I. A fő funkciójaMágnesszelepek
A mágnesszelep, mint az elektro{0}}pneumatikus átalakítás kulcsfontosságú eleme, vállalja az elektromos jelek pneumatikus jelekké történő hatékony átalakítását. A vezérlési utasítás kézhezvétele után a mágnesszelep pontosan kiengedheti, leállíthatja VAGY megváltoztathatja a sűrített levegő áramlási irányát, ezáltal több funkciót is megvalósíthat, beleértve a pneumatikus működtetőelem működési irányának szabályozását, a BE/KI kapcsoló mennyiségének szabályozását, és a VAGY/NEM/ÉS logikai szabályozást. A különböző típusú mágnesszelepek közül az elektromágneses vezérlésű irányszabályozó szelep maghelyzetben van, és döntő szerepet játszik.
Ii. Az elektromágneses vezérlésű irányított vezérlőszelep működési elve
A pneumatikus rendszerekben az elektromágneses vezérlésű irányszabályozó szelep döntő szerepet játszik. Feladata a légáramlási csatorna nyitásának és zárásának szabályozása vagy a sűrített levegő áramlási irányának megváltoztatása. Működési elve az elektromágneses tekercs által generált elektromágneses erőn alapul. Ez az erő arra készteti a szelepmagot, hogy kapcsoljon, ezzel elérve a légáramlás megfordításának célját. Attól függően, hogy az elektromágneses vezérlőelem milyen különböző módon nyomja az irányszabályozó szelepet, az elektromágneses vezérlésű irányvezérlő szelepek két típusra oszthatók: közvetlen-működésű és elő{5}}működtetésű. A közvetlen-működésű mágnesszelepek közvetlenül elektromágneses erőt használnak a szelepmag megfordítására, míg a pilot-irányított vezérlőszelepek az elektromágneses vezérlőszelep által generált vezetőlevegő-nyomásra támaszkodnak, hogy a szelepmagot megfordítsák.
Az 1. ábra egy 3/2-es (három-utas két-állású) közvetlen-működésű mágnesszelep egyszerű keresztmetszeti nézete (általában nyitott típusú) és működési elve. Amikor a tekercs feszültség alatt van, a statikus vasmag elektromágneses erőt generál, és ez az erő a szelepmagot felfelé tolja. Ahogy a szelepmag felemelkedik, a tömítés megemelkedik, így összekapcsolja az 1. és 2. portot, miközben leválasztja a 2. és 3. portot. Ekkor a szelep szívó állapotban van, és szabályozni tudja a henger mozgását. Az áramellátás megszakadása után a szelepmag a rugó visszaállító erejére támaszkodik, hogy visszatérjen eredeti állapotába, azaz az 1. és 2. port le van választva, míg a 2. és 3. port csatlakoztatva van. Ily módon a szelep kipufogó állapotban van.
A 2. ábra az 5/2 (öt-két-állású) közvetlen-működésű mágnesszelep (általában nyitott típusú) egyszerű keresztmetszeti nézetét mutatja- és működési elvét. A kezdeti állapotban a levegő beszívása az 1. és 2. nyíláson keresztül történik, míg az elszívás a 4. és 5. nyílásokon keresztül történik. Amikor a tekercs feszültség alá kerül, a statikus vasmag elektromágneses erőt hoz létre. Ez az erő működésre készteti a vezérlőszelepet, majd sűrített levegő jut be a szelep vezetődugattyújába a levegőpályán keresztül, és a dugattyú elindul. A dugattyú közepén a tömítő körfelület nyitja a csatornát. Ekkor levegő jut be az 1. és 4. nyílásból, míg a levegő távozik a 2. és 3. nyílásból. Az áramellátás megszakítása után a vezérlőszelep a rugó visszaállító erejére támaszkodik, hogy visszatérjen eredeti állapotába.
Ezután beszéljünk a mágnesszelep funkciójáról. Az elektromágneses szelep funkcióját két szám jelöli: M és N, amelyet M-path N- pozíciójú elektromágneses szelepnek nevezünk. Ezek közül az "N pozíció" az irányszabályozó szelep kapcsolási helyzetét, vagyis a szelep állapotát jelenti. A szelephelyzetek száma N értéke. Például egy két-állású szelepnek két pozíciója van, vagyis két állapota van. A három-állású szelepnek három álláslehetősége van, vagyis három különböző állapot létezik. Az "M útvonal" a szelep külső interfészeinek számát jelzi, beleértve a levegő bemeneti, levegőkimeneti és kipufogónyílást. Az utak száma M értéke.
Vegyük példaként az 1. ábrán látható szelepet. Ez egy 3/2-es közvetlen-működésű mágnesszelep, vagyis a szelepnek két állása van, nevezetesen "be" és "kikapcsolt" állapota. Ugyanakkor három levegőnyílása van: 1 a levegő bemenete, 2 a levegő kimenete és 3 a kipufogónyílás.
A mágnesszelep légútjának elemzése
A gázút diagram bal végén a bal szélen lévő szimbólum általában az alsó rugót jelöli. A középső rész a szelepház, amely tartalmazza a mágnesszelep típusának meghatározásához szükséges kulcsfontosságú információkat. Például az ábrán látható két négyzet azt jelzi, hogy ez egy A két-állású mágnesszelep, míg az A/B/R/P/S a szelepház, azaz az öt-utas szelep furathelyzeteit jelenti. Ezért ez a mágnesszelep egy két-állású, öt{6}}utas mágnesszelep. Hasonlóan meghatározhatjuk a bitek számát és a mágnesszelep áthaladásának számát a furatok és a dobozok számával.
Ezenkívül a gázút diagramja a gázút működési útvonalait is mutatja, amikor az áram ki van kapcsolva, és amikor be van kapcsolva. Amikor az áramellátás megszakad, a levegőút a P nyíláson keresztül lép be, az A lyukon keresztül hat a működtető szerkezetre, majd áthalad a B lyukon, végül az S lyukon távozik, míg az R lyuk zárva marad. Bekapcsoláskor a levegőút a P lyukból is bejut, de ekkor a B furatból távozik a levegő, amely az aktuátorra hat és az A lyukon áthalad, végül az R lyukon távozik, míg az S lyuk zárva van.
A 3. ábra jobb oldali része általában a tekercseket vagy a kis vezérlőszelepeket ábrázolja, amelyek fontos szerepet játszanak a mágnesszelepek működésében. Ezen légútdiagramok értelmezésével mélyebben megérthetjük a mágnesszelep működési elvét és a légút működését különböző körülmények között.
A 4. ábra a pneumatikus mágnesszelep elektromos vázlatos diagramját mutatja. Az elektromos sematikus diagram a kulcs az elektromágneses szelep működési elvének megértéséhez. Világosan ábrázolja a tekercset, az érintkezőket és a csatlakozási viszonyokat más elektromos alkatrészekkel. Az elektromos kapcsolási rajz megfigyelésével mélyebben megérthetjük a mágnesszelep elektromos változásait be- és kikapcsoláskor, ezáltal jobban megragadhatjuk működési jellemzőit.
IV. Egyszeres-vezérlő mágnesszelepek és kettős-vezérlő mágnesszelepek
Az egyetlen elektromosan vezérelt mágnesszelep, ahogy a neve is sugallja, csak egy tekercssel van felszerelve. Bekapcsoláskor megváltozik és másik állapotba kerül. Az áramellátás megszűnésekor automatikusan visszaáll az eredeti állapotba. Ezt a működési elvet az 5. ábra mutatja. Ezzel szemben a kettős elektro-vezérlésű mágnesszelep két tekercssel van felszerelve. A különböző tekercsek feszültség alatti állapotának szabályozásával több kapcsolást is elérhet, és a kikapcsolás után is megőrzi korábbi állapotát, amint az a 6. ábrán látható. Ez a funkcionális különbség közvetlenül meghatározza a gyakorlati alkalmazásokban a különböző választási lehetőségeket.
Az 5. és 6. ábra az egy-vezérlésű mágnesszelepek és a kettős-vezérlésű mágnesszelepek működési elvét mutatja be. Kiválasztáskor, ha a szelep irányváltási ideje viszonylag rövid, egyetlen-vezérlő mágnesszelep elegendő a kezeléséhez. Ha azonban a kommutációs idő hosszú, a tekercset folyamatosan be kell kapcsolni, ami miatt a tekercs felmelegedhet a huzamosabb ideig tartó -bekapcsolás miatt, és akár ki is éghet. Ennek elkerülése érdekében kettős-vezérlőszelep választható. Ezen túlmenően, ha az alaphelyzetbe állítás funkciót áramszünet után kell elérni, egy elektromosan vezérelt mágnesszelep alkalmasabb. Ha áramkimaradás után meg kell tartani az aktuális állapotot, akkor a kettős{12}}vezérlésű mágnesszelep megfelelőbb.
V. Különbségek és alkalmazások a pilóta-működtetésű mágnesszelepek és a közvetlen-működésű mágnesszelepek között
A mágnesszelepek típusai között két általánosan elterjedt típus a pilóta{0}}működtetésű és a közvetlen-működésű. Működési elvükben és alkalmazási forgatókönyvükben különböznek. A vezérlő-működtetésű mágnesszelepek a vezérlőnyílásokon keresztül váltanak a gáz és a folyadék között, míg a közvetlen-működésű mágnesszelepek nyomáskülönbségre támaszkodnak a szelepmag mozgásának szabályozására. Ez a különbség lehetővé teszi, hogy a két típusú mágnesszelepnek megvannak a maga előnyei, amikor különböző ipari igényekre reagálnak. Például bizonyos helyzetekben, amelyek gyors reagálást és nagy érzékenységet igényelnek, a közvetlen-mágneses szelepek megfelelőbbek lehetnek. Olyan helyzetekben, amikor finom szabályozásra és alacsonyabb energiafogyasztásra van szükség, a pilóta{10}}működtetésű mágnesszelepek előnyt jelenthetnek.
A közvetlen működésű{0}}mágneses szelepek szerkezeti felépítése viszonylag egyszerű. Működési elvük főként az elektromágneses erőn alapul, amely a szelepmagot közvetlenül működésbe hozza. Ennek a kialakításnak azonban két nagy hiányossága is van. Először is, az elektromágneses erő iránti nagy igény miatt az elektromágneses tekercs térfogata ennek megfelelően növekszik, ami viszont magasabb energiafogyasztáshoz vezet. Másodszor, a közvetlen{5}működésű mágnesszelepek viszonylag érzékenyek a nyomásra. Ha a nyomás túllép egy bizonyos határt (általában 0,7 MPA felett), sok közvetlen működésű mágnesszelep nem tud megfelelően működni. Ez elsősorban a szelepmagra ható túlzottan magas nyomásnak köszönhető, ami megnehezíti a szelepmag működését meghajtó elektromágneses erőt. Ennek ellenére a közvetlen{11}működésű mágnesszelepeknek megvannak az előnyei: egyszerű felépítés, megfizethető ár és alacsony meghibásodási arány.
2. A pilóta-működtetésű mágnesszelep zseniálisan van megtervezve. Felhagy a hagyományos elektromágneses erőhajtással, és ehelyett levegőnyomást használ a szelepmag működésbe hozására. A 4 mm-t meghaladó átmérőjű mágnesszelepek általában egy előszelepből és egy főszelepből állnak. A mágnesszelep bekapcsolása után a vezérlőszelep kinyílik, és kimeneti jelével szabályozza a főszelep nyitását. Érdemes megjegyezni, hogy a főszelep valójában egy pneumatikus vezérlőszelep, működéséhez két levegőforrás összehangolt működése szükséges: az egyik a főszelepes levegőforrás, a másik a vezérlőszelep levegőforrása.
Ha a fő levegőforrás a mágnesszelep belső légjáratán keresztül juttatja a levegőt a vezérlőszelephez, ezt a kialakítást belső vezérlőtípusnak nevezzük. Ha a vezérlőszelepet a fő gázforrástól független forrásból táplálják gázzal, akkor azt külső vezérlőszelepnek nevezzük. A 8. ábrán a bal oldalon egy külső vezérlő-működtetett mágnesszelep, míg a jobb oldalon egy belső pilóta-működtetett mágnesszelep látható.
A belső vezeték és a külső vezeték fizikai összehasonlítása a következő ábrán látható.
Ez a két típusú mágnesszelep, nevezetesen a belső pilot és a külső vezérlő gyakran együtt létezik ugyanabban a rendszerben. Általában a belső pilot már a legtöbb alkalom igényeit ki tudja elégíteni. Bizonyos körülmények között azonban a külső vezetés még inkább szükségessé válik. Például, ha a főszelep gázforrás nyomása ingadozik és 0,2 MPA alá csökkenhet, vagy ha vákuum környezetben van, mivel a vezérlőszelep gázforrása nem osztható meg a főszelep gázforrásával, ellenkező esetben a főszelep nem tud kinyílni. Ekkor a vezérlőszelep táplálásához független levegőforrásra van szükség, amelynek nyomása meghaladja a 0,2 MPA-t. Ezenkívül, ha jelentős a nyomáskülönbség a levegő bemeneti és kimeneti nyílása között, vagy ha a fő légúti nyomás meghaladja az 1MPA-t, a belső pilótának szükség lehet a szerkezeti térfogat növelésére úgy, hogy a légúti nyomást közvetlenül a szelepmagra terheli. A külső pilot úgy oldja meg a problémát, hogy egy gázcsatornát közvetlenül vezet be a pilot portba anélkül, hogy elektromágneses szelepet kellene hozzáadni; csak egy légcső kell hozzá.
Összefoglalva, a pilóta{0}}működtetésű mágnesszelepek előnye a kis elektromágneses fej és az alacsony energiafogyasztás. Esztétikus, és helyet takarít meg a telepítéshez. Mindeközben kevesebb hőt termel, és figyelemre méltó energiatakarékos-hatással rendelkezik. Ennél is fontosabb, hogy az alacsony hőtermelés miatt a tekercs kevésbé valószínű, hogy kiég, és sokáig lehet bekapcsolni. Ez különösen fontos a gyakorlati alkalmazásoknál. Például az SMC egyes mágnesszelepeinek teljesítményét 0,1 W-ra csökkentették, ami lehetővé teszi a folyamatos tápellátást túlmelegedés nélkül. A közvetlen-működésű mágnesszelepek teljesítménytartománya 4-20 W, viszonylag rövid idő{13}}teljesítmény mellett. Ezenkívül a gyakori{15}}bekapcsolás a kiégés kockázatával jár. Ezért azokban a helyzetekben, amikor hosszú ideig vagy magas frekvencián kell tápellátást biztosítani, a pilóta{17}}működtetésű mágnesszelepek válnak az előnyben részesített választásnak. Valójában a manapság gyakran használt mágnesszelepek többsége kísérleti{19}}konstrukciót alkalmaz. A csak folyadékot átengedő mágnesszelepek között a közvetlen működésűek még mindig bizonyos arányt képviselnek. Ez elsősorban annak a ténynek köszönhető, hogy a folyadékban lévő szennyeződések eltömíthetik a keskeny vezérlőszelep-csatornákat.
Ezután a három -pozíciós-utas mágnesszelep három típusával foglalkozunk: középen-zárt, középső-szellőztetéssel és közepes-nyomásúval, valamint ezek alkalmazásaival. Az ilyen típusú mágnesszelep kettős elektromos vezérlőtekercset használ. Ha a két elektromágnes egyike sem kap feszültséget, a szelepmag középső helyzetbe kerül a rugók kiegyensúlyozott nyomása alatt mindkét oldalon. Ezen a ponton a mágnesszelep gázútjának bekapcsolt -kikapcsolt állapota határozza meg a középső tömítés, a középső légtelenítés vagy a közepes nyomás konkrét típusát. E három típus alapelveit és alkalmazási forgatókönyveit egyenként elemezzük.
1. A középső tömítés állapotának elemzése: Ha a két tekercs egyike sem kap feszültséget, a nyomás a henger elülső és hátsó kamrájában a tekercsek-feszültségmentesítése utáni állapotban marad, és nem változik. Ugyanakkor a levegő bemeneti és kipufogónyílása is zárva van. Ennek az állapotnak a hosszú távú fenntartása azonban fokozatosan elveszítheti egyensúlyát kisebb szivárgások miatt. A sematikus diagram a (10. ábra) látható.
A gáz összenyomhatósága és az a tény, hogy a pneumatikus alkatrészek, mint a palackok, szelepek és gázcsövek csatlakozásai nem lehetnek teljesen szivárgásmentesek, a palackot nem lehet hosszú ideig stabilan a közbenső leállási helyzetben tartani. Ez a kiegyensúlyozott állapot idővel fokozatosan elveszik, ami a henger pozicionálási pontosságának csökkenését eredményezi. Azokban a munkakörülményekben azonban, ahol a henger pozicionálási pontossága nem nagy igény, és a leállási idő viszonylag rövid, a középső -tömítésű henger használata továbbra is megfontolható.
2. Közepes kisülési módszer: Ha a két tekercs egyike sem kap feszültséget, a henger elülső és hátsó kamrájában nincs nyomás, és a levegőbeszívó nyílás egyidejűleg zárva marad. Ekkor a henger első és hátsó kamrájában lévő nyomás a mágnesszelep két kipufogónyílásán keresztül távozik. Működési elve a 11. ábrán látható.
A középső-zárt szelephez képest a középső-kisülési áramkör kialakítása hosszabb közép-leállási időt biztosít. Azokban a forgatókönyvekben, amikor a hengernek függőlegesen kell mozognia, a középső -leállási idő viszonylag hosszú, de a pozicionálási pontosság követelménye nem túl szigorú, a középső -kioldó áramkört érdemes megfontolni.
3. Közepes nyomású állapot: Ha a két tekercs egyike sem kap feszültséget, a henger első és hátsó kamrájában a nyomás az előző tekercs{1}}feszültségmentes állapotában marad, és folyamatos nyomást alkalmaznak annak biztosítására, hogy a henger első és hátsó kamrájában a nyomás megegyezzen a szívóoldali nyomással. Ezen a ponton a levegőbemenet nyitva van, míg a kipufogó zárva van. A működési elvet a 12. ábra mutatja.
Ha a hengert nem éri axiális külső terhelés, akkor a dugattyú kiegyensúlyozott állapotban marad, és így a löket során minden helyzetben pontosan marad. Ennek az áramkörnek a jellemzői megkövetelik, hogy a hengert vízszintesen kell felszerelni. Ezért olyan munkakörülmények között, ahol nagy-precíziós pozicionálásra van szükség, és nincs axiális külső terhelési erő, ajánlott közepes-nyomású szelepet használni kettős dugattyúrúd-hengerrel kombinálva.
