По какой схеме работает пневмораспределитель на судах

Обновлено: 17.04.2024

В пневмораспределителях серии EVF эластичное уплотнение выполнено в виде покрытия на поверхности золотника.

Такая схема обеспечивает эластичность и рабочее сжатие уплотнений с такой степенью точности, которой невозможно достичь при использовании кольцевых эластичных уплотнений.

Золотник с эластичным покрытием

Преимущества схемы с притертым стальным золотником:

• Отсутствие эластичных уплотнений во много раз увеличивает ресурс пневмораспределителя, достигающий 200 миллионов циклов;

• Стальной золотник надежно работает в условиях сильной загрязненности среды и при повышенной температуре, например, в металлургическом производстве;

• Конструкция обладает высокой устойчивостью к химическим воздействиям;

• Ход золотника максимально сокращен благодаря тому, что радиальные отверстия во втулке имеют разные, специально подобранные, диаметры. Короткий ход золотника способствует уменьшению размеров пневмораспределителя. Получаемый благодаря этому резерв пространства используется для увеличения проходных сечений каналов, что заметно повышает пропускную способность.

Поэтому пневмораспределители со стальным золотником имеют один из лучших показателей расхода, отнесенного к объему изделия;

Сбалансированность сил, низкое трение и короткий ход позволяют перемещать золотник с помощью электромагнита напрямую и с низким потреблением энергии;

• Время срабатывания пневмораспределителей со стальным золотником короче, чем у их аналогов с эластичными уплотнениями, что связано с более низким трением;

• Техническое обслуживание пневмораспределителей со стальным золотником, благодаря их очень простой конструкции, не представляет затруднений.

В продукции SMC пневмораспределители с притертым стальным золотником занимают очень важное место (серии VQ, EVS7, NVS, VS, VP, VZ, VF). Это достигнуто благодаря огромным объемам производства, где технология изготовления притертых пар «золотник втулка» с зазором 3 мкм доведена до совершенства, а себестоимость до минимума. В результате пневмораспределители SMC со стальным золотником, оставаясь на том же стоимостном уровне, что и их аналоги с эластичными уплотнениями, оказываются вне конкуренции по таким показателям как ресурс, пропускная способность и устойчивость к воздействию загрязнений и температуры.

Р/Q-диаграмма

Для быстрого определения характеристик пневмораспределителей используются диаграммы, связывающие давление на входе и выходе пневмораспределителя с объемным расходом воздуха и именуемые как "P/Q-диаграммы". Кроме этой характеристики, для описания любого пневмораспределителя часто используется коэффициент расхода kv, который, как и P/Q-диаграмма, отражает пропускную способность конкретного устройства (см.раздел "Пневмодроссели", пункт "Определение расходной характеристики").

По горизонтальной оси диаграммы (см. Ниже) отложен объемный расход воздуха, выраженный в нормальных литрах в минуту. По вертикальной оси отложено давление, выраженное в МПа. От вертикальной оси исходят кривые, каждая из которых соответствует определенному давлению на входе пневмораспределителя. Кривая показывает связь между расходом воздуха и давлением на выходе пневмораспределителя. Так, расход равен нулю, если выходное давление равно входному (точка пересечения кривой с вертикальной осью). Увеличение расхода связано со снижением выходного давления (при неизменном входном), что видно из графика. Таким образом, каждая точка кривой связывает три величины: входное давление (одно и то же для всей кривой), выходное давление (координата точки по вертикальной оси) и расход (координата по горизонтальной оси). Для удобства определения характеристик пневмораспределителей при различных входных давлениях на P/Q-диаграмме строится семейство кривых, соответствующих разным давлениям.

Помимо наглядности, P/Q-диаграмма имеет еще и то преимущество перед табличными или расчетными методами, что она позволяет быстро и надежно определить взаимосвязь между давлениями и расходом без необходимости выполнять какие-либо расчеты.

На практике главным образом встречаются три основных вопроса:

a) Какое давление остается на выходе пневмораспределителя при указанных значениях давления на входе и объемного расхода сжатого воздуха через него?

b) Какой объемный расход может обеспечить пневмораспределитель при указанных значениях давления на входе и выходе?

c) До какого уровня давления должен быть отрегулирован редукционный клапан перед соответствующим распределителем при указанном расходе и рабочем давлении?

Приведенные ниже примеры показывают, как можно ответить на эти вопросы с помощью P/Q-диаграмм.

Примеры

а) Требуемый объемный расход составляет 1300 Н л/мин, а давление на входе 0.7 МПа. Определить давление на выходе.

На диаграмме а) на значении 1300 Н л/мин проведена пунктирная линия вертикально вверх до точки, в которой она пересекает кривую, начинающуюся на оси давления от отметки 0.7 МПа. Горизонтальная штриховая линия, проведенная от точки пересечения до оси давлений, указывает на выходное давление 0.58 МПа. Это и есть уровень давления на выходе распределителя.

б) Давление на входе распределителя составляет 0.7 МПа, а давление на выходе требуется не менее 0.45 МПа. Определить объемный расход сжатого воздуха через распределитель.

В этом случае от значения 0.45 МПа на оси давления проводят горизонтальную линию (см.диаграмму Ь) до пересечения ее с кривой, начинающейся на отметке 0.7 МПа. По вертикали под точкой пересечения находится значение объемного расхода, равное 1650 Н л/мин.

С) Наименьшее давление, требуемое на выходе, составляет 0.45 МПа, объемный расход составляет 1450 Н л/мин. Необходимо определить давление на входе.

Пневмораспределитель - устройство, предназначенное для управления потоками сжатого воздуха.

Типы пневмораспределителей

В зависимости от конструктивных и эксплуатационных параметров различают несколько типов пневмораспределителей.

По конструкции запорно-регулирующего элемента:

Клапанные (седельные)
Золотниковые
- с цилиндрическим золотником
- с плоским золотником
- крановые
Наибольшее распространение получили распределители с цилиндрическим золотником.

По числу положений:
- двухлинейные
- трехлинейные
- четырехлинейные
- пятилинейные
По количеству стабильных состояний:

По нормальному состоянию:
- норамльно-открытый
- нормально-закрытый
По типу управления:

Устройство и обозначение пневмораспределей

Основными элементами конструкции золотникового пневмораспределителя являются корпус, в котором выполнены каналы и золотник, установленный в корпусе. На золотнике выполнены шейки, позволяющие соединять выбранные каналы между собой.

Перемещаясь в корпусе, золотник изменяет схему соединения каналов пневмораспределителя.

В зависимости от числа подводимых к распределителю линий (или отводимых от него) различают двух-, трех-, четырех-, пятилинейные пневмораспределители.

По числу положений золотника, то есть по количеству вариантов коммутации линий, различают двух-, и трехпозиционные пневмораспределители.

Количество позиций указывает в обозначении пневмораспределителя, через дробь, дефис или пробел. Например обозначение 5 2 означает, что пневмораспределитель пятилинейный двухпозиционный.

Переместить золотник распределителя влево Переместить золотник распределителя вправо

Принцип работы золотниковых пневмораспределителей

Рассмотрим основные схемы пневмораспределителей, попробуем разобраться, как они работают и для чего предназначены.

Пнемораcпределитель 2 2 с ручным управлением

Принципиальная схема двухлинейного двухпозиционного распределителя, показана на рисунке.

Золотник, в зависимости от положения, открывает или перекрывает линию давления. Управление положением золотника - ручное.

Пнемораспределитель схемы 2 2 позволяет при необходимости перекрыть линию, его можно использовать для отсечения части пневмосхемы или отдельных исполнительных элементов, например, пневмомотров.

Пнемораспределитель 3 2 с механическим управлением

Для управления пневмоцилиндром одностороннего действия удобно использовать трехлинейный двухпозиционный пневмораспределитель.

Широкое распространение получили, пневмораспределители 3/2 с роликовым толкателем. Они позволяют подать пневматический сигнал, при прохождении штока цилиндра через контрольную точку.

Поверхности золотника образуют подвижный канал, который соединяет линию выхода в одном положении с атмосферой, в дургом - с линией давления.

При отсутствии входного сигнала золотник рассматриваемого пневмораспределетиля возвращается в исходное положение, то есть у него есть только одно стабильное состояние, поэтому его называют моностабильным.

Пнеморасределитель 4 2 с пневмоуправлением

Для управления двухпозиционным распределителем трех линий недостаточно, так как необходимо два выхода, для подачи воздуха в поршневую и штоковую полость пневмоцилиндра.

Схема пневмораспределителя 4 2 показана на рисунке.
- В левом положении золотник соединяет выход А с линией давления, выход В - с атмосферой.
- В правом положении золотник образует полости, позволяющие соединить выход В с линией давления, выход А с атмосферой.
Линии сброса воздуха в пневмораспределителе 4 2 объединены в один канал, на выходе которого, как правило, устанавливают глушитель.

Существуют пневмораспределители 4-2 и с другими типами управления, например с электроуправлением.

Пнемораспределитель 5 2 с электромагнитным управлением

В пневматическом распределителе, в отличие от гидравлического слива не нужна, сжатый воздух можно сбрасывать в атмосферу. По этой причине вместо схемы 4 2 в пневматике чаще используют схему 5 2, в которой имеются две раздельные линии для сброса сжатого воздуха.

В рассматриваемом примере управление осуществляется с помощью электромагнитов.

При исчезновении входного сигнала золотник не меняет положение. Получается, что при отсутствии сигнала золотник пневморасределителя может находится в либо в левом в правом положении, поэтому его называют бистабильным.

Пнемораcпределитель 5 3

Распределитель схемы 5 2 не позволяет остановить пневмоцилиндр в промежуточном положении. Если добавить еще одну позицию золотника, в которой он перекроет линию давления и линии, соединенные с полостями пневмоцилиндра, то шток цилиндра можно будет остановить в нужной позиции.

Получается, что для этих целей необходим пневмораспределитель 5 3, схема которого показана на рисунке.

В левом положении золотник соединяет канал Р (давление) с выходом А, выход В с атмосферой R. В центральном положении линии Р, А, В заперты. В правом положении золотник соединяет канал Р с выходом В, выход А с атмосферой R.

Центрирование золотника осуществляется с помощью пружин.

Характеристики пневмораспределителя

Выбор пневмораспределителя должен основываться на его характеристиках. Рассмотрим основные параметры, которые следует учитывать при подборе пневматического распределителя.

Номинальное рабочее давление - давление, при котором пнематический распределитель будет работать в соответствии паспортными характеристиками, сохраняя установленные производителем параметры надежности, долговечности, безопасности.

Основная (расходная) характеристика - график, отражающий зависимость объемного расхода (при нормальных условиях - н.у) от перепада давления на пневмораспределителе, при постоянном давлении на входе.

Присоединительный диаметр - диаметр отверстий, выполненных в корпусе пневмораспределителя для подключения к пневматической системе.

Диаметр условного прохода - минимальный диаметр внутренних проходных отверстий в пневмораспределителе.

Чем больше присоединительный и условный диаметры пневмораспределителя тем больший расход сможет пропустить через себя распределитель при заданном значении потреь давления.

Таблица с рекомендациями по подбору пневмораспределителей для управления цилиндрами различных диаметров представлены в таблице.

Пневматические распределители представляют собой элементы, позволяющие осуществлять управление потоком сжатого воздуха в пневмосетях путем перенаправления его из одних каналов в другие, либо полным ограничением доступа. При всем многообразии распределители имеют конечное число конструктивных вариантов, ограниченное количеством присоединяемых линий и возможных позиций заслонки.

Любой пневмораспределитель может иметь от 2 до 5 рабочих линий (по количеству присоединительных отверстий), каждая из которых выполняет одну из трех возможных функций: впуск среды, выпуск среды, выхлоп.

На схемах присоединительные отверстия обычно имеют следующие цифровые обозначения:

1 – Подвод воздуха
2 – Выходное отверстие нормально закрытого распределителя
3 – Выхлоп в нормально закрытом распределителе
4 – Выходное отверстие нормально открытого распределителя
5 – Выхлоп в нормально открытом распределителе

Рассмотрим основные виды пневмораспределителей

2/2 двухлинейный, двухпозиционный, без выхлопа.
Работа на включение и выключение

Применяется в пневматических двигателях и пневмоинструменте

3/2 (НЗ) трехлинейный, двухпозиционный, нормально закрытый.
Для подачи или выпуска воздуха через выходное отверстие "2"

Применяется в цилиндрах простого действия (толкающего типа), пневматических сигнальных устройствах

3/2 (НО) трехлинейный, двухпозиционный, нормально открытый.
Для подачи или выпуска воздуха через выходное отверстие "2"

Применяется в цилиндрах простого действия, пневматических сигнальных устройствах инверсного типа

4/2 четырехлинейный, двухпозиционный.
Для переключения тока воздуха между выходными отверстиями "2" и "4" с общим выпуском

Применяется в цилиндрах двустороннего действия

5/2 пятилинейный, двухпозиционный.
Для переключения тока воздуха между
выходными отверстиями "2" и "4" с раздельным выпуском

Применяется в цилиндрах двустороннего действия

5/3 закрытый центр пятилинейный, трехпозиционный.
Полностью отсеченное от пневмосистемы среднее положение

Применяется в цилиндрах двустороннего действия с возможностью остановки

5/3 открытый центр пятилинейный, трехпозиционный.
С возможностью выпуска в среднем положении

Применяется в цилиндрах двустороннего действия с возможностью сброса давления

5/3 центр под давлением пятилинейный, трехпозиционный.
С возможностью подачи давления в среднем положении

Пневматические распределители предназначены для управления движением потока рабочей среды (сжатого воздуха или любых других газов) за счет открытия одних входных и выходных каналов и перекрытия других. В данной статье рассмотрим, какими бывают пневмораспределители и какие особенности они имеют.

Главными параметрами любого распределителя являются:

1. Количество присоединительных отверстий (линий)
Обычно этот показатель варьируется от 2 до 5, не считая разъема, предназначенного для подачи управляющего сигнала. В зависимости от типа использования данные линии определяются как "вход" (подача воздуха в пневмораспределитель), "выход" (перенаправление в пневматическую систему) и "выхлоп" (сброс в атмосферу).

2. Количество возможных позиций переключения
Различают двухпозиционные и трехпозиционные конфигурации распределителей. Трехпозиционный тип, помимо двух крайних, имеет среднее положение и позволяет осуществлять три варианта коммутации пневмолиний. Применяется только для пятилинейных пневмораспределителей.

3. Нормальная позиция
Параметр указывает, в каком положении находится заслонка в момент, когда отсутствует управляющий сигнал. Нормально открытые распределители (НО) оставляют в этом случае канал свободным, нормально закрытые (НЗ) перекрывают его, а бистабильные меняют положение заслонки каждый раз, когда поступает управляющий сигнал, и остаются в этом положении до следующего импульса.

Трехпозиционные распределители могут дополнительно осуществлять одну из следующих функций: закрытый центр, открытый центр или центр под давлением. Более подробно данные варианты можно рассмотреть на графических схемах.

Обозначения в каталогах производителей

Производители в каталогах продукции чаще всего количество линий и позиций переключения распределителя обозначают цифрами, указанными через дробь. Возможные варианты: 2/2, 3/2, 4/2, 5/2, 5/3.

Например, описание функции распределителя может выглядеть как "3/2 (НО)", что указывает на трехлинейный, двухпозиционный, нормально открытый распределитель.

Присоединение, расходные характеристики

Присоединение пневмораспределителей к системе может производиться двумя способами: резьбовым (трубным) или стыковым.

При выборе распределителя важно учитывать, что размер присоединительных отверстий и размер проходного сечения каждой конкретной модели не могут прямо указывать на ее пропускную способность. Для точного определения данной характеристики применяются специальные расчеты, однако в качестве приблизительной справочной информации можно использовать данные из следующей таблицы.

Конструкция пневмораспределителя

По конструктивному исполнению распределители подразделяются на два основных типа: модели с клапанным управлением и модели с золотниковыми затворами. Кроме того, все распределители принципиально различаются по типу уплотнения, которое может быть либо эластичным, либо металлическим.

В клапанном распределителе поток воздуха перенаправляется при помощи уравновешенного тарельчатого клапана с эластичным уплотнением, который перемещается под прямым углом к прилегающей поверхности седла. Это дает возможность смонтировать один и тот же распределитель как в нормально закрытом, так и в нормально открытом положении.

В конструкции золотникового типа перенаправление рабочей среды происходит при помощи цилиндрического или плоского золотника. К данному типу относятся также крановые модели, управление в которых происходит при помощи металлического диска с отверстиями, обеспечивающего связь между отверстиями в корпусе распределителя при помощи вращения.

Управление пневмораспределителями

Существует несколько различных способов управления пневмосистемой, причем каждая базовая модель распределителя может быть оснащена любым из перечисленных ниже элементов, в зависимости от задач и условий эксплуатации.

Функция перенаправления сжатого воздуха внутри пневмосистемы осуществляется путем подачи управляющего сигнала на специальное устройство - пневматический распределитель. В данной статье рассмотрим основные типы и способы управления пневмораспределителями.

Конструкция любого распределителя предполагает наличие специальных управляющих отверстий, на которые подается сигнал, приводящий к изменению положения заслонки. На схемах такие разъемы обычно обозначаются двузначным цифровым кодом, обозначающим условный номер входного и выходного канала, которые они соединяют.

Например, кодом «12» будет обозначаться разъем, на который подается сигнал для соединения или разъединения входного отверстия (оно всегда обозначается цифрой «1») и выходного отверстия «2», а кодом «14» - входного отверстия и выходного отверстия «4».

Моностабильные и бистабильные распределители

По способу возвращения золотника или клапана в исходное положение все устройства, имеющие две рабочие позиции, подразделяются на моностабильные и бистабильные.

Моностабильные распределители иначе называют устройствами с односторонним управлением, поскольку сигнал, приводящий их в движение, приходит только с одной стороны, а обратно они возвращаются автоматически при помощи пружины.

Бистабильные (двусторонние) распределители получают управляющий сигнал с двух сторон и остаются в последнем занятом положении до того момента, пока не получат противоположный импульс. Возможность фиксации в любой из двух допустимых позиций позволяет использовать распределители данного типа для подачи сжатого воздуха в пневмоцилиндр. Однако необходимо учитывать, что поддержание рабочего положения такого распределителя происходит только за счет силы трения и поэтому он требует монтажа в строго горизонтальном положении. Исключение составляют только модели с «металлическим уплотнением», конечные положения которых фиксируются при помощи специальных упоров.

Трехпозиционные распределители имеют двухстороннее управление, но при отсутствии с обеих сторон управляющего сигнала занимают среднее положение при помощи пружин.

Прямое и косвенное управление

Прямым управлением называют такой способ передачи сигнала, когда усилие, приложенное к кнопке, ролику или толкателю вызывает движение золотника или клапана.

При косвенном способе управления (иногда его еще называют непрямым или пилотным управлением) импульс от внешнего устройства поступает на специальный пилотный клапан, который расположен в управляющем разъеме распределителя, и который при помощи сжатого воздуха воздействует на золотник.

Способ передачи управляющего сигнала

Ручное управление позволяет оператору воздействовать на распределение потока сжатого воздуха напрямую, приложив собственную силу. В исходное положение устройства ручного управления могут возвращаться либо повторным воздействием (тумблер, рычаг, ключ в замке), либо при помощи пружины (кнопка, педаль).

Механическое управление позволяет передать движение любого внешнего механизма в качестве сигнала для смены положения золотника или клапана. К механическим средствам управления относятся толкатель, ролик и ломающийся рычаг. Данные устройства обычно возвращаются в исходное положение автоматически, при помощи пружины.

Пневматическое управление подразумевает поступление в управляющее отверстие распределителя сжатого воздуха, который воздействует либо непосредственно на золотник или связанный с ним поршень, либо запускает работу пилотного клапана. В нормальное положение золотник приводится либо при помощи механической пружины, либо подачей управляющего давления с противоположной стороны. В некоторых случаях используется совместный пружинный и пневматический возврат, что обеспечивает более стабильные характеристики и повышенную надежность переключения.

Электромагнитное управление позволяет преобразовывать электрический сигнал в движение специального металлического якоря, который толкает золотник или заслонку клапана. В некоторых случаях такие системы управления имеют возможность ручного дублирования сигнала.

Автор статьи

Куприянов Денис Юрьевич

Юрист частного права

Страница автора

Читайте также: