I. Pagrindinė funkcijaSolenoidiniai vožtuvai
Solenoidinis vožtuvas, kaip pagrindinis elektro-pneumatinės konversijos komponentas, prisiima atsakomybę už efektyvų elektros signalų pavertimą pneumatiniais signalais. Gavęs valdymo nurodymą, solenoidinis vožtuvas gali tiksliai atleisti, sustabdyti ARBA pakeisti suspausto oro srauto kryptį ir taip atlikti daugybę funkcijų, įskaitant pneumatinės pavaros komponento veikimo krypties valdymą, ON/OFF jungiklio kiekio valdymą ir loginį valdymą ARBA/NE/IR. Tarp įvairių tipų solenoidinių vožtuvų elektromagnetinio valdymo krypties valdymo vožtuvas turi pagrindinę padėtį ir atlieka lemiamą vaidmenį.
Ii. Elektromagnetinio valdymo kryptinio valdymo vožtuvo veikimo principas
Pneumatinėse sistemose elektromagnetinio valdymo krypties valdymo vožtuvas atlieka lemiamą vaidmenį. Jis atsakingas už oro srauto kanalo atidarymo ir uždarymo valdymą arba suspausto oro srauto krypties keitimą. Jo pagrindinis veikimo principas priklauso nuo elektromagnetinės jėgos, kurią sukuria elektromagnetinė ritė. Ši jėga privers vožtuvo šerdį persijungti ir taip pasieks tikslą pakeisti oro srautą. Atsižvelgiant į skirtingus būdus, kuriais elektromagnetinio valdymo dalis stumia krypties valdymo vožtuvą, elektromagnetinio valdymo kryptinio valdymo vožtuvai gali būti suskirstyti į du tipus: tiesioginio-veikimo ir pilotuojamus{5}}. Tiesiogiai-veikiantys solenoidiniai vožtuvai tiesiogiai naudoja elektromagnetinę jėgą, kad vožtuvo šerdį suktų atvirkštine kryptimi, o valdomi -krypties valdymo vožtuvai remiasi elektromagnetinio valdymo vožtuvo generuojamu oro slėgiu, kad vožtuvo šerdį būtų galima sukti.
1 paveiksle parodytas paprastas 3/2 (trijų-dviejų -padėčių) tiesiogiai-veikiančio solenoidinio vožtuvo (paprastai atviro tipo) skerspjūvio vaizdas ir jo veikimo principas. Kai ritė įjungiama, statinė geležies šerdis sukurs elektromagnetinę jėgą, o ši jėga pastūmės vožtuvo šerdį judėti aukštyn. Kai vožtuvo šerdis pakyla, tarpiklis pakeliamas, taip sujungiant 1 ir 2 prievadus, tuo pačiu atjungiant 2 ir 3 prievadus. Šiuo metu vožtuvas yra įsiurbimo būsenoje ir gali valdyti cilindro judėjimą. Kai maitinimas nutrūksta, vožtuvo šerdis priklausys nuo spyruoklės atkūrimo jėgos, kad sugrįš į pradinę būseną, ty 1 ir 2 prievadai atjungiami, o 2 ir 3 prievadai yra prijungti. Tokiu būdu vožtuvas yra išmetimo būsenoje.
2 paveiksle parodytas paprastas 5/2 (penkių krypčių dvipusio-padėčių)-tiesioginio-solenoidinio vožtuvo (paprastai atviro tipo) skerspjūvio vaizdas ir jo veikimo principas. Pradinėje būsenoje oro įsiurbimas vyksta per 1 ir 2 prievadus, o išmetimas – per 4 ir 5 prievadus. Kai ritė įjungiama, statinė geležies šerdis sukuria elektromagnetinę jėgą. Ši jėga paskatins valdymo vožtuvą veikti, o tada suslėgtas oras oro keliu pateks į vožtuvo stūmoklį, todėl stūmoklis įsijungs. Stūmoklio viduryje sandarinimo apskritas paviršius atveria kanalą. Šiuo metu oras patenka iš 1 ir 4 prievadų, o oras išleidžiamas iš 2 ir 3 prievadų. Kai maitinimas nutraukiamas, valdymo vožtuvas pasikliauja spyruoklės atkuriamąja jėga, kad sugrįžtų į pradinę būseną.
Toliau pakalbėkime apie solenoidinio vožtuvo funkciją. Elektromagnetinio vožtuvo funkcija pavaizduota dviem skaičiais: M ir N, kuris vadinamas M-kelio N- padėties elektromagnetiniu vožtuvu. Tarp jų „N padėtis“ reiškia kryptinio valdymo vožtuvo perjungimo padėtį, tai yra, vožtuvo būseną. Vožtuvo padėčių skaičius yra N reikšmė. Pavyzdžiui, dviejų -padėčių vožtuvas turi dvi padėčių parinktis, tai yra, jis turi dvi būsenas. Trijų -padėčių vožtuvas turi tris padėčių parinktis, tai yra, yra trys skirtingos būsenos. "M kelias" rodo vožtuvo išorinių sąsajų skaičių, įskaitant oro įleidimo, oro išleidimo ir išmetimo angas. Kelių skaičius yra M reikšmė.
Kaip pavyzdį paimkite vožtuvą 1 paveiksle. Tai yra 3/2 tiesioginio- veikimo solenoidinis vožtuvas, ty vožtuvas turi dvi padėtis, būtent „įjungta“ ir „išjungta“. Tuo pačiu metu jame yra trys oro angos: 1 yra oro įleidimo anga, 2 yra oro išleidimo anga ir 3 yra išmetimo anga.
Solenoidinio vožtuvo kvėpavimo takų analizė
Kairiajame dujų kelio diagramos gale simbolis kairėje pusėje paprastai reiškia apatinę spyruoklę. Vidurinė dalis yra vožtuvo korpusas, kuriame yra pagrindinė informacija, skirta nustatyti solenoidinio vožtuvo tipą. Pavyzdžiui, du langeliai paveiksle rodo, kad tai yra A dviejų-padėčių solenoidinis vožtuvas, o A/B/R/P/S reiškia vožtuvo korpuso, tai yra, penkių-eigų vožtuvo, skylių padėtis. Todėl šis solenoidinis vožtuvas yra dviejų -padėčių penkių{6} krypčių solenoidinis vožtuvas. Panašiai galime nustatyti bitų skaičių ir solenoidinio vožtuvo praėjimų skaičių pagal skylių skaičių ir dėžių skaičių.
Be to, dujų kelio diagramoje taip pat rodomi dujų kelių veikimo maršrutai, kai maitinimas išjungtas ir kai maitinimas įjungtas. Kai maitinimas nutraukiamas, oro kelias patenka per angą P, veikia pavarą per angą A, tada praeina per angą B ir galiausiai išleidžiama iš angos S, o anga R lieka uždaryta. Įjungus maitinimą, oro kelias taip pat patenka iš angos P, tačiau šiuo metu oras išleidžiamas iš angos B, veikiant pavarą ir praeina per angą A, o galiausiai išleidžiamas iš skylės R, o anga S yra uždaryta.
Dešinioji 3 paveikslo dalis paprastai vaizduoja ritinius arba bandomuosius mažus vožtuvus, kurie atlieka svarbų vaidmenį veikiant solenoidiniams vožtuvams. Interpretuodami šias kvėpavimo takų diagramas galime giliau suprasti solenoidinio vožtuvo veikimo principą ir kvėpavimo takų veikimą skirtingomis sąlygomis.
4 paveiksle parodyta pneumatinio solenoidinio vožtuvo elektrinė schema. Elektrinė schema yra raktas, norint suprasti elektromagnetinio vožtuvo veikimo principą. Jame aiškiai pavaizduota ritė, kontaktai ir ryšys su kitais elektriniais komponentais. Stebėdami elektrinę schemą, galime geriau suprasti elektromagnetinio vožtuvo elektrinius pokyčius, kai jis įjungiamas ir išjungiamas, taip geriau suvokiant jo veikimo charakteristikas.
Iv. Vieno-valdymo solenoidinio vožtuvo ir dvigubo-valdymo solenoidinio vožtuvo pasirinkimas
Viename elektra valdomame solenoidiniame vožtuve, kaip rodo jo pavadinimas, yra tik viena ritė. Įjungus, jis pasikeis ir pereis į kitą būseną. Kai maitinimas nutrūksta, jis automatiškai grįš į pradinę būseną. Šis veikimo principas parodytas 5 paveiksle. Priešingai, dvigubas elektro-valdomas solenoidinis vožtuvas yra su dviem ritėmis. Valdydamas skirtingų ritinių įjungtas būsenas, jis gali pasiekti kelis jungiklius ir vis tiek išlaikyti ankstesnę būseną išjungus maitinimą, kaip parodyta 6 paveiksle. Šis funkcinis skirtumas tiesiogiai nulemia skirtingus jų pasirinkimus praktiškai.
5 ir 6 paveiksluose pavaizduoti vieno-valdymo solenoidinių vožtuvų ir dvigubo-valdymo solenoidinių vožtuvų veikimo principai. Atliekant pasirinkimą, jei vožtuvo apsisukimo laikas yra gana trumpas, pakanka vieno{5}}valdymo solenoidinio vožtuvo. Tačiau jei komutavimo laikas ilgas, ritė turi būti nuolat įjungta, todėl dėl ilgo maitinimo{7}}ritė gali įkaisti ir netgi perdegti. Norint išvengti šios situacijos, galima pasirinkti dvigubą-valdymo vožtuvą. Be to, jei atstatymo funkciją reikia pasiekti nutrūkus elektros tiekimui, labiau tinka vienas elektra valdomas solenoidinis vožtuvas. Jei reikia išlaikyti esamą būseną po elektros tiekimo nutraukimo, labiau tinka dvigubo{12}}valdymo solenoidinis vožtuvas.
V. Pilotinio-solenoidinių vožtuvų ir tiesioginio- veikimo solenoidinių vožtuvų skirtumai ir pritaikymas
Tarp elektromagnetinių vožtuvų tipų yra du dažniausiai naudojami pilotiniai-ir tiesioginio- veikimo tipai. Jie skiriasi veikimo principais ir taikymo scenarijais. Pilot-valdomi solenoidiniai vožtuvai per valdymo angas persijungia tarp dujų ir skysčio, o tiesiogiai{5}}veikiantys solenoidiniai vožtuvai priklauso nuo slėgio skirtumų, kad valdytų vožtuvo šerdies judėjimą. Dėl šio skirtumo abiejų tipų solenoidiniai vožtuvai turi savų pranašumų, kai reaguoja į skirtingus pramonės poreikius. Pavyzdžiui, kai kuriose situacijose, kuriose reikia greito reagavimo ir didelio jautrumo, tiesioginio veikimo{8}}solenoidiniai vožtuvai gali būti tinkamesni. Tais atvejais, kai reikalingas tikslus valdymas ir mažesnės energijos sąnaudos, pilotuojami{10}}solenoidiniai vožtuvai gali turėti pranašumą.
Tiesioginio veikimo{0}}solenoidinių vožtuvų konstrukcija yra gana paprasta. Jų veikimo principas daugiausia priklauso nuo elektromagnetinės jėgos, kuri tiesiogiai paskatina vožtuvo šerdį veikti. Tačiau šis dizainas taip pat turi du didelius trūkumus. Pirma, dėl didelio elektromagnetinės jėgos poreikio atitinkamai padidėja elektromagneto ritės tūris, o tai savo ruožtu lemia didesnes energijos sąnaudas. Antra, tiesioginio veikimo{5}}solenoidiniai vožtuvai yra gana jautrūs slėgiui. Kai slėgis viršija tam tikrą ribą (paprastai daugiau nei 0,7 MPA), daugelis tiesioginio veikimo{8}}solenoidinių vožtuvų negali tinkamai veikti. Taip yra daugiausia dėl pernelyg didelio slėgio, veikiančio vožtuvo šerdį, todėl elektromagnetinei jėgai sunku valdyti vožtuvo šerdį. Nepaisant to, tiesioginio veikimo{11}}solenoidiniai vožtuvai taip pat turi privalumų: paprastą struktūrą, prieinamą kainą ir mažą gedimų dažnį.
2. Pilot{1}}valdomas solenoidinis vožtuvas sukurtas išradingai. Jis atsisako tradicinės elektromagnetinės jėgos pavaros ir vietoj to naudoja oro slėgį, kad vožtuvo šerdis veiktų. Solenoidiniams vožtuvams, kurių skersmuo didesnis nei 4 mm, jie paprastai susideda iš kontrolinio vožtuvo ir pagrindinio vožtuvo. Įjungus solenoidinį vožtuvą, valdymo vožtuvas atsidarys ir išėjimo signalu valdys pagrindinio vožtuvo atidarymą. Verta paminėti, kad pagrindinis vožtuvas iš tikrųjų yra pneumatinis valdymo vožtuvas, o jo veikimui reikalingas suderintas dviejų oro šaltinių veikimas: vienas yra pagrindinis vožtuvo oro šaltinis, o kitas - pilotinio vožtuvo oro šaltinis.
Jei pagrindinis oro šaltinis tiekia orą į valdymo vožtuvą per vidinį solenoidinio vožtuvo oro kanalą, ši konstrukcija vadinama vidiniu piloto tipu. Jei pirminis vožtuvas tiekiamas dujomis iš šaltinio, nepriklausomo nuo pagrindinio dujų šaltinio, jis vadinamas išoriniu valdymo vožtuvu. 8 paveiksle kairėje pusėje parodytas išorinio pilotuojamo-solenoidinio vožtuvo pavyzdys, o dešinėje – vidinio pilotuojamo-solenoidinio vožtuvo pavyzdys.
Fizinis vidinio ir išorinio laido palyginimas parodytas toliau pateiktame paveikslėlyje.
Šie dviejų tipų solenoidiniai vožtuvai, būtent vidinis pilotas ir išorinis pilotas, dažnai egzistuoja toje pačioje sistemoje. Paprastai vidinis pilotas jau gali patenkinti daugelio atvejų poreikius. Tačiau tam tikromis aplinkybėmis išorinis vadovavimas tampa dar labiau reikalingas. Pavyzdžiui, kai pagrindinio vožtuvo dujų šaltinio slėgis svyruoja ir gali nukristi žemiau 0,2 MPA arba kai jis yra vakuuminėje aplinkoje, nes pagrindinio vožtuvo dujų šaltinio negalima dalytis su pagrindinio vožtuvo dujų šaltiniu, kitaip gali nepavykti atidaryti pagrindinio vožtuvo. Šiuo metu valdymo vožtuvui maitinti reikalingas nepriklausomas oro šaltinis, kurio slėgis viršija 0,2 MPA. Be to, kai slėgio skirtumas tarp oro įleidimo ir išleidimo angų yra didelis arba kai pagrindinis kvėpavimo takų slėgis viršija 1 MPA, vidiniam pilotui gali tekti padidinti konstrukcijos tūrį, tiesiogiai apkraunant kvėpavimo takų slėgį ant vožtuvo šerdies. Išorinis pilotas išsprendžia problemą tiesiogiai įvesdamas vieną dujų kanalą į piloto prievadą ir nereikia pridėti elektromagnetinio vožtuvo; reikia pridėti tik oro vamzdį.
Apibendrinant galima pasakyti, kad pilotiniai{0}}solenoidiniai vožtuvai turi mažų elektromagnetinių galvučių ir mažo energijos suvartojimo pranašumus. Tai estetiška ir taupo montavimo vietą. Tuo tarpu jis gamina mažiau šilumos ir turi nepaprastą energijos-taupymo efektą. Dar svarbiau, kad dėl mažo šilumos generavimo gyvatukas mažiau perdegs ir gali būti įjungtas ilgą laiką. Tai ypač svarbu praktikoje. Pavyzdžiui, kai kurių SMC solenoidinių vožtuvų galia buvo sumažinta iki 0,1 W, todėl galima nuolat tiekti maitinimą be perkaitimo. Tiesioginio-veikiančių solenoidinių vožtuvų galios diapazonas yra 4-20 W, esant santykinai trumpam{13}}galios laikui. Be to, dažnas{15}}įjungimas kelia perdegimo pavojų. Todėl tais atvejais, kai reikalingas maitinimas ilgą laiką arba aukštu dažniu, pirmenybė teikiama pilotuojamiems{17}}solenoidiniams vožtuvams. Tiesą sakant, dauguma šiais laikais dažniausiai naudojamų solenoidinių vožtuvų yra pritaikyti bandomajam{19}}valdymui. Tarp solenoidinių vožtuvų, leidžiančių tik skysčiui praeiti, tiesioginio veikimo vožtuvai vis dar sudaro tam tikrą dalį. Taip yra daugiausia dėl to, kad skystyje esančios priemaišos gali užkimšti siaurus valdymo vožtuvo kanalus.
Toliau panagrinėsime trijų tipų trijų-padėčių penkių krypčių-solenoidinius vožtuvus: vidurinio-sandarumo, vidurinio-vėdinimo ir vidutinio-slėgio, taip pat jų taikymo sritis. Šio tipo solenoidiniuose vožtuvuose naudojamos dvigubos elektrinės valdymo ritės. Kai nė vienas iš dviejų elektromagnetų nėra įjungtas, vožtuvo šerdis bus vidurinėje padėtyje, veikiant subalansuotai spyruoklėms iš abiejų pusių. Šiuo metu įjungta-išjungta dujų tako būsena solenoidiniame vožtuve nulems konkretų jo tipą - vidurinis sandarinimas, vidurinis išleidimas arba vidutinis slėgis. Šių trijų tipų principus ir taikymo scenarijus išanalizuosime po vieną.
1. Vidurinio sandariklio būsenos analizė: kai nė viena iš dviejų ritių nėra įjungta, slėgis priekinėje ir galinėje cilindro kamerose išliks tokioje būsenoje, kai ritės bus atjungtos{1}} ir nepasikeis. Tuo pačiu metu uždaromos ir oro įsiurbimo, ir išmetimo angos. Tačiau ilgą laiką išlaikant šią būseną, dėl nedidelių nutekėjimų ji gali palaipsniui prarasti pusiausvyrą. Scheminė schema parodyta (10 pav.).
Dėl dujų suspaudžiamumo ir dėl to, kad pneumatiniai komponentai, tokie kaip balionai, vožtuvai ir dujų vamzdžių jungtys, negali būti visiškai nesandarūs-, balionas ilgą laiką negali būti stabiliai išlaikomas tarpinėje stabdymo padėtyje. Laikui bėgant ši subalansuota būsena palaipsniui išnyks, todėl sumažės cilindro padėties nustatymo tikslumas. Tačiau tomis darbo sąlygomis, kai cilindro padėties nustatymo tikslumas nėra labai reikalingas, o sustojimo laikas yra palyginti trumpas, vis tiek galima apsvarstyti galimybę naudoti vidurinį -sandarią cilindrą.
2. Vidutinio iškrovimo metodas: kai nė viena iš dviejų ritių nėra įjungta, cilindro priekinėje ir galinėje kamerose nėra slėgio, o oro įsiurbimo anga lieka uždaryta. Šiuo metu slėgis priekinėje ir galinėje cilindro kamerose bus išleidžiamas per du solenoidinio vožtuvo išmetimo angas. Jo veikimo principas parodytas 11 pav.
Palyginti su viduriniu-sandariu vožtuvu, vidurinio-išleidimo grandinės konstrukcija gali užtikrinti ilgesnį vidurio-sustabdymo laiką. Tais atvejais, kai cilindras turi judėti vertikaliai, vidurio -sustabdymo laikas yra gana ilgas, tačiau padėties nustatymo tikslumo reikalavimas nėra labai griežtas, todėl verta apsvarstyti vidutinio{5}}atleidimo grandinę.
3. Vidutinio slėgio būsena: kai nė viena iš dviejų ritių neįjungta, slėgis priekinėje ir galinėje cilindro kamerose išliks toks, kaip ankstesnė ritė yra išjungta, ir bus taikomas nuolatinis slėgis, siekiant užtikrinti, kad slėgis priekinėje ir galinėje cilindro kamerose atitiktų slėgį įleidimo gale. Šiuo metu oro įleidimo anga yra atidaryta, o išmetimas uždarytas. Darbo principas parodytas 12 pav.
Jei cilindras nėra veikiamas ašinės išorinės apkrovos jėgos, stūmoklis išliks subalansuotas ir tiksliai išliks bet kurioje padėtyje eigos metu. Šios grandinės charakteristikos reikalauja, kad cilindras būtų sumontuotas horizontaliai. Todėl darbo sąlygomis, kai reikalingas didelis-tikslius padėties nustatymas ir nėra ašinės išorinės apkrovos jėgos, rekomenduojama naudoti vidutinio-slėgio vožtuvą kartu su dvigubo stūmoklio koto cilindru.
