Návrh účinnějšího pneumatického systému pro automatizované balení

U balicího stroje s vysokou průchodností závisí pneumatický výkon na více než jen na výběru válce s dostatečnou teoretickou silou. Válec, ventilový ostrov, hadice, přívod stlačeného vzduchu a strategie řízení musí fungovat jako ucelený systém, aby stroj trvale dosahoval požadované doby cyklu bez spotřeby většího množství stlačeného vzduchu, než je nutné.

Právě taková inženýrská výzva stála za novou aplikací automatizovaného balení, kterou vyvinula společnost BEUMER. Systém vyžadoval kompaktní a opakovatelný pneumatický pohyb a zároveň musel umožnit efektivní montáž stroje a jeho uvedení do provozu.

Se společností BEUMER jsme spolupracovali od raných fází vývoje pneumatického okruhu až po testování v jejím závodě. Společně jsme posoudili celý pneumatický systém, včetně dimenzování válců, konfigurace ventilového ostrova, rozměrů hadic, přívodu stlačeného vzduchu a požadavků na řízení.

Proč je důležitý návrh pneumatiky na systémové úrovni

Pneumatický okruh může obsahovat správně specifikované jednotlivé komponenty, a přesto jako celek fungovat špatně.

Válec může například poskytovat dostatečnou teoretickou sílu, ale omezený průtok ventilem, dlouhé vedení hadic nebo tlaková ztráta při špičkové spotřebě mohou zabránit tomu, aby dokončil zdvih v požadovaném čase. Naopak zvětšování všech komponent za účelem vytvoření dodatečné konstrukční rezervy může zvýšit náklady, nároky na zástavbový prostor a spotřebu stlačeného vzduchu, aniž by se odstranilo skutečné omezení.

U aplikace pro společnost BEUMER jsme proto posuzovali celou pneumatickou trasu, místo abychom válce, ventily a hadice řešili jako samostatné specifikační úlohy.

Začněte požadovaným pohybem a zatížením

Výběr válce by měl vycházet z úlohy, kterou má mechanismus plnit. Patří sem zatížení, které je třeba přemístit, požadovaný zdvih, orientace montáže a čas, který je k dispozici na provedení každého pohybu.

Výpočet musí zohlednit také tlak dostupný u pohonu, nikoli pouze jmenovitý tlak systému. Na skutečný výkon mohou mít vliv tření, zrychlení, vnější odpor, mechanické vyrovnání i tlumení v koncové poloze.

Ve spolupráci se společností BEUMER jsme podpořili výběr válců na základě požadavků aplikace na zatížení a sílu. Zohlednili jsme také potřebnou dobu cyklu a to, jak by měl mechanismus reagovat při přerušení dodávky elektrické energie nebo stlačeného vzduchu.

Tento přístup vycházející z aplikace pomáhá předejít dvěma běžným problémům při specifikaci: výběru válce, který má v dynamických podmínkách potíže, nebo předimenzování pohonu, který pak spotřebovává více stlačeného vzduchu, než pohyb vyžaduje.

Přizpůsobte průtokovou kapacitu ventilů skutečné potřebě

Ventilový ostrov musí zajistit dostatečný průtok ve chvíli, kdy jej stroj potřebuje. To je obzvlášť důležité, když pracuje několik pohonů současně.

Jmenovité údaje o průtoku ventilů jsou užitečným výchozím bodem, ale ne vždy odpovídají tlaku, který je u jednotlivých pohonů k dispozici při špičkové spotřebě. Odezvu systému může ovlivnit počet ventilových pozic napájených jedním vstupem, pořadí činností i celková potřeba průtoku.

Se společností BEUMER jsme definovali konfiguraci ventilového ostrova, nadimenzovali ventily a určili, jak má být pneumatické napájení rozvedeno v rámci systému.

Díky tomu jsme mohli vyvážit dva požadavky: zajistit dostatečný průtok pro konzistentní odezvu pohonů a zároveň se vyhnout zbytečné kapacitě, která by zvětšila rozměry, náklady nebo složitost.

Sloučení několika ventilových funkcí do konfigurovaného ventilového ostrova navíc vytváří přehlednější pneumatickou architekturu a snižuje rozsah samostatného potrubí a kabeláže uvnitř stroje.

Dimenzujte hadice podle průtoku, vzdálenosti a objemu vzduchu

Hadice jsou důležitou součástí pneumatického okruhu, přesto se jim často věnuje jen okrajová pozornost.

Příliš omezující hadice mohou způsobit tlakovou ztrátu a omezit rychlost pohonu. Zvětšení průměru hadice však není vždy řešením. Větší nebo zbytečně dlouhé hadice zvyšují vnitřní objem, který je nutné v každém cyklu natlakovat a odvětrat.

Správná volba závisí na průtokové potřebě pohonu, vzdálenosti mezi ventilem a pohonem, provozním tlaku, omezeních daných šroubením a připojením, požadované době pohybu a objemu vzduchu spotřebovaného v každém cyklu.

Rozměry hadic a průtokové cesty jsme se společností BEUMER posoudili individuálně, místo abychom použili paušální pravidlo předimenzování. Cílem bylo zajistit požadovanou odezvu pohonů a zároveň omezit zbytečný objem stlačeného vzduchu.

Je-li to možné, umístění ventilů blíže k pohonům může rovněž snížit objem hadic a tlakovou ztrátu. Spolu s pneumatickou účinností je však třeba zohlednit také přístupnost, okolní podmínky a požadavky na údržbu.

Zohledněte celý přívod stlačeného vzduchu

Spolehlivý provoz pneumatiky závisí na tlaku, kvalitě a stavu přívodu stlačeného vzduchu.

Zelfs wanneer afzonderlijke componenten correct zijn gedimensioneerd, kunnen vernauwingen of drukschommelingen elders in het systeem de machineprestaties beïnvloeden. Luchtbehandeling, capaciteit van de toevoerleidingen, afsluiting, aftapping en leidingtracé moeten daarom worden meegenomen in het totale machineontwerp.

In het kader van onze samenwerking met BEUMER hebben we geadviseerd over de opstelling van de persluchttoevoer en de pneumatische leidingen, inclusief het beheer van condensaat in het systeem.

Belangrijke ontwerpaspecten zijn onder meer de beschikbare druk tijdens perioden van maximale vraag, filtratie die past bij de toepassing, mogelijke laagste punten waar condensaat zich kan verzamelen, voorzieningen voor aftapping, het tracé van leidingen en slangen, afsluiting en drukontlasting, en toegang voor inspectie en onderhoud.

Včasné řešení těchto otázek pomáhá chránit pneumatické komponenty, snížit zbytečné tlakové ztráty a usnadnit údržbu hotového systému.

Leg het gedrag bij storingen vast tijdens het circuitontwerp

Het wegvallen van de elektrische voeding of de perslucht moet al worden meegenomen wanneer het pneumatische circuit wordt ontwikkeld, en niet pas nadat de machine is gemonteerd.

Požadovaná reakce bude záviset na mechanismu a na posouzení rizik stroje. Pohon se může muset zastavit, zasunout, vysunout nebo udržet definovanou polohu. Pokud by pohyb mohla způsobit gravitace, vnější zatížení nebo akumulovaná pneumatická energie, mohou být nutná další řídicí opatření.

Během procesu návrhu se společností BEUMER jsme posuzovali, jak by měl pneumatický okruh reagovat při přerušení dodávky elektrické energie nebo stlačeného vzduchu.

V této fázi je důležité stanovit, jakou polohu má každý pohon zaujmout, zda by se při ztrátě tlaku mohlo pohnout zatížení, zda je nutné akumulovanou pneumatickou energii uzavřít nebo odvětrat, co se má stát po obnovení tlaku nebo elektrického napájení a jak bude personál údržby systém uzavírat a ověřovat jeho stav.

Včasné definování těchto požadavků pomáhá zajistit, aby architektura okruhu od samého začátku podporovala zamýšlené chování stroje.

Otestujte celou pneumatickou trasu

Výpočty a údaje o komponentách tvoří základ návrhu, celý pneumatický systém je však přesto nutné posoudit v reprezentativních provozních podmínkách.

Navštívili jsme závod společnosti BEUMER, abychom posoudili smontovanou instalaci a ověřili, že systém odpovídá dohodnutému pneumatickému návrhu. Společně jsme prověřili layout, průtokové cesty a nastavení řízení a provedli úpravy pro zajištění konzistentního provozu.

Praktická zkouška pneumatiky by měla zohlednit napájecí tlak v klidu a při špičkovém průtoku, pohyb pohonů a dobu cyklu, opakovatelnost v po sobě jdoucích cyklech, současnou spotřebu více pohonů, tlumení a chování v koncové poloze, úniky, reakce na výpadek elektrické energie nebo stlačeného vzduchu a chování při opětovném spuštění.

Testování celého stroje může odhalit problémy, které jsou z údajů o komponentách jen obtížně zjistitelné. Chování pneumatického systému v provozu mohou ovlivnit vedení hadic, zúžení ve šroubení, podmínky odvětrání i nastavení řízení.

Podpora společnosti BEUMER od návrhu po testování

Ve spolupráci se společností BEUMER jsme vyvinuli pneumatický systém postavený na požadavcích aplikace automatizovaného balení, místo abychom vycházeli z předem stanoveného seznamu komponent.

Naše práce zahrnovala posouzení pneumatického okruhu, podporu při dimenzování pohonů a ventilů, konfiguraci architektury ventilového ostrova, posouzení rozměrů hadic a průtokových cest, poradenství k přívodu stlačeného vzduchu a řízení kondenzátu, zohlednění odezvy systému při přerušení napájení nebo přívodu vzduchu a podporu při testování v závodě společnosti BEUMER.

Tento provázaný přístup umožnil posuzovat mechanický návrh, pneumatickou architekturu a požadavky na řízení společně.

Praktické poznatky pro konstruktéry balicích strojů

Projekt ukazuje pět zásad, které lze uplatnit i u jiných automatizovaných balicích systémů.

Specifikujte pohyb dříve, než vyberete komponentu

Před výběrem pohonu definujte zatížení, zdvih, orientaci, požadovanou dobu pohybu a zamýšlené chování při poruše.

Zkontrolujte dynamické provozní podmínky

Posuďte tlak a průtok dostupné při špičkové spotřebě, nejen statický napájecí tlak.

Považujte hadice za součást pneumatického okruhu

Průměr, délka, šroubení i vnitřní objem hadic ovlivňují odezvu pohonu a spotřebu stlačeného vzduchu.

Stanovte kritéria testování včas

Před konečným uvedením do provozu se dohodněte, jak budou posuzovány doba cyklu, opakovatelnost, spotřeba vzduchu a chování systému.

Zkontrolujte smontovaný stroj

Podrobnosti instalace a nastavení řízení mohou ovlivnit skutečný výkon, i když jsou původní výpočty a výběr komponent správné.

Proberte s námi aplikaci svého balicího stroje

Pokud navrhujete nebo modernizujete pneumatický systém pro balicí zařízení nebo zařízení pro manipulaci s materiálem, proberte s námi zatížení, profil pohybu, dobu cyklu, dostupný tlak, omezení instalace a požadované chování stroje.

Pomůžeme vám posoudit celou pneumatickou trasu a určit, jak mohou dimenzování pohonů, konfigurace ventilů, výběr hadic a testování systému přispět k účinnějšímu a konzistentnějšímu návrhu stroje.