공압 솔레노이드 밸브: 종류, 구성 요소 및 작동 원리에 대한 완벽 가이드

최첨단 전자 제어 메커니즘 덕분에 공압 솔레노이드 밸브는 사람 눈 깜빡임(100~400밀리초)보다 훨씬 빠른 5~20밀리초 만에 작동합니다. 즉, 사람이 눈을 한 번 깜빡이는 동안 밸브는 20번 작동하는 셈입니다. 이러한 초고속 작동 덕분에 기계는 공기를 이용하여 호퍼 시스템에서 불규칙하거나 불량한 사탕을 배출할 수 있습니다. 또한, 이러한 빠른 작동 속도는 높은 신뢰성을 보장합니다. 공압 솔레노이드 밸브는 2천만~5천만 회(밸브가 완전히 열리고 닫히는 동작) 동안 작동할 수 있으며, 일부 고급 모델은 2억 회까지 작동 가능합니다.

이 글에서는 공압 솔레노이드 밸브에 대한 포괄적인 이해를 돕기 위해 다음과 같은 내용을 다룹니다. 작동 원리, 종류, 부품, 적용 분야, 자동화에서의 중요성, 그리고 구매 시 고려 사항까지 자세히 살펴보겠습니다.

1. 공압 솔레노이드 밸브란 무엇입니까?

이 밸브들은 전기 공학과 기계 공학이 결합된 장치입니다. 컨트롤러에서 전송되는 전기 신호를 통해 작동하며, 신호에 따라 기계적인 반응이 일어나 공기의 통과 또는 차단을 조절합니다. 간단히 말해, 프로그래밍 가능 논리 컨트롤러(PLC)와 물리적인 공압 운동을 연결하는 장치입니다. 낮은 전압의 전기 신호를 사용하여 고압의 기계적 움직임을 제어할 수 있습니다.

2. 공압 솔레노이드 밸브는 어떻게 작동합니까?

작동 메커니즘

공압 솔레노이드 밸브의 기본 기능은 전기 에너지를 자기 에너지로 변환하고, 최종적으로 기계 에너지로 변환하는 것입니다. 작동 전압은 산업용 표준인 24V DC입니다. 이 전압은 구리 코일을 통해 흐르며, 전류는 밸브의 철심 내부에 자기장을 유도합니다. 플런저 또는 아마추어는 철심에 연결되어 움직이기 시작합니다. 이 부품의 움직임은 설계에 따라 다양한 포트를 연결하는 작은 구멍이나 슬라이드를 열거나 닫게 합니다. 결과적으로 실린더 또는 배기구로 공기가 공급됩니다.

간단히 말하면 순서는 다음과 같습니다.

코일 여자 → 자기장 → 내부 변위 → ​​공기 흐름

제어 방법

공압 솔레노이드 밸브에는 여러 가지 제어 방식이 있습니다. 다음은 적용 범위 순으로 나열한 것입니다.

• PLC/원격 제어: 프로그래밍 가능한 로직 컨트롤러(PLC)를 사용하여 솔레노이드 밸브를 작동시키는 가장 일반적인 기술입니다.

• 비례 제어: 이 방식은 펄스 폭 변조(PWM)를 사용하여 솔레노이드 밸브가 특정 위치를 유지하도록 합니다. 즉, 공압 솔레노이드 밸브는 필요에 따라 20%, 30%, ..., 100%의 위치를 ​​유지할 수 있습니다.

• 스마트 모니터링: 인더스트리 4.0에서 이러한 밸브는 예측 유지보수를 위해 사이클 시간과 응답 시간을 중앙 제어 컴퓨터에 보고합니다.

• 수동 조작: 밸브에 작은 버튼이나 트리거가 장착되어 있어 수동으로 작동할 수 있습니다.

전자기력과 그 변수들

피스톤을 움직이는 데 필요한 힘은 간단한 공식을 사용하여 계산할 수 있습니다.

F=B²*A/2*uo

B는 자속 밀도로, 코일의 개수와 전류에 따라 달라집니다.

A = 플런저의 단면적

µo = 투자율은 자성 재료의 품질이 높을수록 더 큰 힘을 발생시킨다는 것을 의미합니다.

스풀형 디자인 및 기능

스풀은 공압 솔레노이드 밸브의 여러 포트 사이에서 공기 흐름 방향을 결정하는 핵심 부품입니다. 고성능 밸브에서 스풀은 돌출부와 홈이 있는 원통형 막대입니다. 공기가 솔레노이드 본체로 유입되어 스풀을 양쪽에서 밀어내므로 스풀이 공기압에 저항할 필요가 없습니다.

홈이 포트와 일렬로 정렬되면 공기가 통과할 수 있습니다. 반대로, 튀어나온 부분은 공기 흐름을 차단합니다. 스풀을 헬스장에서 사용하는 아령들을 일렬로 늘어놓은 것으로 생각해 보세요.

에너지 차단 및 복귀 메커니즘

공압 솔레노이드 밸브의 작동에 대한 반응은 작동 자체만큼이나 중요합니다. 스풀 피스는 설계대로 필요한 위치로 이동합니다. 솔레노이드 밸브에 널리 사용되는 세 가지 메커니즘은 다음과 같습니다.

• 단안정형: 기계식 스프링이 스프링을 초기 위치로 되돌립니다. 일반적으로 안전 상태는 공정 요구 사항에 따라 결정됩니다.

• 바이-스테이블(Bi-Stable): 이 진공관은 전원이 차단되어도 제자리에 고정되어 있습니다. 두 개의 코일로 구성됩니다.

파일럿 보조식: 이 밸브에서는 시스템 압력이 스풀을 중립 위치로 밀어줍니다.

4. 공압 솔레노이드 밸브의 구성 요소는 무엇입니까?

정적 부품

• 본체: 이 부품은 양극 산화 처리된 알루미늄, 황동 또는 스테인리스강으로 제작됩니다. 공기가 직접 흐를 수 있도록 포트가 있습니다.

• 코어 튜브: 플런저를 덮는 비자성 튜브로, 압력 용기처럼 작동합니다. 내부 압력을 유지하면서 전자기장은 통과시킵니다.

• 고정 코어: 플러그너트라고도 하며, 코어 튜브 상단에 고정된 강자성 부품입니다.

내부 이동

• 코어: 솔레노이드 밸브의 다른 부품들이 움직임을 보조하는 핵심 구성 요소입니다. 위아래로 움직이는 강자성 막대입니다. 고품질 플런저는 AC 험을 방지하기 위한 차광 링과 마찰을 줄이기 위한 정밀 연삭 표면을 특징으로 하는 경우가 많습니다.

• 코어 스프링: 플런저를 안전 위치로 이동시킵니다.

• 스템: 플런저와 스풀을 연결하는 기계적 연결부.

• 스풀 또는 디스크: 스풀 밸브에서는 돌기와 홈이 있는 긴 막대 모양의 부품입니다. 포펫 밸브에서는 시트에 밀착되는 디스크 형태의 부품입니다. 이러한 부품들은 기밀성을 확보하기 위해 NBR, FKM 또는 PTFE 재질로 끝부분이 처리되는 경우가 많습니다.

전기 부품

• 코일: 수천 개의 구리 코일이 에폭시로 밀봉되어 습기와 진동으로부터 보호됩니다.

• 모듈식 보닛: 포트를 분해하지 않고도 24V DC 코일을 110V DC 코일로 교체할 수 있습니다.

5. 공압 솔레노이드 밸브는 어떤 산업 분야에서 사용됩니까?

제조 및 물류

• 로봇공학: 고속 물품 집기 및 자동 조립.

• 컨베이어: 분류 게이트 및 자재 전환 장치의 빠른 작동.

• 창고 관리: 확장 가능하고 고속으로 패키지를 분류할 수 있는 모듈형 밸브 시스템.

운송 및 항공우주

• 자동차: 공기 브레이크, 서스펜션 및 조립 라인 용접 클램프 제어.

• 항공우주 분야: 착륙 장치 및 비행 제어 표면용 경량 밸브.

• 진동 저항성: 차량의 고강도 환경에 맞춰 특수 설계되었습니다.

프로세스 및 에너지

• 석유 및 가스: 방폭형 솔레노이드를 이용한 원격 파이프라인 밸브 작동.

• 화학/제약: 내식성 본체를 사용한 반응기 내 정밀 가스 조절.

• HVAC: 건물 에너지 효율을 위한 자동 댐퍼 및 구역 제어 시스템.

건강 및 위생

• 의료 분야: 인공호흡기 및 진단 장비의 정밀한 산소 공급.

• 식음료: FDA 규정을 준수하고 세척 가능한 밸브를 사용하여 충전 및 포장합니다.

• 오염 제어: 무균 처리 환경을 위한 청결 작동 설계.

6. 자동화 시스템에 공압 솔레노이드 밸브를 선택하는 이유는 무엇일까요?

• 고속 성능: 코일에서 발생하는 전체 전자기력은 강력하며, 내부 부품의 관성이 낮아 5~10ms의 매우 빠른 응답 시간을 구현합니다.

• 작동 효율성: 공압 솔레노이드 밸브는 작동에 필요한 전력이 최소화되어 있습니다. 또한, 파일럿 작동식 모델은 압축 공기를 활용하여 전력 소모를 더욱 줄입니다.

• 신뢰성 및 안전성: 움직이는 부품이 몇 개 되지 않아 1억 회의 작동 수명을 자랑합니다. 단안정형 밸브는 전원이 차단되면 안전 상태로 복귀하여 안전성을 보장합니다.

• 완벽한 통합: 저전압 설계로 PLC 또는 릴레이를 통한 제어가 가능하여 위험하고 접근이 어려운 환경에서도 작동이 보장됩니다.

• 스마트 인텔리전스: 인더스트리 4.0 통합을 통해 밸브가 실시간 진단 정보를 보고할 수 있습니다.

7. 공압 솔레노이드 밸브를 평가할 때 고려해야 할 요소는 무엇입니까?

1단계: 압력 범위

시스템의 최소 및 최대 압력 요구 사항을 확인하십시오. 압력 차이가 필요한지 확인하십시오.

2단계: 유량 용량

액추에이터 속도에 맞춰 크기를 조정하여 막힘 현상이나 에너지 낭비를 방지해야 합니다.

3단계: 재료

공기 질과 온도에 따라 본체와 밀봉재를 선택하십시오.

4단계: 전기 사양

전압을 맞추고 저전력 코일을 우선적으로 사용하여 열 발생을 제한하십시오.

5단계: 사이클 속도

사용량이 많은 작업에 대해 밀리초 단위의 응답 시간과 총 수명 주기를 확인하십시오.

6단계: 장착 방식

인라인, 매니폴드 또는 NAMUR 직접 장착 방식 중에서 선택하십시오.

7단계: 환경

위험 지역에 대한 ATEX 인증을 통해 IP 및 NEMA 등급을 확인하십시오.

8단계: 규정 준수

CE, UL 또는 FDA와 같은 업계별 인증 라벨을 확인하십시오.

9단계: 효율성

구역별 자동 온도 조절 장치나 래칭 코일과 같은 에너지 절약 기능을 선택하십시오.

8. 자주 묻는 질문

Q1: 직접 작동식 공압 솔레노이드 밸브와 파일럿 작동식 공압 솔레노이드 밸브의 차이점은 무엇입니까?

직접 작동식 공압 솔레노이드 밸브는 전자기력을 이용하여 스풀을 회전시키므로 저유량에 적합합니다. 유량이 많은 경우에는 파일럿 작동식 레버리지 시스템을 사용하여 효율을 높이고 유량 조절 기능을 강화합니다.

Q2: 공압 솔레노이드 밸브에는 어떤 유지보수가 필요합니까?

씰은 가장 취약한 부분입니다. 코일과 함께 정기적인 점검이 필요합니다. 포트의 정기적인 청소와 응답 시간 테스트는 정상 작동을 위해 매우 중요합니다. 예방 정비 계획을 수립하면 적절한 유지 보수를 보장할 수 있습니다.

Q3: 공압 솔레노이드 밸브는 비례 제어에 적합한가요?

유량 변화가 필요한 응용 분야, 특히 점진적인 유량 변화가 필요한 응용 분야의 경우 PWM 컨트롤러를 통합하는 것이 이상적입니다.