Ha egy pneumatikus henger túl gyorsan mozog, vagy nehezen csúszik, a megoldás általában az áramlásszabályozó szelep megfelelő kiválasztásában és felszerelésében rejlik. A pneumatikus áramlásszabályozó szelep szabályozza a sűrített levegő áramlását az aktuátor fordulatszámának szabályozása érdekében, ami elengedhetetlen minden olyan automatizált rendszerhez, amely precíz mozgásidőzítést igényel. Hidraulikus társaikkal ellentétben ezeknek a szelepeknek kezelniük kell az összenyomható folyadékdinamikát, ahol a nyomásviszony és a hangáramlási viszonyok alapvetően megváltoztatják a szabályozási jellemzőket.
Hogyan működnek a pneumatikus áramlásszabályozó szelepek
Az alapfunkció egy változó korlátozás létrehozása a légútban. Ahogy a sűrített levegő áthalad a szűkített nyíláson, a nyomásenergia kinetikus energiává alakul, nyomásesést okozva, ami csökkenti a lefelé irányuló áramlási sebességet. A sűrített levegő azonban másként viselkedik, mint az össze nem sűríthető folyadékok, és olyan bonyolultságokat okoz, amelyek befolyásolják a szabályozás stabilitását.
Amikor a levegő átáramlik egy korlátozáson, a felfelé irányuló nyomás ($P_1$) és a lefelé irányuló nyomás ($P_2$) közötti kapcsolat határozza meg az áramlási rendszert. Mérsékelt nyomásesésnél az áramlás a nyomáskülönbséggel arányosan növekszik. Ha azonban a nyomásarány $P_2/P_1$ egy kritikus érték alá esik (levegő esetében jellemzően 0,528 körül), az áramlási sebesség a torokban eléri a helyi hangsebességet. Ez az állapot, amelyet fojtott áramlásnak vagy hangáramlásnak neveznek, alapvető korlátot jelent.
Fojtott áramlásban a nyomás további csökkentése már nem növeli a tömegáramot. Az áramlás a hangsebességgel gyakorlatilag „kimaxolódott” ezen a nyílásméreten keresztül. Ez a fizikai jelenség a pneumatikus rendszerekben rejlő stabilitást biztosít.
ISO 6358 Flow Rating StandardA hagyományos hidraulikus Cv értékek a pneumatikus alkalmazásoknál elmaradnak, mivel összenyomhatatlan vízáramláson alapulnak. Az ISO 6358 szabvány ezt két paraméterrel kezeli:
- Hangvezetés (C):Maximális áramlási kapacitás fojtott körülmények között, dm³/(s·bar)-ban kifejezve.
- Kritikus nyomásviszony (b):Átmeneti pont a szubszonikus és a hangos áramlás között (általában 0,2–0,5).
Az ezeken a paramétereken alapuló áramlási egyenletek a következők:
Fojtott áramlás esetén, amikor $P_2/P_1 \le b$:
$$ Q = C \cdot P_1 \cdot K_t $$Szubszonikus áramlás esetén, amikor $P_2/P_1 > b$:
$$ Q = C \cdot P_1 \cdot K_t \cdot \sqrt{1 - \left(\frac{\frac{P_2}{P_1} - b}{1 - b}\right)^2} $$Ahol $K_t$ a hőmérsékleti korrekciós tényező.
Belső felépítés és alkatrészek
Egy tipikus fordulatszám-szabályozó két funkciót egyesít egyetlen kompakt testben: a fojtószelepet és az irányított visszacsapó szelepet.
Szeleptest anyagai:A kiválasztás a környezettől függ. A nikkelezett sárgaréz az általános gyári igényeket szolgálja ki, míg az eloxált alumínium csökkenti a súlyt. A rozsdamentes acél (304/316) elengedhetetlen a mosóhelyiségekben, a műszaki műanyagok (PBT) pedig költséghatékony, könnyű megoldásokat kínálnak.
Tűszelep kialakítás:A kiváló minőségű kivitelek finom menetemelkedésű (10-15 forgás) meneteket használnak a precíz vezérlés érdekében a 10-50 mm/s tartományban. A kúpos szög befolyásolja a jelleggörbét – a lineáris kúpok arányos változásokat biztosítanak, míg az egyenlő százalékos kúpok finomabb szabályozást tesznek lehetővé alacsony nyílásoknál.
Visszacsapó szelep konfiguráció:A beépített visszacsapó szelep szabad áramlást tesz lehetővé hátramenetben. Az ajaktömítés típusai kompaktak, de alacsony nyomáson szivároghatnak; A golyós vagy poppet típusok szorosabb elzárást biztosítanak, de több helyet igényelnek.
Meter-In vs Meter-Out szabályozási stratégiák
A telepítési helyzet alapvetően befolyásolja a rendszer viselkedését. Ez a megkülönböztetés több terepi problémát okoz, mint a pneumatikus áramlásszabályozás bármely más vonatkozása.
Meter-Out Control (kipufogógáz-korlátozás)Ebben a konfigurációban a visszacsapó szelep szabad áramlást tesz lehetővé a hengerbe, miközben a tű korlátozza a távozó levegő távozását az ellenkező kamrából. A működési elv nyomáspárnát hoz létre. Ahogy a dugattyú mozog, a távozó levegő ellennyomást hoz létre, javítva a merevséget és megakadályozva a kicsúszást.
Meter-In Control (ellátás korlátozása)Itt a tű korlátozza a bejövő levegőt, miközben szabadon szellőzik. Ez gyakran instabil mozgáshoz ("rángatózáshoz") vezet, mivel a betápláló kamra nyomása a térfogat növekedésével csökken, és a dugattyú leáll, amíg a nyomás helyreáll.
– Ha kétségei vannak, mérje le. A mérőkimenet az alapértelmezett választás a kettős működésű hengereknél. A mérőbemenetet csak egyszeres működésű hengerekhez (rugós visszafolyású) vagy speciális lágyindítású alkalmazásokhoz szabad fenntartani.
| Jellegzetes | Mérő ki (kipufogó) | Mérő bemenet (ellátás) |
|---|---|---|
| Mozgássimaság | Kiváló (megakadályozza a kicsúszást) | Gyenge (hajlamos a rángatózásra) |
| Teherkezelés | Jó csillapítás túlfutó terhelésekhez | Elfutás veszélye gravitációs terhelés hatására |
| Sebesség Stabilitás | Magas (párna hatás) | Változó (kínálattól függően) |
| Legjobb alkalmazások | Kettős működésű hengerek | Egyszeres működésű hengerek |
Szelepválasztás és méretezés folyamata
A megfelelő méretezés megakadályozza az alulméretezett szelepeket, amelyek korlátozzák a működtető erőt, és a túlméretezett szelepeket, amelyek feláldozzák a sebességszabályozás felbontását.
Kezdje a szükséges áramlás kiszámításával a henger specifikációi alapján:
$$ Q = \frac{A \cdot L \cdot 60}{t} $$Ahol $A$ a dugattyú területe (cm²), $L$ a lökethossz (cm), és $t$ a löketidő (másodpercben).
Nyomásesés:Korlátozza a nyomásesést a szelepen 0,5-1,0 bar-ra névleges áramlás mellett. A magasabb cseppek energiát pazarolnak; A rendkívül alacsony cseppek túlméretezett, gyenge felbontású szelepet jeleznek.
Telepítés és hibaelhárítás
Szerelje fel az áramlásszabályozó szelepet a lehető legközelebb a hengernyíláshoz. A hosszú csőjáratok összenyomható térfogatot hoznak létre, légrugóként működve, csökkentve a reakciót.
Kezdeti beállítás:Kezdje azzal, hogy a tűt 3-4 fordulattal kinyitja. Ha csúszás történik, ellenőrizze a mérőműszer vezérlését. Ha a mozgás túl gyors, negyedfordulatosan fokozatosan zárja be.
| Tünet | Valószínű ok | Megoldás |
|---|---|---|
| Szaggatott mozgás (csúszás) | Meter-in vezérlés kettős működésű hengeren | Konfigurálja újra a meter-out-ra |
| A sebesség a löket közepén változik | Tápfeszültség ingadozása | Telepítse a dedikált szabályozót |
| Nincs sebességszabályozás | Szennyeződés vagy törött tű | Vizsgálja meg a szűrőt; cserélje ki a szelepet |
| A henger megállás után sodródik | Ellenőrizze a szelep belső szivárgását | Cserélje ki a szelepet; ellenőrizze a szennyeződést |
Karbantartás és élettartam
A pneumatikus áramlásszabályozó szelepek alacsony karbantartást igénylő alkatrészeknek minősülnek, de a rendszeres ellenőrzés megakadályozza a váratlan meghibásodásokat.
Normál ipari körülmények között, megfelelően szűrt levegővel (minimum 40 mikronos), minőségi szelepek szállítanak5-10 évélettartamáról.
Életcsökkentő tényezők:
- Szennyezett levegőellátás (felezi a tömítés élettartamát)
- Extrém hőmérsékletek a tömítési besoroláson túl
- Agresszív beállítás menetkopást okoz
- Vegyi expozíció (rozsdamentes acél/FKM szükséges)
Az ipari rendszerek fejlődésével a pneumatikus áramlásszabályozás alkalmazkodik az érzékelők és a hálózati csatlakozás révén. Míg a feltörekvő elektromos hajtóművek precizitást kínálnak, a pneumatika továbbra is kiváló a nagy sebességű, rövid löketű alkalmazásokban, robbanásveszélyes környezetben és lemosott környezetben, ahol robusztus túlterheléstűrés szükséges.
