Pneumaatiliste ajamite väljundjõudu ja pöördemomenti mõjutavate põhitegurite analüüs

Tööstusautomaatika juhtimissüsteemides on pneumaatilised ajamid juhtsignaalide ja mehaanilise tegevuse ühendamise võtmeks. Väljundjõu (lineaarne käik) või pöördemomendi (nurkkäik) stabiilsus määrab otseselt selliste põhiprotsesside töökindluse nagu klapi avamine ja sulgemine ning seadme juhtimine. Alates keemiatehase -avariiväljalülitusventiilist kuni linnatorustiku liblikklappide juhtimiseni on täiturmehhanismi võimsustõhusus süsteemi ohutu töö tagamiseks põhinäitaja. Selle väljundjõudu ja pöördemomenti mõjutavate võtmetegurite põhjalik analüüs on valiku ja konstruktsiooni aluseks ning seadmete täpse juhtimise ja pikaajalise{4}}töötamise eeltingimus.

I. Toiteallika põhiparameetrid: õhurõhu ja voolukiiruse määrav roll

Pneumaatilised ajamid kasutavad energiaallikana suruõhku. Selle väljundvõimsuse olemus on õhurõhuenergia muundamine mehaaniliseks energiaks. Seetõttu määravad gaasiallika põhiparameetrid otseselt väljundvõimsuse algtaseme.

Töörõhk on peamine väljundvõimsust ja pöördemomenti mõjutav tegur. Hüdrodünaamika põhiprintsiipide kohaselt järgib täiturmehhanismi teoreetiline väljundjõud valemit F=P×A (F väljundjõud, P töörõhk, A rõhu rakendamisel). Selle põhjal arvutatakse pöördemoment, kombineerides hoova pikkuse: pöördemoment=õhurõhk × efektiivne kolvi pindala × hoova pikkus × mehaaniline efektiivsus. Kui rakendusala on tõhusalt fikseeritud, suurenevad väljundjõud ja pöördemoment töörõhuga lineaarselt. Näiteks teatud tüüpi täiturmehhanism toodab ligikaudu 200 N·m pöördemomenti õhurõhul 0,6 MPa. Kui õhurõhk tõuseb 0,8 MPa-ni, võib pöördemoment suureneda rohkem kui 30%. Tuleb siiski märkida, et rõhu suurenemist piiravad silindri tugevus ja tihendusvõime; konstruktsioonipiirangu ületamine võib põhjustada komponentide kahjustamist.

Kuigi õhuvool ei määra otseselt maksimaalset väljundvõimsust, mõjutab see väljundvõimsuse dünaamilisi omadusi. Ebapiisav vooluhulk aeglustab silindri laadimiskiirust, mitte ainult ei pikenda reaktsiooniaega, vaid võib ebapiisava rõhu tõttu põhjustada ka madala tegeliku väljundpöördemomendi kõrge sagedusega töös{1}}. Tööstuspraktikas on sageli vaja täiturmehhanismi silindrimahtu sobitada filtrite, kaitseventiilide ja vooluregulaatoritega, et tagada stabiilne vooluhulk tavaliselt kasutatavas rõhuvahemikus 0,2-0,8 MPa.

ii. Konstruktsioonide projekteerimise olemus: tööala ja mehaanilise jõuülekande efektiivsus

Täiturmehhanismi konstruktsioon määrab põhimõtteliselt rõhuenergia mehaaniliseks energiaks muundamise efektiivsuse, mis kajastub peamiselt kahes aspektis: surve tööpiirkond ja mehaaniline ülekandemehhanism.

Erineva survega tööpiirkond toob kaasa otseselt erineva väljundjõu. See on membraanajamite ja kolbajamite jõudluse erinevus: membraanajamid kasutavad kummist membraani rõhuandurina, millel on üldiselt väike efektiivne pindala ja väljundvõimsus kuni 1000 N, mis sobib ainult kergete rakenduste jaoks, nagu väikesed reguleerimisventiilid; membraankolb-ajamid kasutavad metallist kolvi koos silindritega ja neid saab konstrueerida suurte tõhusate membraanajamitega, mille väljundjõud on kümneid tuhandeid, et rahuldada suure või suurema diameetriga ventiilide vajadusi. Pöördajamite puhul kasutavad hammaslatt ja hammasratas ajamid hammaslati käitamiseks kolbe, mis omakorda pööravad hammasratast. Labade ajamid seevastu sõltuvad labade otseseks juhtimiseks suruõhust. Esimene suudab saavutada tuhandete Nm pöördemomendi väljundi oma hoova konstruktsiooni disainieelistega, samas kui laba täiturmehhanismi piirab laba pindala ja pöördemoment ei ületa üldiselt 500 Nm.

Mehaanilise ülekandemehhanismi täpsus ja kulumine mõjutavad otseselt tõhusust. Ideaalne ülekandeefektiivsus on 100%, kuid praktikas põhjustavad energiakadu hammasrataste vahekaugus, kolvivarda juhtimise täpsus ja ühenduskomponentide koaksiaalsus. Näiteks kui koaksiaalsuse hälve täiturmehhanismi ja klapiühenduse vahel ületab 0,1 mm, väheneb pöördemomendi ülekande efektiivsus 15%-20%. Pikaajaline kasutamine, käigukasti kulumine ja laagrite vananemine suurendavad veelgi käigukasti kliirensit, mille tulemuseks on väljundpöördemomendi pidev langus sama sisendrõhu all. See on koht, kus regulaarne hooldus tuleb keskenduda.

Tagastusmehhanismi mehhanism on ühetoimeliste täiturmehhanismide eriline struktuuritegur. Vedru eelkoormus ja jäikus kompenseerivad osaliselt õhurõhku; tegeliku väljundpöördemomendi arvutamisel tuleb maha arvata vedru reaktsioonijõud. Näiteks ühe -toimiv ajam, mille vedru jäikus on 50 N/mm, tekitab 20 mm survetakti korral 100 N reaktsioonijõu, mis vähendab oluliselt efektiivset väljundtõukejõudu. Vedrumaterjali elastsusmoodulit mõjutab ka temperatuuri kõikumine. Näiteks 60 Si2Mn elastsusmoodul väheneb ligikaudu 8%, kui temperatuur ületab 120 kraadi, seega tuleb valikusse lisada pöördemomendi varu.

III. Keskkonna- ja töötingimuste muutujad: keskmistest omadustest tööolekuni

Keskkonnatingimused ja töökoormus tööstuskeskkonnas on peamised muutujad, mis aitavad kaasa väljundvõimsuse kõikumistele. Staatilises arvutuses jäetakse nende mõju sageli tähelepanuta, kuid see määrab otseselt tegeliku jõudluse.

Temperatuur ja dielektrilised omadused mõjutavad peamiselt tihendusvõimet ja komponentide jõudlust. Madalatel temperatuuridel suurendab määrde viskoossuse suurenemine hõõrdemomenti 10%-30%. Arktika maagaasijuhtme projektis tahkus rasv -40 kraadi juures, põhjustades täiturmehhanismi aeglustumist; see asendati fluoroeetripõhise madala temperatuuriga määrdega ja taastati normaalseks tööks. Kõrge temperatuur võib kiirendada tihendite vananemist. Pärast kraadi CC võib nitriilkummist tihendite tihendusvõime järsult langeda, põhjustades sisemist leket. Kui leke ületab 5% silindri mahust minutis, väheneb pöördemoment rohkem kui 20%. Söövitavas keskkonnas, nagu hape ja leelis, suurendab silindri siseseina ja kolvivarda korrosioon hõõrdetakistust, vähendab tihenduskindlust ja suurendab väljundjõu kadu.

Koormusomaduste ja töötingimuste vastavus on väga oluline. Täiturmehhanismi väljundjõud peab ületama koormuse maksimaalset takistust. Valik peaks järgima ``ohutusteguri põhimõtet "--vastavalt standardile ISO 5211 peab täiturmehhanismi pöördemoment olema 1,5 korda suurem kui klapi maksimaalne töömoment. Kriitilised seadmed, nagu avarii-väljalülitusventiilid, nõuavad suuremat varu. Erinevatel ventiilidel on märkimisväärselt erinev läbimõõduga rõhk ja rõhk, mis on tingitud tavaliselt suurest koormuskarakteristikust. suurem pöördemoment kui liblikventiilidel; kõvastihendiga ventiilide hõõrdemoment on palju suurem ja selle valimisel on vaja teha spetsiaalseid arvutusi. Lisaks tekitavad dünaamilised koormuse muutused, näiteks dielektriline löök klapi avamisel ja sulgemisel, kui täiturmehhanismil pole piisavalt pöördemomenti.

IV. SISSEJUHATUS Hooldus ja elutsükkel: jõudluse halvenemise järkjärguline mõju

Pneumaatiliste ajamite väljundjõudlus ei ole konstantne. Kasutusaja pikenedes põhjustab komponentide kulumine ja vananemine jõudluse järkjärgulist halvenemist. Korrapärase hoolduse kvaliteet määrab otseselt jõudluse stabiilsuse kestuse.

Vedru ja hermeetik on komponendid, mis kõige tõenäolisemalt mõjutavad väljundvõimsust. Pikaajaline-vedru kokkusurumine võib põhjustada väsimusdeformatsiooni. Kui jääkdeformatsioon ületab 3% esialgsest pikkusest, väheneb lähtestusjõud märkimisväärselt, mis mitte ainult ei mõjuta ühetoimeliste täiturmehhanismide töökindlust, vaid võib põhjustada ka selle, et klapp ei sulgu täielikult. Ühe keemiatehase aniliini tootmisliinil põhjustas vedruväsimuse purunemise tõttu ventiili äkilise sulgemise, mille tulemuseks oli süsteemi rõhu tõus, mis tekitas rohkem kui miljoni dollari suuruse majanduskahju. Tihendi kulumine võib põhjustada sisemist leket ja vähendada efektiivset rõhku silindris. Seda leket võib algul olla raske tuvastada, kuid see viib jätkuvalt väljundpöördemomendi languseni, muutes süsteemi töötamise probleemiks.

Regulaarne hooldus võib jõudluse halvenemist tõhusalt aeglustada. Tööstuse kogemus näitab, et vedru vaba pikkuse, tihendi terviklikkuse ja määrimise kontrollimine iga 2000 töökorra järel võib hoida täiturmehhanismi jõudluse halvenemise määra aastas alla 5%. Hooldus hõlmab vananevate tihendite vahetust, spetsiaalse määrde lisamist, ventiilide ja täiturmehhanismide koaksiaalsuse kalibreerimist ning balloonide mustuse eemaldamist. pöördemomendi väljundväärtust tuleks regulaarselt kontrollida suure koormuse all töötavate ajamite puhul. Kui mõõdetud pöördemoment on väiksem kui 80% nimiväärtusest, tuleb viga viivitamatult uurida.

Järeldus: Täpse kontrolliga kaasneb mitu tegurit.

Pneumaatilise täiturmehhanismi väljundvõimsus ja pöördemoment tulenevad paljudest teguritest, nagu õhurõhu parameetrid, konstruktsioonikujundus, keskkonnatingimused ja hoolduse kvaliteet. Alates rõhu ja tegevusala arvutamisest koormuse nõuete alusel valikuetapis kuni õhukvaliteedi ja keskkonnaga kohanemisvõime tagamiseni töö ajal kuni jõudluse halvenemise aeglustamiseni plaanilise hoolduse kaudu – iga samm mõjutab otseselt väljundvõimsuse mõju. Tööstuspraktikas on vaja omandada ``pöördemomendi=õhurõhk * pindala * hoob * kasutegur '' põhiarvutusloogika ning pöörata tähelepanu kaudsetele mõjuteguritele nagu temperatuur, hõõrdumine, kulumine. Pneumaatilised ajamid suudavad säilitada stabiilse ja usaldusväärse väljundvõimsuse ning luua tugeva aluse tööstusautomaatikasüsteemide tööks.