Пневматические электромагнитные клапаны: подробное руководство по типам, компонентам и принципу их работы?

Благодаря современному электронному механизму управления, пневматический электромагнитный клапан срабатывает на 5–20 миллисекунд быстрее, чем моргание человеческого глаза, которое занимает от 100 до 400 миллисекунд. Это означает, что клапан срабатывает 20 раз, в то время как человек моргает всего один раз. Сверхвысокая скорость позволяет машинам удалять из бункера некачественные или дефектные конфеты с помощью воздуха. Эти быстрые операции также отличаются высокой надежностью. Пневматический электромагнитный клапан может работать в течение 20–50 миллионов циклов (одно полное открытие и закрытие клапана), а некоторые модели высокого класса могут достигать 200 миллионов циклов.

В этой статье используется комплексный подход, чтобы помочь нашим читателям полностью понять принцип работы пневматических электромагнитных клапанов. Мы обсудим принцип их работы, типы, компоненты, области применения, важность в автоматизации и факторы, влияющие на выбор при покупке.

1. Что такое пневматические электромагнитные клапаны?

Эти клапаны представляют собой сочетание электротехники и механики. Они работают за счет электрических сигналов, посылаемых контроллером, который запускает механическую реакцию, позволяющую пропускать или блокировать воздух. Проще говоря, они являются связующим звеном между программируемыми логическими контроллерами (ПЛК) и физическим пневматическим движением. Используя слабый электрический сигнал, эти устройства могут управлять механическими движениями высокого давления.

2. Как работают пневматические электромагнитные клапаны?

Эксплуатационная механика

Основная функция пневматического электромагнитного клапана заключается в преобразовании электрической энергии в магнитную, которая в конечном итоге приводит к механической энергии. Напряжение, при котором он работает, составляет 24 В постоянного тока, что является стандартом для промышленного применения. Ток протекает через катушку из медной проволоки. Ток индуцирует магнитное поле, которое концентрируется внутри железного сердечника клапана. Поршень или якорь соединены с железным сердечником и начинают двигаться. Движение компонента приводит к открытию или закрытию небольших отверстий или направляющих, соединяющих различные порты, в зависимости от конструкции. В результате подается воздух в цилиндр или в выпускной коллектор.

Проще говоря, последовательность такова:

Подача энергии в катушку → Магнитное поле → Внутреннее смещение → Воздушный поток

Методы контроля

Существует несколько методов управления пневматическими электромагнитными клапанами. Вот список в порядке их широкого применения:

• ПЛК / Дистанционное управление: Это наиболее распространенный метод, использующий программируемый логический контроллер для управления электромагнитным клапаном.

• Пропорциональное управление: Этот метод позволяет электромагнитному клапану удерживать определенное положение с помощью широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Это означает, что пневматический электромагнитный клапан может удерживать положение на 20%, 30%, ..., 100% в зависимости от требований.

• Интеллектуальный мониторинг: В рамках концепции «Индустрия 4.0» эти клапаны передают данные о времени обратного цикла и времени отклика на центральный управляющий компьютер для проведения профилактического обслуживания.

• Ручное управление: для ручного управления на клапане установлены небольшие кнопки или курки.

Электромагнитная сила и её переменные

Силу, необходимую для перемещения поршня, можно рассчитать по простой формуле:

F=B²*A/2*uo

B = Плотность магнитного потока, которая зависит от количества витков и тока.

А = Площадь поперечного сечения поршня

µo = Магнитная проницаемость означает, что более качественный ферромагнитный материал создает большую силу.

Конструкция и функциональность с возможностью подключения нескольких устройств одновременно.

Золотник — это ключевой компонент, определяющий направление движения воздуха между различными портами пневматического электромагнитного клапана. В клапанах с высокой температурой нагрева золотник представляет собой цилиндрический стержень с выступающими секциями и канавками. Воздух поступает в корпус электромагнитного клапана и толкает золотник с обеих сторон, что обеспечивает отсутствие сопротивления золотнику давлению воздуха.

Когда канавка совпадает с отверстием, она пропускает воздух. Напротив, выступающая часть блокирует поток воздуха. Представьте себе катушку как набор гантелей, которые мы используем в спортзале, расположенных в ряд.

Механизм обесточивания и возврата

Реакция пневматического электромагнитного клапана на подачу напряжения так же важна, как и сам подача напряжения. Золотник перемещается в требуемое положение в соответствии с конструкцией. Вот три механизма, широко используемые в электромагнитных клапанах:

• Моностабильность: механическая пружина возвращает пружину в исходное положение. Как правило, безопасное состояние определяется требованиями технологического процесса.

• Бистабильные: Эти лампы остаются в своем положении даже при отключении питания. Они состоят из двух катушек.

Клапаны с пилотным управлением: В этих клапанах давление в системе перемещает золотник в нейтральное положение.

4. Из каких частей состоит пневматический электромагнитный клапан?

Статические части

• Корпус: Деталь изготовлена ​​из анодированного алюминия, латуни или нержавеющей стали. Она имеет отверстия для обеспечения прямого потока воздуха.

• Сердечник: Немагнитная трубка, которая закрывает поршень и действует как сосуд под давлением. Она удерживает давление внутри, позволяя при этом электромагнитному полю проходить сквозь неё.

• Неподвижный сердечник: также известный как гайка-заглушка, это неподвижный ферромагнитный элемент в верхней части трубки сердечника.

Внутренние механизмы перемещения

• Сердечник: это ключевой компонент, движение которого обеспечивается другими частями электромагнитного клапана. Это ферромагнитный стержень, который движется вверх и вниз. Высококачественные плунжеры часто имеют экранирующие кольца для предотвращения переменного тока и прецизионно отшлифованные поверхности для уменьшения трения.

• Пружина сердечника: перемещает поршень в безопасное положение.

• Шток: Механическая связь между поршнем и шпулей.

• Золотник или диск: В золотниковом клапане это длинный стержень с выступами и канавками. В поплавковом клапане это диск, прижимающийся к седлу. Часто их наконечники изготавливаются из NBR, FKM или PTFE для обеспечения герметичности.

Электрические компоненты

• Катушка: Тысячи намотанных медных катушек, заключенных в эпоксидную смолу для защиты от влаги и вибрации.

• Модульная крышка: позволяет заменять катушку питания с 24 В постоянного тока на катушку питания с 110 В постоянного тока без демонтажа разъемов.

5. В каких отраслях используются пневматические электромагнитные клапаны?

Производство и логистика

• Робототехника: высокоскоростные операции захвата и перемещения, а также автоматизированная сборка.

• Конвейеры: Быстрое срабатывание сортировочных затворов и устройств разделения материала.

• Складское хранение: Модульные клапанные блоки для масштабируемой высокоскоростной сортировки посылок.

Транспорт и аэрокосмическая отрасль

• Автомобильная промышленность: управление пневматическими тормозами, подвеской и сварочными зажимами на сборочной линии.

• Аэрокосмическая отрасль: облегченные клапаны для шасси и поверхностей управления полетом.

• Вибростойкость: Специализированные конструкции для работы в условиях высоких нагрузок в транспортных средствах.

Технологические процессы и энергетика

• Нефтегазовая отрасль: Дистанционное управление клапанами трубопроводов с помощью взрывозащищенных соленоидов.

• Химическая/фармацевтическая промышленность: Точное регулирование газового состава в реакторах с использованием коррозионностойких корпусов.

• Системы отопления, вентиляции и кондиционирования: автоматическое управление заслонками и зонированием для повышения энергоэффективности здания.

Здоровье и гигиена

• Медицина: Точная подача кислорода в аппаратах искусственной вентиляции легких и диагностическом оборудовании.

• Продукты питания и напитки: розлив и упаковка с использованием клапанов, соответствующих требованиям FDA и пригодных для промывки.

• Контроль загрязнения: конструкции, обеспечивающие чистоту в стерильных условиях обработки.

6. Почему стоит выбрать пневматические электромагнитные клапаны для автоматизированных систем?

• Высокая скорость работы: общая электромагнитная сила, создаваемая катушкой, очень велика, а внутренние компоненты обладают низкой инерцией, что обеспечивает чрезвычайно малое время отклика — от 5 до 10 мс.

• Эксплуатационная эффективность: Для работы пневматических электромагнитных клапанов требуется минимальное количество электроэнергии. Кроме того, модели с пилотным управлением эффективно используют сжатый воздух, что дополнительно снижает потребление электроэнергии.

• Надежность и безопасность: Благодаря небольшому количеству движущихся частей, эти клапаны выдерживают до 100 миллионов циклов. Моностабильные типы обеспечивают безопасность, возвращаясь в безопасное состояние при обесточивании.

• Бесшовная интеграция: низкое напряжение позволяет осуществлять управление с помощью ПЛК или реле, обеспечивая работоспособность в опасных и труднодоступных условиях.

• Интеллектуальные решения: интеграция с концепцией Industry 4.0 позволяет клапанам передавать диагностические данные в режиме реального времени.

7. Какие факторы следует учитывать при оценке пневматических электромагнитных клапанов?

Шаг 1: Диапазон давления

Согласуйте минимальное и максимальное требуемое давление в системе. Проверьте, требуется ли перепад давления.

Шаг 2: Пропускная способность

Размер должен соответствовать скорости привода без заеданий и потерь энергии.

Шаг 3: Материалы

Выбор корпуса и уплотнителей зависит от качества воздуха и температуры.

Шаг 4: Технические характеристики электрооборудования

Для ограничения нагрева следует подбирать напряжение и отдавать предпочтение катушкам малой мощности.

Шаг 5: Скорость цикла

Подтвердите время отклика в миллисекундах и общий ресурс цикла для задач с высокой интенсивностью использования.

Шаг 6: Способ крепления

Выберите вариант установки: линейный, коллекторный или непосредственно по стандарту NAMUR.

Шаг 7: Окружающая среда

Проверьте соответствие классам защиты IP и NEMA сертификатам ATEX для взрывоопасных зон.

Шаг 8: Соответствие требованиям

Проверьте наличие отраслевых маркировок, таких как CE, UL или FDA.

Шаг 9: Эффективность

Выбирайте энергосберегающие функции, такие как зональное отключение или фиксирующие катушки.

8. Часто задаваемые вопросы

В1: В чем разница между пневматическими электромагнитными клапанами прямого действия и клапанами с пилотным управлением?

Пневматические электромагнитные клапаны прямого действия используют электромагнитную силу для перемещения золотника, что делает их подходящими для малых расходов. В случае больших расходов используется пилотная рычажная система для обеспечения более высокой эффективности и регулирования расхода.

В2: Какое техническое обслуживание требуется для пневматических электромагнитных клапанов?

Уплотнения являются наиболее уязвимыми. Они, наряду с катушками, нуждаются в регулярном осмотре. Регулярная очистка портов и проверка времени отклика имеют решающее значение для обеспечения исправной работы. График профилактического обслуживания может гарантировать надлежащее техническое обслуживание.

В3: Подходят ли пневматические электромагнитные клапаны для пропорционального регулирования?

В случаях, когда требуется изменение расхода для плавного изменения, интеграция ШИМ-контроллеров является идеальным решением.