SMC電磁閥動(dòng)作壽命試驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
SMC電磁閥可靠性及耐久性試驗(yàn)的需要，研制實(shí)現(xiàn)了一套基于可編程控制器(PLC) 控制的電磁閥動(dòng)作壽命試驗(yàn)系統(tǒng)，文中對(duì)試驗(yàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、原理及軟硬件設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)闡述。實(shí)踐結(jié)果表明，該系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)對(duì)試驗(yàn)參數(shù)的快速精確控制，具有自動(dòng)化程度高、可靠性好和操作方便的特點(diǎn)，為開(kāi)發(fā)高性能的電磁閥提供了一個(gè)高效能的測(cè)試研究平臺(tái)。
1、引言
隨著機(jī)電一體化的發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的復(fù)雜性和自動(dòng)化程度對(duì)設(shè)備性能的要求越來(lái)越高，電磁閥作為流體控制系統(tǒng)中最主要的元件之一，其動(dòng)作時(shí)間、可靠性、壽命等指標(biāo)對(duì)系統(tǒng)的工作性能及經(jīng)濟(jì)性影響巨大，須通過(guò)試驗(yàn)對(duì)電磁閥產(chǎn)品相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)定。電磁閥試驗(yàn)是電磁閥產(chǎn)品開(kāi)發(fā)及改進(jìn)過(guò)程中用于檢驗(yàn)產(chǎn)品性能和質(zhì)量的有效手段，在各項(xiàng)試驗(yàn)中需要根據(jù)試驗(yàn)要求對(duì)試驗(yàn)系統(tǒng)中各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)、精確控制，認(rèn)為如何對(duì)試驗(yàn)系統(tǒng)中的各項(xiàng)被控參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)化快速精確控制是成功開(kāi)發(fā)電磁閥試驗(yàn)系統(tǒng)的關(guān)鍵。
在各項(xiàng)相關(guān)試驗(yàn)中，電磁閥動(dòng)作壽命試驗(yàn)主要用于評(píng)估其工作可靠性及壽命，為進(jìn)一步改進(jìn)電磁閥設(shè)計(jì)、提高其性能提供依據(jù)，由于電磁閥動(dòng)作壽命試驗(yàn)周期長(zhǎng)、強(qiáng)度高，其試驗(yàn)系統(tǒng)須具有自動(dòng)化程度高、可靠性好的特點(diǎn)。基于可編程控制器( PLC) 這一自動(dòng)控制裝置，本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一套高效能的電磁閥動(dòng)作壽命試驗(yàn)系統(tǒng)，該系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)對(duì)電磁閥驅(qū)動(dòng)電壓\ 電流信號(hào)占空比等被控參數(shù)的快速精確控制，具有自動(dòng)化程度高、可靠性好和操作方便的特點(diǎn)。
2、試驗(yàn)系統(tǒng)流路設(shè)計(jì)
為進(jìn)行電磁閥動(dòng)作壽命試驗(yàn)的研究，根據(jù)試驗(yàn)用電磁閥的工作條件及測(cè)試要求，建立系統(tǒng)流體回路如圖1 所示( 測(cè)試流體為空氣，被測(cè)電磁閥數(shù)目定為5 個(gè)) 。
SMC電磁閥動(dòng)作壽命試驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)-試驗(yàn)系統(tǒng)流路
試驗(yàn)要求被測(cè)電磁閥入口氣壓可以在0 ～0.8MPa 內(nèi)可調(diào)，為此采用空氣壓縮機(jī)配儲(chǔ)氣瓶方式為試驗(yàn)系統(tǒng)供氣，空氣壓縮機(jī)將空氣壓縮到氣瓶中并維持氣瓶中壓力為1MPa，即，如氣瓶中壓力達(dá)到1MPa，壓縮機(jī)自動(dòng)停止工作，反之，若氣瓶中壓力小于1MPa，則壓縮機(jī)自動(dòng)投入工作。氣瓶出口端依次接有壓力表、過(guò)濾器、調(diào)壓閥( 自身帶壓力表) ，通過(guò)調(diào)節(jié)調(diào)壓閥調(diào)節(jié)氣瓶出口壓力，即保證被測(cè)電磁閥入口氣壓達(dá)到測(cè)試要求并一直保持，此后通過(guò)PLC 控制使被測(cè)閥在額定驅(qū)動(dòng)電信號(hào)作用下逐一開(kāi)關(guān)動(dòng)作并連續(xù)循環(huán)，直至達(dá)到設(shè)定動(dòng)作次數(shù)才停止動(dòng)作( 隨后對(duì)被測(cè)電磁閥密閉性等工作性能進(jìn)行檢測(cè)) ，實(shí)現(xiàn)動(dòng)作壽命試驗(yàn)。
系統(tǒng)中選用高輸出壓力、高效率的且具有根據(jù)壓力變化自動(dòng)停止或運(yùn)行功能的靜音無(wú)油空氣壓縮機(jī)，以滿足試驗(yàn)的壓力要求; 管路的連接，包括與被測(cè)閥的連接，均采用快換接頭與工程塑料軟管插接配合方式，不但耐壓性能滿足要求，且便于安裝和拆卸; 為保證流體的清潔度，不致對(duì)被測(cè)閥產(chǎn)生影響，管路入口端加裝精密空氣干燥凈化過(guò)濾器; 空氣壓縮機(jī)電機(jī)的起?？刂萍氨粶y(cè)電磁閥的驅(qū)動(dòng)控制由PLC 控制實(shí)現(xiàn)( 注: 當(dāng)PLC 起動(dòng)空氣壓縮機(jī)電機(jī)時(shí)，實(shí)質(zhì)是使空氣壓縮機(jī)電機(jī)電路外部控制端接通，此后由空氣壓縮機(jī)內(nèi)部裝置根據(jù)出口壓力情況決定電機(jī)是否工作; 當(dāng)PLC 停止空氣壓縮機(jī)電機(jī)工作時(shí)，實(shí)質(zhì)是使空氣壓縮機(jī)電機(jī)電路外部控制端斷開(kāi)，使空氣壓縮機(jī)電機(jī)失去工作的可能) ，為方便監(jiān)控操作，將PLC 與一計(jì)算機(jī)(PC) 連接形成上下位機(jī)控制方式。
輸入信號(hào)包括空氣壓縮機(jī)電機(jī)起動(dòng)停止控制信號(hào)、過(guò)載保護(hù)信號(hào)、被測(cè)電磁閥的起動(dòng)停止控制信號(hào)等，考慮到可以通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)單按鈕起停控制，及將相關(guān)保護(hù)信號(hào)串聯(lián)輸入，由此減少輸入點(diǎn)數(shù)提高經(jīng)濟(jì)性，綜上可以判定PLC 開(kāi)關(guān)量輸入點(diǎn)數(shù)不能少于3 個(gè)。試驗(yàn)系統(tǒng)內(nèi)需PLC 控制的對(duì)象有空氣壓縮機(jī)電機(jī)1 個(gè)、被測(cè)閥5 個(gè)，可確定PLC 開(kāi)關(guān)量輸出點(diǎn)數(shù)不能少于6 個(gè)。
因試驗(yàn)中被測(cè)電磁閥須被長(zhǎng)期連續(xù)驅(qū)動(dòng)，故要求控制用PLC 輸出部件工作壽命要長(zhǎng)，不適合采用壽命較短的繼電器輸出型，而晶體管輸出型可靠性高，反應(yīng)速度快，不受動(dòng)作次數(shù)的限制，故選擇晶體管輸出型[6]。根據(jù)以上系統(tǒng)要求，綜合性價(jià)比等因素考慮，最終選用歐姆龍PLC 產(chǎn)品ZEN 系列中的10C1DT -D -V2 ( CPU 單元) 及8E1DT( 擴(kuò)展I /O 單元) ，該機(jī)型組合具有10 個(gè)開(kāi)關(guān)量輸入端子、8 個(gè)開(kāi)關(guān)量輸出端子( 均為晶體管輸出型) ，程序存儲(chǔ)器容量大小適合，系統(tǒng)要求。
輸入輸出接線
根據(jù)試驗(yàn)系統(tǒng)要求，設(shè)計(jì)PLC 輸入及輸出驅(qū)動(dòng)電路如圖2 所示。輸入包括空氣壓縮機(jī)電機(jī)起?？刂瓢粹oSB1、被測(cè)電磁閥起停控制按鈕SB2 及一路保護(hù)信號(hào)輸入( 為空氣壓縮機(jī)電機(jī)熱繼電器的常閉觸點(diǎn)) ，輸出驅(qū)動(dòng)了6 個(gè)固態(tài)繼電器( SSR) ，其中1 個(gè)SSR 控制空氣壓縮機(jī)電機(jī)，其他5 個(gè)SSR 控制被測(cè)電磁閥。通過(guò)SSR 間接控制負(fù)載，可以很好的保護(hù)PLC，提高試驗(yàn)系統(tǒng)的可靠性。
一、動(dòng)鐵芯
動(dòng)鐵芯是電磁閥的核心部件之一，是一根由鐵、鎳、鈷等材料組成的細(xì)長(zhǎng)金屬芯棒。當(dāng)電磁閥通電時(shí)，通過(guò)磁場(chǎng)的作用，動(dòng)鐵芯會(huì)被吸引，使閥門(mén)打開(kāi)或關(guān)閉，控制介質(zhì)的流通。動(dòng)鐵芯的質(zhì)量和差異直接決定了電磁閥的使用壽命和穩(wěn)定性。
二、靜鐵芯
靜鐵芯是動(dòng)鐵芯的搭檔，是一個(gè)由金屬材料制成的不動(dòng)零部件。它的主要作用是固定動(dòng)鐵芯，使其能夠始終保持穩(wěn)定的位置，確保電磁閥的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。靜鐵芯的質(zhì)量和加工精度也會(huì)對(duì)電磁閥的性能產(chǎn)生影響。
三、彈簧
彈簧是電磁閥中的重要零部件之一，它通過(guò)對(duì)動(dòng)鐵芯或閥片施加彈力，保證其在不通電的情況下也能保持動(dòng)態(tài)平衡，從而延長(zhǎng)電磁閥的使用壽命。通常采用不銹鋼制作，質(zhì)量的好壞對(duì)電磁閥的使用壽命和性能影響很大。
四、密封圈
密封圈是電磁閥中的一個(gè)重要零部件，也是電磁閥最容易損壞的部分之一。它常被安裝在閥門(mén)和閥體之間，通過(guò)良好的密封性能控制介質(zhì)的流通。材質(zhì)通常為NBR、FKM等，選用應(yīng)根據(jù)介質(zhì)種類(lèi)和環(huán)境條件進(jìn)行選擇。
五、閥體
閥體是電磁閥中承載其他零部件的主要部件之一，在閥門(mén)安裝和介質(zhì)流通方面起到重要作用。閥體的材質(zhì)和加工精度對(duì)電磁閥的性能、穩(wěn)定性和壽命產(chǎn)生很大影響，常見(jiàn)的材質(zhì)有鑄鐵、不銹鋼、銅等。
總體來(lái)說(shuō)，電磁閥零部件包括動(dòng)鐵芯、靜鐵芯、彈簧、密封圈、閥體等，每個(gè)零部件的功能和作用都有所不同，但它們的協(xié)同工作，共同控制介質(zhì)的流通，為我們的生產(chǎn)和生活帶來(lái)了便利。如果讀者想深入了解電磁閥及其零部件，可以參考本文提供的信息進(jìn)行學(xué)習(xí)。
