Întrebare: Cum selectați și implementați «supapele de reținere» pentru reținerea sarcinii verticale, pentru a gestiona riscurile unei pierderi bruște de presiune aerului?

Răspuns: Pentru a susține în siguranță sarcinile verticale și pentru a gestiona riscurile pierderii bruște de presiune aerodinamică, integratorii de sisteme trebuie să instaleze supape de reținere cu comandă pilot (supape PO) direct în racordurile cilindrului vertical. Supapele standard cu distribuție direcțională de tip șiber suferă de scăpări interne microscopice datorate jocurilor interne, ceea ce permite scurgerea aerului și determină deplasarea lentă în jos a sarcinilor verticale. Mai grav, dacă presiunea principală de alimentare se pierde din cauza unei defecțiuni a furtunului sau a unei defecțiuni a compresorului, un circuit standard va evacua imediat aerul, provocând căderea necontrolată a greutății verticale. O supapă de reținere cu comandă pilot previne acest fenomen acționând ca o etanșare mecanică fără scăpări. Aceasta permite intrarea liberă a aerului în cilindru, dar blochează ieșirea aerului din racordul cilindrului până când un semnal pneumatic pilot pozitiv este transmis pistonului pilot intern. Dacă presiunea sistemului scade, semnalul pilot se pierde și supapă de reținere se închide instantaneu, blocând aerul comprimat în interiorul camerei cilindrului și menținând încărcătura în mod sigur pe loc.

Introducere: Riscurile asociate încărcărilor pneumatice verticale

În automatizarea industrială, axele verticale sunt foarte frecvente. Cilindrii pneumatici verticali sunt utilizați pe scară largă pentru ridicarea componentelor grele, ridicarea porților de sortare, comanda dispozitivelor de strângere verticale și operarea capetelor de indexare pentru ambalare. Totuși, sistemele pneumatice verticale prezintă o provocare inginerescă severă, deoarece trebuie să lupte constant împotriva forței gravitației.

Spre deosebire de actuatorii orizontali, care se deplasează pur și simplu într-un punct de oprire în cazul pierderii presiunii, un cilindru vertical care susține o sarcină grea va cădea imediat dacă aerul comprimat care îl susține este evacuat. Această cădere bruscă poate strivi operatorii, distruge echipamentele scumpe, deteriora ghidurile liniare și determina rebuturi masive în producție. Rezolvarea acestui pericol necesită selectarea componentelor pasive corecte pentru menținere. Ca producător stabilit de componente pneumatice de siguranță cu înaltă fiabilitate, AIRWORK pune la dispoziția proiectanților de automatizări atât componentele, cât și ecuațiile de dimensionare necesare pentru implementarea circuitelor de menținere verticală sigure în caz de defect.

De ce supapele standard de comandă direcțională sunt insuficiente

O greșeală frecventă întâlnită la proiectanții începători de sisteme automate constă în utilizarea unei supape electromagnetice standard cu 5 căi și 3 poziții, cu centru închis, pentru a menține o sarcină verticală în poziție. Presupunerea logică este că, atunci când supapa se află în poziția centrală (închisă), toate porturile sunt blocate, astfel încât aerul este reținut în ambele camere ale cilindrului și orice mișcare este împiedicată. Totuși, această soluție este extrem de periculoasă din două motive:

• Filtrarea prin jocul dintre șurubul de comandă și corpul supapei: Supapele standard de comandă direcțională cu 5 porți utilizează un șurub de comandă care alunecă fie metal pe metal, fie etanșat cu material moale. Pentru a permite alunecarea ușoară a șurubului de comandă înainte și înapoi, trebuie să existe un joc foarte mic între acesta și alezajul supapei. În timp, sau chiar la supapele noi, aerul comprimat trece lent prin acest joc. Această filtrare microscopică este suficientă pentru ca un cilindru vertical să se deplaseze în jos cu câțiva inci pe oră, în special sub o sarcină mare.
• Pierderea presiunii principale: Dacă conducta principală de aer comprimat provenind de la compresor se rupe sau dacă se apasă butonul de oprire de urgență și supapa principală de evacuare descarcă sistemul, întreaga presiune situată în amonte față de supapa de comandă scade la zero. O supapă standard de comandă nu poate împiedica scurgerea aerului înapoi prin furtunul rupt de alimentare, ceea ce duce la o prăbușire imediată și violentă a sarcinii verticale.

Mecanismul supapelor de reținere comandate prin pilot (PO Checks)

O supapă de reținere comandată prin pilot este o supapă de tip cu scaun, fără scurgeri, care funcționează ca un bloc mecanic. Aceasta dispune de o racord de intrare (P), un racord pentru cilindru (A) și un racord de pilot (X). În interiorul supapei, un dop acționat de arc este apăsat ferm pe un scaun metalic lucios, creând o etanșare perfectă și etanșă la aer.

• Curgere liberă (ridicare): Când aerul este direcționat pentru a ridica cilindrul vertical, aerul sub presiune pătrunde prin orificiul de intrare P, depășește tensiunea arcului intern, ridică tija de închidere de pe scaunul său și curge liber în orificiul cilindrului A pentru a extinde pistonul și a ridica sarcina.
• Curgere blocată (menținere): Când cilindrul își oprește mișcarea, forța gravitațională încearcă să împingă pistonul în jos, creând presiune în orificiul A. Această presiune a aerului închis, combinată cu arcul intern al supapei, forțează tija de închidere să se așeze și mai strâns pe scaunul său metalic. Aerul este complet blocat în interiorul camerei cilindrului, asigurând o nulitate a deriverii.
• Returnare pilotată (coborâre): Pentru a coborî sarcina, aerul comprimat este direcționat pe partea opusă a cilindrului (pentru a împinge pistonul în jos) și, în același timp, este direcționat către portul de pilot (X) al supapei de reținere cu comandă pilot. Presiunea de pilot împinge înainte un piston interior, determinând fizic o tijă metalică să împingă clapeta de reținere de pe scaunul ei. Aceasta deschide calea de evacuare, permițând aerului închis să iasă din portul A înapoi prin portul P, astfel încât cilindrul să se retracteze în mod uniform.

Parametri critici de selecție pentru integratorii de sisteme B2B

Pentru a asigura funcționarea sigură în caz de defect, integratorii de sisteme trebuie să calculeze și să potrivească următorii parametri tehnici la selectarea supavelor de reținere cu comandă pilot:

• Raportul de pilotare: Acesta este raportul dintre suprafața pistonului intern de pilotare și suprafața șeii supapei de reținere. Raporturile uzuale sunt 3:1, 4:1 și 5:1. De exemplu, într-o supapă 3:1, o presiune de pilot de 1 bar la racordul X poate depăși o presiune închisă de 3 bar la racordul cilindrului A. Dacă un cilindru vertical susține o sarcină extrem de grea, presiunea aerului din camera inferioară poate crește mult peste presiunea din linia principală. Dacă presiunea închisă este de 9 bar, iar linia de pilot furnizează doar 2,5 bar, o supapă 3:1 nu va reuși să se deschidă, determinând oprirea mașinii. În aplicațiile cu sarcini ridicate, inginerii trebuie să aleagă supape cu rapoarte de pilotare mai mari (de exemplu, 5:1 sau 6:1) sau să asigure faptul că liniile de pilot dispun de o presiune adecvată și reglată.
• Montare directă pe port: Pentru a gestiona riscul de rupere a furtunului, supapa de sens unic PO trebuie filetată direct în portul cilindrului. Nu montați supapa de sens unic PO pe un bloc de distribuție îndepărtat, cu câțiva metri de tub flexibil din poliuretan între acesta și cilindru. Dacă tubul dintre cilindru și supapa de sens unic montată îndepărtat se sparge, circuitul de reținere este ocolit și sarcina va cădea imediat. AIRWORK produce supape de sens unic PO compacte, montabile direct pe porturi, care se filetează direct în porturile cilindrilor, oferind siguranță maximă.
• Dilatarea termică și suprapresiunea: Dacă un cilindru vertical susține o sarcină grea într-un mediu industrial cald timp îndelungat, aerul închis poate suferi dilatare, ceea ce duce la creșterea presiunii și la depășirea limitelor de siguranță. Asigurați-vă că sistemul include supape de siguranță pentru descărcare în cazul în care există riscul dilatării termice.

Siguranță redundantă: Integrarea blocurilor mecanice de blocare a tijei

Deși supapele de sens unic PO oferă o protecție excelentă, acestea depind de integritatea etanșărilor interne ale pistonului cilindrului. Dacă etanșarea pistonului cilindrului se uzează sau suferă o scurgere prin derivare, aerul va scăpa din camera inferioară în cea superioară, provocând deriva sarcinii, chiar dacă supapele de sens unic rămân închise.

Pentru aplicațiile critice din punct de vedere al siguranței (de exemplu, ridicătoarele care funcționează direct deasupra operatorilor de asamblare), standardele de siguranță impun un sistem mecanic de blocare redundant. Acest lucru se realizează combinând supapele de sens unic PO cu un Blocator Mecanic de Tijă AIRWORK. Un blocator de tijă este un dispozitiv de strângere acționat de arcuri și eliberat pneumatic, integrat în capacul frontal al cilindrului. Când presiunea pilot pneumatică se pierde, arcurile interne puternice forțează o colieră metalică să se strângă strâns în jurul tijei pistonului, fixând-o în poziție prin frecare mecanică masivă, oferind o siguranță mecanică completă, indiferent de integritatea etanșărilor pneumatice.

Aprovizionarea soluțiilor fără eșec de la AIRWORK

La AIRWORK, siguranța este o cerință de inginerie. Supapele noastre de reținere cu comandă pilot din seria VB sunt fabricate din aluminiu anodizat de înaltă calitate și sunt echipate cu supape din alamă rectificate cu precizie și cu etanșări din fluorocarbon de mare durabilitate, pentru a asigura o performanță fără scurgeri pe parcursul a milioane de cicluri.

Prin standardizarea utilizării supapelor de siguranță de reținere AIRWORK și a cilindrilor cu blocare pe tijă integrați, distribuitorii și integratorii de sisteme pot asigura siguranța maximă a operatorilor și conformitatea deplină cu standardele de siguranță ale mașinilor. Accesați jzpnu.com pentru a descărca desenele 3D CAD, diagramele cu raportul de comandă pilot și certificatele de conformitate în domeniul siguranței pentru următorul dvs. proiect de ridicare verticală.