Analýza základných faktorov ovplyvňujúcich výstupnú silu a krútiaci moment pneumatických pohonov

V riadiacich systémoch priemyselnej automatizácie sú pneumatické pohony kľúčovým uzlom na prepojenie riadiacich signálov a mechanického pôsobenia. Stabilita výstupnej sily (lineárny zdvih) alebo krútiaceho momentu (uhlový zdvih) priamo určuje spoľahlivosť základných procesov, ako je otváranie a zatváranie ventilov a pohon zariadenia. Od núdzového uzatváracieho-uzatváracieho ventilu chemickej továrne až po ovládanie škrtiacej klapky komunálneho potrubia, výkon pohonu je základným ukazovateľom na zaistenie bezpečnej prevádzky systému. Hĺbková analýza kľúčových faktorov ovplyvňujúcich jeho výstupnú silu a krútiaci moment je základom výberu a konštrukcie, ako aj predpokladom presného riadenia a-dlhodobej prevádzky zariadenia.

I. Parametre hlavného zdroja energie: Rozhodujúca úloha tlaku vzduchu a prietoku

Pneumatické pohony využívajú ako zdroj energie stlačený vzduch. Podstatou jeho výstupného výkonu je premena energie tlaku vzduchu na mechanickú energiu. Preto základné parametre zdroja plynu priamo určujú základnú úroveň výstupného výkonu.

Prevádzkový tlak je hlavným faktorom ovplyvňujúcim výstupný výkon a krútiaci moment. Podľa základných princípov hydrodynamiky sa teoretická výstupná sila akčného člena riadi vzorcom F=P×A (F pre výstupnú silu, P pre pracovný tlak, A pre aplikáciu tlaku). Na tomto základe sa krútiaci moment vypočíta kombináciou dĺžky ramena páky: krútiaci moment=tlak vzduchu × efektívna plocha piestu × dĺžka ramena páky × mechanická účinnosť. Keď je oblasť použitia účinne fixovaná, výstupná sila a krútiaci moment sa zvyšujú lineárne s pracovným tlakom. Napríklad niektoré typy ovládačov vytvárajú krútiaci moment približne 200 N·m pri tlaku vzduchu 0,6 MPa. Keď sa tlak vzduchu zvýši na 0,8 MPa, krútiaci moment sa môže zvýšiť o viac ako 30%. Treba však poznamenať, že zvýšenie tlaku je obmedzené silou valca a tesniacim výkonom; prekročenie konštrukčného limitu môže viesť k poškodeniu komponentov.

Aj keď prúdenie vzduchu priamo neurčuje maximálny výstupný výkon, ovplyvňuje dynamické charakteristiky výstupného výkonu. Nedostatočný prietok spomalí rýchlosť nabíjania valca, nielenže predĺži čas odozvy, ale môže tiež viesť k nízkemu skutočnému výstupnému momentu pri vysoko-frekvenčnej činnosti v dôsledku nedostatočného tlaku. V priemyselnej praxi je často potrebné zosúladiť objem valca pohonu s filtrami, poistnými ventilmi a regulátormi prietoku, aby sa zabezpečila stabilná dodávka prietoku v bežne používanom tlakovom rozsahu 0,2-0,8 MPa.

ii. Podstata konštrukčného návrhu: Pracovná plocha a účinnosť mechanického prenosu

Konštrukčné riešenie servomotora zásadne určuje účinnosť premeny tlakovej energie na mechanickú energiu, čo sa prejavuje najmä v dvoch aspektoch: tlaková pracovná plocha a mechanický prevodový mechanizmus.

Rôzna pracovná oblasť tlaku vedie priamo k rôznej výstupnej sile. Toto je výkonnostný rozdiel medzi membránovými pohonmi a piestovými pohonmi: membránové pohony používajú gumovú membránu ako tlakový snímač so všeobecne malou účinnou plochou a výstupným výkonom do 1000 N, vhodné len pre aplikácie s nízkou záťažou, ako sú malé regulačné ventily; membránové piestové pohony používajú kovový piest v spojení s valcami a môžu byť navrhnuté s veľkými účinnými membránovými pohonmi s výstupnou silou desiatok tisíc, aby vyhovovali potrebám ventilov s veľkým priemerom alebo väčším. V rotačných pohonoch používajú pohony hrebeňa a pastorka piesty na pohon hrebeňa, ktorý zase otáča ozubené koleso. Lopatkové pohony sa na druhej strane spoliehajú na stlačený vzduch na priamy pohon lopatiek. Prvý z nich môže dosiahnuť tisíce Nm výstupného krútiaceho momentu s konštrukčnými výhodami konštrukcie ramena páky, zatiaľ čo lopatkový pohon je obmedzený plochou lopatky a krútiaci moment vo všeobecnosti nepresahuje 500 N·m.

Presnosť a opotrebovanie mechanického prevodového mechanizmu priamo ovplyvňuje účinnosť. Ideálna účinnosť prevodovky je 100 %, ale v praxi spôsobuje stratu energie vôľa záberu ozubených kolies, presnosť vedenia piestnej tyče a súososť spojovacích komponentov. Napríklad, ak odchýlka súososti medzi ovládačom a pripojením ventilu presiahne 0,1 mm, účinnosť prenosu krútiaceho momentu sa zníži o 15 %-20 %. Dlhodobé používanie, opotrebovanie ozubených kolies a starnutie ložísk ďalej rozšíria vôľu prevodovky, čo má za následok konštantný pokles výstupného krútiaceho momentu pri rovnakom vstupnom tlaku. Tu je potrebné zamerať sa na pravidelnú údržbu.

Mechanizmus vratného mechanizmu je špeciálnym štrukturálnym faktorom pre jednočinné{0}}pohony. Predpätie a tuhosť pružiny čiastočne kompenzujú tlak vzduchu; pri výpočte skutočného výstupného krútiaceho momentu sa musí odpočítať reakčná sila pružiny. Napríklad jednočinný-pohon s tuhosťou pružiny 50 N/mm vytvára reakčnú silu 100 N pri kompresnom zdvihu 20 mm, čím výrazne znižuje efektívny výstupný ťah. Modul pružnosti materiálu pružiny bude tiež ovplyvnený zmenami teploty. Napríklad modul pružnosti 60 Si2Mn sa zníži približne o 8 %, keď teplota presiahne 120 stupňov, takže pri výbere musí byť zahrnutá rezerva krútiaceho momentu.

III. Premenné prostredia a prevádzkových podmienok: od stredných charakteristík po prevádzkový stav

Podmienky prostredia a pracovné zaťaženie v priemyselnom prostredí sú kľúčovými premennými, ktoré prispievajú ku kolísaniu výstupného výkonu. Pri statickom výpočte sa ich vplyv často ignoruje, ale priamo určuje skutočný výkon.

Teplotné a dielektrické charakteristiky ovplyvňujú hlavne tesniaci výkon a výkon komponentov. Pri nízkych teplotách zvýšenie zvýšenej viskozity maziva zvyšuje trecí moment o 10 %-30 %. V projekte arktického plynovodu tuk stuhol pri -40 stupňoch, čo spôsobilo spomalenie pohonu; bol nahradený nízkoteplotným mazivom na báze fluóréteru a vrátený do normálnej prevádzky. Vysoké teploty môžu urýchliť starnutie tesnení. Po stupni CC môže tesniaci výkon tesnení z nitrilovej gumy prudko klesnúť, čo spôsobí vnútorné presakovanie. Keď netesnosť presiahne 5 % objemu valca za minútu, výstupný krútiaci moment sa zníži o viac ako 20 %. V korozívnom prostredí, ako sú kyseliny a zásady, korózia vnútornej steny valca a piestnej tyče zvýši trecí odpor, zníži spoľahlivosť tesnenia a zvýši stratu výstupnej sily.

Veľmi dôležitá je zhoda stupňa záťažových charakteristík a pracovných podmienok. Výstupná sila servopohonu musí presiahnuť maximálny odpor záťaže. Výber by sa mal riadiť ``Princípom bezpečnostného faktora "--podľa normy ISO 5211 by mal byť krútiaci moment ovládača 1,5-krát väčší ako maximálny prevádzkový krútiaci moment ventilu. Kritické vybavenie, ako sú núdzové vypínacie-ventily, vyžaduje vyššie rozpätia. Rôzne ventily majú výrazne odlišné charakteristiky zaťaženia ako vysoký tlak sedla a tesniaci krútiaci moment medzi guľôčkovým ventilom. ventily; trecí moment pre ventily s pevným tesnením je oveľa vyšší ako pre ventily s mäkkým tesnením a pri výbere vyžaduje špeciálne výpočty Okrem toho dynamické zmeny zaťaženia, ako je dielektrický šok počas otvárania a zatvárania ventilu, môžu spôsobiť rušenie.

IV. ÚVOD Údržba a životný cyklus: postupný vplyv zhoršovania výkonu

Výstupný výkon pneumatických pohonov nie je konštantný. S pribúdajúcim časom používania vedie opotrebovanie a vek komponentov k postupnému zhoršovaniu výkonu. Kvalita bežnej údržby priamo určuje trvanie stability výkonu.

Pružina a tesniaca hmota sú komponenty, ktoré s najväčšou pravdepodobnosťou ovplyvňujú výstupný výkon. Dlhodobé-stlačenie pružiny môže spôsobiť únavovú deformáciu. Keď zvyšková deformácia presiahne 3 % pôvodnej dĺžky, resetovacia sila sa výrazne zníži, čo nielenže ovplyvňuje spoľahlivosť jednočinných pohonov, ale môže tiež viesť k tomu, že ventil nebude úplne zatvorený. V jednej chemickej továrni na výrobnej linke anilínu spôsobil únavový lom pružiny náhle zatvorenie ventilu, čo viedlo k prudkému nárastu tlaku v systéme a ekonomickým stratám viac ako 1 milión USD. Opotrebenie tesnenia môže viesť k vnútornému presakovaniu a zníženiu efektívneho tlaku vo valci. Tento únik môže byť na začiatku ťažké zistiť, ale bude aj naďalej viesť k poklesu výstupného krútiaceho momentu, čo spôsobí, že systém bude fungovať ako problém.

Pravidelná údržba môže účinne spomaliť degradáciu výkonu. Priemyselné skúsenosti ukazujú, že kontrola voľnej dĺžky pružiny, integrity tesnenia a mazania po každých 2 000 chodoch môže udržať mieru degradácie výkonu pohonu na menej ako 5 % ročne. Údržba zahŕňa výmenu starnúcich tesnení, pridávanie špeciálneho maziva, kalibráciu súososti ventilov a ovládačov a odstraňovanie nečistôt z valcov. Hodnota výstupného krútiaceho momentu by sa mala pravidelne kontrolovať pre pohony pracujúce pri vysokom zaťažení. Keď je nameraný krútiaci moment nižší ako 80 % menovitej hodnoty, chyba sa musí bezodkladne preskúmať.

Záver: Pri presnom riadení spolupracuje viacero faktorov.

Výstupný výkon a krútiaci moment pneumatického pohonu sú výsledkom viacerých faktorov, ako sú parametre tlaku vzduchu, konštrukčné riešenie, podmienky prostredia a kvalita údržby. Od výpočtu tlaku a oblasti pôsobenia na základe požiadaviek na zaťaženie vo fáze výberu, cez zabezpečenie kvality vzduchu a prispôsobivosti prostredia počas prevádzky až po spomalenie zhoršovania výkonu prostredníctvom plánovanej údržby, každý krok priamo ovplyvňuje efekt výstupného výkonu. V priemyselnej praxi je potrebné zvládnuť základnú výpočtovú logiku ``krútiaci moment=tlak vzduchu * plocha * rameno páky * účinnosť'' a venovať pozornosť implicitne ovplyvňujúcim faktorom, ako je teplota, trenie, opotrebovanie. Pneumatické pohony dokážu udržiavať stabilný a spoľahlivý výstupný výkon a položiť pevný základ pre prevádzku systémov priemyselnej automatizácie.