Otázka: Jak implementujete ventily pro ‚měkký start‘ (pomalý start) za účelem prevence mechanického poškození při pneumatickém zapnutí?

Odpověď: Pro implementaci ventilu pro měkký start (nebo pomalý start) za účelem prevence mechanického poškození při pneumatickém zapnutí inženýři musí ventil instalovat přímo za hlavní systém přípravy vzduchu (filtr-regulátor-mazací zařízení, tzv. FRL) a nouzový vypouštěcí ventil, avšak před řídicími směrovými ventily. Ventil pro mírné spuštění funguje na principu dvoufázového zvyšování tlaku: při prvním zapnutí omezuje přítok stlačeného vzduchu prostřednictvím nastavitelného jehlového ventilu uvnitř zařízení, čímž umožňuje pomalé a postupné zvyšování tlaku v systému. Toto omezené proudění způsobuje, že všechny nezatížené válce se mírně vyvádějí nebo zasouvají do svých výchozích domovských poloh, místo aby se prudce pohybovaly. Jakmile tlak v systému za ventilem dosáhne nastavené hodnoty (obvykle 50 až 60 % hlavního dodávaného tlaku), posune se vnitřní pilotní píst ventilu a otevře hlavní bypassový port s vysokým průtokem, který okamžitě zajistí dodávku plného systémového tlaku a neomezeného průtokového výkonu. Tím je zajištěno, že strojní zařízení může bez problémů přejít do plného, vysokorychlostního automatického provozu bez rizika nárazových zátěží, ohnutí pístních tyčí nebo poškození nástrojů.

Úvod: Jev pneumatického nárazového spuštění

V průmyslové automatizaci jsou systémy často vypínány kvůli změně směn, údržbě nebo nouzovým situacím. Během těchto vypnutí vyžadují bezpečnostní předpisy úplné vyprázdnění veškeré stlačeného vzduchu zachyceného uvnitř pneumatických obvodů prostřednictvím vypouštěcích ventilů. Tím se všechny potrubí a komory válců uvedou na atmosférický tlak (0 bar).

Při restartu systému je-li do potrubí okamžitě přiveden plný provozní tlak (obvykle 6 až 8 bar), proudí vzduch do prázdných komor válců extrémně vysokou rychlostí. Protože v opačné komoře není žádná protitlaková vzduchová polštářová vrstva, píst válce zrychluje nekontrolovatelně a naráží do koncového krytu nebo do vnějších mechanických dorazů. Tento náhlý, násilný pohyb je znám jako pneumatické nárazové spuštění. Je to hlavní příčinou poškození senzorů, ohnutí pístních tyčí, poškození lineárních vedení a deformace nástrojů, což vede ke vysokým nákladům na údržbu a nepředvídanému výpadku provozu.

Vnitřní pracovní princip ventilu pro měkký start

Aby se zabránilo nárazovému spuštění, využívá ventil pro měkký start chytrý, čistě mechanický dvoufázový design, který rozděluje proces zvyšování tlaku na dvě oddělené fáze:

• Fáze 1 – Fáze omezeného průtoku: Když je zapnuto hlavní přívod stlačeného vzduchu, je hlavní průtoková cesta ventilu pro měkký start uzavřena silnou vnitřní pružinou. Přiváděný vzduch je nucen procházet úzkým obvodovým kanálem obsahujícím nastavitelný jehlový ventil. Tento jehlový ventil omezuje průtok vzduchu, čímž se tlak stlačeného vzduchu v pneumatickém okruhu zvyšuje pomalu a řízeně. Jak tento malý objem vzduchu vstupuje do válců, pomalu se posunují do svých počátečních poloh.
• Fáze 2 – Fáze plného průtoku: Regulační ventil pro měkký start nepřetržitě monitoruje rozdíl tlaku mezi svým vstupním a výstupním připojením. Vzhledem k tomu, že tlak na straně proudového výstupu stoupá, působí tento tlak na vnitřní snímací píst. Jakmile dosáhne tlak na straně proudového výstupu přibližně 50 % až 60 % vstupního tlaku (například u systému s vstupním tlakem 6 bar stoupne na 3,5 bar), síla působící na píst překoná vnitřní napětí pružiny. Hlavní uzavírací kužel ventilu se úplně otevře, čímž obejde jehlový ventil a vytvoří přímou, neomezenou cestu pro vysoký průtok. Systém je nyní plně zatopen a připraven k provozu při vysoké rychlosti.

Integrace a umístění v montážní jednotce FRL

Aby regulační ventil pro měkký start správně fungoval, je kritické jeho umístění v hlavní montážní jednotce pro přípravu stlačeného vzduchu. Integrátoři systémů by měli dodržovat následující standardní fyzické uspořádání:

• Filtr a regulátor (FRL): Prvními komponenty v řadě musí být oddělovač vody, filtr částic a tlakový regulátor. Tyto komponenty zajistí dodávku čistého a suchého stlačeného vzduchu při stabilním tlaku.
• Uzamčený bezpečnostní ventil (3/2-cestný ventil): Tento ruční nebo elektrický ventil se používá k izolaci systému a uvolnění tlaku během údržby nebo v nouzových situacích.
• Ventil pro mírné nastartování: Ventil pro mírné nastartování musí být umístěn bezprostředně za bezpečnostní uzamčený ventil. Pokud by byl umístěn před uzamčeným ventilem, nebude schopen zmírnit nárůst tlaku v podřízeném obvodu po bezpečnostním uvolnění tlaku.
• Mazací zařízení: Pokud systém vyžaduje mazaný stlačený vzduch, mazací zařízení by mělo být umístěno za ventilem pro mírné nastartování. Umístění před tímto ventilem může způsobit hromadění oleje v citlivých řídicích kanálech ventilu pro mírné nastartování.
• Rozvaděče ventilů a válce: Výstup ventilu pro mírné nastartování je přímo připojen ke společným přívodním přípojkám vašich rozvaděčů směrových řídicích ventilů.

Podrobný návod k výběru a ladění pro integrační firmy

Aby byla soft-startová ventil maximálně účinný, musí být správně dimenzován a nastaven pro konkrétní objem stroje:

• Dimenzování podle průtoku: Soft-startový ventil nesmíte dimenzovat pouze podle závitu. Vypočítejte maximální současnou spotřebu stlačeného vzduchu všech ventilů a válců, které pracují v období maximální výroby. Vyberte soft-startový ventil s koeficientem průtoku Cv rovným nebo vyšším než tento maximální výpočtový průtok, aby nedošlo k nedostatku stlačeného vzduchu za normálního provozu.
• Nastavení rychlosti náběhu: Jehlový ventil na soft-startovém ventilu je nastavitelný. Otáčením nastavovacího šroubu ve směru hodinových ručiček se snižuje počáteční průtok a prodlužuje doba náběhu. Otáčením proti směru hodinových ručiček se průtok zvyšuje a doba náběhu zkracuje. Nastavte šroub tak, aby se válce pohybovaly hladce rychlostí nejvýše 50 až 100 milimetrů za sekundu v fázi soft-startu.
• Ověření přepínacího bodu: Během zapnutí sledujte hlavní manometr. Ujistěte se, že válce dosáhly svých fyzických zdvihových mezí, než se ventil klikne a přepne do režimu plného průtoku. Pokud se ventil otevře příliš brzy, válce se prudce pohnou zbytek svého zdvihu.

B2B studie případu: Ochrana vysokorychlostních balicích linek

Velká potravinářská balicí továrna trpěla opakovanými strukturálními poruchami na svých strojích pro balení do krabic. Každé pondělí ráno, po víkendové výpadku a bezpečnostním vyčerpání, byla zapnuta hlavní dodávka stlačeného vzduchu. Náhlé zvýšení tlaku způsobilo, že hlavní válec pro tlačení výrobků prudce vyjel dopředu, což způsobilo praskliny v lineárních vodítkách a zničení indukčních senzorů. To mělo za následek průměrně dvě hodiny prostojů týdně a stovky dolarů nákladů na náhradní díly.

Inženýři společnosti AIRWORK analyzovali systém a doporučili instalaci integrovaného FRL zařízení vybaveného elektrickým ventilem s měkkým startem AIRWORK. Po implementaci se pondělní ránní spouštěcí sekvence stala naprosto tichou a hladkou. Tlačítkové mechanismy se pomalu přesunuly do svých výchozích pozic a teprve po 5 sekundách se systém přepnul na plný tlak. Během následujících šesti měsíců hlásila balicí linka nulový počet poruch senzorů a nulový počet mechanických poškození, což vedlo k okamžitému návratu investice.

Nákup prémiových komponent pro přípravu stlačeného vzduchu od společnosti AIRWORK

Společnost AIRWORK vyrábí vysokospolehlivé a odolné pneumatické komponenty určené k ochraně vašich automatizačních zařízení. Naše ventily s měkkým startem jsou vyrobeny z odolného anodovaného hliníku a těsnění z opotřebení odolného polyuretanu, aby odolaly milionům cyklů v náročných průmyslových prostředích. Jsou k dispozici s manuálním, pneumatickým nebo elektrickým ovládáním pro bezproblémovou integraci s vašimi stávajícími řídicími systémy pro bezpečnost strojů.

Chcete-li optimalizovat pneumatické sekvence zvyšování výkonu a eliminovat mechanický ráz, je standardizace na komponenty pro přípravu stlačeného vzduchu AIRWORK chytrou volbou. Navštivte stránku jzpnu.com a stáhněte si kompletní CAD modely, výpočetní nástroje pro dimenzování a návody k instalaci nebo se poraďte s naším technickým podporou při návrhu vašeho vlastního FRL rozvaděče již dnes.