Jak wiadomo w pojazdach trakcyjnych zarówno elektrycznych jak i spalinowych ważną rolę odgrywają obwody pneumatyczne. Służą one nie tylko do hamowania pojazdów, ale także do napędzania wielu urządzeń elektrycznych. W styczniku elektropneumatycznym najpierw energia elektryczna steruje przepływem sprężonego powietrza, a następnie energia sprężonego powietrza powoduje zamykanie obwodu elektrycznego. W pojazdach trakcyjnych wiele urządzeń jest napędzanych przez obwody sprężonego powietrza, w których do zamykania i otwierania obwodów stosuje się najczęściej zawory elektropneumatyczne. Zawory elektropneumatyczne umożliwiają łatwe i zdalne sterowanie przepływem sprężonego powietrza napędzającego mechanizmy różnych urządzeń i aparatów.
Zawór elektropneumatyczny składa się z trzech zasadniczych części, które są ze sobą odpowiednio połączone:
- głowicy posiadającej kanały do przepływu powietrza wraz z zespołem tłoków i grzybków lub kulek zamykających i otwierających kanały;
- cewki elektrycznej z rdzeniem, stanowiącej napęd zaworu;
- kotwicy, która połączona jest z zespołem tłóków, za pomocą których unosi lub opuszcza grzybki.
Zawory elektromagnetyczne można podzielić na dwie grupy:
- otwarte w czasie, gdy cewka zaworu jest zasilana, a zamknięte w czasie zaniku zasilania;
- zamknięte w czasie, gdy cewka zaworu jest zasilana, a otwarte w czasie zaniku zasilania;
W zależności od zastosowania zawory danej grupy mogą być bardziej lub mniej ekonomiczne ze względu na pobór mocy przez cewkę.
Bardzo często stosowane są zawory poniżej pokazane na rysunku, ze względu na prostotę budowy i działania. Zawór elektropneumatyczny niżej pokazany składa się z trzech kanałów: wlotowego (zasilającego zawór), wylotowego (zasilającego sterowane urządzenie), oraz wylotowego połączonego z atmosferą. Kanały te znajdują się w kadłubie. Do zamykania i otwierania kanałów służą dwa grzybki, które połączone są trzpieniem. Dolny grzybek od dołu dociskany jest za pomocą sprężyny, górny za pomocą tłoka połączony jest z ruchomą kotwiczką. Kotwiczka z kolei osadzona jest z jednej strony na konstrukcji wsporczej oraz usprężynowana za pomocą sprężyny zwrotnej. Napęd stanowi cewka na prąd stały osadzona na rdzeniu. Zawór na górze posiada pokrywę oraz śrubę, którą można regulować naciąg sprężyny zwrotnej.
Załączenie zaworu (otwarcie) polega na zasileniu cewki elektromagnesu, w wyniku tego rdzeń zaczyna przyciągać ruchomą kotwiczkę. Kotwiczka zostaje ściągnięta w dół i pcha tłoczek połączony z grzybkiem. W ten sposób zostaje zamknięty kanał wylotowy łączący zawór z atmosferą. Ponieważ górny grzybek jest połączony za pomocą trzpienia z dolnym więc zostaje on także popchnięty na dół. W ten sposób zostaje otwarty kanał wlotowy łączący przewód zasilający (obwód pod ciśnieniem) z kanałem wylotowym (napędzającym urządzenie) i następuje przepływ sprężonego powietrza przez zawór.
Wyłączenie zaworu (zamknięcie) polega na tym, że cewka przestaje być zasilana i rdzeń przestaje przyciągać ruchomą kotwiczkę. W wyniku tego siła naciągu sprężyny zwrotnej unosi kotwiczkę do góry, ta z kolei unosi połączony z nią tłoczek. W ten sposób dolny grzybek połączony z górnym unosi się do góry. Zostaje zamknięty kanał wlotowy (zasilający), a otwarty kanał wylotowy łączący zawór z atmosferą. Sprężone powietrze wylatuje z urządzenia napędzanego poprzez kanały zaworu do atmosfery.
Na poniższym rysunku pokazane jest także działanie takiego zaworu.
Niekiedy zamiast tłoczków z grzybkami stosuje się stalowe kulki do zamykania i otwierania kanałów. W elektrycznych pojazdach trakcyjnych, w których pantografy są podnoszone za pomocą sprężonego powietrza także stosuje się zawory elektropneumatyczne. Zawór poprzednio opisany ma tą wadę, że w czasie gdy przez niego przepływa powietrze cewka stale musi być zasilana. W związku z tym stosowanie samego zaworu do napędu pantografu wymaga stałego zasilania cewki (pobór mocy). Aby tego uniknąć stosuje się często jeden zawór złożony z kilku mniejszych (załączającego, wyłączającego i głównego). W takim rozwiązaniu wystarczy impuls prądowy, aby zawór załączający umożliwił napełnienie zaworu głównego, a dalej przewodu zasilającego napęd pantografu. Odpowiednie blokady uniemożliwiają wypływ sprężonego powietrza z zaworu głównego (w konsekwencji z napędu pantografu). W celu opuszczenia pantografu należy podać impuls prądowy na zawór wyłączający, który wypuści powietrze z zaworu głównego (w konsekwencji z napędu pantografu). Dzięki takiemu rozwiązaniu unika się zbędnego poboru mocy przez cewkę zaworu.
Zastosowanie zaworów elektropneumatycznych
Zawory elektropneumatyczne (ep) stosuje się do otwierania i zamykania obwodów pneumatycznych napędzających wyłączniki szybkie, siłowniki pantografów (elektryczne pojazdy trakcyjne) styczniki liniowe, styczniki grupowe, (elektryczne i spalinowe pojazdy trakcyjne), piasecznice, niekiedy i nawrotniki.
Zawory te umieszcza się najczęściej na wspólnych ramach z aparaturą pneumatyczną.
