International Training - 48 - 6.1.2 กระบอกลมแบบสองทาง (Double Acting Cylinder) กระบอกลมแบบสองทางทํางานไมวาจะเปนการเคลื่อนที่ออก หรือเคลื่อนที่เขาจะใชลมในการทํางานทั้งสองดาน รูปที่ 6.2 กระบอกลมทํางานสองทาง ก. โครงสรางและสวนประกอบของกระบอกลมแบบสองทาง รูปที่ 6.3แสดงโครงสรางและสวนประกอบ
International Training - 49 - ข. กันกระแทรกกระบอกลม กันกระแทกกระบอกลมทํางานดวยความเร็วขางสูง ชวงที่เคลื่อนที่ออกหรือเขาสุดของระยะชักจะทําใหเกิดการ กระแทกระหวางลูกสูบกับฝาปดดานหัวและทาย กรณีเปนกระบอกลมเล็ก ๆ อาจปองกันการกระแทกไดโดยใชแผนยาง ถา เปนกระบอกลมใหญการกันกระแทกจะเอาอากาศเปนตัวกันกระแทก (Air Cushioning) รูปที่ 6.4 แสดงการกันกระแทกโดยใชอากาศ 6.1.3 กระบอกลมแบบพิเศษ ก. กระบอกลมแบบสองกานสูบสองดาน (Double Rod) รูปที่ 6.5 แสดงโครงสรางและสัญลักษณ กระบอกลมแบบสองแกนจะทําใหความสามารถในการรับแรงดานขางดีขึ้นเปนผลมาจากโครงสรางที่มีจุดรองรับ แกนอยู 2 จุด และระยะหางไมมากนัก กระบอกลมชนิดนี้มักจะยึดแกนไวแลวใหตัวกระบอกลมเปนตัวเคลื่อนที่ ข. กระบอกลมแบบกานไมหมุน (Non Rotating Rod) รูปที่ 6.6 รูปแบบของแกนลูกสูบแบบไมหมุน
International Training - 50 - ค. กระบอกลมแบบกานคู (Twin Rod) รูปที่ 6.7 กระบอกลมแบบกานคู ง. กระบอกลมแบบทรงสี่เหลี่ยม (Flat Cylinder) กระบอกสูบแบบนี้ถูกออกแบบมาเพื่อตอบสนองในลักษณะของการติดตั้งที่กระบอกสูบแบบกลม หรือแบบ ธรรมดาไมสามารถติดตั้งได และกระบอกสูบแบบนี้สามารถประหยัดพื้นที่ในการติดตั้งอีกดวย รูปที่ 6.8 กระบอกลมแบบทรงสี่เหลี่ยม จ. กระบอกลมแบบเพิ่มแรงสองเทา(Tandem Cylinder) กระบอกลมแบบนี้เปนการรวมเอากระบอกลมแบบสองทางไวในตัวเดียวกันสองตัว รูปที่ 6.9 กระบอกลมแบบใหแรงสองเทา(แทนเดม) กระบอกลมแบบนี้ในการควบคุมการทํางานตองใหทิศทางลมไปในทิศทางเดียวกัน ดังนั้นจากโครงสรางจะเห็น ไดวาแรงที่ไดจากกานสูบจะสูง กระบอกลมแบบนี้จะไวทดแทนกระบอกลมทางแบบธรรมดาที่ขนาดเทากันแตตองการแรง ที่กานสูบมากเปนสองเทาของปกติ แตความยาวตัวก็จะเพิ่มขึ้นตามระยะชัก
International Training - 51 - ฉ. กระบอกลมแบบชวงชักหลายตําแหนง (Multi Position Cylinder) โดยทั่วไปกระบอกลมสองทางแบบธรรมดาจะมีแคสองตําแหนงคือ ชวงสุดระยะออกและเขาของระยะชัก หาก ตองการตําแหนงที่มากกวานี้สามารถใชกระบอกลมสองตัวที่มีระยะชักตางกันมาประกอบรวมอยูในตัวเดียวกัน ที่ 6.10กระบอกลมแบบชวงชักหลายตําแหนง
International Training - 52 - ก.การติดตั้งกระบอกลม(Cylinder Mounting) การติดตั้งกระบอกลมสามารถกระทําไดหลายวิธีขึ้นอยูกับลักษณะของงาน และความตองการในรูปที่ 6.11แสดง ตัวอยางการติดตั้งกระบอกลมแบบตาง ๆ 1. แบบตอตรง(Direct Mounting) 2. แบบตัวแอล (Foot Mounting) 3. แบบหนาแปลนหนา(Front Flange) 4. แบบหนาแปลนหลัง(Rear Flange) 5. แบบหมุนที่ทาย (Rear Clevis) 6. แบบหมุนกลาง (Trunnion) รูปที่ 6.11 การติดตั้งกระบอกลม
International Training - 53 - ตัวปรับเสนแนวแรงการเคลื่อนที่ของลูกสูบ(Floating Joint) ในการติดตั้งกานสูบเขากับชิ้นสวนเครื่องจักร หรืองานที่บางครั้งอาจมีปญหาในเรื่องของ Alignment สามารถใช Floating Joint ชวยนาการแกปญหาได รูปที่ 6.12 แนวแรงที่กระทํา การโกงงอของกานสูบ (Buckling Strength) การใชงานกระบอกลมเกินกําลัง หรือในงานบางลักษณะอาจสงผลใหกานสูบเกิดการโกงงอแรงที่กระทําตอกาน สูบสามารถแสดงใหเห็นอยูในรูปของความเคนของการกดการโกงงอของกานสูบขึ้นอยูกับวิธีการติดตั้ง ดังแสดงตัวอยางใน รูปที่ 6.13 รูปที่ 6.13
International Training - 54 - ข.ขนาดของกระบอกลม(Cylinder Sizing) แรงของกระบอกลมในเชิงทฤษฎี ขนาดมาตรฐานของกระบอกลมตาม ISO สามารถแสดงใหเห็นไดดังตอไปนี้ 8, 10, 12, 16, 20, 25, 32, 40, 50, 63, 80, 100, 125, 140, 160, 200, 250, 320 mm. Force (N) = Piston area (m2 ) air pressure (N/m2 ) หรือ Force (lbf) = Piston area (in2 ) air pressure (lbf/in2 ) ก. สําหรับกระบอกลมแบบสองทาง ตอนเคลื่อนที่ออก : FE = D 2p 4 D = เสนผานศูนยกลางของลูกสูบ, p =ความดันเกจ ตอนเคลื่อนที่เขา: FR = (D2 – d2 )pg 4 d = เสนผานศูนยกลางของกานสูบ ข. สําหรับกระบอกลมทางเดียว FEs = D 2 pg – Fs (Fs =แรงสปง ;Spring force at the end of stroke) 4 ตารางหาขนาดกระบอกสูบ รูปที่ 6.14 ตารางความสัมพันธของแรง จากเสนผานศูนยกลางกระบอกลมกับความดันใชงาน
International Training - 55 - ตัวอยาง: ใหหาขนาดของกระบอกสูบเมื่อตองการแรง 1600 N ที่ความดัน 6 บาร FE = D 2p 4 = 0.0583 m = 58.3 mm จากมาตรฐานของกระบอกสูบสามารถเคลื่อนกระบอกสูบไดขนาด 63มม. แรงที่ตองการ (Required Force) แรงที่ตองการขึ้นอยูกับน้ําหนักของโหลด, ทิศทางในการเคลื่อนที่, มุม, ความเสียดทาน, ความดันที่ใช, พื้นที่หนาตัดจริงของลูกสูบที่รับความดัน โหลดจะประกอบไปดวยน้ําหนักของมวล (รูป 6.15a) แรงเสียดทาน (รูป 6.15b) ความเรงขณะที่โหลดเคลื่อนที่ (รูป 6.15 c)นอกจากนี้แรงยังขึ้นอยูกับมุมของกระบอกสูบในแนวแกน ดังแสดงในตัวอยางรูป 6.15 d รูปที่ 6.15 Component Forces Diagram สัดสวนของแรง (Load Ratio) Required Force = 100 % Theoretical Force กระบอกสูบไมควรจะมี Road Ratioสูงกวา 85% และหากมีการปรับแตงความเร็ว หรือแรงที่ตองการก็ควรอยูในชวง 60- 70%
International Training - 56 - ตารางที่ 6.1 จะไดคา Load Ratio สําหรับกระบอกสูบขนาดตั้งแต 25 ถึง 100มม. พรอมทั้งสัมประสิทธิ์การเสียดทาน โดยใช ความดันที่ 5บาร 60o 45o 30o Cyl. Horizontal Dia Mass (kg) Vertical μ0.01 μ0.2 μ0.01 μ0.2 μ0.01 μ0.2 μ0.01 μ0.2 25 100 50 25 12.5 - - - 51.8 - - (87.2) 43.6 - - (96.7) 48.3 - - 71.5 35.7 - - 84.9 342.5 - - 50.9 25.4 - - 67.4 33.7 4 2.2 1 0.5 80 40 20 10 32 180 90 45 22.5 - - - 54.9 (95.6) 47.8 - - - 53 78.4 39.2 - - (93.1) 46.6 - - 55.8 27.9 - - 73.9 37 4.4 2.2 1.1 0.55 - 43.9 22 11 40 250 125 65 35 - - - 54.6 - - - 47.6 - - - 52.8 - - 72.4 39 - - (86) 46.3 - (99.2) 51.6 27.8 - - 68.3 36.8 3.9 2 1 0.5 78 39 20.3 10.9 50 400 200 100 50 - - - 50 87 43.5 - - (96.5) 48.3 71.3 35.7 - - 84.8 42.4 - 50.8 25.4 - - 67.3 33.6 4 2 1 0.5 79.9 40 20 0 63 650 300 150 75 - - (94.4) 47.2 82.3 41.1 - - (91.2) 46.5 67.4 33.7 - - 80.1 40.1 48 24 - - 63.6 31.8 4.1 1.9 0.9 0.5 81.8 37.8 18.9 9.4 80 1000 50 250 125 - - (97.6) 48.8 85 42.5 - - (94.3) 47.1 69.7 34.8 - - 82.8 41.4 49.6 24.8 - - 65.7 32.8 3.9 2 1 0.5 78.1 39 19.5 9.8 100 1600 800 400 200 - - - 50 (87) 43.5 - - (96.5) 48.3 71.4 35.7 - - 884.4 42.2 50.8 25.4 - - 67.3 33.6 4 2 1 0.5 79.89 40 20 10 ตารางที่ 6.1 สัดสวนของโหลด ที่ความดัน 5 บาร
International Training - 57 - ในทางปฏิบัติเพื่อใหถูกตองในการเลือกขนาดของกระบอกสูบ จะตองรูเงื่อนไขตาง ๆ ที่เปลี่ยนแปลงไปที่มีผลตอ กระบอกสูบเพื่อความสะดวก ตารางที่ 6.2 จะแสดงน้ําหนักของโหลดในหนวย kg. Load Ratio 85% และความดันเปน 5 บาร Vertical 60o 45o 30o Cylinder. Horizontal Dia μ: 0.01 0.2 0.01 0.2 0.01 0.2 0.01 0.2 25 21.2 24.5 22 30 25 42.5 31.5 2123 106 32 39.2 45 40.5 54.8 46.2 77 58.2 3920 196 40 54.5 62.5 56.4 76.3 64.2 107 80.9 5450 272.5 50 85 97.7 88 119 100.2 167.3 126.4 8500 425 63 135 155 139.8 189 159.2 265.5 200.5 13500 675 80 217.7 250 225.5 305 256.7 428 323.5 21775 1089 100 340.2 390.5 390.8 352 476.2 669.25 505.5 34020 1701 ตารางที่ 6.2 โหลดที่เหมาะสม/ตามไดอะแกรมขนาดเสนผานศูนยกลางกับมุม การควบคุมความเร็ว (Speed Control) การควบคุมความเร็วของกระบอกสูบที่มี Load Ratioต่ําจะใหผลดีกวา Load Ratio สูง การควบคุมความเร็วของ กระบอกสูบสามารถกระทําไดสองลักษณะคือ การควบคุมลมเขา หรือการควบคุมลมออก โดยการควบคุมลมเขาเหมาะกับ กระบอกสูบขนาดเล็ก และควบคุมลมออกจะเหมาะกับกระบอกสูบขนาดใหญ และกรณีที่ควบคุมความเร็วคงที่ควรใช Load Ratio ประมาณ 75% แรงตอหนวยเวลา = (kg • m)/s2 ความเรง = m/s2 ตัวอยาง: น้ําหนักของโหลด 100กก. ความดันใชงาน 5 บาร, กระบอกสูบเสนผานศูนยกลาง 32 มม. เคลื่อนที่ในแนวนอน สัมประสิทธิ์เสียดทาน 0.2 แรงทางทฤษฎีเปน 401.2 นิวตัน วิธีการ : จากตารางที่ 6.1 ที่มวล 90 กก. Load Ratio เปน 43.9% ดังนั้นที่มวล 100 kg. จะมีคา Load Ratio เปน 43.9% 43.9 100 = 48.8% 90 แรงที่โหลดคือ 48.8% ของ 401.2 N = 196 N คิดประสิทธิภาพของกระบอกลมที่ 95%, 95-48.80% = 46.2%ของแรงสําหรับความเรงของโหลดคือ 185.7 N ความเรง 185.7 kg m s -2/100 kg.= 1.857 m•s-2 ถาปราศจากการควบคุมความเร็วเชิงทฤษฎีมีคาประมาณ 2 m/s
International Training - 58 - Air Flow and Consumption (อัตราการสูญเสียลม) ปริมาณลมอัดสําหรับกระบอกลมแบงได สองชนิดดวยกันคือ 1. ปริมาณลมอัดที่ใชเฉลี่ยตอชั่วโมงการทํางานหรือในขณะนั้น(อัตราการไหล)เพื่อใหทราบถึงปริมาณ ลมอัดในชวงเวลาสูงสุดต่ําสุด 2. ปริมาณลมอัดที่ใชปริมาณการใชสะสม ใชสําหรับนําไปคํานวณคาใชจายสําหรับปมลมที่นํามาผลิตลม อัด และนําลมอัดไปใชไดจริง = พื้นที่ลูกสูบ x ระยะชัก x จํานวนระยะชักตอนาที x ความดันสัมบูรณ(bar) (Piston areaStroke lengthnumber of single strokes per minute absolute pressure in bar) รูปที่ 6.16 อัตราการสูญเสียในเชิงทฤษฎี สามารถคํานวณหาคาไดจากสมการตอไปนี้ D (m) D (m) (p + 1.013)Stroke (m) n (strokes / min)103 (l / min) หรือ 4 D (mm) D (mm) (p+ 1.013)Stroke (mm)n (strokes / min) • 10-6 (l / min) 4
International Training - 59 - การสูญเสียลมสําหรับทอลม ระหวางวาลวลมกับกระบอกลมสามารถหาไดจากวาลวและกระบอกลมดังสมการ Inner Tube diameter(mm) x Inner Tube diameter(mm) x Tube Length(mm) x Gauge Pressure in MPa(0.1 bar) สวนตาราง 6.3แสดงอัตราการสูญเสียลมในเชิงทฤษฎีในหนวยลิตรตอ100มม.ของระยะชัก สําหรับกระบอกลม เสนผานศูนยกลาง 20มม. ถึง 100มม. และความดัน 3 ถึง 7 บาร Working Pressure in bar(litre) Piston dia. 3 4 5 6 7 20 0.124 0.155 0.186 0.217 0.248 25 0.194 0.243 0.291 0.340 0.388 32 0.319 0.398 0.477 0.557 0.636 40 0.498 0.622 0.746 0.870 0.933 50 0.777 0.971 1.165 1.359 1.553 63 1.235 1.542 1.850 2.158 2.465 80 1.993 2.487 2.983 3.479 3.975 100 3.111 3.886 4.661 5.436 6.211 ตารางที่ 6.3แสดงอัตราการสูญเสียลมในเชิงทฤษฎีในหนวยลิตร/100มม. ตัวอยาง1 : จากขอมูลคาพลังงานตอชั่วโมงของกระบอกลมแบบสองทางที่ เสนผานศูนยกลาง 80 มม. ความยาวชวงชัก 400 มม. ทํางาน 12 ครั้งตอนาที ที่ความดัน 6 บาร จากตาราง 7.3 จะเห็นไดวา เสนผานศูนยกลางกระบอกลม 80มม. ใชปริมาณลม 3.5 ลิตรตอ 100มม. โดยประมาณ ดังนั้น Q x 400 มม. st x จํานวนระยะชักตอนาที x ไปและกลับตอระยะชัก 100 มม. st. = 3.5 x 4 x 24 = 336 l/min จากกราฟและประสิทธิภาพโดยรวมเราจะพบวาปริมาณการใชกระแสไฟฟา 1 kw สําหรับ 0.12-0.15 m3 /minที่ ความดัน 7 bar มาเปน 1 m3 n /min เราจะไดปมลมขนาด 8 kw เมื่อเรานําไปคํานวณ 1 kw . hr ประมาณ 5 c จะได 5 c x 8 kw = 40 c/hr. จากตัวอยาง 0.336 m3 n /min • 40 c/hr = 13.4 c/hr 1 m3 n /min กระบอกลมทั้งหมดในเครื่องจักร สามารถคํานวณดวยวิธีการนี้ เพื่อหาปริมาณลมและคาใชจาย โดยมีขอควรใช ดังนี้ คาปริมาณลมอัดนอกเหนือจากจากตารางที่ให ไมไดรวมระยะจากขอตอ ทอลม ถึงวาลวทํางาน การเปลี่ยนแปลงพลังงานไมรวมการสูญเสีย จากลมรั่ว จากเครื่องมือวัด
International Training - 60 - สําหรับการเลือกขนาดสําหรับวาลวลมที่ใชสําหรับกระบอกลมตัวเดี่ยว เราสามารถเลือกตามขนาดอัตราการไหล สูงสุด ซึ่งจะแสดงใหเห็นความเร็วสูงสุดของกระบอกลม ปริมาณลมสูงสุดที่ไหลผานที่ทําใหกระบอกลมเคลื่อนที่ เพื่อนําไป เลือกชุด FRLตอไป สวนความสูญเสียทางดานความรอน ในเรื่องคุณสมบัติของกาซ (adiabatic change)เราจะพบวาเกิดการ เปลี่ยนแปลงตามทฤษฎีของ Boylep x V= คาคงที่ เปน p x V k = คาคงที่ ซึ่งคา k สําหรับลมอัดมีคา 1.4 สวน ตาราง 6.4อธิบายถึงการเพิ่มสําหรับคาคงที่ โดยสัดสวน isothermic/adiabatic compression Pabs 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 cr isothermic 0.987 1.987 2.974 3.961 4.948 5.935 6.923 7.908 8.895 9.882 cr adiabatic 0.991 1.633 2.178 2.673 3.133 3.576 3.983 4.38 4.749 5.136 factor 1 1.216 1.365 1.482 1.579 1.66 1.738 1.8 1.873 1.924 ตาราง 6.4 Isothermic/Adiabatic Correction Factors การชดเชยตามที่ปรากฏตามความสัมพันธกับการเปลี่ยนแปลง ทําใหความยุงยาก จากทฤษฎีการไหลมีการคูณ ทางดานแฟกเตอร 1.4 แทนคาเฉลี่ยที่ไดจากการทดสอบ ดังแสดงในรูปคาจะนอยกวาในทฤษฎี โดยที่คาการเปลี่ยนแปลง ทั่วไปไมถึง 100 % adiabatic ตาราง 6.5 แสดงขอมูลของตาราง 6.3 แตเปนขอมูลที่รวมคาแฟกเตอร Piston Diameter Air Consumption in litres/100 mm stoke(Working Pressure bar) (mm) 3 4 5 6 7 20 0.174 0.217 0.260 0.304 0.347 25 0.272 0.340 0.408 0.476 0.543 32 0.446 0.557 0.668 0.779 0.890 40 0.697 0.870 1.044 1.218 1.391 50 1.088 1.360 1.631 1.903 2.174 63 1.729 2.159 2.590 3.021 3.451 80 2.790 3.482 4.176 4.870 5.565 100 4.355 5.440 6.525 7.611 8.696 ตาราง6.5 การเปลี่ยนแปลง Adiabatic Correction Factor เพิ่มเติมจากตาราง 6.3 ตัวอยาง 2 :กระบอกลมเสนผานศูนยกลาง 63 มม. ระยะชัก 500มม. ที่ความดัน 6 บาร ใชปริมาณลม 15ครั้งตอนาที Q = 1.4 x (63 มม.)2 x ¶ x 500 มม. x 30ครั้งตอนาที x 6 บาร + 1.023บารx 10-6 มม 3 /ลิตร 4 1.013บาร = 453.195ลิตรตอนาที จากการใชตารางเราจะพบวา 3.021 ลิตรตอ 100มม.ระยะชัก โดยใชตัวคูณ 5 จะได 3.021 x5 x 30 ครั้งตอนาที=453.15 ลิตรตอนาที
International Training - 61 - 6.2 อุปกรณทํางานในแนวหมุน (Rotary Actuator) 6.2.1. แบบเฟองตรงและเฟองสะพาน Rack and Pinion Type อุปกรณทํางานแบบนี้จะใชลูกสูบสงกําลังผานเฟองสะพานที่ตอยูภายใน เมื่อเคลื่อนที่จึงไปขับเฟองตรงที่อยูใน แนวเสนรอบวงใหหมุนทํางาน ซึ่งมุมมาตรฐานที่นํามาใชกันจะเปน 90oหรือ180o ปจจุบันไดทําการปรับปรุงและสามารถ ทํามุมไดถึง 360o หมุนไปและหมุนกลับ รูปที่ 6.17 อุปกรณทํางานแบบเฟองตรงและเฟองสะพานเพื่อใชในแนวเสนรอบวง 6.2.2. Vane Type Rotary Actuators อุปกรณทํางานชนิดนี้นี้จะใชใบพัดเปนตัว ขับแกนเพลา โดยการทีทําการปองกันการรั่วโดยใช ซีลกันการรั่วจากหอง โดยทั่วไปที่พบมักจะเปนการ หลอซีลขึ้นรูป นอกจากนั้นแลวในสวนที่เปนสวนที่ ใชในการหยุดใบพัดกับเพลาก็จะเปนยาง มุมของ การหมุนที่พบดังนี้90o , 180oหรือ 270o นอกจากนั้นแลวในบางรุนยังสามารถที่จะทําการ ปรับมุนในการหมุนเพื่อใหเหมาะสมกับการใชงาน ไดเชนกัน รูปที่ 6.18 อุปกรณทํางานแบบใบพัด(Vane)
International Training - 62 - ก. ขนาดของ อุปกรณแบบหมุน Rotary Actuator) กําลังบิด(Torque)และความเฉื่อย(Inertia) กระบอกลมในแนวเสนตรงที่มีกันกระแทรกแบบลมที่ใชในการลดความเร็วของกระบอกลมที่มาปะทะเพื่อ ปองกันความเสียหายที่เกิดขึ้นนั้น แตเราสามารถนํากันกระแทรกที่นํามาคํานวณในการเคลื่อนไหววัตถุจาก = ½ mv2 ซึ่งสวนสําคัญที่นํามาคํานวณสําหรับโหลดก็มีความเสียดทาน และความเร็วที่สูง จึงเปน เรื่องสําคัญมากเพื่อใหเรา ทําความเขาใจถึงโหลดไดอยางถูกตองมากชึ้น เพื่อนําไปใชสําหรับหยุดน้ําหนักโหลดโดยปราศจากกันกระแทรก สําหรับ งานที่มีอยูในลักษณะการหมุนนี้ โดยจะอธิบายถึงพลังงานที่ตองใชและควรทําความเขาใจ รูปที่6.19 แสดงเกี่ยวกับโมเมนความเฉื่อยเพื่อใชในการคํานวณในลักษณะชิ้นงานตาง ๆ
International Training - 63 - เพื่อใหทราบถึงกําลังบิดที่ไดของโหลด นําไปแทนคาเพื่อหาคากําลังของโหลดตอพื้นที่หรือระยะในแนวการหมุน ตามสมการดังนี้ J = m • r2 • (kg • m2 ) สําหรับการหมุนนั้นทําใหเกิดการลื่นไถลของอุปกรณ ไมสมดุลกัน ตัวอยางดังรูป 6.19k แสดงใหเห็นความเฉื่อยที่ เกิดกับแขนสองดานไมเทากันในรูปแบบของเหลี่ยมของระยะทางกับจุดศูนยถวงของการหมุนของแกน สวนรูปที่ 6.20aแสดงใหเห็นเมื่อน้ําหนักไปหยุดที่ตําแหนงของตัวลดพลังงานกอนหยุด(Shock absorber) ซึ่งหาง จากแกนที่หมุนอยูที่ปลาย กับตําแหนงรูป 6.20b ซึ่งใกลกวา การหยุดในตําแหนงนี้สามารถทําไดแตจะเกิดแรงตานสูงแตเรา สามารถจะทําไดหากเปนจะที่เคลื่อนยายยอมรับได รูปที่ 6.20การหยุดของแขนหมุนทําใหเกิดแรงตาน ความเฉื่อยสําหรับการหมุนตัววัตถุคือการเคลื่อนยายมวล คือถึงการเคลื่อนไหวเชิงเสน.พลังงานคือ จํากัดความ โดยความเร็วของมันสําหรับการหมุนตัว,ความเร็ว คําจํากัดความโดยความเร็วเชิงมุม ω,แสดงในหนวย rad/secดังรูป 6.21ภาพประกอบ รูปที่ 6.21 นิยามของความเร็วเชิงมุม
International Training - 64 - ข. ความเร็วเฉลี่ยและความเร็วสูงสุด วาถึงกันกระแทรกสําหรับการเคลื่อนไหวเชิงเสน,สําหรับสูงที่สุด ยอมใหถึงการหยุดกระบอกลมแบบเสนรอบวง นี้เราจะพิจารณาความเร็วสุดทาย อัตราเรงโดยการอัดอากาศถาไมมีการจํากัดเฉพาะโดยหลัง-กอน-การแนใจอาจจะพิจารณา ถึงเกือบคาคงที่ที่ศูนยเริ่มตนการเคลื่อนไหวและเพิ่มขึ้นเปนสองเทาของความเร็วเฉลี่ย(ตอเวลา)ที่สิ้นสุดของระยะ สําหรับ การเคลื่อนไหวนิวแมติกสเร็วการคํานวณใหพื้นฐานสองเทาของความเร็วเฉลี่ยดังรูปที่6.22. รูปที่ 6.22 ความสัมพันธความเร็วเฉลี่ยและความเร็วสุดทาย
International Training - 65 - 6.3 อุปกรณการทํางานพิเศษ (Special Actuators) 6.3.1กระบอกลมแบบล็อคตําแหนงได (Locking Cylinder) กระบอกลูกลมแบบนี้จะติดตั้งหัวจับไวที่บริเวณสวนหัวซึ่งเอาไวจับกานสูบสามารถใหหยุด ณ ตําแหนงใดๆ ก็ได การล็อคจะใชการทํางานทางกล เพื่อความปลอดภัย แมแตในกรณีมีความดัน หรือกรณีเครื่องจักรมีปญหา ก็จะล็อคแนน รูปที่6.23 กระบอกลมชนิดสามารถล็อคตําแหนงได 6.3.2กระบอกลมไรกาน (Rodless Cylinders) - กระบอกลมแบบไรกานชนิดแมเหล็กในการเคลื่อนที่(With magnetic coupling, unguided) รูปที่ 6.24 กระบอกลมไรกาน กระบอกลมแบบนี้กานสูบจะอยูกับที่ตัวที่เคลื่อนที่คือ กระบอกภายนอก หลักการทํางานของกระบอกสูบแบบนี้ กลาวคือ ภายในกานสูบจะมีลูกสูบซึ่งมีแมเหล็กเปนสวนประกอบ และที่กระบอกภายนอกก็จะมีแมเหล็กถาวรติดอยู เชนเดียวกันซึ่งมีขั้วตรงกันขาม เปนผลใหลูกสูบภายในกานสูบ และกระบอกสูบดูดติดกันดวยอํานาจแมเหล็ก ดังนั้นเมื่อใส ความดันลมเขากานสูบลูกสูบภายในกานสูบเลื่อนก็จะทําใหกระบอกภายนอกเคลื่อนที่ไปดวย
International Training - 66 - กําลังที่มีใหจากแมเหล็กถาวรชนิดคู ทั้งในลูกสูบและที่เสื้อสูบ ของกระบอกลมไรแกนนี้มีขอจํากัด โดยแมเหล็กจะ สงวนกําลังไมเกินแรงที่ดูดไดปกติ สามารถใชความดันไดถึง 7 บาร เวนแตใชงานแบบไดนามิกจะทําใหเกิดแรงกระแทรก สูง ทําใหแตกหักเสียหายได การเคลื่อนไหวแนวตั้งไมแนะนํานอกจากขอบความปลอดภัย ขึ้นอยูกับขอจํากัดของผูจําหนาย คือเพื่อนําไปใชประโยชน เมื่อดูระหวาง ชุดพาและชุดโหลด Fo ไมไดอยูบนเสนแกนเดียวกัน คือระยะที่เยี่ยงศูนยแนนอน ซึ่งระยะ lo ในรูป เปนระยะที่อนุญาติใหรับโหลด นอยลง จากขอมูลผูขายแนะนําสําหรับการประกอบแลวเกิดการเยี่ยงศูนยอาจทําใหเกิดความ เสียหายสําหรับชุดพากระบอกลมไรแกนได รูปที่ 6.25 ความสัมพันธของกระบอกลมไรแกนกับการพาโหลด รูป6.26แสดงโดยชนิดไกดของกระบอกลมไรกานแบบที่เปนแมเหล็ ระหวางลูกสูบและชุดพา รูปที่ 6.26 กระบอกไรแกนแบบแมเหล็กที่มีไกด 6.3.3กระบอกลมไรแกนแบบแมคคานิกส กระบอกลมแบบนี้จะประหยัดพื้นที่ในการติดตั้งมากกวากระบอกสูบแบบสองทางธรรมดานอกจากนี้ก็ยังมีแบบที่ มีไกด ดังรูปขึ้นอยูกับชนิดของไกด ใชปญหาที่พบของการรับโหลดดานขาง สามารถแกใขโดยการใชลูกปนชนิดทรงกลม มาแกปญหา สวนการรับโหลดดานขางและระยะชักยาวๆ นั้น ขึ้นอยูกับความละเอียดของไกดรับแรง อยางไรก็ตามควรมี ระยะสําหรับพิกัดดานขางสําหรับความตานทาน สําหรับระยะชักที่ยาวควรมีแฟกเตอรของแรงมาเกี่ยวของ ใหทําการจับยึด จุดยึดตามระยะที่ผูผลิตไดใหคําแนะนําการใช เรียกจุดยึดนี้วาจุดยึดดานขาง
International Training - 67 - 6.3.4กระบอกสูบแบบไรกานชนิดอาศัยแม็กคานิกส (Guided, with mechanical coupling) รูปที่ 6.27 กระบอกลมไรกานแบบแมคคานิกส 6.3.5กระบอกลมแบบสองแกน(Slide Units) อุปกรณทํางานแบบนี้สวนมากจะใชในอุตสาหกรรมประกอบชิ้นสวนเครื่องจักร ใชเปนสวนประกอบของลักษณะ งานแบบหุนยนต รูปที่ 6.28 สําหรับงานที่ตองการความเที่ยงตรง ในแนวขนาน หรือที่มีการเคลื่อนที่ที่ตองการเปนเสนตรงกระบอกลชนิดนี้จะ ทําใหการเคลื่อนในสวนนี้เปนไปดวยความราบเรียบสม่ําเสมอ โดยที่เราสามารถใชงานใหกระบอกลมมีการจับยึดที่เสื้อก็ไดในรูป b ใหอยูกับที่แกนเคลื่อนไปมาไดสวนในรูป c เราสามารยึดกระบอกลมใหหัวทายอยูกับที่ โดยที่เสื้อเคลื่อนที่ไปมาได โดยทั้งสองวิธีเราสามารถที่จะทําการยึดหรือ ใชจุด ตอชองสําหรับเกลียวลมใชงานไดหลายวิธี
International Training - 68 - 6.3.6กระบอกลมแบบกานกลวง (Hollow Rod Cylinder) กระบอกสูบแบบนี้ถูกออกแบบมาใชในงาน Pick and Place โดยที่กานสูบสามารถตอโดยตรงเขากับจุดสราง สุญญากาศ รูปที่ 6.29 กระบอกลมกานกลวง 6.3.7กระบอกลมแบบเสนตรงรวมกับกระบอกลมแบบหมุน(Rotating Cylinder) โดยการนําเอากระบอกลมแบบเสนตรงมาประกอบกับกระบอกลมที่หมุนในแนวเสนรอบวง โดยที่แขนการหมุน สามารถที่หมุนกอนหรือหลังหรือพรอมๆ กันกับการที่กระบอกแบบเสนตรงเคลื่อนที่ เหมาะสําหรับงานจับเคลื่อนยาย ชิ้นงาน รูปที่ 6.30 กระบอกลมแบเสนตรงรวมกับกระบอกลมแบบหมุน
International Training - 69 - 6.3.8กระบอกลมแบบมือจับชิ้นงาน (Air Chuck, Gripper) อุปกรณทํางานประเภทนี้ถูกออกแบบมาใชสําหรับเปนมือจับของแขนหุนยนตในงานอุตสาหกรรม รูปที่ 6.31 กระบอกลมแบบมือจับชิ้นงาน ตัวอยาง: การประยุกตใชงานในอุตสาหกรรม รูปที่ 6.32ตัวอยางการใชกระบอกลมแบบมือจับชิ้นงานและแบบเสนตรงพรอมกับกระบอกลมแบบหมุน
International Training - 70 - บทที่ 7 วาลวเปลี่ยนทิศทางลมอัด Directional Control Valve 7.1 หนาที่ของวาลว (Valve Function) วาลวเปลี่ยนทิศทางลม จะทําหนาที่เปลี่ยนทิศทางลมจากจุดที่จะตอไปใชงานซึ่งอาจจะปลอยลม หรือปดลม แลวแตวาลวแตละตัว หรือการนําไปใชงาน โดยที่การเปลี่ยนแปลงดังกลาวนี้จะเกิดขึ้นภายในตัววาลว การเรียกชื่อวาลวจะ ขึ้นตนดวยจํานวนจุดหลังรูตอลม, จํานวนตําแหนงในการทํางาน, ตําแหนงปกติ และวิธีการในการเลือกวาลว วาลวเปลี่ยน ทิศทางลมที่ใชในระบบนิวแมติกสตามมาตรฐาน ISO/AS สามารถแสดงใหเห็นไดในตารางตอไปนี้ ตาราง 7.1สัญลักษณวาลว รายละเอียดและการใชงาน
International Training - 71 - Directional Control Valves Poppet Valves Sliding Valves Spool Valve Rotary Valve Plane Slide Valves Elastomere Seal Metal Seal 7.2การกําหนดจุดตอของวาลว ตารางตอไปนี้จะแสดงการใชตัวอักษร ตัวเลขที่กําหนดอยูบนตัววาลว Supply NC output NO output Exhaust of NC Exhaust of NO Pilot for NC Pilot for NO P A B R S Z Y P A B R 1 R 2 Z Y P A B E A E B P A P B 1 4 2 5 3 1 4 1 2 ตารางที่ 7.2 จุดตอสําหรับวาลวมาตราฐาน ISO5599 7.3 ชนิดและโครงสรางของวาลว วาลวเปลี่ยนทิศทางลมโดยทั่วไปหากแบงประเภทออกตามโครงสรางสามารถแบงออกไดเปน 2 กลุมดวยกันคือ วาลวแบบนั่งบา (Poppet Valve) และวาลวแบบสไลด (Slide Valve) รูปที่ 7.1 การแบงประเภทของวาลวตามโครงสราง
International Training - 72 - 7.3.1 วาลวแบบนั่งบา (Poppet Valve) วาลวที่มีโครงสรางแบบนี้จะควบคุมทิศทางโดยใชแผนชีส หรือลูกบอล วาลวที่มีโครงสรางแบบนี้ปญหาชีลชํารุด จะมีนอยกวาแบบอื่นแตแรงที่ใชในการเลื่อน หรือเปลี่ยนตําแหนงวาลวคอนขางมาก รูปที่ 7.2 แสดงโครงสรางของวาลวแบบนั่งบา ตัวอยาง วาลว 3/2 ปกติปดสั่งงานทางกล และเลื่อนกลับตําแหนงปกติดวยสปริง รูปที่ 7.3 โครงสรางและหลักการทํางานของวาลว 3/2 ปกติปด จากรูป A คือสภาวะปกติลมจาก Pไมสามารถผาน A และ R ตอถึงกัน รูป B คือสภาวะทํางานเมื่อวาลวโดนกดลม จาก P สามารถผานไป A ได และ R ถูกปด ISO Symbol รูปที่ 7.4 แสดงโครงสรางของวาลวที่สามารถตอลมได 2 ทิศทาง วาลว 3/2สามารถตอในลักษณะการทํางานบางแบบเปนแบบปกติปดหรือปกติเปดได เชน N.Oสามารถใชความ ดันต่ําสลับกลับความดันสูงไดหรือกลับดวยสปงสามารถนํามาใชเรื่องความปลอดภัยหรือวงจร A P R
International Training - 73 - 7.3.2วาลวลูกสูปเลื่อน(Sliding Valves) วาลวที่อาศัยการเคลื่อนที่ เปนแบบเคลื่อนที่ในแนวระนาบหรือแนวนอน เชน Spool, Rotaryและแบบแผนเลื่อน จะใชการเลื่อนปด และเปดรูลม ก. Spool Valve ลักษณะโครงสรางของวาลวแบบนี้ อาศัยแกนลูกสูบเคลื่อนที่ผานชองของหองโดยที่ลมอัดจะไหลผานไปทาง ดานขวาของหอง คือชอง B และมีการทําใหลมสมดุลยภายในหอง เมื่อมีการเคลื่อนที่ลูกสูบภายในจากลมอัดก็จะทําใหแกน ถูกเคลื่อนเปลี่ยนทิศทางการไหลของลมไปสูดานซายในชอง A แทน แบงออกได 2 ชนิด 1. Elastomer seal Elastomer Seal หรือซีลที่ยืดหยุนได แสดงอยูในรูปที่ B, C และ 7.5 ในรูปที่ 7.15 O-ring จะติดอยูในชวงบน Spool และเคลื่อนไปดานในตัวโครงสราง มีทั้งแบบที่ยึดติดกับตัวแกนลูกสูบ ชนิดที่ยึดติดกับโครงสราง ชนิดที่หลอติดกับแกน ลูกสูบ รูปที่ 7.5 Spool Valve with O-ring รูปที่ 7.6 ซีลจะติดตั้งอยูกับตัววาลว(Spool Valve with Sleeve) รูป 7.7 จะแสดง Spool with Oral Rings(ซีลชนิดหลอขึ้นรูป) ซึ่งซีลแบบนี้จะมีแรงเสียดทานนอย
International Training - 74 - 2. Metal Seal โครงสรางของวาลวแบบนี้จะทําดวยโลหะที่ลูกสูบ(Spool)และโครงสรางจะตองเหมาะสมเพื่อใหความเสียดทาน มีคานอยที่สุด ระยะระหวาง Metal Spoolและ Sleeve Valve ประมาณ 0.003มม. มีสัดสวนการรั่วภายในประมาณ หนึ่งลิตร ตอนาที ในบางครั้งไมเหมาะสําหรับวาลวชนิด 5/3ปกติปด รูปที่ 7.8 โครงสรางของ Sealless Spool และ Sleeve Valve 7.3.3. วาลวแบบแผนเลื่อน (Plane Slide Valve) การควบคุมทิศทางลมจะใชแผนเลื่อนในการควบคุม ซึ่งอาจนํามาจากแผนโลหะไนลอน หรือพลาสติก รูปที่ 7.9 วาลว 5/2แบบแผนเลื่อน
International Training - 75 - 7.3.4. วาลวแบบหมุน (Rotary Valve) ชองตอลมสําหรับแผนเลื่อนจะมีการตอถึงกัน ใหความดันจากดานหนึ่งไปสูอีกดานหนึ่ง ซึ่งมีการรั่วที่ผิวเล็กนอย เมื่อมีความดันสูงที่แผนเลื่อน รูปที่ 7.10วาลเลื่อนแบบแผนหมุนในตําแหนงปกติปด 7.4 การสั่งงานวาลว การกระทําทางกลในการทํางานที่เปนระบบก็มักจะใชวาลวที่เลื่อน หรือเปลี่ยนตําแหนงดวยวิธีนี้ 7.4.1การสั่งงานทางกล(ดวยแมคคานิกส) การทําใหเครื่องจักรเคลื่อนที่เปนไปอยางอัตโนมัติ ใหสั่งงานใหวาลวสามารถเปดปด สั่งงานเปนจังหวะตามรอบ ของเครื่องจักร การสั่งงานโดยตรงดังรูป 7.11 รูปที่ 7.11 ชนิดที่ทํางานทางกล
International Training - 76 - ขอควรพิจารณาในการใชRoller Levers Valve ในการใช Roller Levers Valveการติดตั้งไมควรติดตั้งไวสุดระยะขั้วโดยตรง และควรทํามุมประมาณ 30องศา รูปที่ 7.12คําแนะนําสําหรับการติดตั้ง 7.4.2การเลื่อนโดยใชเครื่องมือหรือกลามเนื้อ สวนมากใชในการสั่งเริ่มตนการทํางาน หยุดการทํางาน การหยุดฉุกเฉิน ในทองตลาดปจจุบันมีใหเลือกอยูมากมาย หลายรูปแบบขึ้นอยูกับลักษณะการใชงาน รูปที่ 7.13 ชนิดแบบปุมกด รูปที่ 7.14 ชนิดที่เปนลูกบิด
International Training - 77 - 7.4.3การเลื่อนโดยใชลมตรงในการเลื่อนตําแหนง วาลวที่ใชลมเลื่อนโดยสวนมากจะเปนวาลวหลัก หรือวาลวที่ใชในการควบคุมการทํางานของกระบอกลม หรือ อุปกรณทํางานในระบบนิวแมติกส รูปที่ 7.15 3/2 Piloted Valve and Air Assited Spring Ruturn ตัวอยาง วาลว 3/2 ปกติปดเลื่อนการทํางานดวยลม และตําแหนงปกติเปดดวยลม (3/2 Piloted Vale with Air Return) รูปที่ 7.16 3/2 Pilot Valve with Air Return ตัวอยาง วาลว 5/2 เลื่อนการทํางานดวยลมทั้งสองดาน (Bistable Double Piloted 5/2 Valve) รูปที่ 7.17 5/2สั่งงานดวยลมทั้งสองดาน(Bistable Double Piloted 5/2 Valve) หมายเหตุ : วาลวแบบนี้อาจเรียกอีกอยางหนึ่งวา Memory Valve
International Training - 78 - 7.4.4วาลวที่ใชลมชวยในการเลื่อนตําแหนง การใชแรงเลื่อนวาลวโดยตรงจะใชแรงสูงกวาวาลวที่ใชลมชวยในการเลื่อนวาลว ดังนั้นไดมีการออกแบบวาลว ลมชวยเพื่อทําใหลดแรงที่ใชในการกระทํากับวาลวลมเมื่อมีขนาดใหญขึ้น รูปที่ 7.18 สั่งงานโดยทางออมชวยในการกดออกแรงเลื่อน 7.4.5วาลวที่ใชไฟฟาชวยในการเลื่อนตําแหนง (Solenoid Valve) ในระบบที่ใชอุปกรณไฟฟา หรืออิเลคทรอนิคสควบคุมการทํางานแนนอนวาการเลื่อนวาลวจะตองใชไฟฟาซึ่ง เรียกวา “โซลินนอยดวาลว” ก็ได รูปที่ 7.19 2/2หรือ 3/2 สั่งงานดวยโซลินอยด(คอยล)
International Training - 79 - ในขดลวดโซลินนอยดจะมีแกนเหล็กออน เมื่อใสไฟที่โซลินนอยดจะเกิดเปนอํานาจแมเหล็กดูดแกนเหล็กขึ้น ดานบนทําใหวาลวเปลี่ยนตําแหนง และเมื่อตัดไฟแกนเหล็กจะถูกปลอยกลับตําแหนงเดิมโดยสปริง โซลินนอยดวาลว 5/2 ที่เลื่อนดวยไฟฟาโดยตรง และเลื่อนกลับตําแหนงปกติดวยสปริงแสดงใหเห็นโครงสราง ภายในรูปที่ 7.20และจากรูปจะเปนแบบ Sealless Lapped Spool และ Sleeve Type ซึ่งจะใหแรงเสียดทานที่นอยมาก รูปที่ 7.20 การสั่งงานตรงดวยคอยล เพื่อเปนการลดขนาดของโซลินอยด และประหยัดกระแสไฟฟา จึงมีการพัฒนาโดยการใชลมชวยในการทํางาน รูปที่ 7.21 5/2สั่งงานทางออมดวยลมโดยใชโซลีนอยดกลับดวยสปง วาลว 5/3ตําแหนงกลางซึ่งเปนตําแหนงปกติปดเลื่อนดวยโซลินอยดทั้งสองดาน ดังแสดงในรูปที่ 7.22 รูปที่ 7.22 5/3สั่งงานทางออมดวยลมโดยใชโซลีนอยดกลับดวยสปงทั้งสองดาน
International Training - 80 - 7.5 การติดตั้งวาลว การตอตรง เปนวิธีการที่ธรรมดาที่สุดของการตอขอตอเขาที่มีวาลวโดยตรง โดยมีขอตอที่จะตอเขากับกระบอกสูบ ตําแหนงตัวจายลมเขากับตัววาลว และตัวเก็บเสียงซึ่งติดตั้งที่รูระบาย ดังรูปที่ 7.20 เปนการติดตั้งวาลวบนฐานซึ่งเรียกวา Sub Base Manifolds : 7.5.1ฐานสําหรับวาลวหลายตัวชนิดเกลียว(Manifolds) จะเปนฐานที่ใชสําหรับติดตั้งตัววาลว โดยจะมีแหลงจายลมเขาและรูระบายลมออกรวมกัน แตรูที่จะตอไปใชงาน แยกอยูที่วาลวแตละตัวโดยที่วาลวที่นํามาติดตั้งอาจจะตางกันก็ได เชน 5/3 หรือ 5/2 เลื่อนดวยโซลินนอยดดานเดียว หรือ สองดานก็ได ดังตัวอยางในรูปที่ 7.23 รูปที่ 7.23 โซลินอยดวาลววางอยูบนฐานรวมกันชนิดที่ใชวาลวเปนชองตอไปใชงาน 7.5.2ฐานสําหรับวาลวหลายตัวชนิดใชสําหรับฐานวางเทานั้น(Multiple Sub Bases) จะมีลักษณะคลายกับ Manifoldsกลาวคือ จะมี แหลงจายลมเขารวมกัน รูระบายลมออกรวมกัน สวนรูที่จะ นําไปใชงาน หรือควบคุมการทํางานของกระบอกสูบจะวาง ไวอยูที่ฐานของวาลวเพื่องายตอการถอดประกอบวาลว กับ อุปกรณเมื่อตองการเปลี่ยน ดังแสดงในรูปที่ 7.24 รูปที่ 7.24 โซลินอยดวาลววางบนฐานสําหรับวาลวหลายตัวชนิด ใชสําหรับฐานวางเทานั้นสําหรับตอไปใชงาน
International Training - 81 - 7.5.3. ฐานและวาลวที่สามารถเพิ่มหรือลดจํานวนตัวชองวาลว( Ganged Sub Bases) จะเปนการนําวาลวที่มีลักษณะการติดตั้งแบบ Sub Bases ซึ่งแยกแตละตัวมารวมอยูในชุดเดียวกันโดยที่สามารถ เพิ่มขยายหรือลดจํานวนได ดังแสดงตัวอยางในรูปที่ 7.25 รูปที่ 6.25 เปนวาลวชนิดที่สามารถนําฐานและวาลวมาประกอบกันตามจํานวนที่ตองการ 7.6 การหาขนาดของวาลว 7.6.1. ปริมาณการไหล ขนาดของพอรทหรือรูของวาลวไมไดเปนตัวบอก หรือแสดงความแสดงความสามารถในการไหลของวาลวเสมอ ไป การเลือกขนาดของวาลวจะขึ้นอยูกับความตองการปริมาณการไหลของลมและความดันตกครอมที่ตัววาลวที่รับได ในกระบวนการผลิตจะใชปริมาณการไหลผานวาลว ซึ่งปริมาณการไหลดังกลาวมักจะระบุเปนมาตราฐานการ ไหล Qnในหนวยลิตรของการปลอยสูบรรยากาศตอนาที ที่ความดัน 6 บาร และความดันใชงานที่ 5 บาร หรือใชแฟกเตอร การไหล Cv หรือ kvหรือ การไหลเทียบเทากับพื้นที่ S ซึ่งทั้งสามแฟกเตอร สามารถคํานวณหาคาไดจากสมการตอไปนี้ เมื่อ Cv, kv = ประสิทธิภาพของการไหล S = พื้นที่หนาตัดเทียบเทาของทอ (mm) Q = อัตราไหลของลมอัด (Liters/min) P2 = ความดันดานใชงาน (bar) Δp = ความดันตกครอมที่ยอมได (bar) o = อุณหภูมิใชงาน ( o C)
International Training - 82 - จากการคํานวณแลวเราจะพบวาขอมูลที่ไดจากความเปนจริงนั้นมีคาอัตราการบริโภคลมอัดที่สูงกวาเนื่องจากไดมี ความสูญเสียผานวาลว กระบอกลมขอตอตางๆ ทอ ซึ่งทําใหเกิดความสัมพันธกับตารางเปรียบเทียบความสัมพันธของคาS = m 3 /Pa ดังกลาวขึ้น 1 CV = 1 KV = 1 S = 981.5 68.85 54.44 1 14.3 18 0.07 1 1.26 0.055 0.794 1 ตารางที่ 7.3 ตารางความสัมพันธคาCV/KV/S 7.6.2. การตออนุกรมของทอ (Orifices in Series Connection) กอนที่เราจะหาขนาดของวาลวและทอ เราจะตองดูความดันตกครอมที่ Orifices ที่อนุกรมกัน โดยสามารถใช สมการตอไปนี้ รูปที่ 7.26 ผมรวมของพื้นที่ที่นํามาตออนุกรมกันและอัตราการไหล ในรูปที่ 7.26 แสดงความสัมพันธระหวางจํานวนของ Orificesที่เทากันมาตออนุกรม และผลลัพธของปริมาณการ ไหล
International Training - 83 - 7.6.3. การหาอัตราการไหลของลมอัดภายในทอ(Flow Capacity of Tubes) สามารถหาคาไดจากสมการตอไปนี้ เมื่อ d เปนเสนผานศูนยกลางภายในของทอ (mm) L เปนคาความยาวทอ (m) α เปนคาสัมประสิทธิ์ของทอ α = 0.0844ct d 0.155 ct = 1.6 สําหรับทอแกส, เทากับ 2.0สําหรับทอพลาสติก, ทอยาง และทอทองแดง นอกจากนี้เพื่อความสะดวกเรายังสามารถหาคา Sไดจากแผนภาพทางดานลางตอไปนี้ รูปที่ 7.27 แผนภูมิแสดงขนาดของทอ
International Training - 84 - การหาอัตราการไหลของลมอัดภายในขอตอ หากตองการหาคา Sของขอตอ (Fitting)แบบ Push-in หรือแบบ One Touchรูปที่ 4.21 และ Insert รูปที่ 4.20 สามารถหาคาไดจากตารางตอไปนี้ Length Fittings Insert Type One Touch Tube Dia. (mm) Material I 1 m 0.5 m Straight Elbow Straight Elbow Total 0.5 m tube+ 2 strt. fittings 4 x 2.5 N, U 1.86 3.87 1.6 1.6 5.6 4.2 1.48 3.18 6 x 4 N, U 6.12 7.78 6 6 13.1 11.4 3.72 5.96 8 x 5 U 10.65 13.41 11 (9.5) 11 18 14.9 6.73 9.23 8 x 6 N 16.64 20.28 17 (12) 16 26.1 21.6 10.00 13.65 10 x 6.5 U 20.19 24.50 35 (24) 30 29.5 29.5 12.70 15.88 10 x 7.5 N 28.64 33.38 30 (23) 26 41.5 41.5 19.97 22.17 12 x 8 U 33.18 39.16 35 (24) 30 46.1 46.1 20.92 25.05 12 x 9 N 43.79 51.00 45 (27) 35 58.3 58.3 29.45 32.06 ตาราง 7.4ตารางแสดงอัตราการไหลของขอตอ
International Training - 85 - กรณีที่ความดันใชงาน และความดันตกครอมเปลี่ยนแปลงไปสามารถใชกราฟในรูปที่ 7.28หาคาแฟกเตอร (cf : correction functions) มาคูณหาในตารางที่ 7.5 Average piston speed in mm/s Dia. Mm 50 100 150 200 250 300 400 500 750 1000 8, 10 0.1 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.4 0.5 0.75 1 12, 16 0.12 0.23 0.36 0.46 0.6 0.72 1 1.2 1.8 2.4 20 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.6 2 3 4 25 0.35 0.67 1 1.3 1.7 2 2.7 3.4 5 6.7 32 0.55 1.1 1.7 2.2 2.8 3.7 4.4 5.5 8.5 11 40 0.85 1.7 2.6 3.4 4.3 5 6.8 8.5 12.8 17 50 1.4 2.7 4 5.4 6.8 8.1 10.8 13.5 20.3 27 63 2.1 4.2 6.3 8.4 10.5 12.6 16.8 21 31.5 42 80 3.4 6.8 10.2 13.6 17 20.4 27.2 34 51 68 100 5.4 10.8 16.2 21.6 27 32.4 43.2 54 81 108 125 8.4 16.8 25.2 33.6 42 50.4 67.2 84 126 168 140 10.6 21.1 31.7 42.2 52.8 62 84.4 106 158 211 160 13.8 27.6 41.4 55.2 69 82.8 110 138 207 276 Equivalent Flow Section in mm2 ตารางที่ 7.5 ผลรวมสําหรับพื้นที่ของการประกอบทอ (วาลวและทอ)
International Training - 86 - 7.6.4 วาลวกับกระบอกสูบ ขนาดจริงของวาลวจะมีคาสูงกวาคาในทางทฤษฎี เนื่องจากจะตองมีการชดเชยความดันตกครอมในจุดตอทอ และ ขอตอดังกลาวในตอนตน เพื่อทําใหสิ่งเหลานี้งายขึ้น ตารางที่ 7.5 จะใชในการหาคา S สําหรับวาลวและสําหรับเลือกทอ และ ขอตอดังตารางที่ 7.4 โดยที่ตารางทั้งสองจะใชความดันที่ 6 บาร และความดันตกครอม 1บาร กอนเขากระบอกสูบวัดคาที่ อุณหภูมิ 20องศา รูปที่ 7.28 คาแฟกเตอรสําหรับแรงดันที่เขากับแรงดันตกครอม ตัวอยางที่ 1 : กระบอกสูบเสนผานศูนยกลาง 80มม.ระยะ 400มม. ทํางานที่ความดัน 6 บาร ความดันตกครอมสูงสุด 1 บาร ถากระบอกสูบทํางานดวยความเร็ว 500มม./วินาที ใหหาคา CV ต่ําสุดของวาลว วิธีการ : จากตารางที่ 6.5 สามารถหาคา Sไดเปน 34 มม. ซึ่งสามารถหาคาCVไดโดยการหารดวย 18 ดังนี้ CV = 34/28 = 1.89 (1CV = 18 S) ขนาดของทอลม 12X9 มม. พรอมดวยขอตอแบบ One Touchเพื่อใหไดความเร็วสูงสุด ตัวอยางที่ 2 : กระบอกสูบเสนผานศูนยกลาง 50มม.ทํางานดวยความเร็ว 400มม./วินาที ความดันใชงานเปน 7 บาร และ ความดันเปน 2.5 บาร ซึ่งหมายถึงวาความดันที่ใชงานที่ลูกสูบจริงเปน 4.5 บาร วิธีการ : จากตารางที่ 6.5 คา Sเปน 10.8 มม. และจากกราฟในรูปที่ 6.28 เราจะใชคา cf คือ 0.66 ดังนั้น คา Sที่แทจริงก็คือ (10.8 X 0.66) = 7.128 มม. เลือกวาลวตามคาที่ได หรือใหญกวาและเลือกทอลม 8 X 5หรือ 8 X 6มม.
International Training - 87 - 7.7 วาลวสนับสนุนหรือวาลวชวย (Auxiliary Valves) 7.7.1วาลวที่ใหลมไหลเพียงทิศทางเดียว (Non-Return Valves)หรือ วาลวกันกลับ รูปที่ 6.29 วาลวกันกลับ หลักการทํางาน: จากรูป a หากความดันไหลเขาตามหลักลูกศรจะไมสามารถผานไปอีกสายหนึ่งได และหากตองการใหสามารถ ไหลผานอีกดานหนึ่งได ใชเปลี่ยนทิศทางการปอนลมใหมดังรูป b 7.7.2 วาลวควบคุมความเร็ว (Speed Controllers) รูปที่ 7.30 ชนิดของวาลวควบคุมความเร็ว หลักการทํางาน: จากรูปและสัญลักษณอาจเรียกวาลวแบบนี้อีกอยางหนึ่งวาวาลวควบคุมความเร็วแบบพิเศษทางเดียว วาลวแบบนี้ จะควบคุมปริมาณที่สะดวกไปอีกดานหนึ่งสวนมากจะใชในการควบคุมความเร็วของกระบอกสูบ หรืออุปกรณการทํางาน โดยการหมุนที่หัวปรับจะทําใหปรับลดพื้นที่ลงเปนผลใหปริมาณลมที่ผานไปอีกดานจะลดลง สวนในทางตรงขามเมื่อมีลม ผานก็จะทําใหมีการผานของลมไดอยางสะดวกขึ้นอยูกับความเร็วสูงสุดที่ทําได
International Training - 88 - 7.7.3วาลวลมเดี่ยว (Shuttle Valve) รูปที่ 7.31 วาลวทางเดียว หลักการทํางาน: ไมวาจะใสลมดานซาย ดานขวา หรือทั้งสองดานก็ตามก็จะมีลมออกไปดานบน หรือดานใชงาน วาลวแบบนี้อาจ เรียกอีกอยางหนึ่งวา Or Gateจากหลักการทํางานดังกลาวอาจเปรียบเทียบการทํางานเหมือนกับวงจรขนานทางไฟฟาก็ได 7.7.4วาลวเรงระบาย (Quick Exhaust Valves) ในกรณีที่ตองการใหกานสูบเคลื่อนที่เร็วกวาปกติไมวาจะเปนการเคลื่อนที่ออก หรือมีการนําเขาอุปกรณที่นํามา ชวยในการทํางานดังกลาวคือ วาลวเรงระบาย ทั้งนี้ความเร็วกระบอกลมก็จะไมสามารถทําไดเกิดความเร็วสูงสุดที่กระบอก ลมแตละรุนหรือแตละยี่หอจะทําไดเปนตน รูปที่ 7.32วาลวเรงระบาย
International Training - 89 - หลักการทํางาน: เมื่อลมอัดเขามาดานอินพุท ลิ้นวาลวจะปดดานระบายออก(Ex) สัญญาณลมจะเขาไปยังกระบอกสูบ และกรณีไมมี ลมเขามาทางดานอินพุท (In) แรงดันลมจากกระบอกสูบจะดันใหลิ้นวาลวปดดานอินพุท (In) ความดันลมจะระบายออกสู ภายนอก การติดตั้งวาลวแบบเรงระบายนี้โดยสวนใหญจะติดตั้งใหใกลกับกระบอกสูบมากที่สุด เพื่อปดกั้นแรงดันตกครอม
International Training - 90 - บทที่ 8 สัญลักษณและวงจรนิวแมติกสพื้นฐาน 8.1 สวนประกอบ สัญลักษณสําหรับระบบพลังของไหล และคอมโพแนนท ตามมาตราฐาน ISO 1219(AS1101) ตามมาตราฐานได รวมสัญลักษณไฮดรอริกและนิวแมติกสไวดังแสดงใหเห็นดังรูปจากหนาที่ เนื่องจากมาตาฐานไมไดระบุเกี่ยวกับโครงสราง ดังตัวอยาง ตามก ISO/ASที่ไมไดมีความแตกตางในสัญลักษณระหวางกระบอกลมสองทาง และกระบอกลมแแบบสองแกน ถึงแมวาบางผูผลิตไดมีการแนะนําในสวนสัญลักษณที่แยกออกไป 8.2 สัญลักษณ 8.2.1 สัญลักษณอุปกรณทําความสะอาดลมอัด สัญลักษณพื้นฐานสําหรับลมอัดที่สะอาดและแหง ในสวนของสี่เหลี่ยมโดยมีเสนทางเขาและเสนทางออกจาก ทางดานซายมือและมุมทางดานขวามือ ในสวนของหนาที่การทํางานจะระบุไวภายในของชองสี่เหลี่ยมรูปเพชรนี้ ดังรูปขาง ลาวจะแสดงใหเห็น พื้นฐานของสัญลักษณของวาลวปรับความดันในรูปสี่เหลี่ยมพรอมกับเสนทางเขาและเสนทางออกในสวนบริเวณ ตรงกลางดานซายและดานขวา เสนทางเดินของลมอัดจะแสดงดวยลูกศร การตั้งหรือปรับคาของสปงจะมีรูปรางเปนเสนตรง ซิกแซกสลับกัน แลวตัดดวยลูกศรที่สามารถปรับได ดังรูป 8.1 รูปที่ 8.1 สัญลักษณสําหรับการทําความสะอาดลมอัด ISO 1219/AS 1101.1
International Training - 91 - 8.2.2 สัญลักษณกระบอกลม กระบอกลมเสนตรงจะเขียนภาพจากซายไปขวาดังรูป หรือไมก็ไมแตกตางกันระหวางลูกสูบและกระบอกชนิด อื่นๆ สวนกระบอกลมแบบหมุน(Rotary )จะเปนแบบเฟองตรงกับเฟองสะพานแและแบบเวนดังรูป รูปที่ 8.2 ISO/AS สัญลักษณกระบอกลม 8.2.3 สัญลักษณวาลว สัญลักษณพื้นฐานของวาลวควบคุมจะแบงออกเปนกลุมเปนรูปสี่เหลี่ยม โดยที่ทางเขาและทางออกจะเขียน ดานลาง ออกดานบน โดยที่สี่เหลี่ยมๆแตละชองจะแบงหนาที่ เชนวาลวควบคุมที่ทําหนาที่ สองและสามฟงกชัน สี่เหลี่ยมใน แนวนอน จะเปนตัวบอกหนาที่การทํางาน โดยจะมีการแบงออกเปนหองๆ แสดงถึงการทํางานของวาลวที่มีชองตอถึงกัน
International Training - 92 - ภายในถาหามีสัญลักษณ แสดงกวาปด Τ ลมปอนระบบ ลมระบายทิ้ง เสนลม ลมชวย ลมระบาย สัญลักษณสําหรับตัวดําเนินการจะมีรูปรางเล็กดานขางทั้งสองดานของสี่เหลี่ยม โดยสัญลักษณจะแสดงดาน ซายมือ ยกเวนสปงจะวางไวดานตรงขามของดานที่ดําเนินการทางแมคคานิกส ซึ่งเปนเทคนิคของตัวดําเนินการ โดยจะมีการ ยายชองหากมีการทํางาน
International Training - 93 - รูป 8.3 จะอธิบายถึงสัญลักษณและการนํามารวมกันของสวนตางๆ 8.3 วงจรควบคุม 8.3.1 วงจรควบคุมพื้นฐาน ไดอะแกรมสําหรับการเขียนวงจรพื้นฐานสําหรับตําแหนงการควบคุมเครื่องจักร เริ่มจากแหลงจายลมอัด จากรูป เปนการรวมเอาระบบไฟฟามารวม โดยที่สวนประกอบทั้งหมดในรูปจะบอกตําแหนงและผลการทํางานดังรูป 8.4 รูปที่ 8.4 พื้นฐานและสวนประกอบสําหรับวงจรนิวแมติกสพื้นฐาน
International Training - 94 - 8.3.2ตําแหนงหยุด(Resr Position) การสั่งงานสําหรับวาลวแมคคานิกสนั้นเราสามารถทําใหกระบอกลมทํางานในตําแหนงปกติโดยมีรูปแสดง อยูใน รูปของสี่เหลี่ยมดานซายมือในรูปเปนการสั่งดวยไฟฟา สําหรับวาลวแบบ 5/2 นั้นผลเมื่อเราทําการปอนลมเขาทางชองปอน ลมอัด ลมอัดจะผานไปยังกระบอกลมทางดานขวามือ เปนผลใหกระบอกลมอยูในลักษณะปกติทํางานคือหดอยู จนเมื่อเรามี การสั่งโซลีนอยดไฟฟาใหทํางาน เปนผลใหแกนภายในของวาลวเคลื่อนที่ไปทางดานขวามือกลาวคือเปนการเปลี่ยนทิศ ทางการเคลื่อนทําใหลูกสูบที่อยูภายในของกระบอกลมเคลื่อนที่ออกไปทางดานขวามือ และเมื่อทําการปลดการสั่งการดวย โซลีนอยดไฟฟาก็จําทําใหวาลวเคลื่อนที่กลับดวยสปง เปนผลใหกระบอกลมเคลื่อนที่กลับสูตําแหนงเดิม(ปกติหด) ก. วาลวที่สั่งงานดวยมือ(Manually Operated Valves) รูปที่ 8.5 กฎการเชื่อมตอของวาลวชนิดตําแหนงของวาลวสั่งงานดวยมือ ข. วาลวสั่งงานดวยไฟฟาและสั่งงานดวยลม ตําแหนงการสั่งงานดวยโซลีนอยดผานไปยังวาลวลม ตําแหนงการสั่งงานดวยลมผานไปยังวาลวลม 3/2 ปกติปด (N.C) 3/2 ปกติเปด(N.O) รูปที่ 8.6 กฎและตําแหนงปกติทํางานในการสั่งงานดวยโซลีนอยดและลม
International Training - 95 - ค. การสั่งงานวาลวดวยแมคคานิกส วาลวปกติปด(N.C) วาลวปกติเปด(N.O) รูปที่ 8.7 กฎและตําแหนงปกติทํางานในการสั่งงานวาลวดวยแมคคานิกส
International Training - 96 - 8.3.3 สัญลักษณและการออกแบบวงจรนิวแมติกส ในวงจรไดอะแกรมการทํางาน ทิศทางการไหลจากดานลางจนถึงดานบนสําหรับวงจรพื้นฐานนิวแมติกส การ ทํางานจากทางดานซายมือไปขวามือ เริ่มจากการปอนลมอัดผานชุด FRLจากดานลางมุมขวามือ ผานมาสูวาลวลมตรง สวนกลาง สวนบนจะเปนวาลวปรับความเร็วและบนสุดคือที่วางตําแหนงของกระบอกลมทํางาน จากสวนที่เปนกระบอกลม วาลวควบคุมความเร็วและวาลวหลัก เราจะเรียกวาสวนกําลัง(POWER LEVEL) ในรูป 8.8 จะแสดงไว สวนที่สองจะปน ตกรรก(LOGIC LEVEL)และสวนสุดทายจะเปนสวนสัญญาณ(SIGNAL LEVEL) ในสวน นี้เราจะใชวาลว 3/2แบบลูกกลึ้งใชสําหรับควบคุมตําแหนงของกระบอกลมในการขับเคลื่อนชิ้นสวน ซึ่งเปนสวนลางสุด ระหวางสวนที่เปนสวนกําลัง(POWER UNIT)และสวนที่เพิ่มเติมสําหรับวาลวเพื่อทําการตามวงจรเงื่อนไขตางๆ เพื่อใหเปนไปตามการควบคุมที่เแมนยําเราจึงใชเปนสวนของตกรรก(LOGIC FUNCTION) ซึ่งบล็อคไดอะแกรมดังรูป 8.8 ไดอธิบายไวแลว รูปที่8.6 วงจรพื้นฐานสําหรับนิวแมติกส
International Training - 97 - ก.วิธีเรียกแตละตําแนง จากรูปขางตนวงจรนิวแมติกสนํามาเขียนวงจร โดยใชวาลวแบบลูกกลิ้งมาไวที่ตําแหนงบนเพื่อทําหนาใหลูกเบี้ยว ทํางานที่ตําแหนงสุดทายของกระบอกลม ในวงจรสมัยใหมไดนําเอาการตอวงจรและวิธีการเขียนเสน สัญลักษณเหลานี้มา เพื่อดําเนินการดังรูป 8.5 แลวใชเสนในแนวตั้งเปนตัวกํากับสัญญาณ เสนตรงใชสําหรับบอกจะหมายปลายทางที่เครื่องจักร ทํางานโดยการเขียนในรูปสัญลักษณ โดยที่เราจะนําอุปกรณตางๆ จากหนาที่ตางๆ เริ่มตนจากตนกําลังซึ่งใชอักษรตัวหนา เขียนแทนตัวสั่งงาน ยกตัวอยางเชน Cเปนตัวจับชิ้นงาน สวน D เปนสวาน โดยการแบงหนาที่ของกระบอกลม ในสวนที่เปนวาลวกําลังและมีตัว สวิทซที่เปนแบบลูกกลิ้งอยูที่ปลายทั้งสองขาง ตําแนงเริ่มตนจะใหเปนC0 สวนตําแหนงทํางาน(ยืด)คือ C1 จากตัวอยางรูป เราจะใชรูปที่ 8.6, 8.7มาเพื่อที่จะทํางาน จากรูปที่ 8.9จะอธิบายการทํางานไดดังนี้ วาลวลูกกลิ้งใน ตําแหนง C0ถูกกดอยูทําใหมีลมผานมาที่วาลวปดเปดแตยังไมทํางานจนกระทั่ง เมื่อทําการเปดวาลวปดเปด(start/stop) ทํา ใหลมผานวาลวปดเปดไปเปลี่ยนทิศวาลวหลัก C+ ทําใหลมผานไปดันกระบอกลมใหลูกสูบเคลื่อนไปดานหนา ขณะเดียวกันสวิทซ C0ก็จาก จนกระทั่งลูกสูบเคลื่อนที่มาแตะสวิทซ C1 เปนผลใหวาลว C1ถูกกดลมไหลผาน C1ไปทํา ใหวาลวหลัก C-ทํางานเลื่อนชองวาลวไปดานซาย ทําใหลมไหลผานชองวาลวทําใหลูกสูบเคลื่อนที่กลับ(หด)ครบหนึ่งรอบ รูปที่ 8.9 การเขียนวงจรในการทํางาน