Когато пневматичен цилиндър се движи твърде бързо или се бори с приплъзване-приплъзване, решението обикновено се крие в правилния избор и монтаж на вентил за контрол на потока. Пневматичен вентил за регулиране на потока регулира потока на сгъстен въздух, за да контролира скоростта на задвижващия механизъм, което го прави от съществено значение за всяка автоматизирана система, изискваща прецизно синхронизиране на движението. За разлика от своите хидравлични аналози, тези клапани трябва да се справят с динамиката на компресируемия флуид, където съотношенията на налягането и звуковите условия на потока фундаментално променят контролните характеристики.
Как работят пневматичните клапани за контрол на потока
Основната функция включва създаване на променливо ограничение във въздушния път. Когато сгъстеният въздух преминава през стеснения отвор, енергията на налягането се преобразува в кинетична енергия, създавайки спад на налягането, който намалява скоростта на потока надолу по веригата. Но сгъстеният въздух се държи по различен начин от несвиваемите течности, което създава усложнения, които засягат стабилността на управлението.
Когато въздухът преминава през ограничение, съотношението между налягането нагоре ($P_1$) и налягането надолу ($P_2$) определя режима на потока. При умерени спадове на налягането потокът нараства пропорционално на разликата в налягането. Въпреки това, след като съотношението на налягането $P_2/P_1$ падне под критична стойност (обикновено около 0,528 за въздух), скоростта на потока в гърлото достига локална звукова скорост. Това състояние, наречено задушен поток или звуков поток, представлява фундаментално ограничение.
При задушен поток допълнителното намаляване на налягането надолу по веригата вече не увеличава масовия дебит. Потокът ефективно е „достигнал максимум“ със скоростта на звука през този размер на отвора. Това физическо явление осигурява присъща стабилност на пневматичните системи.
Стандарт за оценка на потока ISO 6358Традиционните хидравлични стойности на Cv не са подходящи за пневматични приложения, тъй като се основават на несвиваем воден поток. Стандартът ISO 6358 разглежда това с два параметъра:
- Звукова проводимост (C):Максимален капацитет на потока при условия на запушване, изразен в dm³/(s·bar).
- Коефициент на критично налягане (b):Точката на преход между дозвуков и звуков поток (обикновено 0,2 до 0,5).
Уравненията на потока, базирани на тези параметри, са:
За запушен поток, когато $P_2/P_1 \le b$:
$$ Q = C \cdot P_1 \cdot K_t $$За дозвуков поток, когато $P_2/P_1 > b$:
$$ Q = C \cdot P_1 \cdot K_t \cdot \sqrt{1 - \left(\frac{\frac{P_2}{P_1} - b}{1 - b}\right)^2} $$Където $K_t$ е коефициентът за температурна корекция.
Вътрешна конструкция и компоненти
Типичният регулатор на скоростта съчетава две функции в едно компактно тяло: дроселиране и възвратен клапан.
Материали на тялото на клапана:Изборът зависи от околната среда. Месингът с никелово покритие обслужва общите фабрични нужди, докато анодизираният алуминий намалява теглото. Неръждаемата стомана (304/316) е от съществено значение за зоните за измиване, а инженерните пластмаси (PBT) предлагат рентабилни леки решения.
Дизайн на иглена клапа:Висококачествените дизайни използват резби с фина стъпка (10-15 завъртания) за прецизен контрол в диапазона 10-50 mm/s. Ъгълът на конусност влияе върху характеристичната крива - линейните конусности осигуряват пропорционални промени, докато равните проценти конусности предлагат по-фин контрол при ниски отвори.
Конфигурация на възвратен клапан:Вграденият възвратен клапан позволява свободен обратен поток. Видовете уплътнения са компактни, но могат да изтекат при ниско налягане; сферичните или тарелковите типове осигуряват по-плътно затваряне, но изискват повече пространство.
Стратегии за контрол на измерване срещу измерване
Инсталационната позиция влияе основно върху поведението на системата. Това разграничение причинява повече проблеми на полето, отколкото всеки друг аспект на пневматичния контрол на потока.
Контрол на измерване (ограничаване на отработените газове)В тази конфигурация възвратният клапан позволява свободен поток в цилиндъра, докато иглата ограничава изходящия въздух, напускащ противоположната камера. Принципът на работа създава възглавница под налягане. Докато буталото се движи, отработеният въздух създава обратно налягане, подобрявайки твърдостта и предотвратявайки приплъзване.
Контрол на измерване (ограничение на доставките)Тук иглата ограничава входящия въздух, докато изпускателните отвори свободно. Това често води до нестабилно движение ("потрепване"), тъй като налягането в захранващата камера пада, когато обемът се увеличи, което води до спиране на буталото, докато налягането се възстанови.
„Ако се съмнявате, измерете.“ Meter-out е изборът по подразбиране за двойнодействащи цилиндри. Meter-in трябва да бъде запазен само за еднодействащи цилиндри (възвратна пружина) или специфични приложения за плавен старт.
| Характеристика | Meter-Out (изпускателна система) | Meter-In (захранване) |
|---|---|---|
| Гладкост на движението | Отличен (предотвратява приплъзване) | Лош (склонен към дръпване) |
| Манипулиране на товара | Добро затихване при претоварване | Риск от бягство при гравитационни товари |
| Стабилност на скоростта | Висок (ефект на възглавница) | Променлива (зависи от доставката) |
| Най-добрите приложения | Двойнодействащи цилиндри | Еднодействащи цилиндри |
Процес на избор и оразмеряване на вентил
Правилното оразмеряване предотвратява клапани с по-малки размери, които ограничават силата на задвижването, и клапани с големи размери, които жертват разделителната способност на контрола на скоростта.
Започнете с изчисляване на необходимия дебит въз основа на спецификациите на цилиндъра:
$$ Q = \frac{A \cdot L \cdot 60}{t} $$Където $A$ е площта на буталото (cm²), $L$ е дължината на хода (cm), а $t$ е времето на хода (секунди).
Пад на налягането:Ограничете спада на налягането през вентила до 0,5-1,0 бара при номинален дебит. По-високите капки губят енергия; изключително ниските капки показват прекалено голям клапан с лоша разделителна способност.
Инсталиране и отстраняване на неизправности
Инсталирайте вентила за контрол на потока възможно най-близо до порта на цилиндъра. Дългите тръбни линии създават свиваем обем, действащ като въздушна пружина, влошаваща реакцията.
Първоначална корекция:Започнете с отворена игла 3-4 оборота. Ако възникне приплъзване, проверете контрола на измервателния уред. Ако движението е твърде бързо, затваряйте постепенно на стъпки от четвърт оборот.
| Симптом | Вероятна причина | Решение |
|---|---|---|
| Резко движение (приплъзване) | Контрол на входа на цилиндър с двойно действие | Преконфигурирайте за измерване |
| Скоростта се променя по средата на хода | Колебания в захранващото налягане | Инсталирайте специален регулатор |
| Няма контрол на скоростта | Замърсяване или счупена игла | Проверете филтъра; сменете клапана |
| Цилиндърът се отклонява след спиране | Вътрешен теч на възвратния клапан | Сменете клапана; проверете замърсяването |
Поддръжка и експлоатационен живот
Пневматичните клапани за контрол на потока се определят като компоненти с ниска поддръжка, но редовната проверка предотвратява неочаквани повреди.
При нормални индустриални условия с правилно филтриран въздух (минимум 40 микрона), качествените клапани доставят5-10 годинина експлоатационния живот.
Фактори, намаляващи живота:
- Подаване на замърсен въздух (наполовина живота на уплътнението)
- Екстремни температури извън границите на уплътнението
- Агресивното регулиране причинява износване на резбата
- Химическо излагане (изисква неръждаема стомана/FKM)
С развитието на индустриалните системи пневматичният контрол на потока се адаптира чрез включване на сензори и мрежова свързаност. Докато нововъзникващите електрически задвижващи механизми предлагат прецизност, пневматиката остава превъзходна за високоскоростни приложения с къс ход, експлозивни атмосфери и среди на измиване, където се изисква стабилна устойчивост на претоварване.
