由於公司很多設備都有液壓站、電磁閥這些設備和部件,但是之前看液壓原理圖時,有時候看得一知半解,幸好看到有這麼一份整理完整的電磁閥基礎知識,故收藏起來,並分享給大家,對於做工控來說,經常和電磁閥打交道,明白必要的電磁閥工作原理還是十分必要的。
1.電磁閥的工作原理 電磁閥的基本結構如圖1 所示。當線圈通電時,磁迴路受激產生了電磁吸力,使活動鐵芯受到吸引力而向下移動,它克服了復位彈簧的力把閥塞開啟,於是工作介質(空氣或油)從進氣口流至工作口,使工作介質在管路中流動;當線圈斷電後,電磁吸力消失了,活動鐵芯在彈簧的作用下回復到原來的位置,關閉了閥塞,於是工作介質停止了流動。對於常見的二位二通電磁閥也是這樣的工作原理,只是閥上沒有了排氣口而已。
圖1 二位三通電磁閥工作原理示意圖2.電磁閥的基本分類 按工作原理可將電磁閥分為:直動式、先導式、分步直動式三類。 直動式:上面的圖1就屬於直動式。 先導式:通電後電磁力把先導孔打開,使上腔室壓力下降,在關閉件周圍形成上低下高的壓差,流體壓力推動關閉件向上移動,閥門打開;斷電後,彈簧力把先導孔關閉,入口壓力通過旁通孔在關閥件周圍形成下低上高的壓差,流體壓力推動關閉件向下移動關閥。 分步直動式:採用直動式和先導式相結合的工作原理。 按流體所接的路數可將電磁閥分為二位二通,二位三通,二位四通,二位五通等形式。 按電磁線圈的個數,可將電磁閥分為單控和雙控兩種:單線圈的稱為單電控,雙線圈的稱為雙電控。
圖2 PID圖上的電磁閥符號 (2) 機械行業在機械行業或機電一體化的氣、液傳動系統,用的圖形符號如圖3所示。圖3 分別是一個二位二通,二位三通電磁閥上下排列和左右排列的圖形符號示意圖。
圖3 電磁閥圖形符號示意圖 特別要說明的是:上下兩個方框不是兩個腔體,而是分別表示通電和未通電時的狀態,上面方框(左邊方框)是表示通電後流體流動的方向和端口,下面方框(右邊方框)是表示不通電的時候流體流動的方向和端口。這種雙狀態的畫法是把管路連接畫在不通電的情況下,即畫在下面的方框(右邊方框)。 圖中的1、2、3標號採用的是GB/T 32215-2015標準的標識,按標準規定主氣口由一位數字來識別,具體標識分別是:進氣口為1,工作口為2,排氣口為3。按標準規定:控制機構,先導控制口和電氣連接線都用二位數字標識,如以下圖5中的12,14,其第一位數字是1,第二位數字表示當相應控制機構動作時與主氣口1連接的主氣口的編號。 圖符的方框表示電磁閥的工作位置,有幾個方框就表示有幾"位"。方框內的箭頭表示流體處於接通狀態,但箭頭方向不一定表示流體的實際方向。方框內的┫ 形符號表示該通路不通。方框外部連接的接口數有幾個,就表示幾"通"。
圖4 電磁閥局部照片 我們把它畫成圖5,來看看該閥門流體與端口的狀態,12與14下邊的圖形表示:電磁鐵與內部先導控制和手動操縱控制。圖5是假設12側線圈是不通電的。只是14側線圈通、斷電的動作,左邊是14側線圈不通電時的狀態,右邊是通電時的狀態。由於其與工藝要求的正、反動作還有關係,因此,詳細說明請看下半部分的:"5.電磁閥應用實例"的內容。
圖5 二位五通先導式電磁閥示意圖 如果想深入瞭解相關的內容,建議閱讀GBT 786.1-2009/ISO 1219-1:2006《流體傳動系統及元件圖形符號和迴路圖 第1部分:用於常規用途和數據處理的圖形符號》。
二位五通電磁閥可以觀察實物來確定各端口的功能,一側有兩個接口的,這兩個接口就是工作端口,即2、4,通常分別接氣缸的前後端蓋的孔。另一側有三個接口,最中間那個就是進氣端口,即1, 進氣口旁邊兩個是排氣端口,即3、5,通常是裝消聲器。
4.電磁閥應用基礎 (1) 如何識別電磁閥的端口 很多電磁閥的端口在閥體上都有標註,較好識別。對於標註看不清楚或者不統一的閥,可從所接的管路或接口來推斷各接口。 如二位三通電磁閥,有兩個端口的一邊,一個為進氣端口用來接進氣氣源,另一個是排氣端口;閥的另一邊只有一個端口,這就是出氣端口,又稱為工作口。 對圖5的二位五通電磁閥,一邊有兩個端口就是工作端口(即2、4),一個為正動作工作口和一個反動作工作口,可分別提供給汽缸等設備一正一反的氣源。有三個接口的那邊,中間那個是進氣端口(即1)用來接進氣氣源, 進氣端口旁邊兩個是排氣端口(即3、5),一個正動作排氣端口和一個反動作排氣端口,通常是裝消聲器用的。(2) 電磁閥的常開、常閉及自鎖 二位三通電磁閥分為常閉型和常開型兩種。這樣的設計是為了避免電源有故障時,導致電磁閥的動作失敗。 常閉型指線圈沒通電時氣路是斷的,即斷電關閉,通電打開。當電磁閥需要長時間關閉,並且關閉的時間多於開啟的時間應選用常閉型。 常開型指線圈沒通電時氣路是通的,即斷電打開,通電關閉。當電磁閥需要長時間打開,並且打開的時間多於關閉的時間應選用常開型。 二位三通電磁閥還有一進二出和二進一出的產品。 一進二出:當電磁閥通電時,工作口第一路打開,第二路關閉;當電磁閥斷電時,工作口第一路關閉,第二路打開。 二進一出:當電磁閥通電時,進氣口第一路打開,第二路關閉;當電磁閥斷電時,進氣口第一路關閉,第二路打開。
當S1帶電,S2斷電時,壓縮空氣從1→2→A,氣缸活塞下移,B→4→5,關閥。當S1 斷電,S2帶電時,壓縮空氣從1→4→B,氣缸活塞上移,A→2→3,開閥。 如果S1、S2同時通電或同時斷電,閥門不動作仍維持原位。(2) 二位三通電磁閥的應用 當工藝要求同一個工藝參數在高、低值越限時都要有信號聯鎖動作,以往得用兩隻二位三通電磁閥來實現,但現在大多是用PLC中的R-S觸發器來完成,可靠性有了提高,還省了一隻電磁閥,圖7 就是一例。圖中S是隻常閉型電磁閥。工藝參數正常時,閥門定位器輸出的氣壓信號從1→2→調節閥,進行正常的調節。當工藝參數越限或供氣中斷時,調節閥將打開。聯鎖信號1和2由誰承擔置位或復位,則取決於工藝生產的要求。
(3) 二位三通電磁閥的冗餘 為了生產安全,有的場合用一隻電磁閥進行控制不太安全,這時就有必要考慮電磁閥的冗餘問題。圖8是一個冗餘電路,當一隻電磁閥有故障時,另一隻電磁閥仍能保持正常工作,這就保證了生產的安全性。
當某隻電磁閥掉電或出現故障時,也就是電磁閥失效時,是如何保證用氣設備的壓縮空氣不中斷的,單從圖8中是很難看出來,為了能直觀的看出電磁閥正常和失效時,電磁閥的動作及壓縮空氣的流向,特把四種狀態時電磁閥的動作及壓縮空氣的流向在圖9中畫出供分析。再把上半部分文中的一段話複製下來:"方框內的箭頭表示流體處於接通狀態,但箭頭方向不一定表示流體的實際方向。"以免看圖9時出現誤解。
6.電磁閥應用中要注意的問題(1) 瞭解工作流體的性質 應根據介質的特性選擇相應的電磁閥,如用於水和用於蒸汽的電磁閥就不相同。流體性質包括:溫度、壓力、粘度、腐蝕性等;溫度高的流體,就不能使用常溫電磁閥,否則其使用壽命將大大縮短,嚴重時甚至會損壞。當管道中流體含有微粒等雜質時,應選用膜片式電磁閥。電磁閥允許液體粘度一般在20mm2/S以下,大於50mm2/S時應專門訂貨。電磁閥對流體的清潔度要求較高,流體清潔度不高時可在電磁閥前安裝過濾器。(2) 搞清工作流體的壓力和流量 選擇的電磁閥額定工作壓力太高,會增加投資;但選擇的額定工作壓力太低,或接近實際的介質壓力,在工作中電磁閥因材料的強度不夠,會造成事故。除安全問題外,工作壓力的選擇還與電磁閥能否正常工作有關。工作壓力一般用最高與最低的上、下限來確定它的可靠工作範圍。否則電磁閥受介質壓力的影響將無法可靠工作。 流體流量大小關係到電磁閥的通徑或閥座尺寸。電磁閥口徑選擇過大會造成經濟上的浪費;如果口徑選小了又會限制管道中應通過的流量,而造成較大的壓力損失,使得系統的控制作用減小,使系統的控制精度下降或失控。 工作壓差是指電磁閥能可靠開、關的閥入口與出口間的壓力差,也是電磁閥能否正常工作的關鍵,是選擇時首要考慮的問題。
(3)要重視環境條件 電磁閥的使用溫度過高則壽命將下降,最高溫度不能超過電磁閥銘牌所示。環境溫度太低,會引起電磁閥外殼結霜,會使密封填料等出現問題,使電磁閥不能正常工作。 溼度會影響電氣絕緣性,潮溼的環境會使電氣絕緣下降,影響到電磁閥的可靠性。使用環境有灰塵、水滴、鹽霧、腐蝕性氣氛時,應選擇密封性好的產品,如防水型、防濺型、防塵型電磁閥。要求防爆應選擇防爆型電磁閥。在有振動、衝擊的環境則應選擇耐振型電磁閥。
新管道安裝的電磁閥,使用前應對工藝管道進行吹洗,把管道中的雜質、積汙、焊渣清除了,以避免閥門被堵塞或卡死。 工藝停產期間,電磁閥不用時,應將閥門前的手動截止閥門關閉。如果停產時間過長,應把電磁閥拆下保管,否則由於工藝管道的嚴重積垢留置在閥內,使閥門內部卡死而不能工作。權衡利弊拆下保管比開工時處理故障更容易和主動。
【這裡是大衛說生活中的那些事之大衛說電氣,大衛是我我是大衛,2018.10.16】