Kiedy pracujesz z układami hydraulicznymi w fabrykach lub na sprzęcie budowlanym, jeden element pojawia się raz po raz: zawór sterujący kierunkiem. Rexroth 4WE 6 E jest jednym z najczęściej stosowanych zaworów w hydraulice przemysłowej i nie bez powodu. Zawór ten steruje przepływem płynu hydraulicznego w układzie, co oznacza, że kontroluje ruch i działanie maszyn.
4WE 6 E to coś, co inżynierowie nazywają kierunkowym zaworem suwakowym sterowanym elektromagnetycznie. Brzmi to skomplikowanie, ale podstawowa idea jest prosta. Kiedy prąd przepływa do solenoidu zaworu (cewki elektromagnetycznej), wpycha metalową szpulę do korpusu zaworu. Ten ruch szpuli przekierowuje płyn hydrauliczny z jednego portu do drugiego, zmieniając kierunek ruchu cylindra hydraulicznego lub silnika. Kiedy prąd się zatrzyma, sprężyna popycha szpulę z powrotem do pierwotnego położenia.
Co wyróżnia 4WE 6 E
Litera „E” w nazwie modelu mówi coś ważnego o konstrukcji tego zaworu. Oznacza to, że zawór wykorzystuje cewkę z mokrym sworzniem, w której cewka elektromagnetyczna styka się z płynem hydraulicznym. Ten wybór projektu ma kilka zalet. Olej pomaga chłodzić elektromagnes, zmniejsza hałas podczas pracy i wydłuża żywotność elementu. W większości wersji elektromagnes można nawet obrócić o 360 stopni, co ułatwia instalację w ciasnych przestrzeniach.
Zawór jest zgodny ze standardem NG6, który w różnych częściach świata nazywany jest także CETOP 3 lub D03. Ta standaryzacja ma większe znaczenie, niż mogłoby się wydawać. Oznacza to, że zawór pasuje do standardowych płyt montażowych i można go wymienić na podobne zawory firm Parker, Vickers lub Argo Hytos bez zmiany kolektora hydraulicznego. Dla zespołów konserwacyjnych ta wymienność skraca przestoje, gdy potrzebna jest szybka wymiana części.
Rexroth ocenia 4WE 6 E pod kątem ciśnień do 350 barów, co odpowiada około 5076 PSI. Maksymalna wydajność przepływu osiąga 80 litrów na minutę w wersjach zasilanych prądem stałym, czyli około 21 galonów na minutę. Liczby te plasują zawór w kategorii wysokiej wydajności ze względu na swój rozmiar. Przekonasz się, że kontroluje wszystko, od wtryskarek po układy hydrauliczne koparek i sprzętu górniczego.
Jak faktycznie działa zawór
Wewnątrz korpusu zaworu szpula porusza się tam i z powrotem, łącząc różne porty. Zawór ma cztery główne porty, które inżynierowie oznaczyli jako P, T, A i B. Port P łączy się z pompą hydrauliczną, która dostarcza płyn pod ciśnieniem. Port T łączy się ze zbiornikiem lub zbiornikiem, do którego powraca płyn. Porty A i B łączą się z siłownikiem hydraulicznym, podobnie jak dwie strony cylindra.
Kiedy zasilasz jeden elektromagnes, szpula przesuwa się, łącząc P z A i B z T. Powoduje to przesłanie płynu pod ciśnieniem na jedną stronę cylindra, jednocześnie spuszczając drugą stronę z powrotem do zbiornika. Zasilić drugi elektromagnes i dokonać odwrotnych połączeń. Teraz P łączy się z B, a A łączy się z T, przesuwając cylinder w przeciwnym kierunku. W położeniu środkowym, bez zasilania elektrozaworów, wersje ze sprężyną utrzymują szpulę w pozycji neutralnej, która blokuje wszystkie porty.
Zawór występuje w różnych konfiguracjach suwaka, które inżynierowie nazywają „symbolami”. Symbol E jest wspólny dla zaworów trójpołożeniowych ze sprężyną centrowaną. Gdy zawór znajduje się w położeniu środkowym, wszystkie porty są zablokowane. Symbol HA oznacza zawór dwupołożeniowy ze sprężyną powrotną, używany, gdy potrzebny jest ruch tylko w jednym kierunku. W niektórych zastosowaniach używane są wersje z zatrzaskiem oznaczone „OF”, w których mechaniczny sworzeń blokuje szpulę w miejscu, gdy się ona porusza. Te zawory zatrzaskowe potrzebują jedynie krótkiego impulsu elektrycznego do zmiany pozycji, co pozwala zaoszczędzić energię w systemach, które utrzymują pozycję przez długi czas.
Rozważania dotyczące ciśnienia i projekt systemu
Podczas projektowania systemów wykorzystujących 4WE 6 E należy zwrócić uwagę na jedną liczbę: maksymalne ciśnienie na porcie zbiornika. Podczas gdy porty P, A i B mogą wytrzymać ciśnienie 350 barów, port T zwykle osiąga maksymalne ciśnienie 160 barów, chociaż w niektórych wariantach ciśnienie dochodzi do 210 barów. Ta różnica stwarza ważne ograniczenie projektowe. W przypadku uruchomienia zaworu przy maksymalnym ciśnieniu roboczym przy określonych symbolach suwaka firma Rexroth ostrzega, że przyłącze T powinno być używane jako przewód spustowy, a nie jako przewód powrotny, w którym mogłoby wystąpić przeciwciśnienie ze zbiornika lub innych podzespołów.
To ograniczenie ciśnienia ma związek z wewnętrznym działaniem zaworów hydraulicznych. Małe prześwity między suwakiem a korpusem zaworu, które umożliwiają działanie zaworu, powodują również wewnętrzne wycieki. To nie jest wada; jest to nieodłączna cecha konstrukcji zaworu suwakowego. W miarę zużywania się zaworu, ten wewnętrzny wyciek stopniowo wzrasta. Wyciekający płyn musi gdzieś wyciekać, dlatego dla długoterminowej niezawodności ważne jest ciśnienie graniczne w otworze zbiornika.
Inny problem związany z ciśnieniem pojawia się w przypadku cylindrów różnicowych, w których powierzchnia od strony tłoczyska jest mniejsza niż powierzchnia od strony tłoka. Jeśli symbol zaworu blokuje powrót po stronie tłoczyska w pewnych warunkach przełączania, stosunek powierzchni może zwiększyć ciśnienie w komorze tłoczyska powyżej wartości znamionowej zaworu wynoszącej 350 barów. Zjawisko to nazywane jest intensyfikacją ciśnienia i może spowodować uszkodzenie cylindrów lub nawet spowodować niebezpieczne awarie. Rozwiązanie polega na dodaniu zewnętrznych zaworów nadmiarowych po stronie tłoczyska cylindrów różnicowych lub wybraniu symboli suwaków, które nie powodują tego stanu blokującego.
Specyfikacje elektryczne i opcje sterowania
4WE 6 E współpracuje zarówno z zasilaczami prądu stałego, jak i przemiennego. Typowe napięcia prądu stałego obejmują 12, 24, 96 i 205 woltów. Wersje prądu przemiennego zwykle działają na napięciu 110/120 lub 230 woltów przy 50 lub 60 Hz. Złącze elektryczne jest zgodne z normą EN 175301-803 i ma konstrukcję trójbiegunową, która obejmuje dwa przyłącza zasilania i uziemienie. Większość wersji zawiera wbudowane diody tłumiące, które chronią przed skokami napięcia w przypadku wyłączenia elektrozaworu.
Do zastosowań w obszarach niebezpiecznych Rexroth oferuje wersje przeciwwybuchowe oznaczone XE lub VE1. Warianty te spełniają normy ATEX dla instalacji europejskich lub wymagania NEC 505/klasa I strefa 1 dla lokalizacji w Ameryce Północnej. Obudowy przeciwwybuchowe i iskrobezpieczne cewki umożliwiają bezpieczną pracę zaworu w środowiskach z palnymi gazami lub parami, np. w zakładach chemicznych lub na morskich platformach wiertniczych.
Opcja blokady z oznaczeniem „OF” zapewnia znaczne korzyści w zakresie efektywności energetycznej. Zamiast stale zasilać elektromagnes w celu utrzymania pozycji, wysyłasz 100-milisekundowy impuls w celu przesunięcia szpuli, a następnie mechaniczny zatrzask blokuje ją w miejscu. Zmniejsza to wytwarzanie ciepła, wydłuża żywotność elektromagnesu i zmniejsza zużycie energii elektrycznej. Konstruktorzy obrabiarek wykorzystują tę funkcję w hydraulicznych systemach mocowania, które muszą mocno trzymać detale podczas długich operacji obróbki.
Kompatybilność płynów i materiały uszczelniające
Standardowy 4WE 6 E jest wyposażony w uszczelki NBR (kauczuk nitrylowy), które współpracują z większością mineralnych olejów hydraulicznych spełniających specyfikacje HLP lub HVLP. Uszczelnienia NBR współpracują także z płynami wodno-glikolowymi trudnopalnymi w kategorii HFC. Jeśli jednak w systemie stosowane są biodegradowalne płyny hydrauliczne, takie jak HETG, HEES lub HEPG, lub syntetyczne płyny ognioodporne, takie jak HFDU lub HFDR, przy składaniu zamówienia należy określić uszczelki FKM (fluorokarbon).
Nieprawidłowy wybór materiału uszczelnienia powoduje szybkie pogorszenie jakości i awarię systemu. Jeśli wymieniasz uszczelki podczas konserwacji, przed zamówieniem części sprawdź, jakiego płynu faktycznie zużywa Twój system. Zestaw uszczelek NBR ma numer części 3492432, natomiast zestaw FKM to 3120269. Użycie niewłaściwego zestawu oznacza ponowne rozerwanie zaworu za kilka miesięcy, gdy niezgodne uszczelki spęcznieją, pękną lub rozpadną się.
Rexroth określa, że płyn hydrauliczny musi spełniać normy czystości ISO 4406 klasa 20/18/15. Ten trzycyfrowy kod wskazuje maksymalną liczbę cząstek w różnych zakresach wielkości. Płyn czyszczący zmniejsza zużycie precyzyjnie obrobionych powierzchni szpuli i otworu. Zanieczyszczony płyn przyspiesza zużycie, zwiększa wewnętrzne wycieki i może powodować zacinanie się lub nieprawidłową pracę szpuli. Zainstalowanie odpowiedniej filtracji z elementami o średnicy 10 mikrometrów lub drobniejszej chroni inwestycję w zawór i wydłuża żywotność.
Instalacja i pierwsze uruchomienie
Zawór montowany jest bezpośrednio do standardowej płyty przyłączeniowej NG6 lub CETOP 3 za pomocą czterech śrub. Schemat montażu i rozmieszczenie portów są zgodne z normą ISO 4401-03-02-0-05, zapewniając zgodność ze wszystkimi producentami. O-ringi uszczelniają każde połączenie portu i podczas montażu należy nałożyć na nie cienką warstwę płynu hydraulicznego, aby zapobiec ich ściśnięciu lub zwinięciu.
Ponieważ elektromagnesy mają konstrukcję z mokrym sworzniem, wewnętrzne wnęki muszą być wypełnione płynem hydraulicznym, aby zapewnić prawidłowe działanie. Podczas pierwszego uruchomienia może zaistnieć potrzeba kilkukrotnego uruchomienia zaworu podczas pracy pompy hydraulicznej w celu usunięcia powietrza z komór elektromagnesu. Powietrze uwięzione w tych przestrzeniach wpływa na siłę elektromagnesu i czas reakcji zaworu. W niektórych instalacjach znajdują się małe śruby odpowietrzające na obudowach elektromagnesu, które pomagają w uwolnieniu uwięzionego powietrza podczas uruchamiania.
Każdy 4WE 6 E zawiera ręczne sterowanie, które pozwala na zmianę położenia zaworu bez zasilania elektrycznego. Dostęp do standardowej wersji ukrytej wymaga specjalnego narzędzia. Opcjonalne wersje obejmują pokrętła radełkowane lub zamykane przyciski grzybkowe, które umożliwiają ręczną obsługę podczas konserwacji lub sytuacji awaryjnych. W przypadku zaworów z dwoma elektromagnesami nigdy nie należy jednocześnie naciskać obu funkcji ręcznego sterowania, ponieważ powoduje to konflikt mechaniczny, który może uszkodzić elementy wewnętrzne.
Kontrola przepływu i miękkie przełączanie
Niektóre wersje 4WE 6 E są wyposażone w wkładki przepustnicy, które są w zasadzie skalibrowanymi kryzami instalowanymi w określonych portach. Oznaczenie „/B12” oznacza otwór o średnicy 1,2 milimetra na porcie P. Te dławiki nie tylko ograniczają maksymalny przepływ. Ich głównym celem jest zarządzanie skokami ciśnienia i skokami przepływu, które występują podczas szybkiego przełączania zaworów. Kontrolując prędkość, z jaką może zmieniać się przepływ, wkładki przepustnicy zmniejszają wstrząsy układu, chronią dalsze elementy i wydłużają ogólną żywotność systemu.
Niektóre warianty modeli oznaczone „.73…A12” obejmują miękkie przełączanie poprzez zmodyfikowaną geometrię szpuli. Wersje te zapewniają około 85% redukcję wstrząsów w porównaniu ze standardowym przełączaniem. Bardziej miękkie przejście jest przydatne w zastosowaniach, w których przesunięcie zaworów powoduje niepożądany hałas lub gdzie wstrząs hydrauliczny z biegiem czasu uszkadza połączenia rurowe i kolektory. Kompromisem jest nieco wolniejsza reakcja, co ma znaczenie w zastosowaniach wymagających dużej szybkości, ale zapewnia wyraźne korzyści w systemach, dla których priorytetem jest płynność działania i trwałość.
Typowe zastosowania i przypadki użycia
Rozdzielacz 4WE 6E pojawia się w całej automatyce przemysłowej. Wtryskarki wykorzystują te zawory do kontrolowania sił zwarcia formy i ruchów wypychaczy. Wysokie ciśnienie znamionowe zaworu i niezawodne przełączanie sprawiają, że nadaje się on do wymagających cykli pracy w przetwórstwie tworzyw sztucznych. Urządzenia do formowania gumy wykorzystują podobne konfiguracje zaworów do sterowania prasą i wyrzucania części.
Sprzęt budowlany i mobilny obejmuje 4WE 6 E w obwodach ramion koparki, elementach sterujących lemiesza spychacza i funkcjach wysięgnika dźwigu. Kompaktowy rozmiar zaworu w stosunku do jego przepustowości pozwala zaoszczędzić miejsce w zatłoczonych mobilnych układach hydraulicznych. Jego ustandaryzowany montaż umożliwia producentom sprzętu zaopatrywanie się u wielu dostawców bez konieczności przeprojektowywania kolektorów.
Konstruktorzy obrabiarek instalują te zawory w szlifierkach, centrach frezarskich i zautomatyzowanych liniach produkcyjnych. Wersje z zatrzaskiem sprawdzają się szczególnie dobrze w mocowaniach i systemach mocowania, które muszą niezawodnie utrzymywać pozycję bez ciągłego zużywania energii elektrycznej. Operacje obróbki bez nadzoru czerpią korzyści z oszczędności energii i zmniejszonego wytwarzania ciepła przez sterowane impulsowo zawory ustalające.
Rozwiązywanie problemów i konserwacja
Kiedy 4WE 6 E nie działa poprawnie, zwykle wyjaśnia go kilka typowych problemów. Powolna lub niespójna zmiana przełożeń często wskazuje na zanieczyszczony płyn, przez co szpula utknie w otworze. Sprawdzenie wskaźnika różnicy ciśnień filtra systemowego informuje, czy filtracja nadąża za powstawaniem zanieczyszczeń. Jeśli termin wymiany filtrów jest już zaległy, jest to pierwsze rozwiązanie.
Problemy z elektryką objawiają się całkowitym brakiem zmiany biegów lub słabym, niepewnym działaniem zaworu. Sprawdź napięcie zasilania na złączu zaworu, gdy elektromagnes powinien być pod napięciem. Niskie napięcie zmniejsza siłę elektromagnesu i spowalnia reakcję. Luźne styki złącza powodują przerywaną pracę, która jest frustrująca w diagnozowaniu. Diody tłumiące wbudowane w większość zaworów mogą ulec uszkodzeniu w wyniku zwarcia lub otwarcia, co wpływa na zachowanie elektromagnesu.
Zwiększanie się wewnętrznego przecieku w okresie użytkowania zaworu ostatecznie wymaga wymiany uszczelki lub zaworu. Jeśli zauważysz, że siłownik hydrauliczny pełza w dół pod obciążeniem, gdy zawór powinien znajdować się w pozycji trzymania, prawdopodobną przyczyną jest wyciek wewnętrzny. Zainstalowanie zewnętrznego zaworu utrzymującego obciążenie może być prostszym rozwiązaniem niż wymiana zaworu, jeśli wyciek nie jest poważny. W przypadku krytycznych zastosowań związanych z utrzymywaniem położenia zewnętrzne zawory zwrotne lub sterowane pilotem zawory zwrotne zapewniają utrzymywanie dodatniego obciążenia niezależnie od stanu zaworu kierunkowego.
Konstrukcja cewki z mokrym sworzniem zapewnia korzyść w zakresie konserwacji: można wymienić cewkę bez opróżniania układu lub utraty płynu hydraulicznego. Wystarczy odłączyć złącze elektryczne, odkręcić zespół elektromagnesu i wymienić cewkę. Możliwość serwisowania w terenie skraca przestoje podczas napraw. Zamawiając cewki zamienne, sprawdź, czy napięcie znamionowe i typ złącza odpowiadają Twojej instalacji.
Rozważania dotyczące rozmiaru i wyboru
Wybór odpowiedniego rozdzielacza kierunkowego wiąże się z dopasowaniem kilku parametrów do wymagań aplikacji. Zacznij od ciśnienia: jeśli Twój system działa powyżej 350 barów, 4WE 6 E nie będzie działać. Należy sprawdzić przepustowość pod kątem wymagań dotyczących prędkości siłownika. Zawór o wydajności 80 litrów na minutę może wydawać się odpowiedni na papierze, ale jeśli zbliżasz się do tego limitu, spadek ciśnienia na zaworze wzrasta i wytwarzanie ciepła staje się problemem.
Pomyśl o cyklu pracy i częstotliwości przełączania. Zastosowania, w których następuje ciągłe przełączanie, korzystają z elektromagnesów prądu przemiennego, które lepiej radzą sobie z ciepłem ze względu na większą masę termiczną. Elektromagnesy prądu stałego sprawdzają się dobrze przy pracy przerywanej i zapewniają krótszy czas reakcji. Jeżeli system wymaga utrzymywania pozycji przez dłuższy czas bez ruchu, należy określić konfigurację zapadki, aby wyeliminować ciągłe zasilanie elektromagnesu.
Symbol suwaka określa działanie zaworu w położeniu środkowym i w każdym położeniu skrajnym. Przestudiuj dokładnie symbole na schemacie hydraulicznym, aby zrozumieć wpływ każdej konfiguracji połączenia portu na siłownik. Symbol E (wszystkie porty zablokowane pośrodku) pasuje do zastosowań, w których chcesz, aby zatrzymane siłowniki były odporne na siły zewnętrzne. Symbol P-to-T pośrodku zapewnia swobodną cyrkulację, która ogranicza wytwarzanie ciepła w okresach przestoju. Wybierz symbol odpowiadający Twoim wymaganiom funkcjonalnym.
Konkurencyjne alternatywy i odniesienia
Chociaż Rexroth 4WE 6 E jest produktem wiodącym, kilku innych producentów produkuje zawory o równoważnych funkcjonalnościach. Seria D1VW009CNT firmy Parker oferuje możliwość bezpośredniej wymiany przy podobnych wartościach ciśnienia i przepływu. Vickers, obecnie część firmy Eaton, produkuje serię DG4V-3-8C, którą można bezpośrednio zamienić na płyty przyłączeniowe NG6. Argo Hytos oferuje RPE3-063C11 jako kolejną wymienną opcję.
Ta kompatybilność między producentami zapewnia elastyczność działom zaopatrzenia. Jeśli Twój główny dostawca boryka się z długimi terminami dostaw lub niedoborami zapasów, istnieją alternatywy bez konieczności przeprojektowywania układu hydraulicznego. Konkurencja cenowa między tymi producentami jest korzystna dla kupujących, chociaż rozległa sieć dystrybucji i wsparcie techniczne firmy Rexroth często uzasadniają jakąkolwiek wyższą cenę.
Zastępując zawory różnych producentów, należy sprawdzić, czy symbole suwaka odpowiadają funkcjonalnie, a nie tylko nominalnie. To, co jeden producent nazywa „Symbolem E”, może mieć nieco inne połączenia portów niż wersja innego producenta. Przed sfinalizowaniem wymiany powiązań przejrzyj szczegółowe schematy połączeń portów w katalogu każdego producenta.
Strategia cenowa i zakupowa
Ceny rynkowe 4WE 6 E różnią się w zależności od regionu, konfiguracji i wielkości zakupu. W Ameryce Północnej można spodziewać się cen w wysokości około 140 dolarów za standardowe konfiguracje kupowane indywidualnie. Na rynkach indyjskich ceny wahają się od 7799 do 9203 funtów, podczas gdy dystrybutorzy w Malezji oferują ceny w okolicach 196,50 RM. Różnice te odzwierciedlają lokalne koszty dystrybucji, cła importowe i konkurencję na rynku.
Minimalne zamówienia u większości dystrybutorów zaczynają się od jednej sztuki, dzięki czemu małe zakupy są praktyczne. Czas realizacji w przypadku konfiguracji standardowych trwa zazwyczaj od siedmiu do dziesięciu dni, chociaż typowe kombinacje napięć i symboli są często dostarczane z magazynu dystrybutora. Rzadsze konfiguracje mogą trwać kilka tygodni, jeśli wymagają fabrycznej produkcji na zamówienie.
W przypadku działów konserwacji zarządzających zapasami krytycznych części zamiennych należy rozważyć zaopatrzenie w jedną lub dwie powszechnie używane konfiguracje w celu zabezpieczenia przed nieoczekiwanymi awariami. Długa żywotność zaworu oznacza, że części zamienne mogą leżeć na półkach przez lata, ale koszt przechowywania części zamiennych jest minimalny w porównaniu z kosztami przestojów sprzętu. Upewnij się, że w magazynie znajdują się specjalne konfiguracje, takie jak uszczelki FKM, jeśli Twój system wykorzystuje niestandardowe płyny.
Końcowe zalecenia
Kierunkowy zawór sterujący Rexroth 4WE 6 E zapewnia niezawodne działanie w kompaktowej obudowie spełniającej standardy branżowe. Jego ciśnienie znamionowe 350 barów i przepustowość 80 litrów na minutę zapewniają wysoką wydajność w klasie wielkości NG6. Konstrukcja cewki z mokrym sworzniem równoważy wydajność i łatwość serwisowania, a ustandaryzowane mocowanie zapewnia szeroką kompatybilność z układami hydraulicznymi.
Określając lub konserwując te zawory, należy zwrócić uwagę na najważniejsze szczegóły. Dopasuj materiały uszczelnień do składu chemicznego płynu hydraulicznego. Należy zachować ostrożność przy doborze zaworu, aby uniknąć nadmiernego spadku ciśnienia i wytwarzania ciepła. Rozważ wersje z blokadą w celu oszczędności energii w zastosowaniach związanych z utrzymywaniem pozycji. Chroń cylindry różnicowe przed wzrostem ciśnienia poprzez odpowiednią konstrukcję obwodu.
Zrozumienie, jak działa zawór, jakie są jego ograniczenia i jak wpasowuje się w konkurencyjny krajobraz, pomaga podejmować lepsze decyzje dotyczące wyboru, konserwacji i rozwiązywania problemów. 4WE 6 E nie jest idealny do każdego zastosowania, ale w ramach swojej konstrukcji zapewnia sprawdzoną wydajność, która wyjaśnia jego szerokie zastosowanie w hydraulice przemysłowej.
