Kāda ir šokējoša atšķirība starp cilindriem un piedziņas mehānismiem, ko 80% inženieru nepareizi saprot?

Inženieri katru gadu miljoniem izšķērdē nepareizas aprīkojuma izvēles dēļ. Iepirkumu komandas pasūta "cilindrus", lai gan ir vajadzīgi "piedziņas mehānismi" - vai otrādi. Šī neskaidrība uzņēmumiem rada zaudējumus produktivitātei, efektivitātei un peļņai.

Atšķirība starp cilindri un izpildmehānismi cilindri ir īpašs lineāro izpildmehānismu veids, kas kustībai izmanto šķidruma spiedienu (pneimatisko vai hidraulisko), savukārt izpildmehānismi ir plašāka kategorija, kas ietver visas ierīces, kuras pārveido enerģiju mehāniskā kustībā, tostarp elektriskos, pneimatiskos, hidrauliskos un mehāniskos veidus.

Pirms diviem mēnešiem man drudžaini piezvanīja Sāra, projektu vadītāja no Vācijas autorūpnīcas. Viņas komanda bija pasūtījusi 50 pneimatiskos cilindrus precīzai montāžas līnijai, taču, lai nodrošinātu nepieciešamo pozicionēšanas precizitāti, bija nepieciešami elektriskie servopiedziņas mehānismi. Cilindri nespēja nodrošināt nepieciešamo ±0,05 mm precizitāti. Mēs palīdzējām viņiem noteikt pareizos elektriskos izpildmehānismus, un nedēļas laikā noraidījumu skaits samazinājās no 12% līdz 0,3%.

Satura rādītājs

• Kas definē cilindru un izpildmehānismu?
• Kā atšķiras cilindru un piedziņas mehānismu konstrukcija?
• Kādas ir galvenās veiktspējas atšķirības?
• Kā barošanas avoti atšķir cilindrus no izpildmehānismiem?
• Kādas kontroles iespējas atšķir šīs tehnoloģijas?
• Kā pieteikuma prasības nosaka izvēli?
• Kādas ir katras tehnoloģijas izmaksas?
• Kā salīdzināt tehniskās apkopes prasības?
• Kādi vides faktori ietekmē izvēli?
• Secinājums
• Biežāk uzdotie jautājumi par cilindriem un piedziņas mehānismiem

Kas definē cilindru un izpildmehānismu?

Izpratne par pamatdefinīcijām atklāj, kāpēc šie termini bieži tiek sajaukti un kad katrs no tiem tiek lietots pareizi.

Cilindrs ir īpašs lineārā izpildmehānisma veids, kas izmanto šķidruma (pneimatiskā vai hidrauliskā) spiedienu cilindriskā kamerā, lai radītu lineāru kustību, savukārt izpildmehānisms ir plašāka ierīču kategorija, kas pārvērš dažādas enerģijas formas kontrolētā mehāniskā kustībā.

Cilindra definīcija un darbības joma

Cilindri ir ar šķidrumu darbināmi lineārie izpildmehānismi, kas kustības radīšanai izmanto saspiestu gaisu (pneimatiskie) vai saspiestu šķidrumu (hidrauliskie). Ar terminu "cilindrs" apzīmē cilindrisku spiediena tvertni, kurā atrodas darba šķidrums.

Visi cilindri ir izpildmehānismi, bet ne visi izpildmehānismi ir cilindri. Šī sakarība ir būtiska pareizai terminoloģijas un aprīkojuma izvēlei rūpnieciskajos lietojumos.

Balona darbība ir atkarīga no Paskala likums¹, kur šķidruma spiediens iedarbojas uz virzuļa virsmu, lai radītu lineāru spēku. Cilindriskā forma optimāli satur spiedienu, vienlaikus vadot lineāro kustību.

Biežāk sastopamie cilindru veidi ir pneimatiskie cilindri, kuros izmanto saspiestu gaisu, hidrauliskie cilindri, kuros izmanto saspiestu eļļu, kā arī specializētie varianti, piemēram, teleskopiskie vai rotācijas cilindri.

Piedziņas mehānisma definīcija un kategorijas

Runātāji ietver visas ierīces, kas pārveido enerģiju kontrolētā mehāniskā kustībā. Šajā plašajā kategorijā ietilpst lineārie izpildmehānismi, rotācijas izpildmehānismi un specializētās kustības ierīces.

Enerģijas avoti izpildmehānismiem ir elektriskā, pneimatiskā, hidrauliskā, mehāniskā un siltuma enerģija. Katram enerģijas veidam ir atšķirīgas spēka, ātruma, precizitātes un vadības īpašības.

Pie izpildmehānismu radīto kustību veidi ir lineāras, rotācijas, svārstības un sarežģītas daudzasu kustības. No kustības veida ir atkarīgs izpildmehānisma izvēle konkrētiem lietojumiem.

Vadības sarežģītība ir no vienkāršas ieslēgšanas/izslēgšanas darbības līdz sarežģītai servo vadībai ar pozicionēšanas, ātruma un spēka atgriezenisko saiti, kas nodrošina precīzu automatizāciju.

Klasifikācijas hierarhija

Piedziņu dzimtas kokā cilindri ir lineāro piedziņu apakškopa, kas pati par sevi ir visu piedziņu apakškopa. Šī hierarhija palīdz precizēt terminoloģiju un atlases kritērijus.

Lineārie izpildmehānismi ietver cilindrus, elektriskos lineāros izpildmehānismus, mehāniskos izpildmehānismus (skrūves, sadales vārpstas) un specializētas konstrukcijas, piemēram, balss spoles izpildmehānismus īpašiem lietojumiem.

Rotācijas izpildmehānismi ietver elektromotorus, rotācijas cilindrus, pneimatiskos lāpstiņu motorus un hidrauliskos motorus lietojumiem, kuros nepieciešama rotācijas kustība.

Specializētie izpildmehānismi apvieno lineāro un rotācijas kustību vai nodrošina unikālus kustības profilus specifiskiem rūpnieciskiem lietojumiem un automatizācijas prasībām.

Terminoloģijas nozīme

Pareiza terminoloģija novērš specifikācijas kļūdas, kas rada laika un naudas izmaksas. Lietojot "cilindrs", kad ir nepieciešams "elektropiedziņa", tiek nepareizi izvēlēts aprīkojums un projekts tiek aizkavēts.

Nozares standarti precīzi definē šos terminus. Standarta definīciju izpratne nodrošina skaidru saziņu ar piegādātājiem, inženieriem un tehniskās apkopes personālu.

Terminoloģijas lietošanā pastāv reģionālas atšķirības. Dažos reģionos "balons" tiek lietots plašāk, bet citos reģionos tiek saglabātas stingras tehniskās atšķirības starp ierīču veidiem.

Tehniskajā dokumentācijā ir nepieciešama precīza terminoloģija drošības, apkopes un nomaiņas procedūrām. Nepareizi termini var novest pie bīstamas iekārtu aizstāšanas.

Kā atšķiras cilindru un piedziņas mehānismu konstrukcija?

Konstrukcijas atšķirības atspoguļo katra tehnoloģijas veida darbības pamatprincipus un veiktspējas raksturlielumus.

Cilindri atšķiras no citiem izpildmehānismiem pēc konstrukcijas, jo tiem ir cilindriski spiediena trauki, šķidruma blīvēšanas sistēmas un uz virzuļa balstīta spēka ģenerēšana, savukārt elektriskajos izpildmehānismos izmanto motorus un piedziņas mehānismus, bet mehāniskajos izpildmehānismos - skrūves, zobratus vai savienojumus.

Cilindra konstrukcijas elementi

Cilindra konstrukcijas centrā ir spiedtvertne, kurā atrodas darba šķidrums. Cilindriskā forma optimāli iztur iekšējo spiedienu, vienlaikus nodrošinot virzuļa lineāru vadību.

Virzuļa mezglos ietilpst pats virzulis, blīvēšanas sistēmas un spēka pārvades komponenti. Virzuļa konstrukcija būtiski ietekmē veiktspēju, efektivitāti un kalpošanas laiku.

Blīvējuma sistēmas novērš šķidruma noplūdi, vienlaikus nodrošinot vienmērīgu kustību. Blīvslēgu tehnoloģija ir būtisks konstrukcijas elements, kas ietekmē uzticamību un tehniskās apkopes prasības.

Stieņu komplekti pārnes spēku no iekšējiem virzuļiem uz ārējām slodzēm, vienlaikus saglabājot spiediena integritāti. Stieņa konstrukcijai jāiztur pieliktie spēki bez izliekšanās vai pārmērīgas deformācijas.

Elektriskā izpildmehānisma konstrukcija

Elektriskajos izpildmehānismos kā primārā enerģijas pārveidošanas ierīce tiek izmantoti motori, parasti servomotori, soļu motori vai maiņstrāvas/līdzstrāvas motori atkarībā no veiktspējas prasībām.

Piedziņas mehānismi pārvērš rotējošo motora kustību lineārā izvadē, izmantojot lodveida skrūves², siksnas piedziņas, zobrata un zobrata sistēmas vai tiešās piedziņas lineārie motori ar atšķirīgiem raksturlielumiem.

Atgriezeniskās saites sistēmas ietver kodētājus, rezolverus vai potenciometrus, kas nodrošina informāciju par pozīciju, lai nodrošinātu slēgtas cilpas vadību un precīzas pozicionēšanas iespējas.

Korpusa konstrukcija aizsargā iekšējās sastāvdaļas, vienlaikus nodrošinot montāžas saskarnes un vides aizsardzību, lai nodrošinātu uzticamu darbību rūpnieciskos apstākļos.

Mehānisko izpildmehānismu konstrukcija

Mehāniskajos izpildmehānismos izmanto tīri mehānisku enerģijas pārveidi, izmantojot skrūves, virzītājspēkus, sviras vai zobratu sistēmas, kas pārveido ieejas kustību vēlamajā izejas kustībā.

Skrūves tipa izpildmehānismi izmanto svina skrūves vai lodīšu skrūves, ko darbina ar rokas rokturiem, motoriem vai citiem enerģijas avotiem, lai radītu precīzu lineāru kustību ar lielu spēka jaudu.

Kloķveida mehānismi nodrošina sarežģītus kustības profilus, izmantojot īpaši veidotas kloķveida virsmas, kas virza sekotāja kustību atbilstoši konkrētām lietojuma prasībām.

Saišu sistēmās tiek izmantoti mehāniskās priekšrocības principi, lai pastiprinātu spēku vai mainītu kustības īpašības, izmantojot sviras un šarnīra punktus.

Materiālu un komponentu atšķirības

Cilindru materiāliem jāiztur šķidruma spiediena un ķīmiskās saderības prasības. Parastie materiāli ir tērauds, alumīnijs un nerūsējošais tērauds ar atbilstošiem spiediena rādītājiem.

Elektrisko izpildmehānismu materiāli koncentrējas uz elektromagnētiskajām īpašībām, siltuma izkliedi un mehānisko izturību. Motoru komponentos izmanto specializētus magnētiskos materiālus un precīzus gultņus.

Mehānisko izpildmehānismu materiālos uzsvars tiek likts uz nodilumizturību un mehānisko izturību. Rūdīts tērauds, bronza un specializēti sakausējumi nodrošina izturību mehāniskā kontakta lietojumiem.

Vides aizsardzība atšķiras atkarībā no tehnoloģijas. Cilindriem nepieciešama šķidruma hermētika, elektriskajiem izpildmehānismiem - aizsardzība pret mitrumu, bet mehāniskajiem izpildmehānismiem var būt nepieciešama aizsardzība pret piesārņojumu.

Montāža un integrācija

Cilindra montāža ietver spiediena pārbaudi, blīvējuma uzstādīšanu un šķidruma sistēmas integrāciju. Pareizi montāžas paņēmieni nodrošina darbību bez noplūdes un optimālu veiktspēju.

Elektropiedziņas iekārtas montāža ietver motora izlīdzināšanu, kodētāja kalibrēšanu un elektriskos savienojumus. Precīza montāža ietekmē pozicionēšanas precizitāti un sistēmas veiktspēju.

Mehānisko izpildmehānismu montāža ir vērsta uz pareizu eļļošanu, regulēšanu un regulēšanu, lai nodrošinātu vienmērīgu darbību un novērstu priekšlaicīgu nodilumu.

Kvalitātes kontroles procedūras atšķiras atkarībā no tehnoloģijas veida, piemēram, spiediena testēšana attiecas uz baloniem, elektriskās piedziņas - uz elektriskajām piedziņām, bet mehāniskās sistēmas - uz mehāniskajām sistēmām.

Kādas ir galvenās veiktspējas atšķirības?

Cilindru un dažādu izpildmehānismu tipu veiktspējas raksturlielumi ievērojami atšķiras, ietekmējot pielietojuma piemērotību un sistēmas konstrukciju.

Galvenās veiktspējas atšķirības ietver spēka izvades spējas, kurās izceļas hidrauliskie cilindri, ātruma īpašības, kurās dominē pneimatiskie cilindri, precizitātes līmeņus, kuros vadībā ir elektriskie izpildmehānismi, un efektivitātes rādītājus, kuros elektriskās sistēmas parasti darbojas vislabāk.

Spēka izejas iespējas

Hidrauliskie cilindri nodrošina vislielāko izejas spēku, kas atkarībā no izmēra un spiediena parasti svārstās no 1000 N līdz vairāk nekā 1000 000 N. Augsts šķidruma spiediens ļauj veidot kompaktas konstrukcijas ar milzīgu spēka jaudu.

Pneimatiskie cilindri nodrošina mērenu spēku no 100 N līdz 50 000 N, ko lielākajā daļā rūpniecisko lietojumu ierobežo praktiskais gaisa spiediens 6-10 bāru līmenī.

Elektropiedziņas nodrošina mainīgu spēka diapazonu no 10 N līdz 100 000 N atkarībā no motora lieluma un pārnesumkārbas. Neatkarīgi no pozīcijas izejas spēks ir nemainīgs.

Mehāniskie izpildmehānismi var nodrošināt ļoti lielus spēkus, izmantojot mehāniskās priekšrocības, taču parasti tie darbojas ar mazāku ātrumu, ņemot vērā spēka un ātruma kompromisu.

Ātruma un reakcijas raksturlielumi

Pneimatiskie cilindri sasniedz vislielākos ātrumus - līdz 10 m/s, pateicoties mazajai kustīgajai masai un straujajai gaisa izplešanās īpašībām, kas nodrošina ātru paātrinājumu.

Elektropiedziņas nodrošina mainīgu ātrumu ar lielisku kontroli, parasti 0,001-2 m/s, ar programmējamiem paātrinājuma un palēninājuma profiliem, kas nodrošina vienmērīgu darbību.

Hidrauliskie cilindri darbojas ar mērenu ātrumu, 0,01-1 m/s, ar lielisku spēka kontroli, taču to ierobežo šķidruma plūsmas ātrums un sistēmas reakcijas laiks.

Mehāniskie izpildmehānismi parasti darbojas ar mazāku ātrumu, bet nodrošina precīzu, atkārtojamu kustību ar mehāniskām priekšrocībām liela spēka lietojumiem.

Precizitāte un precizitāte

Elektriskie servopiedziņas mehānismi nodrošina visaugstāko precizitāti, sasniedzot pozicionēšanas precizitāti ±0,001 mm, izmantojot atbilstošas atgriezeniskās saites sistēmas un vadības algoritmus.

Mehāniskie izpildmehānismi nodrošina lielisku atkārtojamību, pateicoties tiešai mehāniskai pozicionēšanai, parasti sasniedzot ±0,01 mm precizitāti, ja tiek nodrošināta pareiza konstrukcija un apkope.

Hidrauliskie cilindri nodrošina labu precizitāti ±0,1 mm, ja tie ir aprīkoti ar pozīcijas atgriezeniskās saites un servopārvaldības sistēmām, kas nodrošina darbību slēgtā ciklā.

Pneimatiskajiem cilindriem ir ierobežota precizitāte ±1 mm, jo gaisa saspiežamība un temperatūras ietekme ietekmē pozicionēšanas precizitāti.

Energoefektivitātes salīdzinājums

Elektriskās piedziņas sasniedz augstāko efektivitāti - 85-95%, ar minimāliem enerģijas zudumiem un spēju atgūt enerģiju palēnināšanas laikā dažos lietojumos.

Hidrauliskās sistēmas nodrošina mērenu efektivitāti, 70-85%, ar zaudējumiem sūkņos, vārstos un šķidruma sildīšanā, bet lielisku jaudas un svara attiecību.

Pneimatiskajām sistēmām ir viszemākā efektivitāte, 25-35%, saspiešanas zudumu un siltuma izdalīšanās dēļ, taču tām ir citas priekšrocības, piemēram, tīrība un drošība.

Mehāniskie izpildmehānismi var būt ļoti efektīvi konkrētiem lietojumiem, taču tiem var būt nepieciešami ārēji enerģijas avoti, kas ietekmē kopējo sistēmas efektivitāti.

Kā barošanas avoti atšķir cilindrus no izpildmehānismiem?

Enerģijas avota prasības rada būtiskas atšķirības sistēmas konstrukcijā, uzstādīšanā un darbības parametros starp balonu un izpildmehānismu tehnoloģijām.

Enerģijas avoti atšķir cilindrus no izpildmehānismiem, jo cilindriem ir nepieciešams saspiests gaiss vai hidrauliskais šķidrums, bet elektriskajiem izpildmehānismiem - elektriskā enerģija, kas rada atšķirīgas infrastruktūras vajadzības, enerģijas izmaksas un sistēmas sarežģītības līmeņus.

Pneimatiskās jaudas sistēmas

Pneimatisko cilindru drošai darbībai ir nepieciešamas saspiestā gaisa sistēmas, tostarp kompresori, gaisa apstrādes iekārtas, sadales cauruļvadi un uzglabāšanas tvertnes.

Kompresora izmēriem ir jāapmierina maksimālais pieprasījums un sistēmas zudumi ar atbilstošu rezerves jaudu. Nepietiekami liela izmēra kompresori izraisa spiediena kritumus un sliktu darbību.

Gaisa apstrādes sistēmas, tostarp filtri, žāvētāji un eļļotāji, nodrošina tīru, sausu gaisu, kas novērš komponentu bojājumus un pagarina kalpošanas laiku.

Sadales sistēmas ir pareizi jāizmēra, lai samazinātu spiediena kritumus un nodrošinātu pietiekamu caurlaides spēju visos izmantošanas punktos visā objektā.

Hidrauliskās jaudas sistēmas

Hidrauliskajiem cilindriem nepārtrauktai darbībai ir nepieciešami hidrauliskie spēka agregāti, tostarp sūkņi, rezervuāri, filtrēšanas sistēmas un dzesēšanas iekārtas.

Sūkņa izvēle ietekmē sistēmas efektivitāti un veiktspēju. Mainīga darba tilpuma sūkņi nodrošina lielāku efektivitāti, savukārt fiksēta darba tilpuma sūkņi piedāvā vienkāršāku vadību.

Šķidruma pārvaldība ietver filtrēšanu, dzesēšanu un piesārņojuma kontroli, kas būtiski ietekmē sistēmas uzticamību un sastāvdaļu kalpošanas laiku.

Drošības apsvērumi ietver hidraulisko šķidrumu radīto ugunsbīstamību un augstspiediena drošības prasības personāla aizsardzībai.

Elektriskās jaudas prasības

Elektrisko izpildmehānismu pareizai darbībai un veiktspējai ir nepieciešama atbilstoša sprieguma, strāvas jaudas un vadības saskarnes elektriskā jauda.

Nosakot barošanas avota lielumu, jāņem vērā motora nominālvērtības, darba cikli un reģeneratīvās bremzēšanas iespējas, kas var piegādāt enerģiju atpakaļ barošanas avotam.

Vadības jaudas prasības ietver motoru piedziņas, kontrolierus un atgriezeniskās saites sistēmas, kas palielina sarežģītību, bet nodrošina sarežģītas vadības iespējas.

Elektrodrošības apsvērumi ietver pareizu zemējumu, aizsardzību pret pārslodzi un atbilstību elektrodrošības noteikumiem un standartiem.

Elektroenerģijas infrastruktūras salīdzinājums

Uzstādīšanas sarežģītība ievērojami atšķiras, jo pneimatiskajām sistēmām ir nepieciešama gaisa sadale, hidrauliskajām sistēmām - šķidrumu apstrāde, bet elektriskajām sistēmām - elektriskā infrastruktūra.

Dažādu enerģijas avotu ekspluatācijas izmaksas ievērojami atšķiras. Saspiestā gaisa ražošana ir dārga, savukārt elektroenerģijas izmaksas ir mainīgas atkarībā no izmantošanas veida.

Tehniskās apkopes prasības atšķiras atkarībā no barošanas avota. Pneimatiskajām sistēmām nepieciešama filtru nomaiņa, hidrauliskajām sistēmām nepieciešama šķidruma apkope, bet elektriskajām sistēmām nepieciešama minimāla ikdienas apkope.

Ietekmes uz vidi apsvērumi ietver energoefektivitāti, šķidrumu iznīcināšanu un trokšņa radīšanu, kas ietekmē iekārtas darbību un atbilstību normatīvajiem aktiem.

Enerģijas uzglabāšana un sadale

Pneimatiskās sistēmas izmanto saspiestā gaisa uzglabāšanu uztvērējos, kas nodrošina enerģijas uzkrāšanu un palīdz izlīdzināt pieprasījuma svārstības visā sistēmā.

Hidrauliskajās sistēmās var izmantot akumulatorus enerģijas uzkrāšanai un pieprasījuma maksimuma režīma nodrošināšanai, uzlabojot efektivitāti un sistēmas reakcijas īpašības.

Elektriskajām sistēmām parasti nav nepieciešama enerģijas uzkrāšana, taču tās var izmantot reģenerācijas iespējas, kas ļauj atgūt enerģiju ātruma samazināšanas fāzēs.

Sadales efektivitāte ir ļoti atšķirīga: elektriskā sadale ir visefektīvākā, hidrauliskā - vidēji efektīva, bet pneimatiskā - vismazāk efektīva noplūdes un spiediena kritumu dēļ.

Kādas kontroles iespējas atšķir šīs tehnoloģijas?

Vadības sarežģītība un iespējas rada būtiskas atšķirības starp cilindru un izpildmehānismu tehnoloģijām automatizācijas lietojumos.

Vadības iespējas atdala cilindrus no elektriskajiem izpildmehānismiem, nodrošinot vienkāršu cilindru vienkāršu ieslēgšanas/izslēgšanas darbību pret sarežģītu servo vadību elektriskajiem izpildmehānismiem; hidrauliskie cilindri piedāvā mērenu vadību, bet pneimatiskie cilindri - ierobežotas precizitātes vadības iespējas.

Cilindru pamatkontrole

Vienkāršajos pneimatiskajos cilindros izvilkšanas/pievilkšanas kontrolei izmanto pamata virziena vārstus ar ierobežotu ātruma regulēšanu, izmantojot plūsmas regulēšanas vārstus.

Pozīcijas kontrole paļaujas uz gala slēdžiem vai tuvuma sensoriem, lai noteiktu gājiena beigas, nevis uz nepārtrauktu atgriezenisko saiti par pozīciju visā gājiena laikā.

Spēka kontrole aprobežojas ar spiediena regulēšanu un nenodrošina aktīvu atgriezenisko saiti vai regulēšanu darbības laikā.

Ātruma regulēšanai izmanto plūsmas ierobežošanas metodes, kas var mainīties atkarībā no slodzes un nenodrošina viendabīgus ātruma profilus dažādos darba apstākļos.

Uzlabota cilindru vadība

Servovadības hidrauliskie cilindri nodrošina slēgtas cilpas pozīcijas, ātruma un spēka kontroli, izmantojot proporcionālos vārstus un atgriezeniskās saites sistēmas.

Elektroniskā vadība nodrošina programmējamus kustības profilus ar mainīgu paātrinājumu, nemainīgu ātrumu un kontrolētu ātruma samazināšanas fāzi.

Spiediena atgriezeniskās saites sistēmas nodrošina spēka kontroli un aizsardzību pret pārslodzi, nepārtraukti uzraugot kameras spiedienu darbības laikā.

Tīkla integrācija nodrošina koordināciju ar citiem sistēmas komponentiem un centralizētu vadību, izmantojot rūpnieciskos sakaru protokolus.

Elektriskās piedziņas vadība

Servo vadība nodrošina precīzu pozīcijas, ātruma un paātrinājuma kontroli, izmantojot slēgtas atgriezeniskās saites sistēmas ar augstas izšķirtspējas kodētājiem.

Programmējamie kustības profili nodrošina sarežģītas kustību sekvences ar vairākiem pozicionēšanas punktiem, mainīgiem ātrumiem un koordinētu vairāku asu darbību.

Spēka kontroles iespējas ietver griezes momenta ierobežošanu, spēka atgriezenisko saiti un atbilstības kontroli lietojumiem, kur nepieciešama kontrolēta spēka pielietošana.

Uzlabotās funkcijas ietver elektronisko pārnesumkārbu, vārpstas profilēšanas un sinhronizācijas iespējas sarežģītiem automatizācijas lietojumiem.

Vadības sistēmas integrācija

PLC integrācija atšķiras atkarībā no tehnoloģijas - elektriskie izpildmehānismi piedāvā vismodernākās integrācijas iespējas, bet vienkārši cilindri nodrošina pamata I/O.

Tīkla komunikācijas protokoli nodrošina dalītās vadības arhitektūras ar reāllaika koordināciju starp vairākiem izpildmehānismiem un sistēmas komponentiem.

Drošības integrācija ietver drošu griezes momenta izslēgšanu, drošas pozīcijas uzraudzību un integrētas drošības funkcijas, kas atbilst funkcionālās drošības prasībām.

Diagnostikas iespējas nodrošina veiktspējas uzraudzību, prognozējošas tehniskās apkopes informāciju un traucējumu novēršanas atbalstu sistēmas optimizācijai.

Programmēšana un iestatīšana

Elektriskajiem izpildmehānismiem parasti nepieciešams programmēt kustības parametrus, drošības robežas un komunikācijas iestatījumus, izmantojot specializētus programmatūras rīkus.

Hidrauliskajām servosistēmām ir nepieciešama optimālas veiktspējas regulēšana, ieskaitot pastiprinājuma iestatījumus, reakcijas raksturlielumus un stabilitātes parametrus.

Pneimatiskajiem cilindriem nepieciešama minimāla iestatīšana, izņemot pamata vārstu regulēšanu un plūsmas regulēšanas iestatījumus ātruma optimizācijai.

Ieviešanas ekspluatācijā sarežģītība ievērojami atšķiras, jo elektropiedziņām ir nepieciešams visvairāk iestatīšanas laika, bet vienkāršiem cilindriem ir nepieciešama minimāla konfigurācija.

Kā pieteikuma prasības nosaka izvēli?

Pielietojuma prasības nosaka cilindru un dažādu izpildmehānismu tipu izvēli, pamatojoties uz veiktspējas vajadzībām, vides apstākļiem un ekspluatācijas ierobežojumiem.

Pielietojuma prasības nosaka izvēli, ņemot vērā spēka un ātruma vajadzības, kas dod priekšroku cilindriem ātrgaitas vai liela spēka pielietojumiem, precizitātes prasības, kas dod priekšroku elektriskajiem izpildmehānismiem, vides ierobežojumus, kas ietekmē tehnoloģijas piemērotību, un izmaksu apsvērumus, kas ietekmē galīgo izvēli.

Spēka un ātruma prasības

Liela spēka pielietojumiem parasti tiek izvēlēti hidrauliskie cilindri, kas var radīt milzīgus spēkus kompaktos iepakojumos, padarot tos ideāli piemērotus presēšanai, formēšanai un smagu materiālu celšanai.

Ātrgaitas lietojumos bieži tiek izmantoti pneimatiskie cilindri, kas nodrošina ātru kustību, pateicoties mazajai kustīgajai masai un ātrai gaisa izplešanās īpašībām.

Precīzas pozicionēšanas lietojumiem ir nepieciešami elektropiedziņas mehānismi ar servo vadību, lai nodrošinātu precīzu pozicionēšanu un atkārtojamu darbību montāžas un pārbaudes operācijās.

Mainīga spēka lietojumiem var būt nepieciešami elektriskie izpildmehānismi ar programmējamu spēka kontroli vai hidrauliskās sistēmas ar proporcionālu spiediena kontroli.

Vides apsvērumi

Tīrajās telpās tiek izmantoti pneimatiskie cilindri vai elektriskie piedziņas mehānismi, kas nerada eļļas piesārņojuma risku, tāpēc tie ir piemēroti pārtikas, farmācijas un elektronikas ražošanā.

Skarbā vidē var būt nepieciešami hidrauliskie cilindri ar izturīgu konstrukciju un vides aizsardzību vai hermētiski noslēgti elektriskie izpildmehānismi ar atbilstošu IP klasi.

Sprādzienbīstamā vidē ir nepieciešams pašdrošs³ konstrukcijas vai īpašas aizsardzības metodes, kas atšķiras atkarībā no izpildmehānismu tehnoloģijas un sertifikācijas prasībām.

Temperatūras ekstrēmas ietekmē visas tehnoloģijas atšķirīgi, un ekstrēmām temperatūrām ir nepieciešami specializēti materiāli un konstrukcijas.

Darba cikla prasības

Nepārtrauktas darbības lietojumos bieži vien priekšroka tiek dota elektriskajiem izpildmehānismiem ar augstu efektivitāti un minimālu siltuma izdalīšanos, salīdzinot ar šķidruma piedziņas sistēmām.

Pneimatiskās vai hidrauliskās sistēmas, kas nepārtrauktā režīmā var pārkarst, bet labi darbojas cikliskos režīmos, var darboties ar pārtraukumiem.

Lietojumiem ar augstu ciklu ir nepieciešama izturīga konstrukcija ar atbilstošiem komponentu rādītājiem un apkopes grafikiem, lai nodrošinātu uzticamu ilgtermiņa darbību.

Avārijas darbības prasības var dot priekšroku pneimatiskajām sistēmām, kas var darboties elektroenerģijas padeves pārtraukumu laikā, ja ir pieejama saspiestā gaisa krātuve.

Telpas un uzstādīšanas ierobežojumi

Kompaktās iekārtās priekšroka var tikt dota baloniem, kas integrē piedziņu un vadību vienā paketē, tādējādi samazinot kopējo sistēmas izmēru un sarežģītību.

Sadalītās sistēmās var izmantot elektriskos izpildmehānismus ar tīkla sakaru iespējām, kas novērš sarežģītas šķidruma sadales sistēmas.

Mobilās lietojumprogrammās bieži vien priekšroka tiek dota elektriskajām vai pneimatiskajām sistēmām, kurām nav nepieciešami smagi hidrauliskie spēka agregāti un šķidruma rezervuāri.

Modernizācijas lietojumus var ierobežot esošā infrastruktūra, tāpēc priekšroka dodama tehnoloģijām, kas integrējas ar pieejamajiem enerģijas avotiem un kontroles sistēmām.

Drošības un normatīvās prasības

Pārtikas nekaitīguma noteikumi var prasīt īpašus materiālus un konstrukcijas, kas novērš piesārņojuma risku, dodot priekšroku pneimatiskajām vai elektriskajām tehnoloģijām.

Spiediena iekārtu noteikumi atšķirīgi ietekmē hidrauliskās un pneimatiskās sistēmas, un augstspiediena hidrauliskajām sistēmām ir nepieciešami plašāki drošības pasākumi.

Funkcionālās drošības prasības var dot priekšroku elektriskajiem izpildmehānismiem ar integrētām drošības funkcijām vai pieprasīt papildu drošības sistēmas šķidrumu piedziņas lietojumiem.

Vides aizsardzības noteikumi ietekmē šķidrumu iznīcināšanu un noplūžu novēršanu, tādējādi, iespējams, dodot priekšroku elektriskajām sistēmām ekoloģiski jutīgos lietojumos.

Kādas ir katras tehnoloģijas izmaksas?

Izmaksu analīze atklāj būtiskas sākotnējo ieguldījumu, ekspluatācijas izdevumu un dzīves cikla izmaksu atšķirības starp balonu un izpildmehānismu tehnoloģijām.

Izmaksu ietekme liecina, ka pneimatiskajiem cilindriem ir zemākās sākotnējās izmaksas, bet lielāki ekspluatācijas izdevumi, hidrauliskajiem cilindriem ir nepieciešami lieli ieguldījumi infrastruktūrā, bet elektriskajiem izpildmehānismiem ir augstākas sākotnējās izmaksas, bet ilgtermiņā tie ir ekonomiski izdevīgāki, pateicoties efektivitātei un samazinātai apkopei.

Sākotnējās ieguldījumu izmaksas

Pneimatiskie cilindri piedāvā zemākās sākotnējās iekārtas izmaksas, kas parasti ir par 50-70% mazākas nekā līdzvērtīgi elektriskie izpildmehānismi, padarot tos pievilcīgus budžeta ziņā ietilpīgiem lietojumiem.

Elektrisko izpildmehānismu sākotnējās izmaksas ir augstākas sarežģīto motoru, piedziņu un vadības sistēmu dēļ, taču šie ieguldījumi bieži vien atmaksājas, ietaupot ekspluatācijas izmaksas.

Hidrauliskajiem cilindriem ir mērenas aprīkojuma izmaksas, taču tiem ir nepieciešami dārgi spēka agregāti, filtrēšanas sistēmas un drošības aprīkojums, kas palielina kopējās sistēmas izmaksas.

Infrastruktūras izmaksas ir ļoti atšķirīgas, jo pneimatiskajām sistēmām nepieciešama saspiestā gaisa ražošana, hidrauliskajām sistēmām - spēka agregāti, bet elektriskajām sistēmām - elektrības sadale.

Darbības izmaksu analīze

Enerģijas izmaksas ir izdevīgākas elektriskajiem izpildmehānismiem ar 85-95% efektivitāti salīdzinājumā ar 25-35% pneimatiskajām sistēmām un 70-85% hidrauliskajām sistēmām.

Saspiestā gaisa izmaksas parasti ir $0,02-0,05 par kubikmetru, tāpēc pneimatisko sistēmu ekspluatācija ir dārga lietojumos ar lielu patēriņu.

Hidrauliskā šķidruma izmaksas ietver sākotnējās uzpildes, nomaiņas, utilizācijas un tīrīšanas izmaksas, kas uzkrājas sistēmas darbības laikā.

Elektroenerģijas izmaksas atšķiras atkarībā no atrašanās vietas un izmantošanas veida, taču parasti tās ir visparedzamākās un vislabāk pārvaldāmās darbības izmaksas.

Uzturēšanas izmaksu salīdzinājums

Pneimatiskajām sistēmām nepieciešama regulāra filtru nomaiņa, drenāžas apkope un blīvējumu nomaiņa ar mērenu darbaspēka patēriņu un zemām detaļu izmaksām.

Hidrauliskajām sistēmām nepieciešama šķidruma maiņa, filtru nomaiņa, noplūžu novēršana un detaļu pārbūve, kas rada lielākas darbaspēka un detaļu izmaksas.

Elektriskajiem izpildmehānismiem nepieciešama minimāla ikdienas apkope, bet, ja komponenti salūst, tiem var būt lielākas remonta izmaksas, ko kompensē ilgāki apkopes intervāli.

Profilaktiskās apkopes izmaksas ir ļoti atšķirīgas, jo pneimatiskajām sistēmām ir nepieciešama visbiežākā uzmanība, bet elektriskajām sistēmām - vismazākā.

Aprites cikla izmaksu analīze

Īpašumtiesību kopējās izmaksas⁴ 10 līdz 15 gadu laikā bieži vien dod priekšroku elektriskajām piedziņām, neraugoties uz lielākām sākotnējām izmaksām, jo tiek ietaupīta enerģija un samazināta apkope.

Pneimatiskajām sistēmām var būt viszemākās izmaksas 3 gadu laikā, bet ilgākā laika posmā tās kļūst dārgas enerģijas patēriņa un apkopes dēļ.

Hidrauliskās sistēmas var būt rentablas liela spēka lietojumiem, kur elektriskās alternatīvas būtu daudz lielākas un dārgākas.

Nomaiņas izmaksas ir labvēlīgākas standartizētām tehnoloģijām ar viegli pieejamām sastāvdaļām un servisa atbalstu visā sistēmas darbības laikā.

Slēptie izmaksu faktori

Sistēmas kļūmju dēļ radušās dīkstāves izmaksas var būt lielākas par aprīkojuma izmaksām, tāpēc uzticamība un uzturējamība ir kritiski faktori, izvēloties tehnoloģiju.

Apmācības izmaksas atšķiras atkarībā no tehnoloģijas sarežģītības, piemēram, elektriskās servosistēmas prasa vairāk specializētu zināšanu nekā vienkāršas pneimatiskās sistēmas.

Drošības atbilstības izmaksas ietver spiediena iekārtu sertifikāciju, elektrodrošības pasākumus un vides aizsardzību, kas atšķiras atkarībā no tehnoloģijas.

Telpas izmaksas dārgās telpās var būt izdevīgākas kompaktām tehnoloģijām, pat ja aprīkojuma izmaksas ir augstākas, jo telpas izmantošanas efektivitāte ir lielāka.

Kā salīdzināt tehniskās apkopes prasības?

Tehniskās apkopes prasības rada būtiskas ekspluatācijas atšķirības starp balonu un izpildmehānismu tehnoloģijām, kas ietekmē uzticamību, izmaksas un sistēmas pieejamību.

Tehniskās apkopes prasības liecina, ka pneimatiskajiem cilindriem nepieciešama bieža filtru nomaiņa un blīvējumu nomaiņa, hidrauliskajiem cilindriem nepieciešama šķidruma apkope un noplūžu novēršana, savukārt elektriskajiem izpildmehānismiem nepieciešama minimāla ikdienas apkope, bet, ja nepieciešams remonts, nepieciešama specializētāka apkope.

Pneimatisko cilindru apkope

Ikdienas tehniskā apkope ietver vizuālu pārbaudi, lai noteiktu gaisa noplūdes, neparastus trokšņus un pareizu darbību, kas var identificēt problēmas, pirms rodas bojājumi.

Iknedēļas uzdevumi ietver gaisa filtra pārbaudi un nomaiņu, spiediena regulatora pārbaudes un pamata darbības pārbaudi, lai saglabātu sistēmas uzticamību.

Ikmēneša apkope ietver vadlīniju eļļošanu, sensoru tīrīšanu un detalizētu veiktspējas testēšanu, lai identificētu bojājošos komponentus, pirms tie sabojājas.

Ikgadējā apkope ietver blīvējumu nomaiņu, iekšējo pārbaudi un visaptverošu testēšanu, lai atjaunotu līdzīgu veiktspēju un novērstu negaidītus bojājumus.

Hidraulisko cilindru apkope

Šķidruma analīzes programmas uzrauga eļļas stāvokli, piesārņojuma līmeni un piedevu izsmelšanu, lai optimizētu šķidruma maiņas intervālus un novērstu detaļu bojājumus.

Filtra nomaiņas grafiki nodrošina tīru šķidrumu, kas novērš komponentu nodilumu un ievērojami pagarina sistēmas kalpošanas laiku salīdzinājumā ar sistēmām ar sliktu filtrāciju.

Noplūdes atklāšanas un remonta programmas novērš vides piesārņojumu un šķidruma zudumus, vienlaikus saglabājot sistēmas veiktspēju un drošību.

Sastāvdaļu pārbūve ietver blīvējumu nomaiņu, virsmas atjaunošanu un izmēru atjaunošanu, kas var pagarināt sastāvdaļu kalpošanas laiku ilgāk par sākotnējām specifikācijām.

Elektrisko izpildmehānismu apkope

Regulārā apkope ir minimāla, parasti tā aprobežojas ar periodisku tīrīšanu, savienotāju pārbaudi un pamata veiktspējas pārbaudi ar pagarinātiem intervāliem.

Dažām konstrukcijām var būt nepieciešama gultņu eļļošana, taču daudzās konstrukcijās tiek izmantoti hermetizēti gultņi, kuriem nav nepieciešama apkope visā to kalpošanas laikā.

Programmatūras atjauninājumi un parametru dublējums nodrošina sistēmas konfigurācijas saglabāšanu un veiktspējas optimizāciju visā sistēmas darbības laikā.

Prognozējošā apkope, izmantojot vibrācijas analīzi, termisko attēlveidošanu un veiktspējas uzraudzību, var identificēt problēmas, kas attīstās, pirms rodas bojājumi.

Tehniskās apkopes prasmju prasības

Pneimatisko sistēmu apkopei nepieciešamas mehānikas pamatprasmes un izpratne par pneimatisko sistēmu sastāvdaļām, tāpēc apmācība ir salīdzinoši vienkārša.

Hidraulikas apkopei nepieciešamas specializētas zināšanas par šķidrumu sistēmām, piesārņojuma kontroli un drošības procedūrām augsta spiediena sistēmām.

Elektrisko izpildmehānismu apkalpošanai nepieciešamas elektriskās un elektroniskās prasmes, kā arī specializēti programmatūras rīki programmēšanai un diagnostikai.

Savstarpēja apmācība ir izdevīga iestādēm, kas izmanto vairākas tehnoloģijas, bet specializācija var būt efektīvāka iestādēm, kurās pārsvarā izmanto viena veida tehnoloģijas.

Rezerves daļas un inventārs

Pneimatiskajās sistēmās izmanto standartizētus komponentus ar plašu pieejamību un salīdzinoši zemām filtru, blīvējumu un pamatkomponentu izmaksām.

Hidrauliskajām sistēmām ir nepieciešams šķidruma inventārs, specializēti blīvējumi un filtrēšanas komponenti, kuru sagatavošanas laiks var būt ilgāks un izmaksas lielākas.

Elektriskajiem izpildmehānismiem var būt nepieciešami dārgi elektroniskie komponenti ar ilgāku piegādes laiku, taču kļūmes parasti ir retākas nekā šķidruma piedziņas sistēmās.

Krājumu optimizācijas stratēģijas atšķiras atkarībā no tehnoloģijas, piemēram, pneimatiskās sistēmas izmanto vietējo krājumu, bet elektriskās sistēmas - "tieši laikā" pieeju.

Tehniskās apkopes plānošana un grafika sastādīšana

Pneimatiskajām sistēmām profilaktiskās apkopes grafiki ir viskritiskākie, jo bieži jāmaina filtri un jānomaina blīvējumi.

Uz stāvokli balstīta apkope labi darbojas hidrauliskajās sistēmās, izmantojot šķidruma analīzi un veiktspējas uzraudzību, lai optimizētu apkopes intervālus.

Paredzamā apkope ir visefektīvākā elektriskajiem izpildmehānismiem, kuros izmanto progresīvas monitoringa metodes, lai savlaicīgi identificētu problēmas.

Tehniskās apkopes saskaņošana ar ražošanas grafikiem ir būtiska visām tehnoloģijām, bet, ņemot vērā ilgākos apkopes intervālus, tā var būt viselastīgākā elektriskajām sistēmām.

Kādi vides faktori ietekmē izvēli?

Vides apstākļi būtiski ietekmē dažādu balonu un izpildmehānismu tehnoloģiju piemērotību un veiktspēju reālos lietojumos.

Vides faktori ietekmē izvēli, jo ekstrēmās temperatūras ietekmē šķidruma īpašības un blīvējuma veiktspēju, piesārņojuma līmenis nosaka aizsardzības prasības, mitrums rada korozijas problēmas un bīstamā atmosfērā nepieciešami īpaši drošības sertifikāti.

Temperatūra Vides ietekme

Ekstremālās temperatūras visas tehnoloģijas ietekmē atšķirīgi. Pneimatiskās sistēmas cieš no kondensācijas zemās temperatūrās un samazināta gaisa blīvuma augstās temperatūrās.

Hidrauliskās sistēmas saskaras ar šķidruma viskozitātes izmaiņām, kas ietekmē veiktspēju, un temperatūras kontrolei var būt nepieciešami apsildāmi rezervuāri vai dzesētāji.

Elektriskie izpildmehānismi ar atbilstošu motora konstrukciju labāk panes ekstrēmas temperatūras, taču to aizsardzībai var būt nepieciešams vides korpuss.

Termiskā cikliskums rada izplešanās un saraušanās spriegumu, kas ietekmē cilindru blīvējumu un elektrisko izpildmehānismu gultņu kalpošanas ilgumu.

Piesārņojums un tīrība

Putekļaina vide paātrina cilindru blīvējumu nodilumu, un drošai darbībai var būt nepieciešama bieža filtru nomaiņa un aizsargpārklājumi.

Tīro telpu prasības priekšroku dod pneimatiskajiem cilindriem vai elektriskajiem izpildmehānismiem, kas nerada eļļas piesārņojuma risku jutīgos ražošanas procesos.

Katrā tehnoloģijā ķīmiskais piesārņojums uzbrūk blīvēm un metāla komponentiem atšķirīgi, tāpēc pareizai izvēlei nepieciešama materiālu saderības analīze.

Mazgāšanas vidē ir nepieciešams īpašs blīvējums un materiāli, kas atšķiras atkarībā no tehnoloģijas, un bieži vien ir nepieciešama nerūsējošā tērauda konstrukcija.

Mitruma un mitruma ietekme

Augsts mitruma līmenis palielina kondensācijas risku pneimatiskajās sistēmās, tāpēc drošai darbībai ir nepieciešami gaisa žāvētāji un drenāžas sistēmas.

Korozija ietekmē visas tehnoloģijas, bet hidrauliskās un pneimatiskās sistēmas ietekmē vairāk, jo šķidrumi ir piesārņoti ar ūdeni.

Elektriskajām sistēmām ir nepieciešama atbilstoša IP novērtējums⁵ un vides hermētiķi, lai novērstu mitruma iekļūšanu, kas varētu izraisīt bojājumus vai apdraudēt drošību.

Aukstā klimatā var būt nepieciešama aizsardzība pret sasalšanu, un katram tehnoloģijas veidam ir nepieciešami atšķirīgi risinājumi.

Bīstamo zonu klasifikācija

Sprādzienbīstamās vidēs ir nepieciešami sprādziendroši vai sprādziendroši korpusi, kas ievērojami atšķiras atkarībā no tehnoloģijas un sertifikācijas prasībām.

Dažās sprādzienbīstamās vidēs pneimatiskās sistēmas var būt pēc būtības drošākas, jo tajās nav elektrisko aizdegšanās avotu.

Elektriskajiem izpildmehānismiem ir nepieciešama īpaša sertifikācija un aizsardzības metodes bīstamās zonās, kas var palielināt izmaksas un sarežģītību.

Hidrauliskās sistēmas var radīt ugunsbīstamību, ko rada zem spiediena esoši uzliesmojoši šķidrumi, kam nepieciešami īpaši drošības pasākumi un ugunsdzēsības sistēmas.

Vibrācijas un triecienu vide

Augstas vibrācijas vide ietekmē visas tehnoloģijas, bet var radīt īpašas problēmas ar elektriskajiem savienojumiem un elektroniskajiem komponentiem.

Katrā tehnoloģijā trieciena slodze var bojāt iekšējās sastāvdaļas atšķirīgi, un hidrauliskās sistēmas bieži vien ir visizturīgākās.

Montāžas un izolācijas prasības atšķiras atkarībā no tehnoloģijas, un drošai darbībai ir ļoti svarīga pareiza vibrāciju izolācija.

Sistēmas konstrukcijā jāizvairās no rezonanses frekvencēm, lai novērstu vibrācijas ietekmes pastiprināšanos, kas varētu izraisīt priekšlaicīgu bojājumu.

Regulējuma un atbilstības jautājumi

Pārtikas nekaitīguma noteikumi var aizliegt noteiktus materiālus vai pieprasīt īpašus sertifikātus, kas dod priekšroku dažām tehnoloģijām salīdzinājumā ar citām.

Spiediena iekārtu noteikumi atšķirīgi ietekmē pneimatiskās un hidrauliskās sistēmas, un augstspiediena hidrauliskajām sistēmām ir nepieciešama plašāka atbilstība.

Vides aizsardzības noteikumi var ierobežot hidraulisko šķidrumu lietošanu vai pieprasīt ierobežošanas sistēmas, kas palielina izmaksas un sarežģītību.

Drošības standarti var noteikt īpašas tehnoloģijas vai aizsardzības metodes personāla drošībai noteiktos lietojumos vai nozarēs.

Secinājums

Atšķirība starp cilindriem un izpildmehānismiem slēpjas darbības jomā un specifikā - cilindri ir ar šķidrumu darbināmi lineārie izpildmehānismi plašākā izpildmehānismu kategorijā, kas ietver elektriskās, mehāniskās un citas kustības tehnoloģijas, no kurām katra piedāvā atšķirīgas priekšrocības dažādiem lietojumiem, vidēm un veiktspējas prasībām.

Biežāk uzdotie jautājumi par cilindriem un piedziņas mehānismiem