Per què la maquinària industrial utilitza pneumàtica en lloc de elèctrica?
Oct 24, 2023
Per què la maquinària industrial utilitza pneumàtica en lloc de elèctrica?
Les solucions pneumàtiques tenen avantatges especials respecte a les elèctriques en termes de densitat de potència, fiabilitat, higiene, a prova d'explosió i resistència a la humitat. En algunes situacions industrials específiques, les solucions pneumàtiques seran més barates, més fiables o més segures que les elèctriques.
Tanmateix, si s'eliminen els requisits especials anteriors, com ara la mida i el pes, la resistència a l'ús brusc, a prova d'explosió i la resistència a la humitat, la propulsió elèctrica serà més convenient en escenaris industrials generals:
① El control és molt còmode (el gas és compressible, la pneumàtica és massa suau i difícil de controlar; la pressió hidràulica està bé);
② Els cables són més còmodes i estalvien espai que les canonades, i no cal tenir en compte el segellat;
③ El sistema de control és generalment més senzill i té avantatges de costos. Per exemple, els actuadors d'interruptors elèctrics multicanal es poden controlar directament per PLC, mentre que l'energia pneumàtica primer ha d'utilitzar PLC per controlar múltiples vàlvules solenoides (és a dir, illes de vàlvules), i després les vàlvules solenoides controlen els actuadors, creant-ne una més. nivell de control. El sistema és complex i costós.
En molts projectes industrials en què he participat, els avantatges de la pneumàtica són els següents:
1. Alta densitat de potència, lleuger i compacte.
Amb el mateix pes i mida del sistema, la potència que poden transmetre els sistemes pneumàtics i hidràulics és generalment més gran que la dels sistemes elèctrics. Això es deu principalment al fet que els actuadors de fluids com els cilindres i els cilindres hidràulics tenen estructures simples i, sobretot, càrregues d'accionament directe. Tanmateix, els motors de la mateixa potència tenen una gran massa d'imants i cables de coure, i s'ha de tenir en compte la dissipació de calor. En general, ha d'haver un espai addicional entre el motor i la càrrega. El volum i el pes d'un reductor són generalment més grans que un actuador gas-líquid de la mateixa potència.
2. Simple, fiable i durador.
El motiu principal és el que s'esmenta a 1. En general, el mecanisme de transmissió dels sistemes pneumàtics és més senzill que el dels sistemes elèctrics. A més de ser compacte i lleuger com s'esmenta a l'apartat 1, també aporta un altre avantatge: menys punts de fallada potencials i una major fiabilitat del sistema.
A més, la transmissió de fluids també ve amb una habilitat innata: la protecció contra sobrecàrregues. Les eines pneumàtiques generalment no danyaran les eines, però els tornavisos elèctrics i els trepans elèctrics cremaran el motor si estan bloquejats durant molt de temps; Els equips d'accionament pneumàtic i hidràulic també són molt resistents als impactes mecànics, com ara un fre sobtat. O si us topeu amb alguna cosa, el sistema d'accionament rarament es fa malbé, però és molt probable que el sistema d'accionament elèctric accionat pel motor i el reductor danyi els engranatges.
La funció de protecció contra sobrecàrregues del sistema de transmissió de fluids prové de dos aspectes: 1. El fluid és naturalment flexible i elàstic, i el sistema té capacitats d'amortiment natural; 2. El circuit de fluids està dissenyat generalment amb components de protecció de fluids, com ara vàlvules d'alleujament de pressió, que automàticament prendran mesures de protecció per subjectar automàticament la sortida màxima del sistema.
L'habilitat innata de protecció contra sobrecàrregues millora encara més la fiabilitat del sistema. Aquesta és la raó principal per la qual els equips pneumàtics i hidràulics són generalment més forts i duradors que els equips elèctrics.
3. La salut es troba principalment en els camps de l'alimentació i la medicina.
En general, els motors no compleixen els requisits de salut i seguretat de qualitat alimentària i farmacèutica: diverses pintures aïllants, adhesius i aliatges de terres rares. També hi ha diversos equips elèctrics de suport, cables, controls electrònics, connectors; suport d'equips de transmissió mecànica, reductors i components de transmissió. A més dels diferents materials implicats en els aparells elèctrics que fan olor tòxic, els diferents greixos lubricants, segells i adhesius que intervenen en la maquinària no compleixen els estàndards de seguretat d'aliments i medicaments.
A causa de les limitacions de la ciència dels materials, els sistemes electromecànics existents són intrínsecament difícils d'aconseguir la seguretat alimentària o fins i tot farmacèutica si volen complir els requisits de rendiment: els materials tòxics són difícils d'evitar. Si ho heu de fer, només podeu confiar en el segellat: segellar tots els equips que no es poden fer amb materials segurs i utilitzar materials de qualitat per a aliments i medicaments per a les peces exposades.
Tanmateix, aquest tipus de línies de producció funcionen contínuament, i moltes línies de producció fins i tot funcionen contínuament durant 24 hores. Poden aquests segells suportar un ús d'alta intensitat alhora que compleixen la seguretat dels aliments i dels medicaments? Per exemple, el segell d'eix d'un motor amb desenes de milers de girs no només ha de tenir un bon rendiment, ser altament fiable i ser capaç de suportar un funcionament continu 24x7, sinó que els materials utilitzats en tot el sistema de segellat també han de ser d'aliments i grau de drogues. És molt difícil complir els requisits de qualitat d'aliments i medicaments, i encara que es pugui aconseguir, encara és molt car.
Maquinària pneumàticageneralment utilitza acer inoxidable o aliatge d'alumini, diversos anells de segellat i diverses canonades de plàstic. No es requereixen molts tipus de materials i no es tenen en compte els requisits elèctrics com ara l'aïllament i el magnetisme. Els requisits mecànics dels segells a causa de l'acció intermitent no són tan grans. És dur pel que fa als materials, i és més fàcil que tot el sistema compleixi els requisits de seguretat i salut dels aliments i dels medicaments. Actualment és la solució més madura.
A més, no es cremarà per sobrecàrrega, la qual cosa també elimina un gran perill per a la salut i la seguretat. El material en si compleix les normes de seguretat i salut. Fins i tot si es trenca alguna cosa, cau escòries al producte o fuites de gas, hi ha una alta probabilitat que no hi hagi accidents de qualitat i seguretat a causa de la contaminació. Això s'anomena seguretat intrínseca. Per tant, és més fàcil i econòmic aconseguir la seguretat alimentària i farmacèutica amb sistemes pneumàtics que amb sistemes elèctrics, de manera que els components pneumàtics s'utilitzen àmpliament a les línies de producció d'aquestes dues indústries.
Molts equips elèctrics teòricament tenen la possibilitat de produir espurnes durant l'ús, com ara connectar, desconnectar i afluixar connectors, diverses bobines generaran força contra-electromotriu i els condensadors de les plaques de circuits poden explotar de sobte. Seria molt perillós si es produeix un incendi en un entorn inflamable i explosiu, com una refineria de petroli o una mina de carbó. Per tant, l'equip elèctric utilitzat en aquestes ocasions té un nivell tècnic anomenat "nivell a prova d'explosió". Els equips elèctrics que compleixen els requisits d'aquest nivell s'han de dissenyar especialment per garantir que cada enllaç elèctric no produeixi espurnes o per garantir que, encara que estigui segellat i aïllat, l'encesa també estigui aïllada de l'entorn explosiu. Es necessita molta mà d'obra i recursos materials per fer aquests dissenys i superar aquests nivells de certificació de proves. Per tant, els equips elèctrics amb nivells a prova d'explosió són generalment molt més cars que els equips elèctrics ordinaris amb les mateixes especificacions, i fins i tot poden ser diverses vegades pitjors.
Sempre que el gas dels equips pneumàtics estigui degudament purificat, no es barregi gas inflamable i no hi hagi col·lisió directa de metalls, essencialment no hi ha possibilitat d'espurnes. El mateix passa amb els equips hidràulics. Per tant, en situacions amb requisits a prova d'explosió, l'ús de gas o pressió hidràulica com a potència i col·locar les bombes, les vàlvules solenoides i altres equips elèctrics que condueixen els actuadors en una sala de bombes remota aïllada de l'entorn explosiu pot evitar l'ús d'explosions costoses. - Equips a prova. equips elèctrics, aconseguint així el propòsit de reduir els costos del sistema.
A més, per a algunes aplicacions especials personalitzades, és possible que els equips elèctrics a prova d'explosió no estiguin disponibles. En aquest cas, la unitat de gas-líquid pot ser l'única opció.
5. Impermeable i resistent a la humitat.
Els equips elèctrics utilitzats en entorns d'automatització industrial són generalment inseparables del corrent continu de baixa tensió. Com ara conduir vàlvules solenoides, conducció de relés, conduir petits motors, per no parlar del propi microcontrolador. Tanmateix, hi ha un gran problema amb l'electricitat de corrent continu: és propensa a la corrosió electroquímica.
Els circuits de corrent continu exposats a entorns humits són propensos a aquesta situació: la humitat es condensa sobre els conductors per formar piscines de solució local, i els conductors formen corrosió electroquímica impulsada per tensió de corrent continu. Per exemple, tot i que el corrent d'accionament de la vàlvula solenoide és una ona PWM, si el filtreu de pas baix, trobareu que té un gran component de corrent continu. En el camp del control industrial, a més del circuit d'alimentació, no hi ha molts corrents de CC estrictes en altres circuits. La majoria d'ells són senyals de forma d'ona com ara PWM. Tanmateix, aquestes formes d'ona, especialment les del circuit de potència, contenen un gran component de corrent continu, de manera que es veuran afectades per la humitat. La corrosió electroquímica es produeix al medi ambient. El lloc més probable que es produeixi aquest tipus de corrosió electroquímica és en diverses juntes de cables. Per tant, la soldadura s'ha d'utilitzar tant com sigui possible quan es connecten circuits de corrent continu. Embolicar directament cables metàl·lics junts és molt poc fiable. O s'oxidarà i es trencarà al cap d'uns dies, o provocarà un mal contacte al cap d'un temps. Per contra, el circuit de CA pur té una forta resistència a la corrosió.
Els equips pneumàtics i hidràulics, naturalment, no tenen aquest problema. En principi, és naturalment resistent a la humitat:
① No està carregat, no hi ha cap problema de corrosió electroquímica de la unitat elèctrica i no cal tenir en compte la conductivitat. Tots els materials metàl·lics poden ser d'acer inoxidable o aliatge d'alumini resistents a l'oxidació;
② L'entorn intern està ple de medi de treball (aire comprimit, oli hidràulic) i està sota pressió positiva, i el circuit de fluid de treball està connectat amb equips d'assecat i deshumidificació (com ara un assecador en fred), de manera que l'interior de la casa no afectat per la humitat del medi extern. Influït. Per tant, molts dels mecanismes d'accionament dels rentadors automàtics són hidràulics, perquè l'aigua és a tot arreu. La indústria alimentària és similar, però per evitar la contaminació causada per mitjans hidràulics, s'utilitza la pneumàtica.
No és que els equips elèctrics no es puguin convertir en equips a prova d'humitat, però hi ha un preu a pagar pel segellat: els equips estancs són sens dubte molt més cars que els equips no estancs. Juntament amb els avantatges esmentats anteriorment (com ara la higiene), la pneumàtica pot tenir un avantatge de costos en escenaris d'aplicació específics (com en alguns tallers de processament d'aliments d'alta humitat).
En resum, el control electrònic és una tendència important. Les solucions del mercat són riques i madures, i seran més madures i de baix cost en el futur. El sistema pneumàtic només té avantatges comparatius en algunes ocasions amb requisits especials. Per tant, sempre que no hi hagi requisits especials com ara la higiene dels aliments, la resistència a l'impacte, la resistència a les explosions i la resistència a la humitat, el sistema elèctric encara s'ha de donar prioritat a l'hora de dissenyar el sistema.
