Kodėl pramoninės mašinos naudoja pneumatiką, o ne elektrą?
Oct 24, 2023
Kodėl pramonės mašinose naudojama pneumatika, o ne elektrinė?
Pneumatiniai sprendimai, palyginti su elektriniais, turi ypatingų pranašumų dėl galios tankio, patikimumo, higienos, atsparumo sprogimui ir atsparumo drėgmei. Kai kuriose specifinėse pramonės situacijose pneumatiniai sprendimai bus pigesni, patikimesni arba saugesni nei elektriniai.
Tačiau pašalinus aukščiau nurodytus specialius reikalavimus, tokius kaip dydis ir svoris, atsparumas grubiai naudojimui, atsparumas sprogimui ir atsparumas drėgmei, elektros pavara bus patogesnė bendruose pramonės scenarijuose:
① Valdymas yra labai patogus (dujos suspaudžiamos, pneumatika per minkšta ir sunkiai valdoma; hidraulinis slėgis yra gerai);
② Laidai yra patogesni ir taupesni nei vamzdžiai, todėl nereikia galvoti apie sandarinimą;
③ Valdymo sistema paprastai yra paprastesnė ir turi išlaidų pranašumų. Pavyzdžiui, kelių kanalų elektra varomas jungiklių pavaras gali tiesiogiai valdyti PLC, o pneumatinė galia pirmiausia turi naudoti PLC, kad valdytų kelis solenoidinius vožtuvus (ty vožtuvų saleles), o tada solenoidiniai vožtuvai valdo pavaras, sukuriant dar vieną. kontrolės lygis. Sistema yra sudėtinga ir brangi.
Daugelyje pramonės projektų, kuriuose dalyvavau, pneumatikos pranašumai yra šie:
1. Didelis galios tankis, lengvas ir kompaktiškas.
Esant tokiam pačiam sistemos svoriui ir dydžiui, galia, kurią gali perduoti pneumatinės ir hidraulinės sistemos, paprastai yra didesnė nei elektros sistemų. Taip yra daugiausia dėl to, kad skysčių pavaros, tokios kaip cilindrai ir hidrauliniai cilindrai, yra paprastos konstrukcijos ir dažniausiai turi tiesioginės pavaros apkrovas. Tačiau tos pačios galios varikliai turi didelę magnetų ir varinių laidų masę, todėl reikia atsižvelgti į šilumos išsklaidymą. Paprastai tarp variklio ir apkrovos turi būti papildomos vietos. Reduktoriaus tūris ir svoris paprastai yra didesni nei tos pačios galios dujų-skysčio pavaros.
2. Paprasta, patikima ir patvari.
Pagrindinė priežastis yra nurodyta 1. Paprastai pneumatinių sistemų perdavimo mechanizmas yra paprastesnis nei elektrinių sistemų. Be to, kad jis yra kompaktiškas ir lengvas, kaip minėta 1 punkte, jis taip pat turi dar vieną pranašumą: mažiau galimų gedimų taškų ir didesnis sistemos patikimumas.
Be to, skysčių perdavimas taip pat turi įgimtą įgūdį: apsaugą nuo perkrovos. Pneumatiniai įrankiai paprastai nesugadins įrankių, tačiau elektriniai atsuktuvai ir elektriniai grąžtai išdegins variklį, jei jie ilgą laiką bus užblokuoti; pneumatinė ir hidraulinė paleidimo įranga taip pat labai atspari mechaniniam poveikiui, pavyzdžiui, staigiam staigiam stabdymui. Arba jei atsitrenkiate į ką nors, pavaros sistema pažeidžiama retai, tačiau labai tikėtina, kad variklio ir reduktoriaus varoma elektros pavaros sistema sugadins pavaras.
Skysčių perdavimo sistemos apsaugos nuo perkrovos funkcija kyla iš dviejų aspektų: 1. Skystis yra natūraliai lankstus ir elastingas, o sistema pasižymi natūraliomis buferinėmis savybėmis; 2. Skysčio grandinė paprastai suprojektuota su skysčių apsaugos komponentais, tokiais kaip slėgio mažinimo vožtuvai, kurie automatiškai imsis apsauginių veiksmų, kad automatiškai užfiksuotų didžiausią sistemos galią.
Įgimtas apsaugos nuo perkrovos įgūdis dar labiau pagerina sistemos patikimumą. Tai yra pagrindinė priežastis, kodėl pneumatinė ir hidraulinė įranga paprastai yra tvirtesnė ir patvaresnė nei elektros įranga.
3. Sveikata daugiausia yra maisto ir medicinos srityse.
Varikliai paprastai neatitinka maisto ir vaistų sveikatos ir saugos reikalavimų: įvairūs izoliaciniai dažai, klijai ir retųjų žemių lydiniai. Taip pat yra įvairių pagalbinių elektros įrenginių, laidų, elektroninių valdiklių, jungčių; palaikanti mechaninės transmisijos įrangą, reduktorius ir transmisijos komponentus. Be įvairių medžiagų, naudojamų elektros prietaisuose, kurios kvepia toksiškai, įvairūs tepaliniai tepalai, sandarikliai ir klijai, naudojami mašinose, neatitinka maisto ir vaistų saugos standartų.
Dėl medžiagų mokslo apribojimų esamoms elektromechaninėms sistemoms iš esmės sunku užtikrinti maisto ar net farmacijos saugą, jei jos turi atitikti eksploatacinius reikalavimus: toksiškas medžiagas sunku apeiti. Jei turite tai padaryti, galite pasikliauti tik sandarinimu: užsandarinkite visą įrangą, kuri negali būti pagaminta iš saugių medžiagų, o atviroms dalims naudokite maistui ir vaistams tinkamas medžiagas.
Tačiau tokio tipo gamybos linijos veikia nuolat, o daugelis gamybos linijų net nepertraukiamai veikia 24 valandas. Ar šios plombos gali atlaikyti tokį intensyvų naudojimą, kartu užtikrindamos maisto ir vaistų saugą? Pavyzdžiui, dešimčių tūkstančių apsisukimų variklio veleno sandariklis turi ne tik gerai veikti, būti labai patikimas ir atlaikyti nepertraukiamą 24x7 darbą, bet ir visos sandarinimo sistemos medžiagos turi būti iš maisto ir narkotikų laipsnis. Labai sunku įvykdyti maisto ir vaistų kokybės reikalavimus, o net jei tai įmanoma, tai vis tiek yra labai brangu.
Pneumatinės mašinospaprastai naudojamas nerūdijantis plienas arba aliuminio lydinys, keli sandarinimo žiedai ir keli plastikiniai vamzdžiai. Nereikia daug rūšių medžiagų, o elektros reikalavimai, tokie kaip izoliacija ir magnetizmas, neatsižvelgiama. Mechaniniai reikalavimai sandarikliams dėl pertraukiamo veikimo nėra tokie dideli. Tai griežta medžiagų atžvilgiu, o visa sistema lengviau atitinka maisto ir vaistų sveikatos ir saugos reikalavimus. Šiuo metu tai pats brandžiausias sprendimas.
Be to, jis neišdegs dėl perkrovos, o tai taip pat pašalina didžiulį pavojų sveikatai ir saugai. Pati medžiaga atitinka sveikatos ir saugos standartus. Net jei kas nors sulūžtų, į gaminį įkristų šlakas ar nutekėtų dujos, didelė tikimybė, kad dėl užterštumo neįvyks kokybės ir saugumo nelaimingi atsitikimai. Tai vadinama vidine sauga. Todėl pneumatinėmis sistemomis pasiekti maisto ir farmacijos kokybės saugumą yra lengviau ir pigiau nei naudojant elektrines sistemas, todėl pneumatiniai komponentai plačiai naudojami šių dviejų pramonės šakų gamybos linijose.
Daugelis elektros įrenginių teoriškai turi galimybę kibirkščiuoti naudojimo metu, pvz., užkimšdami, atjungdami ir atlaisvindami jungtis, įvairios ritės generuos priešingą elektrovaros jėgą, o plokščių kondensatoriai gali staiga sprogti. Būtų labai pavojinga, jei gaisras kiltų degioje ir sprogioje aplinkoje, pavyzdžiui, naftos perdirbimo gamykloje ar anglių kasykloje. Todėl tokiomis progomis naudojama elektros įranga turi techninį lygį, vadinamą „sprogimui atspariu lygiu“. Šio lygio reikalavimus atitinkanti elektros įranga turi būti specialiai suprojektuota taip, kad kiekviena elektros jungtis nekibirkščiuotų, arba užtikrintų, kad net jei ji sandari ir izoliuota, uždegimas taip pat būtų izoliuotas nuo sprogios aplinkos. Norint sukurti šiuos dizainus ir išlaikyti tokius bandymų sertifikatus, reikia daug darbo jėgos ir materialinių išteklių. Todėl sprogimui atspari elektros įranga paprastai yra daug brangesnė nei įprasta elektros įranga su tokiomis pat specifikacijomis ir gali būti net kelis kartus prastesnė.
Kol dujos pneumatinėje įrangoje yra tinkamai išvalytos, nesumaišomos degios dujos ir nėra tiesioginio metalų susidūrimo, kibirkštys iš esmės nėra galimybės. Tas pats pasakytina apie hidraulinę įrangą. Todėl tais atvejais, kai keliami sprogimui atsparūs reikalavimai, naudojant dujas arba hidraulinį slėgį, o siurblius, solenoidinius vožtuvus ir kitą elektros įrangą, kuri varo pavaras, pastatant atokioje siurblinėje, izoliuotoje nuo sprogios aplinkos, galima išvengti brangaus sprogimo. - atspari įranga. elektros įrenginius, taip pasiekiant tikslą sumažinti sistemos sąnaudas.
Be to, kai kuriems pritaikytoms specialioms programoms paruoštos sprogimui atsparios elektros įrangos gali nebūti. Šiuo atveju vienintelė galimybė gali būti dujų ir skysčio pavara.
5. Atsparus vandeniui ir drėgmei.
Pramonės automatizavimo aplinkoje naudojama elektros įranga paprastai yra neatsiejama nuo žemos įtampos nuolatinės srovės. Tokie kaip solenoidinių vožtuvų valdymas, relių valdymas, mažų variklių valdymas, jau nekalbant apie patį mikrovaldiklį. Tačiau nuolatinės srovės elektros problema yra didelė: ji yra linkusi į elektrocheminę koroziją.
Drėgnoje aplinkoje veikiamos nuolatinės srovės grandinės yra linkusios į tokią situaciją: ant laidininkų kondensuojasi drėgmė ir susidaro vietinių tirpalų telkiniai, o laidininkai formuoja elektrocheminę koroziją, kurią sukelia nuolatinė įtampa. Pavyzdžiui, nors solenoidinio vožtuvo pavaros srovė yra PWM banga, jei ją filtruosite žemo dažnio dažniu, pamatysite, kad jame yra didelis nuolatinės srovės komponentas. Pramoninio valdymo srityje, be maitinimo grandinės, kitose grandinėse nėra daug griežtų nuolatinės srovės srovių. Dauguma jų yra bangos formos signalai, tokie kaip PWM. Tačiau šios bangos formos, ypač maitinimo grandinės bangos formos, turi didelį nuolatinės srovės komponentą, todėl jas paveiks drėgmė. Aplinkoje atsiranda elektrocheminė korozija. Labiausiai tikėtina tokio tipo elektrocheminės korozijos atsiradimo vieta yra įvairiose laidų jungtyse. Todėl jungiant nuolatinės srovės grandines reikia kuo dažniau naudoti suvirinimą. Tiesiogiai vynioti metalinius laidus kartu yra labai nepatikima. Po kelių dienų jis surūdys ir sulūžs, arba po kurio laiko prastas kontaktas. Priešingai, gryna kintamosios srovės grandinė turi stiprų atsparumą korozijai.
Pneumatinė ir hidraulinė įranga šios problemos natūraliai neturi. Iš esmės jis yra natūraliai atsparus drėgmei:
① Jis neįkraunamas, nėra elektros pavaros elektrocheminės korozijos problemos ir nereikia atsižvelgti į laidumą. Visos metalinės medžiagos gali būti rūdims atsparus nerūdijantis plienas arba aliuminio lydinys;
② Vidinė aplinka užpildyta darbine terpe (suslėgtas oras, hidraulinė alyva) ir joje veikia teigiamas slėgis, o darbinio skysčio kontūras sujungtas su džiovinimo ir drėgmės šalinimo įranga (pvz., šalto džiovintuvo), todėl namo vidus nebus paveikti drėgmės iš išorinės aplinkos. Padarė įtaką. Todėl daugelis automatinių plovyklų pavaros mechanizmų yra hidrauliniai, nes vandens yra visur. Maisto pramonė panaši, tačiau siekiant išvengti hidraulinių terpių sukeliamos taršos, naudojama pneumatika.
Nėra taip, kad elektros įrenginiai negali būti pagaminti į drėgmei atsparią įrangą, tačiau už sandarinimą reikia mokėti: vandeniui nelaidi įranga tikrai yra daug brangesnė nei vandeniui nepralaidi įranga. Kartu su aukščiau išvardintais pranašumais (pvz., higiena), pneumatika gali turėti sąnaudų pranašumą tam tikrais naudojimo atvejais (pavyzdžiui, kai kuriose didelės drėgmės maisto perdirbimo dirbtuvėse).
Trumpai tariant, elektroninis valdymas yra pagrindinė tendencija. Rinkoje esantys sprendimai yra turtingi ir brandūs, o ateityje jie taps brandesni ir pigesni. Pneumatinė sistema turi lyginamųjų pranašumų tik tam tikrais atvejais, kai keliami specialūs reikalavimai. Todėl, kol nėra specialių reikalavimų, tokių kaip maisto higiena, atsparumas smūgiams, atsparumas sprogimui ir atsparumas drėgmei, projektuojant sistemą pirmenybė turėtų būti teikiama elektros sistemai.