Когда ваша производственная линия зависит от точности долей секунды, каждая миллисекунда времени срабатывания клапана имеет значение. Задержка срабатывания электромагнитного клапана может привести к дорогостоящему простою, срыву сроков производства и недовольству клиентов. Разница между временем срабатывания в 10 и 50 мс может означать разницу между прибылью и убытками.
Время срабатывания пневматического соленоидного клапана измеряется как общая продолжительность от активации электрического сигнала до полного выхода пневматического сигнала. Обычно оно составляет 5-100 миллисекунд в зависимости от конструкции клапана, рабочего давления и условий измерения.1. Это измерение включает в себя как электрический отклик (подача напряжения на катушку), так и механический отклик (перемещение элементов клапана и создание воздушного потока).
В прошлом месяце я беседовал с Дэвидом, инженером-технологом с предприятия по производству автомобильных запчастей в Мичигане, который устранял периодические проблемы с качеством на своей сборочной линии. Проведя расследование, мы обнаружили, что время срабатывания устаревших электромагнитных клапанов превышало 80 мс - почти вдвое больше, чем требуется для прецизионного оборудования.
Содержание
- Какие факторы влияют на время срабатывания электромагнитного клапана?
- Как точно измерить время отклика?
- Каковы стандартные для отрасли сроки реагирования?
- Как улучшить работу клапана?
Какие факторы влияют на время срабатывания электромагнитного клапана?
Понимание переменных времени отклика поможет вам выбрать подходящий клапан для вашей задачи.
Время срабатывания электромагнитного клапана зависит от пяти важнейших факторов: конструкции катушки и напряжения, размера и внутреннего объема клапана, перепада рабочего давления, температуры окружающей среды и конфигурации воздушной линии. Каждый элемент вносит свой вклад в общую задержку между сигналом и полной пневматической реакцией.
Компоненты электрических реакций
На электрическую часть обычно приходится 20-30% от общего времени срабатывания. Катушки с более высоким напряжением включаются быстрее, а большим катушкам требуется больше времени для создания напряженности магнитного поля. Катушки постоянного тока обычно срабатывают в 2-3 раза быстрее, чем катушки переменного тока, благодаря постоянному нарастанию магнитного поля2.
Механические ответные элементы
Масса клапанного элемента и натяжение пружины напрямую влияют на механический отклик. Более легкие клапанные элементы с оптимизированным соотношением пружин обеспечивают более быстрое переключение. Внутренний объем воздуха также имеет значение - камеры меньшего объема быстрее удаляются и заполняются.
| Фактор реагирования | Быстрый ответ | Медленная реакция |
|---|---|---|
| Тип катушки | Постоянный ток, высокое напряжение | Переменный ток, низкое напряжение |
| Размер клапана | 1/8″ – 1/4″ | 1″ и больше |
| Давление | 80-120 PSI | Ниже 40 PSI |
| Температура | 68-80°F | Ниже 32°F |
Как точно измерить время отклика?
Для точного измерения требуется соответствующее оборудование и стандартизированные условия испытаний.
Время отклика измерения включают в себя синхронизацию входных электрических сигналов с выходным пневматическим давлением с помощью осциллографов, датчиков давления и контролируемых испытательных сред3 при заданных условиях давления и температуры. Измерение захватывает полный цикл от начала подачи сигнала до стабильного выходного давления.
Стандартная испытательная установка
При профессиональном тестировании используется датчик давления, подключенный ниже по потоку от клапана, а сигналы подаются на двухканальный осциллограф. Канал 1 контролирует электрический входной сигнал, а канал 2 - выходное пневматическое давление. Разница во времени между фронтами сигнала представляет собой общее время срабатывания.
Стандарты измерения
Большинство производителей придерживаются стандарта ISO 6358 или аналогичных стандартов, проводя испытания при давлении подачи 87 PSI (6 бар).4 с определенными объемами потока. Реакция на открытие измеряет соотношение сигнал/давление 90%, а реакция на закрытие - соотношение сигнал/давление 10%.
Каковы стандартные для отрасли сроки реагирования?
Для оптимальной работы различных приложений требуется разная скорость отклика.
Стандартные пневматические электромагнитные клапаны достигают времени срабатывания 15-50 мс, высокоскоростные - 5-15 мс, а клапаны серво-качества может реагировать менее чем за 5 мс. Требования к применению определяют необходимые характеристики скорости.
Категории приложений
Для общепромышленных применений обычно приемлемо время отклика 20-50 мс. Упаковочные и сборочные линии часто требуют 10-20 мс для точной синхронизации. Высокоскоростное производство, робототехника и испытательное оборудование требуют точности отклика менее 10 мс.
Помните Сару, управляющую упаковочным предприятием в Бирмингеме, Великобритания? На ее линии из-за задержек срабатывания клапанов пропускалась каждая 50-я упаковка. Мы заменили стандартные клапаны на наши высокоскоростные альтернативы Bepto, сократив время срабатывания с 35 до 12 мс и полностью исключив пропуск упаковок.
Как улучшить работу клапана?
Несколько стратегий могут оптимизировать характеристики отклика вашей системы.
Улучшение времени отклика связано с выбором подходящего размера клапана, оптимизацией давления подачи воздуха, минимизацией объема потока, использованием источников питания постоянного тока и поддержанием надлежащей рабочей температуры. Оптимизация на уровне системы часто дает лучшие результаты, чем просто замена клапана.
Стратегии оптимизации
Правильно подобранный размер клапанов предотвращает превышение спецификации, которое замедляет реакцию. Поддержание давления подачи 80-120 PSI обеспечивает достаточную движущую силу. Более короткие воздушные линии с большим диаметром уменьшают задержки передачи. Источники питания постоянного тока с достаточной силой тока обеспечивают более быстрое включение катушки.
Системная интеграция
Рассматривайте всю пневматическую цепь, а не только клапан. Ограничения на нисходящем потоке, фитинги и объемы приводов - все это влияет на видимое время отклика. Наша команда инженеров Bepto часто помогает клиентам добиться улучшения отклика 30-40% за счет оптимизации системы, а не замены компонентов.
Измерение времени отклика - это не только технические характеристики, это понимание того, как работает ваша пневматическая система в реальных условиях, чтобы сохранить конкурентное преимущество. ⚡
Вопросы и ответы о времени срабатывания пневматических электромагнитных клапанов
В: В чем разница между временем отклика на открытие и закрытие?
Время срабатывания при открытии измеряет отношение сигнала к давлению, а время срабатывания при закрытии - отношение сигнала к давлению. Закрытие обычно происходит на 20-30% медленнее из-за необходимости удаления воздуха через выхлопные отверстия.
В: Почему у больших клапанов медленнее время отклика?
Большие клапаны содержат больший внутренний объем воздуха, который необходимо удалять и заполнять во время циклов переключения. Масса элемента клапана также больше, что требует большего усилия и времени для разгона при изменении положения.
В: Может ли температура влиять на время срабатывания клапана?
Да, низкие температуры увеличивают плотность воздуха и снижают эффективность теплообменника, что может удвоить время реакции при температуре ниже 32°F (0°C)5. И наоборот, умеренное потепление может улучшить реакцию на 10-15% по сравнению с холодными условиями.
В: Как часто следует проверять время отклика?
Критически важные приложения должны проверять время отклика во время планового технического обслуживания, обычно каждые 6-12 месяцев. Любые изменения технологического процесса, модификации давления или проблемы с производительностью требуют немедленной проверки времени отклика.
В: Что считается быстрой реакцией для промышленных применений?
Время отклика менее 15 мс считается быстрым для промышленной пневматики. Время отклика менее 5 мс относится к области сервоклапанов, а время более 50 мс, как правило, является слишком медленным для приложений точной синхронизации.
-
“ISO 12238:2001 Пневматическая энергия жидкости - Клапаны управления направлением - Измерение времени переключения”,
https://www.iso.org/standard/33132.html. Устанавливает стандартные процедуры испытаний для измерения времени отклика и времени переключения промышленных пневматических распределителей. Роль доказательства: стандарт; Тип источника: стандарт. Поддерживает: Время срабатывания пневматического электромагнитного клапана измеряется как общая продолжительность от активации электрического сигнала до полного выхода пневматического сигнала, обычно в пределах 5-100 миллисекунд в зависимости от конструкции клапана, рабочего давления и условий измерения. ↩ -
“Техническое обслуживание и надежность электромагнитных клапанов”,
https://www.machinerylubrication.com/Read/31034/solenoid-valve-maintenance. Обсуждаются различия в работе соленоидных катушек переменного и постоянного тока в промышленных приложениях. Роль доказательства: механизм; Тип источника: промышленность. Поддерживает: Катушки постоянного тока обычно срабатывают в 2-3 раза быстрее, чем катушки переменного тока, благодаря постоянному нарастанию магнитного поля. ↩ -
“Оценка систем управления с помощью осциллографов смешанных сигналов”,
https://www.tek.com/en/documents/application-note/evaluating-control-systems. Подробно описывается методика измерения времени отклика электромеханических и жидкостных систем с помощью высокоскоростных осциллографов и преобразователей. Роль доказательства: механизм; Тип источника: промышленность. Поддержка: измерение включает синхронизацию входных электрических сигналов с выходным пневматическим давлением с помощью осциллографов, датчиков давления и контролируемых испытательных сред. ↩ -
“ISO 6358-1:2013 Пневматическая гидроэнергетика. Определение расходных характеристик компонентов с использованием сжимаемых жидкостей”,
https://www.iso.org/standard/56612.html. Определяет стандартизованные эталонные давления и условия испытаний для оценки пневматических компонентов. Роль доказательства: стандарт; Тип источника: стандарт. Поддерживает: Большинство производителей следуют стандарту ISO 6358 или аналогичным стандартам, проводя испытания при давлении подачи 87 PSI (6 бар). ↩ -
“Влияние температуры на динамический отклик соленоидных приводов”,
https://ieeexplore.ieee.org/document/8490333. Анализируется, как экстремальные температуры окружающей среды влияют на магнитный поток и механическое трение в системах с соленоидным приводом. Роль доказательства: механизм; Тип источника: исследование. Доказательства: низкие температуры увеличивают плотность воздуха и снижают эффективность катушки, что потенциально может удвоить время срабатывания при температуре ниже 32°F (0°C). ↩
