Pagrindinių veiksnių, turinčių įtakos pneumatinių pavarų išėjimo jėgai ir sukimo momentui, analizė

Pramoninės automatikos valdymo sistemose pneumatinės pavaros yra pagrindinis valdymo signalų ir mechaninio veiksmo sujungimo centras. Išėjimo jėgos (tiesinis taktas) arba sukimo momentas (kampinis taktas) stabilumas tiesiogiai lemia pagrindinių procesų, tokių kaip vožtuvo atidarymas ir uždarymas bei įrenginio valdymas, patikimumą. Nuo chemijos gamyklos avarinio išjungimo vožtuvo iki komunalinio vamzdyno droselinio vožtuvo valdymo, pavaros galia yra pagrindinis rodiklis, užtikrinantis saugų sistemos veikimą. Išsami pagrindinių veiksnių, turinčių įtakos jo išėjimo jėgai ir sukimo momentui, analizė yra pasirinkimo ir projektavimo pagrindas, taip pat būtina tikslios valdymo ir ilgalaikio įrangos veikimo sąlyga.

I. Pagrindiniai energijos šaltinio parametrai: lemiamas oro slėgio ir srauto greičio vaidmuo

Pneumatinės pavaros naudoja suslėgtą orą kaip energijos šaltinį. Jo išėjimo galios esmė yra oro slėgio energiją paversti mechanine energija. Todėl pagrindiniai dujų šaltinio parametrai tiesiogiai nustato bazinį išėjimo galios lygį.

Darbinis slėgis yra pagrindinis veiksnys, turintis įtakos išėjimo galiai ir sukimo momentui. Pagal pagrindinius hidrodinamikos principus, pavaros teorinė išėjimo jėga atitinka formulę F=P×A (F – išėjimo jėga, P – darbinis slėgis, A – taikant slėgį). Tuo remiantis, sukimo momentas apskaičiuojamas sujungiant svirties svirties ilgį: sukimo momentas=oro slėgis × efektyvus stūmoklio plotas × svirties svirties ilgis × mechaninis efektyvumas. Kai taikymo sritis yra veiksmingai fiksuota, išėjimo jėga ir sukimo momentas didėja tiesiškai didėjant darbiniam slėgiui. Pavyzdžiui, kai kurių tipų pavara sukuria maždaug 200 N·m sukimo momentą esant 0,6 MPa oro slėgiui. Kai oro slėgis padidėja iki 0,8 MPa, sukimo momentas gali padidėti daugiau nei 30%. Tačiau reikia pažymėti, kad slėgio padidėjimą riboja cilindro stiprumas ir sandarinimo savybės; viršijus projektinę ribą, komponentas gali sugesti.

Nors oro srautas tiesiogiai nenulemia didžiausios išėjimo galios, jis turi įtakos dinaminėms išėjimo galios charakteristikoms. Nepakankamas srautas sulėtins cilindro įkrovimo greitį, ne tik pailgins atsako laiką, bet ir gali lemti mažą faktinį išėjimo sukimo momentą aukšto dažnio veikime dėl nepakankamo slėgio. Pramonėje dažnai reikia suderinti pavaros cilindro tūrį su filtrais, apsauginiais vožtuvais ir srauto reguliatoriais, kad būtų užtikrintas stabilus srauto tiekimas įprastai naudojamame 0,2–0,8 MPa slėgio diapazone.

ii. Struktūrinio projektavimo esmė: darbo sritis ir mechaninės transmisijos efektyvumas

Pavaros konstrukcijos konstrukcija iš esmės lemia slėgio energijos pavertimo mechanine energija efektyvumą, kuris daugiausia atsispindi dviem aspektais: slėgio darbo zonoje ir mechaninio perdavimo mechanizme.

Skirtingo slėgio darbo sritis tiesiogiai lemia skirtingą išėjimo jėgą. Tai yra membraninių pavarų ir stūmoklinių pavarų našumo skirtumas: membraninės pavaros naudoja guminę membraną kaip slėgio jutiklį, kurio efektyvusis plotas paprastai yra mažas, o išėjimo galia iki 1000 N, tinka tik lengviems darbams, pvz., mažiems reguliavimo vožtuvams; Diafragminėse stūmoklinėse pavarose naudojami metaliniai stūmokliai kartu su cilindrais ir gali būti suprojektuoti su didelėmis efektyviomis membraninėmis pavaromis, kurių išėjimo jėga siekia dešimtis tūkstančių, kad būtų patenkinti didelio ar didesnio skersmens vožtuvų poreikiai. Sukamosiose pavarose stelažų ir krumpliaračių pavaros naudoja stūmoklius, kad varytų stelažą, o tai savo ruožtu suka pavarą. Kita vertus, mentelės pavaros tiesiogiai valdo suslėgtą orą. Pirmoji gali pasiekti tūkstančius Nm sukimo momento sukimo momento išvesties, atsižvelgiant į svirties svirties konstrukcijos pranašumus, o mentelės pavarą riboja mentės sritis, o sukimo momentas paprastai neviršija 500 Nm.

Mechaninio perdavimo mechanizmo tikslumas ir susidėvėjimas tiesiogiai veikia efektyvumą. Idealus transmisijos efektyvumas yra 100 %, tačiau praktiškai dėl krumpliaračių tarpo, stūmoklio koto nukreipimo tikslumo ir jungiamųjų komponentų koaksialumo prarandama energija. Pavyzdžiui, jei koaksialumo nuokrypis tarp pavaros ir vožtuvo jungties viršija 0,1 mm, sukimo momento perdavimo efektyvumas sumažės 15–20%. Ilgalaikis naudojimas, pavarų susidėvėjimas ir guolių senėjimas dar labiau padidins transmisijos prošvaisą, todėl esant tokiam pačiam įėjimo slėgiui nuolat mažės išėjimo sukimo momentas. Čia reikia sutelkti dėmesį į reguliarią priežiūrą.

Grąžinimo mechanizmo mechanizmas yra ypatingas vieno veikimo pavarų struktūrinis veiksnys. Spyruoklės išankstinis įtempimas ir standumas iš dalies kompensuos oro slėgį; apskaičiuojant tikrąjį išėjimo sukimo momentą, reikia atimti spyruoklės reakcijos jėgą. Pavyzdžiui, vienpusio veikimo pavara, kurios spyruoklės standumas yra 50 N/mm, sukuria 100 N reakcijos jėgą esant 20 mm suspaudimo eigai, o tai labai sumažina efektyviąją išėjimo trauką. Spyruoklinės medžiagos tamprumo modulis taip pat turės įtakos temperatūros pokyčiams. Pavyzdžiui, 60 Si2Mn tamprumo modulis sumažėja maždaug 8%, kai temperatūra viršija 120 laipsnių, todėl pasirenkant turi būti įtraukta sukimo momento riba.

III. Aplinkos ir eksploatavimo sąlygų kintamieji: nuo vidutinių charakteristikų iki veikimo būsenos

Aplinkos sąlygos ir darbo krūvis pramoninėje aplinkoje yra pagrindiniai kintamieji, prisidedantys prie išėjimo galios svyravimų. Atliekant statinius skaičiavimus, jų įtaka dažnai nepaisoma, tačiau ji tiesiogiai nulemia faktinį našumą.

Temperatūra ir dielektrinės charakteristikos daugiausia turi įtakos sandarinimo našumui ir komponentų veikimui. Esant žemai temperatūrai, padidinus tepalo klampumą, trinties sukimo momentas padidėja 10-30%. Arkties gamtinių dujų dujotiekio projekte tepalas sukietėjo -40 laipsnių temperatūroje, todėl pavara sulėtėjo; jis buvo pakeistas žemos temperatūros tepalu fluoroeterio pagrindu ir grąžintas į įprastą veikimą. Aukšta temperatūra gali paspartinti sandariklių senėjimą. Pasiekus CC laipsnį, nitrilo gumos sandariklių sandarumas gali smarkiai sumažėti ir sukelti vidinį nuotėkį. Kai nuotėkis viršija 5% cilindro tūrio per minutę, sukimo momentas sumažėja daugiau nei 20%. Korozinėje aplinkoje, tokioje kaip rūgštis ir šarmai, cilindro vidinės sienelės ir stūmoklio strypo korozija padidins atsparumą trinčiai, sumažins sandarinimo patikimumą ir padidins išėjimo jėgos praradimą.

Apkrovos charakteristikų ir darbo sąlygų atitikimas yra labai svarbus. Pavaros išėjimo jėga turi viršyti didžiausią apkrovos pasipriešinimą. Renkantis reikia vadovautis „saugos faktoriaus principu“ – pagal ISO 5211, pavaros sukimo momentas turi būti 1,5 karto didesnis už maksimalų vožtuvo darbinį sukimo momentą. Kritinės įrangos, pvz., avarinio išjungimo vožtuvai, reikalauja didesnės atsargos. Skirtingų vožtuvų apkrovos charakteristikos skiriasi: dėl didelio sandarinimo slėgio tarp rutulinių vožtuvų ir lizdo paprastai reikia didesnio momento. vožtuvų trinties sukimo momentas yra daug didesnis nei minkšto sandarumo vožtuvams, todėl juos pasirenkant reikia atlikti specialius skaičiavimus. Be to, dinaminiai apkrovos pokyčiai, pvz., dielektrinis smūgis vožtuvo atidarymo ir uždarymo metu, taip pat sukelia didžiausią apkrovą.

IV. ĮVADAS Priežiūra ir gyvavimo ciklas: didėjantis našumo pablogėjimo poveikis

Pneumatinių pavarų išėjimo našumas nėra pastovus. Ilgėjant naudojimo laikui, dėl komponentų susidėvėjimo ir senėjimo laipsniškai blogėja jų veikimas. Įprastinės priežiūros kokybė tiesiogiai lemia veikimo stabilumo trukmę.

Spyruoklė ir sandariklis yra komponentai, kurie greičiausiai turės įtakos išėjimo galiai. Ilgalaikis spyruoklės suspaudimas gali sukelti nuovargio deformaciją. Kai liekamoji deformacija viršija 3% pradinio ilgio, atstatymo jėga žymiai sumažėja, o tai ne tik turi įtakos vienpusio veikimo pavarų patikimumui, bet ir gali lemti, kad vožtuvas nebus visiškai uždarytas. Vienoje chemijos gamyklos anilino gamybos linijoje dėl spyruoklinio nuovargio lūžimo vožtuvas staiga užsidarė, todėl sistemoje padidėjo slėgis, o ekonominiai nuostoliai siekė daugiau nei 1 mln. Dėl sandariklio susidėvėjimo gali atsirasti vidinis nuotėkis ir sumažėti efektyvus slėgis cilindre. Šį nuotėkį iš pradžių gali būti sunku aptikti, tačiau dėl to ir toliau sumažės išėjimo sukimo momentas, todėl sistemai gali kilti problemų.

Reguliari priežiūra gali veiksmingai sulėtinti našumo pablogėjimą. Pramonės patirtis rodo, kad tikrinant laisvą spyruoklės ilgį, sandariklio vientisumą ir tepimą kas 2000 važiavimų, pavaros mechanizmo veikimo pablogėjimo greitis gali būti mažesnis nei 5 % per metus. Priežiūra apima senstančių sandariklių keitimą, specialaus tepalo įpylimą, vožtuvų ir pavarų koaksialumo kalibravimą ir nešvarumų pašalinimą iš cilindrų. Sukimo momento išėjimo vertė turi būti reguliariai tikrinama pavaroms, veikiančioms esant didelėms apkrovoms. Kai išmatuotas sukimo momentas yra mažesnis nei 80 % vardinės vertės, gedimas turi būti nedelsiant ištirtas.

Išvada: Tikslią kontrolę veikia keli veiksniai.

Pneumatinės pavaros išėjimo galia ir sukimo momentas yra daugelio veiksnių, tokių kaip oro slėgio parametrai, konstrukcijos konstrukcija, aplinkos sąlygos ir priežiūros kokybė, rezultatas. Nuo slėgio ir veikimo srities apskaičiavimo pagal apkrovos reikalavimus pasirinkimo etape iki oro kokybės ir prisitaikymo prie aplinkos užtikrinimo eksploatacijos metu iki eksploatacinių savybių pablogėjimo sulėtinimo atliekant planinę techninę priežiūrą – kiekvienas veiksmas tiesiogiai veikia išėjimo galios efektą. Pramoninėje praktikoje būtina įsisavinti pagrindinę „sukimo momento=oro slėgio * ploto * svirties svirties * efektyvumo skaičiavimo logiką“ ir atkreipti dėmesį į numanomus įtakos veiksnius, tokius kaip temperatūra, trintis, nusidėvėjimas. Pneumatinės pavaros gali išlaikyti stabilią ir patikimą išėjimo galią ir padėti tvirtą pagrindą pramoninių automatikos sistemų veikimui.