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美國MAC電磁閥的工作原理
點擊次數(shù)：1056 發(fā)布時間：2015-7-15
對于MAC小型和大型電磁閥,它的設計原理和技術特性有著根本的區(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是一個剖開的小型二位三通電磁閥，它包括了3個主要零件：電磁線圈、回位彈簧及氣密封機構。當線圈通電時，電磁樞及可動磁極塊（鐵心）產(chǎn)生磁力，互相吸引。當電磁線圈產(chǎn)生的電磁力大于摩擦阻力及回位彈簧的彈力時，電磁樞推動推桿使閥桿往下移，壓縮彈簧，空氣由進氣口流至氣缸口。當線圈斷電時，磁力消失，彈簧力若大于摩擦力，提動閥芯將會回到原來的位置，空氣由氣缸口排到排氣口。
MAC電磁閥的設計特性：
1.平衡式提動閥芯設計
圖3-2 平衡式提動閥芯結構圖
由圖3-2可見，進氣壓力在提動閥芯上產(chǎn)生一個向下的作用力F1和向上的作用力力F2。受力面積A1和A2由設計和工藝保證使其面積相等，根據(jù)上列公式，不管進口壓力如何變化，F(xiàn)1和F2始終相等，這就是平衡式閥芯設計的基本原理。MAC小型電磁閥采用平衡式閥芯設計，所以閥芯的動作與進口壓力無關。為了作進一步比較，下面再介紹非平衡閥芯設計原理。
如圖3-3所示，進氣壓力在閥芯的軸封上產(chǎn)生一個向上的作用力，而不產(chǎn)生一個向下的力與之平衡。顯然，這種閥芯的動作與進口壓力有關。
2.短行程閥芯設計
由圖3-2可見，MAC采用的這種閥芯有著良好的流量特性，當閥芯剛離開閥座時就出現(xiàn)流量，而且在很短的行程里就達到全流量。而對圖3-3所示的這種閥芯結構，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到全流量。另外，從閥芯與閥座間的流動通徑分析，平衡式閥芯由于其動作不受進口壓力的影響，流動通徑可以做得較大（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，為減少進口壓力的影響，圖3-3的流動通徑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電磁線圈的設計，電磁線圈是由一條很長的絕緣導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客戶特別電壓及功率的需求。當線圈通電時，電磁力使提動閥芯移動，我們不只是要使電線圈產(chǎn)生足夠的推力推動閥桿，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如何達到這個目的？我們必須討論物理特性，這是兩塊磁鐵，如果把它分開遠一點，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的磁力。
現(xiàn)在讓我們來看看下面的這個磁力曲線圖。
圖3-4 電磁力與線圈行程關系曲線
這個磁力曲線說明了磁力與電線線圈行程之間的關系，這跟你手上兩塊磁鐵的距離是一樣的，當電磁線圈的行程較長（或是磁鐵的距離較遠），那么它是在曲線的底部，也就是代表電磁力較小。當電磁線圈沖程較短時，此時是在曲線較高的位置，也就是代表電磁力較大。MAC電磁閥的設計是短行程線圈，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在出貨前對每一個閥門，都進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
雖然通電時電磁線圈有很大的推力，這樣還不夠。當電線圈斷電時，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。如果我們有一個長沖程的電磁線圈，那么回位彈簧的力量能有多強呢？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，因為電磁力大，這樣我們就可設計一個短粗的強力彈簧。MAC在設計上仍是“短沖程"的效應，這個好處是獲得很大的回位力量。美國MAC電磁閥中國辦事處對每一個閥門都進行回位力的測試，就象電線圈出力的測試一樣。我們將電磁線圈通電，電極樞與可動鐵心產(chǎn)生磁力，互相吸引，電極樞推動推桿往下移動壓縮彈簧，空氣由進氣口到氣缸口，此時彈簧因被壓縮而有反彈的力量，但卻無法回位，這是因為上面有較大的電磁力推動。然后我們漸漸降低電壓以減少電磁線圈的電磁力，直到某一個電壓，彈簧的彈力克服了電磁線圈電磁力，使閥桿回到原點。對一個24VDC的電磁線圈而言，彈簧必須在3VDC或更高時回位。如果彈簧的力量較弱，假設在2.9VDC才回位，那么這個閥門將不會通過測試。因為MAC知道這個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的出力。
5.可移動磁極塊
MAC*的可移動磁極塊可保證閥芯行程到達時，可移動磁極塊向上移動，使電磁樞能和磁極塊很好吸合，補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行時易燒毀。
6.氣密封機構
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，對閥芯腔體內(nèi)壁面進行了鏡化處理。MAC對氣密封機構采取的這些措施，可使閥芯移動時的摩擦力降至zui小值。
綜上所述，MAC小型電磁閥的技術特點是：平衡式短沖程提動閥芯設計；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；反應時間極快并且回位精度*。由于具備這些技術特點，MAC小型電磁閥是一種線圈不會燒毀，閥芯不阻塞，高速動作，不受進氣壓力的影響，不怕污染空氣，非?？煽康碾姶砰y。
二．大型電磁閥
假如我們需要一個較大型的氣閥，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即可，同時加大氣閥的體積，以獲得較大流量？這樣可以節(jié)省很多設計時間及技術上的花費。
上述的想法實際上是行不通的，因為大型閥意味著提動閥芯具有較大的質(zhì)量與慣性，因此在提動頭與閥座之間會產(chǎn)生較大的沖擊，經(jīng)一定時間后會自行損壞。回顧70年代，MAC曾經(jīng)制造一個大型3通提動閥，MAC非常清楚這些問題。如果提動閥芯的設計不行，為什么我們不改為軸封式閥芯設計呢？如前所述，軸封式閥芯較提動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，軸心式設計可以解決因沖擊而損壞的問題，但無法以直動方式動作，因為動作力量很小?，F(xiàn)在讓我們來看看典型的直動式軸心閥：MAC500型1949年的設計。即使這個閥可以解決撞擊損壞的問題，但動作力量不夠。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，以推動閥芯移動。
實際上是使用一個沖程短，出力大的小型引導閥，控制氣壓作用于活塞上（zui小19mm外徑）以增大推力（這相當于壓力×面積定律），制造一個不阻塞的氣閥。
MAC所設計出來的四通先導閥（如圖3-5所示），基本上我們用一個小型的四通閥控制一只雙動作氣缸。一個四通先導設計與一個小型四通閥控制一個雙動氣缸的原理是相同的。在zui小作動壓力方面，我們有非常足夠的力量克服雜質(zhì)，當壓力再增加時，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，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計，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。
：呂鵬（）
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