شیر پنوماتیک

«کل یک زنجیر فقط به اندازه ضعیف‌ترین حلقه‌اش قدرت دارد»؛ این ضرب المثل انگلیسی در مورد شیر پنوماتیکی هم صادق است. در واقع این قطعه یکی از حساس‌ترین اجزای کل یک سیستم پنوماتیکی است؛ این شیر تعیین می‌کند چه مقدار هوای فشرده و در چه جهتی در سیستم حرکت کند. همچنین ایمنی سیستم با این شیرها تضمین می‌شود. اگر شیرها از کیفیت خوبی برخوردار نباشند نه تنها زود خراب می‌شوند بلکه به عملکرد سایر اجزای بادی و حتی خط تولید آسیب می‌زنند.

قیمت و برندهای شیر پنوماتیک

با توجه به حساسیت شیر بهتر است حتما برای این قطعه از برندهای معتبر استفاده شود. خرید برند معتبر شیر پنوماتیک مثل فستو، smc، متال ورک، شاکو و… هرچند هزینه اولیه را افزایش می‌دهد اما در بلند مدت هزینه تعمیر و نگهداری سیستم را کاهش می‌دهد. برای مشاوره در مورد محصولات برندهای مختلف، استعلام قیمت و خرید با بهترین قیمت و کیفیت می‌توانید با کارشناسان دامون تماس بگیرید.

 

انواع شیر پنوماتیکی

شیرهای پنوماتیکی مانند سایر شیرها وظیفه قطع و وصل جریان و توزیع هوای فشرده را برعهده دارند. همچنین کنترل جهت، فشار و دبی حجمی هوای فشرده توسط این شیرها انجام می‌شود. در سیستم پنوماتیکی از شیرهای متنوعی استفاده می‌شود که از نظر کارکرد، نوع تحریک، جنس و… دسته‌بندی‌های متفاوتی دارند. هرکدام از این دسته‌ها هم انواع مختلفی دارند.

انواع شیرپنوماتیکی از نظر کارکرد

شیرهای پنوماتیکی بر اساس کارکرد و نوع طراحی به چند دسته تقسیم می‌شوند. البته نوع این دسته بندی در منابع مختلف متفاوت است. شرکت فستو این دسته‌بندی را ملاک قرار داده است:

• شیرهای راه دهنده (کنترل جهت جریان) DCV
• شیرهای یکسوکننده (یک طرفه) check valve
• شیرهای کنترل جریان flow control
• شیرهای کنترل فشار pressure control
• شیرهای قطع و وصلon/off valve

در ادامه به مهمترین انواع این شیرها می پردازیم:

شیرهای راه دهنده یا کنترل جهت

شیرهای راه دهنده یا direction control valve که برای قطع و وصل هوای فشرده استفاده می‌شوند، پرکاربردترین شیر پنوماتیکی هستند.

برای فرمان رفت و برگشت انواع جک پنوماتیک معمولا از این شیرها استفاده می‌شود. این شیرها را از نظر نوع تحریک به چهاردسته دستی، مکانیکی، پنوماتیکی و الکتریکی (شیر برقی) دسته‌بندی می‌کنند. از نظر نوع برگشت هم دو نوع برگشت فنری و بادی رایج‌ هستند. اما مهمترین دسته‌بندی بر اساس تعداد وضعیت (سوئیچ) و راه (دهانه) است که در ادامه توضیح می دهیم. اما پیش از آن برای درک بهتر به بررسی نمادهای مورد استفاده در این شیرها می‌پردازیم.

 

نماد شیرهای راه دهنده

سمبل‌هایی که برای هر شیر اسـتفاده می‌شوند در ادامه آمده است:

• تعداد وضعیت‌ (سوئیچ)
• تعداد اتصالات (جهت تشخیص بهتر، دهانه‌ها باید نشانه‌گذاری شوند)
• روشهای تحریک و برگشت به حالت اولیه
• نمایش ساده شده گذرگاه جریان

 

وضعیت نرمال یا اولیه (وضعیت سوئیچی) حالتی است که شیر قبل از تحریک در آن حالت قرار دارد. مثلا شیر باز است و هوا جریان دارد یا بسته است. این وضعیت را با نمادهای زیر نشان می دهند.

توجه کنید سمبل شیر راه دهنده نوع عملکرد اینگونه شیرها را نمایش می‌دهد نه ساختمان داخلی آنها را.

از طرفی طبق استاندارد ISO-5599-3 ورود هوا یا تغذیه P با عدد1 نشان داده می‌شود، خطوط کاری a,b با 2 و 4 و تخلیه r و s  با اعداد 5 و 3 .

عنوان	نمادهای قراردادی	نامگذاری جدید
دهانه ورودي هواي متراكم	P	1
دهانه‌هاي خروجي هواي فشرده جهت انجام كار	D-C-B-A	2-4-6-8
دهانه‌هاي خروجي يا تخليه شير	T-S-R	3-5-7
دهانه‌هاي سيگنال يا فرمان جهت كاراندازي شير	X-Y-Z	12-14-16

 

نرمال باز و نرمال بسته

منظور از نرمال باز NO در شیرهای 2/2 (دارای دو وضعیت و دو دهانه) و 3/2 این است که این شیر در حالت تحریک نشده جریان باد را منتقل می‌کند ولی در نرمال بسته (NC)  ابتدا باید تحریک مکانیکی، برقی و.. صورت گیرد تا در اثر فشار سیستم داخلی شیر تغییر وضعیت دهد و باد عبور کند.  در مورد شیرهای 5/3 هم از عبارات وسط باز OC، وسط بسته CC و وسط شناور EC  استفاده می‌شود.

نحوه تحریک شیرها

نکته دیگری که در شیرها مهم است نوع تحریک آنهاست. انواع موجود نحوه تحریک یا آغاز عمل شیر شامل موارد زیر است:

• تحریک دستی
• تحریک مکانیکی
• تحریک پنیوماتیکی
• تحریک الکتریکی
• تحریک مرکب

 

در طول چند دهه گذشته، شیرهای پنوماتیکی دستخوش تحولات گسترده‌ای شده‌اند. مدل‌های اولیه با تحریک مکانیکی، دستی یا بادی کار می‌کردند. این نسخه‌ها به دلیل سادگی و قابلیت اطمینان، هنوز به طور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرند.

پس از آن، شیرهای برقی معرفی شدند. در این شیرها، یک سیم‌پیچ مغناطیسی و یک سیگنال کنترل، سوئیچینگ شیر را آغاز می‌کنند. از آنجا که نسل فعلی ماشین‌ها از فناوری PLC استفاده می‌کنند، شیرهای برقی در حال حاضر بیشترین کاربرد را دارند. در مورد این شیرها تعداد بوبین هم مهم است. مثلا برای شیرهای 5/3  که از دو طرف جریان باد را منتقل می‌کنند حتما به دو بوبین(Bi-stable valve) نیاز است.

 

انواع شیر راه دهنده از نظر کارکرد

شیرهای کنترل جهت از نظر تعداد وضعیت و پورت که کاربرد آنها را مشخص می‌کند به چند دسته تقسیم می‌شوند. در ادامه به بررسی پرکاربردترین آنها می‌پردازیم اما رایج‌ترین شیرهای مورد استفاده در بازار، شیرهای 3/2، 5/2 و 5/3 هستند.

شیر راه دهنده 2/2

شیر راه دهنده 2/2 یا  2/2way directional control valve دارای دو دهانه و دو وضعیت یا موضع (باز، بـسته) است. از آنجایی که این شیر، تخلیه ندارد برای کنترل حرکت جک پنوماتیک مناسب نیست. در پنوماتیک از این شیر می‌توان برای قطع و وصل جریان مثل یک شیر دستی معمولی  استفاده کرد.

شیر راه دهنده 3/2

شیر 2/3 یا 3/2way directional control valve برای مواقعی که به تخلیه نیاز است کاربرد دارد. مثلا برای کنترل جک‌های یک طرفه دارای برگشت فنری، صرفا با برداشته شدن تحریک (مثلا آزاد کردن دکمه فشاری) از روی شیر 3/2 جک به حالت بسته بر می‌گردد. از دهانـه تخلیه 3 که در تصویر مشخص است این شیر می‌تواند سیگنال تولید شده را حذف نماید ؛یعنی باد را به محیط خارج کند. در ادامه تصویر یک مدار که برای حرکت یک جک یکظرفه به کار می‌رود، آمده است:

در این تصویر از شیر راه انداز 0S برای قطع و وصل جریان استفاده می‌شود. شیر 1S نرمال بسته و دارای برگشت فنری است و جک 1A را کنترل می‌کند. با تحریک شیر دهانه 1 به 2 وصل می‌شود و فشار باد جک را با جلو می‌برد. با برداشتن تحریک دوباره 2 به 3 وصل می‌شود و جک با نیروی فنر و با تخلیه هوا به حالت بسته برمی‌گردد.

شیر راه دهنده 4/2

شیر 4/2way directional control valve  برای کنترل جک‌های دو طرفه کاربرد دارد. یعنی می‌تواند صرفا با نیروی هوای فشرده جک را هم باز کند و هم ببندد. این شیر دارای 4 دهانه و 2 وضعیت است. در صورت عدم دسترسی به این شیر می‌توان از ترکیب دو شیر 3/2، یکی نرمـال بـاز و دیگـری نرمال بسته استفاده کرد.

کاربرد عمده این شیرها در اکچویتورهای یه طرفه است که قابلیت نصب شیر 3/2 ندارند. در این کاربرد به این شیرها نامور namur می‌گویند که دهانه‌های هوا به جای بالا و پایین روی شیر قرار دارند.  البته در شیرهای جدید برخی برندها از شیرهای 5/2 و 3/2 هم با تغییراتی برای این کار استفاده می‌شود.

شیر راه دهنده 5/2

کاربرد شیر 5/2 یا 5/2way directional control valve شبیه 4/2 است اما دارای یک پورت تخلیه بیشتر است تا تخلیـه کـورس رفـت و برگـشت سـیلندر بـصورت جداگانـه کنترل شود.

شیر راه دهنده 5/3

شیر راه دهنده 5/3 یا 5/3way directional control valve نسب به شیر 5/2 یک وضعیت اضافی یا «موقعیت میانی» دارد. این وضعیت زمانی که هیچ سیگنال محرکی اعمال نمی‌شود، فعال است  و قابلیت‌های بیشتری به این شیر می‌دهد. با این شیرها می‌توان سـیلندرهای دو طرفـه را در هر جایی از طول کورسشان متوقف کرد.( البته دقت بالایی برای محل توقف وجود ندارد)  این قابلیت در ماشین‌آلات بسته‌بندی، پرکردن، پانچ‌کاری یا مونتاژ که نیاز به حالت توقف موقت بدون تغییر موقعیت عملگر دارند، کاربرد دارد. شیرهای 3/5 همیشه دو سر تحریک ( دوکله) هستند.

انتخاب شیر راه دهنده

آنچه در صنعت کشور رایج تر است انتخاب شیر جایگزین برای شیرهای موجود در خط تولید است. در این موارد مسئول تعمیرات و نگهداری برای شیر خراب شده یا جهت نگه داشن یدک به دنبال خرید شیر پنوماتیک است. اولین و ساده ترین راه خواندن شماره قطعه از روی بدنه شیرها است. به طور استاندارد تمامي اقلام پنوماتيك به خصوص شيرها داراي يك برچسب شناسايي Label يا Tag Indentification هستند كه با توجه به علامت روي آن و نيز مشخصات درج شده بر روي برچسب ميتوان نوع شير را شناسایی كرد.

با این کد در سایت سازنده می‌توان تمام اطلاعات را مشاهده کرد. در صورتی که برند شیر مورد نظر موجود نبود یا قیمت بسیار بالایی داشت با همان اطلاعات می‌توان در کاتالوگ سایر برندها به دنبال محصول مشابه گشت.

در صورتی که قرار است انتخاب برای اولین بار انجام شود، با طراحی مدار پنوماتیکی نوع شیر ( از نظر تحریک و تعداد وضعیت و دهانه) مشخص می‌شود. سپس با توجه به نیازهای سیستم مثل دبی، فشار کاری، سایز پورت اتصالات و… می‌توان شیر مورد نیاز را انتخاب کرد. نرم افزار automation studio و fulidsim برای طراحی مدار و نرم افزار festo  برای انتخاب شیر، کار را بسیار ساده کرده اند.

نکات نصب شیرهای راه دهنده پنوماتیک

شیرهای با تحریک دستی معمولاٌ روی یک تابلوی کنترل و یا یک میز کنترل نصب می‌شوند. بنابراین از عمل کننده‌هایی استفاده می‌شود که قابلیت نصب بر روی شیر اصلی را دارند.

شیرهایی که در قسمت کنترل(فرمان) قرار دارند ترتیب عناصر قسمت قدرت پنیوماتیکی را کنترل می‌کنند. پس باید طوری ساخته شوند که سریع تحریک شده و در نتیجه عمل کننده ها نیز سریعتر عمل نمایند.

شیر قدرت باید در نزدیکترین مکان ممکن به عمل کننده نصب شود تا زمان سوئیچینگ کاهش یابد. بهتر است شیرهای قدرت مستقیماٌ روی عمل کننده ها نصب شوند. مزیت کار این است که اتصالات و لوله های اتصالی کمتر مصرف شده و بدین شکل زمان نصب می تواند کاهش یابد.

شیرهای راه دهنده پیشرفته پنوماتیکی

از آنجاییکه شیر راه دهنده یکی از مهمترین عناصر انتقال توان به مصرف کننده نهایی است، بهینه‌سازی آن تاثیر زیادی برای بازدهی سیستم دارد. از این رو پیشرفت‌های زیادی از جمله موارد زیر در این زمینه صورت گرفته است:

• نصب پایه شیر (منیفولد) با ورودی و تخلیه مشترک
• افزایش سرعت تغییر وضعیت شیرها
• افزایش میزان دبی عبوری
• تولید شیرهای چند منظوره
• تولید شیرهای چندتایی در یک مجموعه یا بلوک
• نصب شیر راه دهنده بر روی سیلندر

از این بین استفاده از منیفلود و شیر ترمینالی ملموس ترین پیشرفت در این زمینه بوده اند.

شیر ترمینالی یا valve terminal ترکیبی از چند شیر جداگانه است.

این شیرها توسط یک ولتاژ و منبع هوای فشرده تغذیه می‌شوند که باعث صرفه‌جویی در شیلنگ و اتصالات می‌شود. ترمینال‌های این شیر معمولا با plc کنترل می‌شوند.

سایر شیرهای پنوماتیکی

همانطور که اشاره شد پر کاربردترین شیرهای پنوماتیکی شیرهای راه دهنده هستند. اما انواع دیگر شیر و همچنین تجهیزات جانبی آنها هم در سیستم کاربرد دارد که در ادامه به صورت مختصر به توضیح آنها می پردازیم.

شیر کنترل جریان

شیر کنترل جریان یا Flow Control Valve با محدود کردن محل عبور باد، امکان تنظیم شدت جریان را فراهم می‌کند. با این شير می‌توان سرعت حركت يك سيلندر پنيوماتيك را كنترل نمود.  بهتر است این شیر در نزدیک‌ترین فاصله ممکن به دستگاه مورد نظر نصب شود. شیر گلویی و دیافراگمی دو نوع رایج از این تجهیز هستند.

شیر پنوماتیکی یکسوکننده

شیر یکسو کننده، یک طرفه یا چک ولو (check valve) با استفاده از یک فنر داخلی به باد اجازه عبور تنها در یک جهت را می‌دهد. این مکانیسم در کاربردهایی مثل «شیر تخلیه سریع» که هوای فشرده باید صرفا باید در یک جهت امکان عبور داشته باشد کاربرد دارد.

شیر کنترل فشار

تنظیم فشار خط با این شیر انجام می‌شود اما خود این شیر به انواع مختلفی تقیسم می‌شود. شرکت فستو سه دسته زیر را برای دسته بندی پیشنهاد داده است:

• شیرهای محدود کننده فشار
• شیرهای تنظیم کننده فشار
• شیرهای تابع فشار

 

شیر محدودکننده فشار Pressure Relief Valve بعد از کمپرسور نصب می‌شود و بیشتر جهت ایمنی استفاده ‌می‌شود. در واقع از آنجاییکه فشار بالا می‌تواند به قطعات پنوماتیکی آسیب بزند این شیر فشار را محدود می‌کند.

شیر تنظیم کننده یا pressure regulator، فشار را کنترل می‌کند و فارغ از فشار ورودی جریان خط را ثابت و یکنواخت نگه می‌دار. البته حداقل فشار ورودی باید از فشار خروجی بیشتر باشد. یکی از مهمترین کاربردهای این شیر در واحد مراقبت پنوماتیک است.

شیر تابع فشار

شیر تابع فشار یا Pressure sequence valve درجایی کاربرد دارد که از فشار باد به عنوان سیگنال استفاده می‌شود. مثلا اگر یک شیر راه دهنده قرار باشد با سیگنال باد عمل کند، شیر تابع فشار، وقتی فشار سیستم به حدی مشخص برسد عمل می کند و باعث فعال شدن شیر راه دهنده می‌شود.

شیر قطع و وصل پنوماتیک

این نوع شیر (shut off valve) مانند شیرهای ساده عمل می‌کند و برای قطع و وصل جریان باد به صورت دستی استفاده می‌شود. توقف جریان باد برای تعمیرات یکی از رایج‌ترین استفاده‌های این شیر است.

 

جمع بندی

شیر پنوماتیکی یکی از مهمترین اجزای کل سیستم است که وظیفه قطع و وصل و کنترل جریان باد را بر عهده دارد. شیر راه دهنده پرکاربرتردین شیر در سیستم پنوماتیکی است. این شیر انواع مختلفی دارد که با توجه به طراحی مدار انتخاب می شود. از آنجایی که شیرها از قطعات حساس سیستم هستند کیفیت آنها بر بازدهی کل سیستم اثر دارد. معمولا خرید برندهای معتبر این محصول در بلند مدت هزینه خط تولید را کاهش می دهد. شرکت دامون انواع شیرهای پنوماتیک از برندهای معتبر مثل فستو و متال ورک را با بهترین قیمت و کیفیت و تحویل سریع تامین می‌کند.