I. الوظيفة الأساسية لـصمامات الملف اللولبي
يتحمل صمام الملف اللولبي، باعتباره مكونًا رئيسيًا للتحويل الكهربائي{0}}الهوائي، مسؤولية تحويل الإشارات الكهربائية بكفاءة إلى إشارات هوائية. بعد تلقي تعليمات التحكم، يمكن لصمام الملف اللولبي تحرير اتجاه تدفق الهواء المضغوط أو إيقافه أو تغييره بدقة، وبالتالي تحقيق وظائف متعددة، بما في ذلك التحكم في اتجاه العمل لمكون المحرك الهوائي، والتحكم في كمية مفتاح التشغيل/الإيقاف، والتحكم المنطقي OR/NOT/AND. من بين الأنواع المختلفة لصمامات الملف اللولبي، فإن صمام التحكم الاتجاهي بالتحكم الكهرومغناطيسي يحتل موقعًا أساسيًا ويلعب دورًا حاسمًا.
ثانيا. مبدأ العمل لصمام التحكم الاتجاهي للتحكم الكهرومغناطيسي
في الأنظمة الهوائية، يلعب صمام التحكم الاتجاهي للتحكم الكهرومغناطيسي دورًا حاسمًا. وهي مسؤولة عن التحكم في فتح وإغلاق قناة تدفق الهواء أو تغيير اتجاه تدفق الهواء المضغوط. يعتمد مبدأ عملها الأساسي على القوة الكهرومغناطيسية الناتجة عن الملف الكهرومغناطيسي. ستدفع هذه القوة قلب الصمام إلى التبديل، وبالتالي تحقيق الغرض المتمثل في عكس تدفق الهواء. وفقًا للطرق المختلفة التي يقوم بها جزء التحكم الكهرومغناطيسي بدفع صمام التحكم الاتجاهي، يمكن تقسيم صمامات التحكم الاتجاهي التحكم الكهرومغناطيسي إلى نوعين: التشغيل المباشر-والتشغيل التجريبي-. تستخدم صمامات الملف اللولبي - المباشرة القوة الكهرومغناطيسية لدفع قلب الصمام إلى الاتجاه المعاكس، بينما تعتمد صمامات التحكم الاتجاهية التي يتم تشغيلها - على ضغط الهواء الدليلي الناتج عن الصمام الدليلي الكهرومغناطيسي لدفع قلب الصمام لتحقيق الانعكاس.
يوضح الشكل 1 عرضًا مقطعيًا بسيطًا - لصمام ذو ملف لولبي يعمل بشكل مباشر - (ثلاثي-موضع) 3/2 (النوع المفتوح عادة) ومبدأ عمله. عندما يتم تنشيط الملف، سيولد قلب الحديد الساكن قوة كهرومغناطيسية، وستدفع هذه القوة قلب الصمام للتحرك للأعلى. مع ارتفاع قلب الصمام، يتم رفع الحشية، وبالتالي توصيل المنفذين 1 و 2 أثناء فصل المنفذين 2 و 3. عند هذه النقطة، يكون الصمام في حالة السحب ويمكنه التحكم في حركة الأسطوانة. بمجرد قطع الطاقة، سيعتمد قلب الصمام على قوة استعادة الزنبرك للعودة إلى حالته الأصلية، أي أنه يتم فصل المنفذين 1 و2 بينما يتم توصيل المنفذين 2 و3. بهذه الطريقة، يكون الصمام في حالة العادم.
يوضح الشكل 2 عرضًا مقطعيًا بسيطًا - لصمام الملف اللولبي ذو التأثير المباشر - (الخمسة-الموضع الثاني) (النوع المفتوح عادة) ومبدأ عمله. في الحالة الأولية، يتم سحب الهواء من خلال المنفذين 1 و2، بينما يتم إخراج العادم من خلال المنفذين 4 و5. عندما يتم تنشيط الملف، يولد قلب الحديد الساكن قوة كهرومغناطيسية. ستدفع هذه القوة الصمام الدليلي إلى العمل، ومن ثم سيدخل الهواء المضغوط إلى المكبس الطيار للصمام عبر مسار الهواء، مما يتسبب في بدء تشغيل المكبس. في منتصف المكبس، يفتح السطح الدائري المحكم القناة. في هذا الوقت، يدخل الهواء من المنفذ 1 و4، بينما يتم تفريغ الهواء من المنفذ 2 و3. بمجرد انقطاع الطاقة، سيعتمد الصمام الدليلي على قوة استعادة الزنبرك للعودة إلى حالته الأصلية.
بعد ذلك، دعونا نتحدث عن وظيفة صمام الملف اللولبي. يتم تمثيل وظيفة الصمام الكهرومغناطيسي برقمين: M و N، وهو ما يسمى بالصمام الكهرومغناطيسي M-path N-وضعية الصمام الكهرومغناطيسي. من بينها، "موضع N" يمثل موضع التبديل لصمام التحكم الاتجاهي، أي حالة الصمام. عدد مواضع الصمام هو قيمة N. على سبيل المثال، يحتوي الصمام ذو الموضعين-على خيارين للموضع، أي أنه يحتوي على حالتين. يحتوي صمام المواضع الثلاثة- على ثلاثة خيارات للموضع، أي أن هناك ثلاث حالات مختلفة. يشير "المسار M" إلى عدد الواجهات الخارجية للصمام، بما في ذلك مدخل الهواء ومخرج الهواء ومنفذ العادم. عدد المسارات هو قيمة M.
خذ الصمام في الشكل 1 كمثال. وهو عبارة عن صمام ذو ملف لولبي يعمل بشكل مباشر بنسبة 3/2-، أي أن الصمام له وضعين، وهما حالة "التشغيل" و"الإيقاف". وفي الوقت نفسه، لديها ثلاثة منافذ هوائية: 1 هو مدخل الهواء، 2 هو مخرج الهواء، و3 هو منفذ العادم.
تحليل مجرى الهواء صمام الملف اللولبي
في الطرف الأيسر من مخطط مسار الغاز، عادةً ما يمثل الرمز الموجود في أقصى اليسار الزنبرك السفلي. الجزء الأوسط هو جسم الصمام، والذي يحتوي على المعلومات الأساسية لتحديد نوع صمام الملف اللولبي. على سبيل المثال، يشير المربعان الموجودان في الشكل إلى أن هذا هو صمام الملف اللولبي ذو الموضعين -، بينما يمثل A/B/R/P/S مواضع الفتحات في جسم الصمام، أي صمام الاتجاه الخمسة-. ولذلك، فإن صمام الملف اللولبي هذا عبارة عن صمام ذو ملف لولبي ذو اتجاهين-بخمسة-موضع. وبالمثل، يمكننا تحديد عدد البتات وعدد تمريرات صمام الملف اللولبي من خلال عدد الثقوب وعدد الصناديق.
بالإضافة إلى ذلك، يوضح مخطط مسار الغاز أيضًا مسارات تشغيل مسار الغاز عند انقطاع التيار الكهربائي وعند تشغيله. عندما يتم قطع الطاقة، يدخل مسار الهواء من خلال الفتحة P، ويعمل على المشغل من خلال الفتحة A، ثم يمر عبر الفتحة B، ويتم تفريغه أخيرًا من الفتحة S، بينما تظل الفتحة R مغلقة. عند تشغيله، يدخل مسار الهواء أيضًا من الفتحة P، ولكن في هذا الوقت، يتم تفريغ الهواء من الفتحة B، ويؤثر على المشغل ويمر عبر الفتحة A، وفي النهاية يتم تفريغه من الفتحة R، بينما يتم إغلاق الفتحة S.
يمثل الجزء الأيمن من الشكل 3 بشكل عام الملفات أو الصمامات الصغيرة التجريبية، والتي تلعب دورًا مهمًا في تشغيل الصمامات ذات الملف اللولبي. من خلال تفسير مخططات مجرى الهواء هذه، يمكننا الحصول على فهم أعمق لمبدأ عمل الصمام اللولبي وتشغيل مجرى الهواء في ظل ظروف مختلفة.
يوضح الشكل 4 الرسم التخطيطي الكهربائي لصمام الملف اللولبي الهوائي. الرسم التخطيطي الكهربائي هو المفتاح لفهم مبدأ عمل الصمام الكهرومغناطيسي. إنه يصور بوضوح الملف وجهات الاتصال وعلاقة الاتصال مع المكونات الكهربائية الأخرى. من خلال مراقبة الرسم التخطيطي الكهربائي، يمكننا الحصول على فهم أعمق للتغيرات الكهربائية لصمام الملف اللولبي عند تشغيله وإيقاف تشغيله، وبالتالي فهم خصائص عمله بشكل أفضل.
رابعا. اختيار صمامات الملف اللولبي - الفردية للتحكم وصمامات الملف اللولبي - المزدوجة للتحكم
صمام الملف اللولبي المفرد الذي يتم التحكم فيه كهربائيًا، كما يوحي اسمه، مجهز بملف واحد فقط. عند تشغيله، سوف يتغير ويدخل إلى حالة أخرى. عند انقطاع التيار الكهربائي، فإنه يعود تلقائيا إلى حالته الأصلية. يظهر مبدأ العمل هذا في الشكل 5. وفي المقابل، تم تجهيز صمام الملف اللولبي المزدوج الكهربائي - بملفين. من خلال التحكم في حالات الطاقة للملفات المختلفة، يمكنها تحقيق مفاتيح متعددة مع الحفاظ على حالتها السابقة بعد انقطاع التيار الكهربائي-، كما هو موضح في الشكل 6. ويحدد هذا الاختلاف الوظيفي بشكل مباشر اختياراتها المختلفة في التطبيقات العملية.
يوضح الشكلان 5 و6 مبادئ عمل صمامات التحكم ذات الملف اللولبي-الفردية وصمامات التحكم ذات الملف اللولبي-المزدوجة. عند إجراء التحديد، إذا كان وقت عكس الصمام قصيرًا نسبيًا، فإن صمام التحكم اللولبي -المفرد يكون كافيًا للتعامل معه. ومع ذلك، إذا كان وقت التبديل طويلًا، فيجب تشغيل الملف بشكل مستمر، وهو ما قد يتسبب في تسخين الملف بسبب تشغيل الطاقة لفترة طويلة-وحتى احتراقه. لتجنب هذا الموقف، يمكن اختيار -صمام تحكم مزدوج. بالإضافة إلى ذلك، إذا كانت وظيفة إعادة الضبط تحتاج إلى تحقيقها بعد انقطاع التيار الكهربائي، فإن صمام الملف اللولبي المتحكم فيه كهربائيًا يكون أكثر ملاءمة. إذا كان من الضروري الحفاظ على الحالة الحالية بعد انقطاع التيار الكهربائي، فإن صمام الملف اللولبي -التحكم المزدوج يكون أكثر ملاءمة.
V. الاختلافات والتطبيقات بين -صمامات الملف اللولبي التي يتم تشغيلها بشكل تجريبي وصمامات الملف اللولبي العاملة -المباشرة
من بين أنواع الصمامات ذات الملف اللولبي، يعد-التشغيل التجريبي والمباشر-نوعين شائعين. وهي تختلف في مبادئ العمل وسيناريوهات التطبيق. تعمل صمامات الملف اللولبي - التجريبية على التبديل بين الغاز والسائل من خلال فتحات تجريبية، بينما تعتمد صمامات الملف اللولبي - المباشرة على اختلافات الضغط للتحكم في حركة قلب الصمام. هذا الاختلاف يجعل كلا النوعين من صمامات الملف اللولبي يتمتعان بمزايا خاصة بهما عند الاستجابة للمتطلبات الصناعية المختلفة. على سبيل المثال، في بعض المواقف التي تتطلب استجابة سريعة وحساسية عالية، قد تكون صمامات الملف اللولبي ذات التشغيل المباشر-أكثر ملاءمة. في المواقف التي تتطلب تحكمًا دقيقًا واستهلاكًا أقل للطاقة، قد يكون للصمامات ذات الملف اللولبي{10}التي يتم تشغيلها تجريبيًا ميزة.
إن التصميم الهيكلي-الصمامات ذات الملف اللولبي المباشر بسيط نسبيًا. يعتمد مبدأ عملها بشكل أساسي على القوة الكهرومغناطيسية لدفع قلب الصمام مباشرة للعمل. ومع ذلك، فإن هذا التصميم لديه أيضًا عيبان رئيسيان. أولاً، نظرًا للطلب الكبير على القوة الكهرومغناطيسية، يزداد حجم الملف الكهرومغناطيسي وفقًا لذلك، مما يؤدي بدوره إلى زيادة استهلاك الطاقة. ثانيًا،-صمامات الملف اللولبي ذات التأثير المباشر حساسة نسبيًا للضغط. عندما يتجاوز الضغط حدًا معينًا (عادةً ما يزيد عن 0.7 ميجا باسكال)، لا يمكن للعديد من صمامات الملف اللولبي ذات التشغيل المباشر - أن تعمل بشكل صحيح. ويرجع ذلك أساسًا إلى الضغط العالي المفرط الذي يعمل على قلب الصمام، مما يجعل من الصعب على القوة الكهرومغناطيسية دفع قلب الصمام للعمل. وعلى الرغم من ذلك، فإن صمامات الملف اللولبي{11}}ذات الفعل المباشر تتميز أيضًا بمزاياها: بنية بسيطة، وسعر معقول، ومعدل فشل منخفض.
2. تم تصميم صمام الملف اللولبي -الدليلي ببراعة. إنه يتخلى عن محرك القوة الكهرومغناطيسية التقليدي ويستخدم ضغط الهواء بدلاً من ذلك لدفع قلب الصمام للعمل. بالنسبة للصمامات ذات الملف اللولبي التي يزيد قطرها عن 4 مم، فهي تتكون عادةً من صمام طيار وصمام رئيسي. بعد تشغيل صمام الملف اللولبي، سيتم فتح الصمام الدليلي والتحكم في فتح الصمام الرئيسي من خلال إشارة الخرج. تجدر الإشارة إلى أن الصمام الرئيسي هو في الواقع صمام تحكم هوائي، ويتطلب تشغيله العمل المنسق لمصدرين للهواء: أحدهما هو مصدر هواء الصمام الرئيسي، والآخر هو مصدر هواء الصمام الطيار.
إذا كان مصدر الهواء الرئيسي يقوم بتزويد الهواء للصمام الطيار من خلال ممر الهواء الداخلي للصمام اللولبي، فإن هذا التصميم يسمى النوع الطيار الداخلي. إذا تم تزويد الصمام الدليلي بالغاز من مصدر مستقل عن مصدر الغاز الرئيسي، فإنه يسمى نوع طيار خارجي. في الشكل 8، يعرض الجانب الأيسر مثالًا لصمام ملف لولبي يتم تشغيله كدليل خارجي-، بينما يعرض الجانب الأيمن مثالًا لصمام ملف لولبي يتم تشغيله كدليل داخلي-.
تظهر المقارنة المادية بين السلك الداخلي والسلك الخارجي في الشكل التالي.
هذان النوعان من صمامات الملف اللولبي، وهما الطيار الداخلي والطيار الخارجي، غالبًا ما يتعايشان في نفس النظام. عادة، يمكن للطيار الداخلي تلبية احتياجات معظم المناسبات. ومع ذلك، في بعض الظروف المحددة، تصبح القيادة الخارجية أكثر ضرورة. على سبيل المثال، عندما يتقلب ضغط مصدر الغاز للصمام الرئيسي وقد ينخفض إلى أقل من 0.2MPA، أو عندما يكون في بيئة مفرغة، حيث لا يمكن مشاركة مصدر الغاز للصمام الدليلي مع مصدر الصمام الرئيسي، وإلا فقد يؤدي ذلك إلى عدم قدرة الصمام الرئيسي على الفتح. عند هذه النقطة، يلزم وجود مصدر هواء مستقل بضغط يتجاوز 0.2MPA لتشغيل الصمام الدليلي. بالإضافة إلى ذلك، عندما يكون فرق الضغط بين مدخل ومخرج الهواء كبيرًا، أو عندما يتجاوز ضغط مجرى الهواء الرئيسي 1MPA، قد يحتاج الطيار الداخلي إلى زيادة الحجم الهيكلي عن طريق تحميل ضغط مجرى الهواء مباشرة على قلب الصمام. يقوم الطيار الخارجي بحل المشكلة عن طريق إدخال قناة غاز واحدة مباشرة إلى المنفذ التجريبي دون الحاجة إلى إضافة صمام كهرومغناطيسي؛ يجب إضافة أنبوب الهواء فقط.
في الختام، تتمتع صمامات الملف اللولبي{0}}التي يتم تشغيلها تجريبيًا بمزايا الرؤوس الكهرومغناطيسية الصغيرة والاستهلاك المنخفض للطاقة. إنه ممتع من الناحية الجمالية ويوفر مساحة التثبيت. وفي الوقت نفسه، فإنه يولد حرارة أقل وله تأثير ملحوظ في توفير الطاقة-. والأهم من ذلك، أنه نظرًا لانخفاض توليد الحرارة، فمن غير المرجح أن يحترق الملف ويمكن تشغيله لفترة طويلة. وهذا مهم بشكل خاص في التطبيقات العملية. على سبيل المثال، تم تقليل طاقة بعض صمامات الملف اللولبي من SMC إلى 0.1 وات، مما يتيح إمداد الطاقة المستمر دون ارتفاع درجة الحرارة. يبلغ نطاق طاقة-صمامات الملف اللولبي ذات التأثير المباشر 4-20 وات، مع طاقة قصيرة نسبيًا-في الوقت المحدد. علاوة على ذلك، فإن التشغيل المتكرر-يشكل خطر الإرهاق. لذلك، في المواقف التي تتطلب إمدادًا بالطاقة لفترات طويلة أو بترددات عالية، تصبح صمامات الملف اللولبي التي يتم تشغيلها تجريبيًا- هي الخيار المفضل. في الواقع، معظم صمامات الملف اللولبي شائعة الاستخدام في الوقت الحاضر تعتمد تصميمًا تجريبيًا-. من بين الصمامات ذات الملف اللولبي التي تسمح فقط بمرور السائل، لا تزال الصمامات ذات التأثير المباشر تمثل نسبة معينة. ويرجع ذلك أساسًا إلى حقيقة أن الشوائب الموجودة في السائل قد تسد قنوات الصمام الدليلي الضيقة.
بعد ذلك، سنتعمق في الأنواع الثلاثة للصمامات ذات الملف اللولبي-الموضع الخامس-الثلاثة: الضغط الأوسط-المختوم، والضغط الأوسط-المهووس، والضغط المتوسط-، بالإضافة إلى تطبيقاتها. يستخدم هذا النوع من صمامات الملف اللولبي ملفات تحكم كهربائية مزدوجة. عندما لا يتم تنشيط أي من المغناطيسين الكهربائيين، سيكون قلب الصمام في الموضع الأوسط تحت الدفع المتوازن للينابيع على كلا الجانبين. عند هذه النقطة، ستحدد حالة التشغيل-الإيقاف لمسار الغاز في الصمام اللولبي نوعه المحدد - الختم الأوسط أو التنفيس الأوسط أو الضغط المتوسط. سنقوم بتحليل المبادئ وسيناريوهات التطبيق لهذه الأنواع الثلاثة واحدًا تلو الآخر.
1. تحليل حالة الختم الأوسط: عندما لا يتم تنشيط أي من الملفين، فإن الضغط في الغرف الأمامية والخلفية للأسطوانة سيبقى على حالته بعد إلغاء تنشيط الملفين - ولن يتغير. وفي الوقت نفسه، يتم إغلاق كل من منافذ سحب الهواء والعادم. إلا أن الحفاظ على هذه الحالة لفترة طويلة قد يؤدي إلى فقدان التوازن تدريجيًا بسبب التسريبات البسيطة. يظهر الرسم التخطيطي في (الشكل 10).
نظرًا لقابلية الغاز للانضغاط وحقيقة أن المكونات الهوائية مثل الأسطوانات والصمامات ووصلات أنابيب الغاز لا يمكن أن تكون خالية تمامًا من التسرب-، فلا يمكن الحفاظ على الأسطوانة بشكل ثابت في موضع التوقف المتوسط لفترة طويلة. سيتم فقدان هذه الحالة المتوازنة تدريجيًا بمرور الوقت، مما يؤدي إلى انخفاض دقة تحديد موضع الأسطوانة. ومع ذلك، بالنسبة لظروف العمل التي لا تكون فيها دقة تحديد موضع الأسطوانة مطلوبة بشكل كبير ويكون وقت التوقف قصيرًا نسبيًا، فلا يزال من الممكن اعتبار الأسطوانة المختومة الوسطى- صالحة للاستخدام.
2. طريقة التفريغ المتوسط: عندما لا يتم تنشيط أي من الملفين، لا يوجد ضغط في الغرف الأمامية والخلفية للأسطوانة، ويظل منفذ سحب الهواء مغلقًا في نفس الوقت. عند هذه النقطة، سيتم تفريغ الضغط الموجود في الحجرتين الأمامية والخلفية للأسطوانة من خلال منفذي العادم الخاصين بصمام الملف اللولبي. ويمكن الإشارة إلى مبدأ عملها في الشكل 11.
بالمقارنة مع الصمام-الأوسط المغلق، فإن تصميم دائرة التفريغ-الوسطى يمكن أن يوفر وقت إيقاف متوسط أطول-. في السيناريوهات التي تحتاج فيها الأسطوانة إلى التحرك عموديًا، يكون وقت التوقف المتوسط-طويلًا نسبيًا، ولكن متطلبات دقة تحديد الموضع ليست صارمة للغاية، وتعتبر دائرة الإطلاق المتوسط-اختيارًا يستحق النظر فيه.
3. حالة الضغط المتوسط: عندما لا يتم تنشيط أي من الملفين، سيظل الضغط في الغرف الأمامية والخلفية للأسطوانة في الحالة التي يتم فيها إلغاء تنشيط الملف السابق-، وسيتم تطبيق الضغط المستمر للتأكد من أن الضغط في الغرف الأمامية والخلفية للأسطوانة متسق مع الضغط عند نهاية السحب. عند هذه النقطة، يكون مدخل الهواء مفتوحًا بينما يكون العادم مغلقًا. يظهر مبدأ العمل في الشكل 12.
إذا لم تتعرض الأسطوانة لقوة حمل خارجية محورية، فسيظل المكبس في حالة متوازنة وبالتالي يبقى بدقة في أي موضع أثناء الشوط. تتطلب خصائص هذه الدائرة تركيب الاسطوانة بشكل أفقي. ولذلك، في ظروف العمل التي تتطلب تحديد موضع بدقة عالية- ولا توجد قوة حمل محورية خارجية، فمن المستحسن استخدام صمام ضغط متوسط- مع أسطوانة قضيب المكبس المزدوج.
