上海達(dá)斯奇自動化設(shè)備有限公司 2021-12-12

第 1 章：什么是SMC氣動電磁閥？

SMC氣動電磁閥是控制空氣或工藝氣體流量的機(jī)電設(shè)備。它們主要用于控制SMC氣缸、渦輪機(jī)（氣動馬達(dá)）、隔膜和管等氣動執(zhí)行器。氣動電磁閥和執(zhí)行器形成輔助空氣回路。這些設(shè)備用于控制工廠設(shè)備。其他SMC氣動電磁閥用作某些設(shè)備或過程的組成部分。例如壓縮空氣系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)和氣動設(shè)備。

氣動電磁閥常見于許多工業(yè)和制造工廠。它們的主要好處之一是通過遠(yuǎn)距離發(fā)送低功率電信號進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。這些電信號很容易被工廠的控制系統(tǒng)處理?？刂泼姘寤騿卧谶^程區(qū)域中的無人值守位置分配操縱閥門的信號。氣動電磁閥廣泛應(yīng)用于石油和天然氣、發(fā)電、化工和塑料等行業(yè)。

醫(yī)藥、醫(yī)藥、食品、飲料等領(lǐng)域的氣動電磁閥因其操作清潔而受到青睞。它們比主要使用油的液壓電磁閥清潔得多。它們可以被密封以防止任何產(chǎn)品被困在其內(nèi)部空腔中。這反過來又降低了產(chǎn)品污染的風(fēng)險。

除了電動機(jī)和液壓執(zhí)行器之外，機(jī)器人和自動化系統(tǒng)還使用氣動電磁閥。大多數(shù)機(jī)械臂和末端執(zhí)行器依靠這些閥門進(jìn)行驅(qū)動。氣動驅(qū)動類型通常用于組裝、分揀、包裝和材料傳輸單元。

第二章：工作原理

氣動電磁閥的核心是電磁閥。螺線管是一種將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械作用的電磁致動器。它由緊緊纏繞在鐵芯上的盤繞線和鐵磁塞或柱塞組成。當(dāng)電流通過線圈時，會產(chǎn)生磁場。磁力線可以想象成一系列以電流軸為方向的圓。在電流流過環(huán)形線圈的情況下，這些圓圈結(jié)合形成磁場。

電磁場磁場的表示

線圈周圍的磁場使鐵磁柱塞被吸引。可以通過兩種方式增加產(chǎn)生的電磁力。種是在線圈中添加更多的回路或繞組。這增加了從線圈發(fā)出的磁場線或磁通量的數(shù)量。

第二種方法是增加流過線圈的電流量。這會增加進(jìn)入螺線管的電源電壓。電磁閥可在直流或交流電壓下運(yùn)行。

氣動電磁閥的另一個主要部分是閥門。閥門是與空氣或氣體接觸的部分。它由設(shè)計(jì)用于承受系統(tǒng)壓力的組件組成。它還可以抵抗夾帶進(jìn)入氣動系統(tǒng)的污染物帶來的腐蝕和侵蝕。

閥門內(nèi)部是一個與閥座或開口配合的圓盤。用圓盤塞住閥座會停止流動。圓盤的另一側(cè)通過閥桿直接連接到鐵磁柱塞。根據(jù)螺線管的動作，可以降低或升高圓盤。

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第 3 章：氣動電磁閥的零件

上一章大致介紹了氣動電磁閥的兩個主要部分，電磁閥和閥門。為了進(jìn)一步了解其操作，請注意其詳細(xì)組件。以下是幾乎所有設(shè)計(jì)通用的氣動電磁閥部件。

電磁閥的零件

核：

鐵芯，也稱為電樞或柱塞，是螺線管的運(yùn)動部件。這是一種軟磁性金屬（軟的，意味著在低磁場下可以很容易地磁化和退磁的鐵磁性金屬）。當(dāng)線圈通電產(chǎn)生磁場時，磁芯被吸引，從而打開或關(guān)閉閥門。

核心彈簧：

當(dāng)磁場被移除時，鐵心彈簧將鐵心返回到其原始位置。螺線管組件中的芯彈簧設(shè)計(jì)和配置因閥門操作而異。在某些設(shè)計(jì)中，例如閉鎖式電磁閥，它不使用彈簧來產(chǎn)生返回動作。

芯管：

芯管是線圈纏繞的地方。這也充當(dāng)軟磁芯，改善線圈產(chǎn)生的磁通量。

固定核心：

這安裝在芯管的封閉端，這也提高了磁通量。該材料也是一種軟磁金屬。

線圈：

線圈是螺線管的主要部件之一，由絕緣銅線緊緊纏繞在芯管上組成。如前所述，當(dāng)施加電流時會產(chǎn)生磁場。

隔膜：

隔膜是一種柔性材料，可隔離螺線管組件。隔膜設(shè)計(jì)用于容納流體的壓力。

干：

閥桿是閥芯或柱塞連接處的一部分。當(dāng)鐵芯被線圈吸引時，閥桿隨之移動，從而驅(qū)動閥門。

光盤：

當(dāng)閥門關(guān)閉時，閥瓣會阻止流體流動。在某些電磁閥設(shè)計(jì)中，使用隔膜、波紋管或夾管裝置代替圓盤來阻止流體流動。根據(jù)應(yīng)用，圓盤通常由耐腐蝕且耐用的材料制成，例如 PTFE 或不銹鋼。

閥座和閥瓣

座位：

閥座是關(guān)閉閥門時壓在閥瓣上的孔口。閥座和制動盤通常由相同的材料制成。一旦閥座或閥瓣損壞，閥門將變?yōu)橥ㄟ^且無法停止流動。

密封件：

密封件與隔膜一樣，將螺線管組件和外部環(huán)境與流體隔離。有多種密封材料可供選擇，例如 PTFE、FKM、NBR 和 EPDM。

閥蓋位于閥體頂部。芯管和閥桿穿過閥蓋并進(jìn)入閥門。

閥體是閥門的主要部件，用于固定隔膜、閥瓣、閥座和閥口。

對于間接或半直接作用的電磁閥，隔膜上安裝了一個排放孔。一些閥門設(shè)計(jì)使用平衡孔。放氣孔使閥門能夠使用管路壓力來打開或關(guān)閉閥門。

導(dǎo)頻頻道：

對于間接作用式電磁閥，閥體中包含先導(dǎo)通道。這是空氣從隔膜頂部流入閥門下游側(cè)的地方。

第 4 章：氣動電磁閥的類型

電磁閥根據(jù)其正常狀態(tài)、操作類型和電路功能進(jìn)行分類。在選擇新電磁閥并將其集成到現(xiàn)有系統(tǒng)中時，必須所有這些

與任何其他類型的自動啟動閥一樣，電磁閥通常根據(jù)其正常（斷電）狀態(tài)進(jìn)行分類。該特性也表明其故障安全位置。斷電時，電磁閥內(nèi)的彈簧使柱塞恢復(fù)到正常位置。

常開電磁閥：

常開電磁閥在斷電狀態(tài)下打開。激活電磁閥關(guān)閉閥門。這在發(fā)生電源故障時必須在系統(tǒng)中保持空氣或氣體流動的應(yīng)用中非常有用，

與常開電磁閥相反，常閉意味著在其未通電狀態(tài)下被阻塞。通過電磁閥發(fā)送電力打開閥門。常閉型電磁閥比常開型更常見。大多數(shù)應(yīng)用要求在系統(tǒng)故障期間關(guān)閉或隔離系統(tǒng)管線。

雙穩(wěn)態(tài)電磁閥：

常開和常閉電磁閥被認(rèn)為是單穩(wěn)態(tài)閥。另一方面，雙穩(wěn)態(tài)電磁閥具有第二個電磁閥而不是彈簧復(fù)位機(jī)構(gòu)。他們沒有正常的位置。啟動時，即使斷電，它們也保持在同一位置。

電磁閥的另一個分類是操作類型。它們可以通過兩種主要方法激活。種是直接作用，它依賴于螺線管產(chǎn)生的電磁力。接下來是通過間接方法，使用先導(dǎo)管線提供的壓力。這些方法也可以結(jié)合起來創(chuàng)建一個通過電磁力和管線壓力激活的閥門。

直動式電磁閥：

對于這種類型的電磁閥，靜壓力隨著孔口尺寸的增加而增加。靜壓的增加需要更強(qiáng)的電磁閥動作；因此，磁場更強(qiáng)。這意味著對于一定量的氣動壓力，更大的流量需要更大的螺線管。然后壓力和流量與所需的螺線管尺寸成正比。這種類型的電磁閥通常用于小流量和工作壓力的應(yīng)用。

內(nèi)部先導(dǎo)電磁閥：

對于高流量和高壓應(yīng)用，使用內(nèi)部先導(dǎo)電磁閥。在這種類型的閥門中，通過閥門的壓力打開或關(guān)閉閥門。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，安裝了一個孔口或一個平衡孔。通常的設(shè)計(jì)涉及孔口上的核心阻塞流。當(dāng)閥門關(guān)閉時，空氣通過孔口，壓力在隔膜兩側(cè)形成。只要?dú)饬鞅蛔枞捎诟裟ろ敳康挠行娣e較大，就會產(chǎn)生一個關(guān)閉力。當(dāng)閥門打開時，閥芯會打開孔口，從而釋放隔膜頂部的壓力。然后管線壓力打開閥門。

內(nèi)部先導(dǎo)第二閥

外部先導(dǎo)電磁閥：

這種類型的閥門采用與內(nèi)部先導(dǎo)閥相同的概念，但用于驅(qū)動閥門的壓力來自外部供應(yīng)的空氣。一個單獨(dú)的空氣回路通過一個額外的端口集成到閥門中。

內(nèi)部和外部先導(dǎo)電磁閥都稱為間接或伺服輔助閥，其主要驅(qū)動力來自閥門上下游管路之間的壓差。

半直動式電磁閥：

半直接作用結(jié)合了直接和間接作用閥的原理。除了來自螺線管的磁力外，閥門兩端的壓差有助于打開或關(guān)閉閥門。當(dāng)柱塞被致動時，隔膜被提升以打開閥門。同時，一個孔口打開，導(dǎo)致隔膜頂部的壓力釋放。通過柱塞關(guān)閉該孔會在隔膜頂部產(chǎn)生更大的壓力，從而關(guān)閉閥門。

最后，電磁閥也根據(jù)其電路功能進(jìn)行分類。它們可以作為一個簡單的隔離閥，為單個流路提供服務(wù)。其他應(yīng)用需要多個流向。一個例子是需要加壓和排氣流路的氣缸。

二通電磁閥（2/2-way Valve）：

這些類型的電磁閥有一個上游和一個下游端口。它們是最基本的類型，用于阻止或允許氣流。二通電磁閥有常開和常閉兩種配置。

三通電磁閥（3/2通閥）：

三通電磁閥具有三個端口：入口（壓力端口）、排氣和出口（執(zhí)行器端口）。他們有兩種狀態(tài)。這兩種狀態(tài)交替施加和排放來自執(zhí)行器或下游設(shè)備的壓力。

三通電磁閥也可配置為常開常閉，增加了通用功能。對于常開三通閥，當(dāng)閥門斷電時，空氣從進(jìn)氣口流向出氣口，排氣口關(guān)閉。通電時，進(jìn)氣口關(guān)閉，出氣口連接排氣口。常閉閥門的情況正好相反。

另一方面，通用功能用于選擇從一個端口到另一個端口的流動方

四通電磁閥（4/2通閥）：

四通電磁閥有四個端口：一個入口（壓力端口）、兩個出口或執(zhí)行器端口和一個排氣端口。該閥的兩種狀態(tài)允許從壓力端口流向其中一個出口端口，同時將壓力從另一個端口排放到排氣口。沒有常開或常閉位置，它們主要起方向控制閥的作用。

五通電磁閥（5/2通閥）：

五通電磁閥與四通閥相似，只是增加了第二個排氣口。它們還充當(dāng)方向控制閥，允許在一條管線上流動，而在另一條管線上排氣。每條管路都有一個獨(dú)立的排氣口。

由于兩條線可能的排氣速度不同，五通電磁閥優(yōu)于四通電磁閥。在雙作用油缸中使用時，油缸的回縮（或伸出）速度可以比伸出速度更快。帶中間位置的五通電磁閥（5/3 通閥）：

這些類型的電磁閥與普通的 5/2 通閥類似，但在正常狀態(tài)下增加了一個中心位置。它們有兩個螺線管和兩個彈簧復(fù)位機(jī)構(gòu)，以允許執(zhí)行器返回。不同類型的5/3通閥按其正常狀態(tài)下的功能分類。通常，正常狀態(tài)是保持執(zhí)行器位置的閥門“靜止”狀態(tài)。

5/3路電磁閥

第 5 章：其他需要考慮的因素

除了確定選擇哪種類型的氣動電磁閥外，還必須其他閥門屬性，例如使用的材料類型、壓力、管道或管道尺寸、額定電壓等。下面列舉了這些。

閥體材質(zhì)：

閥體材料包圍閥內(nèi)部并提供結(jié)構(gòu)支撐。這部分必須具有高強(qiáng)度以承受生產(chǎn)線的壓力。此外，它直接暴露在環(huán)境中，因此需要足夠的耐腐蝕性和耐候性。常見的閥體材料有不銹鋼、鑄鐵、青銅、黃銅以及聚四氟乙烯、聚丙烯等工程塑料。不銹鋼和黃銅主要用于戶外應(yīng)用。PTFE 和 PP 用于食品級和超凈應(yīng)用。

閥座和圓盤材料：

這些部件直接接觸工藝氣體。它們必須具有足夠的耐腐蝕性和抗侵蝕性。空氣和其他工藝氣體會夾帶水分、腐蝕性物質(zhì)、污垢和其他顆粒物質(zhì)，這些物質(zhì)會逐漸降解閥座和閥瓣。典型的閥座和閥瓣材料具有高耐腐蝕性、耐磨性和沖擊強(qiáng)度。這些材料的例子是不銹鋼和聚四氟乙烯。

密封材料：

密封材料的選擇受工藝氣體類型或空氣供應(yīng)中夾帶的化學(xué)物質(zhì)的類型以及系統(tǒng)溫度的影響。它們被設(shè)計(jì)為靈活的，并在暴露于外部因素的同時具有穩(wěn)定的物理和化學(xué)性質(zhì)。常見的密封材料有 EPDM、NBR、FKM、PEEK 和 PTFE。

聚四氟乙烯電磁閥材料

線路尺寸：

管線尺寸是安裝在供應(yīng)和執(zhí)行器管道上的電磁閥端口的公稱直徑。通常，還會連接類型。

工作壓差 (MOPD)：

MOPD 是指電磁閥設(shè)計(jì)用于操作的入口和出口之間的壓力差。在大多數(shù)情況下，出口與大氣相連。在這種情況下，MOPD 與系統(tǒng)的供應(yīng)壓力相同。

最小工作壓差（Min. OPD）：

間接、伺服輔助或先導(dǎo)電磁閥需要最小。要的 OPD。這些類型的電磁閥具有施加力以關(guān)閉其先導(dǎo)管路的內(nèi)部組件。當(dāng)最小時，先導(dǎo)管線打開。實(shí)現(xiàn)了 OPD。通過先導(dǎo)管路的氣流驅(qū)動閥門。

閥門流量系數(shù) (Cv)：

這定義了閥門的流量。它通常描述了通過閥孔的流量和壓降之間的相關(guān)性。它在比較兩個類似設(shè)計(jì)的電磁閥之間的流動效率時特別有用。

采樣閥 CV 比較

工作壓力：

工作壓力，或安全工作壓力，是系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的內(nèi)部壓力范圍。

證明壓力：

這是電磁閥在不遭受損壞的情況下可以承受的壓力。它通常比系統(tǒng)的工作壓力大幾倍。

系統(tǒng)電壓：

這可以識別螺線管控制電路的電壓以及電流、頻率和功率規(guī)格。電磁閥必須針對電路進(jìn)行適當(dāng)?shù)念~定。否則，設(shè)備可能無法激活或響應(yīng)不佳。

控制電路通常采用直流，但在某些情況下，采用交流。常見的直流電壓為 8、12、24 和 30 伏。對于使用交流電的系統(tǒng)，還了信號頻率，可以是 50 或 60Hz。60Hz 的交流電壓為 24、120、240 和 480 伏。

響應(yīng)時間：

響應(yīng)時間是閥門從一種狀態(tài)（通電或斷電）到另一種狀態(tài)所需的時間。它受電磁閥的機(jī)械和電氣部分的影響。響應(yīng)時間可以從 5 到 200 毫秒不等。這種特性對于用于需要幾乎瞬時啟動的關(guān)鍵設(shè)備的電磁閥非常重要。

工作溫度范圍：

這是電磁閥設(shè)計(jì)運(yùn)行的環(huán)境溫度范圍。通常，僅環(huán)境溫度。對于夾帶大量水蒸氣的應(yīng)用，0°C (32°F) 被為低環(huán)境溫度，以防止出現(xiàn)凍結(jié)問題。

外殼防護(hù)等級：

外殼防護(hù)等級描述了電磁閥可以安全操作的環(huán)境類型。各個行業(yè)將電磁閥暴露在各種條件下，例如雨、灰塵、雪、沖洗和爆炸性氣體。外殼保護(hù)等級通過 NEMA 和 IP 編號。

數(shù)字越大表示保護(hù)級別越好。對于一般用途的室內(nèi)使用，使用 NEMA 1 至 2 或 IP 10 至 11 等級的外殼。對于戶外應(yīng)用，NEMA 3S 到 NEMA 4X 或 IP 54 到 IP 64 就足夠了。這些類型可防止灰塵、雨和雪。在偶爾沖洗和浸泡的情況下，使用 NEMA 6 和 IP 68。

ATEX 標(biāo)志示例

除了固體和液體保護(hù)外，外殼還根據(jù)其與爆炸性環(huán)境的兼容性進(jìn)行評級。ATEX 和 IECEX 標(biāo)志用于電磁閥和其他電子設(shè)備的危險應(yīng)用。ATEX 等級是根據(jù)設(shè)備將使用的危險區(qū)域類型的。準(zhǔn)確這一點(diǎn)很重要，因?yàn)楦叩谋Ｗo(hù)等級會大大增加設(shè)備的成本。此外，具有更高的評級并不意味著更高的保護(hù)水平。

其他認(rèn)證：

在選擇電磁閥時，不僅要考慮設(shè)計(jì)參數(shù)，還要考慮產(chǎn)品認(rèn)證。這是確保產(chǎn)品符合國家和國際組織規(guī)定的安全標(biāo)準(zhǔn)的一種方式。這對于直接影響消費(fèi)者健康和安全的應(yīng)用中使用的電磁閥尤其重要，例如食品制造、消防、氣體處理等。廣泛接受的認(rèn)證包括 Underwriter Laboratories（UL 列名或認(rèn)可）、CSA、FM Approval、CE、ATEX 和 IEC。

結(jié)論

氣動電磁閥是控制空氣或工藝氣體流量的機(jī)電設(shè)備。它們主要用于控制氣缸、渦輪機(jī)（氣動馬達(dá)）、隔膜和管等氣動執(zhí)行器。

螺線管是一種將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械作用的電磁致動器。它由緊緊纏繞在鐵芯上的盤繞線和鐵磁塞或柱塞組成。

電磁閥根據(jù)其正常狀態(tài)、操作類型和電路功能進(jìn)行分類。

除了確定選擇哪種類型的氣動電磁閥外，還必須其他閥門屬性，例如使用的材料類型、壓力、管道或管道尺寸、額定電壓等。