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自动化的重要一环:液压和气动控制系统

作者:Cameron Rodger2024.02.20阅读 1930


本文图片来源:Hedgehog Technologies
  气动和液压控制对制造业至关重要,应用时需要仔细考虑安全和维护需求。
  气动和液压控制在制造业中有多种应用。随着数字通信和控制技术的不断进步,零件的移动、操作、冷却和成型都可以实现自动化。由于这些技术在制造业中越来越普遍,考虑这些系统的安全、监管和维护要求,对于确保系统的安全高效运营非常重要。
  01  气动和液压系统的安全注意事项
  气动和液压系统在很多制造过程中发挥着关键作用,因此了解这些系统的风险以便正确解决这些风险至关重要。一个需要考虑的关键安全因素是液体泄漏的可能性。气动系统依赖压缩空气,泄漏可能导致压力突然变化,从而导致设备故障,甚至会导致工人受伤。
  为了最大限度地降低这些风险,建议使用高质量的部件,尤其是软管接头和联轴器,并对这些部件进行定期检查,以在泄漏造成危险之前识别和修复问题。
  气动控制通常使用高可压缩性气体(如空气或氮气),一旦发生泄漏,气体会迅速膨胀释放到周围环境中。如果采用故障保护装置,在突然失压时关闭系统,就可以降低这种风险。不过,在制造工厂实施气动系统之前,了解加压流体的风险非常重要。
  液压流体的低压缩性有助于使这些系统在高压下更安全的工作。虽然液压系统的压力不是关注点,但流体泄漏仍然会对工人和环境造成危害。液压管路泄漏可能会导致工人因接触有毒物质而受伤,液体可能渗入地下或蒸发,从而造成环境危害。
  与气动装置类似,使用高质量的设备并进行定期检查有助于降低泄漏风险。另外一个缓解策略是创建物理屏障,例如水槽,用于捕获和容纳可能从液压管路泄漏出来的任何流体。
  另一个安全因素是考虑系统故障的可能性。气动和液压系统依靠加压流体来运行,压力损失可能导致设备停止工作或发生故障。系统故障的常见缓解策略是冗余,也就是备份关键组件,允许系统在更换故障组件时继续工作,从而降低受伤风险并最大限度地减少停机时间。
  使用气动系统和液压系统时,考虑潜在的物理伤害也很重要。这些系统通常被用于快速而精确地移动大型物体,因此它们可以在短时间内产生巨大的力。在这种情况下,卡塞是一种潜在的风险;衣服或四肢可能会被机械装置的运动部件夹住控制工程网版权所有,从而导致严重伤害或死亡。
  工人必须接受正确使用和维护气动系统的培训,以将受伤风险降至最低。适当的培训,包括如何使用特定气动系统的培训,可以帮助工人了解潜在的危险,并采取必要的措施来确保安全。这可能包括以下方面的培训:遵守合适的安全指南和规定,使用适当的防护设备以及遵守上锁/挂牌程序,以防止在维护或维修过程中意外的启动设备。

▲图2:提升气动系统和液压系统的安全。
  02  维护需求
  虽然安全考虑对于液压和气动控制系统的成功实施至关重要,但在设计和安装过程中考虑这些控制装置的维护需求也很重要。
  维护不善的气动和液压系统更容易发生故障,任何故障都可能在工厂中造成潜在危险。在这方面,首要需要考虑定期检查部件。通过合适的检查计划,可以在泄漏和堵塞成为问题之前发现它们并进行修复。
  气动系统和液压控制装置的维护需要注意的主要事项包括:
  ■ 润滑:气动设备需要定期润滑,以确保正常运行。如果没有适当的润滑,部件将磨损加剧,并可能卡住,造成进一步的损坏,甚至需要长时间停机进行维修或更换。润滑计划应基于制造商的建议和制造厂的具体工况。
  ■ 清洁:气动设备应保持清洁,以确保正确运行。这包括清除设备上的灰尘和碎屑以及清洁空气过滤器。气动装置运动部件上或周围过多的灰尘可能会进入密封CONTROL ENGINEERING China版权所有,导致泄漏或过早失效。
  ■ 更换磨损或损坏部件:应尽快更换磨损或损坏的部件,以确保系统安全高效地运行。如果损坏的零件没有修理,可能会造成进一步的损坏,从而导致更昂贵的维修费用。
  ■ 更换空气过滤器:定期更换空气滤清器,确保压缩空气清洁无碎屑。清洁的空气对气动装置的运营至关重要,因为灰尘会堵塞阀门并损坏密封。
  ■ 监测压力:应定期检查气动系统中的压力,以确保其处于规定的水平。现代气动装置通常通过可编程逻辑控制来执行实时压力监测。如果压力太低,系统可能会用力太小或动作太慢控制工程网版权所有,无法有效执行任务。如果压力过高,可能会导致管路、阀门和密封件泄漏。
  ■ 检查泄漏:定期检查系统中的泄漏,并在检测到泄漏后立即进行维修。如上所述,气动系统和液压系统的泄漏可能会造成整个工厂出现数个安全和维护问题。
  ■ 保持精确记录:保持维护气动系统的精确记录,将有助于确保按计划进行所有必要的维护。
  ■ 遵循制造商的建议:始终遵循制造商的维护建议控制工程网版权所有,包括润滑、清洁和更换零件。
  积极主动的系统检查和维护方法可以使工厂在未来免于因设备故障而进行昂贵的维修,并使工人不会因为故障而造成伤害。尽早实施这些做法,并与制造商合作确定最佳方案,将确保在给定的控制系统下为工厂提供最佳的性能和价值。
  03  压力调节
  压力调节是气动控制的一个重要方面,主要目的是控制输送到气动执行机构和其它部件的压缩空气量,确保它们在合适的压力下运行。这有助于保持一致和准确的性能,同时降低设备故障和工人受伤的风险。一些常见的压力调节方法包括:
  ■ 机械压力调节器:机械压力调节阀相对简单可靠,使用弹簧加载活塞和隔膜来控制压缩空气的流量。随着时间的推移,它们很容易磨损。
  ■ 电动气压调节器:电动气压调节阀使用电信号控制压缩空气的流量。它们比机械压力调节器更精确、更灵活,可以集成到自动化控制系统中。
  ■ 比例压力调节器:比例压力调节阀使用电子传感器和反馈来控制压缩空气的流量,从而提供高精度压力控制。它们通常用于精确控制至关重要的应用,如机器人和高速制造过程。
  出于安全考虑,定期维护对压力调节器的正常工作很重要。所有调节器都需要在特定的时间间隔内进行校准和检查,以确保它们能继续准确可靠地运行。定期维护有助于延长压力调节器的使用寿命,降低设备故障的风险。
  04  可燃气体、温度调节和腐蚀问题
  在气动控制中使用压缩空气时,潜在风险是可燃气体的积聚。在使用油润滑压缩机的系统中,油可以与压缩空气混合形成可燃气体混合物,在某些条件下可以被点燃。
  在任何压缩空气系统中,可燃气体的积聚都是不可避免的,但可以将风险降至最低。与其它风险因素一样,正确维护油润滑压缩机,可以降低油与压缩空气混合的风险。无油压缩机也可用于消除系统中的易燃油;然而,与油润滑的同类产品相比,它们往往需要更多的定期的维护和更换。最后,对压缩空气管线进行适当的通风,可以减少系统中积聚的可燃气体量。
  温度调节是使用液压和气动系统的另一个考虑因素。当工作流体的温度与规定的温度相差很大时,会导致粘度发生变化,降低密封的有效性,并增加流体降解和污染的机会。这些变化可能导致性能损失、效率降低和设备故障。整个液压和气动控制系统中使用的密封件对温度敏感,与制造商规定限值之间的重大偏差,将降低密封件的性能并增加故障风险。像磨损的O型环这样看似无害的东西,如果不加以处理CONTROL ENGINEERING China版权所有,可能会导致更严重的故障和潜在伤害。
  有些方法可以调节这些系统中的温度,例如散热器和冷却机构,以及用温度传感器来监测系统温度。对于压缩空气,采用空气干燥系统也很重要,可以利用该系统来去除空气中的水分并降低其在管路中冷凝的风险。
  气动系统中的腐蚀受到几个因素的影响。腐蚀可能是由于暴露在系统在的湿气、酸或污染物中而发生的。缓解这种情况的几种常见方法是:
  ■ 空气干燥:与上述温度调节一样,干燥空气将限制系统中的水分,降低腐蚀风险。
  ■ 润滑:除了减少磨损外,润滑剂还可以形成屏障,保护部件免受腐蚀性物质的影响。
  ■ 材料选择:与其它领域一样,材料选择在延缓气动腐蚀方面发挥着重要作用。重要的是要考虑与制造环境和控制系统相兼容的材料。
  ■ 正压:如果有任何泄漏,保持气动系统处于正压状态将确保污染物的排出。
  不同的工作流体也会影响腐蚀速率。在气动技术中,最常见的工作流体是空气、氮气和二氧化碳。在液压控制系统中,由于工作流体起到润滑系统的作用,并能阻挡腐蚀性物质,因此腐蚀问题就不那么令人担忧了。
  总之,液压和气动控制系统在制造中提供了许多好处,但需要了解运营的注意事项,以便在实施过程中解决这些问题。在安全考虑、维护和压力调节之间,加压系统可以通过多种方式影响工厂的其它区域,因此,根据相关标准和法规进行适当的规划和维护至关重要。
  关键概念:
  ■ 了解如何让工人在气动和液压系统出现问题之前识别这些隐患。
  ■ 积极主动的系统检查和维护,可以使工厂在未来免于因设备故障而进行昂贵的维修。
  思考一下:
  如果不对液压和气动装置进行持续维护和更换,会对工厂带来哪些影响?
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