Pytanie: Jak zaimplementować zawory z „miękkim startem” (powolnym startem), aby zapobiec uszkodzeniom mechanicznym podczas włączania zasilania pneumatycznego?

Odpowiedź: Aby zaimplementować zawór z miękkim startem (lub powolnym startem) w celu zapobiegania uszkodzeniom mechanicznym podczas włączania zasilania pneumatycznego , inżynierowie muszą zainstalować zawór bezpośrednio za głównym systemem przygotowania powietrza (filtr–regulator–smarownik, czyli FRL) oraz awaryjnym zaworem odpowietrzającym, ale przed zaworami sterującymi kierunkiem przepływu. Zawór łagodnego uruchomienia działa na zasadzie dwustopniowego zwiększania ciśnienia: po włączeniu zasilania ogranicza przepływ doprowadzanego sprężonego powietrza za pomocą regulowanego wewnętrznego zaworka iglicowego, umożliwiając powoli i stopniowo wzrost ciśnienia w systemie. Ten ograniczony przepływ powoduje, że wszystkie niepodciśnione cylindry wyjeżdżają lub wciskają się łagodnie do swoich domyślnych pozycji początkowych, a nie gwałtownie i z uderzeniem. Gdy ciśnienie w układzie po stronie wylotowej osiągnie ustaloną wartość progową (zwykle 50–60% ciśnienia głównego źródła zasilania), wewnętrzny tłoczek sterujący zaworu przesuwa się, otwierając główny, wysokoprzepustowy port obejściowy, który natychmiast dostarcza pełne ciśnienie robocze i nieograniczoną przepustowość przepływu. Dzięki temu maszyna może płynnie przejść do pełnej, wysokoprędkościowej produkcji zautomatyzowanej bez ryzyka uderzeń o dużym natężeniu, wygięcia drążków tłoczyskowych ani uszkodzenia narzędzi.

Wprowadzenie: Zjawisko pneumatycznego uderzeniowego uruchamiania

W automatyzacji przemysłowej systemy są często wyłączone w celu zmiany zmian, konserwacji lub w sytuacjach awaryjnych. Podczas takich wyłączeń przepisy bezpieczeństwa wymagają całkowitego odprowadzenia całego sprężonego powietrza uwięzionego w obwodach pneumatycznych za pośrednictwem zaworów odpowietrzających. W rezultacie wszystkie przewody i komory cylindra pozostają pod ciśnieniem atmosferycznym (0 bar).

Podczas ponownego uruchamiania systemu, jeśli pełne ciśnienie zasilające (zazwyczaj 6–8 bar) zostanie natychmiast doprowadzone do układu, powietrze wpływa z bardzo dużą prędkością do pustych komór cylindra. Ponieważ w przeciwnej komorze nie ma przeciwcisku w postaci poduszki powietrznej, tłok cylindra przyspiesza bezkontrolnie, uderzając w zakończenie cylindra lub w zewnętrzne ograniczniki mechaniczne. Takie nagłe, gwałtowne uderzenie nazywane jest pneumatycznym uderzeniowym uruchamianiem. Jest to główna przyczyna uszkodzeń czujników, wygięcia drążków tłokowych, uszkodzenia prowadnic liniowych oraz niedostrzajania narzędzi, co prowadzi do wysokich kosztów konserwacji i nieplanowanego przestoju.

Wewnętrzny zasada działania zaworu łagodnego rozruchu

Aby zapobiec gwałtownemu rozruchowi, zawór łagodnego rozruchu wykorzystuje sprytny, czysto mechaniczny dwustopniowy układ, który dzieli proces zwiększania ciśnienia na dwie odrębne fazy:

• Faza 1 – Faza przepływu zwężonego: Gdy główne zasilanie powietrzem jest włączane, główna, wysokoprzepływowa ścieżka zaworu łagodnego rozruchu pozostaje zamknięta pod wpływem silnej wewnętrznej sprężyny. Napływające powietrze jest zmuszane do przepływu przez wąski kanał obejściowy zawierający regulowany zawór iglicowy. Ten zawór iglicowy ogranicza przepływ powietrza, powodując powolne i kontrolowane narastanie ciśnienia powietrza w obwodzie pneumatycznym po stronie wylotowej. Gdy to niskoprzepływowe powietrze wpływa do cylindrów, powoli przesuwają się one do swoich początkowych pozycji.
• Etapa 2 – Faza pełnego przepływu: zawór rozruchowy łagodny stale monitoruje różnicę ciśnień między swoim wlotem a wyjściem. W miarę jak ciśnienie w kierunku przepływu rośnie, działa ono na wewnętrzny tłoczek czujnika. Gdy ciśnienie w kierunku przepływu osiągnie około 50–60 % ciśnienia wlotowego (np. wzrośnie do 3,5 bar w systemie o ciśnieniu 6 bar), siła działająca na tłoczek pokonuje napięcie wewnętrznej sprężyny. Główny tłoczysk zaworu przesuwa się całkowicie do pozycji otwartej, obejmując zawór iglicowy i tworząc bezpośredni, nieograniczony kanał o wysokim przepływie. System jest teraz w pełni zasilany ciśnieniem i gotowy do pracy z wysoką prędkością.

Integracja i umiejscowienie w zestawie FRL

Aby zawór rozruchowy łagodny działał poprawnie, jego umiejscowienie w głównym zestawie przygotowania powietrza ma kluczowe znaczenie. Integratorzy systemów powinni stosować następujący standardowy układ fizyczny:

• Filtr i regulator (FRL): Pierwszymi elementami w linii muszą być separator wody, filtr cząstek stałych oraz regulator ciśnienia. Zapewniają one dopływ czystego i suchego powietrza przy stabilnym ciśnieniu.
• Zawór bezpieczeństwa z blokadą (zawór 3/2-drożny): Ten zawór ręczny lub elektryczny służy do odizolowania systemu oraz odpowietrzenia go podczas konserwacji lub w sytuacjach awaryjnych.
• Zawór łagodnego uruchamiania: Zawór łagodnego uruchamiania musi być umieszczony bezpośrednio za zaworem bezpieczeństwa z blokadą. Jeśli zostanie umieszczony przed zaworem blokady, nie będzie w stanie łagodzić procesu napełniania powietrzem obwodu wtórnego po awaryjnym odpowietrzeniu.
• Smarnik: Jeśli system wymaga smarowanego powietrza, smarnik należy umieścić za zaworem łagodnego uruchamiania. Umieszczenie go przed zaworem może spowodować gromadzenie się oleju w czułych kanałach sterujących zaworu łagodnego uruchamiania.
• Klapy rozdzielające i cylindry: Wyjście zaworu łagodnego uruchamiania jest bezpośrednio połączone z wspólnymi portami zasilania klapy rozdzielającej.

Krok po kroku przewodnik do doboru i strojenia dla integratorów

Aby maksymalizować skuteczność zaworu startowego typu soft-start, musi on być odpowiednio dobrany i nastawiony z uwzględnieniem konkretnej objętości maszyny:

• Dobór na podstawie przepływu: Nie dobieraj zaworu startowego typu soft-start wyłącznie na podstawie średnicy gwintu. Oblicz maksymalne jednoczesne zużycie powietrza przez wszystkie zawory i cylindry działające w czasie szczytowej produkcji. Wybierz zawór startowy typu soft-start o współczynniku przepływu Cv równym lub większym niż ta wartość maksymalna, aby zapobiec niedoborowi powietrza w trakcie normalnej pracy.
• Ustawianie prędkości narastania ciśnienia: Iglicowy zawór regulacyjny zaworu startowego typu soft-start jest regulowany. Obracanie śruby regulacyjnej w kierunku zgodnym z ruchem wskazówek zegara zmniejsza początkowy przepływ powietrza, wydłużając czas narastania ciśnienia. Obracanie śruby w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara zwiększa przepływ, skracając czas narastania ciśnienia. Dostosuj położenie śruby tak, aby cylindry poruszały się płynnie z prędkością nie przekraczającą 50–100 mm/s w fazie startu typu soft-start.
• Weryfikacja punktu przełączenia: Obserwuj główny manometr podczas włączania zasilania. Upewnij się, że cylindry osiągnęły swoje fizyczne granice przemieszczenia przed kliknięciem zaworu i przejściem do pełnego przepływu. Jeśli zawór otworzy się zbyt wcześnie, cylindry gwałtownie przesuną się na pozostałej części skoku.

Studium przypadku B2B: Ochrona linii pakujących o wysokiej prędkości

Duża fabryka opakowań żywności doświadczała powtarzających się awarii konstrukcyjnych na maszynach do kartonowania. Każdego poniedziałku rano, po weekendowym wyłączeniu i odpowietrzeniu zabezpieczającym, włączano główne zasilanie sprężonym powietrzem. Nagłe zwiększenie ciśnienia powodowało gwałtowne wysunięcie się głównego cylindra tłoczącego produkt, co prowadziło do pęknięcia bloków prowadnic liniowych oraz uszkodzenia czujników zbliżeniowych. Skutkowało to średnio dwugodzinnym przestojem tygodniowo oraz kosztami zastępczych części wynoszącymi setki dolarów.

Inżynierowie AIRWORK przeanalizowali system i zalecili zainstalowanie zintegrowanej zespołu filtru, reduktora i olejnika (FRL) wyposażonego w elektryczny zawór łagodnego uruchomienia AIRWORK. Po wdrożeniu cykl uruchamiania w poniedziałek rano stał się całkowicie cichy i płynny. Popychacze poruszały się powoli do swoich pozycji domowych, a dopiero po 5 sekundach system przełączał się na pełne ciśnienie. W ciągu kolejnych sześciu miesięcy linia pakująca odnotowała zero awarii czujników i zero uszkodzeń mechanicznych, co przyniosło natychmiastową zwrot z inwestycji.

Zakup wysokiej klasy komponentów przygotowujących powietrze od AIRWORK

W AIRWORK produkujemy niezawodne i wytrzymałe komponenty pneumatyczne zaprojektowane w celu ochrony Twoich aktywów automatyki. Nasze zawory łagodnego uruchomienia wykonane są z wytrzymałych, anodowanych aluminiowych obudów oraz uszczelnień z odpornego na zużycie poliuretanu, które wytrzymują miliony cykli pracy w surowych środowiskach przemysłowych. Dostępne są w wersjach z ręcznym, pneumatycznym lub elektrycznym sterowaniem pomocniczym, umożliwiającym bezproblemową integrację z istniejącymi kontrolerami bezpieczeństwa maszyn.

Aby zoptymalizować sekwencje wzbudzania pneumatycznego i wyeliminować uderzenia mechaniczne, stosowanie standardowych komponentów przygotowania powietrza AIRWORK to mądry wybór. Odwiedź stronę jzpnu.com, aby pobrać pełne modele CAD, kalkulatory doboru rozmiarów oraz instrukcje montażu lub skonsultować się z naszym zespołem wsparcia technicznego w celu zaprojektowania niestandardowego układu filtru-regulatora-zraszacza (FRL) już dziś.