1、引言
阀门是流体输送系统的控制元件,是转换能量的工具,是用来控制管道内介质流动的、具有可动机构的机械产品的总称。随着科学技术的高速发展,阀门作为通用机械产品应用非常广泛,从放置于人体内的阀(如心房阀瓣),到经常开关的水龙头(如洗衣机的电磁阀)以及汽车上的阀门等。甚至在设计与研制导弹、先进飞机、超音速试验以及宇航飞船时,阀门系统的控制也已经成为一个主要的问题。如今,阀门技术、其驱动装置和反馈装置反应了新的材料、新的设计思想和非凡的独创性。脉冲式电磁阀作为阀门的一种特殊阀,不同于常规的交、直流信号驱动的电磁阀,只需一个窄脉冲信号即可开或关阀门。
2、工作原理
脉冲式电磁阀因其内部结构,具有三大优点:一是省电;二是该阀不需要单独的阀杆填料密封结构,阀盘在切断水质的同时起到阀杆的密封作用;三是套在阀盖上柔韧性很强薄膜套在关闭时可靠,甚至对污液都能做到良好的切断。脉冲式电磁阀的组成是由脉冲线圈、阀芯、磁铁、行程弹簧、塑料阀盖、阀盘、薄膜套和阀体所组成。图1为脉冲式电磁阀工作原理示意图,其中(a)为电磁阀处于开状态;(b)为电磁阀处于关状态。
给脉冲线圈一个窄脉冲信号,线圈就会产生磁力,带动线圈中的阀芯上下移动。线圈的绕向、所加电的正负极影响着阀芯的运动方向,根据右手螺旋定律,当线圈通正向电压时,阀芯向上移动,利用线圈顶端的永磁铁吸住阀芯;当线圈加上负的脉冲信号时,阀芯向下移动,使阀芯中相契的橡胶顶在塑料阀盖中心针孔上。
当阀芯向上移动时,打开塑料阀盖中的中心针孔。水从进水主阀口进入,经阀盘针孔进入塑料阀盖的侧孔再经过塑料阀盖中心针孔与阀体内的小孔流到辅助阀口,阀门的各个针孔组成了一个毛细管导流系统,称为阀体内小间隙导流系统。有一股很小的水流在阀体内做导流运动。当塑料阀盖的中心针孔被打开后,减小了塑料阀盖和阀芯的压力,由于塑料阀盖和阀盘之间(阀缸)的压力大于阀腔的压力,此时水从塑料阀盖的侧孔溢出。同时削减了阀缸内的压力,利用水管中水的压力推动阀盘向上移动,此时阀门处于完全打开状态,称为二次开阀。水的流量大小取决于进水主阀口前的控制截门开启的大小。
当线圈加上负的脉冲信号时,线圈产生的磁力大于永磁铁的磁力,通过阀芯中心的弹簧推动铁芯向下移动。使阀芯中相契的橡胶顶在塑料阀盖中心针孔上,封闭导流系统。使管道中水的压力顶不动阀芯,此时水通过阀盘的针孔经塑料阀盖侧孔到达阀腔截至。形成反馈逐渐饱和,使阀缸内水的压力与进水主阀口水管中水的压力相等,此时阀盘在阀缸内有一个自由向下的重力,通过塑料阀盖和阀盘之间的行程弹簧的推力,推动阀盘向下移动关闭阀门。行程弹簧是决定阀门开启压力和阀盘行程以及在密封关闭状态下密封的稳定性,薄膜套是套在阀盘上起到活塞环密封的作用,阀芯的运动行程是2.0mm。
3、故障诊断与排除
脉冲式电磁阀由于其独特的优点得到了广泛的应用,但也有不足之处。由于使用的温度通常受薄膜套材料温度的限制,这就要求薄膜套必须是由弹性好的非金属材料制成。此外,由于阀盖上的薄膜套在工作时水质对薄膜套产生应力,脉冲式电磁阀的工作寿命要比其他阀门的寿命短。而且在使用中会出现电磁阀打不开,或一直处于长开状态的现象等。以下介绍脉冲式电磁阀使用中常见的故障及其排除措施。
(1)滞后。当接收到一个负的脉冲信号时,阀门应立即关闭断水,但由于线圈产生的磁力和弹簧的推力之和,所推动的阀芯向下的力小于主阀口水的向上的力,致使向下的力临界于向上的力,阀芯在线圈中上下颤抖振动,没有立即堵住塑料阀盖的中心针孔,出现关水延时2～3s的现象,即滞后反应。排除方法:增加负电压脉冲宽度,延长关水时间。
(2)常闭。当接收到一个正的脉冲信号时,阀芯与永磁铁没有撞击声,或声音很小(即开阀声),阀芯运动行程小于2mm,造成阀芯堵在塑料阀盖中心针孔不动阀内导流系统堵塞,导致第二次开启失败,阀门打不开,处于常闭状态。排除方法:检查输出电压脉冲宽度及输出电压是否大于3.6V,打开电磁阀冲洗阀内导流系统并测量活动阀芯的运动行程,在线圈和塑料阀盖之间加一个内径Á8mm,厚度0.5mm的塑料垫片,增加活动阀芯的运动行程。检查阀芯中相契的橡胶是否膨胀,如水质不太好可在阀盘针孔中放一弹簧钢丝,这样阀盘上下移动就会自动清洗针孔中的污垢。
(3)常开。当电磁阀接到水管时,阀门处于常开状态而关不上,即使线圈收到负的脉冲信号也没有反应。原因是塑料阀盖侧孔过大,通常在1.4mm以下,造成阀腔内水的压力大于阀芯向下的重力,行程弹簧应力过小。排除方法:打开电磁阀,测量塑料阀盖侧孔的孔径,更换塑料阀盖和阀盘之间的行程弹簧,增加弹簧的应力。
参考文献:
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