Nestetehoon ja kaasujen (pneumatiikka) käyttöön perustuva paineistettujen nesteiden (hydrauliikka) ja kaasujen (pneumatiikka) käyttö voiman tuottamiseksi, hallitsemiseksi ja siirtämiseksi on edelleen perustekniikka [ robotiikassa[] ja ]automaatiossa. Vaikka sähköservoilla ja suorajuoksumoottorilla on kasvanut suosiota, nestevoimajärjestelmät tuottavat edelleen vertaansa vailla olevaa tehotiheyttä, kestävyyttä ja tarkkuutta vaativissa teollisissa ympäristöissä. Tässä artikkelissa tarkastellaan, miten hydrauliikka ja pneumaattiset laitteet mahdollistavat modernien robottien ja automatisoitujen koneiden nostamisen, kahvauksen, muodon ja kokoamisen poikkeuksellisella nopeudella ja luotettavuudella.

Nestevoiman ymmärtäminen

Sen ytimessä nestevoima muuntaa toimivan nesteen paineen ja virtauksen mekaaniseksi liike- tai voimaksi.

  • Hydraulics[ . ... käyttää puristettavia nesteitä, kuten öljyä tai vesi-glykoliseoksia. Se on erinomainen tuottamaan erittäin suuria voimia, mikä tekee siitä ihanteellisen raskaisiin nosto-, puristaminen ja laajamittainen robottiaseet.
  • Pneumatiikka[ ... käyttää puristettuja kaasuja (yleensä paineilmaa). Sitä arvostetaan nopeaan, puhtaaseen ja kevytkäyttöön, jota yleisesti esiintyy poiminta- ja paikkaroboteissa, tarttumispisteissä ja matalatehoisissa kokoonpanoasemissa.

Molemmilla järjestelmillä on yhteinen arkkitehtuuri: prime liikkuja ajaa pumppua tai kompressoria; venttiilit suora virtaus; toimilaitteet (sylinterit tai pyörivät moottorit) muuntaa nesteenergiaa liikettä; ja sensorit syöttävät takaisinpaineen, sijainnin tai voiman ohjaimeen. Valinnat hydraulisen ja pneumaattisen riippuu sovelluksen voimasta, nopeudesta, tarkkuudesta ja ympäristövaatimuksista.

Nestevoimajärjestelmien keskeiset komponentit

  • pumput ja kompressorit[ . ... .....................................................................................................................................................................................................................................
  • Valves[ . Ohjausvirta, suunta ja paine. Suuntaohjausventtiilit (soleoidikäyttöinen, servo) mahdollistavat tarkan liikesekvenssin. Suhteelliset ja servoventtiilit mahdollistavat suljetun kierron ja voimanohjauksen.
  • Toimilaitteet[ . Hydrauliset sylinterit voivat tuottaa tuhansia kN:n voimaa; pneumaattiset sylinterit saavuttavat nopean syklin aikoja minimaalisella inertialla.
  • Ehdotuskomponentit[ . . . suodattimet, säätimet, voitelulaitteet (pneumaattisten aineiden osalta) ja lämmönvaihtimet, akut (hydrauliikan osalta) takaavat nestesiivouksen ja järjestelmän tehokkuuden.

Robotiikan sovellukset

Nestevoima on syvästi integroitu sekä teollisuus- että palvelurobotteihin. Sen kyky tuottaa suuri vääntömomenttia pienillä nopeuksilla ilman vaihteistoa, ja turvallisesti viivytellä ilman ylikuumenemista, antaa sille etuja puhtaasti sähköjärjestelmien monissa tehtävissä.

Hydrauliset robotit raskaisiin operaatioihin

Suuret teollisuusrobotit, joita käytetään autoteollisuudessa, rakentamisessa ja kaivostoiminnassa, ovat riippuvaisia hydrauliikasta. Esimerkiksi hydrauliset robottivarret hitsaukseen tai materiaalin käsittelyyn voivat nostaa useita tonneja sileällä ja kestävällä voimalla. Festo Hydrauliikkarobotti[ osoittaa, miten servohydraulin akselit saavuttavat asemoinnin toistettavuus jopa millimetrin kymmenesosaan saakka, kun taas samankokoiset sähkömoottorit eivät pysty vastaamaan toisiaan.

Pneumaattiset grillaajat ja pneumaattiset paikannusjärjestelmät

Nopeassa kokoonpanolinjassa pneumaattiset toimilaitteet, jotka ovat auki ja sulkeutuvat millisekunnissa. Rinnakkaisjauhajat, tyhjiökupit ja koleli chucks kaikki kulkevat paineilmalla. Pneumaattisen toimilaitteen kevyt luonne mahdollistaa robottien liikkumisen nopeammin pienemmällä energiankulutuksella. Robotit (kobotit) käyttävät usein pneumaattisen päätetehostimia, koska ne voidaan suunnitella luonnostaan vaatimustenmukaisiksi ja turvallisiksi ihmisen vuorovaikutukselle.

Nesteteho mobiili- ja humanoidiroboteissa

Hydrauliikkajärjestelmiä käytetään myös jalkaväkiroboteissa, jotta ne pystyvät tarjoamaan suuren kaistanleveyden voimansäädön. Esimerkiksi [Boston Dynamics Spot käyttää hydraulista voimansiirtoa dynaamiseen kävelyynsä, kun taas humanoidirobotit kuten [DARPA:n Atlas[ tukeutuvat hydrauliikkaan räjähtävän lokomotion ja näppäryyden manipuloinnissa.

Edut nestetehon robotiikka

  • High Power Density[ . Hydrauliikkajärjestelmät voivat tuottaa kymmenen kertaa enemmän voimaa kuin sähkömoottori, jonka paino on vastaava. Tämä on ratkaisevan tärkeää kompaktien robottikäsien ja jalkaväen roboteille.
  • Erikoisohjaus[ . Servoventtiilit ja asentoanturit mahdollistavat suljetun kierron valvonnan tarkkuudella ±0,01 mm. Voimansäätö on luonnostaan, koska paine liittyy suoraan voimankäyttöön.
  • Luotettavuus ja kestävyys[ . Nestevoimajärjestelmät kestävät iskukuormat, tärinän ja kontaminaation paremmin kuin sähkömoottorit. Ne vaativat minimaalista huoltoa, kun ne on asianmukaisesti suodatettu ja suljettu.
  • Safety[ . Hydrauliset järjestelmät voidaan suunnitella varotoimiin (esim. vastapainoventtiilit, jotka pitävät kuormaa tehon menetyksen varalta). Pneumaattiset järjestelmät ovat räjähdysvaarallisissa ympäristöissä luontaisesti turvallisia, koska ne eivät aiheuta kipinöitä.
  • Smooth Motion ... Hydraulinesteen puristuskelpoisuus tarjoaa tasaisen, takaisinlaskimattoman liikkeen, joka sopii hyvin jatkuvaan polkuhitsaukseen tai maalaamiseen.

Vertailu sähköaktivaatioon

Vaikka sähköllä toimivat lineaariset toimilaitteet ja pyörivät servot tarjoavatkin enemmän tehokkuutta ja vähemmän melua, ne vaativat usein vaihteistoa suuren vääntömomentin saavuttamiseksi, painon ja vastaiskun lisäämiseksi. Nesteteho sen sijaan muuntaa suoraan paineen voimaan. [National Fluid Power Association[] toteaa, että monissa raskaan kuormituksen sovelluksissa hydraulijärjestelmät ovat kustannustehokkaaampia ja kestävämpiä kuin vastaavat sähkökäyttöiset.

Automatisoitua valmistusta koskeva rooli

Automatisoitujen tuotantolinjojen käyttö riippuu nestetehosta eri toiminta-alueilla: puristaminen, puristaminen, leimaaminen, siirtäminen, muokkaus ja pakkaus. Kyky tuottaa valtavia voimia toistettavissa nopeudella pitää tuotannon virtaa tehokkaasti.

Hydrauliset puristimet ja muoto

Metallintyöstössä ja muovin valmistuksessa hydrauliset puristimet käyttävät ohjattua voimaa muotomateriaaleihin. Automaattiset paineputket käyttävät ohjelmoitavia logiikkaohjaimia (PLC) useiden hydraulisten sylintereiden sekvensointiin syväpiirtämistä, taontaa ja komposiittimuottimista varten. []Bosch Rexroth[] -sarjan servohydraulinen puristimet vähentävät sykliaikoja jopa 30% verrattuna perinteisiin hydraulisiin järjestelmiin energiatehokkaan pumpun ohjauksen avulla.

Pneumaattiset kuljetus- ja materiaalikäsittelyt

Pneumaattiset järjestelmät liikuttavat irtotavaraa, jauheita ja pieniä osia putkissa ilmanpaineella. Automatisoitujen tehtaiden visioohjatut robotit poimivat kuljettimista osia ja pneumaattiset imukupit nostavat levymetallia tai pahvia vahingoittumatta. Pneumaattiset työkalut ovat kevyitä ja ne voidaan asentaa nivelsiteisiin käsivarsiin ylikuormittamatta robottirannea.

Kokoonpano ja piristys

Automatisoitu ruuviajo, niittaaminen ja hitsaus käyttävät usein pneumaattisen toimilaitteen kiinnitysosia asennossa. Hydrauliset pihtilaitteet tarjoavat koneistustoimintaan tarvittavat korkeat pitovoimat säilyttäen mikrometritason toistettavuus. Robottiset aseenpäätteet integroidaan usein sekä pneumaattiset että hydrauliset piirit vaihtaakseen tehtävät nopeasti.

Pakkaus ja merkinnät

Nopeat pakkauslinjat perustuvat pneumaattisiin kotelon pystytykseen, tuotteiden asentamiseen ja kotelon tiivistymiseen. Pneumaattisten toimilaitteiden nopeat syklit .Pneumaattisten toimilaitteiden nopeus on usein yli 120 sykliä minuutissa.Pneumaattisten toimilaitteiden on mahdollista käyttää liitäntää ilman ylikuumenemista. Joustavuus säätää iskunpituutta ja voimaa yksinkertaisen paineensäätimen avulla tekee pneumaattisista tuotteista suosittuja.

Teollisuuden hyödyt

  • Nopeus ja tehokkuus[[ . Pneumaattiset järjestelmät voivat saavuttaa yli 1 m/s:n nopeudet ja kiihtyvyydet riittävän korkealla nopeaan poimintaan ja paikkaan. Hydrauliikkajärjestelmät, hitaampinakin, ylläpitävät jatkuvaa voimaa koko iskun aikana, vähentävät iskuvoimaa ja kulumista.
  • Lähetyskyky[] Venttiilit voidaan muuttaa tai vaihtaa liikeprofiilien muuttamiseksi. Sama perusjärjestelmä voidaan mukauttaa eri tuotteisiin muuttamalla vain päätetehostinta ja ohjelmoimalla ohjain.
  • Cost-Effectness[ ... Paineilma on suhteellisen edullista, ja paineilmakomponentit ovat massatuotettuja, mikä alentaa alkukustannuksia. Hydrauliset komponentit, vaikka kalliimpia, tarjoavat pidemmän käyttöiän raskaissa sovelluksissa.
  • Automaatiointegraatio[] . Modernit nestevoimajärjestelmät integroituvat teollisuuden 4.0 protokolliin (IO-Link, Profibus, Ethernet/IP) reaaliaikaista seurantaa ja ennakoivaa huoltoa varten. Sensorivarusteilla varustetut sylinterit voivat ilmoittaa kulumistasoista vähentäen suunnittelematonta seisokkiaikaa.

Energiatehokkuutta koskevat näkökohdat

Perinteisesti nestevoimaa on arvosteltu sähköjärjestelmiin verrattuna heikommasta energiatehokkuudesta. Kuitenkin innovaatiot, kuten vaihtelevanopeuksiset pumppuasemat, hybridiakkujärjestelmät ja digitaalinen hydrauliikka, kaventavat aukkoa. Esimerkiksi suljettu silmukkahydrauliikkajärjestelmä voi palauttaa energiaa jarrujen aikana ja käyttää sitä uudelleen seuraavaan sykliin, jolloin tehokkuus on yli 70%.

Haasteet ja tulevaisuuden suuntaukset

Vahvuuksistaan huolimatta nestevoimalla on edessään haasteita: vuotoja, melua, lämmöntuotantoa ja nestepuhtauden tarvetta.

  • Electro-Hydraulic Servo Systems (EHS) ... ...........................................................................................................................................................................................................................
  • Digitaalinen hydrauliikka[ ... ......................................................................................................................................................................................................................................
  • Älykkäät pneumoniat[ .] . Integroi sensorit ja hajautetut ohjaimet seuraamaan virtausta, painetta ja asentoa, mikä mahdollistaa itsediagnoosit ja mukautuvan ohjauksen.
  • Biopohjaiset ja ympäristöystävälliset nesteet . . kasviöljyt ja synteettiset esterit vähentävät ympäristövaikutuksia ja parantavat turvallisuutta.

Tulevaisuudessa nestevirta kehittyy robotiikan ja automaation rinnalla. Robottien yhteistyösuuntaus todennäköisesti lisää pneumaattisten aineiden käyttöä sen luontaiseen turvallisuuteen, kun taas hydrauliset toimilaitteet ovat edelleen ratkaisu raskaan noston automaatioon logistiikassa, rakentamisessa ja valmistuksessa.

Päätelmät

Nestevoima on kaukana vanhentuneesta. Sen kyky tuottaa [] korkea voimatiheys, tarkka ohjaus, kestävä luotettavuus ja turvallinen toiminta[[ tekee siitä välttämätöntä robotiikassa ja automatisoidussa valmistuksessa. Valtaisista hydrauliaseista, jotka muokkaavat auton koripaneeleja pieniin pneumaattiseen kiinnitinkoneisiin, jotka kokoavat elektroniikkaa, nestevoimajärjestelmät hiljaa virtailevat modernin teollisuuden fyysistä selkärankaa. Kun teknologia kehittyy digitaalisten ohjausjärjestelmien ja energiatehokkaiden mallien avulla, nestevoima tulee jatkossakin mukautumaan, varmistaen sen olevan tulevina vuosikymmeninä automaation kulmakivi.