Полное руководство по распределительным клапанам в системах автоматизации

Когда роботизированная рука захватывает деталь, пневматический пресс пробивает ее, конвейерный зажим удерживает коробку в нужном месте, есть одна маленькая, но очень важная деталь машины. Это пневматический распределительный клапан. Он может показаться крошечной деталью, но он определяет все: направление потока воздуха, момент начала движения и скорость реакции машины. И даже самая сложная система автоматизации не может работать без него. А когда воздух поступает не в нужном направлении, ничего не работает, или, что еще хуже, все работает в неправильном направлении.

В этом руководстве вы узнаете, что такое пневматический распределительный клапан, какие типы клапанов существуют, как выбрать подходящий тип клапана и как поддерживать его в исправном состоянии.

Что такое распределительный клапан и для чего он нужен?

Пневматический распределительный клапан используется для направления сжатого воздуха внутри системы. Это его основная задача.

Представьте, что это светофор. Он управляет движением в воздухе, указывая направление: вперед, назад или немедленную остановку.

Так что же оно на самом деле делает?

• Останавливает или возобновляет поток воздуха.

• Изменяет поток воздуха.

• Управляет движением исполнительных механизмов или цилиндров.

Когда воздух движется в определённом направлении, он толкает части машины. Именно так происходит движение в автоматизированных системах.

Без этого клапана:

• Цилиндры не будут ни выдвигаться, ни втягиваться.

• Машины плохо отреагируют.

• Системы автоматизации работать не будут.

Да, это небольшая часть, но именно она контролирует всё.

Как работают пневматические распределительные клапаны?

Внутри каждого пневматического распределительного клапана находится золотник, который перемещается вперед и назад в обработанном отверстии. На золотнике имеются выступы (выступающие участки) и канавки. При перемещении золотника выступы перекрывают определенные отверстия, а канавки образуют перемычку с другими.

Вот краткое описание процесса:

1. Получен сигнал: на привод клапана подается электрический сигнал (или управляющий поток воздуха).

2. Золотник перемещается: Золотник перемещается на несколько миллиметров внутри корпуса клапана.

3. Подключение портов: Подача воздуха (порт 1) подключается к порту 2 или порту 4.

4. Исполнительный механизм перемещается: цилиндр расширяется или сжимается в зависимости от того, в какую камеру поступает воздух.

5. Выходы выхлопных газов: На обратной стороне воздух выходит через выпускные отверстия 3 или 5.

Время отклика большинства промышленных электромагнитных клапанов составляет менее 50 миллисекунд. Робототехнические и упаковочные линии с высокоскоростными клапанами могут переключаться за 10-15 мс. Скорость отклика важна для применений с высокой частотой циклов. Заводы с частотой более 60 циклов в минуту требуют клапанов, способных поддерживать эту частоту без перегрева электромагнитной катушки.

Что означают обозначения 3/2, 5/2 и 5/3? Типы распределительных клапанов.

Клапан имеет числовой код, который указывает на две вещи: количество портов и количество положений, в которых он может находиться. Формат всегда будет следующим: Порты/Положения.

Клапан 3/2: три порта, два положения

Это самый простой вариант.

• 3 порта: для подачи воздуха, для вывода воздуха и для отвода воздуха.

• 2 положения: ВКЛ и ВЫКЛ.

Обычно он применяется в цилиндрах одностороннего действия, где воздух толкает цилиндр в одном направлении, а пружина возвращает его в исходное положение.

Клапан 5/2: пять портов, два положения

Это наиболее часто используемый автоматический клапан.

• 5 портов: один для подачи питания, два для вывода и два для отвода воздуха.

• 2 положения: вперед и назад

Он используется для цилиндров двойного действия, обеспечивая движение в обоих направлениях. Модель 5/2 дает полный контроль над обоими ходами цилиндра.

Клапан 5/3: пять портов, три положения

Клапан 5/3 устанавливает нейтральное (среднее) положение. Центральное положение можно установить в трех режимах:

• Все отверстия закрыты: фиксатор цилиндра на месте, что обеспечивает удержание нагрузки между ходами.

• Все порты заполнены: цилиндр свободно плавает, что удобно для аварийного сброса или ручного управления.

• Центр давления: Оба рабочих порта получают питание и используются в регенеративных контурах или специальных прессовых установках.

Клапан 5/3 обычно используется, когда необходимо, чтобы привод остановился и зафиксировался в середине хода, что является типичной особенностью процессов прессования, сварки и зажима.

Как откалибровать пневматический регулирующий клапан

Калибровка гарантирует правильную работу пневматического распределительного клапана и обеспечивает плавное, контролируемое вращение. Однако недостаточная калибровка клапана может привести к увеличению времени цикла, неполному ходу поршня и повреждению продукции.

Ниже приведён полезный контрольный список для калибровки:

1. Отрегулируйте давление подачи до нужного уровня: большинство пневматических распределительных клапанов наиболее эффективны при давлении 4-8 бар (60-120 PSI). Проверьте минимальное давление переключения, указанное производителем. Некоторые клапаны не будут надежно переключаться при давлении ниже 1,5 бар.

2. Проверьте расход воздуха (значение Cv): Cv (коэффициент расхода) показывает количество воздуха, которое может пройти через клапан. Клапан со слишком малым значением Cv будет испытывать недостаток воздуха в большом цилиндре, что приведет к медленным и слабым тактам.

3. Проверьте напряжение соленоида: соленоиды переменного и постоянного тока не взаимозаменяемы. Соленоид, работающий от 24 В постоянного тока, перегреется и выйдет из строя при использовании с соленоидом, работающим от 24 В переменного тока. Всегда подбирайте соленоид, соответствующий типу и номинальному напряжению.

4. Проверка реакции на переключение: на конце цилиндра используйте манометр или бесконтактный датчик. Если после сигнала прошло более 50 мс, проверьте наличие утечек воздуха, низкое давление подачи или засорение выпускного патрубка.

5. Проверьте поток выхлопных газов: ограничение потока выхлопных газов создает противодавление, которое замедляет обратный ход. Глушители выхлопных газов со временем засоряются. Чистите или заменяйте их во время каждого планового технического обслуживания.

Типичные области применения пневматических распределительных клапанов

Мы рассмотрим некоторые распространенные области применения этих клапанов.

• Производственные линии: Эти клапаны помогают в транспортировке, зажиме и позиционировании компонентов во время производства. Они обеспечивают быстрые и равномерные процессы.

• Упаковочные машины: Они регулируют процессы запечатывания, разрезания, наполнения и маркировки в автоматизированных системах упаковки.

• Конвейерные системы: Они используются для остановки, запуска или изменения направления движения продукции на конвейерных лентах в нужное время.

• Робототехника: Помощь роботизированным рукам в выполнении точных движений, таких как захват, подъем и позиционирование объектов.

• Автомобильная промышленность: Используется в сборочных и инструментальных процессах, где требуется скорость и повторяющиеся движения.

Как часто следует проводить техническое обслуживание пневматических клапанов?

В целом, легкий осмотр следует проводить чаще, тогда как полное техническое обслуживание — реже. Ниже приведен пример графика технического обслуживания:

Если система работает круглосуточно или в экстремальных условиях, техническое обслуживание следует проводить чаще.

Полное руководство по выбору: подбор подходящего клапана для вашего применения

Выбор неправильного клапана обходится дорого и приводит к проблемам. Ниже представлен простой пошаговый процесс выбора:

Шаг 1: Определите тип вашего исполнительного механизма.

Разные клапаны выполняют разные функции:

• Односторонний цилиндр → Возьмите клапан 3/2.

• Цилиндр двойного действия → Используйте клапан 5/2.

• Для цилиндра, требующего удержания в середине хода поршня, используйте клапан с закрытым центром 5/3.

• Для цилиндра, требующего плавного торможения или поплавка, используйте клапан с открытым центром 5/3.

Шаг 2: Выберите правильный метод приведения в действие

• Электромагнитный соленоид: идеально подходит для автоматизированных систем, управляемых ПЛК. Доступен в вариантах 24 В постоянного тока, 110 В переменного тока, 220 В переменного тока. В современной автоматизации наиболее распространен вариант 24 В постоянного тока.

• Пневматический запальник: наилучший выбор, когда электричество представляет опасность (взрывоопасные условия). Требует независимого источника воздуха для запальника.

• Механический/ручной: Используется для управления техническим обслуживанием, станций ручной сборки или простых машин, не использующих ПЛК.

Шаг 3: Скорость движения вашей машины определяется потоком.

Когда клапан слишком мал:

• Движение замедляется

• Падение давления

Если он слишком большой:

• Энергетические отходы

• Плохой контроль

Всегда следите за тем, чтобы расход клапана соответствовал размеру и скорости привода.

Шаг 4: Проверка технических характеристик окружающей среды

В условиях вашей работы потребуется пневматический распределительный клапан:

• Степень защиты IP: IP65 = пыленепроницаемость и защита от струй воды. IP67 = водонепроницаемость. IP69K = защита от мойки под высоким давлением. Степень защиты IP69K требуется в пищевой и фармацевтической промышленности.

• Диапазон рабочих температур: Стандартные клапаны работают в диапазоне от 0 °C до 50 °C. Для работы при чрезвычайно низких температурах требуются низкотемпературные уплотнения с допустимой температурой до -20 °C.

• Материалы: Стандартные материалы для корпусов клапанов — алюминий. В агрессивных или гигиенических средах используется нержавеющая сталь.

Шаг 5: Сопоставьте его с приводом.

Исполнительный механизм и клапан должны быть совместимы по размеру и принципу действия. Если они не совпадают:

• Движение становится неустойчивым.

• Увеличивается количество выбросов загрязняющих веществ в атмосферу.

• Система с большей вероятностью износится.

Заключение

Пневматический распределительный клапан — не самый привлекательный элемент оборудования. Но если его убрать, ничего не будет работать. Независимо от того, создаете ли вы новую систему или устраняете неполадки в существующей, знание типов клапанов, кодов номеров, графика технического обслуживания и критериев выбора является настоящим преимуществом.

Начните с выбора правильного типа клапана для вашего привода. Проверьте значение CV, допустимые условия эксплуатации и напряжение соленоида.

Чтобы узнать больше о конкретных моделях клапанов, которые можно использовать в вашем применении, вы можете посетить [ссылка на сайт]. Ассортимент распределительных клапанов Titan Automation , которая предлагает полный ассортимент продукции.

Часто задаваемые вопросы

В1: Можно ли установить клапан 5/2 на цилиндр одностороннего действия?

Да, но это неэффективно; клапан 3/2 был бы лучше и проще.

В2: Что означают термины «нормально открытый» и «нормально закрытый» для клапана 3/2?

В нормально открытом состоянии воздух по умолчанию свободно циркулирует; в нормально закрытом состоянии воздух не поступает до тех пор, пока не будет активирована соответствующая функция.

В3: Как я могу понять, что клапан неисправен?

Вялая работа, утечка воздуха, неплавное вращение распредвала, медленная реакция или нестабильная работа цилиндров — это тревожные признаки неисправности.

В4: Каково максимально возможное рабочее давление типичного пневматического распределительного клапана?

Обычно это 2-10 бар, в зависимости от конструкции; для безопасной эксплуатации всегда следует руководствоваться требованиями производителя.