Kapag ang isang pneumatic cylinder ay masyadong mabilis na gumagalaw o nakikipagpunyagi sa stick-slip motion, ang solusyon ay karaniwang nasa tamang pagpili at pag-install ng flow control valve. Kinokontrol ng pneumatic flow control valve ang compressed air flow upang kontrolin ang bilis ng actuator, na ginagawa itong mahalaga para sa anumang automated system na nangangailangan ng tumpak na timing ng paggalaw. Hindi tulad ng kanilang mga hydraulic counterparts, ang mga balbula na ito ay dapat humawak ng compressible fluid dynamics kung saan ang mga ratio ng presyon at mga kondisyon ng daloy ng sonik ay pangunahing nagbabago sa mga katangian ng kontrol.
Paano Gumagana ang Pneumatic Flow Control Valves
Ang pangunahing pag-andar ay nagsasangkot ng paglikha ng isang variable na paghihigpit sa daanan ng hangin. Habang dumadaan ang naka-compress na hangin sa makitid na orifice, ang enerhiya ng presyon ay nagko-convert sa kinetic energy, na gumagawa ng pagbaba ng presyon na nagpapababa ng rate ng daloy sa ibaba ng agos. Ngunit ang naka-compress na hangin ay kumikilos nang iba kaysa sa hindi mapipigil na mga likido, na nagpapakilala ng mga kumplikadong nakakaapekto sa katatagan ng kontrol.
Kapag ang hangin ay dumadaloy sa isang paghihigpit, tinutukoy ng ugnayan sa pagitan ng upstream pressure ($P_1$) at downstream pressure ($P_2$) ang daloy ng rehimen. Sa katamtamang pagbaba ng presyon, ang daloy ay tumataas nang proporsyonal sa pagkakaiba ng presyon. Gayunpaman, kapag bumaba ang pressure ratio na $P_2/P_1$ sa isang kritikal na halaga (karaniwang nasa 0.528 para sa hangin), ang bilis ng daloy sa lalamunan ay umaabot sa lokal na bilis ng sonik. Ang kundisyong ito, na tinatawag na choked flow o sonic flow, ay kumakatawan sa isang pangunahing limitasyon.
Sa may pasak na daloy, ang karagdagang pagbabawas ng presyon sa ibaba ng agos ay hindi na nagpapataas ng mass flow rate. Ang daloy ay epektibong "mataas" sa bilis ng tunog sa laki ng orifice na iyon. Ang pisikal na kababalaghan na ito ay nagbibigay ng likas na katatagan sa mga pneumatic system.
ISO 6358 Flow Rating StandardAng mga tradisyonal na hydraulic Cv na halaga ay kulang para sa mga pneumatic na application dahil ang mga ito ay nakabatay sa hindi mapipigil na daloy ng tubig. Tinutugunan ito ng pamantayang ISO 6358 ng dalawang parameter:
- Sonic conductance (C):Pinakamataas na kapasidad ng daloy sa ilalim ng mga choked na kondisyon, na ipinahayag sa dm³/(s·bar).
- Kritikal na ratio ng presyon (b):Ang transition point sa pagitan ng subsonic at sonic flow (karaniwang 0.2 hanggang 0.5).
Ang mga equation ng daloy batay sa mga parameter na ito ay:
Para sa choked flow kapag $P_2/P_1 \le b$:
$$ Q = C \cdot P_1 \cdot K_t $$Para sa subsonic na daloy kapag $P_2/P_1 > b$:
$$ Q = C \cdot P_1 \cdot K_t \cdot \sqrt{1 - \left(\frac{\frac{P_2}{P_1} - b}{1 - b}\right)^2} $$Kung saan ang $K_t$ ay ang temperature correction factor.
Panloob na Konstruksyon at Mga Bahagi
Pinagsasama ng karaniwang speed controller ang dalawang function sa isang compact body: throttling at directional check valve.
Mga Materyales ng Valve Body:Ang pagpili ay nakasalalay sa kapaligiran. Ang brass na may nickel plating ay nagsisilbi sa mga pangkalahatang pangangailangan ng pabrika, habang ang anodized aluminum ay nagpapababa ng timbang. Ang hindi kinakalawang na asero (304/316) ay mahalaga para sa mga washdown na lugar, at ang mga engineering plastic (PBT) ay nag-aalok ng mga magaan na solusyon sa gastos.
Disenyo ng Needle Valve:Ang mga de-kalidad na disenyo ay gumagamit ng mga fine-pitch na thread (10-15 na pag-ikot) para sa tumpak na kontrol sa hanay na 10-50 mm/s. Naaapektuhan ng taper angle ang katangian ng curve—ang mga linear na taper ay nagbibigay ng proporsyonal na mga pagbabago, habang ang pantay na porsyento ng mga taper ay nag-aalok ng mas pinong kontrol sa mababang openings.
Suriin ang Configuration ng Valve:Ang pinagsamang check valve ay nagbibigay-daan sa libreng daloy sa kabaligtaran. Ang mga uri ng lip seal ay compact ngunit maaaring tumagas sa mababang presyon; Ang mga uri ng bola o poppet ay nagbibigay ng mas mahigpit na shutoff ngunit nangangailangan ng mas maraming espasyo.
Mga Diskarte sa Pagkontrol ng Meter-In vs Meter-Out
Ang posisyon ng pag-install ay pangunahing nakakaapekto sa pag-uugali ng system. Ang pagkakaibang ito ay nagdudulot ng mas maraming problema sa larangan kaysa sa anumang iba pang aspeto ng pneumatic flow control.
Meter-Out Control (Paghihigpit sa Tambutso)Sa pagsasaayos na ito, pinapayagan ng check valve ang libreng daloy sa silindro habang pinipigilan ng karayom ang maubos na hangin na umaalis sa tapat na silid. Ang prinsipyo ng pagtatrabaho ay lumilikha ng isang pressure cushion. Habang gumagalaw ang piston, ang maubos na hangin ay lumilikha ng back-pressure, nagpapabuti ng higpit at pinipigilan ang stick-slip.
Meter-In Control (Paghihigpit sa Supply)Dito pinipigilan ng karayom ang papasok na hangin habang ang tambutso ay malayang bumubuhos. Madalas itong humahantong sa hindi matatag na paggalaw ("jerking") dahil bumababa ang presyon ng supply chamber kapag tumataas ang volume, na nagiging sanhi ng pagtigil ng piston hanggang sa muling pagbuo ng presyon.
"Kung may pagdududa, meter out." Ang meter-out ay ang default na pagpipilian para sa double-acting cylinders. Ang meter-in ay dapat lamang na nakalaan para sa mga single-acting cylinders (spring return) o mga partikular na soft-start na application.
| Katangian | Meter-Out (Exhaust) | Meter-In (Supply) |
|---|---|---|
| Kakinisan ng Paggalaw | Mahusay (pinipigilan ang stick-slip) | Mahina (prone to jerking) |
| Paghawak ng Load | Magandang pamamasa para sa overrunning load | Panganib ng runaway na may gravity load |
| Katatagan ng Bilis | Mataas (epekto ng unan) | Variable (depende sa supply) |
| Pinakamahusay na Application | Mga double-acting na silindro | Mga single-acting cylinders |
Proseso ng Pagpili at Pagsukat ng Balbula
Pinipigilan ng wastong sizing ang mga maliliit na balbula na naglilimita sa puwersa ng actuator at malalaking balbula na nagsasakripisyo ng paglutas ng kontrol sa bilis.
Magsimula sa pamamagitan ng pagkalkula ng kinakailangang daloy batay sa mga pagtutukoy ng cylinder:
$$ Q = \frac{A \cdot L \cdot 60}{t} $$Kung saan ang $A$ ay piston area (cm²), $L$ ay stroke length (cm), at $t$ ay stroke time (segundo).
Pagbaba ng Presyon:Limitahan ang pagbaba ng presyon sa kabuuan ng balbula sa 0.5-1.0 bar sa rate na daloy. Ang mas mataas na patak ng enerhiya ng basura; ang napakababang patak ay nagpapahiwatig ng isang napakalaking balbula na may mahinang resolusyon.
Pag-install at Pag-troubleshoot
I-install ang flow control valve na malapit sa cylinder port kung praktikal. Ang mahabang pagtakbo ng tubing ay lumilikha ng compressible volume na kumikilos bilang isang air spring, na nagpapasama sa tugon.
Paunang Pagsasaayos:Magsimula sa 3-4 na pagbukas ng karayom. Kung mangyari ang stick-slip, i-verify ang meter-out na kontrol. Kung masyadong mabilis ang paggalaw, unti-unting isara ang mga pagtaas ng quarter-turn.
| Sintomas | Malamang na Dahilan | Solusyon |
|---|---|---|
| Gumagalaw na galaw (stick-slip) | Meter-in control sa double-acting cylinder | Muling i-configure sa meter-out |
| Ang bilis ay nagbabago sa kalagitnaan ng stroke | Pagbabago ng presyon ng supply | I-install ang nakalaang regulator |
| Walang kontrol sa bilis | Kontaminasyon o sirang karayom | Suriin ang filter; palitan ang balbula |
| Ang silindro ay naaanod pagkatapos huminto | Suriin ang panloob na pagtagas ng balbula | Palitan ang balbula; suriin ang kontaminasyon |
Pagpapanatili at Buhay ng Serbisyo
Ang mga pneumatic flow control valve ay kwalipikado bilang mga bahaging mababa ang pagpapanatili, ngunit pinipigilan ng regular na inspeksyon ang mga hindi inaasahang pagkabigo.
Sa ilalim ng normal na mga kondisyong pang-industriya na may maayos na na-filter na hangin (40-micron minimum), ang mga de-kalidad na balbula ay naghahatid5-10 taonng buhay ng serbisyo.
Mga Salik na Nakakabawas sa Buhay:
- Kontaminadong suplay ng hangin (kalahati ang buhay ng selyo)
- Matinding temperatura na lampas sa mga seal rating
- Agresibong pagsasaayos na nagdudulot ng pagkasira ng sinulid
- Pagkalantad sa kemikal (nangangailangan ng Stainless Steel/FKM)
Habang umuunlad ang mga sistemang pang-industriya, umaangkop ang kontrol ng daloy ng pneumatic sa pamamagitan ng pagsasama ng mga sensor at koneksyon sa network. Habang ang mga umuusbong na electric actuator ay nag-aalok ng katumpakan, ang mga pneumatics ay nananatiling superyor para sa high-speed, short-stroke na mga application, explosive atmosphere, at washdown environment kung saan kinakailangan ang matatag na overload tolerance.
