Kai jūsų pneumatinis cilindras neužbaigia eigos arba lėtai juda esant apkrovai, problema dažnai kyla dėl nepakankamo darbinio slėgio, kuris negali įveikti sistemos pasipriešinimo ir apkrovos reikalavimų. Norint apskaičiuoti mažiausią darbinį slėgį, reikia išanalizuoti bendrą jėgos poreikį, įskaitant apkrovos jėgas, trinties nuostolius, pagreičio jėgos1, ir saugos veiksniai2, tada dalijant iš efektyvusis stūmoklio plotas3 nustatyti mažiausią slėgį, reikalingą patikimam veikimui.
Praėjusį mėnesį padėjau Teksase esančios metalo gamybos gamyklos techninės priežiūros vadovui Deividui, kurio preso cilindrai nebaigdavo formavimo ciklų, nes jie veikė 60 PSI slėgiu, nors iš tikrųjų, norint užtikrinti patikimą veikimą, reikėjo mažiausio 85 PSI slėgio.
Turinys
- Į kokias jėgas reikia atsižvelgti atliekant slėgio skaičiavimus?
- Kaip apskaičiuoti įvairių tipų cilindrų efektyvųjį stūmoklio plotą?
- Kokius saugos koeficientus reikia taikyti skaičiuojant mažiausią slėgį?
- Kaip patikrinti apskaičiuotus slėgio reikalavimus realiose programose?
Į kokias jėgas reikia atsižvelgti atliekant slėgio skaičiavimus? ⚡
Norint tiksliai apskaičiuoti mažiausią slėgį, kuris užtikrina patikimą baliono veikimą, būtina suprasti visus jėgos komponentus.
Į bendrą jėgos poreikį įeina statinės apkrovos jėgos, dinaminio pagreičio jėgos, trinties nuostoliai dėl sandariklių ir kreipiančiųjų, priešslėgis4 dėl išmetimo apribojimų ir gravitacijos jėgos, kai cilindrai veikia vertikalioje padėtyje, ir visa tai turi būti įveikta pneumatiniu slėgiu.
Pirminiai jėgos komponentai
Apskaičiuokite šiuos esminius jėgos elementus:
Statinės apkrovos jėgos
- Darbinė apkrova - faktinę jėgą, reikalingą darbui atlikti.
- Įrankio svoris - pritvirtintų įrankių ir armatūros masė
- Medžiagos atsparumas - darbo procesui prieštaraujančios jėgos
- Spyruoklės jėgos - grįžtamosios spyruoklės arba atsvaros elementai
Dinaminės jėgos reikalavimai
| Jėgos tipas | Apskaičiavimo metodas | Tipinis diapazonas | Poveikis slėgiui |
|---|---|---|---|
| Pagreitis | F = ma | 10-50% statinio | Reikšmingas |
| Lėtėjimas | F = ma (neigiamas) | 20-80% statinio | Kritinis |
| Inercinis | F = mv²/r | Kintamas | Priklauso nuo paraiškos |
| Poveikis | F = impulsas/laikas | Labai aukštas | Dizaino ribojimas |
Trinties jėgos analizė
Trintis daro didelę įtaką slėgio reikalavimams:
- Sandariklio trintis - paprastai 5-15% cilindro jėgos
- Vadovas trintis - 2-10%, priklausomai nuo gido tipo
- Išorinė trintis - nuo slydimo įtaisų, guolių arba kreipiančiųjų.
- Stiction5 - statinė trintis paleidimo metu (dažnai 2 kartus didesnė už darbinę trintį).
Atgalinio slėgio aspektai
Išmetimo pusės slėgis turi įtakos grynajai jėgai:
- Išmetimo apribojimai sukurti priešslėgį
- Srauto reguliavimo vožtuvai padidinti išmetamųjų dujų slėgį
- Ilgos išmetimo linijos sukelia slėgio padidėjimą
- Duslintuvai ir filtrai pridėkite atsparumą
Gravitacinis poveikis
Vertikali cilindrų orientacija padidina sudėtingumą:
- Plečiasi į viršų - gravitacija priešinasi judėjimui (pridėkite svorį)
- Atitraukimas žemyn - gravitacija padeda judėjimui (atimti svorį).
- Horizontalus veikimas - neutrali gravitacija pagrindinėje ašyje
- Kampinis montavimas - apskaičiuoti jėgos komponentus
Deivido metalo gamybos įmonėje buvo neužbaigti formavimo ciklai, nes buvo apskaičiuota tik statinė formavimo apkrova, tačiau neatsižvelgta į dideles pagreičio jėgas, reikalingas tinkamam formavimo greičiui pasiekti, todėl slėgis buvo nepakankamas dinaminiams reikalavimams. 🔧
Aplinkos jėgos veiksniai
Apsvarstykite šiuos papildomus veiksnius:
- Temperatūros poveikis nuo oro tankio ir sudedamosios dalies plėtimosi
- Aukščio poveikis nuo esamo atmosferos slėgio
- Vibracijos jėgos iš išorės šaltinių
- Šiluminis plėtimasis komponentų ir medžiagų
Kaip apskaičiuoti įvairių tipų cilindrų efektyvųjį stūmoklio plotą? 📐
Tikslūs stūmoklio ploto skaičiavimai yra esminis dalykas nustatant slėgio ir veikiančios jėgos santykį.
Apskaičiuokite efektyvųjį stūmoklio plotą, naudodami πr² standartinių cilindrų ištraukimo eigai, πr² minus strypo plotas įtraukimo eigai, o cilindrams be strypų naudokite visą stūmoklio plotą, nepriklausomai nuo krypties, atsižvelgdami į sandariklio trintį ir vidinius nuostolius.
Standartinių cilindrų ploto skaičiavimai
| Cilindro tipas | Išplėsti insulto zoną | Atitraukimo smūgio zona | Formulė |
|---|---|---|---|
| Vienkartinio veikimo | Visas stūmoklio plotas | NETAIKOMA | A = π × (D/2)² |
| Dvigubo veikimo | Visas stūmoklio plotas | Stūmoklio - strypo plotas | A = π × [(D/2)² - (d/2)²] |
| Be strypų | Visas stūmoklio plotas | Visas stūmoklio plotas | A = π × (D/2)² |
Kur:
- D = stūmoklio skersmuo
- d = strypo skersmuo
- A = efektyvusis plotas
Ploto apskaičiavimo pavyzdžiai
Skirta 4 colių skersmens cilindrui su 1 colio strypu:
Išplėsti eigą (visas plotas)
A = π × (4/2)² = π × 4 = 12,57 kvadratinių colių
Įtraukimo eiga (grynasis plotas)
A = π × [(4/2)² - (1/2)²] = π × [4 - 0,25] = 11,78 kvadratinių colių
Jėgos santykio reikšmės
Dėl ploto skirtumo atsiranda jėgos disbalansas:
- Išplėsti jėgą esant 80 PSI = 12,57 × 80 = 1006 svarų
- Ištraukimo jėga esant 80 PSI = 11,78 × 80 = 942 svarų
- Jėgos skirtumas = 64 svarai (6,4% mažiau įtraukimo jėgos)
Cilindrų be strypų privalumai
Cilindrai be strypų užtikrina vienodą jėgą abiem kryptimis:
- Strypo plotas nesumažėja bet kuriuo iš smūgių.
- Nuolatinis jėgos demonstravimas nepriklausomai nuo krypties
- Supaprastinti skaičiavimai dvikrypčiam naudojimui
- Geresnis pajėgų panaudojimas turimo slėgio
Sandariklio trinties poveikis efektyviajam plotui
Vidinė trintis sumažina efektyviąją jėgą:
- Stūmoklio sandarikliai paprastai sunaudojama 5-10% teorinės jėgos.
- Strypų sandarikliai pridėti 2-5% papildomų nuostolių
- Vadovas trintis prisideda 2-8%, priklausomai nuo konstrukcijos
- Bendri trinties nuostoliai dažnai pasiekia 10-20% teorinės jėgos.
"Bepto's Precision Engineering
Mūsų cilindruose be strypų nereikia skaičiuoti strypų ploto, o dėl pažangios sandarinimo technologijos užtikrinamas puikus jėgos pastovumas ir mažesni trinties nuostoliai.
Kokius saugos koeficientus reikia taikyti skaičiuojant mažiausią slėgį? 🛡️
Tinkami saugos koeficientai užtikrina patikimą veikimą įvairiomis sąlygomis ir atsižvelgia į sistemos neapibrėžtumus.
Taikykite 1,25-1,5 saugos koeficientus bendroms pramoninėms reikmėms, 1,5-2,0 - kritiniams procesams ir 2,0-3,0 - su sauga susijusioms funkcijoms, atsižvelgdami į slėgio tiekimo svyravimus, temperatūros poveikį ir komponentų nusidėvėjimą laikui bėgant.
Saugos koeficiento gairės pagal taikymą
| Taikymo tipas | Minimalus saugos koeficientas | Rekomenduojamas diapazonas | Pagrindimas |
|---|---|---|---|
| Bendroji pramonė | 1.25 | 1.25-1.5 | Standartinis patikimumas |
| Tikslus pozicionavimas | 1.5 | 1.5-2.0 | Tikslumo reikalavimai |
| Saugos sistemos | 2.0 | 2.0-3.0 | Nesėkmės pasekmės |
| Kritiniai procesai | 1.75 | 1.5-2.5 | Poveikis gamybai |
Veiksniai, turintys įtakos saugos faktoriaus parinkimui
Į šiuos kintamuosius atsižvelkite rinkdamiesi saugos koeficientus:
Sistemos patikimumo reikalavimai
- Priežiūros dažnumas - rečiau = didesnis koeficientas
- Nesėkmės pasekmės - kritinis = didesnis koeficientas
- Galimas atleidimas iš darbo - atsarginės sistemos = mažesnis koeficientas
- Operatoriaus sauga - rizika žmogui = didesnis veiksnys
Aplinkos pokyčiai
- Temperatūros svyravimai turi įtakos oro tankiui ir komponentų našumui.
- Tiekiamo slėgio svyravimai nuo kompresoriaus ciklo
- Aukščio pokyčiai mobiliojoje įrangoje
- Drėgmės poveikis oro kokybei ir sudedamųjų dalių korozijai
Komponentų senėjimo veiksniai
Atsižvelkite į laikui bėgant blogėjantį našumą:
- Sandariklio susidėvėjimas trinties padidėjimas 20-50% per visą eksploatavimo laikotarpį
- Cilindro angos nusidėvėjimas mažina sandarinimo efektyvumą.
- Vožtuvų susidėvėjimas turi įtakos srauto charakteristikoms
- Filtro įkrovimas riboja oro srautą
Skaičiavimo pavyzdys su saugos koeficientais
Dėl Davido paraiškos formavimo:
- Reikiama formavimo jėga: 2 000 svarų
- Cilindro anga: 5 coliai (19,63 kv. col.)
- Trinties nuostoliai: 15% (300 svarų)
- Pagreičio jėga: 400 svarų
- Bendra reikalinga jėga: 2 700 svarų
- Saugos koeficientas: 1,5 (kritinė gamyba)
- Projektavimo jėga: 2700 × 1,5 = 4050 svarų
- Mažiausias slėgis: 4 050 ÷ 19,63 = 206 PSI
Tačiau jų sistema užtikrino tik 60 PSI slėgį, todėl ciklai nebuvo užbaigti! 📊
Dinaminės saugos aspektai
Papildomi dinaminių programų veiksniai:
- Pagreičio pokyčiai nuo apkrovos pokyčių
- Greičio reikalavimai įtaką srauto poreikiams
- Ciklo dažnis poveikis šilumos gamybai
- Sinchronizavimo poreikiai kelių cilindrų sistemose
Slėgio tiekimo aspektai
Atsižvelkite į oro tiekimo apribojimus:
- Kompresoriaus pajėgumas didžiausios paklausos metu
- Sandėliavimo talpyklos dydis periodiškai dideliam srautui
- Paskirstymo nuostoliai per vamzdynų sistemas
- Reguliatoriaus tikslumas ir stabilumas
Kaip patikrinti apskaičiuotus slėgio reikalavimus realiose programose? 🔬
Patikrinimas lauke patvirtina teorinius skaičiavimus ir nustato realaus pasaulio veiksnius, kurie turi įtakos cilindro veikimui.
Patikrinkite slėgio reikalavimus atlikdami sistemingus bandymus, įskaitant mažiausio slėgio bandymus, kai yra pilna apkrova, eksploatacinių savybių stebėjimą esant įvairiam slėgiui ir faktinių jėgų matavimą naudojant apkrovos elementus arba slėgio daviklius, kad patvirtintumėte skaičiavimus.
Sistemingo testavimo procedūros
Įgyvendinkite išsamius patikros bandymus:
Minimalaus slėgio bandymo protokolas
- Pradėkite nuo apskaičiuoto minimumo slėgis
- Palaipsniui mažinkite spaudimą iki tol, kol pablogėja našumas.
- Atkreipkite dėmesį į gedimo tašką ir gedimo režimas
- Pridėti 25% maržą virš gedimo taško
- Patikrinkite nuoseklų veikimą per kelis ciklus
Veikimo tikrinimo matrica
| Bandymo parametras | Matavimo metodas | Priėmimo kriterijai | Dokumentacija |
|---|---|---|---|
| Insulto užbaigimas | Padėties jutikliai | 100% vardinės eigos | Išlaikymo/neišlaikymo įrašas |
| Ciklo trukmė | Laikmatis / skaitiklis | ±10% nuo tikslinės vertės | Laiko žurnalas |
| Jėgos išvestis | Apkrovos elementas | ≥95% iš apskaičiuotų | Jėgos kreivės |
| Slėgio stabilumas | Slėgio matuoklis | ±2% pokytis | Slėgio žurnalas |
Reali bandymų įranga
Pagrindiniai lauko patikros įrankiai:
- Kalibruoti manometrai (minimalus ±1% tikslumas)
- Apkrovos elementai tiesioginiam jėgos matavimui
- Srauto matuokliai patikrinti oro suvartojimą
- Temperatūros jutikliai aplinkos stebėjimui
- Duomenų kaupikliai nuolatiniam stebėjimui
Apkrovos testavimo procedūros
Patikrinkite veikimą realiomis darbo sąlygomis:
Statinės apkrovos bandymas
- Naudokite visą darbinę apkrovą į cilindrą
- Matuokite mažiausią slėgį apkrovos palaikymui
- Patikrinkite laikymo pajėgumą laikui bėgant
- Patikrinkite, ar nesumažėjo slėgis nuotėkio rodiklis
Dinaminės apkrovos bandymas
- Bandymas esant įprastam darbiniam greičiui ir pagreitis
- Slėgio matavimas greitėjimo metu etapai
- Patikrinkite veikimą esant maksimaliam ciklo dažniui
- Stebėti slėgio stabilumą nepertraukiamo veikimo metu
Aplinkos bandymai
Bandymas atliekamas realiomis darbo sąlygomis:
- Ekstremalios temperatūros tikimasi, kad bus eksploatuojami
- Tiekiamo slėgio svyravimai nuo kompresoriaus ciklo
- Vibracijos poveikis iš šalia esančios įrangos
- Užterštumo lygiai faktiškai tiekiamo oro
Veiklos optimizavimas
Naudokite bandymų rezultatus sistemos veikimui optimizuoti:
- Sureguliuokite slėgio nustatymus remiantis faktiniais reikalavimais.
- Keisti saugos koeficientus remiantis išmatuotais svyravimais
- Optimizuoti srauto valdymą geriausiam našumui pasiekti
- Dokumento galutiniai nustatymai techninės priežiūros nuoroda
Įdiegus mūsų sistemingą bandymų metodą, Deivido įmonėje buvo nustatytas minimalus 85 PSI slėgis ir atitinkamai patobulinta oro sistema, taip panaikinant neužbaigtus formavimo ciklus ir padidinant gamybos efektyvumą 23%. 🎯
"Bepto" programų palaikymas
Teikiame išsamias bandymų ir patikros paslaugas:
- Slėgio analizė vietoje ir optimizavimas
- Pasirinktinės bandymų procedūros konkrečioms reikmėms
- Veikimo patvirtinimas balionų sistemų
- Dokumentų paketai kokybės sistemoms
Išvada
Tikslūs mažiausio slėgio skaičiavimai, derinami su tinkamais saugos koeficientais ir patikra vietoje, užtikrina patikimą baliono veikimą ir leidžia išvengti per didelių oro sistemų bei nereikalingų energijos sąnaudų. 🚀
DUK apie slėgio balione skaičiavimus
K: Kodėl mano balionai veikia gerai, kai slėgis didesnis, bet neveikia, kai apskaičiuotas mažiausias slėgis?
Apskaičiuoti minimalūs dydžiai dažnai neatsižvelgia į visus realaus pasaulio veiksnius, pavyzdžiui, sandarinimo slopinimą, temperatūros poveikį ar dinamines apkrovas. Visada pridėkite atitinkamus saugos koeficientus ir patikrinkite veikimą atlikdami realius bandymus darbo sąlygomis, o ne remkitės vien teoriniais skaičiavimais.
K: Kaip temperatūra veikia minimalaus slėgio reikalavimus?
Dėl žemos temperatūros padidėja oro tankis (reikia mažesnio slėgio tai pačiai jėgai pasiekti), tačiau taip pat padidėja sandarinimo trintis ir komponentų standumas. Karštoje temperatūroje oro tankis sumažėja (reikia didesnio slėgio), bet sumažėja trintis. Skaičiavimuose numatykite blogiausias temperatūros sąlygas.
K: Ar slėgį turėčiau apskaičiuoti pagal ištraukimo ar įtraukimo eigos reikalavimus?
Apskaičiuokite abiem eigoms, nes strypo ploto sumažėjimas turi įtakos įtraukimo jėgai. Naudokite didesnį slėgio reikalavimą kaip mažiausią sistemos slėgį arba apsvarstykite bestrypčius cilindrus, kurie užtikrina vienodą jėgą abiem kryptimis, kad skaičiavimai būtų paprastesni.
K: Kuo skiriasi mažiausias darbinis slėgis nuo rekomenduojamo darbinio slėgio?
Mažiausias darbinis slėgis yra teorinis mažiausias slėgis, užtikrinantis pagrindinį veikimą, o rekomenduojamas darbinis slėgis apima patikimam veikimui reikalingus saugos veiksnius. Visada naudokite rekomenduojamą slėgį, kad užtikrintumėte pastovų veikimą ir komponentų ilgaamžiškumą.
K: Kaip dažnai turėčiau perskaičiuoti esamų sistemų slėgio reikalavimus?
Perskaičiuokite kasmet arba kai keičiate apkrovas, greitį ar darbo sąlygas. Laikui bėgant komponentų nusidėvėjimas didina trinties nuostolius, todėl senstant sistemoms gali prireikti didesnio slėgio. Stebėkite veikimo tendencijas, kad nustatytumėte, kada reikia padidinti slėgį.
-
Suprasti, kaip apskaičiuoti jėgą, reikalingą pagreičiui pasiekti, naudojant antrąjį Niutono dėsnį. ↩
-
Išnagrinėti saugos koeficiento (FoS) apibrėžimą ir svarbą inžineriniame projektavime. ↩
-
Vadovas, kaip apskaičiuoti efektyvųjį stūmoklio plotą, atsižvelgiant į stūmoklio strypą. ↩
-
Sužinokite, kaip susidaro priešslėgis pneumatinėse grandinėse ir kaip jis veikia sistemos jėgą. ↩
-
Suprasti inžinerinę sąvoką "stabdymas" (statinė trintis) ir jos įtaką pradiniam judėjimui. ↩
