Пневмораспределитель 5/2: 4V210 или 4V220 при пропадании питания

Краткий ответ: пневмораспределитель 5/2 имеет два положения и пять присоединённых линий. Моностабильный 4V210 держит рабочее положение только пока на катушке есть ток: пропало напряжение, и пружина возвращает золотник в исходное. Бистабильный 4V220 с двумя катушками по листу производителя обладает функцией памяти: достаточно короткого сигнала, и золотник остаётся там, куда его перевели. Поэтому при отказе питания 4V210 даёт предсказуемый «возврат», а 4V220 «остаётся как был». Какой из двух безопаснее, решает ваша машина, а не привычка. Разница в цене: 4V210-08 стоит 840 ₽, 4V220-08 стоит 1 280 ₽.

Подобрать и купить пневмораспределители в каталоге →

Как устроен 5/2 и чем отличаются 4V210 и 4V220?

Цифры в «5/2» значат пять линий (подвод P, рабочие A и B, выхлопы R и S) и два положения золотника. В каждом положении воздух идёт в одну из двух полостей цилиндра, а вторая сбрасывается на выхлоп. Подробнее о том, как рисуют такой клапан по ГОСТ 2.781, мы писали в статье про обозначения пневмораспределителей на схемах; здесь разберём другое: что клапан делает, когда сигнала нет.

В серии 4V тип действия закодирован в артикуле: 4V210 означает одну катушку, 4V220 две. Ещё одна цифра, 4V210, задаёт типоразмер: серия 4V200 с портом 1/4″ (код 08) или 1/8″ (код 06). Остальные параметры у пары общие: рабочее давление 0,15–0,8 МПа, испытательное 1,2 МПа, воздух с фильтрацией не грубее 40 мкм, смазка не требуется, частота переключений до 5 циклов в секунду без нагрузки.

Признак	4V210, моностабильный	4V220, бистабильный
Катушек	одна, возврат пружиной	две, возврат делает вторая катушка
Положение без сигнала	всегда исходное	то, в которое перевёл последний сигнал (память)
Ток при удержании	нужен всё время, пока цилиндр в рабочем положении	не нужен, хватает короткого импульса
Пропало напряжение	золотник возвращается в исходное положение	золотник остаётся на месте
Сигнал на обе катушки	неприменимо	в листе не описан, схема управления должна его исключать
Цена 4V…-08-DC24V	840 ₽	1 280 ₽

Как именно устроено фиксирование золотника у 4V220 (трение, фиксатор), в листе не сказано, поэтому полагаться на «намертво» нельзя.

Что станет с цилиндром при пропадании питания?

Ответ зависит от того, как вы подключили полости цилиндра к портам A и B, и от типа клапана. Рассмотрим цилиндр, который при снятом напряжении должен вернуться в исходное (втянутое) положение: это самое частое требование к зажимам, упорам и заслонкам.

• С 4V210. Напряжение пропало, пружина возвращает золотник, воздух идёт в полость втягивания, а полость выдвижения сбрасывается. Цилиндр втягивается. Поведение задаёт схема подключения, и оно повторяется всегда, потому что у клапана одно положение «по умолчанию».
• С 4V220. Напряжение пропало, золотник остаётся в том положении, куда его перевёл последний импульс. Если цилиндр был выдвинут, он остаётся выдвинутым (пока есть воздух). Втягивания «по возврату» нет, и если по условиям безопасности оно нужно, 4V220 для этого не подходит.
• После возврата напряжения. 4V210 снова ждёт сигнала в исходном положении. 4V220 стоит там, где остановился, а программа управления обычно «не знает» этого положения: перед пуском подайте импульс на катушку нужного положения.
• Пропал воздух при поданном напряжении. Лист указывает внутреннее или внешнее пилотирование (воздух для перевода золотника берётся из линии питания или из отдельной линии). При внутреннем пилоте без давления на входе клапан не переведёт золотник, и за положение цилиндра отвечают нагрузка и утечки. Что произойдёт с золотником 4V220 при пропадании воздуха и вибрации, источник не подтверждает, поэтому защитой это считать нельзя.

Отсюда правило выбора: если по условиям безопасности важно, чтобы цилиндр вернулся в известное положение, берите 4V210. Если важно, чтобы он не двигался при пропадании питания (прижим заготовки на время сварки, удержание створки на время смены инструмента), берите 4V220. Если нужна остановка в середине хода, смотрите 5/3: три типа центра и какой выбрать.

В узлах, где рядом с приводом человек (ограждения, двери, зажимы рук), пневматика не заменяет механическую блокировку и защиту по требованиям безопасности машины: ни пружина клапана, ни память золотника не считаются защитой. Систему безопасности решает расчёт рисков машины, а не выбор катушки.

Пример расчёта: распределитель 4V210-08 и цилиндр SI-63-300-P

Берём реальные артикулы: цилиндр SI-63-300-P (Ø63, ход 300 мм) за 7 910 ₽ и распределитель 4V210-08-DC24V за 840 ₽. Порт 4V210-08 по листу 1/4″, у наших изделий внутренняя резьба G. Давление питания 0,6 МПа, шток Ø20.

Шаг 1. Расход клапана. По листу 4V210-08: Cv = 1,0. Kv = Cv × 0,865 = 0,865, номинальный расход Qn ≈ 1078 × Kv ≈ 932 нл/мин (вход 6 бар, перепад 1 бар).

Шаг 2. Объём воздуха на ход. Площадь поршня 3 117 мм², площадь штоковой полости 2 803 мм². Выдвижение: V = 3 117 × 300 = 0,935 л, приведённый к нормальным условиям при 0,6 МПа: 0,935 × (0,6 + 0,1013) / 0,1013 ≈ 6,5 нл. Втягивание: 2 803 × 300 = 0,841 л, около 5,8 нл.

Шаг 3. Время хода по расходу клапана. t ≥ V_н / Q_н: 6,5 / 932 × 60 ≈ 0,42 с на выдвижение и 5,8 / 932 × 60 ≈ 0,37 с на втягивание. Это грубая оценка по номинальному расходу при перепаде 1 бар: в начале хода перепад больше, а трубки, противодавление выхлопа, нагрузка и разгон делают реальное время больше. Порядок величины для этой пары — около 0,4 с на ход.

Шаг 4. Цикл туда-обратно. 0,42 + 0,37 ≈ 0,79 с, то есть около 1,3 цикла в секунду. Предел клапана по листу 5 циклов в секунду, но он указан без нагрузки; для этого привода частоту ограничивает расход воздуха, а не частота катушки.

Шаг 5. Цена удержания током. Катушка 4V210 на 24 В DC потребляет 3 Вт, то есть 3 / 24 = 0,125 А. Если цилиндр должен находиться в рабочем положении всё время (прижим), катушка под током круглосуточно: 3 Вт × 8 760 ч ≈ 26 кВт·ч в год на один клапан. У 4V220 ток нужен только на переключение: при импульсе 0,1 с (взят с запасом над временем срабатывания 0,05 с по листу) это 3 × 0,1 = 0,3 Дж на переключение, то есть практически ничего. Заметьте: выигрыш в потреблении есть только там, где удержание длится долго, а не в схемах, где цилиндр каждую секунду ходит туда и обратно.

Величина	Значение
Kv распределителя 4V210-08	0,865
Номинальный расход Qn	≈ 932 нл/мин
Воздух на выдвижение / втягивание	6,5 / 5,8 нл
Время хода, оценка	0,42 / 0,37 с
Цикл туда-обратно	около 0,79 с
Ток катушки DC24 В, 3 Вт	0,125 А
Энергия удержания 4V210 в год	≈ 26 кВт·ч
Энергия на переключение 4V220 (импульс 0,1 с)	0,3 Дж

Проверьте свой расчёт на калькуляторах: усилие цилиндра и расход воздуха. Как связан Kv распределителя со скоростью цилиндра, разобрано в статье расчёт Kv и Cv пневмораспределителя.

Что поставить вокруг 5/2 и зачем?

Подготовка воздуха. Клапану нужен воздух с фильтрацией не грубее 40 мкм и давлением 0,15–0,8 МПа. Блок AFR2000 (фильтр-регулятор, фильтрация 25 мкм по карточке) закрывает оба требования за 840 ₽.

Скорость. Дроссели с обратным клапаном AS ставят на выпуск цилиндра: ход становится плавным. Цена от 180 ₽.

Шум выхлопа. На выхлопные порты ставят глушители BSL из спечённой бронзы (цена от 30 ₽) или глушитель-дроссель BESL, который заодно регулирует расход выхлопа (цена от 150 ₽). Резьбу выхлопного порта выбирайте по карточке клапана.

Трубки и фитинги. Цилиндр с распределителем соединяют полиуретановой трубкой PU и цанговыми фитингами PC (цена от 40 ₽). Резьбу фитинга сверяйте с портом: в коде наших цанговых фитингов порт без буквы G означает наружную коническую R, а суффикс G цилиндрическую G; порт клапана у нас внутренний G.

Как выбрать: 4V210 или 4V220?

1. Нужен возврат в исходное положение при пропадании напряжения (зажим должен отпустить, заслонка закрыться, упор опуститься): 4V210. Ничего дополнительного в схеме управления не нужно.
2. Привод должен остаться на месте при пропадании напряжения (прижим на время технологической паузы, сохранение положения при перезапуске контроллера): 4V220 и импульсное управление. В схеме нужны алгоритм «известное положение при пуске» и блокировка одновременного сигнала на обе катушки.
3. Удержание длится часами (прижим, подпор): 4V220 экономит ток катушки (расчёт выше), но цена выше на разницу 1 280 ₽ против 840 ₽.
4. Цилиндр ходит непрерывно, каждые 1–2 секунды: экономия тока у 4V220 становится малой, берите более дешёвый 4V210.
5. Нужна остановка посередине хода: ни тот ни другой не подходит, смотрите 5/3 в серии 4V 5/3.

Типичные ошибки

• Ставят 4V220 «потому что надёжнее». При пропадании напряжения он остаётся в последнем положении, а не возвращает привод: для зажимов с возвратом это неверно.
• Подают сигнал на обе катушки. Лист это не описывает, поведение золотника не гарантировано: блокируйте в схеме.
• Не задают положение при пуске 4V220. После перезапуска контроллера цилиндр стоит там, где остановился, а программа считает иначе.
• Держат 4V210 под током сутками без необходимости. Это около 26 кВт·ч в год на катушку; где удержание долгое, рассмотрите 4V220.
• Берут клапан по ходу, а не по расходу. Cv = 1,0 у 4V210-08 даёт для Ø63 с ходом 300 мм оценку около 0,4 с на ход.
• Путают 4V210 и 4A210. Серия 4V электромагнитная; пневмоуправляемая у AirTAC это 4A.

Рубрики каталога

• Распределитель 4V 5/2: 4V210 и 4V220;
• Пневмоцилиндр SI;
• Фильтр-регулятор AFR2000;
• Калькулятор усилия цилиндра;
• Калькулятор расхода воздуха.

Частые вопросы

Чем отличается моностабильный распределитель от бистабильного?

Моностабильный 4V210 имеет одну катушку и возвращается в исходное положение, когда ток пропадает. Бистабильный 4V220 имеет две катушки и по листу производителя обладает функцией памяти.

Что делает цилиндр при пропадании напряжения?

С 4V210 золотник возвращается в исходное положение, и цилиндр идёт в то положение, которое задано подключением полостей. С 4V220 золотник остаётся в последнем положении.

Можно ли подавать сигнал на обе катушки 4V220?

Лист не описывает такой режим, поэтому в схеме управления одновременную подачу на обе катушки исключают.

Какое давление допускает 4V210-08?

Рабочее 0,15–0,8 МПа, испытательное 1,2 МПа по листу производителя.

Какое сопротивление у катушки 24 В DC?

При мощности 3 Вт около 190 Ом (R = U² / P = 24² / 3 = 192 Ом).

Какой клапан экономичнее по току?

Там, где цилиндр долго стоит в рабочем положении, 4V220: ток нужен только на импульс. Там, где цилиндр ходит непрерывно, разница в потреблении мала, а 4V210 дешевле.

Нужна ли смазка воздуха для 4V210 и 4V220?

Нет. Лист WAALPC допускает работу без дополнительной смазки; если воздух уже смазывали, продолжайте тем же маслом.