Câu hỏi: Làm thế nào để lựa chọn và triển khai 'van một chiều' cho việc giữ tải theo phương thẳng đứng nhằm kiểm soát rủi ro do mất đột ngột áp suất khí?

Đáp án: Để giữ tải theo phương thẳng đứng một cách an toàn và kiểm soát các rủi ro do mất áp suất khí đột ngột, các kỹ sư tích hợp hệ thống phải lắp van kiểm tra điều khiển bằng tín hiệu (van PO) trực tiếp vào các cổng của xi-lanh thẳng đứng. Các van phân phối hướng tiêu chuẩn có khe hở bên trong vi mô gây rò rỉ, cho phép khí thoát ra ngoài và khiến tải thẳng đứng dịch chuyển từ từ xuống dưới. Nghiêm trọng hơn, nếu áp suất cấp chính bị mất do vỡ ống dẫn hoặc hỏng máy nén, mạch điều khiển tiêu chuẩn sẽ xả ngay lập tức, dẫn đến tải nặng theo phương thẳng đứng rơi tự do không kiểm soát được. Van kiểm tra điều khiển bằng tín hiệu ngăn chặn tình huống này bằng cách hoạt động như một phớt cơ học không rò rỉ. Van này cho phép khí đi vào xi-lanh một cách tự do, nhưng ngăn khí thoát ra khỏi cổng xi-lanh cho đến khi tín hiệu điều khiển khí nén dương được gửi tới piston điều khiển nội bộ của van. Nếu áp suất hệ thống giảm, tín hiệu điều khiển sẽ bị mất và van kiểm tra đóng ngay lập tức, khóa không khí nén bên trong buồng xi-lanh và giữ tải một cách an toàn tại vị trí.

Giới thiệu: Các mối nguy hiểm liên quan đến tải khí nén theo phương thẳng đứng

Trong tự động hóa công nghiệp, các trục thẳng đứng rất phổ biến. Xi-lanh khí nén thẳng đứng được sử dụng rộng rãi để nâng các bộ phận nặng, nâng cổng phân loại, điều khiển các thiết bị kẹp thẳng đứng và vận hành đầu định vị bao bì. Tuy nhiên, các hệ thống khí nén thẳng đứng đặt ra một thách thức kỹ thuật nghiêm trọng vì chúng phải liên tục chống lại lực hấp dẫn.

Khác với các bộ truyền động nằm ngang, vốn chỉ trượt đến vị trí dừng khi mất áp lực, một xi-lanh thẳng đứng chịu tải nặng sẽ rơi xuống ngay lập tức nếu khí nén hỗ trợ nó bị xả ra. Sự rơi đột ngột này có thể đè bẹp người vận hành, phá hủy các thiết bị gia công đắt tiền, làm hỏng các thanh dẫn hướng tuyến tính và gây ra lượng phế phẩm sản xuất lớn. Để giải quyết mối nguy hiểm này, cần lựa chọn đúng các thành phần giữ tải thụ động. Là nhà sản xuất lâu năm các thiết bị điều khiển khí nén an toàn có độ tin cậy cao, AIRWORK cung cấp cho các kỹ sư tự động hóa các thành phần cũng như các phương trình tính toán kích thước cần thiết để triển khai các mạch giữ tải thẳng đứng đảm bảo an toàn khi sự cố.

Tại sao Các Van Điều Khiển Hướng Chuẩn Không Đủ

Một sai lầm phổ biến ở những người mới bắt đầu thiết kế hệ thống tự động hóa là dựa vào van điện từ tiêu chuẩn 5/3 chiều, loại van có vị trí trung tâm đóng để giữ tải thẳng đứng tại chỗ. Giả định hợp lý là khi van ở vị trí trung tâm (đóng), tất cả các cổng đều bị chặn, do đó khí nén bị giữ lại trong cả hai buồng của xi-lanh và ngăn cản chuyển động. Tuy nhiên, cách làm này cực kỳ nguy hiểm vì hai lý do sau:

• Rò rỉ do khe hở giữa thân van và cần gạt: Các van điều khiển hướng 5 cổng tiêu chuẩn sử dụng cần gạt trượt bằng kim loại trên kim loại hoặc có gioăng mềm. Để cần gạt có thể trượt dễ dàng qua lại, phải có một khe hở rất nhỏ giữa cần gạt và lòng thân van. Theo thời gian — hoặc thậm chí ngay cả ở các van hoàn toàn mới — khí nén nén sẽ từ từ lọt qua khe hở này. Lượng rò rỉ vi mô này đủ để khiến xi-lanh thẳng đứng dịch chuyển xuống dưới vài inch mỗi giờ, đặc biệt khi chịu tải nặng.
• Mất áp lực nguồn cấp: Nếu đường ống cung cấp khí nén chính từ máy nén bị vỡ, hoặc nếu nút dừng khẩn cấp được nhấn và van xả chính xả toàn bộ hệ thống, thì toàn bộ áp lực ở phía thượng lưu của van điều khiển sẽ giảm xuống bằng không. Một van điều khiển tiêu chuẩn không thể ngăn khí thoát ngược trở lại qua ống cung cấp bị vỡ, dẫn đến việc tải theo phương thẳng đứng sụp đổ ngay lập tức và dữ dội.

Nguyên lý hoạt động của van kiểm tra điều khiển bằng tín hiệu phụ (van PO)

Van kiểm tra điều khiển bằng tín hiệu phụ là một loại van kiểu đĩa van có khả năng chặn kín tuyệt đối (không rò rỉ), hoạt động như một thiết bị chặn cơ học. Van này có cổng vào (P), cổng nối với xy-lanh (A) và cổng điều khiển bằng tín hiệu phụ (X). Bên trong van, một đĩa van (poppet) được lò xo đẩy ép chặt lên một ghế van kim loại đã được đánh bóng, tạo thành một lớp kín hoàn hảo và không cho khí lọt qua.

• Dòng chảy tự do (nâng): Khi không khí được dẫn để nâng xi-lanh thẳng đứng, không khí có áp suất đi vào cổng vào P, vượt qua lực căng lò xo bên trong, nâng đĩa van lên khỏi vị trí ngồi của nó và chảy tự do vào cổng xi-lanh A để đẩy piston ra ngoài và nâng tải.
• Dòng chảy bị chặn (giữ tải): Khi xi-lanh ngừng chuyển động, trọng lực cố gắng đẩy piston xuống, làm tăng áp suất tại cổng A. Áp suất không khí bị giữ lại này, kết hợp với lò xo van bên trong, ép chặt hơn nữa đĩa van vào ghế kim loại của nó. Không khí hoàn toàn bị khóa kín trong buồng xi-lanh, đảm bảo không có hiện tượng trôi tải.
• Trở về có điều khiển (Hạ xuống): Để hạ tải, khí nén được dẫn đến phía đối diện của xy-lanh (để đẩy pít-tông đi xuống) và đồng thời được dẫn đến cổng điều khiển (X) của van kiểm tra điều khiển bằng áp lực (PO). Áp lực điều khiển đẩy một pít-tông bên trong tiến về phía trước, từ đó tác động cơ học lên một chốt kim loại để đẩy đĩa van kiểm tra rời khỏi vị trí làm kín. Điều này mở đường thoát khí, cho phép khí bị giữ lại ở cổng A thoát ra ngoài qua cổng P, giúp xy-lanh co lại một cách trơn tru.

Các thông số lựa chọn quan trọng dành cho các nhà tích hợp hệ thống B2B

Để đảm bảo hoạt động an toàn khi có sự cố, các nhà tích hợp hệ thống phải tính toán và khớp chính xác các thông số kỹ thuật sau khi lựa chọn van kiểm tra điều khiển bằng áp lực (PO):

• Tỷ số điều khiển: Đây là tỷ lệ giữa diện tích của piston điều khiển nội bộ và diện tích của bề mặt ghế van kiểm tra. Các tỷ số phổ biến là 3:1, 4:1 và 5:1. Ví dụ, ở van có tỷ số 3:1, áp suất điều khiển 1 bar tại cổng X có thể vượt qua áp suất bị giữ lại 3 bar tại cổng xi-lanh A. Nếu một xi-lanh thẳng đứng đang nâng một tải trọng cực kỳ nặng, áp suất không khí trong buồng dưới có thể tăng cao hơn nhiều so với áp suất đường cấp chính. Nếu áp suất bị giữ lại là 9 bar trong khi đường điều khiển chỉ cung cấp 2,5 bar, van có tỷ số điều khiển 3:1 sẽ không mở được, dẫn đến tình trạng máy bị kẹt. Trong các ứng dụng chịu tải cao, kỹ sư phải chọn van có tỷ số điều khiển cao hơn (ví dụ 5:1 hoặc 6:1) hoặc đảm bảo rằng đường điều khiển cung cấp đủ áp suất và được điều chỉnh phù hợp.
• Lắp đặt trực tiếp vào cổng: Để kiểm soát rủi ro vỡ ống dẫn, van kiểm tra PO phải được ren trực tiếp vào cổng của xi-lanh. Không bao giờ lắp van kiểm tra PO lên cụm van điều khiển từ xa có độ dài vài feet ống polyurethane linh hoạt nằm giữa. Nếu ống dẫn giữa xi-lanh và van kiểm tra được lắp đặt từ xa bị vỡ, mạch giữ tải sẽ bị bỏ qua và tải sẽ rơi ngay lập tức. AIRWORK sản xuất các van kiểm tra PO nhỏ gọn, có thể lắp trực tiếp vào cổng xi-lanh, đảm bảo mức độ an toàn tối đa.
• Giãn nở nhiệt và áp suất quá cao: Nếu một xi-lanh thẳng đứng nâng và giữ tải nặng trong môi trường nhà máy nóng trong thời gian dài, không khí bị mắc kẹt bên trong có thể giãn nở, làm tăng áp suất vượt quá giới hạn an toàn. Đảm bảo hệ thống được trang bị van xả an toàn nếu có nguy cơ giãn nở nhiệt.

An toàn dự phòng: Tích hợp khóa thanh cơ học

Mặc dù van kiểm tra PO cung cấp khả năng bảo vệ xuất sắc, nhưng chúng phụ thuộc vào độ kín khít của các phớt piston bên trong xi-lanh. Nếu phớt piston của xi-lanh bị mài mòn hoặc rò rỉ vòng qua, không khí sẽ thoát từ buồng dưới lên buồng trên, gây ra hiện tượng trôi tải dù các van kiểm tra vẫn ở trạng thái đóng.

Đối với các ứng dụng yêu cầu độ an toàn cao (ví dụ như các thiết bị nâng hoạt động trực tiếp phía trên công nhân lắp ráp), các tiêu chuẩn an toàn yêu cầu phải có hệ thống giữ cơ học dự phòng. Điều này được thực hiện bằng cách kết hợp van kiểm tra PO với Khóa thanh cơ học AIRWORK. Khóa thanh là một thiết bị kẹp được kích hoạt bởi lò xo và giải phóng bằng khí nén, được tích hợp vào nắp đầu trước của xi-lanh. Khi áp suất điều khiển khí nén bị mất, các lò xo bên trong mạnh sẽ ép một vòng kẹp kim loại siết chặt quanh thanh piston, giữ thanh cố định nhờ lực ma sát cơ học lớn, đảm bảo an toàn cơ học tuyệt đối bất kể độ kín khít của các phớt khí có còn nguyên vẹn hay không.

Tìm nguồn giải pháp an toàn khi mất điện từ AIRWORK

Tại AIRWORK, an toàn là một yêu cầu kỹ thuật. Các van kiểm tra điều khiển bằng pilot thuộc dòng VB của chúng tôi được sản xuất từ nhôm anod hóa chất lượng cao và trang bị các nắp đậy bằng đồng thau được mài chính xác cùng các phớt fluorocarbon độ bền cao nhằm đảm bảo hiệu suất không rò rỉ trong hàng triệu chu kỳ hoạt động.

Bằng cách tiêu chuẩn hóa việc sử dụng các van kiểm tra an toàn và xi-lanh khóa thanh tích hợp của AIRWORK, các nhà phân phối và nhà tích hợp hệ thống có thể đảm bảo mức độ an toàn tối đa cho người vận hành cũng như tuân thủ đầy đủ các tiêu chuẩn an toàn máy móc. Truy cập jzpnu.com để tải về bản vẽ CAD 3D, biểu đồ tỷ lệ điều khiển bằng pilot và chứng chỉ tuân thủ an toàn cho dự án thiết bị nâng thẳng đứng tiếp theo của bạn.