Kun pneumaattinen sylinteri liikkuu liian nopeasti tai kamppailee luistoliikkeen kanssa, ratkaisu on yleensä oikea virtauksensäätöventtiilin valinta ja asennus. Pneumaattinen virtauksensäätöventtiili säätelee paineilmavirtausta toimilaitteen nopeuden säätelemiseksi, mikä tekee siitä välttämättömän kaikissa automaattisissa järjestelmissä, jotka vaativat tarkkaa liikkeen ajoitusta. Toisin kuin niiden hydrauliset vastineet, näiden venttiilien täytyy käsitellä puristuvan nesteen dynamiikkaa, jossa painesuhteet ja äänivirtausolosuhteet muuttavat perusteellisesti ohjausominaisuuksia.
Kuinka pneumaattiset virtauksensäätöventtiilit toimivat
Perustoimintoon kuuluu muuttuvan rajoituksen luominen ilmareitille. Kun paineilma kulkee kavennetun aukon läpi, paineenergia muuttuu kineettiseksi energiaksi, mikä tuottaa paineen alenemisen, joka vähentää myötävirtausnopeutta. Mutta paineilma käyttäytyy eri tavalla kuin kokoonpuristumattomat nesteet, mikä aiheuttaa monimutkaisuuksia, jotka vaikuttavat ohjauksen vakauteen.
Kun ilma virtaa rajoituksen läpi, ylävirran paineen ($P_1$) ja alavirran paineen ($P_2$) välinen suhde määrää virtaustilan. Kohtaisilla painehäviöillä virtaus kasvaa suhteessa paine-eroon. Kuitenkin, kun painesuhde $P_2/P_1$ laskee alle kriittisen arvon (tyypillisesti noin 0,528 ilman osalta), virtausnopeus kurkussa saavuttaa paikallisen ääninopeuden. Tämä tila, jota kutsutaan choked flowksi tai äänivirtaukseksi, edustaa perusrajaa.
Tukistetussa virtauksessa alavirran paineen vähentäminen edelleen ei lisää massavirtausta. Virtaus on tehokkaasti "maksimoitunut" äänen nopeudella kyseisen aukon koon läpi. Tämä fysikaalinen ilmiö tarjoaa pneumaattisille järjestelmille luontaisen vakauden.
ISO 6358 Flow Rating StandardPerinteiset hydrauliset Cv-arvot jäävät pienemmiksi pneumaattisissa sovelluksissa, koska ne perustuvat kokoonpuristumattomaan vesivirtaukseen. ISO 6358 -standardi käsittelee tätä kahdella parametrilla:
- Äänenjohtavuus (C):Suurin virtauskapasiteetti kuristusolosuhteissa, ilmaistuna yksikkönä dm³/(s·bar).
- Kriittinen painesuhde (b):Siirtymäkohta aliäänivirran ja äänivirran välillä (tyypillisesti 0,2 - 0,5).
Näihin parametreihin perustuvat virtausyhtälöt ovat:
Tukistettu virtaus, kun $P_2/P_1 \le b$:
$$ Q = C \cdot P_1 \cdot K_t $$Aliäänivirta, kun $P_2/P_1 > b$:
$$ Q = C \cdot P_1 \cdot K_t \cdot \sqrt{1 - \left(\frac{\frac{P_2}{P_1} - b}{1 - b}\right)^2} $$Missä $K_t$ on lämpötilan korjauskerroin.
Sisäinen rakenne ja komponentit
Tyypillinen nopeussäädin yhdistää kaksi toimintoa yhteen kompaktiin runkoon: kuristus ja suuntatakaiskuventtiili.
Venttiilin rungon materiaalit:Valinta riippuu ympäristöstä. Nikkelöity messinki palvelee yleisiä tehdastarpeita, kun taas anodisoitu alumiini vähentää painoa. Ruostumaton teräs (304/316) on välttämätön pesualueille, ja tekniset muovit (PBT) tarjoavat kustannustehokkaita kevyitä ratkaisuja.
Neulaventtiilin suunnittelu:Laadukkaissa malleissa käytetään hienojakoisia kierteitä (10-15 kierrosta) tarkkaan ohjaukseen 10-50 mm/s alueella. Kartiokulma vaikuttaa ominaiskäyrään – lineaariset kartiot tuottavat suhteellisia muutoksia, kun taas yhtä suuret kartiot tarjoavat tarkemman hallinnan matalissa aukoissa.
Takaiskuventtiilin kokoonpano:Integroitu takaiskuventtiili mahdollistaa vapaan virtauksen taaksepäin. Huulitiivistetyypit ovat kompakteja, mutta voivat vuotaa alhaisessa paineessa; pallo- tai poppet-tyypit tarjoavat tiukemman sulkemisen, mutta vaativat enemmän tilaa.
Meter-In vs Meter-Out ohjausstrategiat
Asennusasento vaikuttaa olennaisesti järjestelmän toimintaan. Tämä ero aiheuttaa enemmän kenttäongelmia kuin mikään muu pneumaattisen virtauksen ohjauksen näkökohta.
Meter-Out Control (pakokaasurajoitus)Tässä kokoonpanossa takaiskuventtiili sallii vapaan virtauksen sylinteriin, kun taas neula rajoittaa poistoilman poistumista vastakkaisesta kammiosta. Toimintaperiaate luo painetyynyn. Männän liikkuessa poistoilma luo vastapainetta, mikä parantaa jäykkyyttä ja estää tartuntaliukumisen.
Mittarin ohjaus (toimitusrajoitus)Tässä neula rajoittaa sisään tulevaa ilmaa ja poistoilma pääsee vapaasti. Tämä johtaa usein epävakaaseen liikkeeseen ("nykimiseen"), koska syöttökammion paine laskee tilavuuden kasvaessa, mikä aiheuttaa männän pysähtymisen, kunnes paine palautuu.
"Jos epäilet, mittaa." Meter-out on oletusvalinta kaksitoimisille sylintereille. Mittarisisääntulo tulisi varata vain yksitoimisille sylintereille (jousipalautus) tai tietyille pehmeäkäynnistyssovelluksille.
| Ominaista | Mittarin poisto (pakokaasu) | Sisääntulo (tarvike) |
|---|---|---|
| Liikkeen tasaisuus | Erinomainen (estää tarttumisen luistamisen) | Huono (altis nykimiseen) |
| Kuorman käsittely | Hyvä vaimennus yliajoille | Karkaamisvaara painovoimaisten kuormien vaikutuksesta |
| Nopeuden vakaus | Korkea (pehmustevaikutus) | Muuttuva (riippuu tarjonnasta) |
| Parhaat sovellukset | Kaksitoimiset sylinterit | Yksitoimiset sylinterit |
Venttiilin valinta- ja mitoitusprosessi
Oikea mitoitus estää alamittaiset venttiilit, jotka rajoittavat toimilaitteen voimaa, ja ylisuuret venttiilit, jotka uhraavat nopeudensäädön resoluutiota.
Aloita laskemalla tarvittava virtaus sylinterin teknisten tietojen perusteella:
$$ Q = \frac{A \cdot L \cdot 60}{t} $$Missä $A$ on männän pinta-ala (cm²), $L$ on iskun pituus (cm) ja $t$ on iskuaika (sekunteina).
Paineen lasku:Rajoita painehäviö venttiilin yli 0,5-1,0 baariin nimellisvirtauksella. Korkeammat putoukset hukkaa energiaa; erittäin pienet pudotukset osoittavat ylimitoitettua venttiiliä, jonka resoluutio on huono.
Asennus ja vianetsintä
Asenna virtauksen säätöventtiili mahdollisimman lähelle sylinterin aukkoa. Pitkät letkut luovat kokoonpuristuvan tilavuuden, joka toimii ilmajousena, mikä heikentää vastetta.
Alkusäätö:Aloita neulalla 3-4 kierrosta auki. Jos mittari luistaa, tarkista mittarin ohjaus. Jos liike on liian nopeaa, sulje asteittain neljänneskierroksen välein.
| Oire | Todennäköinen syy | Ratkaisu |
|---|---|---|
| Nykivä liike (slip-slip) | Mittarin ohjaus kaksitoimisessa sylinterissä | Määritä uudelleen mittaamaan |
| Nopeus muuttuu kesken iskun | Syöttöpaineen vaihtelu | Asenna erillinen säädin |
| Ei nopeudensäätöä | Likaantunut tai katkennut neula | Tarkista suodatin; vaihda venttiili |
| Sylinteri ajautuu pysähtymisen jälkeen | Tarkista venttiilin sisäinen vuoto | Vaihda venttiili; tarkista kontaminaatio |
Huolto ja käyttöikä
Pneumaattiset virtauksensäätöventtiilit ovat vähän huoltoa vaativia komponentteja, mutta säännöllinen tarkastus estää odottamattomat viat.
Normaaleissa teollisuusolosuhteissa oikein suodatetulla ilmalla (vähintään 40 mikronia) laadukkaat venttiilit toimittavat5-10 vuottakäyttöiästä.
Elämää lyhentävät tekijät:
- Saastuneen ilman syöttö (puolittaa tiivisteen käyttöiän)
- Äärimmäiset lämpötilat ylittävät tiivistearvot
- Aggressiivinen säätö aiheuttaa langan kulumista
- Kemiallinen altistuminen (vaatii ruostumattoman teräksen/FKM:n)
Teollisten järjestelmien kehittyessä pneumaattinen virtauksensäätö mukautuu anturien ja verkkoliitäntöjen ansiosta. Vaikka kehitteillä olevat sähkötoimilaitteet tarjoavat tarkkuutta, pneumatiikka on edelleen ylivoimainen nopeissa, lyhytiskuisissa sovelluksissa, räjähdysalttiissa ympäristöissä ja pesuympäristöissä, joissa vaaditaan vankkaa ylikuormituksen sietokykyä.
