Hidrolik endüstrisinde güvenilirlik her zaman önemlidir ve çalışma süresini korumak, özellikle hızar fabrikaları, dökümhaneler, çelik fabrikaları ve mobil makineler gibi zorlu ve zorlu uygulamalarda zorlayıcı olabilir. Akışkan gücü mühendisleri için bu, hidrolik silindirlerde sensörlerin yaygın kullanımıyla daha kritik bir konu haline geldi.
Geri bildirim cihazları, kullanıcıların kesinlik sağlamasına, performansı izlemesine ve arızaları büyük arızalara dönüşmeden tespit etmesine olanak tanır. Ne yazık ki, dayanıklılık açısından, sensörler ve elektronikler genellikle bir hidrolik kontrol devresindeki zayıf halkalardır, ancak doğru planlama ile sistemleriniz çalışır durumda kalabilir. Mühendislerin karşılaştığı engellere ve zorlu ve zorlu ortamlarda kesintisiz ve sorunsuz çalışmayı sağlamaya yardımcı olacak bir stratejiye bakalım.
Silindir algılama
Basit ve zahmetsiz uygulamalarda, silindir sensörlerini belirleme konusunda ekipman tasarımcıları birçok seçeneğe sahiptir. İki temel konumlandırma metodolojisi, strok sonu algılama ve sürekli algılamadır. Hall etkisi cihazları gibi strok sonu sensörleri tipik olarak ekonomiktir ancak yalnızca piston çubuğunun tamamen uzatılmış mı yoksa tamamen geri çekilmiş mi olduğunu söyler.
LVDT’ler (doğrusal değişken yer değiştirmeli transformatörler), optik kodlayıcılar ve manyetostriktif sensörler gibi sürekli konum sensörleri daha maliyetlidir, ancak önemli ölçüde daha fazla bilgi sağlar. Kullanıcılar, silindir çubuğunun her zaman tam olarak nerede olduğunu bilirler.
Kereste fabrikaları ve lastik presleri gibi zorlu uygulamalarda sürekli hidrolik silindir konumu geri bildirimi gerektiğinde, manyetostriktif silindir sensörleri yaygın olarak kullanılır. Yüksek doğruluk, geniş sıcaklık aralığı, aşınmasız çalışma, şok ve titreşim toleransları nedeniyle alternatiflere göre tercih edilirler. Bu tasarımda, algılama probu silindirin içine yerleştirilmiştir, bu nedenle ünitenin çoğu iyi korunur.
Ancak belirtilen silindir sensörünün türünden bağımsız olarak, çok zorlu uygulamalar standart ürünler için beka sınırlarını zorlar ve potansiyel olarak erken sensör arızasına yol açar. İşte bazı yaygın sorunlara ve olumsuz çalışma koşullarına rağmen çalışma süresini artırmanın yollarına bir bakış.
Aşırı ısı
Aşırı sıcaklıklar her sensör için zorlayıcı olabilir. Örneğin, çelik yüksek fırınların, sürekli döküm makinelerinin ve sıcak haddeleme hatlarının yakınında çalışmak, ekipmanı elektronik bileşenleri zorlayacak ve arızayı hızlandıracak sıcak ortam sıcaklıklarına maruz bırakır.
Kullanıcılar iletim, konveksiyon ve radyasyon ısı transferi ile ilgilenmelidir. Durumla mücadele etmek için kurulumu değerlendirin ve muhtemelen sensörün ısı kaynaklarına maruz kalmasını azaltın. İletim durumunda, mümkünse sensörü ısı kaynağından mümkün olduğunca uzağa yerleştirin. Veya silindirin bir ısı kaynağına doğrudan bağlanan bir arka çatalı varsa, bu iletim yolunu kırmak için bir termal bariyer (yalıtkan) takabilirsiniz.
Sıcak hava akışını sensör muhafazasından uzaklaştırmak için ısı kalkanları kurarak konveksiyonu azaltın. Çoğu zaman, aynı korumalar yayılan kızılötesi enerjiyi de engeller, ancak bir miktar ısı muhtemelen arka taraftan yeniden yayılır.
Ardından, sensörün kendisine bakın. Standart silindir sensörleri tipik olarak maksimum belirtilen sıcaklık derecesine 75°C (167°F) sahiptir, ancak 100°C’ye (212°F) kadar dayanabilen gelişmiş versiyonlar mevcuttur.
Ve tüm kabloların eşit olmadığını unutmayın. Standart poliüretan kablo malzemeleri daha yüksek sıcaklıklarda hızla bozulur veya erir, ancak PTFE gibi özel kablo kılıfı malzemeleri 200°C’ye (392°F) kadar dayanabilir.
Bir de fedakar kablo stratejisi dediğimiz şey var. Dönüştürücü ile kontrol kutusu arasında 20 m’lik bir kablo çalıştırıyorsanız ve kablo arızalanırsa, 20 m’nin tamamını yeniden kablolamanız gerekir. Bunun yerine, dönüştürücüden ana kabloya kısa bir fedakar kablo takın. Yüksek ısı nedeniyle arızalanırsa, teknisyenler tüm ev tipi kabloyu yeniden bağlamadan hızlı bir şekilde fişini çekip değiştirebilir.
Elektroniklerin zorlu ortamlarda hayatta kalması için hala çok mu sıcak? Bu durumlarda sensörü, hava veya su soğutma sistemi için tasarlanmış koruyucu bir muhafazaya monte edin. Ve örneğin Milwaukee Cylinder gibi şirketler, sensör sıcaklıklarını azaltacak su soğutmalı hidrolik silindirler yapıyor.
Çok soğuk
Arktik bölgelerindeki petrol ve gaz operasyonlarında, sıcaklıkların –40°C (–40°F) veya altına düşebildiği durumlarda, bunun tersi durum sıklıkla görülür. Bu sıcaklıklarda, conta ve contalarda, kablo izolasyonunda ve dış kılıflarda kullanılan polimerler ve sensör elemanı sönümleme malzemeleri kırılgan hale gelebilir. Yarı iletken malzemeler iletkenliğini kaybetmeye başlar ve devreler tahmin edilemez şekilde davranabilir.
Düşük sıcaklık polimer formülasyonlarına sahip özel hidrolik silindir sensörleri, –50°C (–58°F) kadar düşük sıcaklıklarda çalışacak şekilde tasarlanmıştır. Elektronik arızalarla mücadele etmek için üretici, elektronik aksamlara sürekli olarak -40° C’nin altında güç verildiğini belirtebilir. Isı yayılımı elektronik aksamları ısıtır ve bunları uygun çalışma aralığında tutar.
Fiziksel etki
Hızar fabrikalarında düşen kütükler, mobil araçlarda uçan kayalar ve ekipmana tırmanırken yalnızca silindirleri basamak olarak kullanan işçiler, mekanik çarpmanın tipik nedenleridir. Genel olarak, hidrolik silindirler sağlamdır ve bu tür kötüye kullanımın üstesinden gelmek için üretilmiştir. Aynı şey sensörler için söylenemez. Standart silindir konum sensörleri tipik olarak açıkta kalan, ekstrüde edilmiş bir alüminyum muhafazaya sahiptir. Bir sensörün darbe yüklerinden kurtulma şansını artırmak için koruma, gömme ve yükseltme yaklaşımını benimseyin.
Koruma. Birçok silindir üreticisi, silindir sensörleri için aksesuar korumaları sağlar. Büyük bir uç kapağı – esasen bir çelik boru uzunluğu – içindeki dönüştürücüyü korumak için silindirin arka ucuna monte edilir. Dezavantajı, sensöre servis vermek için çıkarılmaları gerektiğidir ve çoğu zaman servisten sonra kapalı kalırlar ve sensörü darbelere karşı savunmasız bırakırlar.
Göm. Sensörü silindirin dışına monte etmek yerine silindirin içine kompakt sensörler yerleştirilebilir. Böylece, sağlam silindirin kendisi sensörü hasardan korur ve sadece elektrik bağlantısı açığa çıkar. Bu tür sensörler genellikle mobil hidrolik uygulamalar için kaynaklı silindirlere kurulur ve sabit endüstriyel uygulamalar için de uygundurlar.
Güncelleme. Özellikle sağlam muhafazalara sahip silindir sensörleri, standart tiplere göre bir yükseltmedir. Bu tasarımlar, birkaç cıvatayla tutturulmuş düşük profilli, sağlam paslanmaz çelik konstrüksiyona sahiptir. Muhafaza neredeyse kendi koruyucu koruması gibi hizmet eder.
Şok ve titreşim
Şok ve titreşim, muhtemelen zorlu çalışma koşulları altında güvenilirliğin önündeki bir numaralı zorluktur. Çoğu zaman, bunlar kaçınılmazdır. Şok birçok uygulamanın doğasında vardır – bu nedenle elektrik motoru tahrikleri yerine hidrolik seçilir – ancak bazen geri bildirim cihazı kötüye kullanımdan kurtulamaz. Gerçekten sorunlu uygulamalarla karşılaşıyorsanız, işte biraz mühimmat.
Bir, hidrolik hareket kontrol sistemine bakın. Bir uygulamada şok nedeniyle yüksek sensör arıza oranı varsa, önce şok yüklerini azaltmak için makine operasyonlarında ince ayar yapılıp yapılamayacağını belirleyin. Örneğin, hareket kontrol profili daha az şiddetli hızlanma veya yavaşlama sağlayacak ve daha yumuşak kalkış ve duruşları mümkün kılacak şekilde ayarlanabilir mi? Şoku azaltmanın anahtarı, g-kuvvetlerinin tepe genliğini düşürmek ve hızlanma gradyanı daha az şiddetli olacak şekilde geçiş süresini uzatmaktır. 6 msn’de verilen 100 g’lık bir tepe şoku, 3 msn’de verilen aynı yükten daha az şiddetlidir.
Ardından daha sağlam özelliklere sahip sensörleri arayın. Sahadaki çoğu sensör, en az 100 g şok için derecelendirilmiştir. Bazıları 150 g’a kadar derecelendirme ile bunun ötesine geçer. Ve sensör tedarikçileri, kataloglarında yayınlanmayan özel olarak tasarlanmış varyantlar sunabilir.
Ayrıca, konektörü de göz önünde bulundurun. Sensöre monte edilmiş bir konektörün eklenen kütlesi, algılama sistemini şiddetli şok, bükülme ve çatlamaya karşı daha savunmasız hale getirebilir. Kırık konektörleri, sensörden hızlı bağlantı kesmeye kadar uzanan 200 ila 300 mm esnek kabloya sahip “pigtail” veya “inline” konektörlerle değiştirmek, kablo ömrünü şiddetli bir durumda altı haftadan beş aya çıkarmak için basit bir çözümdür. hidrolik uygulama
Titreşim, endüstriyel ve mobil ortamlarda hayatın bir gerçeğidir ve ortadan kaldırılması zor veya imkansız olabilir. Çoğu durumda, uzun süreli yüksek titreşimli ortamlara maruz kaldığında sensör bekasını iyileştirmek için gelişmiş sensör tasarımı gerekir.
Sensörlerin uzun süre titreşime maruz kalmaya dayanmasını sağlayan etkili bir tasarım ve test metodolojisine HALT veya Yüksek Hızlandırılmış Ömür Boyu Testi denir. HALT uygulanan ürünler, geliştirmeleri sırasında zayıf noktaları tespit etmek ve ortadan kaldırmak için hızlandırılmış yaşlandırmaya tabi tutulur. Titreşim için mükemmel özelliklere sahip sensörleri arayın. EN 60068-2-6 iyi bir kılavuz sağlar.
Sıvı girişi
Şok ve titreşim dışında, nem girişi de bir diğer önemli baş ağrısıdır. Isı transferi sorunlarını çözmeye çok benzer şekilde, önce sensörü daha korunaklı bir alana yerleştirmeye bakın veya koruyucu bir sıçrama koruması ekleyin. Ardından sensörün giriş koruma (IP) derecesini göz önünde bulundurun ve tasarımın göreve uygun olduğundan emin olun.
Standart sensörler, bir süre sıvı girişine dayanacak şekilde tasarlanmıştır ancak sürekli daldırma veya ıslak koşullara maruz kalma için derecelendirilmemiştir. Sürekli maruz kalma, su, soğutma sıvısı ve yağın nihayetinde IP67 veya daha düşük dereceli birçok standart sensörde bulunan contaları atlamasına izin verir. Bu durumlarda, daha yüksek IP derecesine sahip sensörleri düşünün. IP68 sensörleri tam daldırmayı yönetir; ve IP69K sensörleri basınçlı yıkamaya dayanıklıdır. Bazı sensör muhafazaları, %100 sızdırmaz bir montaj sağlamak için hermetik olarak kaynaklanmıştır.
Ama yine de kabloyu unutma. Genellikle bir kullanıcı bir IP69K sensörü seçer ve ardından yanlışlıkla onu kullanıma hazır bir IP65 kablosuyla bağlar. Ayrıca kabloyu da korumanız gerekir. Kesikler veya çentikler sıvının kapağı atlamasına ve sensör muhafazasına girmesine izin verebilir. Tesadüfi temas veya aşınmaya rağmen kablonun sağlam kalmasını sağlamak için kablonun üzerine koruyucu tüp takmak iyi bir fikirdir.
Korozyon
Aşındırıcı kimyasallara maruz kalan ekipman sensörleri bozabilir ve erken arızaya neden olabilir. Örneğin, alüminyum sensör muhafazaları yol tuzu, deniz suyu spreyi ve asitli meyve suları gibi maddelerden gelen saldırılara maruz kalabilir. Bu gibi durumlarda 303 ve 304 paslanmazdan yapılmış muhafazalar çoğu uygulamada mükemmel bir alternatiftir. Tuzlu su veya tuz spreyi bulunan alanlarda 316L paslanmaz çelik tercih edilir.
Ek seçenekler
Aşırı koşullarda silindir sensörlerini korumaya yönelik tüm çabalara rağmen, bazen arıza kaçınılmazdır. Ekipmanı kritik bir uygulamada çalışır durumda tutmanız gerekiyorsa, işte üç seçenek.
Yedek sensörler. Ana silindirin yanında bir dönüştürücü bulunan boş bir silindir çalıştırın. Veya sensörü yerinde tutan ve hedef mıknatısı hareketli ekipmana bağlayan montaj braketleriyle harici olarak bir veya daha fazla yedek sensör kurun. Sensörler paralel olarak çalışır. Biri başarısız olursa, diğerleri çalışmaya devam eder.
Yedek çıkışlar. Bu, kesinti süresinin kabul edilemez olduğu güç üretimi uygulamalarında son derece popülerdir. Özel silindir konum sensörleri, tek bir muhafazada bulunan iki veya üç tamamen ayrı konum sensörüyle mevcuttur. Her sensörün kendi konektörü vardır. Avantajı, harici montaj braketlerine ihtiyaç duymadan standart bir silindir portuna kurulum kolaylığıdır. Potansiyel bir dezavantaj, uygulamada nadiren meydana gelse de, mıknatısın veya basınç tüpünün zarar görmesi tüm kanalların bozulmasına neden olmasıdır.
Hızlı onarım. Son olarak, bir arıza durumunda ekipmanı ne kadar hızlı tekrar çalışır duruma getirebilirsiniz? Sensörler, basınç tüpü silindir içinde kalırken hızla çıkarılıp değiştirilebilen modüler elektroniklerle mevcuttur. Hızlı onarım ünitesinde, flanş, tüm hidrolik sıvıyı içeride tutan ve kirletici madde girişini önleyen silindirin içinde dişli olarak kalır. Teknisyenlerin yalnızca elektronik muhafazadaki dalga kılavuzunu değiştirmesi yeterlidir ve ünite
tekrar çalışır durumdadır.
Başka bir hızlı onarım stratejisi: fazla çıkışlı bir sensör kurun, ancak kontrol için yalnızca bir kanal bağlayın. Kullanılmadığı zaman onları korumak için kullanılmayan konektörleri kapatın. Kontrol kanalı arızalanırsa, bağlantı kablosunu başka bir kanala taşıyın ve işlemlere devam edin. Arızalı bir kanala sahip sensör ünitesi daha sonra planlı bir bakım kapatması sırasında onarılabilir.
Manyetostriktif sensörler 101
Manyetostriksiyon , bir manyetik alan varlığında şekil veya boyutlarını değiştiren ferromanyetik malzemelerin bir özelliğidir. Manyetostriktif aktüatörlerin pratik uygulamaları, yüksek güçlü lineer motorlardan aktif titreşim kontrol sistemlerine kadar uzanır ve manyetostriktif etki, endüstriyel lineer pozisyon ölçüm sensörlerinde kullanım için çok uygundur.
Sensörler, tipik olarak dalga kılavuzu olarak adlandırılan demir alaşımlı bir algılama elemanına sahiptir. Dalga kılavuzu genellikle paslanmaz çelik basınca dayanıklı bir boru veya bir alüminyum ekstrüzyon içine yerleştirilmiştir. Bir hidrolik veya pnömatik silindirin pistonuna veya bir makinenin hareketli parçasına bir konum mıknatısı takılır. Dalga kılavuzuna bağlı bir iletkene kısa bir elektrik darbesi (1 ila 3 µsn) uygulamak, dalga kılavuzu boyunca hareket eden bir manyetik alan oluşturur. Konum mıknatısından gelen manyetik alan, üretilen manyetik alanla etkileşime girer ve bu da dalga kılavuzunda mekanik bir darbe oluşturur. Bu mekanik darbe, bir sinyal dönüştürücü tarafından algılandığı dalga kılavuzunun sonuna kadar sabit bir hızda hareket eder.
Uygulamada, silindir kafası ve çubuk şaftı genellikle tabanca ile delinir ve manyetostriktif algılama sondasını içeren paslanmaz çelik boru içeriye sokulur. Böylece algılama elemanı iyi korunur. Dönüştürücü elektronik muhafazası, silindir uç kapağına monte edilir.
Manyetostriktif silindir konum sensörleri, diğer seçeneklere göre birçok avantaj sunar. Tasarım doğası gereği sağlamdır ve mıknatıs ile algılama elemanı arasında mekanik temas veya aşınma yoktur. Ve sızdırmaz ünite kir, toz ve diğer olası kirletici maddelerden etkilenmez.
Sensör oldukça hassas. 1 µm kadar küçük konum değişikliklerini algılayabilir ve ±30 µm’ye kadar mutlak konumsal doğruluk sağlar. Ve birçok farklı uygulamayı işlemek için çok sayıda boyut ve konfigürasyonda mevcutturlar.
Ayrıca farklı analog ve dijital arayüzler sunarlar. Ortak analog çıkış sinyalleri arasında 0-10 Vdc ve 4-20 mA bulunur. Dijital çıkış seçenekleri arasında SSI, Ethernet, IO-link, CAN Bus ve diğerleri bulunur.
Manyetostriksiyon, manyetik alanların etkileşimine dayandığından, algılama elemanının yakınındaki çok güçlü harici manyetik alanlar sorunlara neden olabilir. Aynı şekilde, sinyalleri elektromanyetik parazitlerden korumak için uygun ekranlama gereklidir.
Kaynak: https://www.fluidpowerworld.com/improving-the-reliability-of-hydraulic-cylinder-sensors/