Tipi di elettrovalvole pneumatiche: valvole a 2/2, 3/2, 5/2, 5/3 vie e come scegliere

Tipi di elettrovalvole pneumatiche: la risposta che ti serve per prima

Per dirla nel modo più semplice possibile, è necessario comprendere quattro tipi principali di elettrovalvole pneumatiche: Valvole a 2/2 vie, 3/2 vie, 5/2 vie e 5/3 vie . Il primo numero è il numero di aeroporti operativi; il secondo numero è il numero di posizioni della bobina. Oltre a questa classificazione, ogni valvola è definita anche dal suo metodo di attuazione (ad azione diretta o pilotata) e dal suo comportamento in stato di riposo (normalmente aperta, normalmente chiusa, monostabile o bistabile).

Questa combinazione non è accademica. I quattro tipi di conteggio delle porte si associano direttamente a quattro diversi lavori in un circuito pneumatico. Un cilindro a semplice effetto necessita di una valvola a 3/2 vie. Un cilindro a doppio effetto necessita di una valvola a 5/2 o 5/3 vie. Una semplice linea di scarico dell'aria o di intercettazione dell'alimentazione può essere gestita da una valvola a 2/2 vie. Quando una macchina si ferma a metà ciclo, la causa è solitamente che una di queste mappature è stata selezionata in modo errato.

Le persone spesso confondono un tipo di valvola con una specifica. Il tipo risponde alla domanda "quante porte, quante posizioni, come viene attivato e cosa succede quando l'alimentazione è disattivata". La specifica risponde "quale dimensione della porta, quale tensione, quale Cv." È necessario prima risolvere la questione del tipo, poiché una valvola 5/2 con un valore Cv perfetto non farà funzionare correttamente un cilindro a semplice effetto. La notazione segue la norma ISO 1219-1 per i simboli dei circuiti pneumatici, quindi una valvola 5/2 disegnata su uno schema significa sempre cinque porte e due posizioni; leggere correttamente il simbolo è il modo più veloce per identificare una valvola mai vista prima. CKT ne pubblica la versione integrale catalogo elettrovalvole e componenti pneumatici online, che costituisce un riferimento pratico quando è necessario abbinare un simbolo a un numero di modello effettivo.

Come funziona un'elettrovalvola pneumatica prima di sceglierne il tipo

Prima di confrontare i modelli, è utile vedere cosa c'è all'interno della valvola e perché la costruzione interna ne determina il tipo. Ogni elettrovalvola industriale contiene le stesse parti principali, ma il modo in cui queste interagiscono determina se può funzionare a pressione zero, quanta aria può passare e quanto velocemente risponde.

• Bobina solenoide e nucleo mobile: la bobina converte l'energia elettrica in un campo magnetico che attira lo stantuffo, che muove la bobina direttamente o attraverso uno stadio pilota.
• Bobina o otturatore: una parte di precisione che scorre all'interno del corpo della valvola e reindirizza l'aria tra le porte. La geometria della bobina definisce la funzione della valvola.
• Molla di ritorno: spinge indietro la bobina quando la bobina è diseccitata. Se è presente la molla la valvola è monostabile.
• Corpo valvola: trattiene le porte, il foro e le superfici di tenuta. La maggior parte dei corpi delle valvole dell'aria sono in lega di alluminio; le valvole del fluido utilizzano acciaio inossidabile o ottone.
• Guarnizioni e canale pilota: le guarnizioni impediscono le perdite incrociate tra le porte; in una valvola pilotata, il canale pilota alimenta l'aria all'estremità della bobina per spostarla.
• Azionamento manuale: un pulsante o una vite che consente di spostare manualmente la valvola durante la messa in servizio, il che è molto più utile di quanto molti acquirenti si aspettino.

Azionamento diretto vs azionamento pilota in un paragrafo

Nell'a valvola ad azione diretta , la bobina sposta direttamente la bobina, quindi la valvola può spostarsi anche quando la pressione in ingresso è 0 MPa. Il compromesso è un flusso limitato, perché la bobina deve essere abbastanza grande da superare l’attrito e la forza aerea. Nell'a valvola pilotata , un piccolo solenoide sposta una bobina pilota e l'aria in ingresso stessa spinge la bobina principale. Questo design gestisce un flusso molto più elevato con una bobina compatta, ma richiede una pressione operativa minima, in genere intorno a 0,15 MPa. An valvola pilotata esternamente è la stessa idea, tranne che l'aria pilota proviene da un'alimentazione separata e regolata.

Per gli acquirenti industriali, la qualità costruttiva conta tanto quanto la tipologia. Una bobina lavorata con una tolleranza più ampia perde più aria pilota, risponde più lentamente e si usura più velocemente. CKT lo sottolinea produzione e assemblaggio interni capacità, con più di 20.000 tipologie di semilavorati tenuti a magazzino e oltre il 90% dei componenti lavorati internamente. Questo livello di integrazione verticale è ciò che consente a un produttore di valvole di mantenere coerenti i giochi tra bobina e corpo in grandi lotti di produzione.

Elettrovalvole pneumatiche a 2/2 vie: semplice controllo del flusso on/off

Una valvola a 2/2 vie ha esattamente due porte e due posizioni. Nella versione normalmente chiusa la bocca di ingresso P è bloccata nello stato di riposo e si collega alla bocca di uscita A quando la bobina è eccitata. Nella versione normalmente aperta P si collega ad A nello stato di riposo e si blocca quando la bobina è eccitata. Poiché ha una sola uscita e nessuna porta di scarico dedicata, la valvola a 2/2 vie viene utilizzata per l'intercettazione dell'alimentazione, lo scarico e lo sfiato, non per il controllo direzionale di un cilindro da solo.

Un'applicazione tipica è una pistola di soffiaggio o un ugello per la pulizia della polvere in cui è necessario solo accendere e spegnere l'aria compressa. Un altro è alimentare un piccolo meccanismo a scorrimento dotato di un proprio percorso di scarico o isolare un ramo di un collettore durante la manutenzione. Se il dispositivo dietro la valvola non può scaricare attraverso un altro percorso, la scelta corretta è una valvola a 3/2 vie.

È inoltre importante non confondere una valvola 2/2 pneumatica con un'elettrovalvola 2/2 di processo per liquidi. Le valvole pneumatiche 2/2 come 2V025 sono progettate per circuiti di aria compressa. Per fluidi quali acqua, petrolio o gas, CKT offre separatamente la serie 2S in acciaio inossidabile e la serie 2W in rame nella categoria delle valvole di processo, poiché i materiali di tenuta e i percorsi del flusso sono progettati per fluidi fluidi anziché per aria. Per un'applicazione di accensione/spegnimento dell'aria compatta e a basso flusso, il Elettrovalvola 2/2 vie ad azione diretta è il punto di partenza più comune: la sua porta da 1/8 di pollice e il corpo corto ne consentono il montaggio vicino al punto di utilizzo e, poiché è ad azione diretta, funziona anche quando la pressione dell'aria in ingresso è molto bassa.

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Elettrovalvole pneumatiche a 3/2 vie: controllo di cilindri a semplice effetto

Una valvola a 3/2 vie ha tre porte (pressione P, cilindro A, scarico R) e due posizioni. È la valvola di controllo direzionale standard per un cilindro a semplice effetto. In una posizione, l'alimentazione fluisce al cilindro per estenderlo; nell'altra posizione, l'alimentazione è bloccata e la porta del cilindro si collega allo scarico in modo che la molla interna possa ritrarre lo stelo.

Nell'a normally closed 3/2 valve, the cylinder is exhausted when power is off and pressurizes when energized. In a normally open 3/2 valve, the cylinder is pressurized when power is off. For machines where a cylinder must stay extended during a power cut, a normally open or a latching valve is the deliberate choice. For most standard automation routines, normally closed is the safer default because the actuator relaxes to a known position when the machine stops.

Valvole 3/2 ad azione diretta vs. pilotate

Le valvole 3/2 ad azione diretta come le serie 3V1 e 3V2 spostano la bobina utilizzando solo il solenoide, quindi funzionano con una pressione di ingresso di 0 MPa. Rispondono rapidamente e sono ideali per piccoli fori e circuiti a basso flusso. Le valvole 3/2 pilotate come la serie 3V utilizzano la pressione di ingresso per assistere il cambio e adattarsi ai circuiti a flusso più elevato, ma richiedono una pressione di alimentazione superiore a circa 0,15 MPa. Esiste anche la serie VT307, una costruzione con valvola a sede ad azione diretta con un design interno a fungo che viene spesso utilizzata nei circuiti di bloccaggio e di utensileria. CKT offre inoltre le valvole a 3 vie ad azione diretta serie 35 (tipo MAC) e 3PA (tipo SELEX), che vengono selezionate quando un cliente ha bisogno di adattarsi all'ingombro di una macchina esistente o ad una convenzione di controllo.

Se si sta dimensionando un semplice circuito 3/2 per un piccolo cilindro a semplice effetto, scegliendo a Elettrovalvola 3/2 vie ad azione diretta mantiene la costruzione semplice e la risposta immediata. La mancanza di un requisito di pressione minima rende inoltre più semplice la messa in servizio di macchine con pressione dell'aria di fabbrica incerta all'avvio.

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Elettrovalvole pneumatiche a 5/2 e 5/3 vie: controllo del cilindro a doppio effetto

Una valvola a 5/2 vie ha cinque porte: un ingresso di pressione P, due porte del cilindro A e B e due porte di scarico solitamente etichettate R1 e R2 o EA ed EB. Le due posizioni invertono l'alimentazione tra A e B, che è esattamente ciò di cui ha bisogno un cilindro a doppio effetto. La versione monosolenoide è con ritorno a molla (monostabile); la versione a doppio solenoide si blocca nell'ultima posizione (bistabile) e trattiene il cilindro a fine corsa anche in caso di mancanza di alimentazione elettrica.

La valvola a 5/3 vie aggiunge una terza posizione centrale ed è sempre una valvola a doppio solenoide. La posizione centrale definisce cosa succede quando entrambi i solenoidi sono diseccitati e modifica il comportamento della macchina più di quanto la maggior parte degli ingegneri si aspetti. La tabella seguente riassume le tre configurazioni standard del centro.

Il centro chiuso è la scelta 5/3 più comune perché fornisce uno stop rigido in posizione centrale. Tuttavia, per un lungo periodo, le perdite della spola e della guarnizione possono causare uno spostamento della posizione del cilindro, pertanto il centro chiuso non deve essere trattato come un blocco meccanico. Se il carico deve essere mantenuto per un tempo indefinito senza perdite, utilizzare un freno meccanico esterno o una valvola di ritegno invece di fare affidamento solo sulla tenuta della valvola.

Nelle linee di produzione, le valvole 5/2 e 5/3 sono spesso montate su una sottobase collettore in modo che più valvole condividano un blocco di alimentazione e scarico. Questa disposizione semplifica i tubi, riduce i punti di perdita e rende il cablaggio più organizzato. CKT Serie di elettrovalvole pilotate 5/2 vie copre la gamma di dimensioni da 4V110 a 4V410 con porte da G1/8 a G1/2 e la stessa piattaforma del corpo è configurata anche come valvola 5/3 montando una bobina a tre posizioni e doppi solenoidi. Questa intercambiabilità è utile quando il progetto di una macchina cambia in una fase avanzata del progetto.

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Ad azione diretta, con pilotaggio e con pilotaggio esterno: quale tipo di attuazione è adatto

Dopo aver scelto il numero di porte, la decisione successiva riguarda il metodo di attuazione. Questa scelta determina la pressione di esercizio minima, la portata massima e talvolta la dimensione fisica della valvola. La tabella seguente mette a confronto le tre opzioni principali sui parametri che effettivamente influiscono sul dimensionamento.

La regola pratica è semplice. Se la pressione di alimentazione potrebbe scendere al di sotto della soglia pilota durante l'avvio o inceppamenti della macchina, una valvola ad azione diretta è più tollerante. Se l'applicazione richiede una portata elevata da una valvola compatta, il funzionamento pilota è la soluzione standard. Se la pressione di ingresso principale è molto bassa ma il processo necessita comunque di una valvola direzionale di grandi dimensioni, una valvola pilotata esternamente consente di utilizzare una piccola pressione pilota regolata per spostare una bobina grande mentre il flusso principale funziona a qualunque pressione fornita dal processo.

Configurazioni normalmente aperta, normalmente chiusa e bistabile

Lo stato di riposo della valvola è importante per due motivi: sicurezza e consumo energetico. Una valvola che ritorna in una posizione nota in caso di interruzione dell'alimentazione può impedire la caduta del carico, un movimento inaspettato del cilindro o la rottura dell'utensile. Una valvola che si blocca nella sua ultima posizione può essere esattamente ciò di cui il processo ha bisogno, ma richiede un'attenta revisione della sicurezza.

Normalmente aperto vs normalmente chiuso

Nell'a normally closed valve, no flow passes in the rest state. This is the safer default for most automation because actuators relax to a defined position. In a normally open valve, flow passes in the rest state. This suits functions that must remain active when power is off, such as keeping a coolant nozzle open or continuously venting a pressure line. The choice is not about performance; it is about defining what the machine should do during an outage.

Monostabile vs bistabile (latching)

Una valvola monostabile è dotata di un solenoide e di una molla di ritorno: quando viene tolta l'alimentazione, la molla ripristina immediatamente la spola. Una valvola bistabile ha due solenoidi e non ha molla di ritorno: la spola rimane nell'ultima posizione in cui è stata spostata, anche senza alimentazione. La bobina assorbe corrente solo durante l'impulso di commutazione, il che significa minore generazione di calore, minore consumo di energia e nessun rischio di incendio continuo della bobina in stato di stallo.

Un tipico esempio è una valvola 5/2 a doppio solenoide che aziona un cilindro di bloccaggio. Se l'energia si interrompe a metà ciclo, il cilindro mantiene il suo attuale stato di bloccaggio, che può proteggere il pezzo. Lo stesso comportamento, tuttavia, significa che la macchina si riavvia in uno stato sconosciuto. Se la sequenza di riavvio non comanda prima entrambi i solenoidi, può verificarsi un movimento imprevisto. Per questo motivo, le valvole bistabili sono comuni nelle apparecchiature alimentate a batteria e nei sistemi in cui la posizione dell'attuatore deve essere mantenuta durante brevi interruzioni di corrente, ma richiedono una sequenza di controllo ben scritta.

Come scegliere il giusto tipo di elettrovalvola pneumatica: criteri di selezione

Una volta che il tipo è chiaro, il lavoro rimanente è la specifica. La lista di controllo seguente segue l'ordine effettivamente utilizzato dalla maggior parte degli ingegneri pneumatici quando dimensionano una valvola per una nuova macchina.

1. Identificare l'attuatore. Cilindro a semplice effetto: 3/2 vie. Cilindro a doppio effetto: 5/2 vie o 5/3 vie se è richiesta una posizione centrale definita.
2. Decidi lo stato di riposo. Scegli normalmente aperto o normalmente chiuso per valvole 2/2 e 3/2; scegliere monostabile o bistabile per valvole 5/2; scegli la configurazione centrale per valvole 5/3.
3. Controllare la pressione minima di esercizio. Le valvole pilotate necessitano di circa 0,15 MPa. Se il circuito può scendere al di sotto di questo valore, passare all'azione diretta o aggiungere un regolatore prima della valvola.
4. Abbinare tensione e tipo di bobina. 24 VCC è lo standard per le macchine basate su PLC. Le bobine CA sono ancora comuni nei retrofit, ma devono essere abbinate esattamente al circuito di controllo.
5. Calcolare il coefficiente di flusso (Cv). Un Cv più grande significa un flusso d'aria maggiore e un movimento del cilindro più veloce. Stima in base all'alesaggio del cilindro, alla corsa e al tempo di ciclo richiesto invece di tirare a indovinare.
6. Seleziona la dimensione della porta e la connessione. Le porte filettate (G1/8, G1/4, ecc.), i raccordi istantanei a innesto o il montaggio su sottobase modificano tutti il ​​layout fisico.
7. Verificare il tempo di risposta. Le valvole ad azione diretta rispondono generalmente nell'intervallo da 10 a 20 ms; valvole pilotate nell'intervallo da 20 a 50 ms. Per tassi di ciclo molto elevati, questo conta tanto quanto Cv.
8. Tenete conto dell'ambiente. La temperatura ambiente, l'umidità, la polvere e il grado di protezione IP influiscono sulla durata della tenuta e sull'affidabilità della bobina.

Quando si combina la potenza della valvola con il resto delle unità di preparazione, la stessa logica ingegneristica si applica anche a monte. Un riferimento pratico è questo analisi dell'adattamento della pressione e della tenuta dell'impianto , che spiega come interagiscono in un circuito reale l'insieme filtro-regolatore-lubrificatore, il campo di pressione della valvola e i raccordi. È una fonte comune di guasti nascosti quando una valvola è classificata correttamente ma i componenti circostanti non lo sono.

Errori comuni nella scelta dei tipi di elettrovalvole pneumatiche

Numerosi errori ricorrenti compaiono più e più volte nei rapporti di messa in servizio delle macchine e nei registri di manutenzione. La tabella seguente riassume cosa va storto, quali sintomi vedrai sulla macchina e la correzione.

La maggior parte di questi guasti è evitabile esaminando brevemente il simbolo della valvola, il tipo di attuatore e la pressione di alimentazione prima di ordinare. Se la macchina esiste già e il problema si manifesta in fase di prima messa in servizio verificare prima il simbolo della valvola stampigliato sul corpo; è più veloce che sostituire le parti alla cieca.

Domande frequenti sui tipi di elettrovalvole pneumatiche

Cosa significa "2/2 vie" o "5/2 vie" in un'elettrovalvola pneumatica?

Il primo numero è il numero di porte aeree funzionanti e il secondo numero è il numero di posizioni della bobina. Una valvola 5/2 ha quindi cinque porte (pressione, due porte per cilindro e due scarichi) e due posizioni. Una valvola 3/2 ha tre porte e due posizioni.

Quale tipo di elettrovalvola pneumatica devo utilizzare per un cilindro a semplice effetto?

Utilizzare una valvola a 3/2 vie. Pressurizza la porta del cilindro per estendere lo stelo e quindi collega la stessa porta allo scarico in modo che la molla interna possa ritrarla. L'impostazione predefinita standard è una valvola 3/2 normalmente chiusa.

Quale tipo di elettrovalvola pneumatica devo utilizzare per un cilindro a doppio effetto?

Utilizzare una valvola a 5/2 vie per il funzionamento di estensione e retrazione standard. Utilizzare una valvola a 5/3 vie se il cilindro deve fermarsi anche a metà corsa o fluttuare in una posizione centrale definita.

Qual è la differenza tra le elettrovalvole ad azione diretta e quelle pilotate?

Una valvola ad azione diretta muove la bobina utilizzando solo la bobina, quindi funziona da 0 MPa ma fa passare meno aria. Una valvola pilotata utilizza la pressione dell'aria in ingresso per spostare la bobina principale, che consente un flusso maggiore, ma richiede una pressione operativa minima di circa 0,15 MPa.

Quando dovrei scegliere una valvola 5/3 invece di una valvola 5/2?

Scegli una valvola 5/3 quando il cilindro deve fermarsi a metà corsa, galleggiare o rimanere pressurizzato a metà. Il tipo con centro fa una grande differenza: il centro chiuso blocca il pistone, il centro in scarico lo lascia galleggiare e il centro in pressione mantiene entrambe le porte pressurizzate con un maggiore consumo d'aria.

Quando ho bisogno di una valvola bistabile o bisolenoide?

Utilizzare una valvola a doppio solenoide quando l'attuatore deve mantenere la sua ultima posizione dopo una perdita di potenza e quando si desidera ridurre il riscaldamento continuo della batteria. Tieni presente che non è presente alcuna molla per ripristinare la bobina, quindi la macchina potrebbe riavviarsi in uno stato sconosciuto.

Quale voltaggio devo scegliere per un'elettrovalvola pneumatica?

La tensione a 24 V CC è la scelta più comune per le moderne macchine controllate da PLC perché è sicura, semplice da pilotare e facile da proteggere con diodi di soppressione dei picchi. Esistono ancora versioni CA a 110 VCA o 220 VCA per i pannelli di controllo di vecchia generazione, ma richiedono un attento abbinamento della bobina all'alimentazione.

Posso utilizzare un'elettrovalvola pneumatica per acqua o olio?

No. Le elettrovalvole dell'aria utilizzano guarnizioni e percorsi di flusso progettati per l'aria compressa. Per fluidi quali acqua, olio o gas, utilizzare elettrovalvole per fluidi dedicate come la serie 2S in acciaio inossidabile di CKT o la serie 2W in rame, dotate di guarnizioni e materiali del corpo compatibili con i fluidi.