I. Kernefunktionen afMagnetventiler
Magnetventilen, som en nøglekomponent til elektro-pneumatisk konvertering, bærer ansvaret for effektivt at konvertere elektriske signaler til pneumatiske signaler. Efter at have modtaget styringsinstruktionen kan magnetventilen præcist frigive, stoppe ELLER ændre strømningsretningen af trykluften, hvorved der opnås flere funktioner, herunder styring af aktionsretningen af den pneumatiske aktuatorkomponent, ON/OFF kontakt mængdekontrol, OG ELLER/NOT/OG logisk kontrol. Blandt de forskellige typer magnetventiler har den elektromagnetiske retningsreguleringsventil en kerneposition og spiller en afgørende rolle.
Ii. Arbejdsprincippet for elektromagnetisk kontrol retningsbestemt kontrolventil
I pneumatiske systemer spiller den elektromagnetiske retningsreguleringsventil en afgørende rolle. Det er ansvarligt for at kontrollere åbning og lukning af luftstrømskanalen eller ændring af strømningsretningen for trykluft. Dens kernearbejdsprincip er afhængig af den elektromagnetiske kraft, der genereres af den elektromagnetiske spole. Denne kraft vil drive ventilkernen til at skifte og derved opnå formålet med at vende luftstrømmen. I henhold til de forskellige måder, hvorpå den elektromagnetiske styredel skubber retningsventilen, kan elektromagnetiske styreretningsventiler opdeles i to typer: direkte-virkende og pilot-betjente. Direkte-virkende magnetventiler bruger direkte elektromagnetisk kraft til at drive ventilkernen til at vende retning, mens pilot-betjente retningsreguleringsventiler er afhængige af pilotlufttrykket genereret af den elektromagnetiske pilotventil til at drive ventilkernen for at opnå reversering.
Figur 1 viser et simpelt-tværsnit af en 3/2 (tre-to-positions) direkte-virkende magnetventil (normalt åben type) og dens funktionsprincip. Når spolen aktiveres, vil den statiske jernkerne generere elektromagnetisk kraft, og denne kraft vil skubbe ventilkernen til at bevæge sig opad. Når ventilkernen stiger, løftes pakningen og forbinder således port 1 og 2, mens port 2 og 3 afbrydes. På dette tidspunkt er ventilen i indsugningstilstand og kan styre cylinderens bevægelse. Når strømmen er afbrudt, vil ventilkernen stole på, at fjederens genopretningskraft vender tilbage til sin oprindelige tilstand, det vil sige, at porte 1 og 2 er afbrudt, mens porte 2 og 3 er forbundet. På denne måde er ventilen i udstødningstilstand.
Figur 2 viser et simpelt-tværsnit af den 5/2 (fem-to-positions) direkte-virkende magnetventil (normalt åben type) og dens funktionsprincip. I den oprindelige tilstand sker luftindtag gennem porte 1 og 2, mens udstødning udføres gennem porte 4 og 5. Når spolen aktiveres, genererer den statiske jernkerne elektromagnetisk kraft. Denne kraft vil drive pilotventilen til at fungere, og derefter vil komprimeret luft komme ind i ventilens pilotstemplet gennem luftvejen, hvilket får stemplet til at starte. I midten af stemplet åbner den tætningscirkulære overflade kanalen. På dette tidspunkt suges luft ind fra porte 1 og 4, mens luft udledes fra porte 2 og 3. Når strømmen er afbrudt, vil pilotventilen stole på, at fjederens genopretningskraft vender tilbage til sin oprindelige tilstand.
Lad os derefter tale om magnetventilens funktion. Funktionen af en elektromagnetisk ventil er repræsenteret af to tal: M og N, som kaldes en M-bane N-position elektromagnetisk ventil. Blandt dem repræsenterer "N-position" omskiftningspositionen for retningsreguleringsventilen, det vil sige ventilens tilstand. Antallet af ventilpositioner er værdien af N. For eksempel har en to-positionsventil to positionsmuligheder, dvs. den har to tilstande. Ventilen med tre-positioner har tre positionsmuligheder, det vil sige, at der er tre forskellige tilstande. "M-stien" angiver antallet af eksterne grænseflader på ventilen, inklusive luftindtag, luftudtag og udstødningsport. Antallet af veje er værdien af M.
Tag ventilen i figur 1 som et eksempel. Det er en 3/2 direkte-magnetventil, det vil sige, at ventilen har to positioner, nemlig "on" og "off" tilstande. Samtidig har den tre luftporte: 1 er luftindtaget, 2 er luftudtaget og 3 er udstødningsporten.
Analyse af magnetventilens luftvej
I venstre ende af gasvejsdiagrammet repræsenterer symbolet længst til venstre normalt den nederste fjeder. Den midterste del er ventilhuset, som indeholder nøgleinformationen til bestemmelse af typen af magnetventil. For eksempel angiver de to felter i figuren, at dette er en to--magnetventil, mens A/B/R/P/S repræsenterer hulpositionerne i ventilhuset, det vil sige fem--ventilen. Derfor er denne magnetventil en to-positions fem-magnetventil. På samme måde kan vi bestemme antallet af bits og antallet af gennemløb af magnetventilen ved antallet af huller og antallet af kasser.
Derudover viser gasvejdiagrammet også gasvejdriftsruterne, når strømmen er slukket, og når strømmen er tændt. Når strømmen afbrydes, kommer luftvejen ind gennem hul P, virker på aktuatoren gennem hul A, passerer derefter gennem hul B og udledes til sidst fra hul S, mens hul R forbliver lukket. Når den er tændt, kommer luftvejen også ind fra hul P, men på dette tidspunkt udledes luft fra hul B, der virker på aktuatoren og passerer gennem hul A, og til sidst udledes fra hul R, mens hul S er lukket.
Den højre del af figur 3 repræsenterer generelt spoler eller små pilotventiler, som spiller en vigtig rolle i driften af magnetventiler. Ved at fortolke disse luftvejsdiagrammer kan vi få en dybere forståelse af magnetventilens funktionsprincip og luftvejens funktion under forskellige forhold.
Figur 4 viser det elektriske skematisk diagram af den pneumatiske magnetventil. Det elektriske skematiske diagram er nøglen til at forstå arbejdsprincippet for en elektromagnetisk ventil. Det viser tydeligt spolen, kontakter og forbindelsesforholdet til andre elektriske komponenter. Ved at observere det elektriske skematiske diagram kan vi få en dybere forståelse af de elektriske ændringer af magnetventilen, når den tændes og slukkes, og derved bedre forstå dens arbejdsegenskaber.
Iv. Valg af enkelt-kontrolmagnetventiler og dobbelt-kontrolmagnetventiler
Den enkelte elektrisk styrede magnetventil er, som navnet antyder, kun udstyret med en spole. Når den er tændt, vil den ændre sig og gå i en anden tilstand. Når strømmen afbrydes, vil den automatisk vende tilbage til den oprindelige tilstand. Dette arbejdsprincip er vist i figur 5. I modsætning hertil er den dobbeltelektro-styrede magnetventil udstyret med to spoler. Ved at styre de strømførende tilstande af forskellige spoler, kan den opnå flere kontakter og stadig bevare sin tidligere tilstand efter strøm-fra, som vist i figur 6. Denne funktionelle forskel bestemmer direkte deres forskellige valg i praktiske applikationer.
Figur 5 og 6 viser arbejdsprincipperne for enkelt-styrede magnetventiler og dobbelte-styrede magnetventiler. Når du foretager et valg, hvis vendetiden for ventilen er relativt kort, er en enkelt -styremagnetventil tilstrækkelig til at håndtere det. Men hvis kommuteringstiden er lang, skal spolen tændes kontinuerligt, hvilket kan få spolen til at varme op på grund af forlænget strøm-og endda brænde ud. For at undgå denne situation kan der vælges en dobbelt-reguleringsventil. Desuden, hvis nulstillingsfunktionen skal opnås efter strømsvigt, er en enkelt elektrisk styret magnetventil mere egnet. Hvis det er nødvendigt at bevare den nuværende tilstand efter strømsvigt, er en dobbelt-magnetventil mere velegnet.
V. Forskelle og anvendelser mellem pilot-betjente magnetventiler og direkte-virkende magnetventiler
Blandt typerne af magnetventiler er pilot-betjente og direkte-virkende to almindelige typer. De adskiller sig i arbejdsprincipper og anvendelsesscenarier. Pilot-betjente magnetventiler skifter mellem gas og væske gennem pilothuller, mens direkte-magnetventiler er afhængige af trykforskelle til at kontrollere ventilkernens bevægelse. Denne forskel gør, at de to typer magnetventiler hver har deres egne fordele, når de reagerer på forskellige industrielle krav. For eksempel, i nogle situationer, der kræver hurtig reaktion og høj følsomhed, kan direkte-magnetventiler være mere egnede. I situationer, hvor der kræves finkontrol og lavere energiforbrug, kan pilotbetjente{10}}magnetventiler have en kant.
Det strukturelle design af direkte-magnetventiler er relativt enkelt. Deres arbejdsprincip er hovedsageligt afhængig af elektromagnetisk kraft til direkte at drive ventilkernen til at virke. Dette design har dog også to store mangler. For det første, på grund af den store efterspørgsel efter elektromagnetisk kraft, øges volumen af elektromagnetspolen tilsvarende, hvilket igen fører til højere energiforbrug. For det andet er direkte-magnetventiler relativt følsomme over for tryk. Når trykket overstiger en vis grænse (normalt over 0,7MPA), kan mange direkte-magnetventiler ikke fungere korrekt. Dette skyldes hovedsageligt det alt for høje tryk, der virker på ventilkernen, hvilket gør det vanskeligt for den elektromagnetiske kraft at drive ventilkernen til at fungere. På trods af dette har direkte-magnetventiler også deres fordele: enkel struktur, overkommelig pris og lav fejlrate.
2. Den pilot-betjente magnetventil er genialt designet. Den opgiver det traditionelle elektromagnetiske kraftdrev og bruger i stedet lufttryk til at drive ventilkernen til at virke. For magnetventiler med en diameter på over 4 mm er de normalt sammensat af en pilotventil og en hovedventil. Efter at magnetventilen er tændt, vil pilotventilen åbne og styre åbningen af hovedventilen gennem dens udgangssignal. Det er værd at bemærke, at hovedventilen faktisk er en pneumatisk styreventil, og dens drift kræver en koordineret handling af to luftkilder: den ene er hovedventilens luftkilde, og den anden er pilotventilens luftkilde.
Hvis hovedluftkilden tilfører luft til pilotventilen gennem magnetventilens indre luftpassage, kaldes dette design en intern pilottype. Hvis pilotventilen forsynes med gas fra en kilde uafhængig af hovedgaskilden, kaldes den en ekstern pilottype. I figur 8 viser venstre side et eksempel på en ekstern pilot-betjent magnetventil, mens højre side viser et eksempel på en intern pilot-betjent magnetventil.
Den fysiske sammenligning mellem den interne ledning og den eksterne ledning er vist i følgende figur.
Disse to typer magnetventiler, nemlig intern pilot og ekstern pilot, eksisterer ofte sammen i det samme system. Normalt kan den interne pilot allerede imødekomme behovene ved de fleste lejligheder. Men under nogle specifikke omstændigheder bliver ekstern ledelse endnu mere nødvendig. For eksempel når gaskildetrykket i hovedventilen svinger og kan falde til under 0,2MPA, eller når det er i et vakuummiljø, da pilotventilens gaskilde ikke kan deles med hovedventilens gaskilde, ellers kan det føre til, at hovedventilen ikke kan åbne. På dette tidspunkt kræves en uafhængig luftkilde med et tryk på over 0,2MPA for at drive pilotventilen. Når trykforskellen mellem luftindtaget og -udløbet er betydelig, eller når hovedluftvejstrykket overstiger 1MPA, kan den interne pilot muligvis øge det strukturelle volumen ved direkte at belaste luftvejstrykket på ventilkernen. Den eksterne pilot løser problemet ved direkte at indføre en gaskanal i pilotporten uden behov for at tilføje en elektromagnetisk ventil; der skal kun tilføjes et luftrør.
Afslutningsvis har pilot-betjente magnetventiler fordelene ved små elektromagnetiske hoveder og lavt strømforbrug. Det er æstetisk tiltalende og sparer monteringsplads. I mellemtiden genererer den mindre varme og har en bemærkelsesværdig energibesparende-effekt. Endnu vigtigere er det, på grund af den lave varmeudvikling, at spolen er mindre tilbøjelig til at brænde ud og kan være tændt i lang tid. Dette er især vigtigt i praktiske applikationer. For eksempel er effekten af nogle magnetventiler fra SMC blevet reduceret til så lavt som 0,1W, hvilket muliggør kontinuerlig strømforsyning uden overophedning. Effektområdet for direkte-virkende magnetventiler er 4-20W, med en relativt kort effekt-til tiden. Desuden udgør hyppig strøm-en risiko for udbrændthed. I situationer, hvor der kræves strømforsyning i lange perioder eller ved høje frekvenser, bliver pilot{17}}betjente magnetventiler derfor det foretrukne valg. Faktisk har de fleste af de almindeligt anvendte magnetventiler i dag vedtaget pilot-{19}}betjent design. Blandt de magnetventiler, der kun tillader væske at passere igennem, udgør de direkte virkende stadig en vis andel. Dette skyldes hovedsageligt, at urenheder i væsken kan tilstoppe de smalle pilotventilkanaler.
Dernæst vil vi dykke ned i de tre typer af tre-positions fem-magnetventiler: mellem-forseglet, mellem-ventileret og medium-tryk, såvel som deres anvendelser. Denne type magnetventil bruger dobbelte elektriske styrespoler. Når ingen af de to elektromagneter er aktiveret, vil ventilkernen være i midterpositionen under det afbalancerede tryk af fjedrene på begge sider. På dette tidspunkt vil tænd-fra-tilstanden for gasbanen i magnetventilen bestemme dens specifikke type - midterforsegling, mellemudluftning eller mellemtryk. Vi vil analysere principperne og anvendelsesscenarierne for disse tre typer én efter én.
1. Analyse af den midterste tætningstilstand: Når ingen af de to spoler er aktiveret, vil trykket i cylinderens for- og bagkammer forblive i tilstanden, efter at spolerne er af-spændt, og vil ikke ændre sig. Samtidig er både luftindsugnings- og udstødningsportene lukket. Men opretholdelse af denne tilstand i lang tid kan gradvist få den til at miste balancen på grund af mindre lækager. Det skematiske diagram er vist i (Figur 10).
På grund af gassens kompressibilitet og det faktum, at pneumatiske komponenter såsom cylindere, ventiler og gasrørsamlinger ikke kan være helt lækage-, kan cylinderen ikke holdes stabilt i mellemstoppositionen i lang tid. Denne afbalancerede tilstand vil gradvist gå tabt over tid, hvilket resulterer i et fald i positioneringsnøjagtigheden af cylinderen. Til de arbejdsforhold, hvor cylinderens positioneringsnøjagtighed ikke kræves meget, og stoptiden er relativt kort, kan den midterste-forseglede cylinder dog stadig overvejes til brug.
2. Middeludledningsmetode: Når ingen af de to spoler er aktiveret, er der intet tryk i cylinderens for- og bagkammer, og luftindtagsporten forbliver lukket på samme tid. På dette tidspunkt vil trykket i cylinderens for- og bagkammer blive udledt gennem magnetventilens to udstødningsporte. Dets arbejdsprincip kan henvises til i figur 11.
Sammenlignet med den midterste-forseglede ventil kan det midterste-udløbskredsløb give en længere mellemstoptid.- I scenarier, hvor cylinderen skal bevæge sig lodret, er den midterste-stoptid relativt lang, men kravet til positioneringsnøjagtighed er ikke særlig strengt, er mid-udløserkredsløbet et valg, der er værd at overveje.
3. Mellemtrykstilstand: Når ingen af de to spoler er aktiveret, vil trykket i cylinderens for- og bagkammer forblive i den tilstand, da den forrige spole er af-strøm, og der vil blive påført kontinuerligt tryk for at sikre, at trykket i cylinderens for- og bagkammer er i overensstemmelse med trykket ved indsugningsenden. På dette tidspunkt er luftindtaget åbent, mens udstødningen er lukket. Arbejdsprincippet er vist i figur 12.
Hvis cylinderen ikke udsættes for en aksial ekstern belastningskraft, vil stemplet forblive i en afbalanceret tilstand og dermed præcist forblive i enhver position under slaget. Karakteristikaene for dette kredsløb kræver, at cylinderen skal installeres vandret. Under arbejdsforhold, hvor høj-præcisionspositionering er påkrævet, og der ikke er nogen aksial ekstern belastningskraft, anbefales det derfor at bruge en medium-tryksventil i kombination med en dobbelt stempelstangscylinder.
