先導(dǎo)式電磁閥作用原理

                         上海申弘閥門(mén)有限公司

 在電磁先導(dǎo)閥(下圖) 電磁頭不通電的情況下(電磁頭無(wú)輸出力) , 彈簧的作用力作用在閥桿上,閥桿將閥芯壓緊在閥座上并保持密封。當(dāng)電磁頭通電產(chǎn)生提升力, 克服彈簧的力, 將閥桿提起, 閥芯脫離閥座, 系統(tǒng)介質(zhì)排放。先導(dǎo)式電磁閥，通電時(shí)，依靠電磁力提起閥桿，導(dǎo)閥口打開(kāi)，此時(shí)電磁閥上腔通過(guò)先導(dǎo)孔卸壓，在主閥芯周圍形成上低下高的壓差，在壓力差的作用下，流體壓力推動(dòng)主閥芯向上移動(dòng)將主閥口打開(kāi)；斷電時(shí)，在彈簧力和主閥芯重力的作用下，閥桿復(fù)位，電磁閥上腔壓力升高，流體壓力推動(dòng)主閥芯向下移動(dòng)，主閥口關(guān)閉。電磁閥工作原理：當(dāng)線圈通電時(shí)，電磁鐵芯吸合，卸壓孔打開(kāi)，主活塞由介質(zhì)壓力推動(dòng)，打開(kāi)主閥口，介質(zhì)流通。上海申弘閥門(mén)有限公司主營(yíng)閥門(mén)有：減壓閥(氣體減壓閥,可調(diào)式減壓閥,波紋管減壓閥,活塞式減壓閥,蒸汽減壓閥,先導(dǎo)式減壓閥,空氣減壓閥,氮?dú)鉁p壓閥,水用減壓閥,自力式減壓閥,比例減壓閥)、安全閥、保溫閥、低溫閥、球閥、截止閥、閘閥、止回閥、蝶閥、過(guò)濾器、放料閥、隔膜閥、旋塞閥、柱塞閥、平衡閥、調(diào)節(jié)閥、疏水閥、管夾閥、排污閥、排氣閥、排泥閥、氣動(dòng)閥門(mén)、電動(dòng)閥門(mén)、高壓閥門(mén)、中壓閥門(mén)、低壓閥門(mén)、水力控制閥、真空閥門(mén)、襯膠閥門(mén)、襯氟閥門(mén)。當(dāng)線圈斷電時(shí)，主閥口關(guān)閉，介質(zhì)截止。常開(kāi)：當(dāng)線圈通電時(shí)，電磁鐵芯吸合，卸壓孔打閉，主活塞由介質(zhì)壓力推動(dòng)，關(guān)閉主閥口，介質(zhì)截止。 當(dāng)線圈斷電時(shí)，主閥口打開(kāi)，介質(zhì)流通。電磁閥按內(nèi)部結(jié)構(gòu)形式不同，分為先民式和直動(dòng)式兩種結(jié)構(gòu)形式，其原理如下：

先導(dǎo)式電磁閥

先導(dǎo)式電磁閥工作原理圖工作原理：采用二次開(kāi)閥結(jié)構(gòu)，當(dāng)電磁線圈通電后即瞬間產(chǎn)生磁場(chǎng)，在電磁力的作用下，動(dòng)鐵芯吸合，副閥開(kāi)啟，此時(shí)主閥芯向上運(yùn)動(dòng)，達(dá)到主閥開(kāi)啟介質(zhì)流通的目的。當(dāng)電磁閥線圈斷電后，磁場(chǎng)消失，動(dòng)鐵芯在彈簧力的作用下復(fù)位，將副閥關(guān)閉，此時(shí)介質(zhì)從平衡孔進(jìn)入主閥芯上腔，使上腔壓力升高，在彈簧力和壓力差的雙重作用下，使主閥芯復(fù)位，將主閥關(guān)閉，介質(zhì)流斷。

直動(dòng)式電磁閥

直動(dòng)式電磁閥工作原理圖工作原理：直動(dòng)式電磁閥為平衡直動(dòng)式結(jié)構(gòu)，它是利用壓力自動(dòng)平衡原理及電磁閥力共同作用于閥芯，動(dòng)鐵芯與閥芯為一體化結(jié)構(gòu)。當(dāng)線圈通電時(shí)，動(dòng)鐵芯受電磁力驅(qū)動(dòng)直接向上作用與定鐵芯及合，閥口瞬時(shí)打開(kāi)，介質(zhì)通過(guò)。線圈失電時(shí)，磁力消失，動(dòng)閥芯在彈簧力作用下下落并封閉閥口，介質(zhì)斷流。特別適用于介質(zhì)需要排空或高低壓同時(shí)存在的場(chǎng)所使用。
先導(dǎo)膜片式結(jié)構(gòu)，低功能。先導(dǎo)式電磁閥，由先導(dǎo)閥與主閥組成，兩者有通道相，當(dāng)電磁閥線圈通電，動(dòng)鐵芯與靜鐵芯吸合使導(dǎo)閥孔開(kāi)放，閥芯背腔的壓力通過(guò)導(dǎo)閥孔流向出口，此時(shí)閥芯背腔的壓力低于進(jìn)口壓力，利用壓差使閥芯脫離主閥口，介質(zhì)從進(jìn)口流向出口。當(dāng)線圈斷電，動(dòng)鐵芯與靜鐵芯脫離，關(guān)閉了導(dǎo)閥孔，閥芯背腔壓力受進(jìn)口壓力的補(bǔ)充逐漸趨于和進(jìn)口平衡，閥芯因彈簧力作用下把閥門(mén)緊密關(guān)閉。

導(dǎo)活塞式電磁閥如：ZCB、ZCZP、ZCGL

先導(dǎo)膜片式電磁閥如： ZCA、ZCS

特點(diǎn)：功率消耗低、通徑較大，而結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方向任意，但只能用于電磁閥兩端有一定壓差的場(chǎng)合。

 電磁閥是航天領(lǐng)域中廣泛使用的控制元件, 某先導(dǎo)式雙向電磁閥是兩位五通結(jié)構(gòu), 具有常開(kāi)和常閉兩個(gè)腔體, 通過(guò)氣體流動(dòng)切換下游用氣設(shè)備的打開(kāi)和關(guān)閉。由于該電磁閥內(nèi)部結(jié)構(gòu)和氣路通道比較復(fù)雜, 在使用過(guò)程中, 發(fā)現(xiàn)同一種電磁閥的不同個(gè)體會(huì)呈現(xiàn)出不同的建壓過(guò)程。由于該電磁閥的常開(kāi)腔和常閉腔建壓壓力(無(wú)特殊說(shuō)明, 本文中的壓力均指表壓) 和建壓時(shí)間有可能對(duì)下游用氣設(shè)備產(chǎn)生較大影響, 故需要對(duì)其進(jìn)行深入分析。

          先導(dǎo)式雙向電磁閥主要由閥體、常閉主閥瓣、常開(kāi)主閥瓣、先導(dǎo)閥瓣、電磁鐵等零部件組成。主閥瓣和活塞之間通過(guò)頂桿相連(圖1) , 其特點(diǎn)是內(nèi)部無(wú)彈簧等彈性復(fù)位元件, *靠氣動(dòng)力和電磁力切換各氣路通道, 控制常開(kāi)腔和常閉腔供氣和密封, 高工作壓力5.0MPa 。

        當(dāng)電磁鐵處于斷電狀態(tài)時(shí), 進(jìn)口氣體分為兩路, 一路直接作用于常開(kāi)主閥瓣上使其打開(kāi), 電磁閥常開(kāi)腔B 供氣, 另外一路作用于先導(dǎo)閥瓣上,并沿氣體通道進(jìn)入常閉控制腔F 內(nèi), 使常閉主閥瓣密封。當(dāng)電磁鐵通電后, 先導(dǎo)閥瓣關(guān)閉, 常閉控制腔F 內(nèi)氣體從放氣口D 排入大氣, 常閉控制腔F泄壓, 常閉主閥瓣開(kāi)啟, 電磁閥常閉腔C 供氣,同時(shí)氣體也會(huì)沿氣體通道進(jìn)入到常開(kāi)控制腔E 內(nèi),將常開(kāi)主閥瓣壓緊密封。
保護(hù)型膜片結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，壽命延長(zhǎng)兩倍。
配管方式可以任意角度安裝，為增強(qiáng)壽命是水平管接線圈朝上。
線圈防護(hù)等級(jí)IP65。
適用介質(zhì)：液體、水、熱水、氣體、油、瓦斯等

 
                  1、 閥位指示器 2、電磁頭 3、軛架 4、彈簧 5、閥桿閥芯組建 6、閥體 7、閥座
    先導(dǎo)式電磁閥常見(jiàn)故障
    1、閥芯上部銷孔磨損, 銷孔內(nèi)側(cè)有較為明顯的被磨壓形成的凹槽, 微觀形貌可見(jiàn)有磨屑磨粒及較短的劃痕等特征, 磨痕邊緣為擠壓輾平的金屬磨屑形態(tài)。閥芯內(nèi)腔底部與調(diào)節(jié)螺釘接觸處, 可見(jiàn)有明顯的磨損痕跡, 靠中間位置形成一圓形的凹坑, 微觀形貌可見(jiàn)有剝落及腐蝕微孔等顯微特性。
    2、閥桿僅外圓表面有局部磨損, 存在部分剝落現(xiàn)象, 局部區(qū)域留下了與軸向基本平行的溝槽特征,可認(rèn)為該閥芯與閥桿間存在周向相對(duì)運(yùn)動(dòng)。
    3、銷釘兩端有明顯的磨損及溝槽, 表面有可見(jiàn)剝落及較短的劃痕等顯微特性。
    先導(dǎo)式電磁閥原因分析
    經(jīng)檢測(cè), 閥芯、閥桿、調(diào)節(jié)螺釘和銷釘材料的化學(xué)成分均與設(shè)計(jì)技術(shù)要求一致。硬度測(cè)試結(jié)果顯示, 調(diào)節(jié)螺釘?shù)挠捕燃s為280HV , 閥芯硬度約為440HV , 閥桿硬度約為500HV , 銷釘硬度約為550HV。分析確定, 閥門(mén)開(kāi)啟時(shí)閥芯等組件沿軸向產(chǎn)生微小振動(dòng)及周向的相對(duì)微小轉(zhuǎn)動(dòng), 造成了銷釘、閥芯銷孔處以及閥桿外表面的局部磨損。對(duì)于調(diào)整螺釘?shù)穆菁y部位而言, 宏觀分析及微觀分析表明, 該部位主要為接觸疲勞引起的失效。由于螺紋連接部位存在一定的間隙, 在接觸應(yīng)力以及泄漏引起的振動(dòng)荷載作用下, 金屬表面的直接接觸以及相對(duì)的運(yùn)動(dòng), 使硬度相對(duì)較低的螺桿螺紋表面產(chǎn)生剝落(能譜分析結(jié)果表明磨損表面發(fā)生了金屬的遷移) 。剝落的磨屑及基體脫落的粒子又使表面產(chǎn)生了磨料磨損, 同時(shí)兼有腐蝕磨損等, 導(dǎo)致了螺紋部的失效。由金相分析可知, 螺紋部的外表層存在較明顯的形變流變痕跡, 表明該螺紋部位存在較大的應(yīng)力作用。調(diào)節(jié)螺釘螺紋處的腐蝕麻點(diǎn)及腐蝕斑, 加上先導(dǎo)閥開(kāi)啟后, 其電磁頭保持帶電產(chǎn)生磁性, 引起調(diào)節(jié)螺釘和閥桿材料之間電極電位存在差異, 使調(diào)節(jié)螺釘螺紋處與閥桿之間的電化學(xué)腐蝕作用加速了螺紋處的失效。對(duì)于調(diào)節(jié)螺釘下端頂部而言, 由于閥芯與調(diào)節(jié)螺釘電極電位存在差異, 導(dǎo)致閥芯產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕引起表面粗糙以及接觸強(qiáng)度下降, 因而導(dǎo)致調(diào)節(jié)螺釘下端頂部與閥芯接觸面產(chǎn)生粘著磨損(能譜分析中也可看出磨損面上產(chǎn)生的金屬遷移) , 隨著泄漏引起的軸向振動(dòng)載荷以及周向轉(zhuǎn)動(dòng)載荷的不斷作用, 較軟的螺釘頂部將隨著粘著磨損的進(jìn)行不斷削平, 終導(dǎo)致螺桿接觸端面的失效。部件的失效分析表明, 失效不是由于單向高載荷引起的, 而是一種循環(huán)載荷(如振動(dòng)) 現(xiàn)象。在電磁閥的使用過(guò)程中，有幾點(diǎn)是大多數(shù)學(xué)徒都不太注意的。下兩談?wù)勥@些注意事項(xiàng)。
    安裝注意事項(xiàng)。當(dāng)電磁閥應(yīng)用在氣動(dòng)系統(tǒng)中，與氣動(dòng)元件連接時(shí)一般采用生料帶(即密封帶)纏繞。同樣是為了完成密封的功能而纏繞。但是各位有經(jīng)驗(yàn)的朋友肯定會(huì)碰到這樣一種現(xiàn)象：明明是全新的元件，怎么試機(jī)時(shí)卻老是漏氣。這其中的一個(gè)大原因，也是常見(jiàn)的原因就是，在生料帶纏繞時(shí)沒(méi)有按正確的方法，有部分生料帶跑到氣路里面去了。這要求在纏繞生料帶時(shí)要注意一個(gè)正反的順序。這點(diǎn)請(qǐng)各位學(xué)徒自已去試驗(yàn)和體驗(yàn)。
    對(duì)于電流大的電磁閥須在前端加裝繼電器。尤其是油壓系統(tǒng)中的電磁閥，因?yàn)殡娏鞔?，如果不加裝繼電器，則該電磁閥之壽命將很短。   

    先導(dǎo)式電磁閥改進(jìn)措施
    為了消除閥芯組件的振動(dòng)問(wèn)題, 其有效的方法就是在先導(dǎo)閥處于開(kāi)啟狀態(tài)時(shí), 消除閥芯的自由活動(dòng)性。因此對(duì)閥芯組件做了改進(jìn)。
   ①取消閥桿的上密封, 將閥芯的筒體長(zhǎng)度增加, 以閥芯與閥桿套筒控制閥門(mén)的行程。
   ②取消調(diào)節(jié)螺釘, 不再通過(guò)調(diào)節(jié)螺釘來(lái)調(diào)節(jié)閥門(mén)的行程, 避免材料不同引起電極電位差導(dǎo)致的電化學(xué)腐蝕。閥桿加長(zhǎng), 頂部呈圓頭, 材料仍采用Inconel , 與閥芯材料接近。
   ③銷釘直徑由Φ3mm 增加到Φ5mm , 提高了強(qiáng)度, 以便在閥門(mén)處于開(kāi)啟狀態(tài)下將閥桿的力傳遞到閥芯上, 將閥芯的上密封壓緊在閥桿套筒上, 防止閥門(mén)開(kāi)啟后閥芯在蒸汽流的情況下發(fā)生振動(dòng)。閥門(mén)的行程則通過(guò)閥芯的筒體長(zhǎng)度來(lái)調(diào)整, 在先導(dǎo)閥組裝初期, 通過(guò)加工閥芯的倒密封端來(lái)控制行程, 并控制先導(dǎo)閥的行程為負(fù)偏差, 閥芯和閥座密封面研磨后, 其行程取正偏差, 這樣即使閥芯和閥座密封面多次研磨后也能保證先導(dǎo)閥的行程在允許誤差范圍內(nèi)。閥芯組件改進(jìn)后, 通過(guò)熱態(tài)試驗(yàn)臺(tái)架對(duì)一個(gè)新結(jié)構(gòu)的先導(dǎo)閥進(jìn)行了500 次的開(kāi)關(guān)排放試驗(yàn)。試驗(yàn)完成后, 對(duì)閥芯組件進(jìn)行了解體檢查, 未發(fā)現(xiàn)振動(dòng)造成的磨痕。又經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行3 個(gè)月后解體檢查, 先導(dǎo)閥狀態(tài)良好, 未發(fā)現(xiàn)閥芯部件存在磨痕, 證明已經(jīng)消除了電磁先導(dǎo)閥不能長(zhǎng)時(shí)間開(kāi)啟的缺陷。本文相關(guān)的論文有：中國(guó)閥門(mén)產(chǎn)值遞增