Întrebare: Cum reduce ingineria «blocurilor de colector» punctele de scurgere și optimizează sistemele complexe de comandă pneumatică cu 20 de supape?

Răspuns: Proiectarea blocurilor de colector optimizează sistemele pneumatice complexe cu 20 de supape prin consolidarea alimentărilor individuale cu aer și a evacuărilor supapelor într-o singură bază secundară centralizată din aluminiu, reducând punctele exterioare de scurgere cu până la 75 la sută. În cazul conductelor individuale pentru supapele tradiționale, 20 de supape separate de tip 5/2 ar necesita cel puțin 20 de racorduri separate pentru alimentare, 40 de racorduri pentru evacuare și zeci de îmbinări filetate și separatoare, creând sute de căi potențiale de scurgere. Un bloc de colector proiectat înlocuiește această configurație haotică prin utilizarea unor canale interne comune pentru alimentarea principală cu presiune și pentru cele două evacuări. Supapele sunt montate direct pe fața prelucrată cu precizie a bloc Manifold , etanșate cu garnituri plane de înaltă fiabilitate sau cu inele O. Acest lucru reduce conexiunile exterioare la doar o singură linie comună de alimentare și două linii de evacuare, reducând în mod semnificativ pierderile de energie, simplificând diagnosticul defecțiunilor și facilitând integrarea terminalilor inteligenti de supape cu interfață fieldbus.

Introducere: Costul ridicat al scăpărilor de aer comprimat

În uzinele industriale moderne, aerul comprimat este adesea denumit „al patrulea utilaj”. Este, de asemenea, unul dintre cele mai costisitoare. Producerea aerului comprimat necesită o cantitate masivă de energie electrică, iar o parte semnificativă din această energie este frecvent pierdută datorită scăpărilor din sistem. Statisticile din industrie arată că, în medie, o uzină de producție pierde între 20% și 30% din aerul comprimat prin scăpări, înainte ca acesta să ajungă la un executor. O singură gaură de scăpare de 1 milimetru într-o conductă G1/4 poate costa peste o mie de dolari anual în electricitate irosită.

În sistemele complexe de automatizare, cum ar fi liniile de asamblare auto, mașinile automate de sortare sau războiurile de țesut, este frecvent să existe 20 sau mai multe supape de comandă direcțională care funcționează în apropiere una de cealaltă. Dacă aceste supape sunt racordate individual, numărul mare de conexiuni fizice face ca scurgerile să fie aproape inevitabile. Ca producător specializat în domeniul controlului puterii fluide, AIRWORK proiectează blocuri avansate de colectoare și insule de supape pentru a elimina aceste scurgeri și pentru a maximiza eficiența energetică.

Conductele individuale tradiționale vs. Colectoarele proiectate ingineresc

Pentru a înțelege avantajele structurale ale unui bloc de colector, să comparăm dispunerea fizică a unui sistem pneumatic cu 20 de supape, în două metodologii diferite de racordare:

• Conductă individuală pentru supape (instalație hidraulică/pneumatică): Pentru conectarea a 20 de supape direcționale separate, fiecare cu 5/2 căi, fiecare supapă trebuie să aibă propria conductă de alimentare conectată la portul său principal de alimentare. Fiecare supapă dispune, de asemenea, de două porturi de evacuare, ceea ce înseamnă că trebuie gestionate 40 de conducte de evacuare și 40 de silențioase. Acest lucru necesită o rețea masivă de tuburi din plastic, sute de racorduri în formă de cot cu fixare prin împingere și mai multe blocuri de distribuție pneumatică sau racorduri în T. Fiecare racord filetat reprezintă un potențial punct de scurgere dacă este supus vibrațiilor sau ciclurilor de temperatură. Spațiul fizic necesar este mare, iar organizarea liniilor reprezintă o adevărată provocare în ceea ce privește întreținerea.
• Bloc de colector integrat: Într-un sistem de colector integrat montat pe sub-bază, cele 20 de supape sunt lipsite de filetul individual de alimentare și evacuare. În schimb, acestea prezintă fețe plane de montare cu orificii pentru garnituri pe partea lor inferioară. Blocul de colector este un singur bloc masiv din aluminiu anodizat dur, cu canale comune de alimentare și evacuare de tip G1/2 sau G3/4, care trec pe întreaga lungime a acestuia. Cele 20 de supape sunt fixate direct pe fața superioară a blocului. Garnituri elastomere plane sunt așezate între corpul supapelor și fața blocului de colector pentru a forma o etanșare etanșă la aer. Singurele conducte exterioare necesare sunt cele 40 de linii de ieșire care pleacă direct din colector către cilindri.

Principii de inginerie pentru blocurile de colector cu număr mare de stații

Proiectarea unui bloc de colector cu număr mare de stații (de exemplu, un ansamblu cu 20 de supape) necesită calcule atente de dinamică a fluidelor pentru a preveni degradarea performanței:

• Prevenirea lipsei de aer: Când multe supape de pe un colector se comută simultan, ele extrag un volum mare de aer din canalul comun de alimentare. Dacă canalul intern de alimentare este prea îngust, presiunea din interiorul colectorului scade rapid, ceea ce duce la lipsa de aer. Acest lucru determină ca cilindrii din aval să se miște lent sau să nu atingă forța lor de funcționare maximă. Pentru a preveni acest fenomen, inginerii AIRWORK dimensionează canalele comune de alimentare cu suprafețe transversale generoase. În cazul sistemelor cu 20 de stații, este, de asemenea, o practică standard să se racordeze presiunea principală de alimentare la ambele capete ale blocului colector, asigurându-se o distribuție echilibrată a aerului către toate stațiile.
• Eliminarea presiunii inverse de evacuare: La fel cum aerul trebuie să pătrundă rapid în colector, aerul evacuat trebuie să iasă imediat. Dacă 20 de supape evacuează într-un canal comun îngust, se poate genera o presiune inversă în interiorul colectorului. Această presiune inversă poate reveni în alte supape inactive, provocând deplasarea lentă a tijelor acestora sau mișcarea neașteptată a cilindrilor. Colectoarele AIRWORK sunt dotate cu două canale de evacuare supradimensionate, echipate cu amortizoare de înalt debit, pentru a garanta o depresurizare rapidă și fără restricții.
• Integritatea etanșării cu garnitură: Suprafața de etanșare a unui bloc de colector trebuie prelucrată cu toleranțe foarte strânse de planitate (de obicei în limitele de ±0,05 mm). Suruburile de fixare ale fiecărei supape trebuie strânse la cuplul exact specificat, pentru a evita o comprimare neuniformă a garniturii, care constituie o sursă frecventă de scurgeri microscopice. AIRWORK utilizează garnituri plane premium din cauciuc nitril-butadien (NBR), rezistente la lubrifianții sintetici pentru compresoare și la degradarea cauzată de ozon, asigurând o etanșare perfectă pe parcursul a mulți ani de funcționare.
• Modularitate și plăci de obturare: Liniile de producție se modifică frecvent. Un bloc de colector bine proiectat trebuie să ofere modularitate. Dacă aveți nevoie astăzi doar de 16 supape, dar intenționați să extindeți sistemul la 20 mâine, puteți instala un bloc de colector cu 20 de stații și puteți obtura cele 4 stații neutilizate cu plăci de obturare AIRWORK. Acest lucru menține sistemul etanș și pregătit pentru actualizări viitoare, fără a fi necesară reconfigurarea întregii baze secundare.

Integrare inteligentă: De la blocurile de colector la insulele de supape

Evoluția finală a blocului de colector este insula pneumatică de supape (sau terminalul de supape). Într-o insulă de supape, blocul mecanic de colector este integrat cu un modul centralizat de comandă electrică. În loc să rulați 20 de cabluri individuale pentru electrovalve de pe o placă de ieșire PLC către fiecare supapă de pe colector, un singur cablu multi-pin sau un cablu digital de fieldbus (cum ar fi EtherCAT, Profinet sau IO-Link) este conectat la capul electric integrat al insulei de supape.

Această integrare electrică inteligentă oferă mai multe beneficii semnificative B2B:

• Reducerea efortului de cablare: Timpul necesar cablării este redus de la ore la secunde, deoarece este necesară doar o singură cablu de comunicație și un singur cablu de alimentare.
• Diagnoză avansată: Insulele moderne de supape cu fieldbus pot monitoriza fiecare bobină electromagnetică pentru detectarea circuitelor deschise sau în scurtcircuit, pot urmări numărul de cicluri ale supapelor pentru întreținerea predictivă și pot detecta scăderile locale de presiune, raportând aceste date direct către PLC-ul central.
• Economie de spațiu: Întreaga asamblare de comandă electrică și pneumatică este amplasată într-o carcasă compactă și curată, economisind spațiu în tabloul electric și reducând greutatea mașinii.

Aprovizionarea cu blocuri de colectoare proiectate cu precizie de la AIRWORK

Pentru integratorii de sisteme și constructorii de mașini OEM, standardizarea pe blocurile de colectoare și terminalele de supape AIRWORK reprezintă cheia construirii unor sisteme automate eficiente din punct de vedere energetic și etanșe. Colectoarele noastre sunt prelucrate din aluminiu extrudat de calitate superioară, anodizate dur pentru o rezistență excelentă la coroziune și supuse unui test de etanșeitate la 100 % înainte de a părăsi fabrica noastră.

Prin parteneriatul cu AIRWORK, puteți reduce timpul de asamblare al mașinilor, elimina scurgerile costisitoare de aer și livra clienților dumneavoastră un sistem de comandă curat și profesional. Accesați jzpnu.com pentru a descărca fișierele CAD 3D, pentru a vizualiza configuratoarele noastre de terminale de supape sau pentru a vorbi cu echipa noastră de aplicații inginerești, care vă va ajuta să proiectați astăzi baza sub-pneumatică personalizată.