I. La fonction essentielle deÉlectrovannes
L'électrovanne, en tant que composant clé de la conversion électro-pneumatique, assume la responsabilité de convertir efficacement les signaux électriques en signaux pneumatiques. Après avoir reçu l'instruction de contrôle, l'électrovanne peut précisément relâcher, arrêter OU changer le sens d'écoulement de l'air comprimé, réalisant ainsi plusieurs fonctions, y compris le contrôle du sens d'action du composant de l'actionneur pneumatique, le contrôle de la quantité de l'interrupteur ON/OFF et le contrôle logique OU/NON/ET. Parmi les différents types d'électrovannes, le distributeur à commande électromagnétique occupe une position centrale et joue un rôle crucial.
II. Principe de fonctionnement de la vanne de commande directionnelle à commande électromagnétique
Dans les systèmes pneumatiques, le distributeur à commande électromagnétique joue un rôle crucial. Il est chargé de contrôler l'ouverture et la fermeture du canal d'écoulement d'air ou de modifier le sens d'écoulement de l'air comprimé. Son principe de fonctionnement principal repose sur la force électromagnétique générée par la bobine électromagnétique. Cette force amènera le noyau de la valve à commuter, atteignant ainsi l'objectif d'inverser le flux d'air. Selon les différentes manières dont la partie de commande électromagnétique pousse la soupape de commande directionnelle, les soupapes de commande directionnelles à commande électromagnétique peuvent être divisées en deux types : à action directe-et à action pilotée-. Les électrovannes à action directe-utilisent directement la force électromagnétique pour entraîner le noyau de la vanne dans la direction inverse, tandis que les vannes de commande directionnelles pilotées-s'appuient sur la pression d'air pilote générée par la vanne pilote électromagnétique pour entraîner le noyau de la vanne afin d'obtenir l'inversion.
La figure 1 montre une vue en coupe transversale simple-d'une électrovanne 3/2 (à trois-deux positions-position) à action directe-(type normalement ouvert) et son principe de fonctionnement. Lorsque la bobine est alimentée, le noyau de fer statique génère une force électromagnétique, et cette force pousse le noyau de la valve vers le haut. Au fur et à mesure que le noyau de la valve monte, le joint est soulevé, connectant ainsi les ports 1 et 2 tout en déconnectant les ports 2 et 3. À ce stade, la vanne est en état d'admission et peut contrôler le mouvement du cylindre. Une fois l'alimentation coupée, le noyau de la valve comptera sur la force de rappel du ressort pour revenir à son état d'origine, c'est-à-dire que les ports 1 et 2 sont déconnectés tandis que les ports 2 et 3 sont connectés. De cette façon, la vanne est à l'état d'échappement.
La figure 2 montre une vue en coupe transversale simple-de l'électrovanne 5/2 (cinq-deux voies-positions) à action directe-électrovanne (type normalement ouvert) et son principe de fonctionnement. Dans l'état initial, l'admission d'air s'effectue par les ports 1 et 2, tandis que l'échappement s'effectue par les ports 4 et 5. Lorsque la bobine est alimentée, le noyau de fer statique génère une force électromagnétique. Cette force fera fonctionner la vanne pilote, puis l'air comprimé entrera dans le piston pilote de la vanne par le chemin d'air, provoquant le démarrage du piston. Au milieu du piston, la surface circulaire d'étanchéité ouvre le canal. À ce moment-là, l'air entre par les ports 1 et 4, tandis que l'air est évacué par les ports 2 et 3. Une fois l'alimentation coupée, la vanne pilote comptera sur la force de rappel du ressort pour revenir à son état d'origine.
Parlons ensuite du fonctionnement de l'électrovanne. La fonction d'une électrovanne est représentée par deux nombres : M et N, que l'on appelle une électrovanne à position M-chemin N-position. Parmi eux, la « position N » représente la position de commutation de la vanne de commande directionnelle, c'est-à-dire l'état de la vanne. Le nombre de positions de vanne est la valeur de N. Par exemple, une vanne à deux-positions a deux options de position, c'est-à-dire qu'elle a deux états. La vanne à trois-positions a trois options de position, c'est-à-dire qu'il existe trois états différents. Le « chemin M » indique le nombre d'interfaces externes de la vanne, y compris l'entrée d'air, la sortie d'air et l'orifice d'échappement. Le nombre de voies est la valeur de M.
Prenons la vanne de la figure 1 comme exemple. Il s'agit d'une électrovanne 3/2 à action directe-, c'est-à-dire que la vanne a deux positions, à savoir les états "on" et "off". En même temps, il dispose de trois ports d'air : 1 est l'entrée d'air, 2 est la sortie d'air et 3 est l'orifice d'échappement.
Analyse des voies respiratoires de l'électrovanne
À l’extrémité gauche du diagramme du trajet du gaz, le symbole à l’extrême gauche représente généralement le ressort inférieur. La partie médiane est le corps de la vanne, qui contient les informations clés pour déterminer le type d'électrovanne. Par exemple, les deux cases de la figure indiquent qu'il s'agit d'une électrovanne à deux-positions, tandis que A/B/R/P/S représentent les positions des trous du corps de la vanne, c'est-à-dire la vanne à cinq-voies. Par conséquent, cette électrovanne est une électrovanne à deux-positions à cinq-voies. De même, on peut déterminer le nombre de bits et le nombre de passages de l'électrovanne par le nombre de trous et le nombre de cases.
De plus, le diagramme du chemin de gaz montre également les itinéraires de fonctionnement du chemin de gaz lorsque l'alimentation est coupée et lorsque l'alimentation est allumée. Lorsque l'alimentation est coupée, le trajet de l'air entre par le trou P, agit sur l'actionneur par le trou A, puis passe par le trou B et est finalement évacué par le trou S, tandis que le trou R reste fermé. Lorsqu'il est sous tension, le chemin d'air entre également par le trou P, mais à ce moment, l'air est évacué par le trou B, agissant sur l'actionneur et passant par le trou A, et finalement évacué par le trou R, tandis que le trou S est fermé.
La partie droite de la figure 3 représente généralement des bobines ou des petites vannes pilotes, qui jouent un rôle important dans le fonctionnement des électrovannes. En interprétant ces schémas des voies respiratoires, nous pouvons acquérir une compréhension plus approfondie du principe de fonctionnement de l'électrovanne et du fonctionnement des voies respiratoires dans différentes conditions.
La figure 4 montre le schéma électrique de l'électrovanne pneumatique. Le schéma électrique est la clé pour comprendre le principe de fonctionnement d’une électrovanne. Il représente clairement la bobine, les contacts et la relation de connexion avec d'autres composants électriques. En observant le schéma électrique, nous pouvons acquérir une compréhension plus approfondie des changements électriques de l'électrovanne lorsqu'elle est allumée et éteinte, ce qui permet de mieux comprendre ses caractéristiques de fonctionnement.
IV. Sélection d'électrovannes à simple-commande et d'électrovannes à double-commande
L'électrovanne unique à commande électrique, comme son nom l'indique, est équipée d'une seule bobine. Une fois allumé, il changera et entrera dans un autre état. Lorsque l'alimentation est coupée, elle reviendra automatiquement à son état d'origine. Ce principe de fonctionnement est illustré à la figure 5. En revanche, la double électrovanne à commande électro-est équipée de deux bobines. En contrôlant les états sous tension de différentes bobines, il peut réaliser plusieurs commutations tout en conservant son état précédent après la mise hors tension, comme le montre la figure 6. Cette différence fonctionnelle détermine directement leurs différents choix dans les applications pratiques.
Les figures 5 et 6 démontrent les principes de fonctionnement des électrovannes à commande unique-et des électrovannes à commande double-. Lors de la sélection, si le temps d'inversion de la vanne est relativement court, une seule électrovanne de commande -suffit pour la gérer. Cependant, si le temps de commutation est long, la bobine doit être alimentée en permanence, ce qui peut provoquer un échauffement de la bobine en raison d'une mise sous tension prolongée- et même une extinction. Pour éviter cette situation, une vanne de régulation double-peut être sélectionnée. De plus, si la fonction de réinitialisation doit être réalisée après une panne de courant, une seule électrovanne à commande électrique est plus adaptée. S'il est nécessaire de maintenir l'état actuel après une panne de courant, une électrovanne à double-commande est plus adaptée.
V. Différences et applications entre les électrovannes pilotées-et les électrovannes à action directe-
Parmi les types d'électrovannes, les électrovannes-pilotées et-à action directe sont deux types courants. Ils diffèrent par leurs principes de fonctionnement et leurs scénarios d'application. Les électrovannes pilotées-basculent entre le gaz et le liquide à travers des trous pilotes, tandis que les électrovannes à action directe-s'appuient sur des différences de pression pour contrôler le mouvement du noyau de la vanne. Cette différence fait que les deux types d'électrovannes ont chacun leurs propres avantages pour répondre à des demandes industrielles différentes. Par exemple, dans certaines situations nécessitant une réponse rapide et une sensibilité élevée, les électrovannes à action directe - peuvent être plus adaptées. Dans les situations où un contrôle précis et une consommation d'énergie réduite sont nécessaires, les électrovannes pilotées peuvent avoir un avantage.
La conception structurelle des électrovannes à action directe-est relativement simple. Leur principe de fonctionnement repose principalement sur la force électromagnétique pour amener directement le noyau de la valve à agir. Cependant, cette conception présente également deux inconvénients majeurs. Premièrement, en raison de la forte demande de force électromagnétique, le volume de la bobine de l’électro-aimant augmente en conséquence, ce qui entraîne une consommation d’énergie plus élevée. Deuxièmement, les électrovannes à action directe-sont relativement sensibles à la pression. Lorsque la pression dépasse une certaine limite (généralement supérieure à 0,7 MPA), de nombreuses électrovannes à action directe-ne peuvent pas fonctionner correctement. Cela est principalement dû à la pression trop élevée agissant sur le noyau de la valve, ce qui rend difficile le fonctionnement de la force électromagnétique pour faire fonctionner le noyau de la valve. Malgré cela, les électrovannes à action directe-ont également leurs avantages : une structure simple, un prix abordable et un faible taux de défaillance.
2. L'électrovanne pilotée-est ingénieusement conçue. Il abandonne l’entraînement par force électromagnétique traditionnel et utilise à la place la pression de l’air pour amener le noyau de valve à agir. Pour les électrovannes d'un diamètre supérieur à 4 mm, elles sont généralement composées d'une vanne pilote et d'une vanne principale. Une fois l'électrovanne mise sous tension, la vanne pilote s'ouvrira et contrôlera l'ouverture de la vanne principale via son signal de sortie. Il convient de noter que la vanne principale est en fait une vanne de commande pneumatique et que son fonctionnement nécessite l'action coordonnée de deux sources d'air : l'une est la source d'air de la vanne principale et l'autre est la source d'air de la vanne pilote.
Si la source d'air principale fournit de l'air à la vanne pilote via le passage d'air interne de l'électrovanne, cette conception est appelée type pilote interne. Si la vanne pilote est alimentée en gaz provenant d'une source indépendante de la source de gaz principale, on parle de type pilote externe. Dans la figure 8, le côté gauche montre un exemple d'électrovanne pilotée externe-, tandis que le côté droit montre un exemple d'électrovanne pilotée interne-.
La comparaison physique entre le fil interne et le fil externe est présentée dans la figure suivante.
Ces deux types d'électrovannes, à savoir à pilote interne et à pilote externe, cohabitent souvent dans un même système. Habituellement, le pilote interne peut déjà répondre aux besoins de la plupart des occasions. Toutefois, dans certaines circonstances spécifiques, un leadership externe devient encore plus nécessaire. Par exemple, lorsque la pression de la source de gaz de la vanne principale fluctue et peut descendre en dessous de 0,2 MPA, ou lorsqu'elle se trouve dans un environnement sous vide, puisque la source de gaz de la vanne pilote ne peut pas être partagée avec celle de la vanne principale, sinon cela peut empêcher la vanne principale de s'ouvrir. À ce stade, une source d'air indépendante avec une pression supérieure à 0,2 MPA est requise pour alimenter la vanne pilote. De plus, lorsque la différence de pression entre l'entrée et la sortie d'air est importante, ou lorsque la pression des voies respiratoires principales dépasse 1 MPA, le pilote interne peut avoir besoin d'augmenter le volume structurel en chargeant directement la pression des voies respiratoires sur le noyau de la valve. Le pilote externe résout le problème en introduisant directement un canal de gaz dans le port pilote sans qu'il soit nécessaire d'ajouter une électrovanne ; il suffit d'ajouter un tuyau d'air.
En conclusion, les électrovannes pilotées-présentent les avantages de petites têtes électromagnétiques et d'une faible consommation d'énergie. Il est esthétique et permet d'économiser de l'espace d'installation. Parallèlement, il génère moins de chaleur et présente un effet d'économie d'énergie remarquable-. Plus important encore, en raison de la faible génération de chaleur, la bobine est moins susceptible de griller et peut être allumée pendant une longue période. Ceci est particulièrement important dans les applications pratiques. Par exemple, la puissance de certaines électrovannes de SMC a été réduite à seulement 0,1 W, permettant une alimentation continue sans surchauffe. La plage de puissance des électrovannes à action directe-est de 4-20 W, avec une puissance-durée de fonctionnement relativement courte. De plus, des mises sous tension fréquentes-présentent un risque d'épuisement professionnel. Par conséquent, dans les situations où une alimentation électrique pendant de longues périodes ou à des fréquences élevées est requise, les électrovannes pilotées deviennent le choix préféré. En fait, la plupart des électrovannes couramment utilisées de nos jours ont adopté une conception pilotée-. Parmi les électrovannes qui ne laissent passer que du liquide, celles à action directe représentent encore une certaine proportion. Cela est principalement dû au fait que les impuretés présentes dans le fluide peuvent obstruer les canaux étroits de la vanne pilote.
Ensuite, nous examinerons les trois types d'électrovannes à trois-cinq positions- : moyenne-scellées, moyennes-ventilées et moyennes-pression, ainsi que leurs applications. Ce type d'électrovanne utilise des doubles bobines de commande électrique. Lorsqu'aucun des deux électro-aimants n'est alimenté, le noyau de la valve sera en position médiane sous la poussée équilibrée des ressorts des deux côtés. À ce stade, l'état marche-arrêt du trajet du gaz dans l'électrovanne déterminera son type spécifique - étanchéité intermédiaire, ventilation intermédiaire ou pression moyenne. Nous analyserons un à un les principes et les scénarios d’application de ces trois types.
1. Analyse de l'état du joint intermédiaire : lorsqu'aucune des deux bobines n'est sous tension, la pression dans les chambres avant et arrière du cylindre restera à l'état après la mise hors tension des bobines- et ne changera pas. Dans le même temps, les orifices d’admission et d’échappement d’air sont fermés. Cependant, maintenir cet état pendant une longue période peut progressivement entraîner une perte d'équilibre en raison de fuites mineures. Le diagramme schématique est présenté dans la (Figure 10).
En raison de la compressibilité du gaz et du fait que les composants pneumatiques tels que les cylindres, les vannes et les joints des conduites de gaz ne peuvent pas être totalement étanches-, le cylindre ne peut pas être maintenu de manière stable en position d'arrêt intermédiaire pendant une longue période. Cet état d’équilibre se perdra progressivement au fil du temps, entraînant une diminution de la précision de positionnement du vérin. Cependant, pour les conditions de travail dans lesquelles la précision de positionnement du cylindre n'est pas très exigée et le temps d'arrêt est relativement court, l'utilisation du cylindre scellé intermédiaire - peut toujours être envisagée.
2. Méthode de décharge moyenne : lorsqu'aucune des deux bobines n'est alimentée, il n'y a pas de pression dans les chambres avant et arrière du cylindre et l'orifice d'admission d'air reste fermé en même temps. À ce stade, la pression dans les chambres avant et arrière du cylindre sera évacuée par les deux orifices d’échappement de l’électrovanne. Son principe de fonctionnement peut être rappelé dans la figure 11.
Par rapport à la valve scellée-du milieu, la conception du circuit de décharge-du milieu peut fournir un temps d'arrêt à mi--plus long. Dans les scénarios où le cylindre doit se déplacer verticalement, le temps d'arrêt à mi--est relativement long, mais l'exigence de précision de positionnement n'est pas très stricte, le circuit de déclenchement à mi--est un choix à considérer.
3. État de pression moyenne : lorsqu'aucune des deux bobines n'est alimentée, la pression dans les chambres avant et arrière du cylindre restera à l'état où la bobine précédente est désexcitée-, et une pression continue sera appliquée pour garantir que la pression dans les chambres avant et arrière du cylindre est cohérente avec celle à l'extrémité d'admission. À ce stade, l’entrée d’air est ouverte tandis que l’échappement est fermé. Le principe de fonctionnement est illustré à la figure 12.
Si le cylindre n'est pas soumis à une force de charge axiale externe, le piston restera dans un état équilibré et restera ainsi précisément dans n'importe quelle position pendant la course. Les caractéristiques de ce circuit imposent que le vérin soit installé horizontalement. Par conséquent, dans des conditions de travail où un positionnement de haute-précision est requis et où il n'y a pas de force de charge axiale externe, il est recommandé d'utiliser une vanne moyenne-pression en combinaison avec un vérin à double tige de piston.
