: M i N, que s'anomena vàlvula electromagnètica de posició M-camí N-. Entre ells, la "posició N" representa la posició de commutació de la vàlvula de control direccional, és a dir, l'estat de la vàlvula. El nombre de posicions de la vàlvula és el valor de N. Per exemple, una vàlvula de dues-posicions té dues opcions de posició, és a dir, té dos estats. La vàlvula de tres-posicions té tres opcions de posició, és a dir, hi ha tres estats diferents. El "camí M" indica el nombre d'interfícies externes de la vàlvula, incloent l'entrada d'aire, la sortida d'aire i el port d'escapament. El nombre de vies és el valor de M.
Preneu com a exemple la vàlvula de la figura 1. És una vàlvula de solenoide d'acció directa-3/2, és a dir, la vàlvula té dues posicions, és a dir, els estats "encès" i "apagat". Al mateix temps, té tres ports d'aire: 1 és l'entrada d'aire, 2 és la sortida d'aire i 3 és el port d'escapament.
Anàlisi de la via aèria de la electrovàlvula
A l'extrem esquerre del diagrama de la ruta del gas, el símbol de l'extrem esquerre normalment representa la molla inferior. La part central és el cos de la vàlvula, que conté la informació clau per determinar el tipus de vàlvula solenoide. Per exemple, les dues caselles de la figura indiquen que es tracta d'una vàlvula solenoide de dues -posicions, mentre que A/B/R/P/S representen les posicions dels forats del cos de la vàlvula, és a dir, la vàlvula de cinc-vies. Per tant, aquesta vàlvula solenoide és una vàlvula solenoide de dues-posicions de cinc-vies. De la mateixa manera, podem determinar el nombre de bits i el nombre de passades de la vàlvula solenoide pel nombre de forats i el nombre de caixes.
A més, el diagrama de ruta del gas també mostra les rutes d'operació del camí del gas quan l'alimentació està apagada i quan està encès. Quan es talla l'alimentació, el camí de l'aire entra pel forat P, actua sobre l'actuador pel forat A, després passa pel forat B i finalment es descarrega del forat S, mentre que el forat R roman tancat. Quan està encès, el camí de l'aire també entra pel forat P, però en aquest moment, l'aire es descarrega del forat B, actuant sobre l'actuador i passa pel forat A, i finalment es descarrega pel forat R, mentre que el forat S està tancat.
La part dreta de la figura 3 representa generalment bobines o vàlvules pilot petites, que tenen un paper important en el funcionament de les vàlvules solenoides. Mitjançant la interpretació d'aquests diagrames de vies respiratòries, podem obtenir una comprensió més profunda del principi de funcionament de la vàlvula solenoide i el funcionament de les vies respiratòries en diferents condicions.
La figura 4 mostra l'esquema elèctric de la vàlvula solenoide pneumàtica. El diagrama esquemàtic elèctric és la clau per entendre el principi de funcionament d'una vàlvula electromagnètica. Representa clarament la bobina, els contactes i la relació de connexió amb altres components elèctrics. Observant el diagrama esquemàtic elèctric, podem obtenir una comprensió més profunda dels canvis elèctrics de la vàlvula solenoide quan s'encén i s'apaga, i així comprendre millor les seves característiques de funcionament.
Iv. Selecció de vàlvules de solenoide de control simple-i vàlvules de solenoide de control de doble-
L'única vàlvula de solenoide controlada elèctricament, com el seu nom indica, està equipada amb una sola bobina. Quan estigui encès, canviarà i entrarà en un altre estat. Quan es talla l'alimentació, tornarà automàticament a l'estat original. Aquest principi de funcionament es mostra a la figura 5. En canvi, la electrovàlvula electro-doble controlada està equipada amb dues bobines. En controlar els estats d'energia de diferents bobines, pot aconseguir diversos interruptors i mantenir el seu estat anterior després d'apagar-se-, tal com es mostra a la figura 6. Aquesta diferència funcional determina directament les seves diferents opcions en aplicacions pràctiques.
Les figures 5 i 6 mostren els principis de funcionament de les vàlvules de solenoide de control simple-i les vàlvules de solenoide de control de doble-. Quan feu una selecció, si el temps d'inversió de la vàlvula és relativament curt, n'hi ha prou amb una sola -vàlvula solenoide de control per gestionar-ho. Tanmateix, si el temps de commutació és llarg, la bobina s'ha d'engegar contínuament, cosa que pot provocar que la bobina s'escalfi a causa d'una alimentació prolongada-i fins i tot es cremi. Per evitar aquesta situació, es pot seleccionar una vàlvula de control doble-. A més, si la funció de restabliment s'ha d'aconseguir després d'una fallada de corrent, és més adequada una sola vàlvula solenoide controlada elèctricament. Si és necessari mantenir l'estat actual després d'una fallada de corrent, una vàlvula solenoide de doble-control és més adequada.
V. Diferències i aplicacions entre les vàlvules solenoides d'accionament-pilotat i les vàlvules de solenoide d'acció directa-
Entre els tipus de vàlvules solenoides, les d'accionament-pilotat i d'acció-directa són dos tipus habituals. Es diferencien en principis de funcionament i escenaris d'aplicació. Les vàlvules de solenoide d'accionament pilot-canvien entre gas i líquid a través dels forats pilot, mentre que les vàlvules de solenoide d'acció directa-depenen de les diferències de pressió per controlar el moviment del nucli de la vàlvula. Aquesta diferència fa que els dos tipus d'electrovàlvules tinguin cadascun els seus avantatges a l'hora de respondre a diferents demandes industrials. Per exemple, en algunes situacions que requereixen una resposta ràpida i una alta sensibilitat, les vàlvules de solenoide d'acció directa-poden ser més adequades. En situacions en què es requereix un control fi i un consum d'energia més baix, les vàlvules de solenoide operades amb pilot-pot tenir un avantatge.
El disseny estructural de les vàlvules de solenoide d'acció directa-és relativament senzill. El seu principi de funcionament es basa principalment en la força electromagnètica per impulsar directament el nucli de la vàlvula per actuar. Tanmateix, aquest disseny també té dues deficiències importants. En primer lloc, a causa de la gran demanda de força electromagnètica, el volum de la bobina de l'electroimant augmenta en conseqüència, el que al seu torn comporta un major consum d'energia. En segon lloc, les vàlvules de solenoide d'acció directa-són relativament sensibles a la pressió. Quan la pressió supera un cert límit (normalment superior a 0,7 MPA), moltes vàlvules de solenoide d'acció directa-no funcionen correctament. Això es deu principalment a la pressió excessivament alta que actua sobre el nucli de la vàlvula, dificultant que la força electromagnètica impulsi el funcionament del nucli de la vàlvula. Malgrat això, les vàlvules de solenoide d'acció directa-també tenen els seus avantatges: estructura senzilla, preu assequible i baixa taxa de fallades.
2. La vàlvula de solenoide accionada per pilot-s'ha dissenyat enginyós. Abandona l'accionament de força electromagnètica tradicional i, en canvi, utilitza la pressió de l'aire per impulsar el nucli de la vàlvula perquè actuï. Per a les vàlvules solenoides amb un diàmetre superior a 4 mm, solen estar compostes per una vàlvula pilot i una vàlvula principal. Després d'encendre la vàlvula solenoide, la vàlvula pilot s'obrirà i controlarà l'obertura de la vàlvula principal mitjançant el seu senyal de sortida. Val la pena assenyalar que la vàlvula principal és en realitat una vàlvula de control pneumàtica i el seu funcionament requereix l'acció coordinada de dues fonts d'aire: una és la font d'aire de la vàlvula principal i l'altra és la font d'aire de la vàlvula pilot.
Si la font d'aire principal subministra aire a la vàlvula pilot a través del pas d'aire intern de la vàlvula solenoide, aquest disseny s'anomena tipus pilot intern. Si la vàlvula pilot es subministra amb gas des d'una font independent de la font principal de gas, s'anomena tipus pilot extern. A la figura 8, el costat esquerre mostra un exemple d'una vàlvula de solenoide accionada per un pilot extern-, mentre que el costat dret mostra un exemple d'una vàlvula de solenoide-accionada per un pilot intern.
La comparació física entre el cable intern i el cable extern es mostra a la figura següent.
Aquests dos tipus d'electrovàlvules, el pilot intern i el pilot extern, sovint coexisteixen en un mateix sistema. Normalment, el pilot intern ja pot satisfer les necessitats de la majoria de les ocasions. Tanmateix, en algunes circumstàncies específiques, el lideratge extern es fa encara més necessari. Per exemple, quan la pressió de la font de gas de la vàlvula principal fluctua i pot baixar per sota de 0,2 MPA, o quan es troba en un entorn de buit, ja que la font de gas de la vàlvula pilot no es pot compartir amb la de la vàlvula principal, en cas contrari, pot provocar que la vàlvula principal no es pugui obrir. En aquest punt, es requereix una font d'aire independent amb una pressió superior a 0,2 MPA per alimentar la vàlvula pilot. A més, quan la diferència de pressió entre l'entrada i la sortida d'aire és significativa, o quan la pressió de la via aèria principal supera 1MPA, és possible que el pilot intern hagi d'augmentar el volum estructural carregant directament la pressió de la via aèria al nucli de la vàlvula. El pilot extern resol el problema introduint directament un canal de gas al port del pilot sense necessitat d'afegir una vàlvula electromagnètica; només cal afegir una canonada d'aire.
En conclusió, les vàlvules de solenoide accionades amb pilot-tenen els avantatges dels capçals electromagnètics petits i un baix consum d'energia. És estèticament agradable i estalvia espai d'instal·lació. Mentrestant, genera menys calor i té un notable efecte d'estalvi d'energia-. Més important encara, a causa de la baixa generació de calor, és menys probable que la bobina es cremi i es pugui encendre durant molt de temps. Això és especialment important en aplicacions pràctiques. Per exemple, la potència d'algunes vàlvules solenoides de SMC s'ha reduït fins a 0,1 W, permetent un subministrament d'alimentació contínua sense sobreescalfament. El rang de potència de les vàlvules de solenoide d'acció directa-és de 4-20 W, amb una potència relativament curta-en el temps. A més, l'encesa-freqüent comporta un risc d'esgotament. Per tant, en situacions en què es requereix una font d'alimentació durant llargs períodes o a altes freqüències, les vàlvules de solenoide accionades amb pilot-es converteixen en l'opció preferida. De fet, la majoria de les vàlvules solenoides que s'utilitzen habitualment avui dia han adoptat un disseny pilot-. Entre les vàlvules solenoides que només deixen passar el líquid, les d'acció directa encara representen una certa proporció. Això es deu principalment al fet que les impureses del fluid poden obstruir els canals estrets de la vàlvula pilot.
A continuació, aprofundirem en els tres tipus de vàlvules solenoides de tres-posicions de cinc-vies: mitjana-segellada, mitjana-ventilada i mitjana-pressió, així com les seves aplicacions. Aquest tipus de vàlvula solenoide utilitza bobines de control elèctric dobles. Quan cap dels dos electroimants està activat, el nucli de la vàlvula estarà a la posició mitjana sota l'empenta equilibrada de les molles d'ambdós costats. En aquest punt, l'estat d'encesa-apagat del camí del gas a la vàlvula solenoide determinarà el seu tipus específic - segellat mitjà, ventilació mitjana o pressió mitjana. Analitzarem els principis i els escenaris d'aplicació d'aquests tres tipus un per un.
1.Anàlisi de l'estat del segell mitjà: quan cap de les dues bobines està activada, la pressió a les cambres davantera i posterior del cilindre es mantindrà en l'estat després que les bobines estiguin des-energitzades i no canviarà. Al mateix temps, tant els ports d'entrada d'aire com els d'escapament estan tancats. Tanmateix, mantenir aquest estat durant molt de temps pot fer que perdi l'equilibri gradualment a causa de petites fuites. El diagrama esquemàtic es mostra a (Figura 10).
A causa de la compressibilitat del gas i del fet que els components pneumàtics com ara cilindres, vàlvules i juntes de canonades de gas no poden estar completament lliures de fuites-, el cilindre no es pot mantenir de manera estable a la posició de parada intermèdia durant molt de temps. Aquest estat equilibrat es perd gradualment amb el temps, donant lloc a una disminució de la precisió de posicionament del cilindre. Tanmateix, per a aquelles condicions de treball en què la precisió de posicionament del cilindre no és molt demandada i el temps d'aturada és relativament curt, encara es pot considerar el cilindre segellat mitjà-per utilitzar-lo.
2. Mètode de descàrrega mitjana: quan cap de les dues bobines està activada, no hi ha pressió a les cambres davantera i posterior del cilindre, i el port d'entrada d'aire roman tancat alhora. En aquest punt, la pressió a les cambres davantera i posterior del cilindre es descarregarà a través dels dos ports d'escapament de la vàlvula solenoide. El seu principi de funcionament es pot fer referència a la figura 11.
En comparació amb la-vàlvula segellada mitjana, el disseny del circuit de descàrrega-mitjana pot proporcionar un temps de parada mitjà-més llarg. En els escenaris en què el cilindre s'ha de moure verticalment, el temps de parada mitjà-és relativament llarg, però el requisit de precisió de posicionament no és molt estricte, el circuit d'alliberament mitjà-és una opció que val la pena tenir en compte.
3. Estat de pressió mitjana: quan cap de les dues bobines està activada, la pressió a les cambres davantera i posterior del cilindre es mantindrà en l'estat en què la bobina anterior està desactivada, i s'aplicarà pressió contínua per assegurar que la pressió a les cambres davantera i posterior del cilindre sigui coherent amb la de l'extrem d'admissió. En aquest punt, l'entrada d'aire està oberta mentre l'escapament està tancat. El principi de funcionament es mostra a la figura 12.
Si el cilindre no està sotmès a una força de càrrega externa axial, el pistó romandrà en un estat equilibrat i, per tant, es mantindrà precisament en qualsevol posició durant la carrera. Les característiques d'aquest circuit requereixen que el cilindre s'hagi d'instal·lar horitzontalment. Per tant, en condicions de treball on es requereix un posicionament d'alta-precisió i no hi ha força de càrrega externa axial, es recomana utilitzar una vàlvula de pressió mitjana-en combinació amb un cilindre de biela de pistó.
