11種神奇的機械原理結構，設計大師也不一定全懂，你呢

大家看到的這臺液壓挖機的核心部分 有一個有趣的電磁閥 電磁閥非常重要 即使其閥盤上的輕微磨損 也會導致挖掘機卡住 從而導致其故障 它們甚至用於傳感器分路器 圖中顯示了電磁閥的其他主要工業應用 現在有個有趣的問題 這裏顯示了一些工業中常用的電動閥 它們工作的很好 那麼爲什麼我們還需要使用電磁閥 答案是電磁閥的速度非常快 一個普通的電動閥需要一秒鐘的時間才能運行 而電磁閥可以在0.03秒內完成其任務 讓我們從最簡單的電磁閥開始 探索電磁閥背後令人印象深刻的工程設計 讓我們看看最簡單的電磁閥的結構 首先保持鐵質電樞垂直於管道 如圖所示 電樞可以自由移動 在電樞周圍放置一個電磁鐵 同時在電樞頂部安裝一個彈簧 彈簧被壓縮 它總是試圖將電樞保持在底部 當我們給電磁鐵通電時 它周圍就會產生強大的磁場 電樞將受到一個力 使其向上移動 並與線圈中心完美對齊 閥門現在是打開的 液體可以通過 當線圈不通電時 顯然壓縮的彈簧會立即關閉閥門 通過這種設計 我們已經實現了一個簡單的二乘二電磁閥 之所以被稱爲二乘二 是因爲它有兩個端口和兩個工作狀態 開或關 你可能想知道電樞是如何與線圈中心完美對齊的 在這種偏移狀態下 大多數磁場線變形並穿過電樞 磁場線之所以變形 是因爲鐵提供了一條低磁阻路徑 這時的電樞就像一塊臨時的磁鐵 因此電樞會受到向上的力 現在我們的電磁閥的基本設計 可以控制一些液體的流動 但是有一個小問題 由於關閉狀態下的流體壓力 電樞可能彎曲導致流體泄漏 讓我們對此設計進行一些修改 使其更實用 首先我們可以稍微移動線圈和電樞 取而代之的是在流道上增加一個堅實的固體屏障 此時閥門關閉 液體將無法通過該區域 這種設計將確保電樞不會因爲水壓而彎曲 當線圈通電時 電樞向上移動 此時閥門打開 液體可以輕鬆的通過間隙靈動 儘管這種設計可以防止流體泄漏 但它也有另一個小缺點 這裏的問題是在關閉狀態下 流體壓力會將電樞向上推 這意味着如果流體壓力很高 這種設計將在閥門關閉狀態下失效 這顯然是不可取的 工程師們想出了一個完美的解決方案 只要保持電樞兩側的流體壓力相同即可 讓我們看看如何實際實現這種新的設計 設計工程師使用了帶有兩個孔的彈性橡膠膜片 這個膜片與閥體一起用螺絲固定 閥門的關閉狀態如圖所示 膜片上的紅色小孔在這裏起了主要作用 你可以看到流體是如何到達電樞的兩側的 這意味着當閥門關閉時 作用在電樞上的流體壓力被取消 這完美地解決了之前的問題 當線圈通電時 電樞會向上移動 液體會通過中心的孔流出 但這與當電樞升起時 閥門的操作方式不同 在這裏流向該區域的液體泄漏 導致壓力突然下降 這種壓降是因爲通過中心孔的流出量高於流入量 如圖所示 這種壓力差會使膜片彎曲 現在液體可以直接通過膜片底部流出 現在我們簡單的二乘二電磁閥設計幾乎結束了 但是如果你拆下一個真正的二乘二電磁閥 你會在蓋子頂部看到一個附加的組件 鐵帽 爲什麼需要它 我們已經瞭解到 在電樞移動了一小段距離之後 膜片開始彎曲 閥門開始工作 現在讓我們看看哪種設計首先實現這個較小的距離 將帶和不帶鐵帽的電磁閥進行比較 你可以看到帶有額外鐵帽的電磁閥 達到該距離的時間是另一種情況的一半 這明顯減少了電磁閥的響應時間 現在我們設計了一個快速高效的二乘二電磁閥 下面讓我們探索一種非常流行的設計 五乘三電磁閥 讓我們考慮一下這臺重型挖掘機的顫抖 顫抖在五乘三電磁閥的作用下旋轉 從動畫中可以清楚的看出 當雙作用油缸火塞線性移動時 顫抖旋轉 將加壓油按此處所示的方向流動 火塞實現膨脹運動 火塞另一側的油由於不可壓縮而通過管道B排出 現在如果你想向後移動火塞 加壓油應該通過管道B進入 這會導致另一側的油從管道A中排出 我們應該開發一種技術來循環加壓油 這樣系統就不會產生浪費 而且該技術的原動機應該是一個沿同一方向旋轉的泵 解決方案是使用五乘三電磁閥 我們還需要一個儲油箱 該閥有五個端口 如圖所示 這些端口通過這種排列方式連接 下面讓我們瞭解這些連接和閥門技術背後的邏輯 這個電磁閥泵和儲油箱裝置被保留在挖掘機機身內 現在操作員按下一個按鈕來提升顫抖 讓我們看看系統內部發生了什麼 爲了清楚的觀看動畫 讓我們將螺線管系統移動到靠近雙座湧氣缸的位置 五乘三電磁閥的電束位於該閥的兩端 泵正在運行 但你可以看到閥門內有許多防漏的圓盤 在這個閥心位置 圓盤會阻止油流 當操作員爲左側電磁線圈通電時 電束受到力 並且閥心向左移動 現在油可以流動了 加壓油到達與顫抖相連的火塞 顫抖升起 另一次的油返回到儲油箱 如果我們將線圈斷電 由於彈簧張力 閥心將返回到中心位置 要降低顫抖 我們必須爲右側螺線管通電 你可以看到閥心向右移動 並改變了油流的方向 現在火塞受到相反方向的力 並且顫抖降低 感謝大家的觀看 下個視頻我們再見