Въпрос: Как се отстранява дефектът 'прилипване и плъзгане на цилиндър' (пълзене) в автоматизирани работни процеси с ниска скорост?

Отговор: Отстраняването на дефекта прилипване и плъзгане (пълзене) на пневматичен цилиндър изисква коригиране на дисбаланса в триенето между уплътненията на буталото и цилиндър стената на цилиндъра. Явлението „заклиниване-плъзгане“ се характеризира с рязко, стъпаловидно или неравномерно движение, когато цилиндърът работи при много ниски скорости (обикновено под 50 мм/сек). Това се дължи на факта, че статичният коефициент на триене е значително по-висок от динамичния коефициент на триене. Буталото се заклинява, нараства налягането, докато преодолее статичното триене, след което буталото се плъзга бързо напред и отново се заклинява. За да се елиминира пълзенето, проектантите трябва да използват регулатори на изходящия поток, да заменят уплътненията на буталото със специализирани уплътнения от ПТФЕ с ниско триене, да прилагат високопроизводителни флуорирани смазки и да осигуряват идеална подравненост, за да се предотврати механично заклиняне.

Въведение: Загадката на рязкото движение на цилиндъра

В промишлената автоматизация с висока точност гладкото и контролирано движение е от съществено значение. Независимо дали машината подава режещ инструмент, нанася деликатна адхезивна нишка или бавно позиционира чувствителен електронен компонент, последователността е ключов фактор. Обаче, когато пневматичните цилиндри се настройват за работа на ниски скорости, често се наблюдава досадно явление, известно като „залипване-плъзгане“ или „пълзене“.

Вместо гладко плъзгане буталният шток се движи в серия от миниатюрни, рязки скокове. Това непредсказуемо поведение може да развали деликатни процеси, да предизвика структурни вибрации в рамката на машината, да ускори механичното износване и да намали експлоатационния живот на цилиндъра. Като водещ доставчик на напреднали пневматични системи, AIRWORK се стреми да помогне на производителите да разберат физиката на явлението „залипване-плъзгане“ и да приложат надеждни решения, които гарантират плавно и предсказуемо линейно движение.

Физиката на „залипване-плъзгане“: статично срещу динамично триене

За да се отстрани ефектът „заклиниване-плъзгане“, трябва да разгледаме трибологията (изучаването на триенето, смазването и износването) на уплътненията за бутало и шток, които се плъзгат по метални повърхности. Всеки плъзгащ се интерфейс между еластомер и метал има два различни коефициента на триене:

• Статично триене (триене при пускане): силата, необходима за започване на движение между две неподвижни повърхности. Когато системата е в покой, молекулите на еластомерното уплътнение се сваряват или закачат на микроскопично ниво за микроскопичните върхове (неравности) на металната цилиндрова стена.
• Динамично триене (плъзгащо триене): силата, необходима за поддържане на движението, след като повърхностите вече се плъзгат. Това винаги е по-ниско от статичното триене.

Когато на цилиндъра се подаде команда за движение с много ниска скорост, компресиран въздух постъпва в цилиндровата камера много бавно. Налягането нараства, но буталото не се движи, тъй като силата все още е по-малка от статичното триене. През този период буталото е заклинено.

Докато въздухът продължава да постъпва, налягането в крайна сметка надвишава прага за откъсване. Статичното триене се преодолява и системата моментално преминава към динамично триене. Тъй като динамичното триене е по-ниско, силата, генерирана от натрупания компресиран въздух, сега е значително по-висока от необходимата за движение на товара. Буталото изведнъж се плъзга напред. Това бързо движение бързо увеличава обема на цилиндърната камера, което води до моментално намаляване на вътрешното налягане. При намаляването на налягането задвижващата сила отново пада под прага на статичното триене и буталото отново се заклещва.

Този цикъл от „заклещване-плъзгане-заклещване-плъзгане“ се повтаря непрекъснато, пораждайки нестабилно пълзящо движение. При високи скорости инерционният импулс на буталото и товара лесно пренася системата през тези преходни фази, като прави явлението „заклещване-плъзгане“ невидимо. При ниски скорости обаче импулсът е недостатъчен, за да преодолее прехода при триенето, което води до тежко пълзане.

Основни причини за явлението „заклещване-плъзгане“ при цилиндри в B2B системи

Няколко проектни и екологични фактора могат да предизвикат или усилват ефекта „заклиняне-плъзгане“ при работни процеси с ниска скорост:

• Високо предварително натоварване и напрежение на уплътненията: За предотвратяване на външни и вътрешни течове стандартните уплътнения за цилиндри са проектирани с високо радиално предварително натоварване. Това означава, че устната част на уплътнението е силно притисната към цилиндричната част на корпуса. Макар това да е изключително подходящо за задържане под високо налягане, тази висока радиална сила рязко увеличава триенето при стартиране.
• Загуба на смазка: С течение на времето компресиран въздух, съдържащ влага, може да измие фабричната грес от вътрешността на цилиндричната част на корпуса. Ако цилиндърът работи без смазка, има директен метал-еластомерен контакт, което води до рязко увеличаване на триенето при стартиране.
• Неправилна конфигурация на регулатора на потока: Регулирането на скоростта на цилиндър чрез контролиране на въздуха, постъпващ в цилиндъра (регулация при входа), е честа грешка. Тъй като от изпускателната страна липсва противоналягане, което да стабилизира буталото, цилиндърът е изключително податлив на ефекта „заклиняне-плъзгане“.
• Механично несъосредоточаване: Ако цилиндърът е леко несъосредоточен спрямо външните линейни водачи, на буталния шток ще действат странични натоварвания. Това принуждава буталото да се измести встрани, което води до високо локализирано контактно налягане върху едната страна на уплътнението и увеличава статичното триене.

Стъпка по стъпка инженерни решения за елиминиране на пълзенето

Чрез системно прилагане на тези инженерни методи можете успешно да елиминирате явлението „стик-слип“ и да възстановите ултра-гладката работа на цилиндъра при ниски скорости:

• Решение 1: Приложете регулатори на изходящия поток. Винаги контролирайте скоростта на цилиндъра, като регулирате изпускателния въздух (регулация на изходящия поток), а не входящия въздух (регулация на входящия поток). Регулацията на изходящия поток осигурява постоянно и стабилно противоналягане в изпускателната камера. Това противоналягане действа като регулируема пневматична амортизация, която противодейства на внезапните скокове и заглушава всякакви тенденции към плъзгане, поддържайки стабилно движение на буталото.
• Решение 2: Специализиране върху уплътнения с ниско триене. За работни процеси с ниска скорост стандартните уплътнения от полиуретан или нитрил не са подходящи. Проектантите трябва да посочат цилиндри AIRWORK, оборудвани с комплекти от уплътнения с ниско триене. Тези комплекти използват пръстени Glyd, изработени от съединения на ПТФЕ (тефлон), активирани от стандартни О-пръстени от NBR. ПТФЕ има изключително ниски коефициенти на триене, а статичният и динамичният му коефициент на триене са почти еднакви, което механично елиминира физическата причина за явлението „залипване-плъзгане“.
• Решение 3: Повторно смазване със специална флуорирана смазка. Стандартните литиеви или силиконови смазки могат да се провалят при бавни работни режими с високо триене. Повторното смазване на цилиндричната повърхност с висококачествени флуорирани смазки (например смазки въз основа на PFPE) осигурява изключително стабилна и дълготрайна смазочна пленка, която устойчива на измиване и намалява триенето при стартиране.
• Решение 4: Оптимизиране на качеството на въздуха и налягането. Колебанията в налягането на подавания въздух могат да влошат ефекта „стик-слип“. Уверете се, че системата се захранва от стабилен и добре регулиран въздушен поток чрез високоточен филтър-редуктор AIRWORK. Освен това сухият въздух може да ускори изсушаването на уплътненията, поради което при използване на стандартни уплътнения трябва да се разгледа възможността за монтиране на разпръскващ смазочен апарат.
• Решение 5: Използване на външни плъзгащи водачи. Уверете се, че штокът на цилиндъра не поема странични натоварвания. Използвайте саморегулиращи се куплунги и висококачествени линейни водачи, за да гарантирате, че цилиндърът се движи по идеално права и безтъркаща ос.

Нискофрикционна пневматична серия цилиндри AIRWORK

AIRWORK предлага специализирана гама нискофрикционни цилиндри с висока гладкост, проектирани специално за деликатна автоматизация при ниски скорости. Цилиндрите ни са с микрополирани алуминиеви цилиндри с повърхностна шерохватост (Ra) под 0,2 микрона и са сглобени с премиум нискофрикционни уплътнения от PTFE с енергизираща подложка, както и със специализирани високостабилни смазки.

Заключение: Постигнете прецизионно управление с AIRWORK

Прилипването и хлъзгането на цилиндъра е често срещан физически проблем при автоматизацията с ниска скорост, но напълно решаем. Чрез използване на регулиране на скоростта при изхода, нискотриенди уплътнения от ПТФЕ и осигуряване на идеална механична подравненост производителите на машини могат да постигнат гладко линейно движение без „пълзене“.

Посетете jzpnu.com още днес, за да проучите нашите специализирани конфигурации на цилиндри с ниско триене, да изтеглите технически бележки за приложение и да се посъветвате с нашите експерти по управление на движението.