I. Temel İşleviSolenoid Valfler
Elektro-pnömatik dönüşümün önemli bir bileşeni olan solenoid valf, elektrik sinyallerini verimli bir şekilde pnömatik sinyallere dönüştürme sorumluluğunu taşır. Kontrol talimatını aldıktan sonra, solenoid valf basınçlı havanın akış yönünü hassas bir şekilde serbest bırakabilir, durdurabilir VEYA değiştirebilir, böylece pnömatik aktüatör bileşeninin hareket yönünün kontrolü, AÇMA/KAPAMA anahtarı miktar kontrolü ve VE VEYA/DEĞİL/VE lojik kontrolü dahil olmak üzere birden fazla işlevi gerçekleştirebilir. Çeşitli solenoid valf türleri arasında, elektromanyetik kontrollü yön kontrol valfi temel bir konumdadır ve çok önemli bir rol oynar.
II. Elektromanyetik Kontrol Yön Kontrol Valfinin Çalışma Prensibi
Pnömatik sistemlerde elektromanyetik kontrollü yön kontrol valfi çok önemli bir rol oynar. Hava akış kanalının açılıp kapanmasının kontrol edilmesinden veya basınçlı havanın akış yönünün değiştirilmesinden sorumludur. Temel çalışma prensibi, elektromanyetik bobin tarafından üretilen elektromanyetik kuvvete dayanır. Bu kuvvet, valf çekirdeğini değiştirmeye yönlendirecek ve böylece hava akışını tersine çevirme amacına ulaşacaktır. Elektromanyetik kontrol parçasının yön kontrol valfını ittiği farklı yollara göre, elektromanyetik kontrollü yön kontrol valfleri iki tipe ayrılabilir: doğrudan-etkili ve pilot-çalışmalı. Doğrudan etkili solenoid valfler, valf çekirdeğini ters yöne yönlendirmek için doğrudan elektromanyetik kuvveti kullanırken, pilot-çalıştırılan yön kontrol valfleri, tersine çevirmeyi sağlamak amacıyla valf çekirdeğini tahrik etmek için elektromanyetik pilot valf tarafından oluşturulan pilot hava basıncına dayanır.
Şekil 1, 3/2 (üç{{4}yollu iki-pozisyonlu) doğrudan etkili bir solenoid valfin (normalde açık tip)-basit bir kesit görünümünü ve çalışma prensibini göstermektedir. Bobine enerji verildiğinde, statik demir çekirdek elektromanyetik kuvvet üretecek ve bu kuvvet, valf çekirdeğini yukarı doğru hareket edecek şekilde itecektir. Valf çekirdeği yükseldikçe conta kaldırılır, böylece 2 ve 3 numaralı bağlantı noktaları ayrılırken 1 ve 2 numaralı bağlantı noktaları bağlanır. Bu noktada valf emme durumundadır ve silindirin hareketini kontrol edebilir. Güç kesildiğinde, valf çekirdeği orijinal durumuna dönmek için yayın geri yükleme kuvvetine güvenecektir; yani, 1 ve 2 numaralı bağlantı noktalarının bağlantısı kesilirken 2 ve 3 numaralı bağlantı noktaları bağlanır. Bu sayede valf egzoz durumundadır.
Şekil 2, 5/2 (beş-yollu iki-pozisyonlu) doğrudan etkili-solenoid valfin (normalde açık tip) basit bir-kesit görünümünü ve çalışma prensibini göstermektedir. Başlangıç durumunda, hava girişi 1 ve 2 numaralı bağlantı noktalarından gerçekleşirken, egzoz 4 ve 5 numaralı bağlantı noktalarından gerçekleştirilir. Bobine enerji verildiğinde, statik demir çekirdek elektromanyetik kuvvet üretir. Bu kuvvet, pilot valfin çalışmasını sağlayacak ve daha sonra basınçlı hava, valfin pilot pistonuna hava yolundan girerek pistonun çalışmasına neden olacaktır. Pistonun ortasındaki sızdırmazlık dairesel yüzeyi kanalı açar. Bu sırada, hava 1 ve 4 numaralı bağlantı noktalarından alınırken, 2 ve 3 numaralı bağlantı noktalarından hava boşaltılır. Elektrik kesildiğinde pilot valf, orijinal durumuna dönmek için yayın geri yükleme kuvvetine güvenecektir.
Şimdi solenoid valfin işlevinden bahsedelim. Elektromanyetik valfın işlevi iki sayıyla temsil edilir: M ve N, buna M-yol N-konumlu elektromanyetik valf adı verilir. Bunlardan "N konumu" yön kontrol valfinin anahtarlama konumunu yani valfin durumunu temsil eder. Valf konumlarının sayısı N'nin değeridir. Örneğin, iki-konumlu bir valfın iki konum seçeneği vardır, yani iki durumu vardır. Üç-konumlu valfin üç konum seçeneği vardır, yani üç farklı durum vardır. "M yolu", hava girişi, hava çıkışı ve egzoz portu dahil olmak üzere valfin harici arayüzlerinin sayısını gösterir. Yolların sayısı M'nin değeridir.
Örnek olarak Şekil 1'deki valfi alın. 3/2 doğrudan etkili bir solenoid valftir, yani valfin "açık" ve "kapalı" olmak üzere iki konumu vardır. Aynı zamanda üç hava portu vardır: 1'i hava girişi, 2'si hava çıkışı ve 3'ü egzoz portudur.
Solenoid valf hava yolunun analizi
Gaz yolu diyagramının sol ucunda, en soldaki sembol genellikle alttaki yayı temsil eder. Orta kısım, solenoid valf tipinin belirlenmesine yönelik anahtar bilgilerin bulunduğu valf gövdesidir. Örneğin, şekildeki iki kutu bunun A iki-pozisyonlu solenoid valf olduğunu belirtirken, A/B/R/P/S valf gövdesinin, yani beş-yollu valfin delik konumlarını temsil eder. Bu nedenle, bu solenoid valf iki-konumlu beş-yollu bir solenoid valftir. Benzer şekilde solenoid valfin bit sayısını ve geçiş sayısını delik sayısı ve kutu sayısına göre belirleyebiliriz.
Ayrıca gaz yolu diyagramı aynı zamanda güç kapalıyken ve güç açıkken gaz yolu çalışma rotalarını da gösterir. Elektrik kesildiğinde, hava yolu P deliğinden girer, A deliği aracılığıyla aktüatöre etki eder, ardından B deliğinden geçer ve son olarak S Deliğinden boşaltılırken R Deliği kapalı kalır. Güç verildiğinde, hava yolu da P deliğinden girer, ancak bu sırada hava, aktüatöre etki ederek ve A deliğinden geçerek B deliğinden boşaltılır ve son olarak S Deliği kapalıyken R deliğinden boşaltılır.
Şekil 3'ün sağ kısmı genel olarak solenoid valflerin çalışmasında önemli rol oynayan bobinleri veya pilot küçük valfleri temsil etmektedir. Bu hava yolu diyagramlarını yorumlayarak solenoid valfin çalışma prensibini ve hava yolunun farklı koşullar altında çalışmasını daha derinlemesine anlayabiliriz.
Şekil 4, pnömatik solenoid valfin elektrik şematik diyagramını göstermektedir. Elektrik şeması diyagramı, bir elektromanyetik valfin çalışma prensibini anlamanın anahtarıdır. Bobini, kontakları ve diğer elektrikli bileşenlerle olan bağlantı ilişkisini açıkça göstermektedir. Elektrik şeması diyagramını inceleyerek, solenoid valfin açılıp kapatıldığında meydana gelen elektriksel değişimlerini daha derinlemesine anlayabilir ve böylece çalışma özelliklerini daha iyi kavrayabiliriz.
IV. Tek-Kontrol Solenoid Valfleri ve Çift-Kontrol Solenoid Valflerinin Seçimi
Elektrikle kontrol edilen tek solenoid valf, adından da anlaşılacağı gibi yalnızca bir bobinle donatılmıştır. Açıldığında değişecek ve başka bir duruma girecek. Güç kesildiğinde otomatik olarak orijinal durumuna dönecektir. Bu çalışma prensibi Şekil 5'te gösterilmektedir. Buna karşılık çift elektro-kontrollü solenoid valf iki bobinle donatılmıştır. Farklı bobinlerin enerjili durumlarını kontrol ederek, birden fazla anahtar elde edebilir ve Şekil 6'da gösterildiği gibi, güç kapatıldıktan sonra da önceki durumunu koruyabilir-. Bu işlevsel farklılık, pratik uygulamalardaki farklı seçimlerini doğrudan belirler.
Şekil 5 ve 6, tek-kontrol solenoid valflerinin ve çift-kontrol solenoid valflerinin çalışma prensiplerini göstermektedir. Seçim yaparken, valfin ters dönme süresi nispeten kısaysa, tek bir-kontrol solenoid valfı bunu idare etmek için yeterlidir. Ancak, eğer komütasyon süresi uzunsa, bobinin sürekli olarak çalıştırılması gerekir, bu da bobinin uzun süreli çalıştırma nedeniyle ısınmasına-ve hatta yanmasına neden olabilir. Bu durumu önlemek için çift-kontrol vanası seçilebilir. Ayrıca, elektrik kesintisinden sonra sıfırlama fonksiyonunun gerçekleştirilmesi gerekiyorsa, elektrikle kontrol edilen tek bir solenoid valf daha uygundur. Elektrik kesintisinden sonra mevcut durumu korumak gerekiyorsa çift-kontrollü solenoid valf daha uygundur.
V. Pilot-işletimli Solenoid Valfler ile Doğrudan-Etkili Solenoid Valfler Arasındaki Farklar ve Uygulamalar
Solenoid valf türleri arasında pilot-çalıştırılan ve doğrudan-etkili olanlar iki yaygın türdür. Çalışma prensipleri ve uygulama senaryoları bakımından farklılık gösterirler. Pilotla-çalışan solenoid valfler, pilot delikler aracılığıyla gaz ve sıvı arasında geçiş yaparken, doğrudan-etkili solenoid valfler, valf çekirdeğinin hareketini kontrol etmek için basınç farklılıklarına güvenir. Bu fark, farklı endüstriyel taleplere yanıt verirken iki tip solenoid valfin her birinin kendi avantajlarına sahip olmasını sağlar. Örneğin, hızlı yanıt ve yüksek hassasiyet gerektiren bazı durumlarda doğrudan{8}}etkili solenoid valfler daha uygun olabilir. Hassas kontrolün ve daha düşük enerji tüketiminin gerekli olduğu durumlarda, pilotla{10}çalıştırılan solenoid valflerin bir avantajı olabilir.
Doğrudan-etkili solenoid valflerin yapısal tasarımı nispeten basittir. Çalışma prensipleri esas olarak valf çekirdeğini harekete geçirmek için doğrudan elektromanyetik kuvvete dayanır. Ancak bu tasarımın iki önemli dezavantajı da var. İlk olarak, elektromanyetik kuvvete olan büyük talep nedeniyle, elektromıknatıs bobininin hacmi de buna bağlı olarak artar ve bu da daha yüksek enerji tüketimine yol açar. İkinci olarak, doğrudan-etkili solenoid valfler basınca nispeten duyarlıdır. Basınç belirli bir sınırı (genellikle 0,7MPA'nın üzerinde) aştığında, doğrudan{8}}etkili birçok solenoid valf düzgün şekilde çalışamaz. Bunun temel nedeni, valf çekirdeğine etki eden aşırı yüksek basıncın, elektromanyetik kuvvetin valf çekirdeğini çalıştırmasını zorlaştırmasıdır. Buna rağmen, doğrudan etkili-solenoid valflerin avantajları da vardır: basit yapı, uygun fiyat ve düşük arıza oranı.
2. Pilotla- çalıştırılan solenoid valf ustalıkla tasarlanmıştır. Geleneksel elektromanyetik kuvvet tahrikini terk eder ve bunun yerine valf çekirdeğini harekete geçirmek için hava basıncını kullanır. Çapı 4 mm'yi aşan solenoid valfler genellikle bir pilot valf ve bir ana valften oluşur. Solenoid valf açıldıktan sonra pilot valf açılacak ve çıkış sinyali aracılığıyla ana valfin açılmasını kontrol edecektir. Ana vananın aslında bir pnömatik kontrol vanası olduğunu ve çalışmasının iki hava kaynağının koordineli hareketini gerektirdiğini belirtmekte fayda var: biri ana vana hava kaynağı, diğeri ise pilot vana hava kaynağıdır.
Ana hava kaynağı, solenoid valfin iç hava geçişinden pilot valfe hava sağlıyorsa, bu tasarıma dahili pilot tipi denir. Pilot vanaya ana gaz kaynağından bağımsız bir kaynaktan gaz veriliyorsa buna harici pilot tipi denir. Şekil 8'de, sol tarafta harici bir pilot-çalıştırılan solenoid valf örneği gösterilirken, sağ tarafta bir dahili pilot-çalıştırılan solenoid valf örneği gösterilmektedir.
Dahili kablo ile harici kablo arasındaki fiziksel karşılaştırma aşağıdaki şekilde gösterilmektedir.
Bu iki tür solenoid valf, yani dahili pilot ve harici pilot, genellikle aynı sistemde bir arada bulunur. Genellikle dahili pilot çoğu durumda ihtiyaçları karşılayabilir. Ancak bazı özel durumlarda dışarıdan liderlik daha da gerekli hale gelir. Örneğin ana vananın gaz kaynağı basıncının dalgalanıp 0,2MPA'nın altına düşmesi veya vakum ortamında olması durumunda pilot vananın gaz kaynağı ana vana ile paylaşılamadığı için aksi takdirde ana vananın açılamamasına neden olabilir. Bu noktada pilot valfe güç sağlamak için 0,2MPA'yı aşan basınca sahip bağımsız bir hava kaynağına ihtiyaç vardır. Ek olarak, hava girişi ve çıkışı arasındaki basınç farkı önemli olduğunda veya ana hava yolu basıncı 1MPA'yı aştığında, dahili pilotun, hava yolu basıncını doğrudan valf çekirdeğine yükleyerek yapısal hacmi artırması gerekebilir. Harici pilot, elektromanyetik valf eklemeye gerek kalmadan doğrudan bir gaz kanalını pilot portuna sokarak sorunu çözer; yalnızca bir hava borusunun eklenmesi gerekir.
Sonuç olarak, pilotla-çalıştırılan solenoid valfler, küçük elektromanyetik kafalar ve düşük güç tüketimi gibi avantajlara sahiptir. Estetik açıdan hoştur ve kurulum alanından tasarruf sağlar. Aynı zamanda daha az ısı üretir ve dikkate değer bir enerji-tasarrufu etkisine sahiptir. Daha da önemlisi, düşük ısı üretimi nedeniyle bobinin yanma olasılığı daha azdır ve uzun süre çalıştırılabilir. Bu özellikle pratik uygulamalarda önemlidir. Örneğin, SMC'nin bazı solenoid valflerinin gücü 0,1 W'a kadar düşürülerek aşırı ısınma olmadan sürekli güç beslemesi sağlandı. Doğrudan-etkili solenoid valflerin güç aralığı 4-20 W'tır ve nispeten kısa bir güç-zamanına sahiptir. Üstelik, gücün-sık sık açılması tükenmişlik riski oluşturur. Bu nedenle, uzun süre veya yüksek frekanslarda güç beslemesinin gerekli olduğu durumlarda, pilotla çalıştırılan solenoid valfler tercih edilen seçenek haline gelir. Aslında günümüzde yaygın olarak kullanılan solenoid valflerin çoğu, pilotla çalıştırılan tasarımı benimsemiştir. Yalnızca sıvının geçişine izin veren solenoid valfler arasında, doğrudan etkili olanlar hala belirli bir oranda yer almaktadır. Bunun temel nedeni sıvıdaki yabancı maddelerin dar pilot valf kanallarını tıkamasıdır.
Daha sonra, üç tür-konumlu beş-yollu solenoid valfi inceleyeceğiz: orta-sızdırmaz, orta-havalandırmalı ve orta-basınç ve bunların uygulamaları. Bu tip solenoid valf çift elektrik kontrol bobini kullanır. İki elektromıknatısın hiçbirine enerji verilmediğinde, her iki taraftaki yayların dengeli itmesi altında valf çekirdeği orta konumda olacaktır. Bu noktada, solenoid valfteki gaz yolunun açık-kapalı durumu, onun özel tipini - orta sızdırmazlık, orta havalandırma veya orta basınç belirleyecektir. Bu üç tipin prensiplerini ve uygulama senaryolarını tek tek inceleyeceğiz.
1.Orta conta durumunun analizi: İki bobinden hiçbirine enerji verilmediğinde, silindirin ön ve arka odalarındaki basınç, bobinlerin enerjisi kesildikten sonraki durumunda kalacak-ve değişmeyecektir. Aynı zamanda hem hava girişi hem de egzoz portları kapalıdır. Ancak bu durumun uzun süre sürdürülmesi, ufak sızıntılar nedeniyle giderek dengesini kaybetmesine neden olabilir. Şematik diyagram (Şekil 10)'da gösterilmiştir.
Gazın sıkıştırılabilirliği ve silindirler, valfler ve gaz borusu bağlantıları gibi pnömatik bileşenlerin tamamen sızdırmaz-olmaması nedeniyle, silindir ara durma konumunda uzun süre stabil bir şekilde muhafaza edilemez. Bu dengeli durum zamanla kademeli olarak kaybolacak ve silindirin konumlandırma doğruluğunda azalmaya neden olacaktır. Bununla birlikte, silindirin konumlandırma doğruluğunun çok fazla talep edilmediği ve bekleme süresinin nispeten kısa olduğu çalışma koşulları için, orta-kapalı silindirin yine de kullanılması düşünülebilir.
2. Orta boşaltma yöntemi: İki bobinden hiçbirine enerji verilmediğinde silindirin ön ve arka odalarında basınç olmaz ve hava giriş portu aynı anda kapalı kalır. Bu noktada silindirin ön ve arka odalarındaki basınç, solenoid valfin iki egzoz deliğinden boşaltılacaktır. Çalışma prensibi Şekil 11'de görülebilir.
Orta-sızdırmaz valf ile karşılaştırıldığında, orta-boşaltma devresi tasarımı daha uzun bir orta-durma süresi sağlayabilir. Silindirin dikey olarak hareket etmesi gereken senaryolarda orta-durma süresi nispeten uzundur, ancak konumlandırma doğruluğu gereksinimi çok katı değildir; orta-salım devresi dikkate alınmaya değer bir seçimdir.
3. Orta basınç durumu: İki bobinden hiçbirine enerji verilmediğinde, silindirin ön ve arka odalarındaki basınç, önceki bobinin enerjisi-kesildiğindeki durumunda kalacak ve silindirin ön ve arka odalarındaki basıncın giriş ucundaki basınçla tutarlı olmasını sağlamak için sürekli basınç uygulanacaktır. Bu noktada hava girişi açık, egzoz kapalıdır. Çalışma prensibi Şekil 12'de gösterilmektedir.
Silindir eksenel bir dış yük kuvvetine maruz kalmazsa, piston dengeli bir durumda kalacak ve dolayısıyla strok sırasında tam olarak herhangi bir konumda kalacaktır. Bu devrenin özellikleri silindirin yatay olarak kurulmasını gerektirir. Bu nedenle, yüksek-hassas konumlandırmanın gerekli olduğu ve eksenel harici yük kuvvetinin bulunmadığı çalışma koşullarında, çift piston kollu silindirle birlikte orta-basınç valfinin kullanılması önerilir.
