Jautājums: Kā novērst 'cilindra stikslip' (rāpošanas) efektu zemas ātruma automatizācijas procesos?

Atbilde: Pneimatisko cilindru stikslip (rāpošanas) novēršanai nepieciešams novērst berzes nevienmērīgumu starp pistona blīvēm un cilindrs cilindra korpusa siena. Stick-slip parādās kā strupas, pa soļiem vai nevienmērīgas kustības, kad cilindrs darbojas ļoti zemās ātrumos (parasti zem 50 milimetriem sekundē). Tas notiek tāpēc, ka statiskais berzes koeficients ir ievērojami augstāks nekā dinamiskais berzes koeficients. Pistons pielīp, spiediens pieaug, līdz pārvar statisko berzi, pēc tam pistons ātri pārvietojas uz priekšu un atkal pielīp. Lai novērstu rāpošanu, konstruktōriem jāizmanto izplūdes plūsmas regulētāji, jāpārejam uz speciāliem zemas berzes PTFE pamatnes pistona blīvēm, jālieto augstas veiktspējas fluorēti smērvielas un jānodrošina ideāla izlīdzināšana, lai novērstu mehānisku aizķeršanos.

Ievads: Strupās cilindra kustības noslēpums

Augstas precizitātes rūpnieciskajā automatizācijā gluda un kontrolēta kustība ir būtiska. Vai nu mašīna piegādā griezējinstrumentu, vai uzklāj delikātu līmes joslu, vai arī lēni novieto delikātu elektronisko komponentu — svarīga ir vienmērīgums. Tomēr, kad pneimatiskās cilindra darbības ātrumu samazina līdz zemākiem līmeņiem, bieži rodas nepatīkams parādības veids, ko sauc par „līkšanu un slīdēšanu” vai „rāpošanu”.

Virsotne neveido gludu slīdēšanu, bet gan pārvietojas nelielos, spēcīgos, nekontrolētos salēcienos. Šāda nevienmērīgā uzvedība var sabojāt delikātus procesus, izraisīt strukturālas vibrācijas mašīnas rāmī, paātrināt mehānisko nodilumu un saīsināt cilindra ekspluatācijas laiku. Kā vadošais uzņēmums, kas piedāvā modernas pneimatiskās sistēmas, AIRWORK ir apņēmies palīdzēt ražotājiem saprast „līkšanas un slīdēšanas” fizikas principus un ieviest uzticamas risinājumu shēmas, lai nodrošinātu plūstošu un prognozējamu lineāro kustību.

„Līkšanas un slīdēšanas” fizika: statiskā pret dinamisko berzi

Lai novērstu līkšanas un slīdes parādību, mums jāapsver triboloģija (berzes, eļļošanas un nodiluma pētījumi) attiecībā uz pistoniem un stieņa blīvēm, kas slīd pa metāla virsmām. Katrai elastomēra un metāla virsmas savstarpējai berzes robežvirsmai ir divi atšķirīgi berzes koeficienti:

• Statiskā berze (atbrīvošanas berze): spēks, kas nepieciešams, lai sāktu kustību starp divām mierā esošām virsmām. Miera stāvoklī elastomēra blīves molekulas mikroskopiskā līmenī „savienojas” vai „iekļaujas” metāla cilindra sienas mikroskopiskajos izcilnīšos (asperitātēs).
• Dinamiskā berze (slīdes berze): spēks, kas nepieciešams, lai uzturētu kustību, kad virsmas jau slīd. Šis spēks vienmēr ir mazāks par statisko berzi.

Kad cilindram tiek dots komands pārvietoties ļoti lēnā ātrumā, saspiestais gaiss iekļūst cilindra kamerā ļoti lēni. Spiediens pieaug, taču pistons nepārvietojas, jo spēks joprojām ir mazāks par statisko berzi. Šajā periodā pistons ir „pieķēries”.

Kad gaisa plūsma turpina ienākt, spiediens galu galā pārsniedz atdalīšanās slieksni. Statiskā berze tiek pārvarēta, un sistēma uzreiz pāriet uz dinamisko berzi. Tā kā dinamiskā berze ir zemāka, saspiestā gaisa uzkrātā spēka radītā spēka vērtība tagad ir daudz lielāka par to, kas nepieciešama slodzes pārvietošanai. Cilindra virzulis pēkšņi izslīd uz priekšu. Šis straujais kustības process ātri paplašina cilindra kameru tilpumu, izraisot iekšējā spiediena momentānu kritumu. Kad spiediens kritīs, dzinējspēks atkal kļūst mazāks par statiskās berzes robežu, un virzulis atkal pieķeras.

Šis pieķeršanās–slīdēšana–pieķeršanās–slīdēšana cikls atkārtojas nepārtraukti, radošot nestabilu, čakstīgo kustību. Augstās ātrumās virzulim un slodzei piemītošais inercijas impulss viegli pārvar šīs pārejas fāzes, tādējādi padarot pieķeršanos–slīdēšanu neuzmanāmu. Tomēr zemās ātrumās nav pietiekami liela impulsa, lai pārvarētu berzes pāreju, kas rezultātā izraisa smagu čakstīgu kustību.

Galvenās cilindra pieķeršanās–slīdēšanas cēloņi B2B sistēmās

Vairāki dizaina un vides faktori var izraisīt vai pasliktināt lēnās darbības procesos notiekošo „līdzenuma zuduma” efektu:

• Augsta blīvējuma priekšslodze un spriegums: Lai novērstu ārējo un iekšējo noplūdi, standarta cilindru blīvējumi ir izstrādāti ar augstu radiālo priekšslodzi. Tas nozīmē, ka blīvējuma lūpa cieši piespiežas pret cilindra korpusu. Lai gan tas ir ļoti efektīvi augstspiediena noturēšanai, šis augstais radiālais spēks dramatiski palielina atdalīšanas berzi.
• Smērvielas zudums: Laika gaitā mitrā kompresētā gaisa ietekmē rūpnīcas smērviela cilindra korpusā var tikt izskalota. Ja cilindrs darbojas bez smērvielas, tiek veikta tieša metāla un elastomēra saskare, kas izraisītu atdalīšanas berzes strauju paaugstināšanos.
• Nepareiza plūsmas regulēšanas konfigurācija: Cilindra ātruma regulēšana, regulējot gaisa plūsmu, kas iekļūst cilindrā (plūsmas ieejas regulēšana), ir izplatīta kļūda. Tā kā izplūdes pusē nav pretspiediena, lai stabilizētu virzuļa kustību, cilindrs ir ļoti jutīgs pret „līdzenuma zuduma” efektu.
• Mehāniska nesakritība: Ja cilindrs ir viegli nobīdīts attiecībā pret ārējām lineārajām vadotnēm, tās stūmņa stienis piedzīvos sānu slodzes. Tas piespiež stūmni sāniski, izraisot augstu lokālo kontaktspiedienu uz blīvējuma vienas puses, kas palielina statisko berzi.

Pakāpeniskas inženierijas risinājumu virkne, lai novērstu rāpošanu

Sistēmiski pielietojot šīs inženierijas metodes, jūs veiksmīgi varat novērst lēkšanas un slidināšanas parādību un atjaunot ļoti gludu zemā ātruma darbību:

• Risinājums 1: Ieviest izplūdes plūsmas regulētājus. Cilindra ātrumu vienmēr regulējiet, regulējot izplūstošo gaisu (izplūdes regulēšana), nevis iekšējo gaisu (ieplūdes regulēšana). Izplūdes plūsmas regulēšana nodrošina pastāvīgu un stabili pretspiedienu izplūdes kamerā. Šis pretspiediens darbojas kā regulējams pneimatiskais amortizators, kas pretojas pēkšņiem lēcieniem un nomāc jebkādu slidināšanās tendenci, saglabājot stūmņa kustību stabila.
• Risinājums 2: Specializēties uz zema berzes blīvēm. Zemas ātruma darbības režīmos standarta poliuretāna vai nitrila blīves nav piemērotas. Konstruktors inženieriem jānorāda AIRWORK cilindri, kas aprīkoti ar zema berzes blīvju komplektiem. Šie komplekti izmanto Glyd gredzenus, kas izgatavoti no PTFE (teflona) savienojumiem un aktivizēti ar standarta NBR O-formas gredzeniem. PTFE ir ļoti zems berzes koeficients, un tā statiskais un dinamiskais berzes koeficients gandrīz pilnīgi sakrīt, kas mehāniski novērš „līkšanas un slīdēšanas” parādības fizikālo pamatu.
• Risinājums 3: Atkārtoti eļļot ar speciālu fluorētu smērvielu. Standarta litija vai silikona smērvielas var neizturēt lēnas, augstas berzes apstākļos. Cilindra dobuma atkārtota eļļošana ar augstas kvalitātes fluorētām smērvielām (piemēram, PFPE bāzes smērvielām) nodrošina ļoti stabili un ilgstošu smērvielas plēvi, kas iztur izskalošanos un samazina sākuma berzi.
• Risinājums 4: Optimizēt gaisa kvalitāti un spiedienu. Piegādes spiediena svārstības var pasliktināt līmēšanās-un-slīdēšana parādību. Pārliecinieties, ka sistēma tiek barota ar stabili, labi regulētu gaisa padevi, izmantojot augstas precizitātes AIRWORK filtru-regulatoru. Turklāt sauss gaiss var paātrināt blīvējumu izžūšanu, tāpēc, ja tiek izmantoti standarta blīvējumi, vajadzētu apsvērt miglas smērētāja izmantošanu.
• Risinājums 5: Izmantot ārējus slīdēšanas vadītājus. Pārliecinieties, ka cilindra stienis neuzņem sānu slodzes. Izmantojiet pašcentrējošus savienotājus un augstas kvalitātes lineāros vadītājus, lai nodrošinātu cilindra kustību pilnīgi taisnā, berzei nevainojamā asī.

AIRWORK zemas berzes pneimatisko cilindru sērija

AIRWORK piedāvā specializētu zemas berzes un augstas gluduma cilindru klāstu, kas speciāli izstrādāts delikātai zemas ātruma automatizācijai. Mūsu cilindri ir aprīkoti ar mikroapstrādātiem alumīnija caurulēm, kuru virsmas raupjums (Ra) ir mazāks par 0,2 mikroniem, un tie ir komplektēti ar augstas kvalitātes zemas berzes PTFE aktivizētiem blīvējumiem un speciāliem augstas stabilitātes smērvielām.

Secinājums: Sasniedziet precīzu vadību ar AIRWORK

Cilindra stumšana un slīdēšana ir parasta fiziska problēma zemās ātrumā darbojošos automatizācijas sistēmās, taču tā ir pilnībā risināma. Ieviešot ātruma regulēšanu izplūdes pusē, izmantojot zemu berzi nodrošinošus PTFE blīvējumus un nodrošinot ideālu mehānisko izlīdzinājumu, mašīnu ražotāji var sasniegt gludu, bez stumšanās un slīdēšanas lineāro kustību.

Apskatiet vietni jzpnu.com, lai izpētītu mūsu specializētās zemu berzi nodrošinošās cilindru konfigurācijas, lejupielādētu tehniskās lietošanas piezīmes un konsultētos ar mūsu kustības vadības ekspertiem.