Pnömatik silindir çok hızlı hareket ettiğinde veya yapışma-kayma hareketi ile mücadele ettiğinde çözüm genellikle uygun akış kontrol valfi seçimi ve kurulumunda yatmaktadır. Pnömatik akış kontrol valfi, aktüatör hızını kontrol etmek için basınçlı hava akışını düzenler, bu da onu hassas hareket zamanlaması gerektiren tüm otomatik sistemler için vazgeçilmez kılar. Hidrolik muadillerinden farklı olarak bu valfler, basınç oranlarının ve sonik akış koşullarının kontrol özelliklerini temelden değiştirdiği sıkıştırılabilir akışkan dinamiği ile başa çıkmalıdır.
Pnömatik Akış Kontrol Vanaları Nasıl Çalışır?
Temel işlev, hava yolunda değişken bir kısıtlama oluşturmayı içerir. Basınçlı hava daralmış delikten geçerken, basınç enerjisi kinetik enerjiye dönüşerek aşağı akış hızını azaltan bir basınç düşüşü üretir. Ancak basınçlı hava, sıkıştırılamaz sıvılardan farklı davranarak kontrol stabilitesini etkileyen karmaşıklıklar ortaya çıkarır.
Hava bir kısıtlamadan aktığında, yukarı akış basıncı ($P_1$) ile aşağı akış basıncı ($P_2$) arasındaki ilişki akış rejimini belirler. Orta dereceli basınç düşüşlerinde akış, basınç farkıyla orantılı olarak artar. Bununla birlikte, basınç oranı $P_2/P_1$ kritik bir değerin altına düştüğünde (tipik olarak hava için 0,528 civarında), boğazdaki akış hızı yerel ses hızına ulaşır. Tıkanmış akış veya sonik akış olarak adlandırılan bu durum, temel bir sınırı temsil eder.
Tıkanmış akışta, aşağı akış basıncını daha da azaltmak artık kütle akış hızını artırmaz. Akış, bu delik boyutu boyunca ses hızında etkili bir şekilde "maksimum seviyeye ulaştı". Bu fiziksel olay, pnömatik sistemlerde doğal stabilite sağlar.
ISO 6358 Akış Derecelendirme StandardıGeleneksel hidrolik Cv değerleri sıkıştırılamaz su akışına dayalı olduklarından pnömatik uygulamalar için yetersiz kalır. ISO 6358 standardı bu durumu iki parametreyle ele almaktadır:
- Sonik iletkenlik (C):Kısma koşulları altında dm³/(s·bar) cinsinden ifade edilen maksimum akış kapasitesi.
- Kritik basınç oranı (b):Ses altı ve sonik akış arasındaki geçiş noktası (tipik olarak 0,2 ila 0,5).
Bu parametrelere dayalı akış denklemleri şunlardır:
$P_2/P_1 \le b$ olduğunda tıkalı akış için:
$$ Q = C \cdot P_1 \cdot K_t $$$P_2/P_1 > b$ olduğunda ses altı akış için:
$$ Q = C \cdot P_1 \cdot K_t \cdot \sqrt{1 - \left(\frac{\frac{P_2}{P_1} - b}{1 - b}\right)^2} $$Burada $K_t$ sıcaklık düzeltme faktörüdür.
İç Yapı ve Bileşenler
Tipik bir hız kontrol cihazı iki işlevi tek bir kompakt gövdede birleştirir: kısma ve yön çek valfi.
Valf Gövde Malzemeleri:Seçim çevreye bağlıdır. Nikel kaplamalı pirinç genel fabrika ihtiyaçlarını karşılarken anodize alüminyum ağırlığı azaltır. Yıkama alanları için paslanmaz çelik (304/316) şarttır ve mühendislik plastikleri (PBT) uygun maliyetli hafif çözümler sunar.
İğne Vana Tasarımı:Yüksek kaliteli tasarımlar, 10-50 mm/s aralığında hassas kontrol için ince adımlı dişler (10-15 dönüş) kullanır. Koniklik açısı karakteristik eğriyi etkiler; doğrusal koniklikler orantılı değişiklikler sağlarken eşit yüzdeli konikler düşük açıklıklarda daha hassas kontrol sağlar.
Çek Valf Yapılandırması:Entegre çek valf ters yönde serbest akışa izin verir. Dudaklı conta türleri kompakttır ancak düşük basınçta sızıntı yapabilir; top veya popet türleri daha sıkı kapatma sağlar ancak daha fazla alan gerektirir.
Sayaç Girişi ve Ölçüm Çıkışı Kontrol Stratejileri
Kurulum konumu temel olarak sistem davranışını etkiler. Bu ayrım, pnömatik akış kontrolünün diğer yönlerinden daha fazla saha sorununa neden olur.
Sayaç Çıkışı Kontrolü (Egzoz Kısıtlaması)Bu konfigürasyonda, çek valf silindirin içine serbest akışa izin verirken, iğne egzoz havasının karşı odadan çıkmasını kısıtlar. Çalışma prensibi bir basınç yastığı oluşturur. Piston hareket ettikçe egzoz havası karşı basınç oluşturarak sertliği artırır ve yapışmayı önler.
Sayaç Giriş Kontrolü (Besleme Kısıtlaması)Burada iğne serbestçe dışarı çıkarken gelen havayı kısıtlar. Bu genellikle dengesiz harekete ("sarsıntıya") neden olur çünkü hacim arttığında besleme odası basıncı düşer ve basınç yeniden oluşana kadar pistonun durmasına neden olur.
"Şüpheniz varsa, ölçüyü kaldırın." Ölçüm çıkışı çift etkili silindirler için varsayılan seçimdir. Sayaç girişi yalnızca tek etkili silindirler (yay geri dönüşü) veya belirli yumuşak başlangıç uygulamaları için ayrılmalıdır.
| karakteristik | Sayaç Çıkışı (Egzoz) | Sayaç Girişi (Besleme) |
|---|---|---|
| Hareket Pürüzsüzlüğü | Mükemmel (yapışmayı önler) | Zayıf (sarsılmaya eğilimli) |
| Yük Taşıma | Aşırı yükler için iyi sönümleme | Yer çekimi yüklerinden dolayı kaçma riski |
| Hız Kararlılığı | Yüksek (yastık etkisi) | Değişken (tedarik durumuna bağlıdır) |
| En İyi Uygulamalar | Çift etkili silindirler | Tek etkili silindirler |
Vana Seçimi ve Boyutlandırma Süreci
Doğru boyutlandırma, aktüatör kuvvetini sınırlayan küçük boyutlu valfleri ve hız kontrol çözünürlüğünden ödün veren büyük boyutlu valfleri önler.
Silindir özelliklerine göre gerekli akışı hesaplayarak başlayın:
$$ Q = \frac{A \cdot L \cdot 60}{t} $$Burada $A$ piston alanı (cm²), $L$ strok uzunluğu (cm) ve $t$ strok süresidir (saniye).
Basınç Düşüşü:Vanadaki basınç düşüşünü nominal akışta 0,5-1,0 bar ile sınırlandırın. Daha yüksek düşüşler enerjiyi boşa harcar; aşırı düşük düşüşler, zayıf çözünürlüğe sahip, büyük boyutlu bir valfi gösterir.
Kurulum ve Sorun Giderme
Akış kontrol valfını mümkün olduğu kadar silindir portuna yakın bir yere monte edin. Uzun boru hatları, hava yayı görevi gören sıkıştırılabilir hacim oluşturarak tepkiyi azaltır.
İlk Ayarlama:İğneyi 3-4 tur açık tutarak başlayın. Yapışma-kayma meydana gelirse ölçüm kontrolünü doğrulayın. Hareket çok hızlıysa, çeyrek turluk artışlarla yavaş yavaş kapatın.
| Belirti | Muhtemel Sebep | Çözüm |
|---|---|---|
| Sarsıntılı hareket (yapışma-kayma) | Çift etkili silindirde ölçüm kontrolü | Ölçümü yeniden yapılandırın |
| Hız, strokun ortasında değişir | Besleme basıncı dalgalanması | Özel regülatör yükleyin |
| Hız kontrolü yok | Kirlenme veya kırık iğne | Filtreyi inceleyin; valfi değiştir |
| Silindir durduktan sonra sürükleniyor | Çek valf iç sızıntısı | Valfi değiştirin; kontaminasyonu kontrol edin |
Bakım ve Hizmet Ömrü
Pnömatik akış kontrol valfleri az bakım gerektiren bileşenler olarak nitelendirilir, ancak düzenli kontrol beklenmedik arızaları önler.
Normal endüstriyel koşullar altında, uygun şekilde filtrelenmiş hava (minimum 40 mikron) ile kaliteli valfler5-10 yılhizmet ömrü.
Ömrü Kısaltan Faktörler:
- Kirli hava beslemesi (conta ömrünü yarıya indirir)
- Sızdırmazlık değerlerinin ötesinde aşırı sıcaklıklar
- İplik aşınmasına neden olan agresif ayarlama
- Kimyasallara maruz kalma (Paslanmaz Çelik/FKM gerektirir)
Endüstriyel sistemler geliştikçe pnömatik akış kontrolü, sensörleri ve ağ bağlantısını birleştirerek uyum sağlar. Yeni ortaya çıkan elektrikli aktüatörler hassasiyet sunarken, pnömatikler yüksek hızlı, kısa stroklu uygulamalar, patlayıcı ortamlar ve güçlü aşırı yük toleransının gerekli olduğu yıkama ortamları için üstün olmaya devam ediyor.
