Pramoninės pneumatinės sistemos komponentų vadovas

Kiekvienas neplanuotas gamybos sustabdymas kainuoja pinigus - kartais tūkstančius dolerių per valandą. Kai sugenda pneumatinis komponentas ir jūs nepakankamai gerai pažįstate savo sistemą, kad galėtumėte greitai diagnozuoti gedimą, šios išlaidos greitai išauga. Šiuolaikinėje gamyboje suslėgtasis oras yra nematomas automatizavimo pagrindas, tačiau jį valdantys komponentai dažnai būna nesuprasti, neapibrėžti arba tiesiog ignoruojami, kol kas nors sugenda. Suprasti savo pneumatinę sistemą nėra privaloma - tai būtina norint išgyventi.

Pramoninę pneumatinę sistemą sudaro penkios pagrindinės komponentų grupės: oro ruošimo įrenginiai, krypties valdymo vožtuvai, pavaros (įskaitant cilindrai be lazdelių¹), jungiamosios detalės ir vamzdžiai bei jutikliai. Kartu jie suslėgtą orą paverčia tiksliu, pakartojamu mechaniniu judesiu gamykloje.

Pavyzdžiui, Markusas, vyresnysis techninės priežiūros inžinierius plastikų gamykloje Mičigane. Kai penktadienio popietę sugedo jo konvejerio linija, jis praleido tris varginančias valandas, ieškodamas netinkamo komponento, nes nebuvo įsitikinęs, kaip išdėstyta jo pneumatinė grandinė ir kuri dalis iš tikrųjų sugedo. Ši painiava jo įmonei kainavo daugiau nei $15 000 prarastos produkcijos, kol dar nebuvo nustatyta pagrindinė priežastis. Būtent tokių brangiai kainuojančių situacijų, kurių galima išvengti, ir siekiama išvengti šiuo vadovu.

Turinys

• Kokie yra pagrindiniai pramoninės pneumatinės sistemos komponentai?
• Kokie pneumatinių pavarų tipai naudojami pramoninėje automatikoje?
• Kaip krypties valdymo vožtuvai veikia pneumatinėje grandinėje?
• Kaip išsirinkti tinkamus pneumatinius komponentus savo programai?
• DUK apie pramoninės pneumatinės sistemos komponentus

Kokie yra pagrindiniai pramoninės pneumatinės sistemos komponentai?

Dauguma inžinierių žino, kad jų mašinos veikia naudodamos suslėgtąjį orą, tačiau tik nedaugelis gali tvirtai įvardyti visas grandinės grandis, dėl kurių oras yra naudingas, valdomas ir saugus tiksliajai automatizacijai.

Pramoninė pneumatinė sistema remiasi penkiomis pagrindinėmis sudedamųjų dalių grupėmis: kompresoriais ir oro ruošimo įrenginiais, krypties valdymo vožtuvais, pavaromis, jungiamosiomis detalėmis ir vamzdžiais bei grįžtamojo ryšio jutikliais. Kiekvienai grupei tenka neatsiejamas vaidmuo užtikrinant bendrą sistemos veikimą, energijos vartojimo efektyvumą ir ilgalaikį patikimumą.

Pneumatinę sistemą įsivaizduokite kaip žmogaus širdies ir kraujagyslių sistemą. Kompresorius yra širdis, vamzdžiai - arterijos, vožtuvai - valdymo vartai, o pavaros - raumenys, atliekantys tikrąjį darbą. Jei pašalinsite arba pabloginsite bet kurį elementą, visa sistema veiks prasčiau arba visiškai sustos.

1. Oro kompresoriai - galios šaltinis

Viskas prasideda čia. Pramoninėse pneumatinėse sistemose paprastai naudojamas vienas iš trijų tipų kompresorių:

• Stūmokliniai kompresoriai: Ekonomiškas, kai naudojamas su pertraukomis; paplitęs mažesnėse dirbtuvėse ir techninės priežiūros srityse.
• sukamieji sraigtiniai kompresoriai²: Nepertraukiamos pramoninės gamybos darbinis arklys. Efektyvus, tylus ir galintis pagaminti didelį kiekį produkcijos.
• Išcentriniai kompresoriai: Naudojamas didelės apimties įrenginiuose, kuriuose reikia labai didelio srauto esant mažesniam slėgiui.

Dauguma pramoninės automatikos įrenginių veikia tarp 4 ir 8 barų (58-116 PSI). Labai svarbu palaikyti pastovų tiekimo slėgį - slėgio svyravimai lemia nenuoseklų pavaros greitį ir jėgos našumą, o tai tiesiogiai veikia automatizuotų linijų gaminių kokybę.

2. Oro paruošimo įrenginiai (FRL) - The Quality Gate

Prieš suslėgtam orui pasiekiant bet kurią pavarą ar vožtuvą, jis turi būti išvalytas, sureguliuotas ir suteptas. . Filtras-reguliatorius-tepiklis (FRL) įrenginys atlieka visus tris darbus vienu linijiniu surinkimu:

FRL etapas	Funkcija	Praleidimo pasekmės
Filtras	Pašalina drėgmę, alyvos aerozolius ir kietąsias daleles.	Sandariklių irimas, vožtuvų klijavimas, korozija
Reguliatorius	Nustato ir stabilizuoja darbinį slėgį	Nenuosekli jėga, per didelis pavaros greitis
Tepiklis	Smulkus alyvos rūkas patenka į tolesnius komponentus	Didesnė trintis, ankstyvas dėvėjimasis

💡 "Bepto" komandos patarimas: Tinkamo oro ruošimo praleidimas yra dažniausia priešlaikinio pneumatinių komponentų gedimo priežastis, su kuria susiduriame šioje srityje. Kokybiškas FRL įrenginys kainuoja tik dalį vieno keičiamo cilindro kainos - investuokite į jį.

Šiuolaikinėms sistemoms, oro džiovintuvai naudojimo vietoje ir koalescenciniai filtrai vis dažniau nurodomi kartu su standartiniais FRL įrenginiais, ypač maisto ir gėrimų, farmacijos ir elektronikos gamyboje, kur labai svarbi taršos kontrolė.

3. Slėginiai indai ir oro imtuvai

Oro imtuvai (talpyklos) saugo kompresoriaus našumą, slopina slėgio svyravimus ir užtikrina rezervinį kiekį didžiausios paklausos atvejais. Tinkamo dydžio imtuvai sumažina kompresoriaus ciklų dažnį, pailgina kompresoriaus tarnavimo laiką ir pagerina slėgio stabilumą pasroviui. Didelio ciklo pneumatinėje automatikoje tai yra detalė, skirianti gerai suprojektuotas sistemas nuo probleminių.

4. Jungiamosios detalės, vamzdžiai ir kolektoriai

Įstumiamos jungiamosios detalės ir poliuretanas (PU)³ arba nailoniniai vamzdeliai sudaro jūsų pneumatinės sistemos cirkuliacinį tinklą. Svarbiausi dalykai:

• Vamzdžių skersmuo: Dėl per mažo dydžio vamzdžių susidaro srauto apribojimas ir slėgio kritimas, todėl sumažėja pavaros greitis ir jėga.
• Montavimo medžiaga: Žalvario jungiamosios detalės standartiniam naudojimui; nerūdijantis plienas - korozijai ar plovimui.
• Kolektorių blokai: Kelių vožtuvų jungtis galima sujungti į vieną mazgą, taip gerokai sumažinant santechnikos sudėtingumą, nesandarumo vietas ir montavimo laiką.

Pneumatinių vamzdžių ir jungiamųjų detalių nesandarumas yra tylus efektyvumo žudikas. Pramonės tyrimai rodo, kad tipinė nesutvarkyta pramoninė pneumatinė sistema praranda 20-30% suslėgto oro nuotėkių - kasmet patiriamos didelės energijos sąnaudos.

Kokie pneumatinių pavarų tipai naudojami pramoninėje automatikoje?

Pavaros yra ta vieta, kur suslėgtas oras tampa fiziniu darbu, o netinkamo tipo pavarų pasirinkimas yra brangiai kainuojanti klaida, turinti įtakos ir našumui, ir techninės priežiūros išlaidoms.

Pramoninės pneumatinės pavaros apima standartinius strypinius cilindrus, cilindrus be strypų, rotacines pavaras ir griebtuvus. Iš jų bestrypčiai cilindrai yra tinkamiausias pasirinkimas ilgų eigų, ribotos erdvės linijiniams judesiams pakavimo, automobilių surinkimo ir medžiagų tvarkymo automatizavimo srityse.

Standartiniai cilindrai su strypais

Plačiausiai pasaulyje naudojama pneumatinė pavara. Stūmoklį, esantį angoje, suka oro slėgis ir jis ištraukia arba įtraukia strypą, kuris perduoda jėgą apkrovai. Galimos vienpusio (spyruoklinio grįžtamojo) ir dvigubo veikimo konfigūracijos.

Tinkamiausias: Trumpos ir vidutinės eigos stūmimo ir traukimo užduotys, prispaudimo, presavimo ir išstūmimo darbai.

Apribojimas: Bendras montavimo ilgis yra maždaug dvigubai didesnis už eigos ilgį (korpusas + pailgintas strypas). Jei eiga ilgesnė nei 500 mm, strypo išlinkimas tampa tikra inžinerine problema.

Cilindrai be strypų - mūsų pagrindinė specializacija 🏆

Čia, "Bepto Pneumatics" įmonėje, geriausiai išmanome cilindrus be strypų ir dėl šios priežasties esu ypač aistringai nusiteikęs juos tinkamai paaiškinti.

Cilindras be strypo judina vežimėlį arba krovinio laikiklį išilgai cilindro korpuso išorės, veikiamas vidinio stūmoklio slėgio. Nėra ištraukiamojo strypo. Ši elegantiška konstrukcija vienu metu išsprendžia du didžiausius standartinių cilindrų apribojimus.

Funkcija	Standartinis strypo cilindras	Berodis cilindras
Įrengimo ilgis	Kūno ilgis + visa eiga	Tik lygus eigos ilgiui
Galimybė atlikti ilgą eigą	Ribojamas strypo išlinkimo	Puikiai - iki 6 000 mm+
Šoninės apkrovos tolerancija	Žemas - reikia išorinio gido	Aukštas (integruotas kreipiamasis bėgis)
Judanti masė	Strypas + stūmoklis	Tik vežimėlis - mažesnė inercija
Tipinis eigos diapazonas	10 mm - 500 mm	100 mm - 6000 mm
OEM pakeitimo kaina	Vidutinio sunkumo	Dažnai didelis - "Bepto" taupo 20-35%
Priežiūros sudėtingumas	Paprastas	Vidutinio sunkumo - būtina atlikti sandarinimo juostos patikrą

Cilindrų be strypų variantai "Bepto" tiekia:

• Magnetu sujungti cilindrai be lazdelių: Tinkamas naudoti švariose patalpose ir maisto produktams; nėra mechaninio lizdo atidarymo.
• Mechaniškai sujungti (su plyšiais) cilindrai be strypų: Didesnis apkrovos pajėgumas; tinka sunkioms pramoninėms perkėlimo sistemoms.
• Belaidžiai cilindrai be lazdelių ir diržų: Ekonomiškas pasirinkimas labai ilgiems ėjimams su mažesniu kroviniu.

Tikro pasaulio istorija 💬

Štutgarte (Vokietija) įsikūrusios pakavimo mašinų bendrovės pirkimų vadybininkė Sara ieškojo pakaitinių cilindrų be lazdelių netikėtai sugedusiai didelės spartos ženklinimo linijai. Jos OĮG tiekėjas nurodė kainą 6 savaičių pristatymo laikas už aukščiausią kainą - visiškai nepriimtina, kad mašina stovėtų nenaudojama gamybos ceche.

Ji internete rado "Bepto Pneumatics", nusiuntė mums originalios įrangos dalies numerį, o mūsų techninė komanda per kelias valandas rado kryžminę nuorodą į specifikaciją. Patvirtinome visišką matmenų ir našumo suderinamumą su mūsų pakaitiniu įrenginiu ir išsiuntėme cilindras be lazdelių per 48 valandas greituoju krovinių gabenimu. Jos linija vėl buvo pradėta gaminti dar nesibaigus savaitei. Jos vieno komponento vieneto sąnaudos sumažėjo 28% - dabar ji sutaupo visam atsarginių dalių inventoriui.

Rotaciniai valdikliai

Suspaustą orą paverskite kampiniu (sukamuoju) judesiu. Galima rinktis stovo ir krumpliaračio arba mentės konstrukcijos, standartiniai sukimosi kampai yra 90°, 180° ir 270°. Plačiai naudojami detalėms sukti, indeksuoti stalus ir vožtuvams įjungti.

Pneumatiniai griebtuvai

Lygiagrečių žandikaulių ir kampinių žandikaulių griebtuvai - tai pneumatinio surinkimo ir vietos automatizavimo galutiniai vykdymo įtaisai. Pagrindiniai pasirinkimo parametrai yra jėga ir eiga, taip pat žandikaulių profilio suderinamumas su ruošinio geometrija.

Pneumatiniai slankiojantys ir linijiniai įrenginiai be strypų

Integruoti mazgai, jungiantys cilindrą be strypų su tiksliomis linijinėmis kreipiančiosiomis ir tvirtinimo vežimėliu. Šie paruošti montuoti blokai gerokai supaprastina mašinos konstrukciją ir vis labiau populiarėja modulinėse automatikos celių konstrukcijose.

Kaip krypties valdymo vožtuvai veikia pneumatinėje grandinėje?

Vožtuvai yra pneumatinės sistemos sprendimų priėmėjai. Jie lemia kai, kur, ir kiek oro srautai, o neteisingas jų nustatymas reiškia, kad pavaros elgiasi nenuspėjamai.

Krypties valdymo vožtuvai valdo oro srauto kelius pneumatinėje grandinėje atidarydami, uždarydami arba perjungdami vidinius kanalus. Jie skirstomi pagal prievadų skaičių ir perjungimo padėtis. elektromagnetiniai vožtuvai⁴ labiausiai paplitę pramoniniuose dvigubo veikimo cilindruose.

Vožtuvų nomenklatūros supratimas

“5/2” arba “3/2” žymėjimas pasako viską apie vožtuvo architektūrą:

• Pirmasis skaičius = uostai (oro jungtys): tiekimo, išmetimo ir darbinės angos.
• Antrasis skaičius = pozicijos (perjungimo būsenos): kiek skirtingų srauto konfigūracijų turi vožtuvas.

Vožtuvo tipas	Uostai / pozicijos	Tipiškas taikymas
3/2 kelio N.C.	3 prievadai, 2 pozicijos	Vienkartinio veikimo cilindrai, spaustuvai
5/2 kelio solenoidas	5 prievadai, 2 pozicijos	Dvigubo veikimo cilindrai - labiausiai paplitę
5/3 krypčių (viduryje išmetimo vamzdžio)	5 prievadai, 3 pozicijos	Stabdymas eigos viduryje / plūdės padėtis
5/3 krypčių (vidutinio slėgio)	5 prievadai, 3 pozicijos	Laikymo padėtis esant apkrovai

Paleidimo būdai

Priklausomai nuo naudojimo būdo, vožtuvus galima perjungti keliais būdais:

• Solenoidas (elektrinis): PLC valdomos automatikos standartas. Greitas, pakartojamas ir lengvai integruojamas.
• Pneumatinis pilotas: Naudingas sprogioje aplinkoje, kur elektros signalai yra pavojingi.
• Rankinis valdymas: Tai būtina techninei priežiūrai ir eksploatacijos pradžiai - visada patikrinkite, ar ši funkcija yra jūsų vožtuvuose.
• Mechaninis (ritininis / svirtinis): Naudojamas padėtimis grindžiamam perjungimui, tiesiogiai sukeliamam mašinos judesio.

Srauto greitis ir Cv vertė

Vožtuvo Cv vertė (srauto koeficientas) lemia, kiek oro jis gali praleisti esant tam tikram slėgio skirtumui. Dėl per mažo vožtuvo dydžio susidaro srauto kliūtis, dėl kurios sulėtėja pavaros veikimas, net jei pats cilindras nurodytas teisingai. Visada suderinkite vožtuvo Cv su jūsų cilindro oro sąnaudomis, esant reikiamam ciklo greičiui.

Vožtuvų salos ir kolektorių sistemos

Šiuolaikinės automatizuotos mašinos vis dažniau naudoja vožtuvų salos - moduliniai kolektorių blokai, kuriuose keli elektromagnetiniai vožtuvai naudojasi bendru tiekimo ir išmetimo bėgiu su atskiromis elektrinėmis jungtimis prie lauko magistralės arba įvesties / išvesties modulio. Privalumai:

• Ženkliai sumažintas laidų ir vamzdžių sudėtingumas
• Centralizuota diagnostika ir gedimų nustatymas
• Greitesnis paleidimas ir lengvesnė prieiga prie techninės priežiūros
• Suderinamumas su pagrindiniais lauko magistralės protokolai⁵ (PROFIBUS, EtherNet/IP, IO-Link)

Kaip išsirinkti tinkamus pneumatinius komponentus savo programai? 

Komponentų parinkimas tik pagal katalogo numerį arba tiesiog užsakymas “tos pačios dalies, kaip ir praėjusį kartą” be patikrinimo - tai greitas kelias į nesuderintą veikimą, ankstyvą gedimą ir nereikalingas prastovas.

Renkantis tinkamus pneumatinius komponentus reikia sistemingai suderinti keturis parametrus: darbinį slėgį, kiaurymės dydį, eigos ilgį ir aplinkos sąlygas. Keičiamosioms dalims taip pat labai svarbu, kad jų matmenys būtų sukeičiami su originaliomis OEM specifikacijomis, siekiant užtikrinti tikrą suderinamumą ir išvengti brangiai kainuojančio perdirbimo.

4 parametrų atrankos sistema

① Darbinio slėgio ir jėgos skaičiavimas

Pradėkite nuo jėgos, kurios iš tikrųjų reikia jūsų programai. Pagrindinė pneumatinės jėgos lygtis yra tokia:

$F = P × A$

Kur:

• $F$ = išėjimo jėga (niutonai)
• $P$ = tiekimo slėgis (Paskaliai)
• $A$ = efektyvusis stūmoklio plotas (m²)

Dvigubo veikimo cilindro grįžtamosios eigos atveju atsižvelkite į strypo plotą, kuris sumažina efektyvųjį stūmoklio plotą:

$F_{grąžinimas} = P \times (A_{gysla} - A_{rod})$

Visada taikykite 20-25% saugos atsargą viršija jūsų apskaičiuotą poreikį. Realiose sistemose yra slėgio kritimų vamzdžiuose, vožtuvų Cv apribojimų ir apkrovos svyravimų, kurių teoriniai skaičiavimai visiškai neatspindi.

② Gręžinio dydis ir eigos ilgis

Nuo kiaurymės dydžio tiesiogiai priklauso jėgos našumas esant tam tikram slėgiui. Stūmoklio ilgis lemia, kaip toli keliauja apkrova. Konkrečiai bepakopiams cilindrams:

• Smūgio ilgis yra pagrindinis dydžio kintamasis - būtent čia mūsų "Bepto" asortimentas išsiskiria, nes apima standartinius dydžius nuo nuo 100 mm iki 6000 mm įvairių dydžių kiaurymės.
• Ilgų smūgių atveju visada patikrinkite gamintojo Didžiausia leistina apkrova ir eiga diagramą, nes vežimėlio keliamoji galia mažėja didėjant eigai dėl kreipiamojo momento apribojimų.

③ Greičio ir srauto reikalavimai

Cilindro greitį valdo srauto valdymo vožtuvai (įvadinis arba išvadinis skaitiklis). Tačiau prieš srovę esantis vožtuvas ir vamzdžiai turi užtikrinti pakankamą srautą. Apskaičiuokite oro sąnaudas per ciklą:

$Q = \frac{A \times L \times (P + P_{atm})}{P_{atm}} \laikotarpiai \tekstas{ciklų/min}$

Taip gausite tūrinio srauto poreikį, kad galėtumėte tinkamai nustatyti kompresoriaus, imtuvo ir tiekimo linijų dydį.

④ Aplinkos sąlygos

Būtent čia daugelis sprendimų dėl pirkimų yra neteisingi - standartinio komponento, skirto atšiaurioms sąlygoms, specifikavimas.

Veikimo sąlygos	Rekomenduojama specifikacija
Didelė drėgmė / lauke	Nerūdijančio plieno korpusas + NBR sandarikliai + korozijai atspari danga
Plovimas / maisto perdirbimas	FDA reikalavimus atitinkantys sandarikliai, anoduoto aliuminio, IP67+ klasė
Aukšta temperatūra (>80 °C)	Vitono (FKM) sandarikliai, karščiui atsparus cilindro korpusas
Žema temperatūra (<-10 °C)	Žemos temperatūros NBR arba poliuretano sandarikliai
Dulkėta / abrazyvinė aplinka	Sandarūs linijiniai kreipikliai, dvigubi valytuvų sandarikliai, teigiamas oro išvalymas
Švarios patalpos / puslaidininkiai	Konstrukcija be tepalo, magnetu sujungti cilindrai be strypų

⑤ OEM kryžminė nuoroda dėl atsarginių dalių

Keičiant pagrindinių prekės ženklų komponentus - SMC, "Festo", "Parker Hannifin", "Bosch Rexroth", "Norgren", "Airtac", CKD - mūsų "Bepto" komanda pateikia visus kryžminės nuorodos suderinamumo duomenis. Mūsų Pneumatinės pavaros keitimas dalys yra suprojektuotos taip, kad tiksliai atitiktų originalios įrangos montavimo matmenis, prievadų padėtis, sandarinimo medžiagas ir eksploatacines charakteristikas.

Tai reiškia, kad jūsų techninės priežiūros komanda "Bepto" pakaitalą montuoja taip pat, kaip ir originalųjį - nereikia gręžti naujų skylių, adapterių plokštelių ir permontuoti vandentiekio. Tiesiog įkiškite jį ir paleiskite.

Marcusas, mūsų anksčiau minėtas inžinierius iš Mičigano, galiausiai tapo "Bepto" klientu po to skaudaus penktadienio gedimo. Dabar jis turi nedideles "Bepto" atsargų atsargų atsargas, kurias sudaro "Bepto" pakaitiniai cilindrai be lazdelių, susieti su trimis svarbiausiais OEM dalių numeriais. Paskutinis jo gamybos linijos sustabdymas dėl cilindro gedimo? Mažiau nei keturios valandos nuo pradžios iki pabaigos. Štai koks skirtumas tarp patikimos pakaitinio tiekimo grandinės ir patikimos tiekimo grandinės.

Išvada

Pramoninės pneumatinės sistemos komponentų - nuo oro ruošimo, krypties valdymo vožtuvų iki darbui tinkamos pavaros - supratimas yra greitesnio trikčių šalinimo, išmanesnio pirkimo ir reikšmingai mažesnių bendrųjų eksploatavimo sąnaudų pagrindas. Nesvarbu, ar prižiūrite esamą sistemą, ar rengiate naują, šiame vadove aprašytos detalės suteiks jums techninio pasitikėjimo, kad kiekviename žingsnyje galėtumėte priimti geresnius sprendimus.

DUK apie pramoninės pneumatinės sistemos komponentus

1. Sužinokite daugiau apie didelio našumo cilindrus be lazdelių, skirtus tiksliam automatizavimui. ↩

2. Supraskite, kodėl sraigtiniai kompresoriai yra pramoninio oro tiekimo standartas. ↩

3. Susipažinkite su poliuretano (PU) vamzdžių savybėmis ir pramoniniu pritaikymu. ↩

4. Sužinokite, kaip elektromagnetiniai vožtuvai leidžia tiksliai elektra valdyti pneumatines grandines. ↩

5. Sužinokite, kaip lauko magistralės protokolais pneumatinės sistemos integruojamos į skaitmeninius tinklus. ↩