Che cos'è un'elettrovalvola pneumatica e la prima decisione da prendere
Un'elettrovalvola pneumatica è una valvola direzionale elettromeccanica che utilizza una bobina elettrica per aprire, chiudere o reindirizzare l'aria compressa. La risposta più diretta per la maggior parte dei progetti di automazione è: scegliere prima la funzione della valvola, poi la dimensione del flusso, quindi la tensione e lo stile di montaggio.
Se si controlla un cilindro a doppio effetto, a Valvola pilotata 5/2 è il punto di partenza convenzionale. Se si controlla un cilindro a semplice effetto, a Valvola 3/2 di solito è sufficiente. Se è necessario solo bloccare o rilasciare l'aria, a Valvola 2/2 farà il lavoro.
Il processo pratico di selezione prevede tre fasi: definire la funzione della valvola, calcolare la portata richiesta e abbinare le condizioni elettriche e di installazione. Le sezioni seguenti spiegano ogni passaggio nel dettaglio, con punti tecnici specifici che fanno la differenza tra una macchina affidabile e un problema di manutenzione cronico.
Come funziona un'elettrovalvola pneumatica?
Il principio di funzionamento è semplice nel concetto: una bobina elettrica crea un campo magnetico, il campo magnetico muove uno stantuffo o un'armatura e quel movimento sposta una bobina o un otturatore all'interno del corpo della valvola. L'elemento spostato collega diverse porte in modo che l'aria possa fluire in una direzione o nell'altra.
- Bobina – converte l’energia elettrica in forza magnetica.
- Stantuffo o armatura – si muove in risposta al campo magnetico.
- Tubo centrale – guida e protegge la parte mobile.
- Ritorno a molla – riporta la valvola nella sua posizione normale quando viene interrotta l'alimentazione.
- Bobina o otturatore – modifica le connessioni tra le porte.
- Corpo valvola – trasporta le porte di ingresso, uscita e scarico.
- Guarnizioni e sedile – mantenere separati i passaggi interni e controllare le perdite.
Elettrovalvole ad azione diretta
Le valvole ad azione diretta non necessitano di una pressione operativa minima. La bobina deve essere sufficientemente resistente da muovere la bobina o l'otturatore contro la molla di ritorno e la pressione del sistema. Poiché la forza magnetica è limitata, le valvole ad azione diretta vengono normalmente utilizzate per portate ridotte e dimensioni delle porte ridotte. Funzionano bene per cilindri a semplice effetto, circuiti di controllo pilota e applicazioni di soffiaggio dell'aria. Per i servizi a basso flusso che richiedono un passaggio affidabile dalla pressione zero, il Valvola a sede ad azionamento diretto CKT VT307 Elettrovalvola a 3 vie è un tipico esempio.
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Le valvole pilotate utilizzano un piccolo solenoide per dirigere l'aria verso un'estremità di una bobina più grande. La pressione dell'aria sposta quindi la bobina. Questo design è efficiente perché la bobina può rimanere piccola mentre la valvola gestisce un flusso elevato. Il compromesso è che le valvole pilotate richiedono una pressione minima, solitamente intorno da 0,1 a 0,15 MPa , per spostarsi in modo affidabile. Per l'aria di fabbrica tipica da 0,4 a 0,8 MPa, una valvola pilotata 5/2 come la Elettrovalvola pilotata a 5 vie serie CKT 4V è l'elemento costitutivo standard per il controllo del cilindro a doppio effetto.
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Le elettrovalvole pneumatiche sono solitamente descritte da due numeri: il numero di porte di lavoro e il numero di posizioni. Una valvola 3/2 ha tre porte e due posizioni; una valvola 5/2 ha cinque porte e due posizioni. Il primo numero è più importante quando si progetta il circuito perché definisce come viene fornita e scaricata l'aria compressa.
Valvole a 2/2 vie
Le valvole a due vie e due posizioni sono essenzialmente valvole di intercettazione per l'aria. Vengono utilizzati dopo l'unità di trattamento dell'aria, all'interno dei circuiti del vuoto o ovunque sia necessario semplicemente aprire o chiudere una linea. Poiché la valvola deve interrompere solo una linea, la struttura è compatta. Per le linee piccole, il Elettrovalvola a 2 vie ad azione diretta CKT 2V025 è un'opzione rappresentativa, comunemente fornita in una configurazione normalmente chiusa.
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Tre vie e due posizioni ne fanno la classica valvola per cilindri a semplice effetto. La porta 1 è l'alimentazione, la porta 2 va al cilindro e la porta 3 è lo scarico. In una valvola 3/2 normalmente chiusa, energizzando la bobina si invia aria dalla porta 1 alla porta 2; diseccitando gli scarichi dalla porta 2 alla porta 3. Le valvole a tre vie vengono utilizzate anche per pilotare valvole più grandi, azionare generatori di vuoto e soffiare parti.
Valvole a 5/2 vie
Cinque porte e due posizioni sono la scelta standard per i cilindri a doppio effetto. La valvola ha una porta di alimentazione, due porte per il cilindro e due porte di scarico. In una posizione, l'alimentazione è collegata alla prima porta del cilindro e la seconda porta del cilindro è scaricata; nell'altra posizione, l'alimentazione viene commutata alla seconda porta del cilindro e la prima porta viene scaricata. Questa connessione alternata estende e ritrae lo stelo del cilindro.
Valvole a 5/3 vie
Le valvole a cinque porte e tre posizioni aggiungono una posizione centrale a una valvola 5/2. La posizione centrale può essere centro chiuso, centro in scarico o centro in pressione. Il centro chiuso è popolare per fermare saldamente un cilindro in una posizione intermedia; il centro di scarico consente al cilindro di galleggiare; il centro di pressione mantiene entrambe le porte pressurizzate. Il tipo centrale modifica il comportamento del cilindro quando entrambi i solenoidi sono diseccitati.
| Configurazione | Porti | Posizioni | Applicazione tipica |
|---|---|---|---|
| 2/2 | 2 | 2 | Semplice alimentazione dell'aria on/off, commutazione del vuoto |
| 3/2 | 3 | 2 | Cilindri a semplice effetto, valvole pilota |
| 5/2 | 5 | 2 | Cilindri a doppio effetto |
| 5/3 | 5 | 3 | Cilindri a doppio effetto with intermediate stop |
Azione diretta e pilotata: un confronto pratico
La scelta tra valvole ad azione diretta e valvole pilotate non riguarda la qualità; si tratta della busta operativa. Le valvole ad azione diretta funzionano a pressione zero ma hanno una capacità di flusso inferiore. Le valvole pilotate possono gestire un flusso maggiore con una bobina più piccola ma necessitano di una pressione minima. La tabella seguente riassume la differenza nel modo in cui un progettista di macchine dovrebbe considerarli.
| Criterio | Azione diretta | Operato dal pilota |
|---|---|---|
| Pressione minima | 0 MPa | Tipicamente da 0,1 a 0,15 MPa |
| Bobina force needed | Maggiore rispetto alla capacità di flusso | Più in basso, perché l'aria aiuta lo spostamento |
| Capacità di flusso | Inferiore per una data dimensione corporea | Più alto per una data dimensione corporea |
| Dimensione tipica della porta | Da 1/8 a 1/4 di pollice | Da 1/4 a 3/8 pollici e più grandi |
| Più adatto per | Circuiti pilota, piccoli cilindri, servizio a bassa portata | Alimentazione dell'attuatore principale, sistemi ad alto ciclo |
In pratica, la maggior parte delle macchine di produzione utilizzano valvole pilotate per l'alimentazione del cilindro principale perché la richiesta di flusso è troppo elevata per una valvola ad azione diretta con la stessa dimensione di attacco. Le valvole ad azione diretta vengono quindi utilizzate per il controllo pilota o per applicazioni in cui l'alimentazione dell'aria può essere interrotta.
Normalmente chiuso, normalmente aperto o bistabile?
Lo stato predefinito di un'elettrovalvola determina cosa succede quando la bobina è diseccitata. Si tratta di una decisione di sicurezza oltre che funzionale, poiché la posizione della valvola dopo una perdita di potenza può arrestare il movimento, rilasciare la pressione o mantenere in funzione un processo.
Valvole normalmente chiuse
In una valvola normalmente chiusa, l'attacco di alimentazione è bloccato quando la bobina è spenta. Un'applicazione comune è un cilindro a semplice effetto: quando viene rimossa l'alimentazione, l'aria del cilindro viene scaricata e il cilindro ritorna nella posizione di molla. Questa è solitamente la scelta più sicura per i dispositivi di sollevamento o bloccaggio verticale.
Valvole normalmente aperte
In una valvola normalmente aperta, l'alimentazione scorre attraverso la valvola quando la bobina è spenta. Ciò è utile quando il flusso d'aria di raffreddamento o l'erogazione di lubrificazione devono continuare a meno che la macchina non venga arrestata intenzionalmente. Può essere utilizzata anche come valvola di scarico che rimane aperta a riposo.
Valvole bistabili o bistabili
Una valvola bistabile ha due stati stabili e mantiene la sua ultima posizione senza alimentazione continua della bobina. Consuma meno energia e funziona a temperature più basse perché la bobina viene eccitata solo durante la commutazione. La limitazione è che non ha una posizione di sicurezza definita, quindi il sistema di controllo deve gestire esplicitamente lo stato di perdita di potenza.
Specifiche chiave da verificare prima dell'acquisto
Un'elettrovalvola può sembrare identica ma funzionare in modo molto diverso. La tabella delle specifiche riportata di seguito rappresenta la lista di controllo minima da rivedere prima di ordinare una valvola per una nuova macchina.
| Specifica | Perché è importante | Gamma tipica |
|---|---|---|
| Dimensione della porta | Definisce la connessione del raccordo e limita la portata massima. | Filettature PT, NPT o G da 1/8, 1/4, 3/8, 1/2 pollici |
| Coefficiente di portata Cv | Indica quanta aria può far passare la valvola; un Cv più elevato consente un movimento più rapido del cilindro. | Da 0,2 a 3,0 per la maggior parte delle elettrovalvole |
| Pressione di esercizio | Le valvole ad azione diretta spesso partono da 0 MPa; le valvole pilotate necessitano di una pressione minima. | da 0 a 1,0 MPa diretto; Pilota da 0,15 a 0,9 MPa |
| Tensione di alimentazione | Deve corrispondere all'uscita, al relè o all'alimentatore del PLC. | 24 V CC, 110 V CA, 220 V CA |
| Consumo energetico | Influisce sull'aumento di calore e sulla possibilità che una scheda PLC possa azionare direttamente la valvola. | Da 2 a 5 W per piccole valvole industriali |
| Tempo di risposta | Influisce sul tempo di ciclo e sulla sincronizzazione nelle macchine ad alta velocità. | Da 10 a 50 ms a seconda della dimensione della valvola |
| Intervallo di temperatura | Le guarnizioni e i materiali della bobina stabiliscono il limite di funzionamento. | da 0 a 60 °C tipico; varianti speciali ampliano la gamma |
| Valutazione della custodia | Protegge la bobina da polvere e spruzzi d'acqua. | IP65 per ambienti soggetti a lavaggio |
Di queste specifiche, Cv è il parametro che gli ingegneri spesso sottovalutano. Una minuscola valvola 3/2 può avere un Cv di circa 0,3, che va bene per un cilindro di piccolo alesaggio ma troppo piccolo per un cilindro di alesaggio di 63 mm che si muove ad alta velocità. Come regola di dimensionamento approssimativa, scegliere una valvola con almeno un Cv Dal 20 al 30 per cento in più rispetto al fabbisogno calcolato; ciò lascia margine per perdite di linea, raccordi e guarnizioni invecchiate. Il calcolo si basa sul volume del cilindro e sulla velocità della corsa richiesta ed è necessario verificarlo con i dati del produttore del cilindro.
I problemi di installazione sono spesso causati da una pressione non corrispondente e da una tenuta inadeguata. Per uno sguardo più approfondito su come interagiscono le connessioni delle porte e i materiali delle guarnizioni, puoi leggere questo panoramica tecnica sull'adattamento della pressione e sulla sigillatura dell'installazione .
Stili di montaggio: in linea, collettore e sottobase
Montaggio in linea
Il montaggio in linea significa che la valvola è installata direttamente nella linea dell'aria, solitamente con raccordi per tubi su ciascuna porta. È semplice da sostituire e facile da capire. Questa è una buona scelta per macchine con uno o due cilindri o per lavori di retrofit dove lo spazio non è critico.
Montaggio su collettore
Il montaggio su collettore colloca diverse valvole su una base comune con condotti di alimentazione e scarico condivisi. Riduce i tubi, rende il cablaggio più pulito e semplifica la risoluzione dei problemi. La maggior parte delle famiglie di elettrovalvole 5/2 offrono piastre collettore per due, quattro, sei o più stazioni. Prima di impegnarsi in una disposizione del collettore, verificare che la serie di valvole necessaria sia disponibile in una versione con montaggio su collettore; puoi iniziare esaminando la gamma di componenti di controllo pneumatico in Il catalogo prodotti di CKT .
Montaggio su base o modulare
Il montaggio su sottobase separa il corpo valvola dalla base. La valvola può essere rimossa senza disturbare le tubazioni. Questo è comune per le valvole più grandi e per le applicazioni che richiedono una manutenzione elevata in cui è importante una sostituzione rapida.
Selezione basata sull'applicazione e una lista di controllo pratica
Cilindro a semplice effetto
Per un cilindro a semplice effetto, utilizzare una valvola 3/2. Se il cilindro è con ritorno a molla, scegliere una valvola normalmente chiusa quando si desidera che il cilindro si ritragga dopo aver interrotto l'alimentazione. Aggiungere una valvola di controllo della velocità all'attacco del cilindro se è necessario controllare la velocità della corsa in una direzione.
Cilindro a doppio effetto
Per un cilindro a doppio effetto, utilizzare una valvola 5/2. Se è necessario fermare il cilindro in una posizione intermedia, utilizzare una valvola 5/3 a centro chiuso. Per corse lunghe o frequenze di ciclo elevate, scegliere un Cv maggiore e controllare il tempo di risposta. Considerare anche l'equilibrio della forza su entrambe le porte del cilindro, poiché una pressione non uniforme può causare deriva.
Manipolazione con il vuoto
Molti sistemi di vuoto utilizzano un'elettrovalvola 3/2 o 2/2 subito prima del generatore di vuoto per accendere e spegnere il vuoto. Per rilasciare i pezzi, una valvola di scarico rapido o una valvola di sicurezza del vuoto rilascia la parte più velocemente. Non è necessario che la dimensione dell'elettrovalvola sia grande perché il generatore di vuoto gestisce il flusso; è necessario commutare solo il flusso pilota al Venturi. È qui che sono particolarmente utili le piccole valvole ad azione diretta.
Un produttore con una lunga esperienza nel settore delle elettrovalvole può semplificare questo processo di selezione. CKT Pneumatic, che ha iniziato con le elettrovalvole da 4 V nel 2002 e da allora si è espanso fino a includere un'ampia gamma di componenti pneumatici prodotti internamente, è un esempio di fornitore con una storia ingegneristica pratica in questo settore.
Utilizza la seguente lista di controllo quando sei pronto per effettuare un ordine:
- Definire il tipo di attuatore: a semplice effetto, a doppio effetto, pilota o vuoto.
- Calcolare o stimare il flusso richiesto e convertirlo in un Cv minimo.
- Selezionare la configurazione della porta: 2/2, 3/2, 5/2 o 5/3.
- Scegliere la tensione operativa e verificare se il PLC può fornire la corrente di spunto e di mantenimento.
- Verificare il campo della pressione operativa rispetto alla pressione pilota minima.
- Scegli lo stile di montaggio: in linea, collettore o sottobase.
- Confermare la compatibilità della temperatura ambiente e del materiale di tenuta.
- Controllare la classificazione della custodia se la valvola si trova vicino ad aree soggette a lavaggio o polverose.
Risoluzione dei problemi e manutenzione
Errori comuni e correzioni
| Sintomo | Probabile causa | Soluzione pratica |
|---|---|---|
| La valvola non si sposta | Nessuna pressione pilota; bobina bloccata | Controllare l'alimentazione e la pressione pilota; bobina pulita |
| Bobina overheats | Voltaggio sbagliato; servizio continuo | Corrispondenza di tensione; ridurre il servizio o migliorare il raffreddamento |
| Il cilindro striscia | Perdita interna; usura delle guarnizioni | Sostituire le guarnizioni o sostituire la valvola |
| Suono ronzante | Nucleo allentato; Traferro della bobina CA | Stringere il montaggio; sostituire la bobina se danneggiata |
| Azionamento lento | Cv basso; silenziatore o scarico intasato | Controlla CV; pulire il silenziatore di scarico e le tubazioni |
Suggerimenti per la manutenzione preventiva
- Mantenere l'aria compressa pulita e asciutta e ispezionare regolarmente il filtro dell'aria.
- Mantenere la pressione in ingresso entro l'intervallo nominale per il tipo di valvola.
- Azionare le valvole del minimo almeno una volta al mese per evitare che la bobina si blocchi.
- Ispezionare la bobina e le guarnizioni più frequentemente nelle applicazioni ad alta temperatura.
- Non aggiungere lubrificante a meno che le specifiche della valvola non lo richiedano; molte valvole moderne sono prelubrificate.
- Sostituire i silenziatori danneggiati perché uno scarico bloccato può far sì che la valvola si comporti come una valvola più piccola.
Domande frequenti sulle elettrovalvole pneumatiche
Qual è la differenza tra un'elettrovalvola 2/2 e una 3/2?
Una valvola 2/2 ha due porte e due posizioni; apre o chiude semplicemente una linea aerea. Una valvola 3/2 ha tre porte e due posizioni; può fornire aria a un dispositivo e quindi scaricare la stessa linea. Utilizzare una valvola 3/2 quando è necessario pressurizzare e sfiatare alternativamente un cilindro o una camera pilota.
Un'elettrovalvola ad azione diretta può funzionare a pressione zero?
SÌ. Le valvole ad azione diretta non richiedono una pressione minima per lo spostamento; funzionano da 0 MPa fino alla pressione nominale. Ciò li rende adatti per circuiti di controllo pilota e applicazioni a portata ridotta in cui la linea principale può essere completamente chiusa.
Come calcolo il Cv di cui ho bisogno?
Iniziare con l'alesaggio del cilindro, la corsa e il tempo di ciclo desiderato. Utilizzare il consumo d'aria al minuto e la pressione disponibile per trovare il Cv richiesto. Se non disponi di un software di calcolo, utilizza una regola semplice: scegli una valvola con un Cv superiore dal 20 al 30% rispetto al numero calcolato, quindi verifica con i dati del produttore della bombola.
Perché la mia elettrovalvola si surriscalda?
Le cause più comuni sono tensione errata, eccitazione continua con una bobina progettata per servizio intermittente o scarsa dissipazione del calore attorno alla bobina. Controllare la potenza nominale della bobina, la stabilità della tensione di alimentazione e il ciclo di lavoro dell'applicazione.
Quale voltaggio dovrei scegliere?
DC24V è la scelta più comune per le macchine controllate da PLC perché è sicura, semplice e compatibile con la maggior parte dei controller. AC110V e AC220V sono ancora utilizzati in circuiti più semplici o pannelli preesistenti. Adattare esattamente la tensione, perché anche una breve sovratensione può bruciare una bobina.
Dovrei scegliere una valvola normalmente aperta o normalmente chiusa?
Scegli in base al comportamento fail-safe di cui hai bisogno. Se lo stato diseccitato deve interrompere il flusso d'aria o ritrarre un cilindro, utilizzare normalmente chiuso. Se lo stato diseccitato deve mantenere il flusso d'aria per prevenire la perdita di pressione o mantenere il raffreddamento, utilizzare normalmente aperto.
