Функции распределителей: 5/2, 3/2, 5/3, моностабильный, бистабильный

12 Фев 2024

В современных пневмосистемах не обойтись без клапанов, управляющих направлением потоков рабочей среды. Их для краткости называют «распределителями», поскольку они распределяют потоки, идущие к исполнительным устройствам, а также сбрасывают отработанный сжатый воздух в атмосферу. Т.е. их главная функция – по сигналу управления подать в нужное место необходимое количество рабочей среды в единицу времени (расход) с минимальными потерями давления и/или сбросить среду (из другого места или по другому сигналу) в атмосферу. Для этого распределители должны иметь минимум две рабочих позиции, в каждой из которых они поразному соединяют и перекрывают подходящие к ним каналы с рабочей средой.

Как и у прочих пневмоаппаратов, условные графические обозначения распределителей, основаны на квадрате, но квадратов несколько – по одному на каждую позицию. Называются распределители по числу подходящих каналов (линий) и числу позиций: например, 3/2-распределитель или 3-линейный 2-позиционный. Т.е. к нему подходят 3 канала, и под действием сигнала(ов) управления он может занимать 2 позиции, одна из которых является исходной. Это сочетание двух цифр (2/2, 3/2, 4/3 и т.д.) вместе с числом управляющих сигналов и с указанием состояния выхода в исходной позиции, где это важно, называют функцией распределителя. Рассмотрим распределители, используемые в пневматических системах.

2/2 распределители

Самым простым является 2/2-распределитель, который, как следует из названия, имеет 2 канала и 2 позиции. Канал питания, к которому подводится сжатый воздух от источника, обозначается цифрой «1» (ранее обозначался латинской буквой «Р»), а выходной канал, откуда в одной из позиций сжатый воздух может передаваться на следующий пневмоэлемент, обозначается цифрой «2» (ранее «А»). Подвод внешних подключений (шлангов или трубопроводов) на УГО показывают к исходной позиции, которой у всех 2-позиционных распределителей является правая. Если в исходной позиции воздух в выходной канал не проходит, распределитель называется нормально закрытым (НЗ), а если проходит – нормально открытым (НО). Стрелки внутри квадрата показывают возможное направление прохода рабочей среды. Если стрелки двусторонние, распределитель называется реверсивным, т.е. рабочая среда через него может проходить в обоих направлениях. Если на принципиальной схеме подключения шлангов показаны к левой позиции, это значит, что этот распределитель в исходном положении системы переключен из своего исходного положения. Обычно слева от него рисуется направленная вверх стрелка, звездочка или иной значок активации. Рисовать подключения к разным позициям на одном УГО распределителя недопустимо.

Распределители с функцией 2/2 используются для перекрытия трубопроводов (в этом случае их еще называют отсечными клапанами), для сдува деталей, для подачи сжатого воздуха в вакуумные генераторы, пневмопистолеты и краскопульты, для наполнения или опоражнивания емкостей. По сути это обычный кран с положениями “закрыто” и “открыто”.

Пример распределителя 2/2 - отсечной миниатюрный ручной отсечной клапан

3/2 распределители

Для управления исполнительными устройствами, которые в автоматической системе перемещают нагрузку, распределитель должен иметь еще канал сброса в атмосферу, и такой канал, обозначаемый цифрой «3» (ранее «R»), есть в 3/2-распределителе. Обычно в этом канале размещен глушитель, чтобы снизить шум выбрасываемого в атмосферу воздуха. У небольших распределителей сброс может осуществляться через небольшое отверстие в районе элемента управления (под кнопкой, толкателем, тумблером) без установки отдельного глушителя.

Пример распределителя 3/2 с механическим управлением (концевой выключатель)

Распределители с функцией 3/2, которые также могут быть нормально открытыми (НО) или нормально закрытыми (НЗ), чаще всего применяются для управления исполнительными устройствами одностороннего действия, для подачи давления в систему и его сброса и в качестве пилотных каскадов для переключения больших распределителей. Их также можно использовать для управления эжекторами, пневмопистолетами, краскопультами и для сдува деталей. То есть они могут выполнять почти все функции 2/2-распределителей, кроме перекрытия трубопроводов. В чисто пневматических системах 3/2-распределители также используют для ввода сигналов (пневмокнопки, пневмодатчики и т.п.) и для реализации логических функций. А вот для реализации функции 3/2-распределителя нужны 2/2 НЗ и 2/2 НО, один из которых подключен к питанию, а другой соединен с атмосферой. Если к питанию подключен 2/2 НЗ, то получим 3/2 НЗ, а если наоборот – получим 3/2 НО. И оба 2/2 нужно переключать одновременно, а при раздельном переключении получим функцию 3/4.

5/2 и 4/2 распределители

Для управления исполнительными устройствами двустороннего действия распределителю нужен второй выходной канал, обозначаемый цифрой «4» – получаем 4/2-распределитель. Один из выходов всегда сообщен с питанием, а второй – с атмосферой. Поэтому такие распределители не разделяют на нормально открытые и нормально закрытые. Они одновременно являются и тем, и другим. Атмосферных каналов может быть два (второй обозначается цифрой «5»), и тогда распределитель будет называться «5/2» или 5-линейный 2-позиционный.

Пример распределителя 5/2 с электромагнитным управлением

Как правило, в исходном положении 4/2 или 5/2-распределителя под давлением находится выход 2, а выход 4 сообщен с атмосферой через канал 5 (канал 3 у 4/2). При подаче сигнала распределитель переключается, сообщая канал 4 с источником питания, а канал 2 с выхлопом 3. Наличие второго выхлопа в 5/2-распределителях дает им некоторые преимущества, например, возможность независимой регулировки расхода воздуха, вытекающего из полостей исполнительного устройства (регулировка скорости). Это наряду с более простым изготовлением делает 5/2-распределители самыми универсальными и массовыми в пневмоавтоматике. Даже современные 4/2 распределители сначала изготавливаются как 5/2, а потом переделываются в 4/2 путем объединения выхлопных каналов. Это делается для сокращения числа глушителей.

Также легко можно получить из 4/2- или 5/2-распределителя и любой 3/2-распределитель: если заглушить канал 2, то получается 3/2 нормально закрытый, а если заглушить канал 4, то получим 3/2 нормально открытый. В этих случаях второй выхлоп в атмосферу не используется, но в него все равно рекомендуется ставить глушитель, чтобы внутрь распределителя через неиспользуемый канал не попадала грязь из окружающей среды.

Для реализации функции 4/2 или 5/2 нужно два 3/2-распределителя – один НЗ и один НО, которые меняют свои позиции одновременно. Если же использовать вместо одного 4/2 или 5/2-распределителя два 3/2 НЗ, то при отсутствии сигналов управления в полостях исполнительного устройства не будет давления, и нагрузка не будет фиксироваться. А если использовать два 3/2 НО, то в исходном положении давление питания будет в обеих полостях, и поршень цилиндра будет медленно выдвигать шток. При равной площади поршня (бесштоковый цилиндр или цилиндр с двусторонним штоком) он будет также находиться в равновесии и легко перемещаться под действием внешних сил, как и при отсутствии давления. Если парой 3/2-распределителей управлять раздельно, то получается функция 5/4.

Распределители с односторонним (моностабильные) и двусторонним (бистабильные) управлением

Переключаются распределители с одной или двух сторон пневматическими или электрическими сигналами, механическим воздействием или за счет усилий оператора.

Распределители с односторонним управлением после снятия сигнала возвращаются в исходное положение механической пружиной или за счет сжатого воздуха, отводимого, например, от канала питания (пневмовозврат). В результате они имеют только одно устойчивое положение (позицию), которое они занимают при отсутствии сигналов, и поэтому их называют моностабильными.

Распределители с двусторонним управлением занимают каждую позицию по отдельному сигналу. После снятия сигнала они последнюю позицию запоминают, поэтому их называют бистабильными. Если на бистабильный распределитель одновременно приходят два сигнала, он своего положения не меняет. Если бистабильный 4/2 или 5/2 заменяет пара 3/2, то в результате свойство запоминания сигнала пропадает.

5/3 и 4/3 распределители с различной функцией "центра"

Если есть необходимость в реализации особых режимов поведения исполнительных устройств, например, во время аварийной ситуации, используются 4/3- или 5/3-распределители, у которых крайние позиции соответствуют функциям 4/2 и 5/2, а исходная средняя позиция может быть разной – в зависимости от требования к аварийному режиму. Среднюю позицию также называют центральной или "центром".

Условные обозначения наиболее часто используемых 3-позиционных распределителей: 4/3 и 5/3

Если в средней позиции все каналы будут перекрыты, то любое исполнительное устройство остановится. Такой 5/3-распределитель называют «с перекрытой средней позицией», а иногда – «нормально закрытым». Из всех трехпозиционных распределителей тип с закрытым "центром " получил наибольшее распространение. Его используют не только для блокировки перемещения в аварийной ситуации и удержания вертикальной или наклонной нагрузки при потере питания, но и для штатной промежуточной остановки в многопозиционных приводах – так называемых позиционерах.

Пример распределителя 5/3 с закрытым центром с электромагнитным управлением

Если в средней позиции 4/3- или 5/3-распределитель соединяет оба выхода с атмосферой, то исполнительное устройство полностью лишится энергии и остановится, но под действием внешних сил будет смещаться. Такой распределитель называют «со средней позицией на выхлоп».

Если оба выхода будут сообщены с питанием, то исполнительное устройство или остановится без удержания нагрузки, или, при различной площади поршня, например, у цилиндров со штоком, будет медленно смещать нагрузку до упора в сторону меньшей площади, т.е. шток выдвинется. Такой 5/3-распределитель называют «со средней позицией под давлением».

Распределители с функцией 4/3 и 3/3 чаще всего используются как переключатели режимов работы.

Чаще всего 3-позиционные соленоидные распределители управляются двумя сигналами, но при этом они не являются бистабильными. Центрирующие пружины гарантируют им при отсутствии сигналов или наличии одновременно двух сигналов занятие средней позиции – т.е. они моностабильные и сигнал сами не запоминают. При этом для ручных распределителей распространены как моностабильное исполнение (с пружинным возвратом в исходное центральное положение), так и бистабильное (с фиксацией в крайних положениях).

Каждый из 4/3- или 5/3-распределителей можно заменить соответствующей парой 3/2-распределителей, но включать их нужно только по очереди. А для реализации функции 5/3 с закрытой средней позицией дополнительно нужны еще два управляемых обратных клапана. Также нужно упомянуть еще об одной особенности, связанной с тем, что обычный трехпозиционный распределитель при подаче на него двух сигналов одновременно своей позиции не меняет, а 2х3/2 при подаче на них двух сигналов фактически реализуют четвертую позицию. Т.е. при такой замене получается, например, не 5/3, а 5/4-распределитель.

Особенности 5/3-распределителей
закрыт в средней позиции	под давлением в средей позиции	выхлоп в средней позиции

Функция
перекрывает обе полости цилиндра, что приводит к остановке, нагрузка удерживается	подает давление в обе полости цилиндра (медленное выдвижение штока или остановка; а если площади поршня с двух сторон равны, то остановка, но практически без удержания нагрузки)	сбрасывает давление из полостей: остановка, но без удержания нагрузки
Реализация на 3/2-распределителях
2х3/2 НЗ+ 2 управляемых обратных клапана	2х3/2 НО	2х3/2 НЗ
Общие особенности
Самый сложный и дорогой среди всех распределителей Наибольшие габариты, или наименьший расход и ресурс среди 5-линейных распределителей При прямом подключении к контроллеру занимает 2 выхода Подключение к системе быстрее, чем у 5/2 с 2 катушками, т. к. не требуется проверка положения Моностабильный, несмотря на наличие 2 катушек, т.е. сигнал не запоминается Требует поддержания сигнала, иначе – возврат в среднюю позицию и см. выше. Время включения и выключения одинаковое, но относительно долгое (18…50 мс) При необходимости поддержания положения включения потребляет энергию (+нагрев) После аварийного останова требует сигнала возврата в исходное положение, поскольку его исполнительное устройство занимает неопределенное положение Лучше ручное дублирование с фиксацией При наличии двух сигналов или их отсутствии сразу занимает среднюю позицию.