Пневматический обратный клапан: обычный и управляемый PCV

Краткий ответ: пневматический обратный клапан пропускает воздух в одну сторону и перекрывает обратный поток, а управляемый (пилотный) клапан PCV, который ещё называют пневмозамком, умеет и обратное: открывается сигналом давления в соседней линии. Поэтому PCV ставят у порта цилиндра, чтобы при потере давления или обрыве шланга запереть воздух в полости и не дать грузу упасть.

Подобрать и купить пневмоклапаны в каталоге →

Вступление полностью

Давление, которое должно остаться в запертой полости: P = m·g / A, где A площадь поршня или кольцевая площадь со стороны штока. Для груза 100 кг на цилиндре SI Ø63 с штоком вниз это 0,35 МПа, с запасом 1,5 примерно 0,53 МПа. Замок держит давление, но не заменяет механический стопор там, где рядом люди.

Что делает обычный обратный клапан в пневматической системе?

Функция одна: пропускать поток в направлении «вход → выход» и запирать в обратном. Подвижный элемент (шарик, конус или тарелка, у мембранного клапана мембрана) прижат пружиной, давление на входе его отодвигает, а давление с выхода прижимает ещё плотнее. Давление открытия, то есть наименьшая разность давлений на входе и выходе, при которой начинается поток, в основном задаёт пружина. В системе такой клапан нужен, чтобы:

• не дать сжатому воздуху уйти из ресивера или линии питания обратно, когда компрессор остановился;
• развязать линии, чтобы давление одного контура не попадало в другой;
• в паре с дросселем получить регулировку скорости в одну сторону (дроссель с обратным клапаном).

Обратите внимание: обычный клапан не годится для удержания цилиндра. Если поставить его так, чтобы он пропускал воздух из полости, удержания нет: полость сбросится через распределитель. Если поставить наоборот, запирающим выход из полости, цилиндр не сможет вернуться: выпустить воздух по команде клапан не умеет. Для удержания с возможностью движения нужен именно управляемый клапан.

Какие обычные обратные клапаны есть у нас и чем они различаются?

В трубных линиях диаметром 4–12 мм обычно хватает цангового клапана. Серия AKH стоит прямо в линию трубка × трубка и закрывает наружные диаметры 4, 6, 8, 10 и 12 мм; клапан AKH06 за 1 020 ₸ подходит под трубку 6 мм. Если нужно ввернуть клапан в порт с резьбой, берут SPC: штуцер с наружной резьбой 1/8 или 1/4 дюйма и цангой под трубку Ø4, 6, 8 или 10 мм, рабочее давление от −0,099 до 1,0 МПа (работает и на вакууме). Например, SPC06-01 за 900 ₸ соединяет трубку 6 мм с портом 1/8″.

Обе серии работают как обычные клапаны: поток в одну сторону. Открыться по команде и выпустить воздух из запертой полости они не умеют. Про типы и места установки в целом написано в статье об обратных клапанах в пневматике.

Как работает управляемый обратный клапан PCV?

В корпусе PCV тот же обратный клапан, но к нему добавлен поршень пилота. Пока воздух идёт «вперёд» (от распределителя в полость цилиндра), клапан открывается сам. Обратно, из цилиндра, воздух не идёт: клапан закрыт, и в полости остаётся давление. Но если подать давление на пилотный порт, поршень пилота отожмёт запорный элемент, и воздух пойдёт обратно. Так цилиндр сначала держит, а при команде отпускает.

Параметры по листу производителя AirTAC (наш PCV его совместимый аналог): воздух, очищенный фильтром 40 мкм, рабочее давление 0,15–1,0 МПа, пробное давление 1,5 МПа, температура от −20 до +70 °C; основной корпус латунный, корпус пилота из алюминиевого сплава, уплотнения из NBR, пружина из нержавеющей стали SUS304. Частоту срабатываний мы здесь не приводим: в доступном нам листе цифры не читаются однозначно.

листайте таблицу вбок →

Типоразмер PCV-15 (порт G1/2, пилот G1/4) тоже есть в ряду; его порт подходит цилиндрам крупнее нашего примера.

Где в схеме ставят управляемый клапан и какой центр у распределителя?

Замок ставят в линию между распределителем и портом цилиндра, как можно ближе к порту: чем короче участок после клапана, тем меньше шансов, что запертый воздух потеряется в трубке или шланге. Для вертикального цилиндра со штоком вниз груз тянет шток наружу и сжимает воздух в штоковой полости, значит, замок нужен именно в линии штоковой полости. Пилот замка соединяют с противоположной линией, той, что подаёт давление при движении.

Распределитель подбирайте так, чтобы при обесточивании обе линии цилиндра сбрасывались на выхлоп. Это трёхпозиционный распределитель 5/3 с центром E, например 4V230E-08 за 11 100 ₸. Центр C с замками ставить нельзя: он запирает давление пилота, и замки остаются открытыми. Почему так, подробно разобрано в статье про три типа центра 5/3.

Если же взять обычный 5/2 с пружинным возвратом, одна линия остаётся под давлением и замок на ней открыт. Тогда PCV удержит шток только при потере давления или обрыве шланга, но не остановит его посередине хода. Если нужна остановка в любой точке, берите 5/3 с центром E.

Какое давление нужно для удержания груза на цилиндре SI Ø63?

Условие удержания по равновесию сил: давление в запертой полости, умноженное на её площадь, не меньше веса груза. Из этого P = m·g / A. Для вертикального цилиндра с штоком вниз рабочая площадь штоковая (кольцевая), для штока вверх поршневая, потому что груз давит на поршень и сжимает воздух в той полости, куда не смотрит шток. Берём цилиндр SI Ø63 с штоком Ø20: площадь поршня 3 117 мм², кольцевая площадь 2 803 мм²; порты G3/8.

листайте таблицу вбок →

Давления избыточные, g = 9,81 м/с², трения и динамики нет. Запас 1,5 принят нами как допущение: он закрывает ускорение при торможении, неточность давления и температурные колебания, но это не норматив. Обратите внимание на строку 20 кг: нужное давление 0,07 МПа лежит ниже нижней границы 0,15 МПа из листа PCV, так что для такого лёгкого груза работу замка на столь низком давлении лист не подтверждает.

Пример расчёта: груз 100 кг на SI-63-300-P с замком PCV-10

Берём цилиндр SI-63-300-P (Ø63, ход 300 мм) за 47 460 ₸, шток вниз, подвеска массой 100 кг, давление питания 0,6 МПа. Порт цилиндра G3/8, значит замок типоразмера PCV-10 (порт G3/8) за 12 840 ₸, пилот G1/4. Распределитель 4V230E-08 с катушкой DC24V, воздух готовит фильтр-регулятор AFR2000 за 5 040 ₸ (25 мкм, регулировка 0,05–0,85 МПа): он закрывает требование листа PCV к фильтрации воздуха на 40 мкм и тоньше.

Шаг 1. Вес. 100 × 9,81 = 981 Н.

Шаг 2. Давление удержания (шток вниз, кольцо 2 803 мм²). 981 / 2 803 = 0,350 МПа. С запасом 1,5 получаем 0,525 МПа. Давление питания 0,6 МПа выше, значит, перед запиранием в штоковой полости можно держать эти 0,53 МПа, и груз удерживается.

Шаг 3. Максимум для этого узла. Груз, который кольцевая полость удержит при 0,6 МПа без запаса: F = 0,6 × 2 803 = 1 682 Н, то есть 171 кг; с запасом 1,5 это 114 кг. Наши 100 кг помещаются.

Шаг 4. Подъём и спуск. При подъёме воздух идёт в штоковую полость через замок в прямом направлении, он открывается сам. При спуске давление подаётся в поршневую полость; по пилотной линии оно открывает замок штоковой полости, и воздух из неё выходит через распределитель. Груз опускается под собственным весом, поэтому скорость спуска ограничивают дросселем по выхлопу.

Величина	Значение
Вес груза 100 кг	981 Н
Кольцевая площадь SI Ø63, шток Ø20	2 803 мм²
Давление удержания	0,350 МПа
С запасом 1,5	0,525 МПа
Максимум при 0,6 МПа без запаса / с запасом 1,5	171 / 114 кг

Проверьте свой груз на калькуляторе усилия цилиндра, а расход воздуха оцените на калькуляторе расхода. Если груз поднимают на манипуляторе, смотрите разбор пневматического манипулятора.

Какие ошибки делают чаще всего?

1. Замок ставят после гибкого шланга. Запертый воздух живёт в трубке и в полости; лучше, если клапан стоит у порта цилиндра. Утечек по цанговым соединениям и уплотнениям мы не считаем: числа в листе нет, поэтому за положением груза всё равно нужен механический упор.
2. Берут центр C. Давление пилота остаётся запертым, замок не закрывается.
3. Рассчитывают на удержание, как на фиксацию. Воздух сжимаем, и при добавке нагрузки шток смещается; замок обеспечивает удержание давления, а не точную неподвижность.
4. Забывают про сброс давления перед обслуживанием. Запертая полость держит давление после остановки машины: перед разборкой поддержите груз механически и сбросьте воздух через пилот.
5. Ставят замок на людей и двери. В узлах, где рядом люди, пневматика не отменяет механическую блокировку и защиту по требованиям безопасности машины.

Если замок не держит давление, причины разобраны в статье «Клапан не держит давление». Как рассчитать скорость хода с дросселем, смотрите в разборе дросселирования; на выхлопе распределителя удобно поставить глушитель BSL-01 за 180 ₸.

Как выбрать: обычный клапан или PCV?

• Нужно только не пустить воздух обратно в линию или ресивер: AKH или SPC по диаметру трубки и резьбе.
• Нужно удержать цилиндр с грузом при потере давления: PCV у порта цилиндра, распределитель 5/3 с центром E.
• Нужна остановка посередине хода: 5/3 с центром E и двумя PCV, плюс упор или датчик положения.
• Рядом работают люди: механическая блокировка штока, замок её не заменяет.

Пришлите артикул вашего цилиндра и массу груза: инженер ответит за 1 рабочий день и подберёт замок и распределитель. Товары из примера: цилиндры SI, клапаны PCV, распределители 4V, фитинги SPC.

Часто задаваемые вопросы

Какую функцию выполняют обратные клапаны в пневматической системе?

Пропускают воздух в одну сторону и запирают в обратную: не дают ему вернуться в линию питания или ресивер, развязывают контуры, в паре с дросселем регулируют скорость в одном направлении.

Чем управляемый обратный клапан отличается от обычного?

У управляемого есть пилотный порт: давление на нём открывает клапан и для обратного потока. Без сигнала он запирает воздух в полости цилиндра.

Что такое пневмозамок?

Так называют управляемый обратный клапан PCV, который удерживает давление в полости цилиндра при потере питания.

Какое рабочее давление у PCV?

0,15–1,0 МПа по листу производителя, пробное 1,5 МПа, температура от −20 до +70 °C, воздух с фильтрацией 40 мкм.

Какой распределитель нужен для работы с PCV?

5/3 с центром E, например 4V230E-08. Центр C запирает давление пилота, и замок не закрывается.

Удержит ли PCV груз 100 кг на цилиндре Ø63?

При штоке вниз нужно давление 0,35 МПа в штоковой полости, с запасом 1,5 примерно 0,53 МПа; при питании 0,6 МПа это выполняется. Механический упор остаётся обязательным.

Можно ли поставить PCV вместо механического стопора?

Нет. Замок держит давление, а не положение: воздух сжимаем, и утечки в листе не нормированы.