Kiekviena pneumatinė sistema susiduria su tyliu efektyvumo žudiku - slėgio kritimu. Šis nematomas priešas vagia jūsų sistemos galią, padidina energijos sąnaudas iki 40% ir gali sustabdyti gamybos linijas, kai neveikia svarbiausi komponentai.
Slėgio kritimas pneumatinėse sistemose atsiranda, kai suslėgtas oras praranda slėgį keliaudamas vamzdžiais, jungiamosiomis detalėmis ir komponentais dėl trinties, apribojimų ir sistemos konstrukcijos trūkumų. Tinkamai parinkus dydį, reguliariai atliekant techninę priežiūrą ir naudojant kokybiškus komponentus slėgio kritimą galima sumažinti iki 80% ir kartu padidinti bendrą sistemos efektyvumą.
Praėjusį mėnesį padėjau Mičigano automobilių gamyklos techninės priežiūros inžinieriui Deividui išspręsti kritinę slėgio kritimo problemą, dėl kurios jo įmonė kasdien prarasdavo $15 000 gamybos sąnaudų. Jo cilindrai be lazdelių1 dirbo puse greičio, surinkimo robotai nesilaikė laiko sekų, ir niekas negalėjo išsiaiškinti, kodėl, kol neišmatavome tikrojo slėgio kiekvienoje darbo vietoje.
Turinys
- Kokios yra pagrindinės slėgio kritimo pneumatinėse sistemose priežastys?
- Kokią įtaką slėgio kritimas turi bepakopio cilindro veikimui?
- Kurie komponentai sukelia didžiausius slėgio nuostolius?
- Kaip apskaičiuoti ir sumažinti slėgio kritimą?
Kokios yra pagrindinės slėgio kritimo pneumatinėse sistemose priežastys?
Norint palaikyti veiksmingą pneumatinių įrenginių veikimą ir išvengti brangiai kainuojančių prastovų gamybos įmonėje, labai svarbu suprasti slėgio kritimo šaltinius.
Pagrindinės slėgio kritimo priežastys yra per maži vamzdynų matmenys (40% problemų), per didelės jungtys ir aštrūs lenkimai (25%), užteršti filtrai ir oro šaltinių valymo įrenginiai (20%), susidėvėję cilindrų sandarikliai (10%) ir ilgos paskirstymo linijos be tinkamo dydžio (5%). Kiekvienas apribojimas kaupiasi eksponentiškai, sukeldamas kaskadinius efektyvumo nuostolius visame jūsų pneumatiniame tinkle.
Vamzdynų ir paskirstymo sistemos projektavimo trūkumai
Dauguma slėgio kritimo problemų kyla dėl netinkamo pradinio sistemos projekto arba pakeitimų, atliktų neatlikus tinkamos inžinerinės analizės. Dėl per mažo dydžio vamzdžių atsiranda turbulencija ir trintis, dėl kurių sistema netenka brangaus slėgio. Kai Deivido komanda išmatavo pagrindinę paskirstymo liniją, paaiškėjo, kad jie naudojo 1/2″ vamzdžius, nors srauto reikalavimams reikėjo 1″ vamzdžių.
Ryšys tarp vamzdžio skersmens ir slėgio kritimo yra eksponentinis, o ne tiesinis. Padvigubinus vamzdžio skersmenį slėgio kritimas gali sumažėti iki 85%. Štai kodėl visada rekomenduojame padidinti paskirstymo vamzdynų dydį pradinio montavimo metu, o ne vėliau bandyti juos modifikuoti.
Užterštumo ir oro valymo problemos
Nešvarūs filtrai yra slėgio kritimo magnetai, kuriuos daugelis įrenginių ignoruoja tol, kol įvyksta katastrofiškas gedimas. Vien tik oro šaltinių valymo įrenginiai su užsikimšusiais filtro elementais gali sukelti 10-15 PSI kritimą, o švarus filtras paprastai sukelia tik 1-2 PSI kritimą. Vandens užterštumas suspausto oro linijose sukuria papildomų apribojimų, o šaltoje aplinkoje gali užšalti ir visiškai užblokuoti oro srautą.
Iš kompresorių pernešama alyva sudaro lipnias nuosėdas visoje sistemoje, kurios palaipsniui mažina efektyvųjį vamzdžio skersmenį ir didina trinties nuostolius. Reguliari alyvos analizė ir tinkama separatorių priežiūra užkerta kelią šioms besikaupiančioms problemoms.
Sistemos išdėstymo ir maršruto parinkimo klausimai
| Projektavimo veiksnys | Slėgio kritimo poveikis | Bepto rekomendacija |
|---|---|---|
| 90° aštrios alkūnės | Po 2-4 PSI | Naudokite šlavimo alkūnes (0,5-1 PSI) |
| Trišakių jungtys | 3-6 PSI | Sumažinti iki minimumo naudojant kolektoriaus konstrukciją |
| Greitieji sujungimai | 2-5 PSI | Galimos didelio srauto konstrukcijos |
| Vamzdžio ilgis | 0,1 PSI už 10 pėdų | Sumažinkite eigą, padidinkite skersmenį |
Komponentų senėjimo ir nusidėvėjimo modeliai
Pneumatiniuose cilindruose, įskaitant bepiločius oro cilindrus, ilgainiui atsiranda vidinis nuotėkis. Standartinis cilindras su susidėvėjusiais sandarikliais dėl vidinio aplinkkelio gali išeikvoti 20-30% tiekiamo oro, todėl, norint išlaikyti našumą, reikia didesnio sistemos slėgio. Mūsų pakaitinių sandariklių rinkiniai atkuria pirminį efektyvumą už nedidelę dalį originalaus cilindro pakeitimo kainos.
Kokią įtaką slėgio kritimas turi bepakopio cilindro veikimui?
Dėl savo konstrukcijos ypatybių cilindrai be strypų yra ypač jautrūs slėgio svyravimams, todėl išsami slėgio kritimo analizė yra labai svarbi siekiant išlaikyti optimalų automatizuotos gamybos našumą.
Slėgio kritimas sumažina bepakopio cilindro greitį 15-30% ir proporcingai slėgio sumažėjimui sumažina išėjimo jėgą. Dėl kiekvieno 10 PSI sumažėjimo paprastai sumažėja 20% našumas, o sumažėjimas, viršijantis 15 PSI, gali sukelti visišką neveikimą arba netolygų judesį, kuris sutrikdo automatizuotas sekas.
Greičio ir jėgos našumo sumažėjimas
Kai tiekimo slėgis nukrenta žemiau projektinių specifikacijų, jūsų pneumatinis cilindras be lazdelių vienu metu praranda ir greitį, ir jėgą. Tai sukelia domino efektą visoje gamybos linijoje, kai laiko sekos tampa nepatikimos, o kokybės kontrolės sistemos tinkamai neveikia.
Deivido automobilių gamykloje surinkimo linija sulėtėjo nuo 120 vienetų per valandą iki 75 vienetų, nes cilindrai be lazdelių nesugebėjo užbaigti smūgių per užprogramuotą ciklo laiką. Žemiau esantys robotai laukdavo padėties nustatymo signalų, kurie niekada neateidavo pagal grafiką.
Judesio valdymas ir padėties nustatymo tikslumas
Dėl slėgio svyravimų cilindrai be lazdelių veikia nenuspėjamai, skiriasi pagreičio ir lėtėjimo profiliai. Vienas ciklas gali būti greitas ir tolygus, kitas - lėtas ir trūkčiojantis. Šis nenuoseklumas kenkia automatizuotiems procesams, kurie priklauso nuo tikslaus laiko ir pakartojamo padėties nustatymo.
Šiuolaikinėje gamyboje daugelyje programų reikalingas padėties nustatymo tikslumas ±0,1 mm tikslumu. Vos 5 PSI slėgio svyravimai gali padvigubinti pozicionavimo klaidas ir sukelti kokybės defektų atliekant tiksliojo surinkimo operacijas.
Energijos vartojimo efektyvumas ir veiklos sąnaudų poveikis
| Slėgio lygis | Cilindro našumas | Energijos suvartojimas | Metinis išlaidų poveikis |
|---|---|---|---|
| 90 PSI (projektinis) | 100% greitis / jėga | Bazinis | $0 |
| 80 PSI (11% kritimas) | 85% našumas | +15% energija | +$2,400 per metus |
| 70 PSI (22% kritimas) | 65% našumas | +35% energija | +$5,600 per metus |
| 60 PSI (33% kritimas) | 40% našumas | +60% energija | +$9,600 per metus |
Priešlaikinio komponentų gedimo modeliai
Dėl mažo slėgio pneumatinės sistemos, norėdamos atlikti tas pačias užduotis, dirba sunkiau ir ilgiau, todėl greičiau dėvisi sandarikliai, guoliai ir kiti svarbūs komponentai. Mūsų pakaitiniuose cilindruose be lazdelių įdiegta patobulinta sandarinimo technologija ir optimizuoti vidiniai srauto kanalai, kad būtų sumažinti slėgio nuostoliai ir pailgintas tarnavimo laikas.
Vidinis nuotėkis didėja eksponentiškai, nes sandarikliai dėvisi didelio slėgio skirtumo sąlygomis. Balionas, veikiantis 60 PSI, o ne projektiniu 90 PSI slėgiu, patiria 50% didesnę sandarinimo įtampą ir paprastai sugenda 3 kartus greičiau nei tinkamai įrengti balionai.
Kurie komponentai sukelia didžiausius slėgio nuostolius?
Nustatydami didžiausius slėgio kritimo kaltininkus, galite nustatyti prioritetus, susijusius su techninės priežiūros biudžetu ir atnaujinimo darbais, kad investicijos atsipirktų maksimaliai.
Rankiniai vožtuvai ir ribojantys elektromagnetiniai vožtuvai paprastai sukelia 35% bendro sistemos slėgio kritimo, o per maži oro šaltinių valymo įrenginiai - dar 25%. Greitai atjungiamos pneumatinės jungtys, aštrūs vamzdžių lenkimai ir netinkamo dydžio paskirstymo kolektoriai lemia likusius 40% slėgio nuostolius daugumoje pramoninių sistemų.
Vožtuvų technologija ir srauto charakteristikos
Skirtingi vožtuvų tipai sukuria labai skirtingus slėgio kritimus, kurie priklauso nuo jų vidinio srauto kelio konstrukcijos ir veikimo mechanizmo:
Rutuliniai vožtuvai: 1-2 PSI (pilnavidurė konstrukcija)
Uždaromieji vožtuvai: 0,5-1 PSI (kai visiškai atidarytas)
Durelių vožtuvai: 2-4 PSI (priklausomai nuo disko padėties)
Greito atjungimo jungtys: 2-4 PSI (standartinė konstrukcija)
Elektromagnetiniai vožtuvai: 3-12 PSI (priklauso nuo gamintojo)
Pagrindinė įžvalga yra ta, kad vožtuvo slėgio kritimas kinta priklausomai nuo srauto kvadrato. Padvigubinus sunaudojamo oro kiekį, slėgio kritimas bet kuriame vožtuve ar jungtyje padidėja keturis kartus.
Oro valymo komponentų analizė
Oro šaltinio valymo įrenginiai yra būtini, tačiau dažnai tampa didžiausiu sistemos apribojimu, jei netinkamai parenkamas jų dydis arba atliekama netinkama priežiūra. Tipinis FRL (filtras, reguliatorius ir tepiklis) įrenginys, kurio dydis yra 100 SCFM, bet jis veikia su 150 SCFM, gali sukelti daugiau kaip 20 PSI slėgio kritimą.
| Komponentas | Tinkamas dydis | Negabaritinė nauda | Priežiūros poveikis |
|---|---|---|---|
| Kietųjų dalelių filtras | 1-2 PSI kritimas | 0,5 PSI kritimas | Valykite kas mėnesį |
| Koalescencinis filtras | 3-5 PSI kritimas | 1-2 PSI kritimas | Keisti kas ketvirtį |
| Slėgio reguliatorius | 2-3 PSI kritimas | 1 PSI kritimas | Kasmet kalibruokite |
| Tepiklis | 1-2 PSI kritimas | 0,5 PSI kritimas | Papildykite kas mėnesį |
Montavimo ir jungčių nuostoliai
Maria, Vokietijos įrangos gamintoja, su kuria bendradarbiauju, dėl per didelės jungiamosios įrangos ir prastos trasos konstrukcijos prarado 18 PSI visoje savo pneumatinio paskirstymo sistemoje. Nustatėme 47 nereikalingas jungtis 200 pėdų ilgio paskirstymo trasoje, kurios kėlė papildomus apribojimus.
Didelio nuostolio jungtys:
- Standartinės jungiamosios jungtys: 1-2 PSI
- Jungiamosios detalės su spaustukais: po 0,5-1 PSI
- Srieginės jungtys: 0,2-0,5 PSI kiekviena
- Greito atjungimo movos: 2-5 PSI kiekvienai porai
Optimizuotos alternatyvos:
- Didelio skersmens stumdomosios jungiamosios detalės: 50%, mažiau lašo
- Kolektorių paskirstymo blokai: Atsisakykite kelių trišakių
- Integruotos vožtuvų salelės: Sumažinkite prijungimo taškų skaičių 80%
Cilindro ir pavaros vidiniai nuostoliai
Skirtingų tipų pavaros turi skirtingus vidinius srauto apribojimus, kurie turi įtakos bendram sistemos slėgio reikalavimui:
| Pavaros tipas | Vidinis kritimas | Srauto reikalavimas | "Bepto Advantage |
|---|---|---|---|
| Mini cilindras | 2-4 PSI | Žemas | Optimizuotas perkėlimas |
| Standartinis cilindras | 3-6 PSI | Vidutinis | Patobulintas sandarinimas |
| Dvigubo strypo cilindras | 4-8 PSI | Aukštas | Subalansuotas dizainas |
| Rotacinė pavara | 5-10 PSI | Kintamas | Tikslusis apdirbimas |
| Pneumatinis griebtuvas | 3-7 PSI | Vidutinis | Integruotas vožtuvas |
Kaip apskaičiuoti ir sumažinti slėgio kritimą?
Tikslūs slėgio kritimo skaičiavimai leidžia aktyviai optimizuoti sistemą ir išvengti brangiai kainuojančio avarinio remonto kritiniais gamybos laikotarpiais.
Naudokite Darcy-Weisbacho lygtis2 vamzdynų trinties nuostoliams ir gamintojo sudedamųjų dalių srauto koeficiento (Cv) vertėms. Siekite, kad bendras sistemos slėgio kritimas būtų mažesnis nei 10% tiekimo slėgio, kad būtų užtikrintas optimalus efektyvumas. Strategiškai atnaujinus komponentus ir sistemingai vykdant stebėseną galima sumažinti slėgio kritimą 50-80% ir kartu padidinti sistemos patikimumą.
Inžineriniai skaičiavimo metodai
Pneumatinėms sistemoms apskaičiuojant pagrindinį slėgio kritimą atsižvelgiama į keletą veiksnių:
Vamzdžio trinties nuostolių formulė:
ΔP = f × (L/D) × (ρV²/2)
Kur:
- ΔP = slėgio kritimas (PSI)
- f = trinties koeficientas (be matmenų)
- L = vamzdžio ilgis (pėdos)
- D = vamzdžio skersmuo (coliai)
- ρ = Oro tankis (lb/ft³)
- V = oro greitis (ft/s)
Praktiniams taikymams naudokite gamintojo pateiktas slėgio kritimo diagramas ir internetines skaičiuokles, kuriose atsižvelgiama į suslėgto oro savybes ir standartines darbo sąlygas.
Komponentų srauto koeficiento analizė
Kiekvienas pneumatinis komponentas turi srauto koeficientas (Cv)3 kuris lemia slėgio kritimą esant tam tikram srauto greičiui. Didesnės Cv vertės rodo mažesnį slėgio kritimą esant tam pačiam srauto greičiui.
Tipinės Cv vertės:
- Rutulinis vožtuvas (1/2″): Cv = 15
- Elektromagnetinis vožtuvas (1/2″): Cv = 3-8
- Filtras (1/2″): Cv = 12-20
- Greitas atjungimas: Cv = 5-12
Slėgio kritimo formulė naudojant Cv:
ΔP = (Q/Cv)² × SG
Kur Q = srautas (SCFM) ir SG = oro savitasis svoris (≈1,0).
Sistemos optimizavimo strategijos
Nedelsiant (0-30 dienų):
- Išvalykite visus filtrus - Nedelsiant atkurkite 5-10 PSI
- Patikrinkite, ar nėra nuotėkio - Ištaisykite akivaizdų oro švaistymą
- Reguliatorių reguliavimas - Užtikrinti tinkamą slėgį pasroviui
- Dokumentų bazinis lygis - Išmatuokite dabartinį sistemos našumą
Vidutinės trukmės atnaujinimai (1-6 mėn.):
- Padidinkite kritinių vamzdynų dydį - Padidinti pagrindinį paskirstymą vienu vamzdžio dydžiu
- Pakeiskite didelio kritimo komponentus - Atnaujinkite blogiausiai veikiančius vožtuvus ir jungiamąsias detales
- Įrengti apėjimo kilpas - Užtikrinti alternatyvius techninės priežiūros srautų kelius
- Pridėti slėgio stebėjimą - Kritiniuose taškuose sumontuokite matuoklius
Ilgalaikis sistemos projektavimas (6 ir daugiau mėnesių):
- Platinimo išdėstymo pertvarkymas - Sumažinkite vamzdžių eigą ir jungiamąsias detales
- Įgyvendinti zonų valdymą - Atskiros aukšto ir žemo slėgio programos
- Atnaujinti pažangiuosius komponentus - Naudokite elektroninę slėgio kontrolę
- Įdiekite kintamo greičio kompresoriai4 - Suderinti pasiūlą su paklausa
Stebėsenos ir prevencinės priežiūros programos
Pagrindiniuose sistemos taškuose įrengti nuolatinius slėgio matuoklius, kad būtų galima stebėti eksploatacinių savybių tendencijas laikui bėgant. Dokumentuokite bazinius rodmenis ir sudarykite techninės priežiūros tvarkaraščius remdamiesi faktiniais slėgio kritimo duomenimis, o ne savavališkais laiko intervalais.
Kritiniai stebėjimo taškai:
- Kompresoriaus išleidimas
- Po apdorojimo oru
- Pagrindinės platinimo antraštės
- Atskirų mašinų tiekimas
- Prieš kritines pavaras
Techninės priežiūros grafikas pagal slėgio kritimą:
- 0-5% lašas: Kasmetinis patikrinimas
- 5-10% lašas: Kas ketvirtį atliekamas patikrinimas
- 10-15% lašas: Mėnesinis patikrinimas
- Dayu 15% lašas: Būtina imtis skubių veiksmų
Dabar "Maria" Vokietijos gamykloje, sistemingai stebint ir aktyviai keičiant komponentus, bendras sistemos slėgio kritimas yra tik 6%. Jos gamybos efektyvumas padidėjo 23%, o energijos sąnaudos sumažėjo 31%.
Išvada
Slėgio kritimas yra paslėptas pneumatikos efektyvumo priešas, kuris gamintojams kasmet kainuoja milijonus eurų, tačiau tinkamai suprasdami, sistemingai analizuodami ir aktyviai valdydami komponentus, galite išlaikyti optimalų sistemos našumą, sumažinti energijos sąnaudas ir išvengti brangiai kainuojančių gamybos pertrūkių.
DUK apie slėgio kritimą pneumatinėse sistemose
K: Koks yra leistinas slėgio kritimas pneumatinėje sistemoje?
Bendras sistemos slėgio kritimas neturėtų viršyti 10% tiekimo slėgio, kad būtų užtikrintas optimalus veikimas. Jei sistemoje yra 100 PSI, bendras slėgio kritimas turi būti mažesnis nei 10 PSI. Geriausia praktika - 5% ar mažiau, kai reikia tiksliai valdyti ir užtikrinti maksimalų efektyvumą.
K: Kaip dažnai turėčiau tikrinti, ar nėra slėgio kritimo problemų?
Kas mėnesį stebėkite slėgio kritimą per įprastinius techninės priežiūros patikrinimus. Kritiniuose sistemos taškuose nuolatiniam stebėjimui sumontuokite nuolatinius slėgio matuoklius. Duomenys apie tendencijas padeda numatyti komponentų gedimus, kol jie nesukėlė gamybos sutrikimų.
Klausimas: Ar slėgio kritimas gali sukelti cilindro be lazdelių gedimą?
Taip, per didelis slėgio kritimas labai sumažina cilindro jėgą ir greitį, dėl to cilindras veikia netolygiai, eiga neužbaigiama, o dėl kompensacinės sistemos apkrovos anksčiau laiko sugenda sandarikliai. Balionai, veikiantys esant mažesniam nei projektiniam slėgiui, patiria 3 kartus didesnį gedimų skaičių.
Klausimas: Kas blogiau: vienas didelis apribojimas ar daug mažų?
Daug mažų apribojimų didėja eksponentiškai ir paprastai yra blogesni nei vienas didelis apribojimas. Kiekviena jungtis, vožtuvas ir vamzdžio lenkimas didina bendrą slėgio nuostolį. Dešimt 1 PSI kritimų sukelia didesnius bendrus nuostolius nei vienas 8 PSI apribojimas.
K: Kaip nustatyti slėgio kritimo gerinimo prioritetus turint ribotą biudžetą?
Pirmiausia pradėkite nuo didžiausių slėgio kritimų: užsikimšusių filtrų (nedelsiant atstatomas 5-10 PSI slėgis), per mažų matmenų oro šaltinių valymo įrenginių ir didelio srauto komponentų, pavyzdžiui, cilindrų su dviem strypais ir rotacinių pavarų. Kad poveikis būtų didžiausias, sutelkite dėmesį į komponentus, turinčius įtakos keliems tolesniems įrenginiams.
K: Koks yra slėgio kritimo ir energijos sąnaudų santykis?
Dėl kiekvieno 2 PSI nereikalingo slėgio kritimo kompresoriaus energijos sąnaudos padidėja maždaug 1%. Įmonė, prarandanti 20 PSI dėl išvengiamų apribojimų, iššvaisto 10% visos suslėgto oro energijos, o tai, priklausomai nuo sistemos dydžio, paprastai kainuoja $3 000-15 000 per metus.
K: Kaip temperatūra veikia slėgio kritimą pneumatinėse sistemose?
Aukštesnė temperatūra sumažina oro tankį, todėl šiek tiek sumažėja slėgio kritimas vamzdžiuose, tačiau padidėja tūrinio srauto poreikis. Dėl žemos temperatūros gali kondensuotis drėgmė ir susidaryti ledas, o tai labai padidina apribojimus. Kad išvengtumėte su užšalimu susijusių užsikimšimų, palaikykite aukštesnę nei 35 °F oro apdorojimo temperatūrą.
-
Sužinokite apie bepakopių pneumatinių cilindrų konstrukciją, tipus ir eksploatacinius privalumus pramoninėje automatikoje. ↩
-
Sužinokite apie Darcy-Weisbacho lygtį - pagrindinį skysčių dinamikos principą, naudojamą trinties nuostoliams vamzdžiuose apskaičiuoti. ↩
-
Išnagrinėkite srauto koeficiento ($C_v$), pagrindinio rodiklio, naudojamo vožtuvų ir kitų pneumatinių komponentų srauto pralaidumui palyginti, sąvoką. ↩
-
Sužinokite apie kintamo greičio pavaros (VSD) technologiją ir tai, kaip ji leidžia oro kompresorių našumą priderinti prie poreikio ir taip taupyti energiją. ↩
