Ещё совсем недавно пневматическая часть машины была чьей-то другой задачей. Конструктор-механик проектировал раму, вставлял блоки-заглушки для цилиндров и клапанных блоков и отправлял модель поставщику гидравлического оборудования, который рассчитывал длину трубок, размеры портов и размеры корпуса на бумаге (или в отдельной схеме). Предполагалось наличие воздуха. Затем прототип начинал шипеть.
Сегодня данные о расходе воздуха сначала поступают на рабочую станцию САПР. Диаметр цилиндра, ход поршня, частота вращения, требуемый расход воздуха в кубических футах в минуту, коэффициент пропускной способности клапана, размеры портов коллектора, вентиляция корпуса и степень проникновения влаги: все это моделируется вместе с геометрией, поскольку именно в MCAD решаются все компромиссные вопросы.
Это изменение имеет значение для всех, кто занимается машиностроением. Цилиндр, который выглядит правильно в сборке, все равно может испытывать недостаток воздуха, протекать или перегревать свои соленоиды в тот момент, когда в него попадает настоящий воздух.
Поток воздуха должен быть заложен в CAD-модели с самого начала.
Пневматический цилиндр — это геометрическая деталь, к которой привязано требование к расходу воздуха. Диаметр и ход поршня, указанные на чертеже, определяют рабочий объем. Количество циклов в минуту, которое должна совершить машина, определяет скорость пополнения этого объема. Давление подачи определяет, сколько свободного воздуха должен подавать компрессор, чтобы поддерживать необходимый расход. Если смоделировать геометрию без этих параметров, получится тело, которое помещается внутри узла, испытывающего недостаток воздуха.
CAD-моделирование с учетом воздушного потока перестало быть необязательным уже давно. Потребность актуатора в SCFM определяет выбор клапана, Cv клапана определяет размер портов на коллекторе, а расположение коллектора определяет длину трубок, что, в свою очередь, влияет на перепад давления и, в конечном итоге, на скорость актуатора. Изменение одной переменной приведет к изменению остальных. Лучше наблюдать за этим в модели, чем в цеху.
SCFM и CFM — это не одно и то же число.
Терминология часто ставит в тупик конструкторов. CFM — это объемный расход при любой температуре и давлении в точке измерения. Эти два понятия не взаимозаменяемы. Именно путаница приводит к тому, что оборудование оказывается недооснащенным.
Для более ясного понимания практической разницы и того, почему заявленная производительность компрессора в кубических футах в минуту (SCFM) всегда будет превышать заявленную производительность в кубических футах в минуту (CFM) при давлении в магистрали, полезно иметь под рукой на рабочем месте в САПР статью Nigen, сравнивающую SCFM и CFM . Как только эта разница станет привычной, технические характеристики от поставщиков клапанов, цилиндров и компрессоров перестанут противоречить друг другу.
Технические характеристики воздушного потока определяют модель привода.
Диаметр отверстия — это единственное наиболее важное значение, которое вы можете получить. Расход воздуха зависит от квадрата диаметра отверстия, поэтому исполнительный механизм, размер которого увеличен на одну ступень, может в два или три раза увеличить расход воздуха, который приходится подавать остальной части системы. Длина хода также имеет значение, но линейно. Частота циклов умножает фактическую потребность в воздухе за один ход.
Другое ограничение — размерное. Если привод должен быть взаимозаменяем с серийными деталями, его геометрия крепления не является произвольной переменной. Стандарты, такие как ISO 6431 для одноштоковых цилиндров, определяют расположение монтажных отверстий, резьбы на конце штока и расположения портов в диапазоне диаметров от 32 до 320 мм. Моделирование по стандарту позволит установить в сборку любой подходящий цилиндр. Моделирование от руки превратит каждый вызов специалиста в изготовление детали на заказ.
Впускной коллектор меняет конструкцию сборки.
В коллекторе определяется экономическая целесообразность воздушного потока. Размеры портов должны соответствовать требуемому коэффициенту пропускной способности приводов. Сам блок должен располагаться достаточно близко к приводам, чтобы длина трубок не превышала допустимый уровень давления. А материал должен выдерживать любые воздействия окружающей среды, будь то охлаждающая жидкость, промывка, температура окружающей среды или вибрация.
Моделирование коллектора как реального, размерного тела (а не как временного блока) заставляет принимать эти решения на ранних этапах. Вы видите, сталкивается ли блок клапанов с ближайшим элементом рамы. Вы видите, попадают ли выпускные отверстия в жгут проводов. Вы видите, располагается ли схема крепления на плоской поверхности или на неудобном сварном шве. Ничего из этого не отображается на схеме.
Ограничения по параметрам корпуса влияют на геометрию CAD-модели.
Корпус, в котором размещены электромагнитные клапаны, коллекторы или пневматические элементы управления, должен защищать от проникновения внешней среды и, зачастую, обеспечивать контролируемый отвод тепла. Система рейтингов NEMA определяет, что означает «защита от проникновения» в данной среде (пыль, капающее масло, вода, струя из шланга, коррозионные среды), и каждый рейтинг имеет прямые геометрические последствия в модели.
Результат проявится ниже по течению.
В основном, это касается и последующих этапов. Когда характеристики расхода воздуха определяют модель с самого начала, обсуждение размеров клапанов с поставщиком пневматического оборудования занимает минуты, а не дни. Трубопроводы получаются короче и прямее, потому что коллектор располагается там, где нужно.
Время изготовления прототипа оказалось близким к расчетному, потому что падение давления было заложено в бюджет, а не угадано. И корпус поставляется с сохранением своих номинальных характеристик, поскольку каждое отверстие было проверено на соответствие геометрии уплотнения перед тем, как была вырезана первая панель.
Для всего этого не требуется никакого необычного оборудования. Необходимо, чтобы параметры SCFM, Cv, диаметр цилиндра, ход поршня и класс впуска были включены в модель как первостепенные элементы, а не хранились в отдельной электронной таблице, которую никто не открывает до ввода в эксплуатацию.
