Otázka: Jak vybíráte a implementujete ‚zpětné ventily‘ pro udržování zatížení ve svislé poloze za účelem řízení rizik náhlé ztráty tlaku stlačeného vzduchu?

Odpověď: Aby bylo možné bezpečně udržet svislé zatížení a řídit rizika náhlé ztráty tlaku vzduchu, musí systémoví integrátoři instalovat zpětné ventily řízené pilotním signálem (PO check) přímo do přípojek svislého válce. Standardní šoupátkové směrové regulační ventily trpí mikroskopickým vnitřním únikem způsobeným mezerným těsněním, který umožňuje únik vzduchu a způsobuje pomalé klesání svislých zatížení. Ještě kritičtější je situace, kdy dojde ke ztrátě hlavního dodávaného tlaku například kvůli prasknutí hadice nebo poruše kompresoru; v takovém případě standardní obvod okamžitě vypustí vzduch, čímž dojde k neovladatelnému pádu těžkého svislého zatížení. Zpětný ventil řízený pilotním signálem tomuto zabrání tím, že funguje jako mechanické těsnění bez jakéhokoli úniku. Umožňuje volný přítok vzduchu do válce, ale brání úniku vzduchu z přípojky válce, dokud není jeho vnitřnímu pilotnímu pístu poskytnut pozitivní pneumatický pilotní signál. Pokud dojde ke snížení tlaku v systému, pilotní signál zanikne a zpětný ventil okamžitě se uzavře a uzamkne stlačený vzduch uvnitř válcové komory, čímž bezpečně udrží zátěž na místě.

Úvod: Nebezpečí svislých pneumatických zátěží

V průmyslové automatizaci jsou svislé osy velmi běžné. Svislé pneumatické válce se široce používají k zvedání těžkých součástí, zvedání třídicích bran, řízení svislých upínacích zařízení a ovládání indexovacích hlav pro balení. Svislé pneumatické systémy však představují vážnou technickou výzvu, protože musí neustále překonávat sílu gravitace.

Na rozdíl od horizontálních pohonů, které se při ztrátě tlaku jednoduše posunou a zastaví, svislý válec zatížený těžkou zátěží okamžitě klesne, pokud je vyfukován stlačený vzduch, který jej udržuje. Tento náhlý pokles může zranit obsluhu, zničit drahé nástroje, poškodit lineární vedení a způsobit obrovské množství odpadu v rámci výroby. Odstranění tohoto nebezpečí vyžaduje výběr správných pasivních udržovacích komponent. Jako zavedený výrobce bezpečnostních pneumatických zařízení vysoce spolehlivosti AIRWORK poskytuje konstruktérům automatizace komponenty a výpočtové rovnice pro dimenzování potřebné k implementaci bezpečných svislých udržovacích obvodů.

Proč standardní řídící ventily směru nejsou dostačující

Běžnou chybou začínajících návrhářů automatizace je použití standardního 5/3cestného uzavřeného středového elektromagnetického ventilu k udržení svislé zátěže na místě. Logický předpoklad je, že když je ventil ve střední (uzavřené) poloze, jsou všechny přípojky uzavřeny, čímž se vzduch uzavře v obou komorách válce a zabrání se pohybu. Tento předpoklad je však z hlediska bezpečnosti vysoce nebezpečný ze dvou důvodů:

• Únik způsobený mezerným uložením šoupátka v tělese: Standardní 5portové směrové řídící ventily využívají posuvného šoupátka s kovovým na kovovém nebo měkkým těsněním. Aby se šoupátko mohlo snadno pohybovat vpřed a vzad, musí být mezi šoupátkem a vnitřním průměrem tělesa ventilu zachován velmi malý montážní úhel. V průběhu času, nebo dokonce i u zcela nových ventilů, stlačený vzduch pomalu uniká touto mezerou. Tento mikroskopický únik je dostatečný k tomu, aby svislý válec postupně klesal o několik palců za hodinu, zejména při zatížení velkou hmotností.
• Ztráta tlaku v hlavní přívodní trubce: Pokud praskne hlavní přívodní potrubí stlačeného vzduchu od kompresoru nebo je stisknuto tlačítko nouzového zastavení a hlavní vypouštěcí ventil uvolní systém, klesne tlak nad regulací ventilu na nulu. Standardní regulační ventil nemůže zabránit úniku vzduchu zpět přes prasklé přívodní hadičky, což má za následek okamžitý a prudký kolaps svislé zátěže.

Princip činnosti pilotem ovládaných zpětných ventilů (PO zpětné ventily)

Pilotem ovládaný zpětný ventil je sedlový ventil s nulovým únikem, který funguje jako mechanická bariéra. Má přívodní port (P), port pro válec (A) a pilotní port (X). Uvnitř ventilu je pružinou zatížený kuželový uzávěr pevně přitlačen k leštěné kovové sedlové ploše, čímž vzniká dokonalé, hermeticky utěsněné spojení.

• Volný průtok (zvedání): Když je vzduch směrován k zvednutí svislého válce, stlačený vzduch vstupuje do přívodního portu P, překonává napětí vnitřní pružiny, zvedá kuželkový uzávěr z jeho sedla a volně proudí do portu válce A, čímž vysouvá píst a zvedá zátěž.
• Uzavřený průtok (držení): Když se válec zastaví, gravitace se snaží píst posunout dolů, čímž se zvyšuje tlak v portu A. Tento zachycený tlak vzduchu spolu s vnitřní pružinou uzavíracího ventilu ještě více přitlačuje kuželkový uzávěr k jeho kovovému sedlu. Vzduch je zcela uzavřen uvnitř komory válce, čímž je zaručeno nulové prokluzování.
• Řízený návrat (snížení): K snížení zátěže je stlačený vzduch přiváděn na opačnou stranu válce (aby tlačil píst dolů) a současně na řídicí přípojku (X) zpětného uzavíracího ventilu s řízeným otevíráním (PO). Řídicí tlak posune vnitřní píst vpřed, čímž mechanicky posune kovový kolík, který zvedne uzavírací kuželkový prvek z jeho sedla. Tím se otevře výfuková cesta a umožní uniknutí zachyceného vzduchu z přípojky A zpět přes přípojku P, čímž může válec plynule zasunout.

Kritické parametry pro výběr systémových integrátorů B2B

Aby bylo zajištěno bezpečné chování při poruše, musí systémoví integrátoři při výběru zpětných uzavíracích ventilů s řízeným otevíráním (PO) vypočítat a shodovat následující technické parametry:

• Poměr řídicího tlaku: Jedná se o poměr mezi plochou vnitřního řídicího pístu a plochou sedla zpětné klapky. Běžné poměry jsou 3:1, 4:1 a 5:1. Například u ventilu s poměrem 3:1 dokáže 1 bar řídicího tlaku na přípojce X překonat 3 bary zachyceného tlaku na přípojce válce A. Pokud svislý válec udržuje extrémně těžké zatížení, tlak vzduchu ve spodní komoře může stoupat daleko nad tlak hlavního potrubí. Pokud je zachycený tlak 9 barů a vaše řídicí potrubí dodává pouze 2,5 baru, ventil s poměrem 3:1 se nepodaří otevřít, čímž dojde k zablokování stroje. U aplikací s vysokým zatížením musí inženýři vybrat ventily s vyšším poměrem řídicího tlaku (např. 5:1 nebo 6:1) nebo zajistit, aby řídicí potrubí poskytovalo dostatečný a regulovaný tlak.
• Přímé upevnění na přípojku: Aby se minimalizovalo riziko prasknutí hadice, musí být zpětné uzavírací ventil PO zasazován přímo do přípojky válce. Nikdy nepřipevňujte zpětné uzavírací ventil PO na vzdálený rozváděč s několika stopami (metry) flexibilní polyuretanové hadice mezi ním a válcem. Pokud praskne hadice mezi válcem a vzdáleně umístěným zpětným uzavíracím ventilem, je obvod pro udržení zatížení obejden a zatížení okamžitě klesne. Společnost AIRWORK vyrábí kompaktní zpětné uzavírací ventily PO určené pro přímé upevnění na přípojky válců, které se šroubují přímo do přípojek válců a poskytují maximální bezpečnost.
• Tepelná roztažnost a přetlak: Pokud vertikální válec udržuje těžké zatížení po dlouhou dobu v horkém továrním prostředí, může se uvězněný vzduch rozpínat, tlak stoupá a může překročit bezpečnostní limity. Ujistěte se, že systém obsahuje pojistné ventily, pokud hrozí riziko tepelné roztažnosti.

Redundantní bezpečnost: Integrace mechanických zámků tyče

Ihdy PO zpětné uzavírací ventily poskytují vynikající ochranu, spoléhají však na neporušenost vnitřních těsnění pístu válce. Pokud se těsnění pístu opotřebí nebo dojde k netěsnosti přes únikovou cestu, vzduch uniká z dolní komory do horní komory, což způsobuje prokluz zátěže, i když zpětné uzavírací ventily zůstávají uzavřené.

Pro bezpečnostně kritické aplikace (např. zvedací zařízení umístěná přímo nad montážními pracovníky) vyžadují bezpečnostní normy redundantní mechanický zajišťovací systém. Tento systém je realizován kombinací zpětných uzavíracích ventilů PO s mechanickým zámekem na pístní tyč AIRWORK. Zámek na pístní tyč je zařízení pro upínání, které je aktivováno pružinou a uvolňováno pneumaticky; je integrováno do předního víka válce. V případě ztráty pneumatické řídicí tlakové síly silné vnitřní pružiny nutí kovový objímku, aby se pevně sevřela kolem pístní tyče, čímž ji drží na místě díky obrovské fyzické třecí síle a zajišťuje tak úplnou mechanickou bezpečnost bez ohledu na těsnost vzduchového systému.

Získávání bezpečnostních řešení typu „fail-safe“ od společnosti AIRWORK

U AIRWORK je bezpečnost inženýrským požadavkem. Naše řada pilotně ovládaných zpětných ventilů VB je vyrobena z vysoce kvalitního anodovaného hliníku a je vybavena přesně broušenými mosaznými těsnicími kužely s fluorouhlíkovými těsněními vysoké odolnosti, aby bylo zajištěno bezúnikové provozní chování po miliony cyklů.

Standardizací na bezpečnostní zpětné ventily AIRWORK a integrované válcové zámky tyče mohou distributoři a systémoví integrátoři zajistit maximální bezpečnost obsluhy a plnou soulad s normami pro bezpečnost strojů. Navštivte stránku jzpnu.com ke stažení 3D CAD výkresů, grafů poměru ovládání a certifikátů o souladu s bezpečnostními předpisy pro váš další projekt zdvihacího zařízení pro svislé zvedání.