I. PõhifunktsioonSolenoidventiilid
Solenoidklapp, mis on elektro-pneumaatilise muundamise põhikomponent, vastutab elektriliste signaalide tõhusa muundamise eest pneumaatilisteks signaalideks. Pärast juhtimisjuhiste saamist saab solenoidventiil täpselt vabastada, peatada VÕI muuta suruõhu voolu suunda, saavutades seeläbi mitu funktsiooni, sealhulgas pneumaatilise täiturmehhanismi komponendi tegevussuuna juhtimine, SISSE/VÄLJAS lüliti koguse reguleerimine ja VÕI/EI/JA loogiline juhtimine. Erinevat tüüpi solenoidventiilide hulgas on elektromagnetilise juhtimise suunajuhtventiil südamiku asendis ja sellel on oluline roll.
Ii. Elektromagnetilise juhtimise suundjuhtklapi tööpõhimõte
Pneumaatilistes süsteemides mängib elektromagnetilise juhtimise suunajuhtventiil otsustavat rolli. See vastutab õhuvoolukanali avamise ja sulgemise juhtimise või suruõhu voolusuuna muutmise eest. Selle põhitööpõhimõte tugineb elektromagnetilise mähise tekitatud elektromagnetilisele jõule. See jõud sunnib ventiili südamiku ümber lülituma, saavutades seeläbi õhuvoolu ümberpööramise eesmärgi. Vastavalt erinevatele viisidele, kuidas elektromagnetiline juhtosa suunajuhtventiili surub, võib elektromagnetilise juhtimise suundjuhtventiilid jagada kahte tüüpi: otse-toimivad ja piloot{5}}juhitavad. Otsese -toimega solenoidventiilid kasutavad klapi südamiku ümberpööramiseks otse elektromagnetilist jõudu, samal ajal kui pilootjuhitavad{8}}suunaga juhtventiilid toetuvad elektromagnetilise juhtventiili genereeritud juhtõhu rõhule, et juhtida klapi südamikku, et saavutada ümberpööramine.
Joonis 1 näitab lihtsat ristlõiget 3/2 (kolme Kui mähis on pingestatud, tekitab staatiline raudsüdamik elektromagnetilist jõudu ja see jõud surub klapi südamikku ülespoole liikuma. Kui klapi südamik tõuseb, tõstetakse tihend üles, ühendades nii pordid 1 ja 2, samal ajal lahti ühendades pordid 2 ja 3. Sel hetkel on klapp sisselaskeasendis ja saab juhtida silindri liikumist. Kui toide on välja lülitatud, tugineb klapi südamik oma algolekusse naasmiseks vedru taastavale jõule, st pordid 1 ja 2 on lahti ühendatud, samal ajal kui pordid 2 ja 3 on ühendatud. Sel viisil on klapp heitgaasi olekus.
Joonis 2 näitab lihtsat ristlõiget 5/2 (viiesuunalise kahe-asendiga)-otsetoimelise solenoidventiili (tavaliselt avatud tüüpi) ja selle tööpõhimõtte kohta. Algolekus toimub õhu sisselaskmine läbi portide 1 ja 2, väljalaskmine aga läbi portide 4 ja 5. Kui mähis on pingestatud, tekitab staatiline raudsüdamik elektromagnetilist jõudu. See jõud paneb juhtklapi tööle ja seejärel siseneb suruõhk läbi õhutee klapi juhtkolbi, põhjustades kolvi käivitumise. Kolvi keskel avab kanali tihendusringikujuline pind. Sel ajal siseneb õhk pordidest 1 ja 4, samal ajal kui õhk väljub pordidest 2 ja 3. Kui toide on välja lülitatud, tugineb juhtventiil oma algsesse olekusse naasmiseks vedru taastavale jõule.
Järgmisena räägime solenoidklapi funktsioonist. Elektromagnetilise klapi funktsiooni tähistab kaks numbrit: M ja N, mida nimetatakse M-path N- asendi elektromagnetklapiks. Nende hulgas tähistab "asend N" suunajuhtklapi lülitusasendit, st klapi olekut. Klapiasendite arv on N väärtus. Näiteks kahe-positsiooniga klapil on kaks asendivalikut, see tähendab, et sellel on kaks olekut. Kolme-asendiga klapil on kolm asendivalikut, see tähendab, et on kolm erinevat olekut. "M rada" näitab ventiili väliste liideste arvu, sealhulgas õhu sisselaskeava, õhu väljalaskeava ja väljalaskeava. Radade arv on M väärtus.
Võtke näitena joonisel 1 kujutatud ventiil. See on 3/2 otsese toimega-solenoidklapp, see tähendab, et klapil on kaks asendit, nimelt "sees" ja "väljas". Samal ajal on sellel kolm õhuporti: 1 on õhu sisselaskeava, 2 on õhu väljalaskeava ja 3 on väljalaskeava.
Solenoidklapi hingamisteede analüüs
Gaasitee diagrammi vasakus otsas tähistab vasakpoolses servas olev sümbol tavaliselt alumist vedru. Keskmine osa on klapi korpus, mis sisaldab võtmeteavet solenoidklapi tüübi määramiseks. Näiteks näitavad joonisel olevad kaks kasti, et see on A kahe-asendiga solenoidklapp, samas kui A/B/R/P/S tähistavad klapi korpuse, st viie-tee ventiili avade positsioone. Seetõttu on see solenoidklapp kahe-positsiooniga viie{6}}suunaline solenoidklapp. Samamoodi saame määrata bittide arvu ja solenoidklapi läbipääsude arvu aukude ja kastide arvu järgi.
Lisaks näitab gaasitee diagramm ka gaasitee tööteid, kui toide on välja lülitatud ja sisse lülitatud. Kui toide on katkenud, siseneb õhutee läbi ava P, mõjub täiturmehhanismile läbi ava A, seejärel läbib ava B ja väljub lõpuks avast S, samas kui auk R jääb suletuks. Sisselülitamisel siseneb õhutee ka avast P, kuid sel ajal väljub õhk avast B, mõjudes täiturmehhanismile ja läbides ava A ning lõpuks väljudes avast R, samal ajal kui auk S on suletud.
Joonise 3 parempoolne osa kujutab üldiselt mähiseid või väikesi juhtventiile, mis mängivad solenoidventiilide töös olulist rolli. Neid hingamisteede diagramme tõlgendades saame sügavamalt mõista solenoidklapi tööpõhimõtet ja hingamisteede toimimist erinevates tingimustes.
Joonisel 4 on näidatud pneumaatilise solenoidklapi elektriline skemaatiline diagramm. Elektriline skemaatiline diagramm on võti elektromagnetilise klapi tööpõhimõtte mõistmiseks. Sellel on selgelt kujutatud mähis, kontaktid ja ühendused teiste elektrikomponentidega. Elektrilist skeemi jälgides saame sügavamalt mõista solenoidklapi elektrilisi muutusi selle sisse- ja väljalülitamisel, mis võimaldab paremini mõista selle tööomadusi.
Iv. Ühekordsete-juhtsolenoidventiilide ja topelt-juhtsolenoidventiilide valik
Üksik elektriliselt juhitav solenoidklapp, nagu nimigi ütleb, on varustatud ainult ühe mähisega. Sisselülitamisel muutub see ja läheb teise olekusse. Kui toide katkeb, naaseb see automaatselt algsesse olekusse. See tööpõhimõte on näidatud joonisel 5. Seevastu topeltelektro{4}}juhitav solenoidklapp on varustatud kahe mähisega. Erinevate mähiste pingestatud olekute juhtimisega saab see saavutada mitu lülitit ja säilitada endiselt oma eelmise oleku pärast toite väljalülitamist, nagu on näidatud joonisel 6. See funktsionaalne erinevus määrab otseselt nende erinevad valikud praktilistes rakendustes.
Joonistel 5 ja 6 on näidatud ühe-juhtisolenoidventiilide ja topelt-juhtimisega solenoidklappide tööpõhimõtted. Kui klapi ümberpööramisaeg on suhteliselt lühike, piisab valiku tegemisel ühest-juhtsolenoidventiilist selle käsitlemiseks. Kui aga kommutatsiooniaeg on pikk, peab mähis olema pidevalt sisse lülitatud, mis võib põhjustada mähise pikemaajalise sisselülitamise{7}}soojenemist ja isegi läbipõlemist. Selle olukorra vältimiseks saab valida topelt-juhtventiili. Lisaks, kui lähtestamise funktsioon on vaja saavutada pärast voolukatkestust, on sobivam üks elektriliselt juhitav solenoidklapp. Kui pärast voolukatkestust on vaja säilitada praegune olek, on sobivam topelt{12}}juhtimisega solenoidklapp.
V. Piloot{1}}käitatavate solenoidventiilide ja otse{2}}toimivate solenoidventiilide erinevused ja rakendused
Solenoidventiilide tüüpide hulgas on kaks levinumat tüüpi -juhtimisega ja otse-toimimisega. Need erinevad tööpõhimõtete ja rakendusstsenaariumide poolest. Piloot-juhitavad solenoidventiilid vahetavad gaasi ja vedeliku vahel juhtavade kaudu, samal ajal kui otse{5}}toimivad solenoidventiilid sõltuvad rõhuerinevustest, et juhtida klapi südamiku liikumist. See erinevus muudab mõlemat tüüpi solenoidventiilidel erinevatele tööstuslikele nõudmistele vastamisel oma eelised. Näiteks mõnes olukorras, kus on vaja kiiret reageerimist ja suurt tundlikkust, võivad otsese toimega solenoidventiilid olla sobivamad. Olukordades, kus on vaja peenjuhtimist ja väiksemat energiatarbimist, võib juht{10}}juhitavatel solenoidventiilidel olla eelis.
Otsetoimeliste{0}}solenoidventiilide konstruktsioon on suhteliselt lihtne. Nende tööpõhimõte tugineb peamiselt elektromagnetilisele jõule, mis paneb klapi südamiku otse tööle. Sellel disainil on aga ka kaks suurt puudust. Esiteks suureneb elektromagnetilise jõu suure nõudluse tõttu vastavalt elektromagnetmähise maht, mis omakorda toob kaasa suurema energiatarbimise. Teiseks on otsese toimega solenoidventiilid rõhu suhtes suhteliselt tundlikud. Kui rõhk ületab teatud piiri (tavaliselt üle 0,7 MPA), ei saa paljud otsese toimega -solenoidventiilid korralikult töötada. Selle põhjuseks on peamiselt klapi südamikule mõjuv liiga kõrge rõhk, mis muudab klapi südamiku töötamise elektromagnetilise jõu jaoks keeruliseks. Sellele vaatamata on otsetoimivatel{11}}solenoidventiilidel ka oma eelised: lihtne struktuur, taskukohane hind ja madal rikete määr.
2. Piloot{1}}juhitav solenoidklapp on geniaalselt disainitud. See loobub traditsioonilisest elektromagnetilise jõuajamist ja kasutab selle asemel õhurõhku, et käivitada klapi südamik. Solenoidventiilide puhul, mille läbimõõt on üle 4 mm, koosnevad need tavaliselt juhtventiilist ja peaventiilist. Pärast solenoidklapi sisselülitamist avaneb juhtventiil ja juhib põhiklapi avamist oma väljundsignaali kaudu. Väärib märkimist, et põhiventiil on tegelikult pneumaatiline juhtventiil ja selle tööks on vaja kahe õhuallika koordineeritud tegevust: üks on peaventiili õhuallikas ja teine juhtventiili õhuallikas.
Kui peamine õhuallikas varustab juhtklappi õhku solenoidklapi sisemise õhukanali kaudu, nimetatakse seda konstruktsiooni sisemiseks piloottüübiks. Kui juhtventiili varustatakse gaasiga peamisest gaasiallikast sõltumatust allikast, nimetatakse seda väliseks juhtventiiliks. Joonisel 8 on vasakpoolne näide välise juht-juhitava solenoidklapi kohta, paremal pool aga sisemise juht-juhitava solenoidklapi näide.
Sisemise ja välise juhtme füüsiline võrdlus on näidatud järgmisel joonisel.
Need kaks tüüpi solenoidventiilid, nimelt sisemine piloot ja väline piloot, eksisteerivad sageli samas süsteemis. Tavaliselt suudab sisemine piloot enamiku juhtumite vajadused juba rahuldada. Kuid mõnel konkreetsel juhul muutub väline juhtimine veelgi vajalikumaks. Näiteks kui põhiklapi gaasiallika rõhk kõigub ja võib langeda alla 0,2 MPA või kui see on vaakumkeskkonnas, kuna juhtventiili gaasiallikat ei saa jagada põhiklapi gaasiallikaga, vastasel juhul võib see põhjustada peaventiili avanemise võimatust. Sel hetkel on juhtventiili toiteks vaja sõltumatut õhuallikat rõhuga üle 0,2 MPA. Lisaks, kui rõhuerinevus õhu sisse- ja väljalaskeava vahel on märkimisväärne või kui peamiste hingamisteede rõhk ületab 1 MPA, võib sisemisel piloodil olla vaja suurendada konstruktsiooni mahtu, laadides hingamisteede rõhu otse klapi südamikule. Väline piloot lahendab probleemi, sisestades ühe gaasikanali otse pilootporti, ilma et oleks vaja lisada elektromagnetklappi; tuleb lisada vaid õhutoru.
Kokkuvõtteks võib öelda, et piloot{0}}juhitavate solenoidventiilide eeliseks on väikesed elektromagnetpead ja madal energiatarve. See on esteetiliselt meeldiv ja säästab paigaldusruumi. Samal ajal toodab see vähem soojust ja sellel on märkimisväärne energiasäästlik-efekt. Veelgi olulisem on see, et vähese soojuse tekke tõttu põleb spiraal väiksema tõenäosusega läbi ja seda saab pikka aega sisse lülitada. See on eriti oluline praktiliste rakenduste puhul. Näiteks on mõnede SMC solenoidventiilide võimsust vähendatud 0,1 W-ni, mis võimaldab pidevat toiteallikat ilma ülekuumenemiseta. Otsetoimeliste-solenoidventiilide võimsusvahemik on 4-20 W, suhteliselt lühikese võimsusega-aeg. Lisaks põhjustab sagedane sisselülitamine{15}}läbipõlemise ohtu. Seetõttu on olukordades, kus on vaja toiteallikat pikka aega või kõrgetel sagedustel, eelistatud{17}}juhtimisega solenoidventiilid. Tegelikult on enamik tänapäeval sageli kasutatavaid solenoidventiile võtnud pilootjuhtimisega{19}}konstruktsiooni. Solenoidventiilidest, mis lasevad ainult vedelikku läbi, moodustavad siiski teatud osa otsese toimega klapid. See on peamiselt tingitud asjaolust, et vedelikus olevad lisandid võivad ummistada kitsad juhtventiili kanalid.
Järgmisena käsitleme kolme tüüpi kolme -positsiooniga viie-tee solenoidventiili: kesktihendiga-, keskmise-ventilatsiooniga ja keskmise rõhuga-, samuti nende rakendusi. Seda tüüpi solenoidventiilid kasutavad kahekordseid elektrilisi juhtpooli. Kui kumbki kahest elektromagnetist ei ole pingestatud, on klapi südamik mõlemal küljel olevate vedrude tasakaalustatud tõuke all keskmises asendis. Sel hetkel määrab solenoidklapi gaasitee sisse--väljas olek selle konkreetse tüübi - keskmise tihendi, keskmise õhutusava või keskmise rõhu. Analüüsime ükshaaval nende kolme tüübi põhimõtteid ja rakendusstsenaariume.
1. Keskmise tihendi oleku analüüs: kui kumbki kahest mähist ei ole pingestatud, jääb rõhk silindri esi- ja tagakambris pärast mähiste pinge{1}}vabastamist olekusse ega muutu. Samal ajal on suletud nii õhu sisselaske- kui ka väljalaskeavad. Selle oleku pikaajaline säilitamine võib aga väikeste lekete tõttu järk-järgult kaotada tasakaalu. Skemaatiline diagramm on näidatud (joonis 10).
Gaasi kokkusurutavuse ja asjaolu tõttu, et pneumaatilised komponendid, nagu silindrid, ventiilid ja gaasitorude liitmikud, ei saa olla täielikult{0}}lekkevabad, ei saa silindrit pikka aega stabiilselt vahepealses seiskamisasendis hoida. See tasakaalustatud olek kaob aja jooksul järk-järgult, mille tulemuseks on silindri positsioneerimise täpsuse vähenemine. Nendes töötingimustes, kus silindri positsioneerimise täpsus ei ole väga nõutud ja peatumisaeg on suhteliselt lühike, võib siiski kaaluda keskmise tihendiga silindri kasutamist.
2. Keskmise tühjenemise meetod: kui kumbki kahest mähist ei ole pingestatud, ei ole silindri esi- ja tagakambris rõhku ning õhu sisselaskeava jääb samal ajal suletuks. Sel hetkel väljub rõhk silindri esi- ja tagakambris läbi solenoidklapi kahe väljalaskeava. Selle tööpõhimõttele võib viidata joonisel 11.
Võrreldes keskmise-tihendiga klapiga, võib keskmise-tühjendusahela konstruktsioon pakkuda pikemat kesk-seiskamisaega. Stsenaariumide korral, kus silinder peab liikuma vertikaalselt, on kesk-peatusaeg suhteliselt pikk, kuid positsioneerimise täpsuse nõue ei ole väga range, on keskmise vabastuse vooluahel kaalumist väärt.
3. Keskmise rõhu olek: kui kumbki kahest mähist ei ole pingestatud, jääb rõhk silindri esi- ja tagakambris olekusse, kui eelmine mähis on pingevaba, ja rakendatakse pidevat rõhku, et tagada silindri esi- ja tagakambri rõhu ühtlus sisselaskeotsas oleva rõhuga. Sel hetkel on õhu sisselaskeava avatud, kui väljalaskeava on suletud. Tööpõhimõte on näidatud joonisel 12.
Kui silindrile ei avaldata aksiaalset välist koormusjõudu, jääb kolb tasakaalustatud olekusse ja püsib seega täpselt käigu ajal mis tahes asendis. Selle vooluahela omadused nõuavad, et silinder tuleb paigaldada horisontaalselt. Seetõttu on töötingimustes, kus on vaja suurt-täpset positsioneerimist ja puudub aksiaalne väliskoormusjõud, soovitatav kasutada keskmise-surveklappi koos topeltkolvivarda silindriga.
