คู่มือวาล์วควบคุมการไหลแบบนิวเมติก

เมื่อกระบอกนิวแมติกเคลื่อนที่เร็วเกินไปหรือมีปัญหากับการเคลื่อนที่ของแท่งสลิป วิธีแก้ปัญหามักจะอยู่ที่การเลือกวาล์วควบคุมการไหลและการติดตั้งที่เหมาะสม วาล์วควบคุมการไหลของลมจะควบคุมการไหลของอากาศอัดเพื่อควบคุมความเร็วของแอคทูเอเตอร์ ทำให้จำเป็นสำหรับระบบอัตโนมัติที่ต้องการจังหวะการเคลื่อนที่ที่แม่นยำ วาล์วเหล่านี้จะต้องจัดการกับไดนามิกของไหลแบบอัดได้ซึ่งต่างจากวาล์วไฮดรอลิก โดยที่อัตราส่วนความดันและสภาวะการไหลของเสียงจะเปลี่ยนลักษณะการควบคุมโดยพื้นฐาน

วาล์วควบคุมการไหลของลมทำงานอย่างไร

ฟังก์ชันพื้นฐานเกี่ยวข้องกับการสร้างข้อจำกัดตัวแปรในเส้นทางอากาศ เมื่ออากาศอัดไหลผ่านช่องแคบ พลังงานความดันจะเปลี่ยนเป็นพลังงานจลน์ ทำให้เกิดแรงดันตกคร่อมซึ่งจะลดอัตราการไหลด้านท้ายน้ำ แต่อากาศอัดมีพฤติกรรมแตกต่างจากของเหลวที่ไม่สามารถอัดตัวได้ ทำให้เกิดความซับซ้อนที่ส่งผลต่อเสถียรภาพในการควบคุม

ลักษณะการไหลแบบอัดได้

เมื่ออากาศไหลผ่านข้อจำกัด ความสัมพันธ์ระหว่างความดันต้นน้ำ ($P_1$) และความดันปลายน้ำ ($P_2$) จะกำหนดรูปแบบการไหล ที่ความดันลดลงปานกลาง การไหลจะเพิ่มขึ้นตามสัดส่วนกับส่วนต่างของความดัน อย่างไรก็ตาม เมื่ออัตราส่วนความดัน $P_2/P_1$ ลดลงต่ำกว่าค่าวิกฤต (โดยทั่วไปคือประมาณ 0.528 สำหรับอากาศ) ความเร็วการไหลที่คอจะไปถึงความเร็วเสียงในพื้นที่ สภาวะนี้เรียกว่าการไหลแบบสำลักหรือการไหลแบบโซนิค แสดงถึงขีดจำกัดพื้นฐาน

ในการไหลแบบสำลัก การลดแรงดันปลายน้ำเพิ่มเติมจะไม่เพิ่มอัตราการไหลของมวลอีกต่อไป การไหลได้ "สูงสุด" อย่างมีประสิทธิภาพด้วยความเร็วของเสียงผ่านขนาดออริฟิสนั้น ปรากฏการณ์ทางกายภาพนี้ให้ความเสถียรโดยธรรมชาติในระบบนิวแมติก

มาตรฐานอัตราการไหล ISO 6358

ค่า Cv ไฮดรอลิกแบบเดิมนั้นสั้นสำหรับการใช้งานแบบนิวแมติก เนื่องจากค่าเหล่านี้ขึ้นอยู่กับการไหลของน้ำที่ไม่สามารถอัดตัวได้ มาตรฐาน ISO 6358 กล่าวถึงเรื่องนี้ด้วยพารามิเตอร์ 2 ตัว:

• สื่อนำโซนิค (C):ความสามารถในการไหลสูงสุดภายใต้สภาวะที่หายใจไม่ออก แสดงเป็น dm³/(s·bar)
• อัตราส่วนแรงดันวิกฤต (b):จุดเปลี่ยนระหว่างการไหลของเสียงแบบเปรี้ยงปร้างและแบบเสียง (โดยทั่วไปคือ 0.2 ถึง 0.5)

สมการการไหลตามพารามิเตอร์เหล่านี้คือ:

สำหรับการไหลแบบสำลักเมื่อ $P_2/P_1 \le b$:

$$ Q = C \cdot P_1 \cdot K_t $$

สำหรับการไหลแบบเปรี้ยงปร้างเมื่อ $P_2/P_1 > b$:

$$ Q = C \cdot P_1 \cdot K_t \cdot \sqrt{1 - \left(\frac{\frac{P_2}{P_1} - b}{1 - b}\right)^2} $$

โดยที่ $K_t$ คือปัจจัยการแก้ไขอุณหภูมิ

การก่อสร้างภายในและส่วนประกอบ

ตัวควบคุมความเร็วทั่วไปรวมสองฟังก์ชันไว้ในตัวเครื่องขนาดกะทัดรัดอันเดียว: เช็ควาล์วควบคุมปริมาณและเช็ควาล์วกำหนดทิศทาง

วัสดุตัววาล์ว:การเลือกขึ้นอยู่กับสภาพแวดล้อม ทองเหลืองชุบนิเกิลตอบสนองความต้องการทั่วไปของโรงงาน ในขณะที่อะลูมิเนียมอโนไดซ์ช่วยลดน้ำหนัก เหล็กกล้าไร้สนิม (304/316) เป็นสิ่งจำเป็นสำหรับพื้นที่ชะล้าง และพลาสติกวิศวกรรม (PBT) นำเสนอโซลูชันน้ำหนักเบาที่คุ้มค่า

การออกแบบวาล์วเข็ม:การออกแบบคุณภาพสูงใช้เกลียวที่มีระยะพิทช์ละเอียด (การหมุน 10-15 รอบ) เพื่อการควบคุมที่แม่นยำในช่วง 10-50 มม./วินาที มุมเทเปอร์ส่งผลต่อเส้นโค้งลักษณะเฉพาะ—เทเปอร์เชิงเส้นให้การเปลี่ยนแปลงตามสัดส่วน ในขณะที่เทเปอร์เปอร์เซ็นต์ที่เท่ากันให้การควบคุมที่ละเอียดยิ่งขึ้นที่ช่องเปิดต่ำ

เช็ควาล์วการกำหนดค่า:เช็ควาล์วในตัวช่วยให้ไหลย้อนกลับได้ฟรี ประเภทของลิปซีลมีขนาดกะทัดรัดแต่อาจรั่วที่แรงดันต่ำ ประเภทบอลหรือก้านวาล์วให้การปิดที่แน่นหนายิ่งขึ้น แต่ต้องใช้พื้นที่มากขึ้น

กลยุทธ์การควบคุมมิเตอร์เข้าและมิเตอร์ออก

ตำแหน่งการติดตั้งส่งผลต่อพฤติกรรมของระบบโดยพื้นฐาน ความแตกต่างนี้ทำให้เกิดปัญหาภาคสนามมากกว่าด้านอื่นๆ ของการควบคุมการไหลของลม

การควบคุมมิเตอร์ออก (ข้อจำกัดไอเสีย)

ในการกำหนดค่านี้ เช็ควาล์วช่วยให้ไหลอย่างอิสระเข้าสู่กระบอกสูบ ในขณะที่เข็มจะจำกัดอากาศเสียที่ออกจากห้องตรงข้าม หลักการทำงานสร้างเบาะรับแรงกดทับ ขณะที่ลูกสูบเคลื่อนที่ อากาศเสียจะสร้างแรงดันต้าน ปรับปรุงความแข็งและป้องกันการลื่นไถล

การควบคุมมิเตอร์เข้า (ข้อจำกัดในการจัดหา)

เข็มจะจำกัดอากาศที่เข้ามาในขณะที่ระบายอากาศออกอย่างอิสระ สิ่งนี้มักนำไปสู่การเคลื่อนไหวที่ไม่เสถียร ("การกระตุก") เนื่องจากแรงดันในห้องจ่ายลดลงเมื่อปริมาตรเพิ่มขึ้น ส่งผลให้ลูกสูบหยุดทำงานจนกว่าแรงดันจะถูกสร้างขึ้นใหม่

การเปรียบเทียบลักษณะการควบคุม

ลักษณะเฉพาะ	มิเตอร์ออก (ไอเสีย)	มิเตอร์เข้า (อุปทาน)
ความนุ่มนวลของการเคลื่อนไหว	ดีเยี่ยม (ป้องกันการติดลื่น)	แย่ (มีแนวโน้มที่จะกระตุก)
การจัดการโหลด	กันสะเทือนที่ดีสำหรับการบรรทุกเกินพิกัด	เสี่ยงต่อการไหลหนีเนื่องจากแรงโน้มถ่วง
ความเสถียรของความเร็ว	สูง (เอฟเฟกต์เบาะ)	ตัวแปร (ขึ้นอยู่กับอุปทาน)
แอปพลิเคชั่นที่ดีที่สุด	กระบอกสูบแบบสองทาง	กระบอกสูบแบบออกฤทธิ์เดี่ยว

การเลือกวาล์วและกระบวนการปรับขนาด

ขนาดที่เหมาะสมจะป้องกันไม่ให้วาล์วมีขนาดเล็กเกินไปซึ่งจำกัดแรงของแอคทูเอเตอร์ และวาล์วขนาดใหญ่เกินไปซึ่งทำให้ความละเอียดในการควบคุมความเร็วลดลง

เริ่มต้นด้วยการคำนวณการไหลที่ต้องการตามข้อกำหนดเฉพาะของกระบอกสูบ:

$$ Q = \frac{A \cdot L \cdot 60}{t} $$

โดยที่ $A$ คือพื้นที่ลูกสูบ (ซม.²), $L$ คือความยาวของระยะชัก (ซม.) และ $t$ คือระยะชัก (วินาที)

แรงดันตก:จำกัดแรงดันตกคร่อมวาล์วไว้ที่ 0.5-1.0 บาร์ที่อัตราการไหลที่กำหนด ลดพลังงานสิ้นเปลืองที่สูงขึ้น หยดที่ต่ำมากแสดงว่าวาล์วมีขนาดใหญ่และมีความละเอียดต่ำ

การติดตั้งและการแก้ไขปัญหา

ติดตั้งวาล์วควบคุมการไหลให้ใกล้กับพอร์ตกระบอกสูบมากที่สุด การวิ่งของท่อยาวจะสร้างปริมาตรที่สามารถอัดได้ซึ่งทำหน้าที่เป็นสปริงลม ซึ่งส่งผลให้การตอบสนองลดลง

การปรับตั้งต้น:เริ่มต้นด้วยเข็มเปิด 3-4 รอบ หากแท่งสลิปเกิดขึ้น ให้ตรวจสอบการควบคุมมิเตอร์ออก หากการเคลื่อนไหวเร็วเกินไป ให้ค่อยๆ ปิดโดยเพิ่มทีละสี่รอบ

สถานการณ์การแก้ไขปัญหาทั่วไป

อาการ	สาเหตุที่น่าจะเป็นไปได้	สารละลาย
การเคลื่อนไหวกระตุก (สติ๊กสลิป)	การควบคุมมิเตอร์ในกระบอกสูบแบบสองทาง	กำหนดค่าใหม่เป็นมิเตอร์เอาท์
ความเร็วเปลี่ยนช่วงกลางจังหวะ	ความผันผวนของแรงดันอุปทาน	ติดตั้งตัวควบคุมเฉพาะ
ไม่มีการควบคุมความเร็ว	การปนเปื้อนหรือเข็มหัก	ตรวจสอบตัวกรอง เปลี่ยนวาล์ว
กระบอกสูบดริฟท์หลังจากหยุด	ตรวจสอบการรั่วไหลภายในวาล์ว	เปลี่ยนวาล์ว ตรวจสอบการปนเปื้อน

การบำรุงรักษาและอายุการใช้งาน

วาล์วควบคุมการไหลแบบนิวเมติกมีคุณสมบัติเป็นส่วนประกอบที่ต้องบำรุงรักษาต่ำ แต่การตรวจสอบเป็นประจำจะช่วยป้องกันความล้มเหลวที่ไม่คาดคิด

เมื่อระบบอุตสาหกรรมพัฒนาขึ้น การควบคุมการไหลของลมจะปรับเปลี่ยนโดยการรวมเซ็นเซอร์และการเชื่อมต่อเครือข่ายเข้าด้วยกัน แม้ว่าแอคชูเอเตอร์ไฟฟ้ารุ่นใหม่จะให้ความแม่นยำ แต่นิวแมติกส์ยังคงเหนือกว่าสำหรับการใช้งานที่ความเร็วสูง จังหวะสั้น บรรยากาศที่ระเบิดได้ และสภาพแวดล้อมชะล้างที่ต้องการความทนทานต่อโหลดเกินที่แข็งแกร่ง