1. Informacje podstawowe

Zawory sterujące kierunkiem przepływu czynnika roboczego dzielą się na następujące podgrupy:

• Zawory rozdzielające
• Zawory zwrotne
• Zawory szybkiego spustu
• Zawory logiczne
• Zawory odcinające

1.1 Zawory rozdzielające

Zawory rozdzielające (rozdzielacze) są grupą elementów pneumatyki których zadaniem jest sterowanie kierunkiem przepływu czynnika roboczego w pneumatycznych układach napędowych i sterujących poprzez łączenie lub przełączanie dróg przepływu. Zmiana kierunku przepływu odbywa się w zależności od konstrukcji zaworu rozdzielającego suwakiem, płytką rozdzielającą (dla zaworów mechanicznych) lub za pomocą grzybka.

W układach sterowania pneumatycznego są wykorzystywane do realizacji przemieszczeń elementów wykonawczych (siłowników pneumatycznych o ruchu liniowym bądź wahadłowym i obrotowym), zatrzymywania siłownika w określonym położeniu, realizowania funkcji sterujących, regulacyjnych i logicznych. Przykładowy schemat sterowania siłownikami pneumatycznymi zamieszczono poniżej.

Przykładowy układ sterowania siłownikami dwustronnego i jednostronnego działania z wykorzystaniem zaworów 5/2 i 3/2

Symbole graficzne zaworów rozdzielających

Zawory rozdzielające na rysunkach technicznych oraz w dokumentacji konstrukcyjnej przedstawiane są w formie symboli graficznych zgodnie z normą PN-EN ISO 3952-1:1998. Symbole graficzne zawierają informacje o ilości dróg, ilości położeń zaworu, sposobu i odmiany sterowania, oznaczenia dróg przepływu Producenci na tabliczkach znamionowych wyrobów również umieszczają symbole graficzne w celu ich identyfikacji.

Symbole graficzne występują w postaci pełnej oraz uproszczonej. Jedna i druga forma pozwala na identyfikację zaworu rozdzielającego przy czym forma dokładna pozwala w niektórych przypadkach lepiej określić własności funkcjonalne zaworu rozdzielającego.

SYMBOL UPROSZCZONY
Symbol uproszczony zaworu rozdzielającego 5/2 sterowanego elektromagnetycznie w sposób pośredni

Pełne i dokładne rozrysowanie symbolu uproszczonego dla zaworu rozdzielającego 5/2 sterowanego elektromagnetycznie w sposób pośredni.

Poniżej przedstawiono zasady tworzenia symbolu graficznego dla typowych zaworów rozdzielających

Oznaczenia na rysunkach:

Oznaczenia opisów literowych znajdujących się na symbolach powyżej:

0 – położenie początkowe
a, b – położenia sterowane lub sterowanie tymi położeniami
a1, b1 – sterowanie pierwszym stopniem zaworu
a2, b2 – sterowanie drugim stopniem zaworu
a1.1, a1.2, b1.1, b2.2 – oznaczenia sterowania bezpośredniego zaworu lub sterowanie jego pierwszym stopniem

W tabeli zamieszczono przykłady symboli graficznych zaworów rozdzielających bez oznaczania sposobu ich sterowania z typowymi połączeniami dróg wewnętrznych.

Symbol graficzny	Opis funkcji
	Zawór rozdzielający 2/2 normalnie zamknięty
	Zawór rozdzielający 2/2 normalnie otwarty
	Zawór rozdzielający dwukierunkowy 2/2 normalnie zamknięty
	Zawór rozdzielający dwukierunkowy 2/2 normalnie zamknięty
	Zawór rozdzielający 3/2 normalnie zamknięty
	Zawór rozdzielający 3/2 normalnie otwarty
	Zawór rozdzielający dwukierunkowy 3/2 normalnie zamknięty, normalnie otwarty
	Zawór 5/2
	Zawór 4/2
	Zawór 5/3 w położeniu środkowym odbiorniki połączone z zasilaniem
	Zawór 5/3 w położeniu środkowym odbiorniki odpowietrzone (połączone z atmosferą)
	Zawór 5/3 w położeniu środkowym wszystkie drogi odcięte

Tabela z oznaczeniami typowych sterowań pneumatycznych

L.P.	Symbol graficzny	Opis funkcji
1		Sterowanie przyciskiem wciskanym (grzybek)
2		Sterowanie przyciskiem
3		Sterowanie dźwignią
4		Sterowanie pedałem
5		Sterowanie popychaczem (mechaniczne)
6		Sterowanie sprężyną
7		Sterowanie rolką (dwukierunkowo)
8		Sterowanie rolką łamaną (jednokierunkowo)
9		Sterowanie elektryczne
10		Sterowanie ciśnieniem (pneumatycznie wzrostem ciśnienia)
11		Sterowanie ciśnieniem (pneumatycznie poprzez spadek ciśnienia)

Zawory rozdzielające charakteryzowane są przez:

1) Liczba dróg przepływu czynnika roboczego
2) Liczba sterowanych położeń elementu sterującego przepływem
3) Wielkość zaworu (wielkość natężenia przepływu przez drogi zaworu)
4) Sposób sterowania
5) Odmiany sterowania
6) Sposób zasilania (przewodowo lub przez płyty łączące)

Liczba dróg przepływu czynnika roboczego

Zawory rozdzielające ze względu na ilość dróg przepływu dzielą się na:

• 2 - drogowe,
• 3 -drogowe,
• 4 - drogowe
• 5 - cio drogowe

Drogi przepływu w zaworach rozdzielających oznaczane są cyframi gdzie:

• 1 – droga zasilania
• 2, 4 – drogi odbiorników
• 3, 5 – drogi odpowietrzające.

Liczba sterowanych położeń elementu sterującego przepływem

Występują zawory rozdzielające:

• 2-położeniowe
• 3-położeniowe
• wielopołożeniowe

W przypadku zaworów 3-położeniowych rozróżnia się różne odmiany położenia środkowego zaworu. Są to : wszystkie drogi odcięte, odbiorniki połączone z zasilaniem, odbiorniki połączone z atmosferą
Wielkość zaworu

Wielkością zaworu nazywamy potocznie rozmiar gwintów przyłączeniowych znajdujących się w korpusie zaworu, lub niekiedy w płytach przyłączeniowych i elementach wyspy zaworowej na których może być montowany zawór. Wielkość zaworu potocznie identyfikowana jest z wielkością natężenia przepływu czynnika roboczego przez zawór rozdzielający.

W pneumatyce najbardziej typowymi są gwinty calowe rurowe od G1/8” do G2”, w przypadku zaworów o małej wielkości spotyka się również gwinty metryczne od M3 do M6. Nietypowe elementy sterujące kierunkiem przepływu czynnika roboczego posiadają gwinty inne niż wymienione. W niektórych materiałach katalogowych podawana jest wartość DN (średnica nominalna) co oznacza średnicę otworu przez który następuje przepływ sprężonego powietrza.

Sposób sterowania

Sposób sterowania określa metodę przemieszczenie elementu rozdzielającego (zwykle suwaka) realizującego zmianę położeń dróg przepływu wewnątrz zaworu rozdzielającego. Wyróżnia się następujące sposoby sterowania zaworami rozdzielającymi:

• sterowanie elektromagnetyczne (elektryczne)
• sterowanie pneumatyczne (poprzez wzrost lub spadek ciśnienia)
• sterowanie mechaniczne
• sterowanie w sposób mieszany

Odmiany sterowania

Ze względu na odmiany sterowania zawory rozdzielające dzielą się na:

• sterowane bezpośrednio
• sterowane pośrednio.

W zaworach sterowanych bezpośrednio (ze sterowaniem elektromagnetycznym) ruch roboczy suwaka jest wymuszany przez trzpień elektromagnesu, który połączony jest z suwakiem. Sterowanie bezpośrednie dotyczy zwykle zaworów rozdzielających o małych wielkościach przepływu oraz zaworów odcinających sterowanych elektromagnetycznie do niskich ciśnień. Wynika to z konieczności stosowania elektromagnesów o dużych mocach cewek niezbędnych do wytworzenia niezbędnej siły potrzebnej do pokonania oporów ruchu elementu rozdzielającego i ciśnienia medium roboczego.

Schemat zaworu rozdzielającego 3/2 sterowanego bezpośrednio elektromagnesem z powrotem sprężyną

Schemat zaworu rozdzielającego 5/2 sterowanego bezpośrednio elektromagnesem z powrotem sprężyną

Zaletą sterowania bezpośredniego jest szybkie działanie zaworów, brak kontaktu medium roboczego z wewnętrznymi elementami elektromagnesów oraz prostota konstrukcji.

Sterowanie pośrednie zaworami rozdzielającymi realizowane jest z wykorzystaniem dodatkowego zaworu pomocniczego nazywanego często „pilotem” (sterowanego w sposób bezpośredni), który to po przesterowaniu sygnałem elektrycznym podaje ciśnienie czynnika roboczego na powierzchnię czynną suwaka zaworu podstawowego, powodując jego przemieszczenie. Zwykle stosowane jest również dodatkowe sterowanie mechaniczne w formie przycisku zaworem pomocniczym pozwalające na przesterowanie zaworu bez podawania sygnału elektrycznego.

Schemat funkcjonalny zaworu rozdzielającego 5/2 sterowanego pośrednio i z wewnętrznym zasilaniem zaworu pomocniczego z kanłu 1

Ciśnienie powietrza do przesterowania zaworu pomocniczego może być dostarczane bezpośrednio z kanału zasilającego 1 kanałami wewnętrznymi wykonanymi w korpusie zaworu lub w suwaku (tzw. sterowanie ciśnieniem własnym lub wewnętrznym). Może być również podawane z zewnątrz poprzez przyłącze w zaworze lub płycie przyłączeniowej. Takie sterowanie nazywane jest sterowaniem obcym. Po przesterowaniu sygnałem elektrycznym zaworu pomocniczego, ciśnienie powietrza podawane jest na powierzchnię suwaka, a wytworzona siła powoduje jego przemieszczanie i zmianę połączenia wewnętrznych dróg przepływu. W celu zwiększenia siły przesterowania często ciśnienie powietrza nie jest podawane bezpośrednio na suwak lecz na dodatkowy tłoczek o większej średnicy niż suwak, a ten dopiero powoduje przemieszczanie się suwaka. Zawory takie nazywane są zaworami ze wspomaganiem pneumatycznym.

Schemat funkcjonalny zaworu rozdzielającego 5/2 sterowanego elektrycznie ze wspomaganiem pneumatycznym

Przekrój typowego zaworu rozdzielającego 5/2 sterowanego elektromagnetycznie z powrotem pneumatycznym

Powrót suwaka zaworu rozdzielającego do położenia początkowego odbywa się wywołany siłami:

• sprężyny
• ciśnienia powietrza działającego na suwak
• ciśnienia powietrza działającego na dodatkowy tłok
• ciśnieniem powietrza podawanego na suwak i siłą sprężyny.

Zaletą sterowania pośredniego jest możliwość sterowania zaworami o dużych wielkościach natężenia przepływu z wykorzystaniem niewielkich mocy elektromagnesów.

Sposób zasilania
Ze względu na sposób zasilania zawory rozdzielające występują w wersjach przewodowych i płytowych. Zawory przewodowe posiadają gwintowane otwory zasilania, odpowietrzenia i odbiorników wykonane w korpusach. Są to zwykle gwinty calowe od G1/8 do G3/4. Istnieją wykonania nietypowe zaworów rozdzielających z innymi gwintami (metrycznymi, stożkowymi calowymi itp.)

Zawory płytowe montowane są za pośrednictwem odpowiednich płyt zaworowych indywidualnych lub złożonych z zespołów. Zwykle zawory płytowe posiadają duże natężenie przepływu. Obecnie powszechnie stosuje się wyspy zaworowe złożone z dużej ilości zaworów zamontowanych na płycie, które posiadają także dodatkowe złącza elektryczne.

Do zalet rozwiązań płytowych należy:

• szybki montaż i demontaż zaworów bez konieczności odłączania instalacji pneumatycznej
• ograniczenie ilości elementów złącznych i przewodów
• możliwość montażu w ograniczonych przestrzeniach
• integracja sterowania pneumatycznego z elektroniką

Modułowa wyspa zaworowa

1.2 Zawory zwrotne

Zawór zwrotny służy do realizacji przepływu czynnika roboczego tylko w jednym kierunku, w przeciwnym kierunku przepływ czynnika jest blokowany. Zawór działa samoczynnie i nie wymaga żadnych dodatkowych sygnałów. Dla zaworu zwrotnego ze względu na jego konstrukcję istotnym jest minimalne ciśnienie otwarcia zaworu, które powinno być jak najmniejsze.

Istnieje odmiana tego typu zaworu nazywana zaworem zwrotnym sterowanym, gdzie poprzez doprowadzenie dodatkowego sygnału zewnętrznego możliwe jest jego „otwarcie” dla przepływu medium roboczego w kierunku przeciwnym.

1.3 Zawory logiczne

Zawory logiczne: suma i różnica

Są to zawory służące w układach pneumatycznych sterujących i regulacyjnych do realizacji funkcji logicznych. Najczęściej stosuje się zawory iloczynu i zawory sumy, które pozwalają na konstruowanie pneumatycznych układów kombinacyjnych i sekwencyjnych.

1.4 Zawory odcinające

Zawór odcinający sterowany elektromagnetycznie

Grupa zaworów sterowanych elektromagnetycznie, pneumatycznie i mechanicznie o funkcjach 2/2, 3/2 stosowana do odcinania i otwierania dróg przepływu czynnika roboczego. Czynnikiem roboczym może być sprężone powietrze, gazy techniczne, para wodna, olej hydrauliczny lub woda. Rozróżniana jest także funkcja dodatkowa: zawór normalnie zamknięty (NZ lub ang. NC) oraz normalnie otwarty (NO), co oznacza w jakim położeniu znajduje się zawór bez sygnału sterującego.

2. Zawory sterujące natężeniem przepływu sprężonego powietrza

Zawory sterujące natężeniem przepływu są stosowane w układach pneumatyki głównie dla bezstopniowej regulacji prędkości ruchu elementów wykonawczych (siłowników o ruchu liniowym lub obrotowym). Do regulacji prędkości ruchu tłoczyska stosowane są zawory dławiąco-zwrotne oraz zawory dławiące. Zawory dławiące–zwrotne umożliwiają swobodny przepływ czynnika roboczego w jednym kierunku, oraz regulowane dławienie przepływu w kierunku przeciwnym. Zawory dławiące są zaworami dwukierunkowymi, dławienie odbywa się w dwóch kierunkach przepływu.

Przykłady zastosowania zaworów sterujących przepływem sprężonegopowietrza do regulacji prędkości ruchu tłoczysk siłowników dwustronnego i jednostronnego działania

Ze względu na skuteczność działania zaworów dławiąco zwrotnych winny być one montowane jak najbliżej elementów wykonawczych ze względu na minimalizację objętości szkodliwych. Ze względu na ściśliwość medium roboczego najskuteczniejszą regulację prędkości dla siłowników uzyskuje się dławiąc przepływ powietrza po stronie wylotowej z komory siłownika. Stosowana jest regulacja prędkości ruchu siłownika w dwóch kierunkach lub tylko w jednym kierunku.