Kérdés: Hogyan hárítsa el a 'henger csúszás-megállás' (kúszás) jelenségét az alacsony sebességű automatizált folyamatokban?

Válasz: A pneumatikus henger csúszás-megállás (kúszás) jelenségének megszüntetése érdekében kezelni kell a dugattyú tömítései és a henger hordófal. A ragadás-csúszás jelensége a henger üzemelése során akadozó, szaggatott vagy egyenletlen mozgást eredményez nagyon alacsony sebességeknél (általában 50 milliméter/másodperc alatt). Ez azért következik be, mert a tapadási súrlódási együttható lényegesen magasabb, mint a csúszási súrlódási együttható. A dugattyú megakad, a nyomás növekszik, amíg legyőzi a tapadási súrlódást, majd a dugattyú gyorsan előrecsúszik, és ismét megakad. A kúszás elkerülése érdekében a tervező mérnököknek ki kell választaniuk a kifolyási áramszabályozókat, speciális, alacsony súrlódású PTFE-alapú dugattyúzárakat kell alkalmazniuk, fluorozott, nagy teljesítményű kenőanyagokat kell használniuk, valamint gondoskodniuk kell a tökéletes igazításról a mechanikai megakadás megelőzése érdekében.

Bevezetés: Az akadozó hengermozgás rejtélye

A nagy pontosságú ipari automatizálásban a sima és vezérelt mozgás alapvető fontosságú. Akár egy gép táplálja a vágószerszámot, akár finom ragasztócsíkot visz fel, akár lassan helyezi el egy érzékeny elektronikus alkatrészt – a folyamatosság kulcsfontosságú. Azonban amikor a nevezetes hengerrel lassú sebességre állítják be a működést, gyakran megjelenik egy bosszantó jelenség, amelyet tapadási-csúszási hatásnak vagy más néven kúszásnak neveznek.

A sima csúszás helyett a dugattyúrúd apró, heves ugrások sorozatában mozog. Ez az egyenetlen viselkedés tönkreteheti a finom folyamatokat, szerkezeti rezgéseket okozhat a gép vázképző részében, gyorsíthatja a mechanikai kopást, és lerövidítheti a henger üzemidejét. Az AIRWORK, mint a fejlett nevezetes rendszerek vezető szállítója, elkötelezett arra, hogy segítsen a gyártóknak megérteni a tapadási-csúszási hatás fizikai hátterét, és megbízható megoldásokat alkalmazzon, amelyek biztosítják a folyamatos, előrejelezhető lineáris mozgást.

A tapadási-csúszási hatás fizikája: statikus és dinamikus súrlódás

A csúszási rezgések (stick-slip) kiküszöböléséhez a dugattyú és a rúd tömítések fémes felületeken való csúszásának tribológiai (a súrlódás, kenés és kopás tanulmányozása) szempontjából kell vizsgálódni. Minden elasztomer–fém csúszási felület két különböző súrlódási együtthatóval rendelkezik:

• Statikus súrlódás (indítási súrlódás): az erő, amely szükséges ahhoz, hogy két nyugvó felület között mozgás kezdődjön. Nyugalmi állapotban az elasztomer tömítés molekulái mikroszkopikus szinten összehegednek vagy egymásba kapcsolódnak a fém hengerfal mikroszkopikus kiemelkedéseivel (asperitásokkal).
• Dinamikus súrlódás (csúszási súrlódás): az erő, amely szükséges a mozgás fenntartásához, miután a felületek már csúsznak. Ez mindig alacsonyabb, mint a statikus súrlódás.

Amikor egy henger nagyon lassú sebességre kap utasítást, a sűrített levegő nagyon lassan jut be a henger kamrájába. A nyomás növekszik, de a dugattyú nem mozdul, mert az erő továbbra is kisebb, mint a statikus súrlódás. Ebben az időszakban a dugattyú megakad.

Ahogy a levegő tovább áramlik be, a nyomás végül eléri a kioldási küszöböt. A tapadási súrlódás megszűnik, és a rendszer azonnal átcsatlakozik a csúszási súrlódásra. Mivel a csúszási súrlódás kisebb, a felhalmozódott összenyomott levegő által létrehozott erő most már sokkal nagyobb, mint amennyi a terhelés mozgatásához szükséges. A dugattyú hirtelen előrecsúszik. Ez a gyors mozgás gyorsan növeli a henger kamra térfogatát, ami miatt a belső nyomás azonnal leesik. Ahogy a nyomás csökken, a hajtóerő ismét a tapadási súrlódás határértéke alá esik, és a dugattyú újra megakad.

Ez a ragadás–csúszás–ragadás–csúszás ciklus folyamatosan ismétlődik, és lépcsőzetes, rángatózó mozgást eredményez. Nagy sebességeknél a dugattyú és a terhelés tehetetlenségi lendülete könnyen átvinni képes a rendszert ezeken az átmeneti fázisokon, így a ragadás–csúszás jelensége láthatatlan lesz. Alacsony sebességeknél azonban nincs elegendő lendület a súrlódási átmenet leküzdésére, ami súlyos rángatózó mozgáshoz vezet.

A henger ragadás–csúszás jelenségének fő okai B2B rendszerekben

Számos tervezési és környezeti tényező okozhatja vagy fokozhatja a csúszás-megállás hatását alacsony sebességű munkafolyamatokban:

• Nagy tömítési előterhelés és feszültség: A külső és belső szivárgás megelőzése érdekében a szokásos henger tömítései nagy sugárirányú előterheléssel készülnek. Ez azt jelenti, hogy a tömítés pereme szorosan a hengerhenger falához nyomódik. Bár ez kiváló a nagynyomású tartás érdekében, ez a nagy sugárirányú erő drasztikusan növeli a megindulási súrlódást.
• Kenőanyag elvesztése: Az idővel a nedvességet tartalmazó összenyomott levegő elmoshatja a hengerhenger belsejében lévő gyári zsírt. Ha a henger szárazon fut, a fémes–elastomer érintkezés közvetlen lesz, és a megindulási súrlódás rohamosan nő.
• Helytelen áramlásszabályozó beállítás: A henger sebességének szabályozása a hengerbe belépő levegő szabályozásával („meter-in” vezérlés) gyakori hiba. Mivel az elvezető oldalon nincs visszanyomás a dugattyú stabilizálására, a henger rendkívül érzékeny a csúszás-megállás hatásra.
• Mechanikai tengelyeltérés: Ha a henger kissé el van tolódva a külső lineáris vezetékekhez képest, a dugattyúrúd oldóirányú terhelést fog tapasztalni. Ez oldalirányú erőt fejt ki a dugattyún, ami egyoldalú, nagy helyi érintkezési nyomást eredményez a tömítés egyik oldalán, és megnöveli a statikus súrlódást.

A csúszkálás kiküszöbölésének lépésről lépésre leírt mérnöki megoldásai

Ezeket a mérnöki technikákat rendszeresen alkalmazva sikeresen megszüntetheti a ragadás-csúszás jelenségét, és visszaállíthatja az ultra-simított alacsony sebességű működést:

• Megoldás 1: A kifolyó áramlás szabályozásának alkalmazása. Mindig a henger sebességét a kilépő levegő (kifolyó szabályozás), nem pedig a belépő levegő (befolyó szabályozás) szabályozásával szabályozza. A kifolyó áramlás szabályozása állandó, stabil ellennyomást tart fenn a kifolyó kamrában. Ez az ellennyomás egy beállítható pneumatikus párnak működik, amely akadályozza a hirtelen ugrásokat, és csillapítja a csúszásra való hajlamot, így a dugattyú mozgása stabil marad.
• Megoldás 2: Speciális, alacsony súrlódási együtthatójú tömítések alkalmazása. Alacsony sebességű munkafolyamatok esetén a szokásos poliuretán vagy nitril-gumi tömítések nem megfelelőek. A tervező mérnököknek AIRWORK hengereket kell megadniuk alacsony súrlódási tömítés-készletekkel. Ezek a készletek Glyd gyűrűket használnak, amelyek PTFE (teflon) összetételből készülnek, és standard NBR O-gyűrűk által vannak energizálva. A PTFE rendkívül alacsony súrlódási együtthatóval rendelkezik, statikus és dinamikus súrlódási együtthatói majdnem azonosak, így mechanikailag kiküszöböli a ragadós-csúszós jelenség fizikai okait.
• Megoldás 3: Speciális fluorozott zsírral történő újraolajozás. A szokásos litium- vagy szilikon alapú zsírok meghibásodhatnak lassú, nagy súrlódási igénybevétel mellett. A henger belső felületének premium fluorozott zsírokkal (például PFPE-alapú kenőanyagokkal) történő újraolajozása rendkívül stabil, hosszantartó kenőfilmet biztosít, amely ellenáll a kimosódásnak, és csökkenti a megindulási súrlódást.
• Megoldás 4: A levegőminőség és -nyomás optimalizálása. A tápellátási nyomás ingadozásai rombolhatják a ragadás-csúszás jelenséget. Győződjön meg arról, hogy a rendszer egy stabil, jól szabályozott levegőellátással működik, amelyhez egy nagy pontosságú AIRWORK szűrő-szabályzó egységet használunk. Emellett a száraz levegő gyorsíthatja a tömítések kiszáradását, ezért – ha standard tömítéseket használnak – érdemes megfontolni egy permetező kenőberendezés alkalmazását.
• Megoldás 5: Külső csúszóvezetékek használata. Győződjön meg arról, hogy a henger rúdja nem veszi fel az oldalirányú terheléseket. Használjon önalakító csatlakozókat és nagy minőségű lineáris vezetősín-rendszereket, hogy a henger tökéletesen egyenes, súrlódásmentes tengely mentén mozogjon.

AIRWORK alacsony súrlódású neveléstechnikai henger sorozat

Az AIRWORK különösen érzékeny, alacsony sebességű automatizálási feladatokhoz kifejlesztett, alacsony súrlódású, kiváló simaságú hengerek speciális sorozatát kínálja. Hengereink mikrocsiszolt alumínium hengertömbökből készülnek, amelyek felületi érdessége (Ra) 0,2 mikronnál kisebb, és prémium minőségű, PTFE-erősítésű alacsony súrlódású tömítéseket, valamint speciális, magas stabilitású kenőanyagokat tartalmaznak.

Következtetés: Pontos vezérlés elérése az AIRWORK segítségével

A henger csúszás-akadályozódás jelensége egy gyakori fizikai kihívás az alacsony sebességű automatizálásban, de teljesen megoldható. A kimenő ág sebességszabályozásának alkalmazásával, az alacsony súrlódású PTFE tömítések használatával és a tökéletes mechanikai igazítás biztosításával a gépgyártók sima, csúszásmentes lineáris mozgást érhetnek el.

Látogassa meg a jzpnu.com webhelyet még ma, hogy megismerje speciális alacsony súrlódású hengerkonfigurációinkat, letöltse a műszaki alkalmazási jegyzeteket, és konzultáljon mozgásvezérlési szakértőinkkel.