Pobierz ten artykuł w .Format PDF Ten typ pliku zawiera grafiki i schematy w wysokiej rozdzielczości, gdy ma to zastosowanie.

powyższe obrazy są prostymi przekrojami typowego zaworu szpulowego (po lewej) i zaworu grzybkowego (prawo). (Dzięki uprzejmości Unicontrols Signapore)

decyzja, który zawór użyć do układu hydraulicznego lub pneumatycznego zależy od kilku czynników konstrukcyjnych: wewnętrznej konstrukcji obwodu i ogólnej funkcji zaworów. Dwa główne zawory używane najczęściej są grzybkowe i tłokowe odmiany szpuli. Zawory te są głównie związane ze sterowaniem sprężonym powietrzem.

„główną różnicą między szpulą a grzybkiem jest konstrukcja”, wyjaśnia Daniella Gonzalez-Olgren, Specjalista ds. produktów zaworowych z Festo. „Ze względu na sposób budowy zaworu grzybkowego nie ma potrzeby smarowania, upraszczając jednostki przygotowania powietrza . Jednak zawory suwakowe zwykle mają wyższe przepływy niż zawory grzybkowe w tym samym obszarze. Dzieje się tak dlatego, że Grzybek potrzebuje dużego obszaru grzybka, aby stworzyć wystarczająco dużą siłę przesuwania, aby przezwyciężyć ciśnienie.”

oba zawory mają swoje zalety i wady, ale największym czynnikiem będzie zrozumienie warunków pracy.

zawór grzybkowy

Zawory grzybkowe mają prostą konstrukcję i mogą być używane z dowolnym materiałem. Zawór działa jak płyn w porcie wlotowym przechodzi przez biuro sterujące i dociera do tylnej części grzybka. Końcówka sprężynowego szkieletu zamyka otwór odpływowy, aby utrzymać płyn uwięziony za grzybkiem. Zawór jest zaworem zwrotnym, który zatrzymuje przepływ, w normalnych warunkach, od wlotu do wylotu. Przepływ w przeciwnym kierunku, od wylotu do wlotu, następuje ze zmniejszoną szybkością.

cewka elektromagnetyczna jest pod napięciem, aby utworzyć pole magnetyczne, które podnosi zworę, aby otworzyć otwór odpływu. Ten otwór jest większy niż otwór kontrolny, co powoduje większy przepływ i spadek ciśnienia za grzybkiem. Ciśnienie wlotowe na obszarze pierścienia grzybka poza średnicą gniazda wyrzuca go, aby umożliwić przepływ płynu do wylotu grzybka.

gdy cewka elektromagnetyczna jest odłączona od zasilania, siła sprężyny ponownie zatrzymuje końcówkę twornika-ponownie zatrzymując płyn za grzybkiem i pozwalając mu się zamknąć. Zawory grzybkowe są zwykle preferowane w aplikacjach sortujących, środowiskach przemysłowych z możliwym zanieczyszczeniem i we wszystkich aplikacjach wymagających szybkiego czasu przełączania.

zalety

w przeciwieństwie do zaworów szpulowych, Zawory grzybkowe otwierają natychmiastową ścieżkę przepływu do wylotu. Skutkuje to szybkim czasem reakcji. Zawory grzybkowe otwierają się tylko w takim stopniu, w jakim jest to potrzebne przepływowi, przemierzając minimalną odległość, co zwiększa czas reakcji. Duża powierzchnia, która jest niezbędna dla grzybków, powoduje wyższe natężenie przepływu. Zawory grzybkowe wymagają małych uderzeń uruchamiających, co pozwala na krótsze czasy przełączania.

fakt, że maki mogą być używane z dowolnym materiałem również sprawia, że są bardzo tanie i łatwe w użyciu. Innymi zaletami zaworów grzybkowych jest to, że stosowane uszczelnienie osiowe jest odporne na zabrudzenia i nie wymaga smarowania. Dzięki temu są chemicznie kompatybilne z smarowanym sprężonym powietrzem. Grzybki są również korzystne, jeśli chodzi o długowieczność, ponieważ mniejsze zużycie uszczelek wewnętrznych prowadzi do dłuższej żywotności produktu.

wady

ze względu na ograniczenia konstrukcyjne Zawory grzybkowe nie są korzystne, jeśli chodzi o zależność między przestrzenią a przepływem. Wadą zaworów grzybkowych jest to, że gdy grzybki przesuwają się z jednej ścieżki przepływu na drugą, powietrze może swobodnie poruszać się w dowolnym kierunku. Jest to znane jako ” crossover.”W modelach niezależnych od ciśnienia zawory grzybkowe oferują niższy przepływ niż zawory suwakowe.

wynika to z większego zapotrzebowania strukturalnego-w zaworach zależnych od ciśnienia ciśnienie sterujące zależy od ciśnienia roboczego. Zawory są niezrównoważone, a ciśnienie musi być dostarczone pod grzybkiem, aby utrzymać zawór w nienaruszonej pozycji. Aby umożliwić przepływ powietrza, wymagana jest większa siła do uruchomienia zaworów, ponieważ musi pokonać sprężynę i ciśnienie powietrza. Możliwe jest również otwarcie zaworu z powodu przeciwciśnienia, jeśli ciśnienie zasilania zostanie usunięte. To sprawia, że są słabym wyborem dla utrzymywania ciśnienia w dół rzeki.

Zawory grzybkowe również zwykle działają w jeden sposób. Na przykład dwukierunkowego, normalnie zamkniętego zaworu grzybkowego nie można zmienić na otwarty. Grzybki zazwyczaj nie są zalecane w warunkach próżni. Wreszcie, konstrukcja zaworu nie zawsze jest bez nakładania się. W zależności od konstrukcji zaworu grzybkowego przełączanie pozycji może prowadzić do przepełnienia między kanałami. Może to spowodować niepotrzebne wycieki i hałas.

ten wykres przedstawia różne technologie zaworów i typy uszczelnień dostępne zarówno dla zaworów grzybkowych, jak i szpulowych. (Dzięki uprzejmości Festo)

zawory suwakowe tłokowe

zawór suwakowy posiada uszczelki wzdłuż jego powierzchni. Uruchamiając zawór, suwak przesuwa się, powodując, że uszczelki przesuwają się w dół otworu i otwierają otwory, aby umożliwić przepływ powietrza. W przypadku systemów, które mają przepływ 100 gpm lub mniej, zawory suwakowe są najczęściej używane do bezpośredniego przepływu. Licząc liczbę portów, które płyn może przemieścić w danym zaworze, otrzymujesz liczbę sposobów.

na przykład zawór dwudrożny jest również zaworem dwudrożnym. Zawór dwukierunkowy będzie miał tylko dwie pozycje, ponieważ może tylko zatrzymać lub umożliwić przepływ. Inne konfiguracje zaworów szpulowych są trójdrożne, czterodrożne i pięciodrożne. Zawory pięciodrogowe są szczególnymi przypadkami, ponieważ port wydechowy nie stanowi problemu.

zawór czterodrożny może mieć pięć portów z portami zbiornika podłączonymi wewnętrznie w celu wyeliminowania dodatkowego portu w korpusie. Ta konfiguracja jest ważna dla hydrauliki, ponieważ pomaga zmniejszyć punkty nieszczelności i rurociągi. Zawory suwakowe są zwykle preferowane w lekkich maszynach lub narzędziach robota na końcu ramienia; czyste środowisko pracy; a zwłaszcza instalacje szafek lub gdy występują ograniczenia przestrzenne.

wartości szpuli mogą przyjąć jeden z dwóch rodzajów systemów uszczelniających: twarde lub miękkie uszczelnienie. Twarde systemy uszczelniające są trwalsze. Brak miękkich gumowych elementów uszczelniających w zaworze suwakowym tłoka jest tym, co czyni je bardziej trwałymi. Zawór wykorzystujący ten rodzaj uszczelnienia jest natychmiast gotowy do pełnego dynamicznego użytkowania, niezależnie od tego, czy był nieaktywny przez długi czas. Jednak to sprawia, że twarde uszczelki są bardziej wymagające.

wyzwaniem jest to, że szczelina powietrzna otaczająca ruchomy tłok nie może być większa niż kilka mikrometrów. Często używana Tuleja metalowa działa zarówno jako uszczelka, jak i prowadnica szpuli zaworu. Tuleja i szpula muszą być wykonane z tego samego materiału, ponieważ różnica współczynników rozszerzalności cieplnej może spowodować większy wyciek, a nawet zakleszczenie szpuli.

nawet niewielkie odkształcenie w obudowie może uszkodzić tuleję i wpłynąć na zawór życia i zwiększyć wyciek. Chociaż są solidne i trwałe, szczelne Zawory szpulowe zawsze będą miały pewną ilość wycieków z powodu szczeliny powietrznej, a ich przepływ jest niższy w porównaniu z innymi zaworami o podobnych wymiarach.

w zaworze grzybkowym ciśnienie sterujące zależy od ciśnienia roboczego. Wynika to z przepływu powietrza. W powyższym zaworze grzybkowym zależnym od ciśnienia powietrze przepływa przez zawór z kanału 1 do kanału 2. Ponieważ pole powierzchni D2 jest większe niż D1, występuje nierównowaga sił, ponieważ na obie powierzchnie wywierane jest takie samo ciśnienie robocze. Należy to skompensować, aby utrzymać równowagę w zaworze. (Dzięki uprzejmości Festo)

miękkie Zawory szpulowe wykorzystują gumowe uszczelki (O-ringi lub formowane uszczelki elastomerowe) na tłoku. Używając miękko uszczelnionych zaworów szpulowych, unikasz komplikacji związanych z konfiguracjami metal-on-metal. Jednak miękkie uszczelnione Zawory szpulowe szybko ulegają zużyciu w czasie, gdy stykają się z krawędzią kanału lub krawędzią sterującą. Konieczne jest optymalne planowanie krawędzi sterującej i należy uważnie rozważyć Formowane uszczelnienie elastomerowe i prowadnicę tłoka, aby zapewnić miękkie przejście przy minimalnym stopniu zużycia.

uszczelnienia można montować bezpośrednio na obudowie zaworu. Ponownie, wymagane wgłębienia są trudne do wytworzenia, a efekt Bernoulliego spowoduje przemieszczenie uszczelek pod ciśnieniem 8 bar lub wyższym. Powoduje to większe zużycie uszczelnienia.

aby rozwiązać ten problem, można użyć formowanych uszczelek w metalowych klatkach, trzymając je w zagłębieniach. Jest to znane jako główny wkład. Zaletą jest to, że zawór nie zostanie wyciągnięty z pozycji nawet przy wysokich ciśnieniach roboczych. Uszczelnienia mogą utrzymywać się w metalowych klatkach przy ciśnieniu do 16 bar. Ten typ konfiguracji będzie miał długą żywotność zaworu, a uszczelnienie może być używane w operacjach próżniowych.

zalety

główną zaletą zaworów szpulowych jest to, że płyn nie wpływa na ruch szpuli w żadnym porcie roboczym. Ciśnienie jest zawsze przyłożone do dwóch równych przeciwstawnych obszarów. W rezultacie ciśnienie nie może przesunąć szpuli, ponieważ są one anulowane. Zawory suwakowe mogą przesuwać się ręcznie, elektrycznie, mechanicznie, pneumatycznie lub hydraulicznie z tą samą siłą, niezależnie od ciśnienia roboczego wewnątrz zaworu.

Elektromagnesy o małej sile mogą być stosowane w połączeniu z zaworami szpulowymi, ze względu na łatwość poruszania się poprzez tarcie mechaniczne i lekkie sprężyny. Jak wspomniano wcześniej, zawory suwakowe mogą być stosowane w operacjach próżniowych. Mogą być również stosowane w wysokich i niskich ciśnieniach jako zawory rozdzielcze. Co więcej, mogą być używane do blokowania ciśnienia w dół.

wady

łączniki ślizgowe typu metal-metal mogą powodować ominięcie uszczelki przez płyn, co, jak wspomniano wcześniej, powoduje wyciek. Siłownik straci pozycję w przypadku przyłożenia siły zewnętrznej. Powoduje to nieefektywność w postaci zmarnowanej energii i ciepła. Aby zmniejszyć obejście, zawory suwakowe Zwykle nakładają się na ziemię, ale powoduje to opóźnienie przed przepływem płynu. Opóźnienie jest małe-tylko kilka milisekund – ale może powodować problem, jeśli cykle są bardzo szybkie i / lub jeśli istnieje kilka zmian zaworów na cykl.

opóźnienie czasowe występuje również, gdy szpula przesuwa się z powrotem do końca swojego skoku. Zawór suwakowy porusza się więcej niż jest to konieczne dla wymaganego przepływu. W rezultacie zajmuje więcej czasu, cofając się do środka lub na przeciwną ścieżkę przepływu. W przypadku zastosowania kilku zaworów znacznie spowalnia to czas cyklu.

użycie ograniczników skoku pomaga wyeliminować Opóźnienie, ale bardziej powszechnym podejściem jest zwiększenie rozmiaru pompy. Nawet jeśli instalując większą pompę uzyskasz większy pobór energii i szybszy ruch siłownika, może to spowodować wstrząsy i ciepło w systemie. Inną Wadą zaworów szpulowych jest to, że otwarty zwrotnica występuje, gdy wszystkie porty są chwilowo otwarte do przepływu podczas uruchamiania.

Jak dobrać odpowiedni zawór do danego zadania

w załączonej tabeli znajduje się pomoc w doborze zaworu. Zarówno szpula, jak i zawory grzybkowe mają zalety i wady, ale ten, który najlepiej pasuje do Twojej aplikacji, zależy od warunków pracy. Należy wziąć pod uwagę, na przykład, czy niskie wartości wycieków i praca pod podwójnym ciśnieniem z podciśnieniem i impulsem wyrzutnika są priorytetami projektowymi. Lub jeśli bardziej interesuje cię wysokie ciśnienie robocze, niektóre wycieki mogą być dopuszczalne. Lepsze zrozumienie warunków pracy pomoże Ci wybrać odpowiedni zawór do pracy.

Download this article in .PDF format This file type includes high resolution graphics and schematics when applicable.