Клапан электромагнитный: устройство и принцип работы
На всех типах автомобилей, автобусов, тракторов и спецтехники широко применяются устройства управления потоками жидкостей и газов — электромагнитные клапаны. О том, что такое электромагнитные клапаны, как они устроены и работают, и какое место занимают в автотракторной технике — читайте в этой статье.
Что такое электромагнитный клапан, и где он применяется?
Электромагнитный клапан — электромеханическое устройство для дистанционного управления потоками газов и жидкостей.
В автотракторной технике электромагнитные клапаны применяются в различных системах:
- В пневматической системе;
- В гидравлической системе;
- В топливной системе;
- Во вспомогательных системах — для дистанционного управления агрегатами трансмиссии, самосвальной платформой, навесными агрегатами и другими устройствами.
При этом электромагнитные клапаны решают две основных задачи:
- Управление потоками рабочей среды — подача сжатого воздуха или масла на различные агрегаты в зависимости от режима работы системы;
- Отключение подачи рабочей среды в аварийных ситуациях.
Данные задачи решаются различными по типам и конструкции электромагнитными клапанами, о чем необходимо рассказать подробнее.
Типы электромагнитных клапанов
В первую очередь электромагнитные клапаны делятся на две группы по типу рабочей среды:
- Воздух — пневматические клапаны;
- Жидкости — клапаны для топливной системы и различных по назначению гидравлических систем.
По количеству потоков рабочей среды и особенностям работы клапаны делятся на два типа:
- Двухходовые — имеют только два патрубка.
- Трехходовые — имеют три патрубка.
В двухходовых клапанах предусмотрено два патрубка — впускной и выпускной, между ними рабочая среда протекает только в одном направлении. Между патрубками находится клапан, который может открывать или перекрывать поток рабочей среды, обеспечивая ее подачу к агрегатам.
В трехходовых клапанах предусмотрено три патрубка, которые могут соединяться друг с другом в различных комбинациях. Например, в пневматических системах часто используются клапаны с одним впускным и двумя выпускными патрубками, и при различных положениях управляющего элемента сжатый воздух от впускного патрубка может подаваться на один из выпускных патрубков. С другой стороны, в клапанах ЭПХХ (экономайзера принудительного холостого хода) присутствует один выпускной и два впускных патрубка, которые обеспечивают подачу нормального атмосферного и пониженного давления на систему холостого хода карбюратора.
Двухходовые клапаны делятся на два типа по положению управляющего элемента при обесточивании электромагнита:
- Нормально открытые (НО) — клапан открыт;
- Нормально закрытые (НЗ) — клапан закрыт.
По типу привода и управления клапаны делятся на два типа:
- Клапаны прямого действия — управление потоком рабочей среды осуществляется только силой, развиваемой электромагнитом;
- Пилотные электромагнитные клапаны — управление потоком рабочей среды осуществляется частично за счет использования давления самой этой среды.
В автомобилях и тракторах чаще всего применяются более простые по конструкции клапаны прямого действия.
Также клапаны отличаются рабочими характеристиками (напряжением питания 12 или 24 В, условный проход и другие) и конструктивными особенностями. Отдельно стоит упомянуть о клапанах, которые могут собираться в блоки по 2-4 штуки — они благодаря определенному положению патрубков и крепежных элементов (проушин) могут объединяться в единую конструкцию с большим числом впускных и выпускных патрубков.
Общее устройство и принцип действия электромагнитных клапанов
Все электромагнитные клапаны, независимо от типа и назначения, имеют принципиально одинаковую конструкцию, и в них есть несколько основных компонентов:
- Электромагнит (соленоид) с якорем той или иной конструкции;
- Управляющий/запорный элемент (или элементы), соединенные с якорем электромагнита;
- Полости и каналы для потоков рабочей среды, соединенные со штуцерами или патрубками на корпусе;
- Корпус.
Также клапан может нести на себе различные вспомогательные элементы — устройства для регулировки натяжения пружин или хода управляющего устройства, сливные штуцеры, рукоятки для ручного управления потоками рабочей среды, выключатели для управления другими устройствами в зависимости от состояния клапана, фильтры и т.д.
Клапаны делятся на три группы по типу и конструкции управляющего элемента:
- Золотниковые — управляющий элемент выполнен в виде золотника, который может распределять потоки рабочей среды по каналам;
- Мембранные — управляющий элемент выполнен в виде эластичной мембраны;
- Поршневые — управляющий элемент выполнен в виде поршня, прилегающего к седлу.
При этом в клапане может быть один, два или более управляющих элементов, соединенных с одним якорем электромагнита.
Принцип работы электромагнитного клапана очень прост. Рассмотрим работу наиболее простого двухходового мембранного нормально закрытого клапана, используемого в системах подачи топлива. Когда клапан обесточен, якорь под действием пружины прижат к мембране, которая перекрывает канал и предотвращает поступление жидкости дальше по системе. При подаче тока на электромагнит в его обмотке возникает магнитное поле, за счет чего якорь втягивается внутрь — в этот момент мембрана, которая больше не прижимается якорем, под действием давления рабочей среды поднимается и открывает канал. При последующем снятии тока с электромагнита якорь под действием пружины вернется в первоначальное положение, прижмет мембрану и перекроет канал.
Двухходовые клапаны работают аналогичным образом, однако в них вместо мембраны используются либо золотники, либо управляющие элементы поршневого типа. Для примера рассмотрим конструкцию и работу клапана ЭПХХ карбюраторных автомобилей. При обесточенном электромагните якорь под действием пружины поднят вверх, и запорным элементом закрывает верхний штуцер, соединяя боковой и нижний (атмосферный) штуцеры — в этом случае на пневмоклапан ЭПХХ подается атмосферное давление, он закрыт и система холостого хода карбюратора не работает. При подаче тока на электромагнит якорь втягивается, преодолевая усилие пружины, закрывает нижний штуцер, одновременно открывая верхний, который связан с впускной трубой двигателя (где наблюдается пониженное давление) — в этом случае на пневмоклапан ЭПХХ подается разрежение, он открывается и включает в работу систему холостого хода.
Электромагнитные клапаны очень надежны и неприхотливы в работе, они обладают значительным ресурсом (до нескольких сотен тысяч срабатываний), и, как правило, не требуют специального обслуживания. Однако при возникновении неисправности любой клапан необходимо как можно скорее заменить — только в этом случае будут обеспечиваться необходимые эксплуатационные характеристики и безопасность транспортного средства.
