Kaip išsirinkti tobulą pneumatinę žarną, kad ji būtų maksimaliai saugi ir veiksminga?

Pneumatinėse sistemose susiduriate su netikėtais žarnų gedimais, pavojingais slėgio kritimais ar cheminio suderinamumo problemomis? Šios dažnos problemos dažnai kyla dėl netinkamai parinktų žarnų, dėl kurių patiriamos brangios prastovos, kyla pavojus saugai ir jos pakeičiamos anksčiau laiko. Pasirinkę tinkamą pneumatinę žarną, galite iš karto išspręsti šias kritines problemas.

Ideali pneumatinė žarna turi atlaikyti specifinius jūsų taikymo srities lenkimo reikalavimus, būti atspari cheminiam irimui dėl vidinio ir išorinio poveikio ir tinkamai suderinta su greitosiomis jungtimis, kad išlaikytų optimalias slėgio ir srauto charakteristikas. Norint tinkamai pasirinkti, reikia išmanyti lenkimo nuovargio standartus, cheminio suderinamumo veiksnius ir slėgio bei srauto santykius.

Prisimenu, kaip praėjusiais metais konsultavausi su Teksase esančia chemijos perdirbimo gamykla, kurioje dėl ankstyvų gedimų pneumatinės žarnos buvo keičiamos kas 2-3 mėnesius. Išanalizavus jų taikymą ir įdiegus tinkamai parinktas žarnas su atitinkamais atsparumo cheminėms medžiagoms ir lenkimo spindulio įvertinimais, jų keitimo dažnumas sumažėjo iki kasmetinės techninės priežiūros, taip sutaupant daugiau kaip $45 000 prastovoms ir medžiagoms. Leiskite pasidalyti tuo, ko išmokau per savo darbo pneumatikos pramonėje metus.

Turinys

• Pneumatinių žarnų lenkimo nuovargio bandymų standartų supratimas
• Išsamus cheminio suderinamumo žinynas
• Kaip parinkti greitąsias jungtis, kad slėgis ir srautas būtų optimalūs

Kaip lenkimo nuovargio bandymais prognozuojamas pneumatinių žarnų tarnavimo laikas dinamiškose srityse?

Lenkimo nuovargio bandymai suteikia svarbių duomenų, reikalingų renkantis žarnas, kai jos nuolat juda, vibruoja arba dažnai keičia konfigūraciją.

Lenkimo nuovargio bandymais matuojamas žarnos gebėjimas atlaikyti daugkartinį lenkimą be gedimo. Standartiniai bandymai paprastai atliekami žarnų lenkimo ciklais per nustatytą lenkimo spindulį, esant kontroliuojamam slėgiui ir temperatūrai, skaičiuojant ciklus iki gedimo. Rezultatai padeda numatyti realias eksploatacines savybes ir nustatyti mažiausio lenkimo spindulio specifikacijas skirtingoms žarnų konstrukcijoms.

Lenkimo nuovargio pagrindų supratimas

Lenkimo nuovargio gedimas įvyksta, kai žarna pakartotinai lenkiama viršijant jos konstrukcines galimybes:

• Nesėkmės mechanizmai yra šie:
    - Vidinio vamzdžio įtrūkimai
    - Armatūros sluoksnio suskirstymas
    - Dangčio dilimas ir įtrūkimai
    - Montavimo jungčių gedimai
    - Įlenkimas ir nuolatinė deformacija

• Kritiniai veiksniai, darantys įtaką atsparumui nuovargiui lenkiant:
    - Žarnos konstrukcinės medžiagos
    - Armatūros konstrukcija (spiralinė ir pintinė)
    - Sienelės storis ir lankstumas
    - Darbinis slėgis (didesnis slėgis = mažesnis atsparumas nuovargiui)
    - Temperatūra (ekstremalios temperatūros mažina atsparumą nuovargiui)
    - Lenkimo spindulys (glaudesni lenkimai pagreitina gedimą)

Pramonės standartų bandymų protokolai

Lenkimo nuovargio charakteristikos vertinamos keliais nustatytais bandymų metodais:

ISO 8331¹ Metodas

Šis tarptautinis standartas nustato:

• Reikalavimai bandymo aparatūrai
• Mėginių paruošimo procedūros
• Bandymo sąlygų standartizavimas
• Nesėkmės kriterijų apibrėžtys
• Ataskaitų teikimo reikalavimai

SAE J517 standartas

Šis automobilių ir (arba) pramonės standartas apima:

• Specifiniai skirtingų tipų žarnų bandymo parametrai
• Minimalūs ciklo reikalavimai pagal taikymo klasę
• Ryšys su lauko veiklos lūkesčiais
• Saugos faktoriaus rekomendacijos

Lenkimo nuovargio bandymo procedūros

Tipinis lenkimo nuovargio bandymas atliekamas šiais etapais:

1. Mėginio paruošimas
      - Žarnos būklė bandymo temperatūroje
      - Sumontuokite atitinkamas galines jungiamąsias detales
      - Išmatuokite pradinius matmenis ir charakteristikas

2. Bandymų sąranka
      - Sumontuokite žarną bandymo aparate
      - Taikykite nurodytą vidinį slėgį
      - Nustatytas lenkimo spindulys (paprastai 80-120% minimalaus vardinio lenkimo spindulio)
      - Sukonfigūruokite ciklo dažnį (paprastai 5-30 ciklų per minutę)

3. Bandymų vykdymas
      - Žarnos ciklas per nurodytą lenkimo modelį
      - Stebėkite, ar nėra nuotėkio, deformacijos ar slėgio sumažėjimo.
      - Tęskite iki gedimo arba iš anksto nustatyto ciklų skaičiaus
      - Įrašyti ciklų skaičių ir gedimo būdą

4. Duomenų analizė
      - Apskaičiuokite vidutinį ciklų iki gedimo skaičių
      - Nustatyti statistinį pasiskirstymą
      - Palyginti su paraiškos reikalavimais
      - Taikyti tinkamus saugos koeficientus

Lenkimo nuovargio charakteristikų palyginimas

*Esant 80% didžiausiam vardiniam slėgiui, standartinės bandymo sąlygos

Minimalaus lenkimo spindulio specifikacijų aiškinimas

Mažiausio lenkimo spindulio specifikacija yra labai svarbi norint tinkamai pasirinkti žarną:

• Statinės programos: Gali veikti esant paskelbtam mažiausiam lenkimo spinduliui
• Retkarčiais lankstosi: Naudokite 1,5× mažiausią lenkimo spindulį
• Nuolatinis lankstymas: Naudokite 2-3× mažiausią lenkimo spindulį
• Aukšto slėgio įrenginiai: Prie lenkimo spindulio pridėkite 10% už kiekvieną 25% didžiausio slėgio
• Padidėjusi temperatūra: Pridėkite 20% prie lenkimo spindulio, kai dirbama arti maksimalios temperatūros

Realaus taikymo pavyzdys

Neseniai konsultavausi su robotų surinkimo gamintoju Vokietijoje, kuris dažnai susidurdavo su žarnų gedimais savo daugiaašiuose robotuose. Jų esamos pneumatinės linijos sugesdavo maždaug po 100 000 ciklų, dėl to atsirasdavo daug prastovų.

Atlikta analizė atskleidė:

• Reikalingas lenkimo spindulys: 65 mm
• Darbinis slėgis: 6,5 bar
• Ciklo dažnis: 12 ciklų per minutę
• Kasdienis darbas: 16 valandų
• Numatomas tarnavimo laikas: 5 metai (maždaug 700 000 ciklų)

Įdiegus "Bepto FlexMotion" žarnas su:

• Išbandyta nuovargio trukmė: > 1 000 000 ciklų bandymo sąlygomis
• Daugiasluoksnis sutvirtinimas, skirtas nuolatiniam lenkimui
• Optimizuota konstrukcija, pritaikyta konkrečiam lenkimo spinduliui
• Specializuotos galinės jungiamosios detalės dinamiškiems taikymams

Rezultatai buvo įspūdingi:

• Nulis gedimų po 18 eksploatavimo mėnesių
• Sumažintos techninės priežiūros išlaidos 82%
• Pašalintos prastovos dėl žarnų gedimų
• Prognozuojamas tarnavimo laikas pratęstas ilgiau nei 5 metus

Kurios pneumatinių žarnų medžiagos yra suderinamos su jūsų Cheminė aplinka³?

Cheminis suderinamumas labai svarbus siekiant užtikrinti žarnų ilgaamžiškumą ir saugą aplinkoje, kurioje veikia alyvos, tirpikliai ir kitos cheminės medžiagos.

Cheminis suderinamumas - tai žarnos medžiagos atsparumas irimui veikiant tam tikroms medžiagoms. Nesuderinamos cheminės medžiagos gali sukelti žarnų medžiagų išbrinkimą, sukietėjimą, įtrūkimą arba visišką suirimą. Norint tinkamai parinkti, žarnų medžiagas reikia suderinti su vidinėmis terpėmis ir išorinės aplinkos poveikiu.

Cheminio suderinamumo pagrindai

Cheminis suderinamumas apima keletą galimų sąveikos mechanizmų:

• Cheminė absorbcija: Medžiaga absorbuoja chemines medžiagas, todėl išbrinksta ir suminkštėja.
• Cheminė adsorbcija: Cheminiai ryšiai su medžiagos paviršiumi, keičiantys savybes
• Oksidacija: Cheminė reakcija ardo medžiagos struktūrą
• Ekstrakcija: Cheminės medžiagos Pašalinti plastifikatorius ar kitus komponentus
• Hidrolizė: Medžiagos struktūros skaidymas vandens pagrindu

Išsami cheminio suderinamumo greitoji nuoroda

Šioje lentelėje pateikiama trumpa nuoroda į dažniausiai naudojamas žarnų medžiagas ir cheminių medžiagų poveikį:

Vertinimo raktas:

• A: Puikiai (poveikis minimalus arba jokio poveikio)
• B: gerai (nedidelis poveikis, tinka daugumai programų)
• C: Geras (vidutinis poveikis, tinka ribotam poveikiui)
• D: prastas (labai pablogėjęs, nerekomenduojama)

Specifinės medžiagos atsparumo cheminėms medžiagoms savybės

Poliuretanas

• Stipriosios pusės: Puikus atsparumas alyvoms, degalams ir ozonui
• Silpnybės: Mažas atsparumas kai kuriems tirpikliams, stiprioms rūgštims ir šarmams
• Geriausios programos: Bendroji pneumatika, aplinka, kurioje yra alyvos
• Venkite: Ketonai, chlorinti angliavandeniliai, stiprios rūgštys ir bazės

Nailonas

• Stipriosios pusės: Puikus atsparumas alyvoms, degalams ir daugeliui tirpiklių
• Silpnybės: Menkas atsparumas rūgštims ir ilgalaikiam vandens poveikiui
• Geriausios programos: Sauso oro sistemos, degalų tvarkymas
• Venkite: Rūgštys, didelės drėgmės aplinka

PVC

• Stipriosios pusės: Geras atsparumas rūgštims, šarmams ir alkoholiams
• Silpnybės: Prastas atsparumas daugeliui tirpiklių ir naftos produktų
• Geriausios programos: Vanduo, švelni cheminė aplinka
• Venkite: Aromatiniai ir chlorinti angliavandeniliai

NBR (nitrilas)

• Stipriosios pusės: Puikus atsparumas alyvoms, degalams ir riebalams
• Silpnybės: prastas atsparumas ketonams, ozonui ir stiprioms cheminėms medžiagoms
• Geriausios programos: Alyvos turinčios oro, hidraulinės sistemos
• Venkite: Ketonai, chlorinti tirpikliai, nitro junginiai

EPDM

• Stipriosios pusės: Puikus atsparumas vandeniui, cheminėms medžiagoms ir atmosferos poveikiui
• Silpnybės: Labai mažas atsparumas alyvoms ir naftos produktams
• Geriausios programos: Poveikis lauke, garai, stabdžių sistemos
• Venkite: Bet kokie naftos pagrindo skysčiai ar tepalai

FKM (Vitonas)

• Stipriosios pusės: Išskirtinis atsparumas cheminėms medžiagoms ir temperatūrai
• Silpnybės: Didelė kaina, mažas atsparumas tam tikroms cheminėms medžiagoms
• Geriausios programos: Atšiauri cheminė aplinka, aukšta temperatūra
• Venkite: Ketonai, mažos molekulinės masės esteriai ir eteriai

Cheminio suderinamumo bandymų metodika

Kai nėra konkrečių suderinamumo duomenų, gali tekti atlikti bandymus:

1. Bandymai panardinant
      - Medžiagos pavyzdį panardinkite į cheminę medžiagą
      - Stebėkite, ar nesikeičia svoris, matmenys ir vizualinis vaizdas.
      - Bandymas atliekamas esant naudojimo temperatūrai (aukštesnė temperatūra pagreitina poveikį)
      - Įvertinti po 24 valandų, 7 dienų ir 30 dienų

2. Dinaminis testavimas
      - Lenkdami žarną, kurioje susidaro slėgis, veikite ją cheminėmis medžiagomis
      - Stebėkite, ar nėra nuotėkio, slėgio sumažėjimo arba fizinių pokyčių.
      - Jei reikia, pagreitinkite bandymus, naudodami aukštesnę temperatūrą.

Atvejo analizė: Cheminio suderinamumo sprendimas

Neseniai dirbau su farmacijos gamykla Airijoje, kurios valymo sistemoje dažnai trūkinėjo žarnos. Sistemoje buvo naudojami besikeičiantys valymo chemikalai, įskaitant šarmo tirpalus, švelnias rūgštis ir dezinfekavimo priemones.

Esamos PVC žarnos sugesdavo po 3-4 mėnesių eksploatavimo, dėl to vėluodavo gamyba ir kildavo užteršimo pavojus.

Išanalizavus jų cheminių medžiagų poveikio profilį:

• Pirminis vidinis poveikis: (pH 12) ir rūgštiniai (pH 3) tirpalai.
• Antrinis poveikis: dezinfekavimo priemonės (peracto rūgšties pagrindu)
• Išorinis poveikis: Valymo priemonės ir atsitiktiniai cheminių medžiagų purslai
• Temperatūros diapazonas: Aplinkos temperatūra iki 65 °C

Įgyvendinome dviejų medžiagų sprendimą:

• EPDM dengtos žarnos, skirtos valymui kaustinėmis medžiagomis
• Rūgšties ir dezinfekavimo priemonės žarnos su FKM pamušalu
• Abu su cheminėms medžiagoms atspariais išoriniais dangteliais
• Speciali jungčių sistema, apsauganti nuo kryžminės taršos

Rezultatai buvo reikšmingi:

• Žarnos tarnavimo laikas pailgintas iki daugiau kaip 18 mėnesių
• Nulis taršos incidentų
• Sumažintos techninės priežiūros išlaidos 70%
• Padidintas valymo ciklo patikimumas

Kaip parinkti greitąsias jungtis, kad būtų palaikomas optimalus slėgis ir srautas pneumatinėse sistemose?

Tinkamas greitųjų jungčių suderinimas su žarnomis ir sistemos reikalavimais yra labai svarbus, kad būtų išlaikytas slėgis ir srautas.

Greita jungtis parinkimas daro didelę įtaką sistemos slėgio kritimui ir srauto pralaidumui. Dėl per mažų arba ribojančių jungčių gali atsirasti kliūčių, kurios mažina įrankių našumą ir sistemos efektyvumą. Norint tinkamai parinkti reikia suprasti srauto koeficiento (Cv) vertes, slėginius parametrus ir jungčių suderinamumą.

Greitosios jungties eksploatacinių savybių supratimas

Greitaeigės jungtys turi įtakos pneumatinės sistemos veikimui dėl kelių pagrindinių savybių:

Srauto koeficientas (Cv)⁴

Srauto koeficientas rodo, kaip efektyviai jungtis praleidžia orą:

• Didesnės Cv vertės rodo mažesnį srauto apribojimą
• Cv tiesiogiai priklauso nuo movos vidinio skersmens ir konstrukcijos
• Ribojančios vidinės konstrukcijos gali gerokai sumažinti Cv, nepaisant dydžio

Slėgio kritimo santykis

Slėgio kritimas per jungtį priklauso nuo šios priklausomybės:

ΔP = Q² / (Cv² × K)

Kur:

• ΔP = slėgio kritimas
• Q = Srauto greitis
• Cv = srauto koeficientas
• K = konstanta, apskaičiuota pagal vienetus

Tai rodo, kad:

• Slėgio kritimas didėja didėjant srauto greičio kvadratui
• Padvigubinus srauto greitį, slėgio kritimas padidėja keturis kartus
• Didesnės Cv vertės labai sumažina slėgio kritimą

Greitųjų jungčių parinkimo vadovas pagal taikymą

*Esant didžiausiam nurodytam srautui

Jungties ir žarnos derinimo principai

Kad sistema veiktų optimaliai, laikykitės šių derinimo principų:

1. Suderinti srauto pajėgumus
      - Jungtis Cv turi užtikrinti srautą, lygų arba didesnį už žarnos talpą
      - Keletas mažų movų gali neatitikti vienos tinkamo dydžio movos
      - Apskaičiuojant sistemos slėgio kritimą, reikia atsižvelgti į visas nuosekliai sujungtas movas.

2. Atsižvelkite į slėgio reitingus
      - Jungties slėgis turi atitikti arba viršyti sistemos reikalavimus
      - Taikyti atitinkamus saugos koeficientus (paprastai 1,5-2 kartus)
      - Atminkite, kad dinaminio slėgio šuoliai gali viršyti statinio vardinius parametrus.

3. Įvertinti ryšio suderinamumą
      - Įsitikinkite, kad sriegių tipai ir dydžiai yra suderinami
      - Apsvarstykite tarptautinius standartus, jei įranga yra iš kelių regionų.
      - Patikrinkite, ar prijungimo būdas atitinka slėgio reikalavimus.

4. Atsižvelgti į aplinkos veiksnius
      - Temperatūra daro įtaką vardiniam slėgiui (esant aukštesnei temperatūrai paprastai mažinamas slėgis)
      - Ėsdinančiai aplinkai gali prireikti specialių medžiagų
      - Dėl smūgių ar vibracijos gali prireikti užrakinimo mechanizmų

Greitosios jungties srauto talpos palyginimas

*Esant 6 barų tiekimo slėgiui

Sistemos slėgio kritimo apskaičiavimas

Kad tinkamai suderintumėte komponentus, apskaičiuokite bendrą sistemos slėgio kritimą:

1. Apskaičiuokite atskirų komponentų kritimą
      - Žarna: ΔP = (L × Q² × f) / (2 × d⁵)
        - L = ilgis
        - Q = Srauto greitis
        - f = trinties koeficientas
        - d = vidinis skersmuo
      - Jungtys ir (arba) jungtys: ΔP = Q² / (Cv² × K)

2. Visų komponentų slėgio kritimų suma
      - Iš viso ΔP = ΔP₁ + ΔP₂ + ... + ΔPₙ
      - Nepamirškite, kad lašai kaupiasi sistemoje.

3. Patikrinkite priimtiną bendrą slėgio kritimą
      - Pramonės standartas: Didžiausias 10% tiekimo slėgis
      - Svarbiausios programos: Didžiausias 5% tiekimo slėgis
      - Specifinis įrankis: Patikrinkite gamintojo minimalaus slėgio reikalavimus.

Praktinis pavyzdys: Greitosios jungties optimizavimas

Neseniai konsultavausi su viena Mičigano automobilių surinkimo gamykla, kuri susidūrė su smūginių veržliarakčių našumo problemomis. Nors kompresoriaus našumas ir tiekimo slėgis buvo pakankami, įrankiai nepasiekdavo nurodyto sukimo momento.

Atlikta analizė atskleidė:

• Tiekimo slėgis kompresoriuje: 7,2 bar
• Reikalingas įrankio slėgis: 6,2 bar
• Įrankio oro sąnaudos: 35 SCFM.
• Esama sąranka: 3/8″ žarna su standartinėmis 1/4″ jungtimis

Atlikus slėgio matavimus nustatyta:

• 0,7 baro kritimas per greitąsias jungtis
• 0,4 baro kritimas per žarną
• Bendras slėgio kritimas: 1,1 bar (15% tiekimo slėgio)

Atnaujindami "Bepto UltraFlow" komponentus:

• 3/8″ didelio srauto jungtys (Cv = 3,5)
• Optimizuotas 3/8″ žarnos mazgas
• Supaprastintos jungtys

Rezultatai buvo akivaizdūs iš karto:

• Sumažintas bendras slėgio kritimas iki 0,4 bar (5,5% tiekimo slėgio)
• Įrankių veikimas atkurtas pagal specifikaciją
• Produktyvumas pagerėjo dėl 12%
• Energijos vartojimo efektyvumas pagerėjo dėl mažesnio reikiamo tiekimo slėgio

Greitosios jungties pasirinkimo kontrolinis sąrašas

Rinkdamiesi greitąsias jungtis atsižvelkite į šiuos veiksnius:

1. Srauto reikalavimai
      - Apskaičiuokite didžiausią reikiamą srauto greitį
      - Nustatyti priimtiną slėgio kritimą
      - Pasirinkite jungtį su atitinkama Cv verte

2. Slėgio reikalavimai
      - Nustatykite didžiausią sistemos slėgį
      - Taikyti atitinkamą saugos koeficientą
      - Atsižvelkite į slėgio svyravimus ir šuolius

3. Jungčių suderinamumas
      - Sriegio tipas ir dydis
      - Tarptautiniai standartai (ISO, ANSI ir kt.)
      - Esami sistemos komponentai

4. Aplinkosaugos aspektai
      - Temperatūros diapazonas
      - Cheminis poveikis
      - Mechaninis stresas (vibracija, smūgis)

5. Veiklos veiksniai
      - Prijungimo / atjungimo dažnumas
      - Valdymo viena ranka reikalavimai
      - Saugos funkcijos (saugus atjungimas veikiant slėgiui)

Išvada

Norint pasirinkti tinkamą pneumatinę žarną ir jungčių sistemą, reikia išmanyti lenkimo nuovargio charakteristikas, cheminio suderinamumo veiksnius ir greitųjų jungčių slėgio ir srauto santykius. Taikydami šiuos principus galite optimizuoti sistemos veikimą, sumažinti techninės priežiūros išlaidas ir užtikrinti saugų bei patikimą pneumatinės įrangos veikimą.

DUK apie pneumatinių žarnų pasirinkimą