Endüstriyel Makineler Neden Elektrik Yerine Pnömatik Kullanıyor?
Oct 24, 2023
Endüstriyel makinelerde neden elektrik yerine pnömatik kullanılıyor?
Pnömatik çözümlerin, güç yoğunluğu, güvenilirlik, hijyen, patlamaya dayanıklılık ve neme dayanıklılık açısından elektrikli çözümlere göre özel avantajları vardır. Bazı özel endüstriyel durumlarda pnömatik çözümler elektrikli çözümlere göre daha ucuz, daha güvenilir veya daha emniyetli olacaktır.
Bununla birlikte, boyut ve ağırlık, kaba kullanıma dayanıklılık, patlamaya dayanıklılık ve neme dayanıklılık gibi yukarıdaki özel gereksinimler kaldırılırsa, elektrikli tahrik genel endüstriyel senaryolarda daha uygun olacaktır:
① Kontrol çok kullanışlıdır (gaz sıkıştırılabilir, pnömatik çok yumuşaktır ve kontrol edilmesi zordur; hidrolik basınç iyidir);
② Teller borulara göre daha kullanışlıdır ve yerden tasarruf sağlar ve sızdırmazlığı dikkate almaya gerek yoktur;
③ Kontrol sistemi genel olarak daha basittir ve maliyet avantajına sahiptir. Örneğin, çok kanallı elektrikle çalışan anahtar aktüatörleri doğrudan PLC tarafından kontrol edilebilirken, pnömatik güç öncelikle birden fazla solenoid valfi (yani valf adalarını) kontrol etmek için PLC'yi kullanmalı ve ardından solenoid valfler aktüatörleri kontrol ederek bir tane daha oluşturmalıdır. kontrol seviyesi. Sistem karmaşık ve maliyetlidir.
Yer aldığım birçok endüstriyel projede pnömatiğin avantajları şu şekildedir:
1. Yüksek güç yoğunluğu, hafif ve kompakt.
Aynı sistem ağırlığı ve boyutunda, pnömatik ve hidrolik sistemlerin aktarabileceği güç genellikle elektrikli sistemlere göre daha fazladır. Bunun temel nedeni, silindirler ve hidrolik silindirler gibi akışkan aktüatörlerin basit yapılara ve çoğunlukla doğrudan tahrikli yüklere sahip olmasıdır. Bununla birlikte, aynı güçteki motorlarda büyük miktarda mıknatıs ve bakır tel bulunur ve ısı dağılımının dikkate alınması gerekir. Genel olarak motor ile yük arasında ilave boşluk olması gerekir. Bir redüktörün hacmi ve ağırlığı genellikle aynı güçteki bir gaz-sıvı aktüatörden daha büyüktür.
2. Basit, güvenilir ve dayanıklı.
Bunun temel nedeni 1. maddede belirtildiği gibidir. Genel olarak pnömatik sistemlerin aktarım mekanizması elektrikli sistemlere göre daha basittir. 1'de belirtildiği gibi kompakt ve hafif olmasının yanı sıra başka bir fayda da sağlar: daha az potansiyel arıza noktası ve daha yüksek sistem güvenilirliği.
Ayrıca sıvı iletimi doğuştan gelen bir beceriyi de beraberinde getirir: aşırı yük koruması. Pnömatik aletler genellikle aletlere zarar vermez ancak elektrikli tornavidalar ve elektrikli matkaplar uzun süre bloke edilirse motoru yakar; Pnömatik ve hidrolik çalıştırma ekipmanları da ani fren gibi mekanik darbelere karşı oldukça dayanıklıdır. Veya bir şeye çarptığınızda tahrik sistemi nadiren hasar görür, ancak motor ve redüktör tarafından tahrik edilen elektrikli tahrik sisteminin dişlilere zarar verme olasılığı çok yüksektir.
Akışkan iletim sisteminin aşırı yük koruma fonksiyonu iki açıdan gelir: 1. Akışkan doğal olarak esnek ve elastiktir ve sistem doğal tamponlama özelliklerine sahiptir; 2. Akışkan devresi genel olarak, sistemin maksimum çıkışını otomatik olarak sıkıştırmak için otomatik olarak koruyucu önlem alacak olan basınç tahliye vanaları gibi akışkan koruma bileşenleriyle tasarlanmıştır.
Aşırı yük korumasının doğuştan gelen yeteneği, sistemin güvenilirliğini daha da artırır. Pnömatik ve hidrolik ekipmanların genellikle elektrikli ekipmanlara göre daha güçlü ve dayanıklı olmasının ana nedeni budur.
3. Sağlık ağırlıklı olarak gıda ve ilaç alanlarındadır.
Motorlar genellikle gıda ve ilaç sınıfı sağlık ve güvenlik gerekliliklerini karşılamamaktadır: çeşitli yalıtım boyaları, yapıştırıcılar ve nadir toprak alaşımları. Ayrıca çeşitli destekleyici elektrikli ekipmanlar, teller, elektronik kontroller, konektörler de vardır; mekanik transmisyon ekipmanlarını, redüktörleri ve transmisyon bileşenlerini destekler. Toksik kokan elektrikli cihazlarda kullanılan çeşitli malzemelerin yanı sıra, makinelerde kullanılan çeşitli yağlama gresleri, contalar ve yapıştırıcıların tümü gıda ve ilaç güvenliği standartlarını karşılamamaktadır.
Malzeme biliminin sınırlamaları nedeniyle, mevcut elektromekanik sistemlerin, performans gereksinimlerini karşılamaları durumunda gıda ve hatta farmasötik düzeyde güvenlik elde etmesi doğası gereği zordur: Zehirli malzemelerin atlanması zordur. Bunu yapmak zorundaysanız, yalnızca yalıtmaya güvenebilirsiniz: Güvenli malzemelerden yapılamayan tüm ekipmanları yalıtın ve açıkta kalan parçalar için gıda ve ilaca uygun malzemeler kullanın.
Ancak bu tip üretim hatları sürekli çalışır ve hatta birçok üretim hattı 24 saat boyunca sürekli olarak çalışır. Bu contalar, gıda ve ilaç sınıfı güvenliği karşılarken bu kadar yüksek yoğunluklu kullanıma dayanabilir mi? Örneğin, onbinlerce dönüşe sahip bir motorun salmastrasının iyi performansa sahip olması, son derece güvenilir olması ve 7x24 sürekli çalışmaya dayanabilmesinin yanı sıra, tüm sızdırmazlık sisteminde kullanılan malzemelerin de gıda ve gıda maddelerinden olması gerekir. uyuşturucu derecesi Gıda ve ilaç sınıfı gerekliliklerini karşılamak çok zordur ve elde edilebilse bile hala çok pahalıdır.
Pnömatik makinelergenellikle paslanmaz çelik veya alüminyum alaşımı, birkaç sızdırmazlık halkası ve birkaç plastik boru kullanır. Çok fazla malzeme türü gerekli değildir ve yalıtım ve manyetizma gibi elektriksel gereksinimler dikkate alınmaz. Aralıklı hareket nedeniyle contalara yönelik mekanik gereksinimler o kadar da iyi değil. Malzemeler açısından zorludur ve tüm sistemin gıda ve ilaç sınıfı sağlık ve güvenlik gerekliliklerini karşılaması daha kolaydır. Şu anda en olgun çözümdür.
Üstelik aşırı yüklenme nedeniyle yanmaz, bu da büyük bir sağlık ve güvenlik tehlikesini ortadan kaldırır. Malzemenin kendisi sağlık ve güvenlik standartlarını karşılar. Bir şey kırılsa, ürüne cüruf düşse veya gaz sızsa bile kirlenmeden dolayı kalite ve güvenlik kazası yaşanmama ihtimali yüksektir. Buna içsel güvenlik denir. Bu nedenle, pnömatik sistemlerle gıda ve ilaç güvenliğine ulaşmak elektrikli sistemlere göre daha kolay ve daha ucuz olduğundan, bu iki endüstrinin üretim hatlarında pnömatik bileşenler yaygın olarak kullanılmaktadır.
Birçok elektrikli ekipmanın teorik olarak kullanım sırasında konnektörlerin takılması, çıkarılması ve gevşetilmesi gibi kıvılcımlanma olasılığı vardır, çeşitli bobinler karşı elektromotor kuvveti üretecektir ve devre kartlarındaki kapasitörler aniden patlayabilir. Petrol rafinerisi veya kömür madeni gibi yanıcı ve patlayıcı bir ortamda yangın çıkması çok tehlikeli olabilir. Dolayısıyla bu tür durumlarda kullanılan elektrikli ekipmanların "patlamaya dayanıklılık seviyesi" adı verilen teknik bir seviyesi vardır. Bu seviyenin gerekliliklerini karşılayan elektrikli ekipmanın, her bir elektrik bağlantısının kıvılcım çıkarmamasını veya yalıtılmış ve izole edilmiş olsa bile ateşlemenin patlayıcı ortamdan da izole edilmesini sağlayacak şekilde özel olarak tasarlanması gerekir. Bu tasarımları yapmak ve bu seviyelerdeki test sertifikasyonunu geçmek çok fazla insan gücü ve malzeme kaynağı gerektirir. Bu nedenle, patlamaya dayanıklılık seviyelerine sahip elektrikli ekipmanlar genellikle aynı özelliklere sahip sıradan elektrikli ekipmanlara göre çok daha pahalıdır ve hatta birkaç kat daha kötü olabilir.
Pnömatik ekipmandaki gaz uygun şekilde arıtıldığı, yanıcı gaz karışmadığı ve metallerin doğrudan çarpışması olmadığı sürece, esasen kıvılcım oluşma olasılığı da yoktur. Aynı şey hidrolik ekipmanlar için de geçerlidir. Bu nedenle, patlamaya dayanıklılık gerekliliklerinin olduğu durumlarda, gaz veya hidrolik basıncın güç olarak kullanılması ve aktüatörleri çalıştıran pompaların, solenoid valflerin ve diğer elektrikli ekipmanların, patlayıcı ortamdan izole edilmiş uzak bir pompa odasına yerleştirilmesi, pahalı patlama kullanımını önleyebilir. -geçirmez ekipman. elektrikli ekipman, böylece sistem maliyetlerini azaltma amacına ulaşılır.
Üstelik bazı özelleştirilmiş özel uygulamalar için patlamaya dayanıklı hazır elektrikli ekipmanlar mevcut olmayabilir. Bu durumda gaz-sıvı tahriki tek seçenek olabilir.
5. Su geçirmez ve neme dayanıklı.
Endüstriyel otomasyon ortamlarında kullanılan elektrikli ekipmanlar genellikle alçak gerilim doğru akımdan ayrılamaz. Solenoid valflerin çalıştırılması, rölelerin çalıştırılması, küçük motorların çalıştırılması gibi mikrokontrolörün kendisinden bahsetmeye bile gerek yok. Ancak DC elektriğiyle ilgili büyük bir sorun var: Elektrokimyasal korozyona yatkındır.
Nemli ortamlara maruz kalan DC devreleri bu duruma eğilimlidir: nem, iletkenlerin üzerinde yoğunlaşarak yerel çözüm havuzları oluşturur ve iletkenler, DC voltajının neden olduğu elektrokimyasal korozyon oluşturur. Örneğin, solenoid valf üzerindeki tahrik akımı bir PWM dalgası olmasına rağmen, onu alçak geçiren filtrelerseniz büyük bir DC bileşenine sahip olduğunu göreceksiniz. Endüstriyel kontrol alanında, güç devresine ek olarak diğer devrelerde çok fazla katı DC akım yoktur. Çoğu PWM gibi dalga biçimi sinyalleridir. Ancak bu dalga formları, özellikle de güç devresinin dalga formları büyük bir DC bileşeni içerdiğinden nemden etkileneceklerdir. Ortamda elektrokimyasal korozyon meydana gelir. Bu tür elektrokimyasal korozyonun meydana gelmesi en muhtemel yer, çeşitli tel bağlantı noktalarıdır. Bu nedenle DC devrelerin kablolaması yapılırken mümkün olduğunca kaynak kullanılmalıdır. Metal telleri doğrudan birbirine sarmak çok güvenilmezdir. Bir kaç gün sonra ya paslanıp kırılacak ya da bir süre sonra temasın zayıf olmasına neden olacaktır. Aksine, saf AC devresi güçlü bir korozyon direncine sahiptir.
Pnömatik ve hidrolik ekipmanlarda doğal olarak bu sorun yaşanmaz. Prensip olarak doğal olarak neme karşı dayanıklıdır:
① Şarj edilmez, elektrikli sürücünün elektrokimyasal korozyon sorunu yoktur ve iletkenliği dikkate almaya gerek yoktur. Tüm metal malzemeler paslanmaya dayanıklı paslanmaz çelik veya alüminyum alaşımı olabilir;
② İç ortam çalışma ortamı (basınçlı hava, hidrolik yağ) ile doldurulmuştur ve pozitif basınç altındadır ve çalışma sıvısı devresi kurutma ve nem alma ekipmanına (soğuk kurutucu gibi) bağlanmıştır, böylece evin içi dış ortamdan gelen nemden etkilenir. Etkilendim. Bu nedenle otomatik araç yıkama odalarının çalıştırma mekanizmalarının çoğu hidroliktir çünkü su her yerdedir. Gıda endüstrisi de benzerdir ancak hidrolik ortamların neden olduğu kirlenmeyi önlemek için pnömatik kullanılır.
Bu, elektrikli ekipmanın neme dayanıklı ekipmana dönüştürülemeyeceği anlamına gelmez, ancak sızdırmazlık için ödenmesi gereken bir bedel vardır: su geçirmez ekipman, su geçirmez olmayan ekipmana göre kesinlikle çok daha pahalıdır. Yukarıda listelenen avantajlarla (hijyen gibi) birleştiğinde pnömatik, belirli uygulama senaryolarında (bazı yüksek nemli gıda işleme atölyeleri gibi) maliyet avantajına sahip olabilir.
Kısacası elektronik kontrol önemli bir trend. Piyasadaki çözümler zengin ve olgundur ve gelecekte daha olgun ve düşük maliyetli hale gelecektir. Pnömatik sistem yalnızca özel gereksinimlerin olduğu bazı durumlarda karşılaştırmalı avantajlara sahiptir. Bu nedenle gıda hijyeni, darbeye dayanıklılık, patlamaya dayanıklılık ve neme dayanıklılık gibi özel gereksinimler olmadığı sürece sistem tasarlanırken yine de elektrik sistemine öncelik verilmelidir.
