Kuidas valida täiuslik pneumaatiline kontrollventiil teie tööstusrakenduse jaoks?

3V1 seeria 32-käiguline pneumaatiline magnetventiil — 3V1 seeria 3/2-tee pneumaatiline magnetventiil

Kas teie pneumaatikasüsteemides esineb rõhulangusi, süsteemi aeglast reageerimist või enneaegseid ventiilirikkeid? Need probleemid tulenevad sageli ventiilide ebaõigest valikust, mis maksab tuhandeid seisakuid ja remonditöid. Nende probleemide lahendamise võti on õige pneumaatilise juhtventiili valik.

Täiuslik pneumaatiline kontrollventiil peab vastama teie süsteemi voolu nõuetele (Cv-väärtus), omama sobivat keskkoha funktsionaalsust teie rakenduse ohutusvajaduste jaoks ja vastama töösageduse kestvusnormidele. Nõuetekohane valik nõuab voolutegurite, reguleerimisfunktsioonide ja eluea testimise mõistmist.

Mäletan, et eelmisel aastal aitasin Wisconsinis ühte toiduainetööstust, kus valesti valitud ventiilide tõttu vahetati need välja iga 3 kuu tagant. Pärast nende süsteemi analüüsimist ja sobivate Cv-väärtuste ja keskkohtade klappide valimist vähenesid nende hoolduskulud 78% võrra ja tootmise tõhusus suurenes 15% võrra. Lubage mul jagada seda, mida ma olen õppinud oma enam kui 15 aasta jooksul pneumotehnikatööstuses.

Sisukord

Cv-väärtuste mõistmine ja teisendamine voolu õigeks sobitamiseks
Kuidas kasutada otsustuspuid keskkoha funktsiooni valimiseks
Kõrgsagedusventiili eluea testimise standardid ja pikaealisuse prognoosimine

Kuidas arvutada ja teisendada Cv-väärtusi pneumaatiliste ventiilide valimiseks?

Pneumaatiliste ventiilide valimisel tuleb mõista voolu võimsust läbi Cv väärtused¹ tagab, et teie süsteem säilitab nõuetekohase rõhu ja reageerimisaja.

Cv-väärtus (voolukoefitsient) näitab ventiili vooluvõimsust, mis näitab, kui palju vett voolab läbi ventiili ühe minuti jooksul USA gallonites, kui rõhulangus on 1 psi. Pneumaatiliste süsteemide puhul aitab see väärtus kindlaks teha, kas ventiil suudab vajaliku õhuvooluga hakkama saada ilma liigse rõhulanguseta.

Tehniline skeem, mis näitab, kuidas määratakse klapi Cv (voolutegur). Infograafikul on kujutatud laboratooriumi katsepink, kus vesi voolab läbi ventiili. Rõhumõõturid enne ja pärast ventiili näitavad rõhulangust täpselt 1 psi. Vooluhulgamõõtja mõõdab saadud vooluhulka gallonites minutis (GPM). Väljakutse selgitab, et mõõdetud GPM on Cv-väärtus. Lisakastis on märgitud selle väärtuse tähtsus pneumaatiliste süsteemide puhul. — Cv väärtuse arvutamise diagramm

Vooluteguri põhitõdede mõistmine

Voolukoefitsient (Cv) on ventiili õigeks mõõtmiseks hädavajalik. See näitab, kui tõhusalt läbib ventiil vedelikku, kusjuures suuremad väärtused näitavad suuremat voolavust. Pneumaatiliste ventiilide valimisel takistab Cv vastavus teie süsteemi nõuetele:

Rõhu langus, mis vähendab käivitusseadme jõudu
Süsteemi aeglane reageerimisaeg
Liigne energiatarbimine
Komponentide enneaegne rike

Erinevate voolutegurite vahelised ümberarvestusmeetodid

Maailmas on olemas mitu voolutegurisüsteemi ja nende vahel ümberarvestamine on eri tootjate ventiilide võrdlemisel väga oluline:

Cv to Kv teisendamine

Kv on Euroopa voolutegur, mida mõõdetakse m³/h:

Kv = 0,865 × Cv

Cv to Helijuhtivus (C) teisendamine

Helijuhtivus (C)² mõõdetakse dm³/(s-bar):

C = 0,0386 × Cv

Cv to Efektiivne ava pindala teisendamine

Efektiivne ava pindala (S) mm²:

S = 0,271 × Cv

Praktiline ümberarvestustabel

Cv väärtus	Kv väärtus	Sonic Conductance (C)	Efektiivne pindala (mm²)	Tüüpilised rakendused
0.1	0.0865	0.00386	0.0271	Väikesed täpsusaktuaatorid
0.5	0.4325	0.0193	0.1355	Väikesed silindrid, haaratsid
1.0	0.865	0.0386	0.271	Keskmise suurusega silindrid
2.0	1.73	0.0772	0.542	Suured silindrid
5.0	4.325	0.193	1.355	Mitme ajami süsteemid
10.0	8.65	0.386	2.71	Peamised toiteliinid

Pneumaatiliste süsteemide voolu arvutamise valem

Teie rakenduse jaoks vajaliku Cv-väärtuse määramiseks kasutage seda suruõhu valemit:

Subsonilise voolu korral (P₂/P₁ > 0,5):
Cv = Q / (22,67 × P₁ × √(1 - (ΔP/P₁)²))

Kus:

Q = vooluhulk (SCFM standardtingimustes)
P₁ = sisselaskeõhk (psia)
ΔP = rõhulangus (psi)

Helisignaaliga voolu puhul (P₂/P₁ ≤ 0,5):
Cv = Q / (22,67 × P₁ × 0,471)

Reaalse maailma rakenduse näide

Eelmisel kuul aitasin Saksamaal asuvat tootmisklienti, kellel vaatamata piisavale survele oli silindri aeglane liikumine. Nende 40 mm läbimõõduga silindrid nõudsid kiiremat tsüklilisuse aega.

1. samm: Arvutasime nende vajaliku vooluhulga 42 SCFM juures.
2. samm: Kui toiterõhk on 87 psi (6 baari) ja lubatakse 15 psi rõhulangust.
3. samm: Kasutades allahelikiiruse voolu valemit: Cv = 42 / (22,67 × 87 × √(1 - (15/87)²)) = 0,22

Vahetades oma ventiilid Bepto ventiilidega, mille Cv on 0,3 (tagades kindlusvaru), paranesid nende tsükliajad 35% võrra, mis lahendas nende tootmise kitsaskohad.

Millise keskasendi funktsiooni peaksite oma pneumaatilise süsteemi jaoks valima?

Suunaventiili keskkoht määrab, kuidas teie pneumosüsteem käitub neutraalse oleku või voolukatkestuse ajal, mistõttu on see ohutuse ja funktsionaalsuse seisukohast kriitilise tähtsusega.

Ideaalne keskasendi funktsioon sõltub teie rakenduse ohutusnõuetest, energiatõhususe vajadustest ja kasutusomadustest. Valikud hõlmavad suletud keskasendit (rõhu hoidmine), avatud keskasendit (rõhu vabastamine), tandemkeskasendit (A&B blokeeritud) ja ujuvkeskasendit (A&B ühendatud väljalaskega).

Klapi keskmiste positsioonide mõistmine

Suundventiilid, eelkõige 5/3 (5-portilised, 3-positsioonilised) ventiilid³, pakuvad erinevaid keskasendi konfiguratsioone, mis määravad süsteemi käitumise, kui klapp on neutraalses olekus:

Suletud keskus (kõik pordid blokeeritud)

Säilitab rõhu mõlemal pool ajamit
Hoiab oma positsiooni koormuse all
Takistab liikumist voolukatkestuse ajal
Suurendab süsteemi jäikust

Avatud keskus (P-T ühendatud)

Vabastab rõhu toiteliinist
Vähendab energiatarbimist tühikäiguperioodidel
Võimaldab aktuaatorite käsitsi liikumist
Üldine energiasäästu rakendustes

Tandemkeskus (A&B blokeeritud, P-T ühendatud)

Hoiab ajami asendit
Vabastab tarnesurvet
Tasakaalustab positsiooni hoidmise ja energiasäästu
Hea vertikaalse koormuse rakenduste jaoks

Float Center (A&B ühendatud T-ga)

Võimaldab ajami vaba liikumist
Minimaalne vastupanu välismõjudele
Kasutatakse rakendustes, mis nõuavad vaba liikumist neutraalasendis
Levinud manuaalse positsioneerimisega rakendustes

Keskuse positsiooni valiku otsustuspuu

Valikuprotsessi lihtsustamiseks järgige seda otsustuspuud:

Kas positsiooni hoidmine koormuse all on kriitiline?
- Jah → Mine punkti 2 juurde
- Ei → Mine punkti 3 juurde
Kas energiatõhusus tühikäiguperioodidel on oluline?
- Jah → Kaaluda Tandem Center
- Ei → Valige suletud keskus
Kas vaba liikumine on soovitav, kui ventiil ei ole käivitatud?
- Jah → Valige ujuvkeskus
- Ei → Mine punkti 4 juurde
Kas rõhu alandamine on oluline?
- Jah → Valige Avatud keskus
- Ei → Taotlusnõuete läbivaatamine

Rakendusspetsiifilised soovitused

Rakenduse tüüp	Soovitatav keskuse positsioon	Põhjendused
Vertikaalne koormuse hoidmine	Suletud keskus või tandemkeskus	Takistab gravitatsioonist tingitud triivimist
Energiatundlikud süsteemid	Avatud keskus või tandemkeskus	Vähendab suruõhu tarbimist
Ohutuskriitilised rakendused	Tavaliselt suletud keskus	Säilitab positsiooni elektrikatkestuse ajal
Sagedase käsitsi reguleerimise süsteemid	Float Center	Võimaldab lihtsat käsitsi positsioneerimist
Kõrge tsükli kiirusega rakendused	Rakendusspetsiifiline	Sõltub tsükli nõuetest

Juhtumiuuring: Keskuse positsiooni valik

Prantsusmaal asuval pakendiseadmete tootjal esinesid hädaolukorras peatumiste ajal driftiprobleemid nende vertikaalsete ajamitega. Nende olemasolevatel ventiilidel olid ujuvkeskused, mis põhjustas pakendite kukkumist elektrikatkestuste ajal.

Pärast nende süsteemi analüüsimist soovitasin minna üle Bepto tandem-keskventiilidele. See muutus:

Kõrvaldatud triiviprobleem täielikult
Säilitasid oma energiatõhususe nõuded
Parem üldine süsteemi ohutus
Vähendatud tootekahjustused 95% poolt

Lahendus oli nii tõhus, et nad on sellest ajast alates standardiseerinud selle klapikonfiguratsiooni kõigi oma vertikaalsete koormusrakenduste jaoks.

Kuidas ennustavad kõrgsageduslikud ventiili eluea testid tegelikku toimivust?

Kõrgsageduslike ventiilide eluea testimine annab kriitilisi andmeid ventiilide valimiseks nõudlikes rakendustes, kus usaldusväärsus ja pikaealisus on esmatähtsad.

Pneumaatiliste ventiilide eluea testimine hõlmab ventiilide kiirendatud tsüklitega töötamist kontrollitud tingimustes, et prognoosida tegelikku kasutusiga. Standardkatsed mõõdavad tavaliselt 50-100 miljonit tsüklit, kusjuures tulemusi mõjutavad sellised tegurid nagu töörõhk, temperatuur ja keskkonna kvaliteet.

Tehniline illustratsioon ventiili eluea testimise seadmete kohta puhtas laboratooriumis. Pildil on kujutatud pneumaatiliste ventiilide kollektor, mis asub temperatuurikontrolliks mõeldud keskkonnakambris. Väljakutsed viitavad kontrollitud rõhu ja keskkonna kvaliteedi (filtreerimise) süsteemidele. Suur digitaalne tsükliloendur näitab silmatorkavalt kümneid miljoneid numbreid, mis viitab kiirendatud eluea testimisele. — Ventiili eluea testimise seadmed

Tööstusstandardite testimisprotokollid

Kõrgsageduslike ventiilide eluea testimisel järgitakse mitmeid kehtestatud standardeid:

ISO 19973⁴ Standard

See rahvusvaheline standard käsitleb konkreetselt pneumaatiliste vedelikuklappide katsetamist:

Määratleb erinevate klapitüüpide katsemenetlused
Kehtestab standardsed katsetingimused
Annab aruandlusnõuded järjepidevaks võrdlemiseks
Nõuab konkreetsete rikke kriteeriumide määratlusi

NFPA T2.6.1 Standard

National Fluid Power Associationi standard keskendub järgmistele küsimustele:

Kestvuskatsete meetodid
Jõudluse halvenemise mõõtmine
Keskkonnatingimuste spetsifikatsioonid
Tulemuste statistiline analüüs

Peamised testimisparameetrid

Tõhusad ventiilide eluea testid peavad kontrollima ja jälgima neid kriitilisi parameetreid:

Jalgrattasõidu sagedus

Tavaliselt 5-15 Hz standardventiilide puhul
Kuni 30+ Hz spetsiaalsete kõrgsagedusventiilide jaoks
Peab tasakaalustama katse kiirust ja realistlikku toimimist

Töörõhk

Katsed mitmes rõhupunktis (tavaliselt minimaalne, nominaalne ja maksimaalne).
Rõhu kõikumise jälgimine jalgrattasõidu ajal
Rõhu taastumisaja mõõtmine

Temperatuuritingimused

Keskkonnatemperatuuri kontroll
Temperatuuri tõusu jälgimine töö ajal
Termotsüklilisus teatavate rakenduste puhul

Õhu kvaliteet

Määratletud saastetasemed (vastavalt ISO 8573-1)
Niiskusesisalduse kontroll
Õlisisalduse spetsifikatsioon

Eeldatava eluea prognoosimudelid

Katsetulemusi kasutatakse matemaatilistes mudelites, et ennustada tegelikku toimivust:

Weibulli analüüs⁵

See statistiline meetod:

Prognoosib katseandmete põhjal rikete arvu
Määratleb tõenäolised tõrkevõimalused
Kehtestab oodatava eluea usaldusvahemikud.
Aitab kindlaks määrata sobivad hooldusintervallid

Kiirendustegurid

Katsetulemuste teisendamine tegelikeks ootusteks eeldab:

Töötsükli reguleerimine
Keskkonnateguri korrektsioonid
Rakendusspetsiifilised stressiarvutused
Turvalisusmarginaali kohaldamine

Võrdleva eluea testi tulemuste tabel

Klapi tüüp	Katse sagedus	Katse rõhk	Tsüklid esimese ebaõnnestumiseni	Hinnanguline tegelik eluiga	Üldine veamoodus
Standardne solenoid	10 Hz	6 baari	20 miljonit	5-7 aastat 2 tsükli/min juures	Tihendi kulumine
Kiiruslik solenoid	25 Hz	6 baari	50 miljonit	8-10 aastat 5 tsükli/min juures	Solenoidi läbipõlemine
Pilootoperatsiooniga	8 Hz	6 baari	35 miljonit	10-12 aastat 1 tsükli/min juures	Pilootventiili rike
Mehaaniline ventiil	5 Hz	6 baari	15 miljonit	15+ aastat 0,5 tsükli/min juures	Mehhaaniline kulumine
Bepto kõrgsagedus	30 Hz	6 baari	100 miljonit	12-15 aastat 10 tsükli/min juures	Tihendi kulumine

Katsetulemuste praktiline rakendamine

Katsetulemuste mõistmine aitab klappe õigesti valida:

Arvutage oma taotluse aastatsüklid:
Päevatsüklid × tööpäevad aastas = aastatsüklid
Määrake nõutav klapi kasutusiga:
Süsteemi eeldatav eluiga aastates × aastased tsüklid = nõutavad tsüklid kokku
Rakendage ohutustegurit:
Vajalikud tsüklid kokku × 1,5 (ohutustegur) = projekteerimisnõue
Valige sobivate katsetulemustega ventiil:
Valige ventiil, mille katsetulemused ületavad teie projekteerimisnõudeid.

Hiljuti töötasin koos ühe Michigani autotööstuse osade tootjaga, kes vahetas iga 6 kuu tagant klappe välja oma kõrgtsüklilistes katseseadmetes. Analüüsides nende 15 miljoni tsükli nõuet aastas ja valides Bepto kõrgsagedusventiilid, mida on testitud 100 miljoni tsükliga, pikendasime nende klappide vahetamise intervalli üle 3 aasta, säästes neil aastas umbes $45 000 hoolduskulusid ja seisakuaega.

Kokkuvõte

Õige pneumojuhtimisventiili valimiseks on vaja mõista voolutegureid (Cv-väärtusi), valida sobiv keskasendi funktsionaalsus ja kaaluda standardiseeritud katsetustel põhinevat ventiili eeldatavat kasutusiga. Neid põhimõtteid rakendades saate optimeerida süsteemi jõudlust, vähendada hoolduskulusid ja parandada töökindlust.

Korduma kippuvad küsimused pneumaatiliste ventiilide valiku kohta

Mis on pneumaatiliste ventiilide Cv väärtus ja miks on see oluline?

Cv-väärtus on voolukoefitsient, mis näitab, kui suurt vooluhulka võimaldab klapp teatud rõhulanguse juures. See on oluline, sest see määrab, kas ventiil suudab tagada teie rakenduse jaoks piisava voolu, ilma et see põhjustaks liigset rõhulangust, mis vähendaks süsteemi jõudlust ja tõhusust.

Kuidas teisendada Cv ja muude voolutegurite vahel?

Teisenda Cv Kv-ks (Euroopa standard), korrutades selle 0,865-ga. Teisaldage Cv helijuhtivuseks (C), korrutades seda 0,0386-ga. Teisenda Cv efektiivseks ava pindalaks, korrutades seda 0,271-ga. Need teisendused võimaldavad võrrelda erinevate voolutegurisüsteemidega määratud ventiile.

Mis juhtub, kui ma valin liiga väikese Cv-väärtusega klapi?

Liiga väikese Cv-väärtusega klapp tekitab voolu piiramise, mis põhjustab rõhulangust, aeglast ajami liikumist, vähenenud jõu väljundit ja suure kiirusega voolu tõttu klapi võimalikku ülekuumenemist. Selle tulemuseks on süsteemi kehv töövõime ja potentsiaalselt lühenenud klapi eluiga.

Kuidas mõjutab pneumaatilise ventiili keskkoht süsteemi tööd?

Keskasend määrab, kuidas klapp käitub, kui seda ei ole aktiivselt tööasendisse nihutatud. See mõjutab seda, kas ajamid hoiavad asendit, triivivad või liiguvad vabalt; kas süsteemi rõhk säilib või väheneb; ja kuidas süsteem reageerib voolukatkestuse või hädaolukordade korral.

Millised tegurid mõjutavad pneumoventiilide kasutusiga kõrgsageduslikes rakendustes?

Peamised tegurid, mis mõjutavad ventiili kasutusiga kõrgsageduslikes rakendustes, on töörõhk, õhu kvaliteet (eelkõige puhtus, niiskus ja määrimine), keskkonna- ja töötemperatuur, tsükli sagedus ja töötsükkel. Õige valik, mis põhineb standardiseeritud eluea testimisel, aitab tagada töökindluse.

Kuidas ma saan hinnata oma pneumaatilise rakenduse jaoks vajalikku Cv-väärtust?

Hinnake nõutav Cv-väärtus, määrates oma maksimaalse vooluhulga SCFM, olemasoleva toiterõhu ja vastuvõetava rõhulanguse. Seejärel rakendage valemit: Cv = Q / (22,67 × P₁ × √(1 - (ΔP/P₁)²)) allahelikiiruse korral, kus Q on vooluhulk, P₁ on sisselaskeõhk ja ΔP on vastuvõetav rõhulangus.

Annab tehnilise määratluse voolukoefitsiendi (Cv) kohta, mis on imperialistlik mõõtühik, mis näitab ventiili võimsust vedeliku voolu lubamiseks, mis on kriitiline parameeter ventiili õigeks mõõtmiseks. ↩
Selgitab Sonic Conductance (C), ISO 6358 standardit pneumoventiilide voolu hindamiseks lämmatatud voolutingimuste alusel, ning esitab ümberarvestusvalemid ja võrdlused traditsioonilisema Cv-väärtusega. ↩
Kirjeldab standardset tööstuskonventsiooni suundventiilide nimetamiseks (nt 2/2, 3/2, 5/2, 5/3), kus esimene number näitab portide arvu ja teine number positsioonide arvu. ↩
Annab ülevaate standardist ISO 19973, mis määrab kindlaks meetodid pneumaatiliste suunaventiilide tööomaduste katsetamiseks, et tagada järjepidev toimivusaruandlus. ↩
Tutvustab üksikasjalikult Weibulli analüüsi põhimõtteid, mis on mitmekülgne statistiline meetod, mida kasutatakse tavaliselt töökindluse inseneriteaduses, et modelleerida rikkeaegu, analüüsida andmeid eluea kohta ja ennustada komponentide eeldatavat eluiga. ↩

Hello, I’m Chuck, a senior expert with 15 years of experience in the pneumatics industry. At Bepto Pneumatic, I focus on delivering high-quality, tailor-made pneumatic solutions for our clients. My expertise covers industrial automation, pneumatic system design and integration, as well as key component application and optimization. If you have any questions or would like to discuss your project needs, please feel free to contact me at chuck@bepto.com.