Как подобрать соленоидный клапан к пневмоцилиндру: расход, время хода и безопасная остановка

Цилиндр может иметь достаточную теоретическую силу и все равно двигаться слишком медленно, если клапан, трубки, фитинги, регуляторы расхода или линия выхлопа ограничивают подачу воздуха. Согласуйте цилиндр и клапан как единую пневматическую цепь. Начните с требуемой силы и времени хода при минимальном давлении, доступном во время движения, затем проверьте всю линию подачи и выхлопа. Если поведение при остановке защищает людей или подвешенный груз, определите и проверьте эту функцию безопасности отдельно. Символ 5/3 клапана сам по себе не гарантирует безопасную остановку.

Где применяется этот метод

Эти примеры являются функциями машины, а не заранее выбранными продуктами. Один и тот же диаметр цилиндра может потребовать другого клапана при изменении хода, целевого времени, длины трубки, ограничения выхлопа или количества одновременных движений.

Начните с задачи машины и заданного состояния остановки

Запишите направление нагрузки, требуемую силу на механизме, полный ход, желаемое время выдвижения и втягивания, время выдержки, циклов в минуту и минимальное динамическое давление. Динамическое давление означает давление, измеренное во время движения соответствующих исполнительных механизмов, а не показание манометра на холостом ходу. Отметьте, делят ли другие цилиндры общий клапанный коллектор или ветвь в этот момент.

Определите состояние, требуемое после потери электропитания, управляющего сигнала или сжатого воздуха. Горизонтальный толкатель картонных коробок может быть допущен к выпуску воздуха и последующему возврату. Вертикальная ось, зажим или затвор могут потребовать механического ограничителя, специального удерживающего устройства или пневматической цепи, связанной с безопасностью. Это решение исходит из оценки риска машины, а не из предпочтения определенного центра золотника.

Выполните выбор в следующем порядке

1. Рассчитайте площадь поршня, необходимую для заданной силы при минимальном давлении на цилиндре. Рассматривайте это как первичный отбор. Трение, противодавление, ускорение, геометрия рычага и направление нагрузки снижают полезную силу. Для втягивания используйте кольцевую площадь, рассчитанную по точным диаметрам поршня и штока.
2. Рассчитайте геометрический объем камеры по диаметру, ходу и соответствующей площади поршня. Включите мертвый объем и объем трубки в детальную модель.
3. Преобразуйте требование движения в требование расхода, используя абсолютное давление и четко указанные справочные условия. Не применяйте упрощение Kv для несжимаемой жидкости к воздуху без метода производителя и условий испытаний.
4. Моделируйте клапан, коллектор, трубки, фитинги, однонаправленные регуляторы расхода, глушители и сбор выхлопа как систему. ISO 6358-1 определяет методы характеристики компонентов с сжимаемым потоком. ISO 6358-3 рассматривает оценку комбинированных характеристик расхода компонентов и трубопроводов.
5. Выберите функцию клапана, размер порта, напряжение катушки, электрическое соединение, ручное дублирование, класс защиты окружающей среды и одобренные аксессуары из точного технического описания. Проверьте как линию подачи, так и линию выхлопа.
6. Вводите в эксплуатацию на контролируемой скорости, затем записывайте время хода и давление на выходе сервисного блока и на портах цилиндра, пока машина выполняет реальную последовательность. Устраните ограничение, выявленное измерениями.

Пример предварительного расчета для толкателя картонных коробок

Это иллюстративный расчет, а не рекомендация модели. Упаковочная машина использует двухсторонний цилиндр с диаметром 32 мм и ходом 200 мм. Целевое время выдвижения составляет 0,40 с. Измеренное минимальное давление подачи составляет 5 бар изб., пока толкатель и два других исполнительных механизма движутся. Для первичного отбора используйте около 6 бар абс. и 1 бар абс. в качестве справочного давления при той же температуре.

Площадь поршня со стороны крышки равна π × 0,032² ÷ 4, что составляет около 0,000804 м². Геометрический объем со стороны крышки равен этой площади × 0,200 м, что составляет около 0,000161 м³ или 0,161 л. Умножение на отношение абсолютных давлений дает около 0,965 справочных литров для идеального хода. Деление на 0,40 с дает около 2,41 л/с или 145 л/мин при указанном справочном условии.

Этот результат является только предварительным значением. Он не учитывает объем трубки и мертвый объем, изменение температуры, утечки, демпфирование, профиль движения и потери давления. Он также ничего не говорит о ходе втягивания, потому что для этого расчета нужен фактический диаметр штока. Не выбирайте клапан только потому, что в каталоге указан номинальный расход выше 145 л/мин. Значения расхода в каталоге зависят от указанных условий испытаний, и самый узкий фитинг, глушитель, трубка или канал коллектора могут доминировать в реальном времени хода. Прогоните всю цепь через инструмент расчета или моделирования производителя и сравните результат с измерениями при вводе в эксплуатацию.

Граница безопасного состояния

Закрытый центр 5/3 клапана может удерживать сжатый воздух, но удерживаемый воздух сжимаем, и клапаны и цилиндры имеют утечки. Внешняя нагрузка все еще может перемещаться. Открытый центр может сбросить силу и позволить гравитации переместить ось. Нагруженный центр не гарантирует удержание позиции, потому что площади поршней различаются и давление может меняться. Ни одна из этих функций центра сама по себе не устанавливает функцию безопасности.

Используйте ISO 12100 для выявления опасности и требуемого снижения риска. Когда функция пневматического управления связана с безопасностью, проектируйте и проверяйте соответствующие части управления с использованием применимого стандарта на машины и такого метода, как ISO 13849-1. Окончательная конструкция может потребовать механической опоры, блокировки штока, пилотного обратного клапана, предохранительного клапана, контролируемого состояния давления или другой меры. Правильный выбор зависит от нагрузки, режимов отказа, требуемого уровня производительности и результатов проверки. Не входите в опасную зону, предполагая, что давление удерживается. Следуйте процедуре изоляции на объекте и проверьте безопасное состояние.

Практические проверки установки и ввода в эксплуатацию

Держите трассы трубок как можно короче и прямее, насколько позволяет компоновка машины, но сохраняйте доступ для обслуживания и радиус изгиба, указанный для трубки. Согласуйте фитинги с материалом и размерами трубки. Рассчитывайте общие линии подачи и выхлопа на одновременный спрос, а не на один изолированный исполнительный механизм. Проверьте, не загрязнился ли глушитель, если время хода постепенно увеличивается.

Регуляторы расхода устанавливают скорость после того, как цепь имеет достаточную пропускную способность. Руководство Festo по цилиндрам описывает добавление регуляторов расхода или скорости для стабилизации выдвижения и втягивания. Их настройка не исправляет недостаточно мощный путь выше по потоку. Начните ввод в эксплуатацию на контролируемой скорости, подтвердите демпфирование в соответствии с точными инструкциями для цилиндра и следите за жестким ударом в конце хода, отскоком, падением давления или нестабильным движением. Запишите окончательные настройки и графики давления, чтобы обслуживающий персонал мог отличить будущую неисправность от первоначальной конструкции.

Информация, необходимая для запроса модели

Отправьте текущие коды типов цилиндра и клапана, четкие фотографии табличек, диаметр, диаметр штока, ход, монтаж, демпфирование, размер и длину трубки, давление подачи во время движения, целевое время хода, напряжение катушки, тип разъема, рабочий цикл, условия окружающей среды и требуемое состояние после потери энергии. Включите функцию машины и одновременные движения.

WarriorZ - независимая компания по поддержке поиска и идентификации моделей. Она не является Festo и не выдает одобрения производителя. WarriorZ может помочь идентифицировать существующую деталь и организовать информацию о поиске. Проектировщик машины или ответственный инженер должен утвердить пневматическую конструкцию, функцию безопасности и доказательства ввода в эксплуатацию. См. пневматические компоненты, поддержку по продуктам Festo или отправьте записанные входные данные через форму запроса.