司机坐在车边,遥控车门开和关
——气动控制和电磁阀
在实际生活和生产中,根据用来传送信息或动力的物质形态,可把自动化系统分为电动、气动、液动三类,其中电动的为数最多。液动就是指油压或水压系统。在日常生活中几乎用不着液动设备,只在工业的重型设备上有用。但是气动设备却并不少见,例如公共汽车及电力的门就是气动的。公共车辆的门都是由司机前面的电开关控制的,但驱动车门并不使用电力,而是用电流控制“电磁阀”的启闭,通过电磁阀决定压缩空气的流向,最后由压缩空气推动活塞开门或关门。为什么不直接用电力却绕这么大弯呢?听我说说这个道理吧。
用压缩空气为人们干活有着不少好处:首先,气动工具的结构比电动工具简单,无非是气缸、活塞和膜片之类,不像电动机和电磁铁那样复杂,也用不着维护和照料。其次气动工具适用于恶劣环境,不怕潮湿、灰尘、振动和过冷过热,比电器设备坚固耐用;第三,气缸、活塞之类容易直接输出大的机械力或者长的位移,电动工具就得有复杂的传动机构来达到同样的效果;再有,气动工具允许长时间受阻挡停转或卡住而不会发热损坏,电器设备就不行;还有一个原因,若在潮湿的矿井里使用电动工具则不但有触电危险,还可能因电火花而引爆井下的易燃易爆气体。但是使用气动工具,非但安全而且它排出的空气有助于空气流通。
由于气动有这么多优点,所以车门采用气动代替电动是非常合适的。因为气压不很高,万一把人体夹住也不会有严重伤害。倘若是用油压车门(当然实际没这么用的)那岂不把人挤成残废吗?
也许有人会问,气动既然比电动好得多,那为什么不把“家用电器”全改成“家用气器”呢?最主要的原因就是气源不方便,为了用气动工具还得买空气压缩机,那就太不合算了。但是大汽车上有现成的气源,因为一般大汽车的刹车也是要用压缩空气的,所以车上有空气压缩机。像车门这样的装置工作时只需要有全开和全关两个状态就足够了,根本用不着半开半关,所以采用开关方式控制是合情合理的。不过在此要说明一点,车门的开关控制只不过是远方操作而已,算不上自动控制,与前面所说的温度、压力等等的开关控制有着本质的不同。但气动设备在工业上的应用,更多的是自动生产线上的工件夹紧放松和刀具前进后退等动作,和车门控制有相似之处。
就拿气动车门来说,也有自动化程度高一些的,比如地下铁道的车门,各个车厢的门都是司机通过电磁阀控制的,到站同时开,启动前同时关。你大概也注意到,开门时动作很干净利落,一次就开大了。但是在关门的过程中有时似乎犹豫不决,关了一半时忽然又急忙开大一点,然后再关。甚至这样反复两三次才完全关上。你猜这是为什么?一定是某个车厢有人被门夹住了。这种车门有个防夹措施,一旦在关的过程中遇到某些阻力,它就立刻自动地开大一点重新再关。若没这项措施,只要有人被夹就死死地夹住不放,非得等别人经过长距离传话给列车前面的司机,叫他再开一下门,被夹的人才能重获自由,那多么可笑。汽车和电车没这个措施是因为必要性不大,即使把乘客的背包或脚后跟夹住了,叫司机开门也方便。当然最好是别出这种事。
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图1: 电磁阀示意图 |
在机电一体化的现代工业生产系统里,气动和电动往往共存,这样才能各取所长,所以用电控制的阀门应用十分普遍,叫做“电磁阀”。它在液压系统里也用得很多。图1就是常用于全自动洗衣机上的进水电磁阀的示意图。图的上部有铁心和线圈,铁心的位置决定阀的启闭。线圈里通电时铁心被吸起,阀门开启。断电后弹簧把铁心推落,阀门就关闭了。这也就是电磁阀名称的由来。水首先进入A室,如果铁心在最下位置,膜片被压下把出水口C堵住,不能流通。但是水可以经小孔流到B室,使A、B两室的压力相等。当线圈里通电时,铁心被吸起,B室中的水先从大孔流到C室,这使B室压力迅速下降,出现膜片下方压力高于上方的不平衡力。此力把膜片抬起,水便从A直接到C并且送往出口。若用铁心直接带动膜片使阀开闭,虽然原理上可行,但动作阻力太大。采用膜上开大孔及小孔的办法,就是为了借助水的压力使膜片更容易动。
前面我们提到的控制气动车门的电磁阀,其原理可以用下图来说明。
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图1: 电磁阀示意图 |
在汽车中,车门由气缸、活塞机构带动,电磁阀就是决定活塞动作的控制器。动画的上半部左右各有一个线圈和铁心,铁心和小活塞式滑阀相连,用以控制压缩空气的气路。当滑阀杆处在中间位置时,两个线圈都没通电,滑阀把通向气缸的两个气路都堵住,下面的大活塞就停在原来位置不动。如果右线圈里通电把滑阀门杆吸到右边,压缩空气就被送往气缸左端把活塞向右推。反之,如果左线圈里通电把滑阀门杆吸到左边,压缩空气就被送往气缸右端把活塞向左推。
由此可见根据不同的物理对象和应用环境,选用不同的控制方法,可以达到适合的控制目的!
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