美國MAC電磁閥的工作特性

 對于MAC小型和大型電磁閥,它的設(shè)計(jì)原理和技術(shù)特性有著根本的區(qū)別。因此我們按小型和大型電磁閥分別加以敘述。
    一.小型電磁閥

    圖3-1是一個(gè)剖開的小型二位三通電磁閥，它包括了3個(gè)主要零件：電磁線圈、回位彈簧及氣密封機(jī)構(gòu)。當(dāng)線圈通電時(shí)，電磁樞及可動(dòng)磁極塊（鐵心）產(chǎn)生磁力，互相吸引。當(dāng)電磁線圈產(chǎn)生的電磁力大于摩擦阻力及回位彈簧的彈力時(shí)，電磁樞推動(dòng)推桿使閥桿往下移，壓縮彈簧，空氣由進(jìn)氣口流至氣缸口。當(dāng)線圈斷電時(shí)，磁力消失，彈簧力若大于摩擦力，提動(dòng)閥芯將會回到原來的位置，空氣由氣缸口排到排氣口。
    MAC電磁閥的設(shè)計(jì)特性：
    1.平衡式提動(dòng)閥芯設(shè)計(jì)

 

    圖3-2  平衡式提動(dòng)閥芯結(jié)構(gòu)圖

    由圖3-2可見，進(jìn)氣壓力在提動(dòng)閥芯上產(chǎn)生一個(gè)向下的作用力F1和向上的作用力力F2。受力面積A1和A2由設(shè)計(jì)和工藝保證使其面積相等，根據(jù)上列公式，不管進(jìn)口壓力如何變化，F(xiàn)1和F2始終相等，這就是平衡式閥芯設(shè)計(jì)的基本原理。MAC小型電磁閥采用平衡式閥芯設(shè)計(jì)，所以閥芯的動(dòng)作與進(jìn)口壓力無關(guān)。為了作進(jìn)一步比較，下面再介紹非平衡閥芯設(shè)計(jì)原理。

    如圖3-3所示，進(jìn)氣壓力在閥芯的軸封上產(chǎn)生一個(gè)向上的作用力，而不產(chǎn)生一個(gè)向下的力與之平衡。顯然，這種閥芯的動(dòng)作與進(jìn)口壓力有關(guān)。
    2.短行程閥芯設(shè)計(jì)
   由圖3-2可見，MAC采用的這種閥芯有著良好的流量特性，當(dāng)閥芯剛離開閥座時(shí)就出現(xiàn)流量，而且在很短的行程里就達(dá)到全流量。而對圖3-3所示的這種閥芯結(jié)構(gòu)，閥芯軸封離開孔口一段距離才出現(xiàn)流量，并且需較長行程才能達(dá)到全流量。另外，從閥芯與閥座間的流動(dòng)通徑分析，平衡式閥芯由于其動(dòng)作不受進(jìn)口壓力的影響，流動(dòng)通徑可以做得較大（約10倍于非平衡閥芯），所以很短行程就能滿足電磁閥流量需求。對非平衡閥芯，為減少進(jìn)口壓力的影響，圖3-3的流動(dòng)通徑d只能很小，因此必需很大的行程才能滿足流量要求。通過上述分析可見：對平衡式閥芯可采用短行程；而對非平衡閥芯只能采用長行程。
    3.電磁線圈
    現(xiàn)在讓我們討論MAC電磁線圈的設(shè)計(jì)，電磁線圈是由一條很長的絕緣導(dǎo)線在線軸上纏繞許多圈而成的。不象其他氣閥制造廠，MAC的線圈是自己制造的，因此可以滿足每一個(gè)客戶特別電壓及功率的需求。當(dāng)線圈通電時(shí)，電磁力使提動(dòng)閥芯移動(dòng)，我們不只是要使電線圈產(chǎn)生足夠的推力推動(dòng)閥桿，我們也要電線圈產(chǎn)生更大的推力，以克服摩擦力及雜質(zhì)，使閥門能夠維持許多年的壽命。
    MAC如何達(dá)到這個(gè)目的？我們必須討論物理特性，這是兩塊磁鐵，如果把它分開遠(yuǎn)一點(diǎn)，他們之間就沒有磁力，但是如果你把他們漸漸靠近，你可以感覺到逐漸增強(qiáng)的磁力。
    現(xiàn)在讓我們來看看下面的這個(gè)磁力曲線圖。

    圖3-4 電磁力與線圈行程關(guān)系曲線
    這個(gè)磁力曲線說明了磁力與電線線圈行程之間的關(guān)系，這跟你手上兩塊磁鐵的距離是一樣的，當(dāng)電磁線圈的行程較長（或是磁鐵的距離較遠(yuǎn)），那么它是在曲線的底部，也就是代表電磁力較小。當(dāng)電磁線圈沖程較短時(shí)，此時(shí)是在曲線較高的位置，也就是代表電磁力較大。MAC的設(shè)計(jì)是短行程線圈，它所產(chǎn)生的電磁力大，這樣，電磁樞對推桿產(chǎn)生很大的推力。MAC在出貨前對每一個(gè)閥門，都進(jìn)行線圈電磁力的測試。在測試中只以額定電壓的80%（19.2VDC）測試，確保電磁線圈即使是在電壓降低的情況下，仍然能有足夠推力，以克服摩擦阻力或污染雜質(zhì)。所以MAC在電磁圈這一端保證高推力，不阻塞。
    4.高彈力回位彈簧
    雖然通電時(shí)電磁線圈有很大的推力，這樣還不夠。當(dāng)電線圈斷電時(shí)，MAC必須確保在彈簧回位這一端不會阻塞，現(xiàn)在讓我們來看看閥門的第2部分—回位彈簧。彈簧以確保閥芯在彈簧回位這一端不會阻塞。如果我們有一個(gè)長沖程的電磁線圈，那么回位彈簧的力量能有多強(qiáng)呢？首先，長沖程電磁線圈的電磁力較小，它除了用以克服回位彈簧的彈力外，還必需克服摩檫以及雜質(zhì)的阻力，所以只能采用長行程的軟彈簧。這種彈簧不但回位推力小，易造成彈簧端堵塞，而且回位精度也不高。但是，如果我們有短沖程的電磁線圈，因?yàn)殡姶帕Υ?，這樣我們就可設(shè)計(jì)一個(gè)短粗的強(qiáng)力彈簧。MAC在設(shè)計(jì)上仍是“短沖程”的效應(yīng)，這個(gè)好處是獲得很大的回位力量。MAC對每一個(gè)閥門都進(jìn)行回位力的測試，就象電線圈出力的測試一樣。我們將電磁線圈通電，電極樞與可動(dòng)鐵心產(chǎn)生磁力，互相吸引，電極樞推動(dòng)推桿往下移動(dòng)壓縮彈簧，空氣由進(jìn)氣口到氣缸口，此時(shí)彈簧因被壓縮而有反彈的力量，但卻無法回位，這是因?yàn)樯厦嬗休^大的電磁力推動(dòng)。然后我們漸漸降低電壓以減少電磁線圈的電磁力，直到某一個(gè)電壓，彈簧的彈力克服了電磁線圈電磁力，使閥桿回到原點(diǎn)。對一個(gè)24VDC的電磁線圈而言，彈簧必須在3VDC或更高時(shí)回位。如果彈簧的力量較弱，假設(shè)在2.9VDC才回位，那么這個(gè)閥門將不會通過測試。因?yàn)镸AC知道這個(gè)彈簧將來可能沒有足夠的余力克服摩擦力及污染雜質(zhì)而使閥門阻塞。MAC出貨給客戶的閥門必須在電線圈及彈簧兩端都具有很強(qiáng)的出力。
    5.可移動(dòng)磁極塊
    MAC*的可移動(dòng)磁極塊可保證閥芯行程到達(dá)時(shí)，可移動(dòng)磁極塊向上移動(dòng)，使電磁樞能和磁極塊很好吸合，補(bǔ)賞電磁線圈行程與閥芯行程之間的差異。如果閥芯行程到達(dá)后，電磁樞和磁極塊間不能很好吸合，則會造成雜音并且在交流電運(yùn)行時(shí)易燒毀。

    6.氣密封機(jī)構(gòu)
    MAC采用D型密封圈，而不用一般的O型圈。這種密封圈的制造精度是普通密封圈的10 倍，并由MAC自己生產(chǎn)制造。密封圈經(jīng)過化學(xué)硬化處理，產(chǎn)生外硬內(nèi)軟的材質(zhì)。制造過程中還在其內(nèi)部添加了潤滑劑，以降低材質(zhì)的摩擦系數(shù)。同時(shí)，對閥芯腔體內(nèi)壁面進(jìn)行了鏡化處理。MAC對氣密封機(jī)構(gòu)采取的這些措施，可使閥芯移動(dòng)時(shí)的摩擦力降至zui小值。
綜上所述，MAC小型電磁閥的技術(shù)特點(diǎn)是：平衡式短沖程提動(dòng)閥芯設(shè)計(jì)；具有很大的電磁線圈出力和很大的回位彈簧推力；zui低摩擦阻力；閥芯具有雨刷功能不怕污染空氣；反應(yīng)時(shí)間極快并且回位精度*。由于具備這些技術(shù)特點(diǎn)，MAC小型電磁閥是一種線圈不會燒毀，閥芯不阻塞，高速動(dòng)作，不受進(jìn)氣壓力的影響，不怕污染空氣，非常可靠的電磁閥。
    二．大型電磁閥
    假如我們需要一個(gè)較大型的氣閥，非常合乎邏輯的想法是，為什么我們不能保留小型3通閥的好處，只要使氣閥及線圈的沖程大一點(diǎn)即可，同時(shí)加大氣閥的體積，以獲得較大流量？這樣可以節(jié)省很多設(shè)計(jì)時(shí)間及技術(shù)上的花費(fèi)。
上述的想法實(shí)際上是行不通的，因?yàn)榇笮烷y意味著提動(dòng)閥芯具有較大的質(zhì)量與慣性，因此在提動(dòng)頭與閥座之間會產(chǎn)生較大的沖擊，經(jīng)一定時(shí)間后會自行損壞?；仡?0年代，MAC曾經(jīng)制造一個(gè)大型3通提動(dòng)閥，MAC非常清楚這些問題。如果提動(dòng)閥芯的設(shè)計(jì)不行，為什么我們不改為軸封式閥芯設(shè)計(jì)呢？如前所述，軸封式閥芯較提動(dòng)式閥芯有較長的沖程，因而電磁線圈的電磁力較小。以大型閥來說，軸心式設(shè)計(jì)可以解決因沖擊而損壞的問題，但無法以直動(dòng)方式動(dòng)作，因?yàn)閯?dòng)作力量很小?，F(xiàn)在讓我們來看看典型的直動(dòng)式軸心閥：MAC500型1949年的設(shè)計(jì)。即使這個(gè)閥可以解決撞擊損壞的問題，但動(dòng)作力量不夠。所以我們必須增加閥芯的推力，典型的氣壓系統(tǒng)是使用空氣壓力作用在氣缸的活塞上，以推動(dòng)閥芯移動(dòng)。
實(shí)際上是使用一個(gè)沖程短，出力大的小型引導(dǎo)閥，控制氣壓作用于活塞上（zui小19mm外徑）以增大推力（這相當(dāng)于壓力×面積定律），制造一個(gè)不阻塞的氣閥。
    MAC所設(shè)計(jì)出來的四通先導(dǎo)閥（如圖3-5所示），基本上我們用一個(gè)小型的四通閥控制一只雙動(dòng)作氣缸。一個(gè)四通先導(dǎo)設(shè)計(jì)與一個(gè)小型四通閥控制一個(gè)雙動(dòng)氣缸的原理是相同的。在zui小作動(dòng)壓力方面，我們有非常足夠的力量克服雜質(zhì)，當(dāng)壓力再增加時(shí)，我們有更大的力量避免氣閥阻塞。因此MAC82型電磁閥電線圈及回位端都提供了很大的出力使軸心移動(dòng)，我們也要使軸心能夠刮除雜質(zhì)，使摩擦阻力降至zui低。MAC使用壓鑄式軸心的設(shè)計(jì)，將橡膠砌合在一支重量很輕的鋁合金軸心桿上，將整支軸心研磨。