Koks yra šokiruojantis skirtumas tarp cilindrų ir pavarų, kurį klaidingai supranta 80% inžinierių?

Inžinieriai kasmet iššvaisto milijonus dėl netinkamai pasirinktos įrangos. Pirkimų komandos užsako "cilindrus", kai reikia "pavaros", arba atvirkščiai. Dėl šios painiavos įmonės praranda našumą, efektyvumą ir pelną.

Skirtumas tarp cilindrai ir pavaros cilindrai yra specifinis linijinės pavaros tipas, kuriame judesiui atlikti naudojamas skysčio slėgis (pneumatinis arba hidraulinis), o pavaros yra platesnė kategorija, apimanti visus įtaisus, kurie energiją paverčia mechaniniu judesiu, įskaitant elektrinius, pneumatinius, hidraulinius ir mechaninius tipus.

Prieš du mėnesius man beprotiškai paskambino Vokietijos automobilių gamyklos projektų vadovė Sara. Jos komanda užsakė 50 pneumatinių cilindrų tiksliajai surinkimo linijai, tačiau iš tikrųjų reikėjo elektrinių servopavarų, kad būtų užtikrintas reikiamas padėties nustatymo tikslumas. Cilindrai negalėjo pasiekti reikiamo ±0,05 mm tikslumo. Padėjome jiems parinkti tinkamas elektrines pavaras, ir per savaitę broko lygis sumažėjo nuo 12% iki 0,3%.

Turinys

• Kas apibūdina cilindrą ir pavarą?
• Kuo skiriasi cilindrų ir pavarų konstrukcija?
• Kokie yra pagrindiniai našumo skirtumai?
• Kaip maitinimo šaltiniai skiria cilindrus nuo pavarų?
• Kokios valdymo galimybės skiria šias technologijas?
• Kaip paraiškos reikalavimai lemia pasirinkimą?
• Kokios yra kiekvienos technologijos sąnaudos?
• Kaip palyginti techninės priežiūros reikalavimus?
• Kokie aplinkos veiksniai turi įtakos atrankai?
• Išvada
• DUK apie cilindrus ir pavaros

Kas apibūdina cilindrą ir pavarą?

Supratus pagrindines apibrėžtis paaiškėja, kodėl šios sąvokos dažnai painiojamos ir kada kiekviena iš jų taikoma teisingai.

Cilindras yra specifinis linijinės pavaros tipas, kuris naudoja skysčio slėgį (pneumatinį arba hidraulinį) cilindrinėje kameroje, kad sukurtų linijinį judesį, o pavara yra platesnė kategorija prietaisų, kurie įvairias energijos formas paverčia valdomu mechaniniu judesiu.

Cilindro apibrėžtis ir taikymo sritis

Cilindrai - tai skysčiu varomos linijinės pavaros, kuriose judesiui sukurti naudojamas suslėgtas oras (pneumatinis) arba suslėgtas skystis (hidraulinis). Sąvoka "cilindras" apibūdina cilindrinį slėginį indą, kuriame yra darbinis skystis.

Visi cilindrai yra pavaros, bet ne visos pavaros yra cilindrai. Šis ryšys yra labai svarbus norint tinkamai parinkti terminologiją ir įrangą pramonėje.

Cilindro veikimas priklauso nuo Paskalio dėsnis¹kai skysčio slėgis veikia stūmoklio paviršių ir sukuria linijinę jėgą. Cilindro forma optimaliai sulaiko slėgį ir tuo pat metu nukreipia linijinį judesį.

Įprasti cilindrų tipai yra pneumatiniai cilindrai, kuriuose naudojamas suslėgtas oras, hidrauliniai cilindrai, kuriuose naudojama suslėgta alyva, ir specializuoti variantai, pvz., teleskopiniai ar rotaciniai cilindrai.

Pavaros apibrėžimas ir kategorijos

Pavaros apima visus įtaisus, kurie energiją paverčia valdomu mechaniniu judesiu. Į šią plačią kategoriją įeina linijinės pavaros, rotacinės pavaros ir specializuoti judesio įrenginiai.

Pavaros energijos šaltiniai yra elektros, pneumatinė, hidraulinė, mechaninė ir šiluminė energija. Kiekvienas energijos tipas pasižymi skirtingomis jėgos, greičio, tikslumo ir valdymo charakteristikomis.

Pavaromis atliekamų judesių tipai yra linijiniai, sukamieji, svyruojantys ir sudėtingi daugiaašiai judesiai. Judesio tipas lemia pavaros pasirinkimą konkrečioms reikmėms.

Valdymo sudėtingumas - nuo paprasto įjungimo ir išjungimo iki sudėtingo servovaldymo su padėties, greičio ir jėgos grįžtamuoju ryšiu tiksliam automatizavimui.

Klasifikavimo hierarchija

Pavaros šeimos medyje cilindrai yra linijinių pavarų, kurios pačios yra visų pavarų poaibis, poaibis. Ši hierarchija padeda aiškiau suprasti terminologiją ir atrankos kriterijus.

Linijinės pavaros apima cilindrus, elektrines linijines pavaras, mechanines pavaras (sraigtus, kumštelius) ir specializuotas konstrukcijas, pvz., balso ritės pavaras, skirtas konkrečioms reikmėms.

Sukamosios pavaros - tai elektros varikliai, sukamieji cilindrai, pneumatiniai mentiniai varikliai ir hidrauliniai varikliai, skirti sukamojo judesio reikalaujančioms reikmėms.

Specializuotos pavaros sujungia linijinį ir sukamąjį judesį arba užtikrina unikalius judesio profilius, pritaikytus konkrečioms pramoninėms reikmėms ir automatizavimo reikalavimams.

Terminologijos svarba

Tinkama terminologija padeda išvengti specifikacijų klaidų, kurios kainuoja laiko ir pinigų. Kai reikia vartoti "cilindras", o reikia "elektrinė pavara", neteisingai parenkama įranga ir projektas vėluoja.

Pramonės standartai tiksliai apibrėžia šias sąvokas. Standartinių apibrėžčių supratimas užtikrina aiškų bendravimą su tiekėjais, inžinieriais ir techninės priežiūros darbuotojais.

Terminų vartojimas regionuose skiriasi. Kai kuriuose regionuose terminas "cilindras" vartojamas plačiau, o kituose išlaikomas griežtas techninis prietaisų tipų skirstymas.

Techniniuose dokumentuose reikia tikslios terminologijos, susijusios su saugos, techninės priežiūros ir keitimo procedūromis. Neteisingi terminai gali lemti pavojingą įrangos pakeitimą.

Kuo skiriasi cilindrų ir pavarų konstrukcija?

Konstrukciniai skirtumai atspindi esminius kiekvieno technologijos tipo veikimo principus ir eksploatacines savybes.

Cilindrai nuo kitų pavarų skiriasi savo konstrukcija, nes turi cilindrinius slėginius indus, skysčio sandarinimo sistemas ir stūmokliu sukuriamą jėgą, o elektrinėse pavarose naudojami varikliai ir pavaros mechanizmai, o mechaninėse pavarose - sraigtai, krumpliaračiai arba jungtys.

Cilindro konstrukcijos elementai

Cilindro konstrukcijos pagrindą sudaro slėginis indas, kuriame yra darbinis skystis. Cilindro forma optimaliai atlaiko vidinį slėgį, o stūmokliui suteikia linijinę kryptį.

Stūmoklių mazgus sudaro pats stūmoklis, sandarinimo sistemos ir jėgos perdavimo komponentai. Stūmoklio konstrukcija turi didelę įtaką našumui, efektyvumui ir tarnavimo laikui.

Sandarinimo sistemos apsaugo nuo skysčių nutekėjimo, kartu užtikrindamos sklandų judėjimą. Sandarinimo technologija yra labai svarbus konstrukcinis elementas, turintis įtakos patikimumui ir techninės priežiūros reikalavimams.

Strypų sąrankos perduoda vidinių stūmoklių jėgą išorinėms apkrovoms, išlaikydamos slėgio vientisumą. Strypų konstrukcija turi atlaikyti veikiančias jėgas be išlinkimo ar pernelyg didelio įlenkimo.

Elektrinių pavarų konstrukcija

Elektros pavaros naudoja variklius kaip pagrindinį energijos keitimo įtaisą, paprastai servo variklius, žingsninius variklius arba kintamosios ir nuolatinės srovės variklius, priklausomai nuo eksploatacinių reikalavimų.

Pavaros mechanizmai paverčia sukamąjį variklio judesį linijiniu išėjimu per rutuliniai varžtai², diržinės pavaros, krumpliaratinės sistemos arba tiesioginės pavaros linijiniai varikliai su skirtingomis charakteristikomis.

Grįžtamojo ryšio sistemos apima koduotojus, rezolverius arba potenciometrus, kurie teikia informaciją apie padėtį, kad būtų galima atlikti uždaros kilpos valdymą ir tiksliai nustatyti padėtį.

Korpusų konstrukcijos apsaugo vidinius komponentus, o montavimo sąsajos ir aplinkos apsauga užtikrina patikimą veikimą pramoninėmis sąlygomis.

Mechaninių pavarų konstrukcija

Mechaninės pavaros naudoja grynai mechaninį energijos keitimą per sraigtus, kumštelius, svertus arba pavarų sistemas, kurios įėjimo judesį paverčia norimu išėjimo judesiu.

Sraigtinėse pavarose naudojami švininiai arba rutuliniai sraigtai, varomi rankinėmis rankenomis, varikliais arba kitais galios šaltiniais, kad būtų sukurtas tikslus linijinis judesys, pasižymintis didele jėga.

Vaškiniai mechanizmai užtikrina sudėtingus judesio profilius dėl specialiai suformuotų kumštelinių paviršių, kurie nukreipia sekiklio judesį pagal konkrečius taikymo reikalavimus.

Jungčių sistemos naudoja mechaninio pranašumo principus, kad sustiprintų jėgą arba pakeistų judesio charakteristikas naudodamos svirtis ir posūkio taškus.

Medžiagų ir komponentų skirtumai

Cilindrų medžiagos turi atlaikyti skysčių slėgio ir cheminio suderinamumo reikalavimus. Įprastos medžiagos yra plienas, aliuminis ir nerūdijantis plienas, kurių slėgis yra tinkamas.

Elektrinių pavarų medžiagose daugiausia dėmesio skiriama elektromagnetinėms savybėms, šilumos išsklaidymui ir mechaniniam atsparumui. Variklio komponentams naudojamos specializuotos magnetinės medžiagos ir tikslūs guoliai.

Mechaninių pavarų medžiagose pabrėžiamas atsparumas dilimui ir mechaninis tvirtumas. Grūdintas plienas, bronza ir specialūs lydiniai užtikrina ilgaamžiškumą mechaninių kontaktų srityse.

Aplinkos apsauga priklauso nuo technologijos. Balionams reikia skysčio sandarinimo, elektrinėms pavaroms - apsaugos nuo drėgmės, o mechaninėms pavaroms gali prireikti barjerų nuo užteršimo.

Surinkimas ir integracija

Baliono surinkimas apima slėgio bandymą, sandariklių montavimą ir skysčių sistemos integravimą. Tinkami surinkimo būdai užtikrina veikimą be nuotėkio ir optimalų našumą.

Elektrinės pavaros surinkimas apima variklio derinimą, koduotojo kalibravimą ir elektrines jungtis. Tikslus surinkimas turi įtakos padėties nustatymo tikslumui ir sistemos veikimui.

Mechaninės pavaros surinkimo metu daugiausia dėmesio skiriama tinkamam tepimui, reguliavimui ir derinimui, kad būtų užtikrintas sklandus veikimas ir išvengta ankstyvo nusidėvėjimo.

Kokybės kontrolės procedūros skiriasi priklausomai nuo technologijos tipo: slėgio bandymai taikomi balionams, elektros bandymai - elektrinėms pavaroms, mechaniniai bandymai - mechaninėms sistemoms.

Kokie yra pagrindiniai našumo skirtumai?

Cilindrų ir skirtingų tipų pavarų eksploatacinės savybės labai skiriasi, o tai turi įtakos jų tinkamumui ir sistemos projektavimui.

Pagrindiniai eksploatacinių savybių skirtumai apima jėgos išvesties pajėgumus, kai pranašesni yra hidrauliniai cilindrai, greičio charakteristikas, kai dominuoja pneumatiniai cilindrai, tikslumo lygį, kai pirmauja elektrinės pavaros, ir efektyvumo rodiklius, kai elektrinės sistemos paprastai veikia geriausiai.

Jėgos išvesties galimybės

Hidrauliniai cilindrai užtikrina didžiausią išėjimo jėgą, kuri, priklausomai nuo dydžio ir slėgio, paprastai svyruoja nuo 1 000 N iki daugiau kaip 1 000 000 N. Didelis skysčio slėgis leidžia sukurti kompaktiškas konstrukcijas, pasižyminčias didžiule jėga.

Pneumatiniai cilindrai užtikrina vidutinę jėgą nuo 100 N iki 50 000 N, kurią daugumoje pramonės sričių riboja praktinis 6-10 barų oro slėgis.

Elektrinės pavaros užtikrina kintamą jėgą nuo 10 N iki 100 000 N, priklausomai nuo variklio dydžio ir reduktoriaus. Jėgos išėjimas išlieka pastovus nepriklausomai nuo padėties.

Mechaninės pavaros dėl mechaninio pranašumo gali suteikti labai didelę jėgą, tačiau paprastai jos veikia mažesniu greičiu dėl jėgos ir greičio kompromiso.

Greičio ir reakcijos charakteristikos

Pneumatiniai cilindrai pasiekia didžiausius greičius - iki 10 m/s - dėl mažos judančios masės ir greito oro plėtimosi savybių, kurios leidžia greitai pagreitėti.

Elektrinės pavaros užtikrina kintamą greitį ir puikų valdymą, paprastai 0,001-2 m/s, su programuojamais pagreičio ir lėtėjimo profiliais, užtikrinančiais sklandų veikimą.

Hidrauliniai cilindrai veikia vidutiniu greičiu (0,01-1 m/s), puikiai kontroliuodami jėgą, tačiau juos riboja skysčio srauto greitis ir sistemos reakcijos laikas.

Mechaninės pavaros paprastai veikia mažesniu greičiu, tačiau užtikrina tikslų, pakartojamą judesį ir mechaninį pranašumą didelės jėgos taikymuose.

Tikslumas ir tikslumas

Elektrinės servo pavaros užtikrina aukščiausią tikslumą - naudojant tinkamas grįžtamojo ryšio sistemas ir valdymo algoritmus pasiekiamas ±0,001 mm padėties nustatymo tikslumas.

Mechaninės pavaros pasižymi puikiu pakartojamumu dėl tiesioginio mechaninio pozicionavimo, paprastai pasiekiamas ±0,01 mm tikslumas, jei tinkamai suprojektuotos ir prižiūrimos.

Hidrauliniai cilindrai užtikrina gerą ±0,1 mm tikslumą, jei juose įrengtos padėties grįžtamojo ryšio ir servopavarų valdymo sistemos, užtikrinančios uždarą veikimo kilpą.

Pneumatinių cilindrų tikslumas yra ribotas, ±1 mm, dėl oro suspaudžiamumo ir temperatūros poveikio, kuris turi įtakos padėties nustatymo tikslumui.

Energijos vartojimo efektyvumo palyginimas

Elektrinės pavaros pasiekia didžiausią efektyvumą (85-95%), minimaliai švaistydamos energiją ir kai kuriose srityse galėdamos atgauti energiją lėtėjimo metu.

Hidraulinės sistemos yra vidutinio efektyvumo, 70-85% su nuostoliais dėl siurblių, vožtuvų ir skysčio pašildymo, tačiau pasižymi puikiu galios ir svorio santykiu.

Pneumatinių sistemų efektyvumas yra mažiausias (25-35%) dėl suspaudimo nuostolių ir šilumos išsiskyrimo, tačiau jos turi kitų privalumų, pavyzdžiui, yra švarios ir saugios.

Mechaninės pavaros gali būti labai veiksmingos konkrečioms reikmėms, tačiau joms gali prireikti išorinių energijos šaltinių, o tai turi įtakos bendram sistemos efektyvumui.

Kaip maitinimo šaltiniai skiria cilindrus nuo pavarų?

Energijos šaltinių reikalavimai lemia esminius skirtumus tarp cilindrų ir pavaros technologijų sistemų projektavimo, montavimo ir eksploatacinių charakteristikų.

Maitinimo šaltiniai skiria cilindrus nuo pavarų, nes cilindrams reikalingas suslėgtas oras arba hidraulinis skystis, o elektrinėms pavaroms - elektros energija, todėl skiriasi infrastruktūros poreikiai, energijos sąnaudos ir sistemos sudėtingumo lygis.

Pneumatinės galios sistemos

Kad pneumatiniai cilindrai veiktų patikimai, reikia suslėgto oro sistemų, įskaitant kompresorius, oro apdorojimo įrangą, paskirstymo vamzdynus ir saugojimo talpyklas.

Kompresoriaus dydis turi atitikti didžiausią paklausą ir sistemos nuostolius, užtikrinant pakankamą rezervinę galią. Dėl per mažų kompresorių dydžių sumažėja slėgis ir jie prastai veikia.

Oro apdorojimo sistemos, įskaitant filtrus, džiovintuvus ir tepalus, užtikrina švarų ir sausą orą, kuris apsaugo nuo komponentų pažeidimų ir prailgina tarnavimo laiką.

Skirstymo sistemas reikia tinkamai parinkti, kad būtų sumažinti slėgio kritimai ir užtikrintas pakankamas srauto pralaidumas visuose objekto naudojimo taškuose.

Hidraulinės galios sistemos

Kad hidrauliniai cilindrai veiktų nepertraukiamai, jiems reikalingi hidrauliniai maitinimo blokai, įskaitant siurblius, rezervuarus, filtravimo sistemas ir aušinimo įrangą.

Siurblio pasirinkimas turi įtakos sistemos efektyvumui ir našumui. Kintamo darbinio tūrio siurbliai užtikrina didesnį efektyvumą, o fiksuoto darbinio tūrio siurbliai pasižymi paprastesniu valdymu.

Skysčių valdymas apima filtravimą, aušinimą ir užterštumo kontrolę, kuri daro didelę įtaką sistemos patikimumui ir komponentų eksploatavimo trukmei.

Saugos aspektai apima hidraulinių skysčių keliamą gaisro pavojų ir aukšto slėgio saugos reikalavimus, taikomus personalo apsaugai.

Elektros energijos reikalavimai

Kad elektrinės pavaros tinkamai veiktų ir veiktų, joms reikia tinkamos įtampos, srovės stiprumo ir valdymo sąsajų.

Nustatant maitinimo šaltinio dydį reikia atsižvelgti į variklio vardinius parametrus, darbo ciklus ir rekuperacinio stabdymo, kuris gali tiekti energiją atgal į maitinimo šaltinį, galimybes.

Valdymo galios reikalavimai apima variklių pavaras, valdiklius ir grįžtamojo ryšio sistemas, kurios padidina sudėtingumą, tačiau suteikia sudėtingas valdymo galimybes.

Elektros saugos reikalavimai apima tinkamą įžeminimą, apsaugą nuo viršįtampių ir atitiktį elektros taisyklėms bei standartams.

Maitinimo infrastruktūros palyginimas

Įrengimo sudėtingumas labai skiriasi: pneumatinėms sistemoms reikia oro paskirstymo, hidraulinėms - skysčių tvarkymo, o elektrinėms - elektros infrastruktūros.

Įvairių energijos šaltinių eksploatavimo sąnaudos labai skiriasi. Suspausto oro gamyba yra brangi, o elektros energijos sąnaudos yra kintamos ir priklauso nuo naudojimo pobūdžio.

Techninės priežiūros reikalavimai skiriasi priklausomai nuo maitinimo šaltinio. Pneumatinėms sistemoms reikia keisti filtrus, hidraulinėms sistemoms reikia atlikti skysčių priežiūrą, o elektrinėms sistemoms reikia minimalios įprastinės priežiūros.

Poveikio aplinkai aspektai apima energijos vartojimo efektyvumą, skysčių šalinimą ir keliamą triukšmą, kurie daro įtaką įrenginio veiklai ir teisės aktų laikymuisi.

Energijos saugojimas ir paskirstymas

Pneumatinėse sistemose suspaustas oras kaupiamas imtuvuose, kurie kaupia energiją ir padeda išlyginti paklausos svyravimus visoje sistemoje.

Hidraulinėse sistemose gali būti naudojami akumuliatoriai energijai kaupti ir piko poreikiams tenkinti, taip pagerinant efektyvumą ir sistemos reakcijos charakteristikas.

Elektros sistemoms paprastai nereikia kaupti energijos, tačiau joms gali būti naudingos regeneracinės funkcijos, kurios padeda atgauti energiją lėtėjimo fazėse.

Paskirstymo efektyvumas labai skiriasi: elektros paskirstymas yra efektyviausias, hidraulinis - vidutiniškai, o pneumatinis - mažiausiai efektyvus dėl nuotėkio ir slėgio kritimo.

Kokios valdymo galimybės skiria šias technologijas?

Valdymo sudėtingumas ir galimybės lemia didelius skirtumus tarp cilindrų ir pavarų technologijų automatizavimo srityse.

Valdymo galimybės skiria cilindrus nuo elektrinių pavarų, nes paprastiems cilindrams taikomas paprastas įjungimas ir išjungimas, o elektrinėms pavaroms - sudėtingas servopavarų valdymas, hidrauliniai cilindrai siūlo vidutinio tikslumo valdymą, o pneumatiniai cilindrai - riboto tikslumo valdymo galimybes.

Pagrindinis cilindrų valdymas

Paprastuose pneumatiniuose cilindruose naudojami pagrindiniai kryptiniai vožtuvai, kuriais reguliuojamas ištraukimas ir įtraukimas, o greitis ribotai reguliuojamas srauto reguliavimo vožtuvais.

Reguliuojant padėtį naudojami galiniai jungikliai arba artumo jutikliai, kuriais nustatoma eigos pabaiga, o ne nuolatinis grįžtamasis ryšys apie padėtį visos eigos metu.

Jėgos valdymas apsiriboja slėgio reguliavimu ir nesuteikia aktyvaus grįžtamojo ryšio apie jėgą arba reguliavimo darbo metu.

Greičio reguliavimui naudojami srauto ribojimo metodai, kurie gali kisti priklausomai nuo apkrovos ir neužtikrina pastovaus greičio profilio skirtingomis darbo sąlygomis.

Išplėstinė cilindrų kontrolė

Servoelementais valdomi hidrauliniai cilindrai užtikrina uždarą padėties, greičio ir jėgos valdymą naudojant proporcinius vožtuvus ir grįžtamojo ryšio sistemas.

Elektroninis valdymas leidžia programuoti judėjimo profilius su kintamo pagreičio, pastovaus greičio ir kontroliuojamo lėtėjimo fazėmis.

Slėgio grįžtamojo ryšio sistemos leidžia kontroliuoti jėgą ir apsaugoti nuo perkrovos nuolat stebint kameros slėgį darbo metu.

Tinklo integracija leidžia koordinuoti darbą su kitais sistemos komponentais ir centralizuotai valdyti naudojant pramoninio ryšio protokolus.

Elektrinių pavarų valdymas

Servo valdymas užtikrina tikslų padėties, greičio ir pagreičio valdymą naudojant uždarojo grįžtamojo ryšio sistemas su didelės skiriamosios gebos koderiais.

Programuojami judesių profiliai leidžia atlikti sudėtingas judesių sekas su keliais padėties nustatymo taškais, kintamais greičiais ir koordinuotu kelių ašių veikimu.

Jėgos valdymo funkcijos apima sukimo momento ribojimą, grįžtamąjį jėgos ryšį ir atitikties valdymą, kai reikia kontroliuoti jėgos veikimą.

Išplėstinės funkcijos apima elektroninę pavarą, kumštelio profiliavimo ir sinchronizavimo funkcijas, skirtas sudėtingoms automatizavimo programoms.

Valdymo sistemos integracija

PLC integracija skiriasi priklausomai nuo technologijos: elektrinės pavaros turi sudėtingiausias integracijos galimybes, o paprasti cilindrai suteikia pagrindines įvesties/išvesties galimybes.

Tinklo ryšio protokolai leidžia sukurti paskirstytąsias valdymo architektūras, kuriose realiuoju laiku koordinuojami kelios pavaros ir sistemos komponentai.

Saugos integracija apima saugų sukimo momento išjungimą, saugios padėties stebėjimą ir integruotas saugos funkcijas, atitinkančias funkcinės saugos reikalavimus.

Diagnostikos galimybės leidžia stebėti našumą, teikti prognozuojamos techninės priežiūros informaciją ir padėti šalinti triktis, kad būtų galima optimizuoti sistemą.

Programavimas ir sąranka

Elektrinėms pavaroms paprastai reikia programuoti judesio parametrus, saugos ribas ir ryšio nustatymus naudojant specializuotas programinės įrangos priemones.

Kad hidraulinės servopavarų sistemos veiktų optimaliai, jas reikia sureguliuoti, įskaitant stiprinimo nustatymus, atsako charakteristikas ir stabilumo parametrus.

Pneumatiniams cilindrams reikia tik minimalių nustatymų, išskyrus pagrindinį vožtuvo reguliavimą ir srauto valdymo nustatymus greičiui optimizuoti.

Paleidimo į eksploataciją sudėtingumas labai skiriasi: elektrinėms pavaroms reikia daugiausiai laiko, o paprastiems cilindrams konfigūravimas yra minimalus.

Kaip paraiškos reikalavimai lemia pasirinkimą?

Taikymo reikalavimai lemia cilindrų ir įvairių tipų pavarų pasirinkimą, atsižvelgiant į eksploatacinius poreikius, aplinkos sąlygas ir veiklos apribojimus.

Taikymo reikalavimai lemia pasirinkimą, nes jėgos ir greičio poreikiai yra palankesni cilindrams, naudojamiems dideliu greičiu arba didele jėga, tikslumo reikalavimai - elektrinėms pavaroms, aplinkosaugos apribojimai, turintys įtakos technologijos tinkamumui, ir sąnaudų aspektai, turintys įtakos galutiniam pasirinkimui.

Jėgos ir greičio reikalavimai

Didelės jėgos darbams paprastai pasirenkami hidrauliniai cilindrai, galintys sukurti milžinišką jėgą kompaktiškoje pakuotėje, todėl jie idealiai tinka presavimui, formavimui ir sunkių krovinių kėlimui.

Didelio greičio įrenginiuose dažnai naudojami pneumatiniai cilindrai, kuriuose dėl mažos judančios masės ir greito oro išsiplėtimo charakteristikų pasiekiamas greitas judėjimas.

Tikslaus pozicionavimo programoms reikalingos elektrinės pavaros su servo valdymu, kad būtų galima tiksliai nustatyti padėtį ir užtikrinti pakartojamą veikimą atliekant surinkimo ir tikrinimo operacijas.

Kintamos jėgos taikymams gali prireikti elektrinių pavarų su programuojamu jėgos valdymu arba hidraulinių sistemų su proporcingu slėgio valdymu.

Aplinkosaugos aspektai

Švariose patalpose naudojami pneumatiniai cilindrai arba elektrinės pavaros, kurioms negresia užteršimas alyva, todėl jos tinka maisto, farmacijos ir elektronikos gamyboje.

Atšiaurioje aplinkoje gali prireikti tvirtos konstrukcijos hidraulinių cilindrų, apsaugotų nuo aplinkos poveikio, arba sandarių elektrinių pavarų su atitinkama IP klase.

Sprogioje aplinkoje reikia iš esmės saugus³ konstrukcijos arba specialūs apsaugos metodai, kurie priklauso nuo pavaros technologijos ir sertifikavimo reikalavimų.

Ekstremalios temperatūros veikia visas technologijas skirtingai, o ekstremalioms temperatūroms reikalingos specialios medžiagos ir konstrukcijos.

Darbo ciklo reikalavimai

Nepertraukiamo darbo režimuose dažnai naudojamos elektrinės pavaros, pasižyminčios dideliu efektyvumu ir minimaliu šilumos išsiskyrimu, palyginti su skysčių galios sistemomis.

Pneumatinės ar hidraulinės sistemos, kurios gali perkaisti dirbant nepertraukiamai, bet gerai veikia cikliškai, gali veikti su pertraukomis.

Norint užtikrinti patikimą ilgalaikį veikimą, reikia patikimų konstrukcijų su atitinkamais komponentų įvertinimais ir techninės priežiūros grafikais.

Avarinio veikimo reikalavimai gali būti palankūs pneumatinėms sistemoms, kurios gali veikti nutrūkus elektros energijos tiekimui, jei yra suslėgto oro saugykla.

Erdvės ir įrengimo apribojimai

Kompaktiškuose įrenginiuose gali būti naudojami cilindrai, kuriuose pavara ir valdymas sujungti į vieną paketą, taip sumažinant bendrą sistemos dydį ir sudėtingumą.

Paskirstytose sistemose gali būti naudojamos elektrinės pavaros su tinklo ryšio galimybėmis, kurios panaikina sudėtingas skysčių paskirstymo sistemas.

Mobiliose sistemose dažnai pasirenkamos elektrinės arba pneumatinės sistemos, kurioms nereikia sunkių hidraulinių agregatų ir skysčio rezervuarų.

Modernizavimo taikymą gali riboti esama infrastruktūra, todėl pirmenybė teikiama technologijoms, kurios integruojamos su turimais energijos šaltiniais ir valdymo sistemomis.

Saugos ir reguliavimo reikalavimai

Maisto saugos taisyklės gali reikalauti specialių medžiagų ir konstrukcijų, kurios pašalina užteršimo riziką, todėl pirmenybė teikiama pneumatinėms arba elektrinėms technologijoms.

Slėginės įrangos taisyklės hidraulinėms ir pneumatinėms sistemoms taikomos skirtingai, o aukšto slėgio hidraulinėms sistemoms reikia taikyti griežtesnes saugos priemones.

Funkcinės saugos reikalavimai gali būti palankūs elektrinėms pavaroms su integruotomis saugos funkcijomis arba gali reikėti papildomų saugos sistemų skysčių galios įrenginiams.

Aplinkosaugos taisyklės turi įtakos skysčių šalinimui ir nuotėkio prevencijai, todėl aplinkai jautriose srityse gali būti palankesnės elektrinės sistemos.

Kokios yra kiekvienos technologijos sąnaudos?

Atlikus sąnaudų analizę paaiškėjo, kad cilindrų ir pavarų technologijų pradinės investicijos, eksploatacinės išlaidos ir gyvavimo ciklo sąnaudos labai skiriasi.

Išlaidų poveikis rodo, kad pneumatinių cilindrų pradinė kaina yra mažiausia, tačiau eksploatacinės išlaidos didesnės, hidrauliniams cilindrams reikalingos didelės investicijos į infrastruktūrą, o elektrinių pavarų pradinė kaina yra didesnė, tačiau dėl efektyvumo ir mažesnės techninės priežiūros ilgalaikė ekonomija yra geresnė.

Pradinės investicinės išlaidos

Pneumatiniai cilindrai pasižymi mažiausiomis pradinėmis įrangos sąnaudomis, kurios paprastai yra 50-70% mažesnės nei analogiškų elektrinių pavarų, todėl jie yra patrauklūs biudžetą taupančioms programoms.

Elektrinių pavarų pradinės išlaidos yra didesnės dėl sudėtingų variklių, pavarų ir valdymo sistemų, tačiau šios investicijos dažnai atsiperka dėl sutaupytų lėšų.

Hidraulinių cilindrų įrangos sąnaudos yra nedidelės, tačiau jiems reikalingi brangūs maitinimo blokai, filtravimo sistemos ir saugos įranga, dėl kurių padidėja bendra sistemos kaina.

Infrastruktūros sąnaudos labai skiriasi: pneumatinėms sistemoms reikia suslėgto oro, hidraulinėms sistemoms - maitinimo agregatų, o elektros sistemoms - elektros paskirstymo.

Veiklos sąnaudų analizė

Energijos sąnaudos palankios elektrinėms pavaroms, kurių efektyvumas yra 85-95%, palyginti su 25-35% pneumatinėse sistemose ir 70-85% hidraulinėse sistemose.

Suslėgto oro sąnaudos paprastai svyruoja nuo $0,02 iki 0,05 už kubinį metrą, todėl pneumatinių sistemų eksploatacija didelio naudojimo srityse yra brangi.

Hidraulinio skysčio sąnaudas sudaro pirminio užpildymo, pakeitimo, šalinimo ir valymo išlaidos, kurios susikaupia per visą sistemos eksploatavimo laikotarpį.

Elektros energijos sąnaudos skiriasi priklausomai nuo vietos ir naudojimo pobūdžio, tačiau paprastai jos yra labiausiai nuspėjamos ir valdomos veiklos išlaidos.

Priežiūros išlaidų palyginimas

Pneumatinėse sistemose reikia reguliariai keisti filtrus, atlikti drenažo techninę priežiūrą ir keisti sandariklius, o darbo jėgos poreikis yra nedidelis ir dalių sąnaudos nedidelės.

Hidraulinėse sistemose reikia keisti skysčius, keisti filtrus, taisyti nuotėkius ir atkurti komponentus, o tai reikalauja didesnių darbo ir dalių sąnaudų.

Elektrinėms pavaroms reikia minimalios įprastinės priežiūros, tačiau, sugedus komponentams, gali būti didesnės remonto išlaidos, kurias kompensuoja ilgesni aptarnavimo intervalai.

Prevencinės techninės priežiūros išlaidos labai skiriasi: pneumatinėms sistemoms dėmesio reikia dažniausiai, o elektrinėms - mažiausiai.

Gyvavimo ciklo sąnaudų analizė

Bendra nuosavybės kaina⁴ per 10-15 metų, nepaisant didesnių pradinių sąnaudų, dėl energijos taupymo ir mažesnės techninės priežiūros dažnai pirmenybė teikiama elektrinėms pavaroms.

Pneumatinių sistemų trejų metų sąnaudos gali būti mažiausios, tačiau per ilgesnį laikotarpį jos tampa brangios dėl suvartojamos energijos ir techninės priežiūros.

Hidraulinės sistemos gali būti ekonomiškai efektyvios didelės jėgos srityse, kuriose elektrinės alternatyvos būtų daug didesnės ir brangesnės.

Pakeitimo išlaidos yra palankesnės standartizuotoms technologijoms su lengvai prieinamomis sudedamosiomis dalimis ir aptarnavimo palaikymu per visą sistemos eksploatavimo laikotarpį.

Paslėpti sąnaudų veiksniai

Dėl sistemos gedimų patiriamos prastovos išlaidos gali būti didesnės nei išlaidos įrangai, todėl patikimumas ir techninė priežiūra yra labai svarbūs veiksniai renkantis technologiją.

Mokymo sąnaudos priklauso nuo technologijos sudėtingumo, nes elektrinėms servo sistemoms reikia daugiau specializuotų žinių nei paprastoms pneumatinėms sistemoms.

Saugos reikalavimų laikymosi išlaidos apima slėginės įrangos sertifikavimą, elektros saugos priemones ir aplinkos apsaugą, kurios skiriasi priklausomai nuo technologijos.

Dėl vietos sąnaudų brangiose patalpose kompaktiškos technologijos gali būti naudingesnės, net jei įrangos sąnaudos yra didesnės dėl vietos panaudojimo efektyvumo.

Kaip palyginti techninės priežiūros reikalavimus?

Dėl techninės priežiūros reikalavimų cilindrų ir pavaros technologijos labai skiriasi, o tai turi įtakos patikimumui, sąnaudoms ir sistemos prieinamumui.

Pagal techninės priežiūros reikalavimus pneumatiniams cilindrams reikia dažnai keisti filtrus ir sandariklius, hidrauliniams cilindrams - skysčių priežiūrą ir nuotėkio šalinimą, o elektrinėms pavaroms reikia minimalios įprastinės techninės priežiūros, tačiau, kai reikia remonto, reikia daugiau specializuotų paslaugų.

Pneumatinių cilindrų priežiūra

Kasdienė techninė priežiūra apima vizualinę oro nuotėkio, neįprastų garsų ir tinkamo veikimo patikrą, kurios metu galima nustatyti kylančias problemas prieš atsirandant gedimams.

Kas savaitę atliekamos užduotys apima oro filtro tikrinimą ir keitimą, slėgio reguliatoriaus tikrinimą ir pagrindinį veikimo patikrinimą, kad būtų išlaikytas sistemos patikimumas.

Kas mėnesį atliekama techninė priežiūra apima kreipiančiojo tepimą, jutiklio valymą ir išsamų veikimo testavimą, kad būtų galima nustatyti blogėjančius komponentus, kol jie dar nesugedo.

Kasmet atliekama techninė priežiūra apima sandariklių keitimą, vidinę patikrą ir išsamų testavimą, kad būtų atkurtas kaip naujo įrenginio veikimas ir išvengta netikėtų gedimų.

Hidraulinių cilindrų priežiūra

Skysčių analizės programos stebi alyvos būklę, užterštumo lygį ir priedų išsekimą, kad būtų optimizuoti skysčių keitimo intervalai ir išvengta komponentų pažeidimų.

Filtrų keitimo tvarkaraščiai palaiko švarų skystį, kuris apsaugo nuo komponentų nusidėvėjimo ir gerokai prailgina sistemos tarnavimo laiką, palyginti su sistemomis, kuriose filtravimas prastas.

Nuotėkio aptikimo ir remonto programos padeda išvengti aplinkos užteršimo ir skysčių nuostolių, tuo pat metu išlaikant sistemos našumą ir saugumą.

Komponentų atstatymas apima sandariklių keitimą, paviršiaus atnaujinimą ir matmenų atkūrimą, kuris gali pailginti komponentų tarnavimo laiką daugiau, nei numatyta originaliose specifikacijose.

Elektrinių pavarų techninė priežiūra

Įprastinė techninė priežiūra yra minimali, paprastai apsiribojama periodiniu valymu, jungčių tikrinimu ir pagrindiniu veikimo patikrinimu ilgesniais intervalais.

Kai kuriose konstrukcijose gali reikėti sutepti guolius, tačiau daugelyje konstrukcijų naudojami sandarūs guoliai, kurių nereikia prižiūrėti visą eksploatavimo laiką.

Programinės įrangos atnaujinimai ir atsarginės parametrų kopijos užtikrina, kad sistemos konfigūracija būtų išsaugota, o našumas optimizuojamas visą sistemos eksploatavimo laiką.

Prognozuojamoji techninė priežiūra, atliekama naudojant vibracijos analizę, terminį vaizdavimą ir eksploatacinių savybių stebėjimą, gali padėti nustatyti kylančias problemas prieš atsirandant gedimams.

Techninės priežiūros įgūdžių reikalavimai

Pneumatinių sistemų priežiūrai reikia pagrindinių mechaninių įgūdžių ir supratimo apie oro sistemos komponentus, todėl mokymas yra gana paprastas.

Hidraulinei priežiūrai reikia specialių žinių apie skysčių sistemas, užterštumo kontrolę ir aukšto slėgio sistemų saugos procedūras.

Elektrinių pavarų aptarnavimui reikalingi elektros ir elektronikos įgūdžiai, taip pat specializuotos programinės įrangos įrankiai programavimui ir diagnostikai.

Kryžminis mokymas naudingas įstaigoms, naudojančioms kelias technologijas, tačiau specializacija gali būti veiksmingesnė įstaigoms, kuriose vyrauja vienos rūšies technologijos.

Atsarginės dalys ir inventorius

Pneumatinėse sistemose naudojami standartizuoti komponentai, kurių yra daug ir kurių kaina yra palyginti nedidelė - filtrai, sandarikliai ir pagrindiniai komponentai.

Hidraulinėms sistemoms reikia skysčių atsargų, specializuotų sandariklių ir filtravimo komponentų, kurių gamybos laikas gali būti ilgesnis, o sąnaudos - didesnės.

Elektrinėms pavaroms gali reikėti brangių elektroninių komponentų, kurių tiekimo laikas ilgesnis, tačiau gedimai paprastai būna retesni nei skysčių galios sistemose.

Atsargų optimizavimo strategijos skiriasi priklausomai nuo technologijos: pneumatinėms sistemoms naudingos vietinės atsargos, o elektrinėms sistemoms - "tiksliai laiku" metodai.

Techninės priežiūros planavimas ir tvarkaraščių sudarymas

Pneumatinėms sistemoms profilaktinės techninės priežiūros grafikai yra svarbiausi dėl dažno filtrų keitimo ir sandariklių keitimo reikalavimų.

Hidraulinių sistemų techninė priežiūra, pagrįsta būkle, gerai veikia naudojant skysčių analizę ir eksploatacinių savybių stebėseną, kad būtų optimizuoti techninės priežiūros intervalai.

Prognozuojamoji techninė priežiūra yra veiksmingiausia elektrinėms pavaroms, kuriose naudojami pažangūs stebėjimo metodai, leidžiantys anksti nustatyti kylančias problemas.

Techninę priežiūrą būtina derinti su gamybos grafikais visų technologijų atveju, tačiau dėl ilgesnių aptarnavimo intervalų ji gali būti lankstesnė elektrinių sistemų atveju.

Kokie aplinkos veiksniai turi įtakos atrankai?

Aplinkos sąlygos daro didelę įtaką įvairių cilindrų ir pavarų technologijų tinkamumui ir veikimui realiomis sąlygomis.

Aplinkos veiksniai daro įtaką pasirinkimui, nes ekstremalios temperatūros turi įtakos skysčio savybėms ir sandariklio veikimui, užterštumo lygis lemia apsaugos reikalavimus, drėgmė sukelia korozijos problemas, o pavojingoje aplinkoje reikia specialių saugos sertifikatų.

Temperatūra Aplinkos poveikis

Ekstremalios temperatūros skirtingai veikia visas technologijas. Pneumatinės sistemos kenčia nuo kondensacijos esant žemai temperatūrai ir sumažėjusio oro tankio esant aukštai temperatūrai.

Hidraulinės sistemos susiduria su skysčio klampumo pokyčiais, kurie turi įtakos veikimui, todėl gali prireikti šildomų rezervuarų arba aušintuvų temperatūrai reguliuoti.

Elektrinės pavaros geriau susidoroja su ekstremaliomis temperatūromis, jei yra tinkamos konstrukcijos varikliai, tačiau joms gali prireikti apsauginių gaubtų.

Dėl šiluminio cikliškumo atsiranda plėtimosi ir susitraukimo įtempiai, kurie turi įtakos cilindrų sandariklių ilgaamžiškumui ir elektrinių pavarų guolių ilgaamžiškumui.

Užterštumas ir švara

Dulkėta aplinka pagreitina cilindrų sandariklių susidėvėjimą, todėl norint užtikrinti patikimą veikimą, gali prireikti dažnai keisti filtrus ir apsauginius gaubtus.

Švarių patalpų reikalavimai palankūs pneumatiniams cilindrams arba elektrinėms pavaroms, kurioms negresia rizika užteršti alyva jautriuose gamybos procesuose.

Cheminis užterštumas skirtingai veikia kiekvienos technologijos sandariklius ir metalinius komponentus, todėl norint tinkamai pasirinkti reikia atlikti medžiagų suderinamumo analizę.

Plovimo aplinkoje reikia specialaus sandarinimo ir medžiagų, kurios skiriasi priklausomai nuo technologijos, dažnai reikalaujama nerūdijančio plieno konstrukcijos.

Drėgmės ir drėgmės poveikis

Didelė drėgmė didina kondensacijos riziką pneumatinėse sistemose, todėl, norint užtikrinti patikimą veikimą, reikia oro džiovintuvų ir drenažo sistemų.

Korozija veikia visas technologijas, tačiau hidraulinėms ir pneumatinėms sistemoms ji daro didesnį poveikį dėl skysčių užterštumo vandeniu.

Elektros sistemoms reikia tinkamų IP reitingai⁵ ir aplinkos sandarinimo, kad būtų išvengta drėgmės patekimo, galinčio sukelti gedimus ar pavojų saugai.

Šalto klimato zonose gali prireikti apsaugos nuo užšalimo, o kiekvieno tipo technologijoms reikia skirtingų sprendimų.

Pavojingų zonų klasifikacija

Sprogioje aplinkoje reikalingos vidinio saugumo konstrukcijos arba sprogimui atsparūs korpusai, kurie labai skiriasi priklausomai nuo technologijos ir sertifikavimo reikalavimų.

Pneumatinės sistemos kai kuriose sprogioje aplinkoje gali būti saugesnės, nes jose nėra elektrinių uždegimo šaltinių.

Elektrinėms pavaroms reikia specialių sertifikatų ir apsaugos metodų pavojingose zonose, o tai gali padidinti sąnaudas ir sudėtingumą.

Hidraulinėse sistemose gali kilti gaisro pavojus dėl suslėgtų degiųjų skysčių, todėl reikia specialių saugos priemonių ir gaisro gesinimo sistemų.

Vibracijos ir smūgių aplinka

Didelės vibracijos aplinka veikia visas technologijas, tačiau ypač daug problemų gali kilti dėl elektrinių jungčių ir elektroninių komponentų.

Smūginės apkrovos gali skirtingai pažeisti kiekvienos technologijos vidinius komponentus, o hidraulinės sistemos dažnai būna atspariausios.

Montavimo ir izoliavimo reikalavimai skiriasi priklausomai nuo technologijos, o norint užtikrinti patikimą veikimą, labai svarbu tinkamai izoliuoti vibraciją.

Projektuojant sistemą reikia vengti rezonansinių dažnių, kad būtų išvengta vibracijos poveikio sustiprėjimo, galinčio sukelti ankstyvą gedimą.

Reguliavimo ir atitikties klausimai

Maisto saugos taisyklės gali drausti tam tikras medžiagas arba reikalauti specialių sertifikatų, kurie vienoms technologijoms yra palankesni nei kitoms.

Slėginės įrangos taisyklės pneumatinėms ir hidraulinėms sistemoms taikomos skirtingai, o aukšto slėgio hidraulinėms sistemoms reikia laikytis griežtesnių reikalavimų.

Aplinkosaugos taisyklės gali riboti hidraulinių skysčių naudojimą arba reikalauti naudoti izoliavimo sistemas, dėl kurių padidėja sąnaudos ir sudėtingumas.

Saugos standartuose gali būti nurodyta taikyti tam tikras technologijas ar apsaugos metodus, kad būtų užtikrinta darbuotojų sauga tam tikrose srityse ar pramonės šakose.

Išvada

Skirtumas tarp cilindrų ir pavaros - tai skysčiu varomos linijinės pavaros, priklausančios platesnei pavaros kategorijai, kuri apima elektrines, mechanines ir kitas judesio technologijas, kurių kiekviena turi savitų privalumų skirtingoms taikomosioms programoms, aplinkai ir eksploataciniams reikalavimams.

DUK apie cilindrus ir pavaros