Преимущества пропорциональных пневмораспределителей
Пропорциональные распределители позволяют по электрическому сигналу быстро разгонять исполнительное устройство и надежно его тормозить, используя подачу воздуха в противоположную полость. При этом резко возрастает скорость перемещения, а дроссели и амортизаторы становятся ненужными.
Распределитель с пропорциональным электромагнитным управлением: внешний вид, разрез, пример расходной характеристики с управлением по напряжению, УГО
Конструкция и принцип действия пропорционального пневмораспределителя
Распределитель с пропорциональным электромагнитным управлением можно представить как устройство с электроуправляемыми дросселями в выходных каналах 2 и 4, поскольку в зависимости от значения управляющего сигнала меняется проходное сечение этих каналов. По принципу действия это 5/3-распределитель с односторонним прямым управлением и притертым цилиндрическим золотником, механически связанным с якорем электромагнита. Данная функция 5/3 выбрана потому, что именно она обеспечивает остановку поршня в любом положении с возможностью удерживать нагрузку, а притертый золотник обладает минимальный трением, что очень важно для точной реакции на сигнал. Более того, чтобы избежать значительного трения покоя, на катушку постоянно подается напряжение возбуждения, и золотник все время «дрожит» около заданной позиции.
Сигнал на электромагнит может подаваться в диапазоне 0…10 В или 4…20 мА (управление по напряжению или по току). В исходном положении, когда расход на обоих выходах отсутствует (функция 5/3), на катушку следует подать сигнал, соответствующий середине диапазона (5 В или 12 мА, соответственно). При снижении сигнала относительно этого значения растет расход на выходе 2, а при повышении – на выходе 4.
Поскольку это распределитель прямого действия, мощность катушки довольна большая, и при постоянных перемещениях золотника в крайние положения, когда через катушку протекает ток более 1.000 мА, она может перегреваться. Поэтому в катушку встроена специальная защитная схема, которая при перегреве отключает пропорциональное управление и перемещает золотник в среднюю позицию. При снижении температуры до допустимых пределов управление автоматически включается. Сама катушка состоит из двух противоположных обмоток, блока сравнения сигнала уставки и сигнала датчика обратной связи по положению якоря и усилителя.
Напряжение питания 17…30 В, расход 100…2.000 л/ мин., ресурс свыше 700 млн. циклов.
Исполнения с регулированием усилия цилиндра
Последние версии пропорциональных распределителей включают дополнительные датчики давления в каждом выходном канале, что позволяет регулировать не только скорость, но и усилие исполнительного устройства. Кроме штатного светодиода статуса в них также встраиваются светодиоды питания и диагностики, а также дискретный выход для включения, например, тормоза. Это позволяет сделать систему более безопасной и удобной в обслуживании.
Пропорциональный распределитель с датчиками давления (внешний вид, УГО) и блок управления
Пьезоклапаны
К распределителям с пропорциональным управлением относят также устройства на пьезоэлементах, которые реализуют функции 2/2, 2х2/2, 3/2 и 3/3 за счет изменения объема пластины (пластин), которая открывает и закрывает канал для прохода сжатого воздуха или других газов. Степень изгиба пластины, а значит открытия сечения канала, зависит от значения подаваемого напряжения.
Такие устройства используются, в основном, в портативных медицинских дыхательных системах, для подачи кислорода в воздух для дыхания. Эти миниатюрные распределители (размер примерно 40х12х10 мм) работают бесшумно, точно и с небольшим потреблением энергии.
Рабочее давление может быть –1…0, 0…1 и т.д. до 0…10 бар, расход 5…30 л/мин. При изменении температуры расходная характеристика такого клапана «плывет», поэтому температура в месте применения не должна превышать +40°С.
Чтобы пьезоклапан обеспечивал постоянный расход или давление по входному сигналу, его нужно снабдить соответствующим датчиком обратной связи и устройством сравнения. По сравнению с традиционным решением на обычных 2/2-распределителях пропорциональные распределители и регуляторы на пьезоэлементах имеют низкое потребление энергии, лучшую точность и больший ресурс.
Пропорциональные распределители: на пьезоэлементах (слева) и на 2х2/2-распределителях (справа)
Пьезоэлементы также можно использовать как пилотные клапаны для пропорциональных устройств большего размера.
