TL;DR: Los solenoides de marco abierto deben seleccionarse a partir de la curva de fuerza-carrera, no de un único número de fuerza del catálogo. La fuerza alcanza su punto máximo cerca de la posición asentada y cae abruptamente con el entrehierro: el SH-1250 proporciona aproximadamente 3500 gf a 1 mm de carrera en su curva de mayor potencia (ciclo de trabajo del 10%) y disminuye hacia cero en su carrera completa de 25 mm. Lea la fuerza en su entrehierro de trabajo más largo, en la curva que coincida con su clase de trabajo real. El ciclo de trabajo es un límite térmico con tiempos MAX ON estrictos: el mismo SH-1250 funciona con 7,5 W de forma continua al 100% de ciclo de trabajo, pero a 75 W durante no más de 9 segundos por energización al 10% de ciclo de trabajo. Los marcos más grandes ofrecen más potencia continua y tiempos ON más largos; la elección entre empujar o tirar es una decisión de la trayectoria de carga. Verifique cada selección con la curva de la hoja de datos del fabricante a la temperatura de funcionamiento.
Las listas de catálogo para solenoides de marco abierto generalmente comienzan con un solo número de fuerza y un vataje. Ninguno de los dos le dice si la pieza realmente moverá su carga. Un solenoide de marco abierto proporciona una fuerza muy diferente en distintos puntos de su carrera, y sus clasificaciones de potencia vienen con límites estrictos sobre cuánto tiempo la bobina puede permanecer energizada. Esta guía cubre cómo leer los dos gráficos que determinan una selección, la curva de fuerza-carrera y la tabla de ciclo de trabajo, y cómo evaluar el tamaño del marco en relación con el funcionamiento continuo. Está escrita para ingenieros que especifican una pieza, no como una primera introducción a los solenoides.
Lea la curva de fuerza-carrera, no la fuerza del titular
Un solenoide produce su mayor fuerza cuando el émbolo está casi asentado y el entrehierro de trabajo es más pequeño. A medida que el entrehierro aumenta, la fuerza cae abruptamente. El SH-1250, una unidad de marco abierto de 315 g con una carrera de 25 mm, muestra la forma típica: su curva va desde aproximadamente 3500 gf a 1 mm de carrera en su curva de mayor potencia (ciclo de trabajo del 10%) hasta casi nada en la posición completa de 25 mm.
La trampa es que su carga se encuentra primero con el extremo débil de la curva. En el momento de la energización, el émbolo se encuentra en el entrehierro más grande del ciclo, exactamente donde la salida de fuerza es menor. Un ingeniero que dimensiona según la cifra máxima, o según un promedio estimado a ojo, construye un mecanismo que zumba, se calienta y nunca completa su carrera.
Tres reglas de lectura:
- Seleccione en el entrehierro de trabajo. Encuentre el entrehierro más largo que presenta su mecanismo al inicio del movimiento, trace una línea vertical allí y lea la fuerza en la curva en ese punto. Ese valor, no la fuerza con el émbolo asentado, es lo que debe superar su carga más la fricción más cualquier precarga del resorte de retorno.
- Utilice la curva de ciclo de trabajo correcta. Las hojas de datos trazan una curva por cada clasificación de ciclo de trabajo. Las clases de trabajo más altas alimentan la bobina con más vatios, por lo que la curva de ciclo de trabajo del 10% se sitúa en la parte más alta del gráfico, como ocurre en el SH-1250. Leer la curva del 10% para una aplicación continua exagera enormemente la fuerza disponible.
- Tenga en cuenta la temperatura. Los vatajes publicados están clasificados a 20°C. La resistencia del cobre aumenta a medida que la bobina se calienta, la corriente disminuye y la fuerza cae con ella. Una curva leída a temperatura ambiente es el mejor de los casos, no una condición de servicio.
El ciclo de trabajo es un contrato térmico
Las clasificaciones de ciclo de trabajo en la hoja de datos de un solenoide, típicamente 100%, 50%, 25% y 10%, son clases térmicas. Describen qué tan fuerte se puede alimentar la bobina antes de que el devanado se sobrecaliente. En el SH-1250, las cuatro clases corresponden a 7,5 W, 15 W, 30 W y 75 W a 20°C. El marco es idéntico; solo cambia el nivel de excitación. La opción de bobina de 6 V mide 4,8 Ω, y 6 V a través de 4,8 Ω disipa exactamente la clasificación continua de 7,5 W. Las clases más altas se alcanzan sobrealimentando la misma bobina durante períodos cortos.
Cada clase intermitente conlleva un tiempo MAX ON, y es un límite estricto por energización, no un promedio. Para el SH-1250: ilimitado al 100% de ciclo de trabajo, 140 segundos al 50%, 50 segundos al 25% y 9 segundos al 10%. De esto se derivan dos consecuencias:
- Las fases de mantenimiento son de ciclo continuo. Si el mecanismo debe permanecer energizado durante minutos, solo la clasificación del 100% se aplica a esa fase, sea cual sea el promedio a largo plazo. Aquí es donde los circuitos de accionamiento de activación y mantenimiento (voltaje completo para tracción y voltaje reducido para mantenimiento) justifican su uso.
- La proporción por sí sola no garantiza el cumplimiento. Un ciclo puede promediar un 10% de tiempo ON y aun así violar la clasificación si cualquier período ON individual excede la cifra de MAX ON. Deben cumplirse ambas condiciones: la proporción de ciclo de trabajo y el tiempo ON por pulso.
El tamaño del marco define su presupuesto de fuerza y calor
La familia de marco abierto de Shih Shin abarca 20 modelos, comenzando por el SH-0415, una unidad de 8 x 10 x 15 mm con una potencia nominal de 0,8 W al 100% de ciclo de trabajo. Tres puntos de la gama muestran cómo escala esta relación de compromiso:
| Modelo | Peso | Potencia al 100% de ciclo de trabajo (20°C) | MAX ON al 50% de ciclo de trabajo |
|---|---|---|---|
| SH-0520 | 18 g | 1,6 W | 55 s |
| SH-1040 | 122 g | 4,2 W | 100 s |
| SH-1250 | 315 g | 7,5 W | 140 s |
Fuente: Hojas de datos de SH-0520 / SH-1040 / SH-1250, Shih Shin Technology. Los valores son de referencia y están sujetos a revisiones de diseño.
Dos patrones son importantes. En primer lugar, la capacidad de potencia continua escala con la masa del marco: más cobre y más hierro disipan más calor. En segundo lugar, y menos obvio, los tiempos MAX ON se extienden a medida que aumentan los marcos. Al 50% de ciclo de trabajo, el SH-0520 debe desenergizarse después de 55 segundos, mientras que el SH-1250 puede mantenerse durante 140 segundos; al 10% de ciclo de trabajo, los mismos límites son de 3 segundos y 9 segundos. Una bobina más grande simplemente tarda más en alcanzar su límite de temperatura. Si su presupuesto de tiempo apenas supera la cifra de MAX ON, subir un tamaño de marco proporciona margen térmico sin cambiar el esquema de control.
Compare las envolventes mecánicas y las opciones de carrera en toda la familia en la página de gama de productos de solenoides industriales antes de definir el tamaño del marco en el diseño de su carcasa.
Empuje o tracción: decida por la trayectoria de carga
La mayoría de los solenoides de marco abierto están construidos como tipos de tracción: al energizar la bobina, el émbolo se retrae. Una versión de empuje añade un pasador a través del tope posterior para que el movimiento del émbolo se transmita por el extremo opuesto. Eléctrica y térmicamente ambos se comportan igual; las cuestiones de selección son mecánicas:
- ¿Dónde necesita la mayor fuerza? Un tipo de tracción utilizado como pestillo proporciona su fuerza máxima en el extremo asentado de la curva, lo que se adapta al trabajo de retención en su posición. Si la parte exigente de su ciclo se encuentra en un entrehierro largo, ninguna de las dos configuraciones se libra de la curva; en cualquier caso, deberá dimensionar para el entrehierro.
- Carga lateral. Un pasador de empuje tolera menos carga lateral que un émbolo guiado dentro del marco. Si el elemento accionado puede imponer una fuerza lateral, mantenga el pasador axial con una articulación o reoriente el mecanismo para tirar.
- Método de retorno. Las unidades de marco abierto dependen de un retorno externo: resorte, gravedad o la propia carga. La fuerza de retorno se resta de la salida útil a lo largo de toda la carrera, por lo que debe añadirla a la cifra de carga que lleve a la curva.
Una secuencia de selección que sobrevive a la producción
- Mida la carga real: la fuerza para mover el mecanismo en su posición del peor de los casos, más la fricción, más la precarga del resorte de retorno.
- Establezca los tiempos: duración de un solo pulso ON, período del ciclo y temperatura ambiente. Derive la clase de ciclo de trabajo a partir de la proporción y, a continuación, verifique la duración de un solo pulso ON con el límite MAX ON para esa clase.
- Haga una lista de marcos cuya curva, en la línea de ciclo de trabajo correcta, supere su carga en su entrehierro de trabajo más largo con un margen que pueda defender a una temperatura elevada de la bobina.
- Si está reemplazando una pieza de otro fabricante, analice los números en lugar de confiar en la etiqueta. La referencia cruzada de solenoides mapea números de pieza comunes con marcos Shih Shin comparables como punto de partida; la verificación de la curva anterior confirma la coincidencia.
- Valide con una muestra a su voltaje, temperatura y orientación de montaje reales antes de fabricar herramientas alrededor de la pieza.
Todas las cifras de este artículo provienen de valores medidos en las hojas de datos para los modelos nombrados; cómo obtenemos y verificamos los datos de especificación se describe en nuestro proceso editorial.
Obtenga una curva para su punto de trabajo
Si puede indicar la fuerza de carga, el entrehierro de trabajo, el tiempo ON de un solo pulso y el período del ciclo, recomendar un modelo es un ejercicio sencillo. Envíe esos cuatro números a info@solenoids.com.tw y nuestro equipo de ingeniería responderá con marcos candidatos y las curvas de fuerza-carrera correspondientes, por lo general en un plazo de 24 a 48 horas en días laborables.
Preguntas frecuentes
¿Puedo mantener un solenoide energizado durante más tiempo al 10% de ciclo de trabajo si le doy tiempo de apagado adicional para que se enfríe después?
No. El tiempo MAX ON es un límite estricto por energización, independiente de la proporción del ciclo de trabajo. El SH-1250, por ejemplo, permite un máximo de 9 segundos ON al 10% de ciclo de trabajo (excitación de 75 W) sin importar cuánto tiempo descanse la bobina después. Si un solo período ON debe durar más tiempo, baje a una clase de ciclo de trabajo de menor potencia o suba un tamaño de marco, y luego vuelva a leer la curva de fuerza-carrera para esa clase.
La fuerza de la hoja de datos parece más que suficiente, pero mi prototipo se detiene antes de completar la carrera. ¿Qué me estoy perdiendo?
Lo más probable es que esté leyendo la fuerza cerca de la posición asentada. La fuerza cae abruptamente con el entrehierro: el SH-1250 proporciona aproximadamente 3500 gf a 1 mm de carrera en su curva de mayor potencia (ciclo de trabajo del 10%), pero disminuye hacia cero en su carrera completa de 25 mm. Lea la curva en su entrehierro de trabajo más largo, en la línea que coincida con su clase de ciclo de trabajo real, y recuerde que los vatajes publicados están clasificados a 20 grados C; una bobina caliente proporciona menos fuerza.
