Kaip veikia cilindro strypo užraktas ir kodėl jis labai svarbus pramoninei saugai?

Kasmet dėl nelaimingų atsitikimų gamyboje krentant kroviniams žūsta dešimtys darbuotojų. Cilindrų strypų užraktai apsaugo nuo katastrofiškų gedimų, kai netikėtai sumažėja pneumatinis slėgis. Daugelis inžinierių neįvertina jų svarbos, kol nesusiduria su atsakomybės problemomis ar saugos pažeidimais.

Cilindrų strypų užraktai - tai mechaniniai saugos įtaisai, kurie fiziškai fiksuoja pneumatinių cilindrų strypų padėtį, kai sumažėja oro slėgis, ir apsaugo nuo pavojingo apkrovos kritimo dėl spyruoklinių pleištų arba prispaudimo mechanizmų.

Praėjusiais metais man skubiai paskambino vienos Teksaso gamyklos saugos vadovė Maria Rodriguez. Nutrūkus elektros energijos tiekimui, jų viršutiniuose pneumatiniuose cilindruose dingo slėgis ir nukrito sunkios automobilių detalės, kurios vos nesužalojo trijų darbuotojų. Įrengus tinkamus strypų užraktus, buvo išvengta incidentų ateityje ir įmonė buvo išgelbėta nuo galimų ieškinių.

Turinys

• Kokie yra pagrindiniai cilindrinių strypinių spynų veikimo principai?
• Kokie yra skirtingi cilindro strypo užrakto mechanizmų tipai?
• Kaip spyruokliniai strypiniai užraktai veikia avarinėse situacijose?
• Kur cilindrinių strypinių spynų saugumas yra svarbiausias?
• Kaip pasirinkti tinkamą strypų užraktą?
• Kokie yra bendrieji įrengimo ir priežiūros reikalavimai?
• Išvada
• DUK apie cilindrinius strypinius užraktus

Kokie yra pagrindiniai cilindrinių strypinių spynų veikimo principai?

Cilindriniai strypiniai užraktai veikia saugus¹ mechaniniais principais, kurie automatiškai įsijungia, kai pneumatinis slėgis nukrenta žemiau saugaus darbinio lygio. Šie įtaisai yra paskutinė apsaugos nuo katastrofiško apkrovos sumažėjimo linija.

Strypų užraktai naudoja spyruoklinius mechanizmus, kurie mechaniškai susijungia su cilindro strypu, kai oro slėgio nepakanka saugiai apkrovai išlaikyti, ir sukuria teigiamą mechaninį ryšį, nepriklausomą nuo pneumatinės galios.

Mechaninio įsitraukimo teorija

Strypiniai užraktai veikia dėl mechaninio užrakto elementų ir cilindro strypo paviršiaus poveikio. Įjungti jie sukuria teigiamą mechaninę jungtį, galinčią išlaikyti visą vardinę apkrovą, nepriklausomai nuo oro slėgio.

Pagrindinė veikimo seka atliekama šiais veiksmais:

1. Įprastas veikimas: Suslėgtas oras užrakto mechanizmą laiko išjungtoje padėtyje
2. Slėgio kritimo aptikimas: Įmontuotas slėgio jungiklis stebi sistemos slėgį
3. Automatinis įsitraukimas: Spyruoklės jėga įveikia oro slėgį ir užrakina užraktą.
4. Įkrovos palaikymas: Mechaniniai elementai išlaiko visą apkrovos svorį
5. Rankinis išleidimas: Prieš atnaujindamas darbą operatorius turi rankiniu būdu atjungti

Jėgos pasiskirstymo analizė

Strypų fiksatoriai turi tolygiai paskirstyti prispaudimo jėgas strypo paviršiuje, kad būtų išvengta pažeidimų ir užtikrinta pakankama laikomoji jėga. Apskaičiuojant prispaudimo jėgą atsižvelgiama į:

Slėgio slenksčio nustatymai

Dauguma strypų užraktų įsijungia, kai sistemos slėgis nukrenta žemiau 60-80% normalaus darbinio slėgio. Ši riba užtikrina saugumo atsargą ir apsaugo nuo nepatogaus užblokavimo esant įprastiniams slėgio svyravimams.

Tipiniai slėgio nustatymai:

• Įsitraukimo spaudimas: 50-70 PSI (100 PSI sistemoms)
• Išleidimo slėgis: 80-90 PSI (užtikrina visišką išsijungimą)
• Histerezės juosta: 10-20 PSI (apsaugo nuo šlamėjimo)

Saugos koeficiento skaičiavimai

Strypiniai užraktai turi atlaikyti apkrovas, kurios yra gerokai didesnės už įprastines eksploatacines apkrovas, kad būtų atsižvelgta į dinamines jėgas, smūginę apkrovą ir saugos atsargas, kurių reikalauja pramoniniai standartai.

Saugos koeficiento formulė: Užrakto talpa = darbinė apkrova × saugos koeficientas

Pramonės standartai paprastai reikalauja, kad kritinių programų atveju saugos koeficientas būtų 3-5:1, t. y. 1000 svarų apkrovai reikia 3000-5000 svarų išlaikymo pajėgumo strypų užrakto.

Kokie yra skirtingi cilindro strypo užrakto mechanizmų tipai?

Įvairios strypinės spynos konstrukcijos atitinka skirtingus taikymo reikalavimus ir montavimo apribojimus. Kiekvienas tipas turi specifinių privalumų, susijusių su konkrečiomis darbo sąlygomis ir saugos reikalavimais.

Pagrindiniai tipai yra pleištiniai užraktai, įvoriniai užraktai, stabdžių tipo užraktai ir integruoti cilindriniai užraktai, kurių kiekvienas naudoja skirtingus mechaninius principus, kad užtikrintų patikimą strypo sulaikymą.

Pleištinio tipo strypų užraktai

Pleištiniuose užraktuose naudojami kūginiai mechaniniai elementai, kurie, kai yra įjungti, sulaiko cilindro strypą. Spyruoklės jėga prilaiko pleištus prie strypo paviršiaus, todėl savaime įsijungiantis užspaudimas².

Pleištinio užrakto privalumai:

• Didelė laikymo jėga: Savaiminis įjungimas daugina spyruoklės jėgą
• Kompaktiškas dizainas: Minimalūs erdvės reikalavimai aplink cilindrą
• Greitas įsitraukimas: Greita reakcija į slėgio sumažėjimą
• Reguliuojamas prispaudimas: Gali prisitaikyti prie strypo nusidėvėjimo ir tolerancijos nuokrypių

Veikimo charakteristikos:

• Įsitraukimo laikas: 50-200 milisekundžių
• Laikymo talpa: Iki 10 000 svarų
• Strypų dydžių diapazonas: 0,5-6 colių skersmens
• Darbinė temperatūra: nuo -20°F iki +200°F

"Collet" tipo strypų užraktai

Spynos su įvorėmis naudoja lanksčius plieninius pirštus, kurie įjungus susitraukia aplink strypą. Tokia konstrukcija užtikrina vienodą prispaudimo spaudimą per visą strypo perimetrą.

Įvorės mechanizmas turi keletą privalumų:

• Tolygus slėgio pasiskirstymas: Sumažina strypo paviršiaus įtempimą
• Sklandus įsitraukimas: Laipsniškas suspaudimas
• Strypų apsauga: Minimalios paviršiaus žymės ar pažeidimai
• Atvirkštinis veikimas: Gali veikti abiem kryptimis

Strypų užraktai su stabdžiais

Stabdžių tipo spynos naudoja trinties trinkeles arba juostas, kurios prispaudžiamos prie strypo paviršiaus. Šios sistemos užtikrina puikią laikomąją jėgą ir minimalų strypo nusidėvėjimą.

Stabdžių blokavimo funkcijos:

Integruoti cilindriniai strypiniai užraktai

Kai kurie gamintojai siūlo cilindrus su įmontuotais strypo fiksavimo mechanizmais. Šios integruotos sistemos užtikrina sklandų veikimą ir optimalų vietos panaudojimą.

Integruotose konstrukcijose paprastai naudojami vidiniai pleištiniai mechanizmai, aktyvuojami bandomuoju oro slėgiu. Sumažėjus pagrindiniam sistemos slėgiui, bandomoji grandinė automatiškai įjungia vidinį užraktą.

Kaip spyruokliniai strypiniai užraktai veikia avarinėse situacijose?

Spyruokliniai strypiniai užraktai veikia saugiai, nes, nutrūkus pneumatiniam maitinimui, jie suveikia naudodami sukauptą mechaninę energiją. Suprasti jų avarinio reagavimo charakteristikas labai svarbu projektuojant saugos sistemas.

Spyruokliniai mechanizmai, kuriuose suspaustos spyruoklės, suteikia sukibimo jėgą, todėl net ir visiškai sugedus oro tiekimo sistemai ar nutrūkus elektros tiekimui užtikrinamas patikimas užraktas.

Reagavimo į ekstremalias situacijas tvarkaraštis

Lazdos užrakto reagavimo laikas avarinių situacijų metu turi tiesioginės įtakos saugos rezultatams. Greitesnis suveikimas sumažina atstumą, kurį krovinys gali nukristi prieš suveikiant užraktui.

Tipinė atsako seka:

1. Slėgio nuostolių aptikimas: 10-50 milisekundžių
2. Pavasario pratęsimas: 25-100 milisekundžių  
3. Mechaninis įsitraukimas: 50-200 milisekundžių
4. Visiškas užrakto įjungimas: Iš viso 100-300 milisekundžių

Pavasario projektavimo aspektai

Spyruoklės turi užtikrinti pakankamą jėgą visame veikimo diapazone, išlaikant priimtiną sukibimo greitį. Skaičiuojant spyruokles atsižvelgiama į:

Pavasario jėgos reikalavimai:

• Įveikite oro slėgį įsijungimo metu
• Užtikrinti pakankamą prispaudimo jėgą, kai įjungta
• Atsižvelgti į spyruoklės nuovargį per visą tarnavimo laiką
• Išlaikyti jėgos pastovumą įvairiose temperatūrose

Pavasario specifikacijos:

Apkrovos sulaikymo dinamika

Kai strypų užraktai suveikia avarinėse situacijose, jie turi absorbuoti kinetinė energija³ krintančių krovinių. Tai sukuria dideles dinamines jėgas, kurios viršija statinių apkrovų skaičiavimus.

Dinaminės apkrovos koeficientas: Avarinės apkrovos gali būti 2-5 kartus didesnės už statines apkrovas dėl smūgio jėgų, kai užraktas įsijungia.

Toliau pateikiamas energijos absorbcijos skaičiavimas: Kinetinė energija = ½mv²

Kai krintančios apkrovos įgauna greitį pagal: v = √(2gh)

1000 svarų svorio kroviniui, krentančiam 6 colių atstumu iki užrakto įjungimo:

• Smūgio greitis: 5,67 pėdos per sekundę
• Kinetinė energija: 500 pėdų svarų
• Dinaminė jėga: Apie 2500-3000 svarų

Kur cilindrinių strypinių spynų saugumas yra svarbiausias?

Tam tikrais atvejais kyla didesnė rizika, todėl būtina privalomai įrengti strypo užraktą. Supratimas apie šias kritines sritis padeda inžinieriams nustatyti, kur strypiniai užraktai yra būtini siekiant užtikrinti darbuotojų saugą ir atitiktį teisės aktų reikalavimams.

Strypiniai užraktai svarbiausi vertikalaus kėlimo įrenginiuose, įrenginiuose virš galvos, personalo prieigos zonose ir procesuose, susijusiuose su pavojingomis medžiagomis, kai cilindro gedimas gali sukelti sužalojimus ar žalą aplinkai.

Vertikalaus kėlimo programos

Bet kuriam pneumatiniam cilindrui, laikančiam apkrovas prieš sunkio jėgą, būtina strypo užrakto apsauga. Didžiausią pavojų kelia vertikalusis naudojimas, nes gravitacija iš karto veikia neatremiamus krovinius.

Kritinės vertikaliosios taikomosios programos:

• Kėlimo stalai ir platformos: Darbuotojų patekimas ir medžiagų tvarkymas
• Viršutinės durys ir vartai: Personalo apsaugos sistemos  
• Vertikalūs presai: Gamybos ir surinkimo operacijos
• Medžiagų keltuvai: Detalių ir įrangos judėjimas
• Saugos barjerai: Avarinės izoliavimo sistemos

Personalo prieigos zonos

Strypiniai užraktai tampa privalomi, kai cilindro gedimas gali sužeisti darbuotojus arba užblokuoti avarinius išėjimus. Tokiais atvejais saugos taisyklės dažnai reikalauja priverstinio mechaninio užrakto.

Dirbau vienoje Kanados maisto perdirbimo įmonėje, kurioje pneumatinėmis durimis buvo kontroliuojamas patekimas į švarias patalpas. Po vos neįvykusio incidento, kai keičiantis pamainai durys nukrito, ant visų personalo prieigos cilindrų įrengėme strypinius užraktus. Investicijos buvo minimalios, palyginti su galimomis atsakomybės išlaidomis.

Pavojingų medžiagų tvarkymas

Naudojant toksiškas, degias ar koroziją sukeliančias medžiagas, reikia papildomų saugos priemonių. Strypų užrakto gedimas tokioje aplinkoje gali pakenkti aplinkai arba sukelti poveikį darbuotojams.

Didelės rizikos medžiagų naudojimas:

• Cheminis apdorojimas: Vožtuvų ir sklendžių valdymas
• Atliekų tvarkymas: Apsaugos sistemos veikimas  
• Farmacijos: Švarių patalpų izoliavimas
• Maisto perdirbimas: Sanitarinių sistemų kontrolė
• Branduolinė: Radiacijos izoliavimo sistemos

Teisės aktų laikymosi reikalavimai

Įvairiuose saugos standartuose reikalaujama, kad tam tikrais atvejais būtų įrengti strypiniai užraktai:

Kaip pasirinkti tinkamą strypų užraktą?

Tinkamai parenkant strypinį užraktą reikia išanalizuoti apkrovos charakteristikas, aplinkos sąlygas ir saugos reikalavimus. Netinkamas pasirinkimas gali lemti netinkamą apsaugą arba ankstyvą gedimą.

Atrankos kriterijai yra šie: apkrovos pajėgumas, strypo skersmens suderinamumas, aplinkos sąlygos, reakcijos laiko reikalavimai ir integracija su esamomis saugos sistemomis.

Apkrovos analizė ir dydžio nustatymas

Strypų užrakto talpa turi viršyti didžiausias tikėtinas apkrovas, įskaitant dinamines jėgas, saugos koeficientus ir aplinkos sąlygas, kurios gali padidinti apkrovą.

Apkrovos skaičiavimo etapai:

1. Nustatyti statinę apkrovą: Palaikomų komponentų svoris
2. Apskaičiuokite dinamines jėgas: Smūgio ir pagreičio apkrovos  
3. Taikyti saugos koeficientą: Paprastai ne mažiau kaip 3:1-5:1
4. Atsižvelkite į aplinkos veiksnius: Temperatūra, vibracija, korozija
5. Pasirinkite užrakto talpą: Turi viršyti apskaičiuotus reikalavimus

Suderinamumas su aplinka

Darbo aplinka daro didelę įtaką strypų užrakto veikimui ir tarnavimo laikui. Medžiagos ir sandarinimo sistemos turi atitikti naudojimo sąlygas.

Aplinkos veiksniai:

Integracija su saugos sistemomis

Strypiniai užraktai turi būti tinkamai integruoti su visomis mašinos saugos sistemomis, įskaitant avarinius stabdžius, šviesos užuolaidas ir saugos PLC.

Šiuolaikiniuose strypų užraktuose dažnai būna:

• Atsiliepimai apie poziciją: Patvirtinkite užrakto įjungimą
• Slėgio stebėjimas: Aptikti sistemos problemas
• Rankinis išleidimas: Galimybė veikti avariniu režimu
• Būsenos rodmenys: Vizualinis ir (arba) garsinis įsitraukimo patvirtinimas

Reagavimo laiko reikalavimai

Skirtingoms programoms reikia skirtingo reagavimo laiko, atsižvelgiant į rizikos vertinimą ir apkrovos charakteristikas.

Reikalavimai atsakymui į paraišką:

• Personalo apsauga: Mažiau nei 100 milisekundžių
• Įrangos apsauga: 200-500 milisekundžių  
• Procesų valdymas: 500-1000 milisekundžių
• Bendroji sauga: Iki 1 sekundės

Kokie yra bendrieji įrengimo ir priežiūros reikalavimai?

Tinkamas montavimas ir priežiūra užtikrina patikimą strypinių užraktų veikimą, kai to reikia. Netinkamas montavimas yra pagrindinė strypinių užraktų gedimo avarinėse situacijose priežastis.

Montuojant reikia tinkamai sumontuoti, suderinti, atlikti slėgio jungtis ir bandymus, o atliekant techninę priežiūrą - reguliariai tikrinti, tepti ir atlikti funkcinius bandymus.

Geriausia diegimo praktika

Strypų užrakto įrengimas turi įtakos tiek įprastam darbui, tiek avariniam veikimui. Tinkamos procedūros padeda išvengti dažniausiai pasitaikančių problemų, galinčių pakenkti saugai.

Svarbiausi diegimo žingsniai:

1. Patikrinkite strypo būklę: Paviršiaus apdailos ir tiesumo reikalavimai
2. Patikrinkite išlyginimą: Strypas turi būti statmenas spynos korpusui
3. Saugus montavimas: Naudokite tinkamas sukimo momento specifikacijas ir sriegio fiksatorių
4. Oro linijų sujungimas: Užtikrinkite tinkamą slėgio tiekimą ir ventiliaciją
5. Reguliuoti nustatymus: Teisingai nustatykite įjungimo ir išjungimo slėgį
6. Bandomasis veikimas: Patikrinkite įsijungimą imituojamomis avarinėmis sąlygomis

Montavimo aspektai

Strypų užrakto tvirtinimas turi atlaikyti visas avarines apkrovas be deformacijų ar gedimų. Netinkamas tvirtinimas yra dažna saugos sistemos pažeidimų priežastis.

Montavimo reikalavimai:

Techninės priežiūros grafikas ir procedūros

Reguliari techninė priežiūra apsaugo nuo strypų užrakto gedimo avarinių situacijų metu. Techninės priežiūros dažnumas priklauso nuo eksploatavimo sąlygų ir gamintojo rekomendacijų.

Rekomenduojamas techninės priežiūros grafikas:

• Kasdien: Vizuali apžiūra, ar nėra pažeidimų arba nuotėkių
• Savaitinis: Funkcijos bandymas tuščiosios eigos sąlygomis
• Mėnesinis: Visiškos apkrovos įjungimo bandymas
• Kas ketvirtį: Tepimo ir reguliavimo patikra
• Kasmet: Visiškas išardymas ir patikrinimas

Dažniausiai pasitaikančios techninės priežiūros problemos

Supratimas apie dažniausiai pasitaikančias problemas padeda techninės priežiūros darbuotojams nustatyti galimus gedimus, kol dar neįvyko avarinė situacija.

Dažniausiai pasitaikančios problemos ir sprendimai:

• Lėtas įsitraukimas: Išvalykite ir sutepkite mechanizmą, patikrinkite spyruoklės būklę
• Nepilnas užrakinimas: Sureguliuokite sukibimo slėgį, patikrinkite dėvėjimosi komponentus.  
• Strypo paviršiaus pažeidimas: Patikrinkite išlyginimą, pakeiskite susidėvėjusias trinkeles ir (arba) briaunas
• Oro nuotėkis: Pakeiskite sandariklius, patikrinkite montavimo jungtis
• Klaidingas įsitraukimas: Sureguliuokite slėgio nustatymus, patikrinkite valdymo sistemą

Testavimas ir patvirtinimas

Reguliariai atliekant bandymus užtikrinama, kad strypiniai užraktai tinkamai veiktų tikrais kritiniais atvejais. Testavimo procedūros turėtų kuo tiksliau imituoti realias veikimo sąlygas.

Testavimo protokolas:

1. Bandymas be apkrovos: Patikrinkite sukibimą be apkrovos
2. Dalinės apkrovos bandymas: Bandymas su 50% vardine apkrova
3. Visiškos apkrovos bandymas: Patikrinkite laikomąją galią esant maksimaliai apkrovai
4. Reakcijos laiko testas: Įsitraukimo greičio matavimas
5. Išleidimo testas: Patvirtinkite tinkamą atjungimą

Išvada

Cilindriniai strypiniai užraktai užtikrina esminę saugos apsaugą dėl mechaninio saugaus veikimo, apsaugančio nuo pavojingo apkrovos kritimo, kai sumažėja pneumatinis slėgis, todėl jie yra labai svarbūs komponentai, užtikrinantys darbuotojų saugą ir atitiktį teisės aktų reikalavimams.

DUK apie cilindrinius strypinius užraktus