Otázka: Jak synchronizovat dva pneumatické válce v paralelním zvedacím systému bez elektronických senzorů?

Odpověď: Dosáhnout dokonalé synchronizace dvou pneumatických válců v systému paralelního zvedání bez elektronických senzorů vyžaduje nahrazení jednoduchého pneumatického potrubí mechanickým spojením, hydraulickými regulátory rychlosti nebo přesně vyváženými pneumatickými obvody. Protože stlačený vzduch je vysoce stlačitelný, dva identické válce připojené ke stejnému zdroji stlačeného vzduchu se nikdy nebudou vyvíjet přesně stejnou rychlostí, i když bude rozdíl v zatížení, třecím odporu nebo délce potrubí jen mikrogram. Válec s menším zatížením nebo nižším třecím odporem se vždy vyvine dříve. K vyřešení tohoto problému musí konstrukční inženýři B2B implementovat tuhé mechanické spojení (např. torzní tyč nebo vodící rámeček), použít uzavřené hydro-pneumatické jednotky pro regulaci rychlosti nebo navrhnout symetrické potrubní obvody s kompenzací průtoku.

Úvod: Klasický dilema zvedání pomocí dvou válců

Při návrhu průmyslových strojů je zvedání nebo tlačení širokého a těžkého břemene často nutné provádět pomocí síly dvou paralelních pneumatických válců. Například v automatizované manipulaci s materiálem může zvedací plošina s dvojnásobnými válci zvedat těžké dřevěné bedny nebo kovové plechy. Pokud se válce neprodlužují přesně stejnou rychlostí, plošina se nakloní. Tento naklonění způsobí, že břemeno sjede, zablokuje mechanické vodítky a ohne tyče pístů válců.

I když elektronická řešení, jako jsou proporcionální ventily, lineární snímače posuvu a uzavřené řídicí obvody PLC, jsou velmi účinná, jsou zároveň drahá, složitá na programování a náchylná k elektrickým rušením, vysoké vlhkosti nebo výbušným atmosférám. Pro mnoho B2B aplikací je velmi žádoucí najít robustní a cenově výhodné řešení pro synchronizaci válců bez použití elektroniky. AIRWORK, významný výrobce průmyslových pneumatických komponent, nabízí několik mechanických a fluidních řešení pro dosažení stabilní, bezsenzorové synchronizace.

Proč se pneumatické válce přirozeně rozsynchronizují

Abychom mohli navrhnout řešení, musíme nejprve pochopit, proč paralelní pneumatických válících se přirozeně pohybují různými rychlostmi:

• Cesta s nejmenším odporem: Stlačený vzduch je kapalina. Když vzduch vstupuje do T-rozdělovače, bude se přirozeně přesměrovávat do válce, který vyžaduje nejnižší tlak pro pohyb. Válec s nižším třením nebo mírně menší zátěží obdrží větší průtok vzduchu a bude se pohybovat rychleji.
• Rozdíly v tření: Žádné dva válce nejsou identické. Rozdíly v předpínání těsnění, rozložení maziva a tolerancích vedení v ložiskové vložce znamenají, že jeden válec bude vždy mít mírně vyšší třecí sílu nutnou k uvedení do pohybu než druhý.
• Vliv tíhy a excentrické zátěže: Pokud není zátěž umístěna přesně ve středu zvedacího plošiny, jeden válec bude nést větší hmotnost než druhý. Válec s vyšší zátěží bude vyžadovat vyšší tlak pro uvedení do pohybu, čímž se válec s nižší zátěží začne vyvíjet dříve.

Metoda 1: Tuhé mechanické spojení (nejjednodušší a nejbezpečnější řešení)

Pokud nelze použít elektronické senzory, absolutně nejspolehlivějším způsobem, jak zajistit synchronizaci, je tuhé mechanické spojení. Tato metoda nepokouší o vyrovnání tlaku vzduchu, nýbrž fyzicky vynutí, aby se oba pístní tyče pohybovaly jako jednotka.

• Systém torzního hřídele (torzní tyče): Připojte vysoce tuhou ocelovou torzní tyč napříč zdvihací plošinou. Na každém konci torzní tyče nainstalujte ozubené kolo, které zapadá do svislé ozubené lišty upevněné na rámu stroje. Pokud se válec A pokusí posunout vpřed před válcem B, krouticí síla se přenáší torzní tyčí na válec B, čímž je donucen udržet stejný tempa. Tím je naklonění úplně zabráněno.
• Tuhé propojení a lineární vedení: Propojte oba pístové tyče tlustým, výkonným nosným ocelovým nosníkem nebo deskou. Tento nosník upevněte na robustních vnějších lineárních vedeních s bloky kuličkových ložisek s oběžným kruhem. Lineární vedení absorbují jakékoli malé nakláněcí síly a zabrání přenosu bočních zatížení na pístové tyče. Všimněte si, že propojovací prvek musí být vysoce tuhý; tenká, pružná deska se prostě prohne, což vede k mechanickému zaseknutí.

Metoda 2: Regulátory rychlosti uzavřeného hydro-pneumatického okruhu

Na rozdíl od vzduchu je olej téměř nestlačitelný. Kombinací pneumatického pohonu s hydraulickou regulací rychlosti lze dosáhnout mimořádně přesné, bezsenzorové synchronizace.

• Jak to funguje: Nainstalujte dvoučinný hydraulický regulátor rychlosti (známý také jako hydro-pneumatický kontrolní prvek nebo jednotka pro regulaci rychlosti) paralelně k každému pneumatickému válci. Hydraulické válce jsou naplněny olejem a spojeny navzájem uzavřeným okruhem. Při vysouvání pneumatických válců tlačí jejich písty na hydraulické písty.
• Vyrovnání rychlosti: Protože olej nelze stlačit, je rychlost hydraulických válců určena průtokem oleje. Směrováním oleje přes jediný dvouprůtokový regulační ventil nebo křížovým propojením hydraulických komor nucí kapalina oba písty pohybovat se přesně stejnou rychlostí, bez ohledu na drobné rozdíly v tlaku vzduchu nebo rozložení zátěže.
• Řada Hydro-Check společnosti AIRWORK: Společnost AIRWORK vyrábí integrované pneumaticko-hydraulické válce a externí regulátory rychlosti oleje, které jsou speciálně navrženy tak, aby vyhladily pneumatický pohyb a zajistily stálou, synchronizovanou rychlost za kolísajících zatížení.

Metoda 3: Přesně vyvážené pneumatické potrubní obvody

Pokud mechanické spojení nebo hydraulické systémy nejsou z důvodu omezeného prostoru nebo hmotnosti proveditelné, lze optimalizovat pneumatický obvod za účelem minimalizace chyb synchronizace. Tato metoda není sice dokonalá na 100 procent, avšak je velmi účinná pro střední zatížení:

• Symetrické potrubí (stejná Trubka Délky: Pokles tlaku uvnitř pneumatické hadice roste s její délkou. Pokud připojíte řídicí ventil k válci A hadicí o délce 1 metr a k válci B hadicí o délce 2 metry, válec A bude vždy reagovat rychleji. Vždy používejte symetrický rozdělovací blok nebo T-konektor umístěný přesně uprostřed mezi oběma válci. Zajistěte, aby délky potrubí, jejich průměry a konfigurace přípojek k oběma válci byly identické až na milimetr.
• Dvojité regulátory průtoku pro výfuk: Nikdy nepokoušejte regulovat rychlost jediným regulátorem průtoku na hlavním přívodu. Namísto toho nainstalujte vysokopřesný nastavitelný regulátor průtoku přímo na výfukový port každého koncového krytu válce (nakonfigurovaný pro regulaci průtoku na výfuku). Každý regulátor nastavte individuálně tak, aby byly rychlosti vyrovnané. Stabilní zpětný tlak výfuku vytvořený regulací průtoku na výfuku pomáhá tlumit a vyrovnávat pohyby.
• Pneumatické rozdělovače průtoku: Pro specializované aplikace mohou konstruktéři použít pneumatický tlakově kompenzovaný rozdělovač průtoku. Tento fyzický ventil rozděluje jediný přiváděný proud vzduchu na dva stejné proudy a automaticky upravuje svůj vnitřní šoupátkový uzávěr tak, aby udržel rovný výstupní průtok i v případě, že se tlaky zátěže na dvou výstupních vedeních liší.

Pokyny pro dimenzování a konstrukci pro B2B výrobce panelů

Při návrhu systému paralelního zvedání by měli B2B konstruktéři dodržovat následující pravidla pro dimenzování:

• Zvolte větší rozměr válců: Vždy dimenzujte válce tak, aby pracovaly při 50 až 60 procentech jejich teoretické výstupní síly za provozního tlaku systému. Pokud válce pracují blízko své maximální kapacity, jakékoli nepatrné kolísání tlaku způsobí zablokování jednoho válce a tím závažné nesouosost.
• Použijte kulové klouby: Pokud je použit mechanický spoj, připojte pístnice válců k zvedací desce pomocí kulových pístnicových oček. To umožňuje mírnou úhlovou vůli a zabrání tomu, aby malé rozdíly v synchronizaci vyvolaly ničivé boční zatížení ložisek pístnic.

Závěr: Dosáhněte robustní automatizace s AIRWORK

Synchronizace paralelních pneumatických válců bez elektronických senzorů je velmi dobře dosažitelná prostřednictvím správného mechanického návrhu, hydraulických regulátorů rychlosti nebo přesně vyvážené potrubní instalace. Standardizací na vysoce kvalitní pneumatické válce AIRWORK a začleněním robustních mechanických vodítek nebo olejových regulátorů mohou výrobci strojů zaručit stálý zvedací výkon při současném udržení nízkých nákladů na systém.

Navštivte jzpnu.com a stáhněte si kompletní CAD modely, prozkoumejte podrobné schémata obvodů a objednejte si ještě dnes vysoce kvalitní pneumatické součásti pro své paralelní zvedací systémy.