- Compruebe la oferta frente a la demanda utilizando un límite inferior conservador para el flujo de fuente de vacío y un límite superior conservador para el flujo de fuga. El umbral de aceptación en este artículo es una relación de al menos 1.50.
- Habilite la elevación solo después de que cada zona requerida alcance el umbral de presión, permanezca estable para la ventana especificada y satisfaga la lógica de permiso de movimiento.
- Verifique la capacidad de retención normal, la resistencia al deslizamiento tangencial y la distribución del momento sobre la trayectoria de movimiento completa, incluidas las condiciones de falla definidas.
- El tiempo de retención se basa en el tiempo total de posicionamiento de emergencia. Las piezas de trabajo con capacidades insuficientes de sujeción o posicionamiento controlado se juzgan directamente como no aplicables.
00 Resumen ejecutivo
Las cajas de cartón, el cartón corrugado, las bolsas y los compuestos porosos admiten aire continuamente. El flujo de succión evacua el gas en el volumen de la tubería y compensa las fugas a través del labio de la ventosa y los poros del material. Cuando el flujo entrante se acerca al flujo de succión efectivo en el nivel de vacío de trabajo, el vacío puede acumularse lentamente, fluctuar o no alcanzar el umbral permisivo. Por lo tanto, la selección debe tener en cuenta la fuga, el tiempo de evacuación, la fricción, la excentricidad, la aceleración dinámica y el fallo local; el modelo de presión-diferencia-tiempos-área para el acero liso solo es insuficiente.
GB/T 41098 — 2021, Grúas — Seguridad — Accesorios de elevación de carga, está actualmente en vigor y es idéntico a ISO 17096:2015 [ 1 ][ 2 ]. Ambos se aplican solo a los accesorios de elevación de carga no fijos para grúas, polipastos y dispositivos de manipulación de carga controlados manualmente. ISO 17096 excluye expresamente los peligros de los componentes neumáticos, por lo que no se puede extender directamente a una base de seguridad completa para un efector final de robot o circuito neumático. GB/T 32293 - 2015 está actualmente en vigor y se utiliza solo para seleccionar un método de prueba de fugas para fugas de hardware Q_H en equipos de vacío; no establece la conformidad con las normas para el flujo de porosidad del cartón Q_P o la entrada del proceso en el labio de la ventosa Q_E [ 3 ]. ISO 4414:2010 se aplica al diseño, aislamiento, energía residual y mantenimiento de sistemas neumáticos en maquinaria, pero excluye los sistemas de suministro de aire de fábrica, cilindros de gas y receptores de aire [ 4 ].
Este informe define la versión de ingeniería del subsistema de agarre por vacío. La evaluación de riesgos de máquinas completas, la validación de controles relacionados con la seguridad, el cumplimiento de la integración de robots y el cumplimiento del receptor de aire requieren registros formales de prerrequisitos. Después de que las pruebas del subsistema pasen, complete también la liberación de seguridad a nivel de máquina. Este método utiliza un factor de seguridad de carga de 2.5, factor de reserva de flujo de 1.5, límite de establecimiento de 2.0 s, y tolerancia a fallas de cuatro zonas como su línea base de investigación seleccionada para cálculo y verificación.
Base común de investigación
| Item | Base de referencia del estudio | Condiciones de aprobación |
|---|---|---|
| Diferencial de retención mínimo durante una falla | Δp_min,LB = 45 kPa | Utilice el límite inferior de la medición; cada zona sana permanece en o por encima de él hasta que la carga alcanza el soporte |
| Diferencial de permiso de elevación normal | Δp_pick,LB = 50 kPa | Cada zona tiene 20 muestras consecutivas a 100 Hz con límites inferiores≥ 50 kPa y variación de ventana de pico a pico≤ 2 kPa |
| Factor de seguridad de carga | S_L = 2.5 | Relación capacidad/diseño-demanda≥ 1.00 para cada orientación de trayectoria, aceleración y excentricidad |
| Factor de reserva de flujo de fuga | K_Q = 1.5 | Coeficiente de estudio aplicado a Q_S,LB/Q_L,UB |
| Criterio de flujo conservador | Q_S,LB/Q_L,UB ≥ 1.50 | Compare el límite inferior del flujo de origen con el límite superior de la fuga en el mismo estado de referencia |
| Límite de establecimiento de vacío | t_pick ≤ 2.0 s | Desde el contacto de la ventosa hasta que cada zona alcanza un límite inferior 50 kPa y permanece estable durante 200 ms |
| Zonificación | 4 zonas mutuamente aisladas | Después de la falla completa de cualquier zona, el sistema restante cumple con los criterios de carga y momento |
| Suministro de respaldo y tiempo de retención | t_1−t_0 ≤ 0.10 s | t_0: pérdida de suministro principal; t_1: límite inferior de la presión de suministro en cada entrada de generador de zona ≥0.40 MPa |
| Confirmación de falla | t_2−t_0 ≤ 0.50 s | t_2: el controlador confirma la falla y emite el comando de desactivación |
| Set-Down controlado | t_3−t_2 ≤ 4.00 s | t_3 : la transferencia de carga al soporte está completa; t_res≥ 0.50 + 2 × 4.00 = 8.50 s |
| Aceptación de la muestra | Cada celda de prueba independientemente tiene cero fallas en FAT y SAT | Cualquier falla falla todo el elemento. Después de la corrección, repita el ítem desde su primer intento. |
Principales conclusiones
- Compruebe el diferencial de presión, el área efectiva, la dirección de carga, la fricción y los momentos juntos. La fuerza de succión nominal y el número de tazas son solo entradas de selección preliminares.
- Para una pieza de trabajo porosa, mida el límite superior del flujo de fuga en la condición de contacto real y compruébelo contra el límite inferior del flujo de la fuente de vacío en un diferencial de presión 45 kPa y la presión mínima del manómetro de suministro de 0.40 MPa. Si Q_S,LB/Q_L,UB< 1.50, la condición falla.
- El permiso de la succión vendrá de un interruptor de presión o de un sensor en cada zona. La elevación solo se permite cuando la presión inferior en cada zona permanece por lo menos 50 kPa continuamente por 200 ms y la variación de pico a pico no es mayor que 2 kPa. Un retraso fijo por sí solo no se utilizará para declarar la aspiración establecida; al hacerlo no se cumple el criterio. La información de selección oficial de SMC también requiere la confirmación de la señal de presión de la succión establecida en lugar de depender solo de un temporizador [ 5 ].
- La presión media de una cámara central grande no debe ocultar una falla de una sola zona. Proporcione medición de presión separada, restricción de flujo o aislamiento de válvula de retención, y alarmas identificables para cada zona.
- Para un cartón de alta fuga, un receptor de aire sin validación de su modelo de descarga y rendimiento a la presión de suministro mínima no se tratará como protección contra pérdida de aire. Recalcular la fuente de vacío de respaldo o la reserva de aire comprimido utilizando la descarga adiabática, el límite inferior del flujo a la presión de suministro mínima y el límite superior del consumo de aire, y verificarlo mediante una prueba de inyección de falla física que apague el suministro de energía principal.
- La liberación requiere registros de fugas, una envolvente dinámica verificada, pruebas de fallas de una sola zona y registros de desactivación controlados. Si falta alguna, el registro no se libera; una firma basada en la experiencia es insuficiente.
01 Alcance y símbolos
Este artículo trata sobre cajas de cartón corrugado, cartón sin recubrimiento, bolsas permeables y piezas de trabajo similares que se agarran desde la parte superior o una superficie de succión designada, utilizando manipuladores industriales neumáticos, robots o máquinas de manipulación dedicadas. La evaluación comienza en el contacto con la ventosa y cubre la generación de vacío, distribución, monitoreo, movimiento, aislamiento y colocación segura. El equipo clasificado como un accesorio de elevación de carga no fija utiliza GB/T 41098 - 2021 / ISO 17096:2015. Los efectores finales de robot requieren integración de sistema separada y validación de seguridad de control.
R1 comprueba cinco registros: diseño estructural del cartón, conformidad del recipiente receptor de aire, evaluación completa del riesgo de la máquina, integridad de seguridad del sistema de control y selección de equipos para atmósferas explosivas. La liberación de ingeniería del subsistema puede proceder solo cuando todos los identificadores de registro están disponibles e ingresados en R1. Cualquier registro que falte causa que R1 falle.
| Símbolo | Significado | Unidad |
|---|---|---|
| Δp_LB | Medición del límite inferior de la presión atmosférica menos la presión absoluta de la cavidad de la ventosa | Pa o kPa |
| A_eff,LB,i | Límite inferior del área efectiva de la ventosa i en la compresión especificada, después de deducir la incertidumbre | m² |
| C_i | Capacidad normal de la i-ésima ventosa, C_i=Δp_min,LB A_eff,LB,i | N |
| Q_S,LB | Límite inferior del flujo de extracción de la fuente en la presión diferencial y de suministro mínima especificadas | NL/min |
| Q_L,UB | Límite superior de flujo de fuga a través de la muestra, orientación, compresión y condiciones de contaminación | NL/min |
| μ_LB | Límite inferior de la fricción del par de contactos en los estados de contaminación y desgaste especificados, después de deducir la incertidumbre | — |
| N_i、T_i | Fuerza de tracción normal llevada por la ventosa i y el vector de fuerza tangencial bidimensional en el plano de succión | N |
| m_UB,g | Límite superior de la masa de la pieza y aceleración gravitatoria; este informe utiliza g= 9.81 m/s ² | kg、m/s² |
| a_n,UB,a_t,UB | Límites superiores de la aceleración normal y tangencial durante el movimiento normal, frenado de fallo y detención controlada | m/s² |
| S_L、K_Q | Factor de seguridad de carga y factor de reserva de flujo | — |
| V_Z,UB | Límite superior del volumen evacuado por una zona | L |
| p_N、T_N | Estado de referencia; fijado en este informe en 101.325 kPa y 293.15 K | kPa, K |
| U_x | Incertidumbre de medición ampliada para la cantidad x, k= 2 | Igual que x |
El área efectiva se derivará de la geometría de la ventosa, el rango de compresión bloqueado de 5–9 mm y la incertidumbre de medición; el área de contorno exterior no se utilizará directamente como área efectiva. Este informe requiere U_A/A≤ 2% y utiliza A_eff,LB=A_eff,meas−U_A en los cálculos. La información técnica oficial de Schmalz expresa la fuerza de retención teórica como F=ΔpA y señala que las piezas porosas y rugosas reducen el vacío alcanzable [ 6 ][ 7 ]. La fuerza de retención del catálogo del proveedor se utiliza para la selección preliminar; la versión de ingeniería del subsistema utiliza consistentemente el límite inferior de presión diferencial, el límite inferior de área efectiva y el factor de seguridad de este informe.
02 Mecanismos de porosidad, sellado de bordes y fugas
Antes de la medición, distinga tres fuentes de aire entrante: flujo de poros de material Q_P, fuga a través de microcanales entre el labio de la ventosa y la superficie Q_E, y fuga de hardware a través de accesorios, válvulas y tuberías Q_H.
Q_L = Q_P + Q_E + Q_HLas fibras de papel, los pliegues, los recubrimientos, las costuras adhesivas, la cinta y la deformación local afectan la resistencia al flujo del material; la compresión de la ventosa, la dureza del labio y la ubicación del contacto afectan el sellado del borde. La información de cartón corrugado de Piab identifica la porosidad del cartón y el sellado de la ventosa como causas de la variación de fugas de ciclo a ciclo y utiliza F = AP para explicar el soporte de carga con bajo vacío y un área grande [ 8 ]. Estas fuentes apoyan la identificación de los mecanismos de fuga y la selección de configuraciones.
Tiwari y Persson utilizaron sustratos rugosos y pruebas de ventosa para analizar cómo la fuga de interfaz, el volumen de la ventosa y la rigidez afectan el tiempo de desprendimiento [ 9 ]. Gabriel et al. incorporaron la rugosidad superficial, el diámetro de la ventosa y el número de tazas en los modelos de fugas y consumo de energía [ 10 ]. En aplicaciones de proyecto, mida la fuga para el par de contacto real y la condición de compresión en lugar de asignar un coeficiente fijo únicamente a partir del nombre del material.
La prueba de fugas distinguirá la fuga del hardware de la fuga del proceso a través del objeto. Primero sella cada ventosa contra una placa estándar impermeable y mide Q_H a un diferencial de presión de 45 kPa; luego instala la pieza de trabajo real y mide Q_L. La puerta fija del hardware es Q_H,UB/Q_S,LB≤0.05. Si se excede, detenga y repare el sistema; el aumento de la capacidad de la fuente no debe ocultar un accesorio o válvula defectuoso. La medición real de la pieza de trabajo utiliza las diez celdas de límite numérico en el Capítulo 08; etiquetas como peor, similar o típico no reemplazan una celda numérica.
02.1 Procedimiento definido de la prueba de la salida
Para cada prueba, aproxímese a la superficie normalmente en 0.10 m/s y establezca la compresión en 5 mm, 7 mm, o 9 mm para la celda de prueba. Active la fuente de zona y registre la presión y el flujo normalizado desde 0 a 12 s. Utilice una ventana de estabilidad de 10.0–12.0 s: cada límite inferior de presión debe ser ≥ 50 kPa y la variación pico-pico indicada ≤ 2 kPa. Tome la mayor fuga de promedio móvil 100 ms en esa ventana y agregue U_Q para obtener Q_L,UB. Si la ventosa no alcanza un límite inferior 50 kPa dentro de 2.0 s después del contacto y permanece estable durante 200 ms, R4 falla para ese ciclo. Conservar los datos sin procesar.
El límite de contaminación se fija en 23±2 °C y 50±10%de humedad relativa. Preparar y tamizar el material del mismo lote de cartón en polvo de papel de 75–150 μm y aplicar 0.50 g/m² uniformemente en la superficie de succión. Las cajas de cartón por encima de esa densidad de área o que contengan agua líquida, aceite o contaminación adhesiva están fuera de este límite de liberación. El límite de vida útil se alcanza cuando una ventosa ha completado 100000 ciclos de compresión nominales o su labio de sellado se ha desgastado 0.50 mm en relación con una ventosa nueva, lo que ocurra primero. Las pruebas de fricción, área efectiva, fugas y dinámicas cubrirán tanto las ventosas nuevas como las ventosas en este límite de vida útil.
El ciclo falla inmediatamente y el punto de colocación de la ventosa se agrega al mapa de zona prohibida si la superficie del papel se desgarra, el labio de la ventosa cruza una abertura en la tapa del cartón, la tapa se levanta o la distancia mínima desde el labio de sellado hasta un pliegue, hendidura o paso de cinta con diferencia de altura/profundidad ≥ 0.50 mm es < 10 mm. El mapa de zona prohibida utiliza coordenadas de herramientas, con coordenadas de límite especificadas en 1 mm.
Una familia de piezas de trabajo puede compartir datos de fugas solo cuando el grado de material, el tipo de canal, el número de capas, el recubrimiento, la cobertura de impresión, la disposición de cinta, las ubicaciones de tazas permitidas y el límite de masa superior son todos idénticos. Cree un conjunto de datos separado para cualquier diferencia, de modo que las muestras de baja fuga no oculten los lotes de alta fuga.
03 Capacidad de succión, fricción y cargas dinámicas
Para la ventosa i, calcule su límite inferior de capacidad normal y capacidad total como:
C_i = Δp_min,LB A_eff,LB,i
F_N,cap,LB = ΣC_iCuando la superficie de aspiración gira a través de θ desde horizontal, calcule las demandas de diseño normales y tangenciales utilizando las siguientes ecuaciones. Utilice límites superiores medidos para masa, aceleración y excentricidad. La envolvente de aceleración debe incluir los picos por eje durante el movimiento de producción, el frenado después de una falla en una sola zona, el viaje a la posición segura y la colocación; la velocidad media no puede sustituir a estos valores.
F_N,d = S_L m_UB max_t|g cosθ + a_n,UB(t)|
F_T,d = S_L m_UB max_t√[(g sinθ + a_x,UB(t))² + a_y,UB(t)²]
Criterios de comprobación preliminar:
F_N,cap,LB ≥ F_N,d
μ_LB F_N,cap,LB ≥ F_T,dPara la prueba del fricción-coeficiente, utilice tres lotes del cartón con los especímenes independientes de 10 por lote. A diferenciales de presión de 45 kPa y 50 kPa, medir la fuerza tangencial al inicio del deslizamiento continuo 2 mm. Completa pruebas 30 para cada combinación de diferencial de presión, ventosa nueva/final de vida y estado de polvo de papel limpio/0.50 g/m². Calcular μ_meas=F_slip/(ΔpA_eff,meas), tomar el mínimo de todos los resultados, y restar U_μ para obtener μ_LB; U_μ será ≤ 0.02. La condición de referencia utiliza μ_LB= 0.35. La información de diseño de Schmalz requiere pruebas de succión en piezas porosas y enumera factores de seguridad de al menos 2 para piezas horizontales y al menos 2.5 para piezas rotativas [ 6 ]; este informe utiliza 2.5 para cada dirección de carga.
Después de una evaluación rápida, verifique la carga combinada y la excentricidad tridimensional. Coloque el origen de las coordenadas en el centro de gravedad de la pieza de trabajo. r_i corre desde ese origen hasta la ventosa i; n es la normal de la unidad de superficie de succión; T_i es el vector tangencial en el plano; y f_i=N_i n+T_i. M_external incluye solo pares independientes que no están representados por la fuerza resultante en el centro de gravedad. En cada 10 ms muestra de trayectoria, resolver para las fuerzas de la ventosa que satisfacen:
N_i ≥ 0
N_i/C_i + ||T_i||/(μ_LB C_i) ≤ 1
Σf_i + f_external = 0
Σ(r_i × f_i) + M_external = 0Las capacidades normales y de fricción de una ventosa deben satisfacer una envolvente de interacción lineal compartida; ambas capacidades completas no pueden usarse simultáneamente. Un pase requiere una distribución de fuerza que satisfaga cada ecuación de equilibrio y la envolvente de interacción; de lo contrario, el resultado es un fracaso. Los cálculos de momento externo deben incluir coordenadas tridimensionales de la ventosa y del centro de gravedad, el brazo de palanca debido al grosor de la pieza de trabajo y las cargas máximas de frenado por falla. Verifique la trituración del tablero, la delaminación de la cara y el agrietamiento de la solapa del cartón por separado contra los criterios del material que lleva.
03.1 Criterios de presión y deformación del contacto del cartón
Utilice Δp_min,LB como la tensión compresiva promedio sobre el área de la ventosa, al tiempo que reconoce la concentración de tensión en el estrecho anillo de labio de ventosa. Realice la retención estática y el ciclo dinámico en el cartón objetivo e inspeccione la superficie de succión después de la prueba de aceptación. Las condiciones de aceptación duras son: la tapa no se abre; el revestimiento no se separa del medio corrugado; y no se produce ningún daño a través. A 60 s después de la descarga, el límite superior de la medida de la hendidura permanente en la zona de la succión relativa al plano de referencia descargado será ≤ 2.00 mm. Cualquier daño estructural hace que R9 falle incluso si la presión de vacío, la carga y el tiempo de ciclo pasan.
Ejecutar la prueba de material-soporte para 10 min en cada diferencial de presión de límite inferior, 45 kPa y 50 kPa. Para la prueba dinámica, ejecute 120 ciclos para cada una de las seis celdas de ruta dinámica en el Capítulo 08. Más ventosas aumentan el área de carga total, pero no reducen automáticamente la tensión local debajo de una ventosa individual; la colocación y compresión de cada ventosa satisfacerá las puertas anteriores.
04Balance de flujo y tiempo de establecimiento del vacío
Seleccione la fuente de vacío del rendimiento combinado del generador con la tubería real, válvulas y filtros, utilizando el flujo inferior vinculado a una presión mínima de suministro de 0.40 MPa y un diferencial de presión de 45 kPa. Convierta los flujos de fuente y fuga a las mismas condiciones de referencia, p_N= 101.325 kPa y T_N= 293.15 K, antes de verificar la oferta y la demanda para cada zona. El caudal máximo de aspiración del catálogo o el vacío final por sí solos no pueden reemplazar este cálculo.
Q_S,LB = Q_S,meas - U_QS
Q_L,UB = Q_L,meas + U_QL
Q_S,LB(45 kPa de presión diferencial, 0.40 MPa de presión de suministro) / Q_L,UB ≥ 1.50Utilice la indicación máxima Q_L,meas en la matriz completa de la prueba, no el promedio, y no descarte una muestra simplemente porque la succión tuvo éxito a pesar de la alta fuga. Incluya las incertidumbres ampliadas combinadas del medidor de flujo, la curva del proveedor y la conversión de tuberías en U_Q; este informe requiere U_Q/Q≤2%. La información oficial de SMC describe cómo retrocalcular la fuga utilizando el generador real, las ventosas, la pieza de trabajo y el medidor de vacío, y explica que la fuga a través de piezas de trabajo rugosas o porosas puede evitar que se alcance el vacío requerido [5]. GB/T 32293-2015 se utiliza solo para seleccionar el método de prueba de fugas de hardware Q_H; Q_P, Q_E y flujo de proceso total Q_L utilizan las pruebas de proceso de piezas de trabajo en este informe. Los registros indicarán la presión, temperatura, rango, tasa de muestreo y estado de referencia.
Para diferenciales de presión de 0 a 50 kPa, defina Q_net,LB como el límite inferior normalizado mínimo del caudal de la fuente después de restar la fuga. Un tiempo de evacuación conservador desde la presión atmosférica p_0 a la presión absoluta objetivo p_1 es:
Q_net,LB = min[Q_S,LB(p) - Q_L,UB(p)]
t_ev = V_Z,UB (p_0 - p_1) / (p_N Q_net,LB)
t_pick = t_ev + t_stable + t_auxConvertir Q a L/s y establecer el objetivo p_1 = p_0−50 kPa. Si Q_net,LB≤ 0, la condición falla inmediatamente. Establezca t_stable= 0.20 s y fije el límite superior combinado para la respuesta de la válvula, la respuesta del sensor, la exploración del PLC y la salida permisiva en t_aux= 0.10 s. El tiempo total desde el contacto hasta que cada zona alcanza un límite inferior de presión 50 kPa, 20 muestras consecutivas pasan, y la variación de pico a pico de la ventana es ≤ 2 kPa será ≤ 2.0 s. Inhibe la elevación y la aceleración horizontal si se agota el tiempo de cualquier zona, cualquier muestra cae por debajo del umbral, no llega ninguna nueva muestra analógica dentro de 30 ms, o las señales discretas y analógicas entran en conflicto durante más de 50 ms.
05 Zonificación, válvulas de retención, restricción de flujo y compensación de fugas
Proporcione a cada una de las cuatro zonas su propia rama de generación de vacío, medición de presión, componentes de aislamiento e identificador de diagnóstico. Las ventosas en cada zona deben abarcar ambos lados del centro de gravedad de la pieza de trabajo. Después de perder cualquier zona, utilice coordenadas tridimensionales reales para verificar el equilibrio de carga combinada del Capítulo 03; el recuento de tazas o una comprobación visual bidimensional no es suficiente. El Capítulo 06 restringe su ejemplo al plano x-z con todas las entradas y cero. La presión de cabecera central es solo para diagnóstico y no puede reemplazar el permiso específico de zona.
| Elemento de arquitectura | Función requerida | Condición no conforme |
|---|---|---|
| Medición de presión de zona independiente | Detectar fugas locales, contacto incompleto y desprendimiento de la ventosa | Solo se mide la presión del cabezal |
| Aislamiento de válvula de retención o flujo de vacío | Evitar que una zona defectuosa colapse el vacío en zonas sanas | Una línea abierta en una zona reduce cualquier límite inferior de presión de la zona sana por debajo de 45 kPa |
| Reserva de flujo de fuente | Mantener la presión en el límite superior de la fuga | Q_S,LB/Q_L,UB< 1.50 |
| Permiso basado en presión | Límite inferior de la presión de cada zona≥ 50 kPa para 200 ms, con variación de pico a pico≤ 2 kPa | Un temporizador o una señal común proporciona permiso |
| Suministro de energía de respaldo | t_1 − t_0 ≤ 0.10 s y se mantiene hasta t_3 | Tiempo de retención adiabática < 8.50 s o Q_S,LB/Q_L,UB < 1.50 a 0.40 MPa |
| Ventilación controlada | Ventilar solo después de que se hayan confirmado ambos soportes para 500 ms, velocidad≤ 0.01 m/s y error de posición≤ 5 mm | La ventilación es posible mientras no se cumple una condición requerida |
La información de la válvula de ahorro de energía de SMC describe la restricción de fugas de las ventosas descubiertas para mantener el vacío en los circuitos restantes [ 5 ], mientras que la información de la espuma de Piab discute las válvulas de retención para materiales con diferentes porosidades [ 11 ]. Después de seleccionar estos componentes, la inyección de fallas aún debe incluir el atascamiento de la válvula, la contaminación, la fuga inversa y el tiempo de respuesta para verificar el rendimiento de aislamiento real.
Evalúe la compensación de fugas en secuencia: área de succión efectiva, ubicaciones y sellado de la ventosa, longitud y diámetro de la línea principal, distribución de la fuente de vacío y, finalmente, flujo de la fuente. El aislamiento de la zona debe mantenerse y no puede reemplazarse aumentando continuamente el caudal de aspiración. Una gran abertura local puede consumir el flujo disponible y ocultar el desprendimiento de la ventosa.
06 Cálculo y decisión de la línea base trabajada
Utilice las siguientes condiciones asumidas para el cálculo trabajado: la superficie de succión permanece horizontal, θ=0; el cálculo es en x-z con a_y,UB=0, e_y,UB=0, M_x=0, y M_z=0. En relación con el centro de la matriz, las proyecciones de la ventosa son x=±0.25 m y y=0, y el centro de gravedad es (0.060,0,−0.160) m. Para las ecuaciones vectoriales del Capítulo 03, calcule r_i como coordenadas de la ventosa menos coordenadas del centro de gravedad. Cualquier aceleración y no cero, excentricidad o momento requiere el cálculo completo del equilibrio tridimensional.
| Entrada | Valor especificado incluyendo incertidumbre |
|---|---|
| Cartón de masa superior delimitada m_UB | 18.0 kg |
| Conteo de ventosas y Zonificación | Tazas 8 en zonas 4, 2 por zona |
| Área efectiva de una sola ventosa A_eff, LB | 0.0060 m² |
| Proyecciones de ventosas Bidimensionales | Relativo al centro de la matriz: x=± 0.25 m, y= 0 ; cada zona tiene una ventosa en cada lado |
| Diferencial de mantenimiento de fallas con límite inferior Δp_min,LB | 45 kPa |
| Diferencial de elevación normal con límite inferior Δp_pick,LB | 50 kPa |
| Limitación inferior de fricción μ_LB | 0.35 |
| Aceleración ascendente normal/de falla límite superior a_z, UB | 1.50 m/s² |
| Limite superior de aceleración horizontal normal/falla a_x,UB | 2.00 m/s² |
| Y Aceleración y excentricidad | a_y,UB = 0 ;e_y,UB= 0 |
| Desplazamiento horizontal del centro de gravedad Limite superior e_x,UB | 0.060 m |
| Distancia del centro de gravedad desde el plano de aspiración h_UB | 0.160 m |
| Momentos independientes de balanceo y giro | M_x＝0；M_z＝0 |
| Soporte seguro registrado | S1 = ( 1.00, 0, − 0.20 ) m; longitud máxima de la ruta de falla 1.20 m |
| V_Z, UB de la unión superior del evacuado-volumen de la sola zona | 1.80 L |
| Indicación de fuga de zona máxima y U_QL | 55.0, 1.1 NL/min; Q_L,UB= 56.1 NL/min |
| Indicación de flujo mínimo de fuente de zona y U_QS | 90.0, 1.8 NL/min; Q_S,LB= 88.2 NL/min |
| Condiciones de prueba de flujo de fuente | Rango diferencial completo 0–50 kPa; presión manómetra de suministro 0.40 MPa ; filtro en su límite de servicio |
| Estabilización y tiempo auxiliar | t_stable = 0.20 s;t_aux = 0.10 s |
| Volumen del receptor de aire, presión de suministro y límites de temperatura inicial | Límite inferior de volumen efectivo 25.0 L; límite inferior de presión manómetra inicial 0.70 MPa; límite superior de presión manómetra mínima utilizable 0.40 MPa; T_1,UB=298.15 K |
| Indicación del consumo máximo de aire en cuatro zonas y U_Qair | 300, 6 NL/min; Q_air,UB= 306 NL/min |
06.1 Capacidad de carga de funcionamiento normal
El área total del límite inferior es 8 × 0.0060 = 0.0480 m². La capacidad individual de la ventosa es C_i= 45000 × 0.0060 = 270 N:
F_N,cap,LB = 45000 × 0.0480 = 2160 N
F_N,d = 2.5 × 18 × (9.81 + 1.50) = 508.95 N
Relación capacidad/demanda normal = 2160 / 508.95 = 4.24 > 1.00: cumple
F_T,cap = 0.35 × 2160 = 756 N
F_T,d = 2.5 × 18 × 2.00 = 90 N
Relación capacidad/demanda tangencial = 756 / 90 = 8.40 > 1.00: cumpleTomando momentos sobre el centro de la matriz de succión, la aceleración horizontal y el desplazamiento del centro de gravedad crean el siguiente momento de lanzamiento:
M_d = F_N,d e_x + F_T,d h = 508.95 × 0.060 + 90 × 0.160 = 44.94 N·m
Diferencia de fuerza normal entre lados: ΔF = M_d / 0.25 = 179.76 N
Demanda del lado con mayor carga = (508.95 + 179.76) / 2 = 344.36 N
Demanda del lado con menor carga = (508.95 - 179.76) / 2 = 164.60 N
Capacidad por lado = 4 × 45000 × 0.0060 = 1080 N
Ambos lados cumplen los criteriosCon una distribución igual entre cuatro tazas por lado, cada ventosa del lado alto lleva N_H=344.36/4=86.09 N y cada ventosa del lado bajo N_L=164.60/4=41.15 N. La fuerza tangencial por ventosa es T=90/8=11.25 N en ocho tazas. Compruebe la envolvente de interacción lineal:
η_H = 86.09/270 + 11.25/(0.35×270) = 0.44
η_L = 41.15/270 + 11.25/(0.35×270) = 0.27
max(η_H,η_L) = 0.44 ≤ 1.00: carga combinada conforme al criterio06.2 Flujo y tiempo de establecimiento
El límite de fuga superior es 56.1 NL/min y el límite inferior del flujo de fuente es 88.2 NL/min:
Relación caudal de la fuente/fuga = Q_S,LB / Q_L,UB = 88.2 / 56.1 = 1.572 ≥ 1.50: cumple
Relación caudal disponible/caudal requerido = Q_S,LB / (1.5 Q_L,UB) = 88.2 / 84.15 = 1.048 ≥ 1.00: cumple
Q_net,LB = 88.2 - 56.1 = 32.1 NL/min = 0.535 L/s
p_1 = 101.325 - 50 = 51.325 kPa
t_ev = 1.80 × (101.325 - 51.325) / (101.325 × 0.535) = 1.66 s
t_pick = 1.66 + 0.20 + 0.10 = 1.96 s ≤ 2.00 s: cumpleLa relación fuente/fuga y la relación demanda-capacidad tienen diferentes umbrales: 1.50 y 1.00 respectivamente. Cada zona debe alcanzar un límite inferior 50 kPa y permanecer estable durante 200 ms. Cualquier zona que exceda 2.00 s falla R4.
06.3 Pérdida completa de una zona
Aislar cualquier zona deja 6 tazas y 0.0360 m² de área efectiva. Cada zona tiene una ventosa a cada lado de x, por lo que 3 tazas permanecen en cada lado después de una falla de una sola zona.
F_N,1fail = 45000 × 0.0360 = 1620 N
Relación capacidad/demanda normal = 1620 / 508.95 = 3.18: cumple
F_T,1fail = 0.35 × 1620 = 567 N
Relación capacidad/demanda tangencial = 567 / 90 = 6.30: cumple
Capacidad restante por lado = 3 × 45000 × 0.0060 = 810 N
810 > 344.36 N and 810 > 164.60 N: distribución del momento conforme al criterioDespués del fallo de una zona, quedan tres tazas en cada lado de alta y baja carga. La demanda tangencial por ventosa restante es T= 90 / 6 = 15 N:
N_H,1fail = 344.36/3 = 114.79 N
N_L,1fail = 164.60/3 = 54.87 N
η_H,1fail = 114.79/270 + 15/(0.35×270) = 0.584
η_L,1fail = 54.87/270 + 15/(0.35×270) = 0.362
max(η_H,1fail,η_L,1fail) = 0.584 ≤ 1.00: cumpleCon las entradas fijas en este artículo—un límite superior de masa de 18 kg, una superficie de succión horizontal, especificadas envolventes de aceleración normal/fallo y una envolvente de excentricidad bidimensional—tanto el estado normal como el fallo completo de cualquier zona única pasan el cribado rápido y los cálculos de carga combinada. Este es un resultado de cálculo para la condición de funcionamiento de base.
06.4 Pérdida de suministro principal y desactivación controlada
El ejemplo utiliza una reserva de aire comprimido con un límite inferior de volumen efectivo de 25.0 L, un límite inferior de presión manómetra inicial de 0.70 MPa y un límite superior de presión manómetra mínima utilizable de 0.40 MPa. Con p_N=0.101325 MPa, las presiones absolutas son P_1=0.801325 MPa y P_2=0.501325 MPa. Utilice la descarga adiabática de un tanque rígido con γ=1.4, temperatura de referencia T_N=293.15 K y límite superior inicial de la temperatura del tanque T_1,UB=298.15 K. El límite superior de consumo de cuatro zonas es 306 NL/min=5.10 NL/s. A una presión mínima de suministro de 0.40 MPa, cada zona proporciona Q_S,LB=88.2 NL/min y supera el criterio de flujo de 1.50.
m_2/m_1 = (P_2/P_1)^(1/γ) = (0.501325/0.801325)^(1/1.4) = 0.7153
V_N,use = 25 × (0.801325/0.101325) × (293.15/298.15) × (1 - 0.7153) = 55.34 NL
t_res = 55.34 / 5.10 = 10.85 s
t_required = (t_2-t_0)_max + 2(t_3-t_2)_max = 0.50 + 2 × 4.00 = 8.50 s
10.85 > 8.50 s: cumpleLos cálculos en esta sección pasan R2, R3, tiempo de acumulación de vacío, falla de zona única y comprobaciones de duración de copia de seguridad, lo que permite que la configuración proceda al proceso FAT/SAT en las secciones 08 y 09. La autorización de ingeniería del subsistema de agarre por vacío requiere registros FAT y SAT de falla cero para cada celda de condición límite e inyección de falla, junto con documentación completa para la puerta de prerrequisito de la máquina completa.
07 Fallos de una sola zona, pérdida de suministro y apagado controlado
Proporcione cadenas de respuesta separadas para alarmas y acciones de seguridad. Aplique la siguiente lógica de estado al permisivo operativo; no comparta un retraso que posponga la acción protectora:
Lift_Enable =
Workpiece_Present ∧ Zone_A_OK ∧ Zone_B_OK ∧ Zone_C_OK ∧ Zone_D_OK
∧ Δp_LB por zona ≥ 50 kPa de forma continua durante 200 ms
∧ Variación pico a pico en la ventana de 200 ms ≤ 2 kPa
∧ Motion_Envelope_OK
Single_Zone_Fault →
Impedir la continuación de la trayectoria de producción
∧ |a_z,UB| ≤ 1.50 m/s²
∧ √(a_x,UB²+a_y,UB²) ≤ 2.00 m/s²
∧ Prohibir el volteo
∧ Depositar sobre el soporte registrado S1
Main_Supply_Loss →
Suministro de reserva establecido: t_1-t_0 ≤ 0.10 s
∧ Fallo confirmado: t_2-t_0 ≤ 0.50 s
∧ Mantener todas las zonas operativas
∧ Carga transferida al soporte: t_3-t_2 ≤ 4.00 sLas cuatro marcas de tiempo usan la misma base de tiempo 1 ms. t_0 es el primero del primer instante cuando el límite inferior de la presión de entrada del suministro principal cae por debajo del indicador 0.55 MPa o se pierde la señal de apertura de la válvula principal. t_1 es el primer instante cuando el límite inferior de la presión de suministro de entrada en los cuatro generadores de zona alcanza el indicador 0.40 MPa. t_2 es cuando el controlador establece la falla de suministro de energía y emite el comando de ajuste. t_3 es el primer instante cuando ambos sensores de apoyo independientes están encendidos y el límite inferior de la fuerza de apoyo ha alcanzado 0.95m_UBg continuamente durante 500 ms. El intervalo 4.00 s comienza en t_2 ; el límite superior total desde la pérdida de energía principal hasta la transferencia al soporte es 4.50 s.
Registre la posición segura de apoyo S1=( 1.00,0,− 0.20 ) m con una tolerancia de ± 5 mm. La longitud máxima de trayectoria desde cualquier punto en la envolvente de movimiento a S1 es 1.20 m. El umbral de límite inferior de la fuerza de soporte es 0.95 × 18 × 9.81 = 167.75 N. Registre las coordenadas de soporte, el límite de trayectoria y el umbral de fuerza en R1. Los lugares no registrados no deben ser utilizados como soportes seguros.
No ordene la ventilación después de una falla hasta que se cumplan todas las condiciones de liberación: posición dentro de S1 ± 5 mm; velocidad≤ 0.01 m/s continuamente durante 500 ms; ambos sensores de soporte independientes ENCENDIDOS continuamente durante 500 ms; límite inferior de la fuerza de soporte≥ 0.95m_UBg; y un comando de liberación manual mantenido durante 500 ms. La recuperación de presión no debe reiniciar automáticamente la producción. Complete t_3, inspeccione la pieza de trabajo y restablezca manualmente antes de un nuevo ciclo.
Verifique el suministro de energía de respaldo apagando la energía principal bajo las condiciones combinadas de presión manómetra inicial 0.70 MPa, límite superior de fuga, límite superior de consumo de aire, límite de vida útil del filtro y trayectoria de falla 1.20 m. Desde t_0 hasta t_3, el ajuste controlado falla si cualquier límite inferior de presión de la zona sana es < 45 kPa, cualquier límite superior de aceleración de falla se excede, cualquier puerta de tiempo t_1 / t_2 / t_3 se excede, o una persona apoya la pieza de trabajo manualmente.
08Matriz de prueba, cadena de medición y registros
Ejecute la matriz completa por separado en FAT y SAT para cada especificación de caja; los datos de FAT no se pueden acreditar contra SAT. El origen de las coordenadas es el centro de succión del diseño del cartón. Fije el desplazamiento permitido de la colocación de la ventosa en ± 20 mm en x e y y la compresión en 5–9 mm. Utilice cajas de cartón independientes para cada celda límite: tres lotes entrantes × 10 cajas de cartón /lote × 5 ciclos /cartón = 150 ciclos . Ahorre cuatro curvas de zona por ciclo, dando 600 curvas de zona por celda.
| Célula de prueba | Punto de colocación de ventosa / Estado | Compresión | Contaminación y vida útil | Muestras por etapa |
|---|---|---|---|---|
| E1 | (0,0) mm; área central sin imprimir | 7 mm | ventosa limpia y nueva | 150 ciclos/ 600 curvas |
| E2 | (+20,0) mm | 7 mm | ventosa limpia y nueva | 150 ciclos/ 600 curvas |
| E3 | (−20,0) mm | 7 mm | ventosa limpia y nueva | 150 ciclos/ 600 curvas |
| E4 | (0,+20) mm | 7 mm | ventosa limpia y nueva | 150 ciclos/ 600 curvas |
| E5 | (0,−20) mm | 7 mm | ventosa limpia y nueva | 150 ciclos/ 600 curvas |
| E6 | 100% cobertura de impresión; labio de sellado 10 mm desde el borde de la cinta | 7 mm | ventosa limpia y nueva | 150 ciclos/ 600 curvas |
| E7 | (0,0) mm | 5 mm | ventosa limpia y nueva | 150 ciclos/ 600 curvas |
| E8 | (0,0) mm | 9 mm | ventosa limpia y nueva | 150 ciclos/ 600 curvas |
| E9 | (0,0) mm | 7 mm | 0.50 g/m² polvo de papel; ventosa nueva | 150 ciclos/ 600 curvas |
| E10 | (0,0) mm | 7 mm | Polvo de papel 0.50 g/m²; ventosa en ciclos 100000 o desgaste de labio 0.50 mm | 150 ciclos/ 600 curvas |
Para cada especificación de cartón en cada etapa, complete los ciclos de fuga/establecimiento 1500 y las curvas de zona 6000; FAT y SAT juntos totalizan los ciclos 3000 y las curvas 12000. Si cambia el material del cartón, el tipo de canaleta, el número de capas, el recubrimiento, la cinta o el límite de masa superior, trátelo como una nueva especificación y repita las cantidades completas.
Utilice seis celdas de ruta dinámicas. D1 : 18 kg , a_z,UB=+ 1.50 m/s ², a_x,UB= 0 . D2 : 18 kg , a_x,UB=+ 2.00 m/s ², a_z,UB= 0 . D3 : 18 kg , a_x,UB=− 2.00 m/s ², a_z,UB= 0 . D4 combina a_z,UB=+ 1.50 m/s ² y a_x,UB=+ 2.00 m/s ². D5 combina a_z,UB=+ 1.50 m/s ² y a_x,UB=− 2.00 m/s ². D6 sigue la ruta de falla máxima 1.20 m a S1 después de una falla de una sola zona. Todas las celdas utilizan condiciones de contaminación y desgaste E10, con tres lotes × cajas de cartón 10 × ciclos 4 = ciclos 120 por celda. Cada etapa totaliza ciclos dinámicos 720; FAT y SAT juntos totalizan 1440.
En cada etapa, completar de forma independiente: área efectiva: 8 tazas × 3 niveles de compresión × 2 estados de vida × 10 ensayos = 480 ensayos; coeficiente de fricción: 2 diferenciales de presión × 2 estados de vida x 2 estados de contaminación × 30 ensayos = 240 ensayos; y, con la presión de manometro de suministro del generador a 0.40 MPa y la caída de presión del filtro a 5 kPa, 4 zonas × 10 curvas de 0 a 50 kPa = 40 curvas. Estas cuentas no pueden acreditarse contra E1 a E10 o D1 a D6.
| Medición | Instrumentación y muestreo | Registros requeridos | Criterio |
|---|---|---|---|
| Presión de zona | Sensor de presión absoluta o diferencial independiente por zona; ≥ 100 Hz y U_p/p≤ 2% | Δp_meas, U_p, Δp_LB | Antes de levantar, Δp_LB≥50 kPa; durante fallas, cada zona sana Δp_LB≥45 kPa |
| Fugas y flujo de fuente | Caudalímetro normalizado ≥ 100 Hz; U_Q/Q≤ 2% | Q_meas, U_Q y estado de referencia | Q_S,LB/Q_L,UB≥1.50 |
| Masa y coordenadas | Báscula calibrada U_m≤ 0.10 kg; medición tridimensional U_r≤ 1.0 mm | m_meas, U_m y coordenadas de ventosa, centro de gravedad y soporte | m_UB=m_meas+U_m; tomar el valor absoluto de excentricidad y brazo de momento más U_r |
| Carga dinámica | Acelerómetro independiente de tres ejes ≥ 200 Hz, U_a≤ 0.05 m/s ² | Lecturas por eje, U_a y picos de frenado por fallo | a_UB = max|a_meas| + U_a; no excede la envolvente calculada |
| Desplazamiento/deslizamiento | ≥100 Medición visual de fps, U_s≤0.20 mm | Posiciones de inicio, pico y final con la escala de medición | s_UB=s_meas+U_s≤ 2.00 mm |
| Fuerza de apoyo | Transductor de fuerza calibrado; U_F/F≤ 2% | F_support,meas, U_F, y ambas señales de soporte | F_support,LB=F_meas−U_F≥ 0.95m_UBg y mantener durante 500 ms |
| Volumen, presión del aire almacenado y temperatura | Volumen U_V/V≤ 2% ; presión U_P≤ 0.005 MPa ; temperatura U_T≤ 1 K | Volúmenes de zona/receptor, P_1, P_2, T_1, e incertidumbres correspondientes | Utilice el límite superior para el volumen evacuado; utilice los límites inferiores para el volumen del receptor de aire y P_1, y los límites superiores para P_2 y T_1. |
| Área efectiva | Proyección de imagen calibrada o medida dimensional; U_A/A≤ 2% | Compresión, límite interno del sello, y área | Utilice solo A_eff,LB=A_meas−U_A en los cálculos |
| Coeficiente de fricción | Medidor de fuerza calibrado; U_μ≤ 0.02 | Fuerza al inicio del deslizamiento continuo, presión diferencial, área y condición de contacto | Utilice únicamente μ_LB=min(μ_meas)−U_μ en los cálculos |
| Suministro de energía de respaldo | Presión, caudal y base de tiempo de evento de 1 ms | t_0, t_1, t_2, t_3 y presión mínima de zona | ≤ 0.10 s, ≤ 0.50 s, ≤4.00 s, y zona sana Δp_LB≥ 45 kPa |
Utilice los límites inferiores de presión para obtener permiso. En U_p/p= 2%, un límite inferior 50 kPa requiere una indicación de al menos 51.02 kPa ; un límite inferior 45 kPa requiere al menos 45.92 kPa. El sesgo del reloj de muestreo debe ser ≤ 10 ms. Complemente un interruptor de presión discreto con presión analógica registrable. Un bit de paso/fallo sin el rastro de presión original falla R10.
La ventana de presión de liberación es 0 ≤Δp_UB≤ 5 kPa continuamente para 500 ms. Un cambio en la presión analógica por debajo de 0.50 kPa dentro de 300 ms de la acción de la válvula, o ninguna nueva muestra para 30 ms, indica una señal congelada. Un conflicto discreto/analógico que dura más de 50 ms es un fallo de diagnóstico.
Retenga marcas de tiempo, identificadores de zona, identificadores de muestra, identificadores de lote, identificadores de ubicación de ventosa, presión, flujo, aceleración, estados de válvula y estados permisivos en los datos sin procesar, con unidades en los campos o metadatos. Archivar scripts de procesamiento y parámetros junto con ellos para que cada resultado calculado sea rastreable a las filas originales. Las imágenes no pueden reemplazar los datos sin procesar. Solo pueden excluirse fallos de instrumentos claramente establecidos, con la razón, evidencia de fallo y registros de reprueba retenidos. La eliminación de ciclos de alta fuga o de acumulación lenta como "outliers" hace que R10 falle directamente.
09Matriz de inyección de fallas basada en FMEA
Convierta los modos de falla FMEA en inyecciones de falla repetibles, incluyendo fallas de baja frecuencia. Utilice una masa superior 18 kg, un estado de contaminación/desgaste E10 y una ruta de falla 1.20 m. FAT y SAT completan la tabla completa. Para fallas que no sean pérdida de suministro principal, t_F es el tiempo de inyección física y la confirmación de falla debe cumplir t_2 −t_F≤ 0.50 s. La pérdida de suministro principal mantiene las definiciones del capítulo 07 t_0 – t_3.
| Modo de falla | Método de inyección | Pruebas por etapa | Respuesta de control requerida | Criterio de aprobación |
|---|---|---|---|---|
| ventosa de succión descubierta | Aplique una abertura calibrada 6.0 mm en cada ventosa | 8 tazas × 10 = 80 | Alarma para la zona afectada y trasladar la carga a S1 | Zona sana Δp_LB≥ 45 kPa , t_2 −t_F≤ 0.50 s, t_3 − t_2 ≤ 4.00 s |
| Línea de zona desconectada | Desconecte completamente el acoplamiento rápido de cada zona | 4 zonas × 10 = 40 | Aislar la zona defectuosa y establecer en S1 | Todos los ensayos 40 cumplen con las puertas de tiempo, presión, aceleración y deslizamiento |
| Válvula de retención atascada abierta | Bypass de cada válvula de retención de zona con una trayectoria de flujo completamente abierta | 4 zonas × 10 = 40 | Las zonas sanas mantienen diagnósticos independientes; ejecute el ajuste S1 | Cualquier Δp_LB de la zona saludable inferior a 45 kPa no cumple el requisito completo |
| Sensor de presión atascado alto | Inyecta alto nivel a escala completa en cada canal: pruebas 5 antes de levantar y 5 durante el movimiento | 4 Canales de TV × 10 = 40 | Inhibir la elevación antes de la recogida; ejecutar S1 set-down durante el movimiento | No false Lift_Enable; las pruebas de movimiento cumplen los límites t_2 y t_3 |
| Sensor de presión atascado bajo | Inyectar 0 kPa en cada canal: pruebas 5 antes de levantar y 5 durante el movimiento | 4 Canales de TV × 10 = 40 | Inhibir la elevación antes de la recogida; ejecutar S1 set-down durante el movimiento | Se prohíbe la operación de derivación; la presión de la zona sana permanece dentro del límite de aceptación |
| Pérdida principal del aire comprimido | Cierre la válvula principal en un punto con 1.20 m de trayectoria restante hasta S1 | 10 | Establezca el suministro de respaldo y confirme la falla en t_1/t_2, luego establezca en S1 | t_1−t_0≤0.10 s，t_2−t_0≤0.50 s，t_3−t_2≤4.00 s |
| Baja presión de reserva de respaldo | Presión de manometro inicial fijada en 0.39 MPa | 10 | Inhibir el inicio | No Lift_Enable en cualquiera de los ensayos de 10 / 10 |
| Colapso local del cartón | Prepare una 30 mm -diámetro, 5.0 mm -profunda hendidura en el área de succión | 10 | Ejecute el ajuste S1 después de la falla de presión | No hay desgarro, no hay caída, y s_UB≤ 2.00 mm |
| Permiso de temporizador prematuro | Establecer retraso fijo a 0.50 s | 10 | El bloqueo de presión continúa para evitar el movimiento | No elevación mientras cualquier zona tenga Δp_LB< 50 kPa |
| Comando de ventilación no intencionada | Inyectar una solicitud de salida de ventilación en el punto medio de la ruta | 10 | Cada una de las cinco condiciones de liberación bloquea la ventilación cuando no está satisfecha | La válvula de ventilación debe permanecer desactivada antes de t_3 |
Realice 290 inyecciones de falla en cada etapa, totalizando 580 a través de FAT y SAT. Antes de la prueba, instale un dispositivo de captura de carga y despeje el área peligrosa. Registre un fallo por cualquier movimiento no deseado, presión por debajo de su límite inferior, tiempo límite excedido, aceleración por encima de su límite superior, deslizamiento por encima de su límite superior y ventilación no deseada o apoyo manual de la pieza de trabajo. Después de la acción correctiva, repita ese modo de falla en esa etapa desde la primera prueba; repetir solo el intento fallido no es suficiente.
10 Estándares de liberación de ingeniería de subsistemas de agarre de FAT, SAT y vacío
El proceso de liberación comprueba la puerta de prerrequisito, la documentación de diseño, las pruebas de aceptación de fábrica (FAT) y las pruebas de aceptación de sitio (SAT) en secuencia. Las cuatro puertas deben pasar antes de que se emita una conclusión de ingeniería del subsistema. Los cálculos no reemplazan las pruebas de aceptación físicas, FAT no reduce los requisitos de SAT, y las pruebas deben usar los cartones objetivo en lugar de las muestras genéricas del proveedor.
| No. | Puerta de liberación | Criterios de aprobación |
|---|---|---|
| R1 | Prerrequisito Puerta y congelación de entrada | Pasa la evaluación de riesgos de la máquina completa; PL/SIL validado para Lift_Enable, detección de fallos, inhibición de escape y parada controlada es ≥ el requisito de evaluación de riesgos; integración de robot, cumplimiento del receptor de aire y pase de cumplimiento ambiental; y masa/centro de gravedad/coordenadas tridimensionales/aceleración/posición segura/A_eff, LB/μ_LB/Q_L, UB/Q_S, LB y todos los valores U están controlados por versión |
| R2 | Capacidad de carga estática y dinámica | Relaciones de capacidad rápida normal y de una sola zona de falla≥ 1.00 ; existe una solución tridimensional con η_i≤ 1.00 en cada muestra de 10 ms |
| R3 | Reserva de flujo | Cada zona: Q_S,LB (45 kPa, 0.40 MPa suministro)/Q_L,UB≥ 1.50 |
| R4 | Tiempo de Vacío-Establecimiento | Para cada celda E1 – E10, todos los ciclos 150 / 150 y las trazas de zona 600 / 600 alcanzan el límite inferior 50 kPa dentro de 2.0 s y permanecen estables durante 200 ms |
| R5 | Manejo dinámico | Cada celda D1-D6 completa 120 / 120 ciclos : sin caída, s_UB≤ 2.00 mm, y aceleración límites superiores dentro de la envolvente de cálculo |
| R6 | Falla de zona única | Desconecte cada zona 10 veces y pase su válvula de retención 10 veces; zona saludable Δp_LB≥ 45 kPa y cada carga alcanza S1 dentro del límite de tiempo |
| R7 | Pérdida de suministro principal | Todos los ensayos 10/10 satisfacen t_1−t_0≤0.10 s, t_2−t_0≤0.50 s, t_3−t_2≤4.00 s, y Δp_LB≥45 kPa en la zona sana durante t_0–t_3 |
| R8 | Inyección de fallas | Capítulo 09 : 290 / 290 ensayos por etapa; sin falsos permisos ni ventilación y sin exceder los límites de tiempo, presión, aceleración o deslizamiento |
| R9 | Estructura del cartón | No hay tapa abierta, separación del revestimiento o daño continuo; límite superior de sangría permanente ≤ 2.00 mm en 60 s después de la descarga |
| R10 | Integridad de registros | Curvas de presión, flujo, aceleración y desplazamiento originales trazables; registros t_0–t_3; incertidumbres del instrumento; configuración; y decisión |
FAT y SAT utilizan los mismos umbrales y completan independientemente las cantidades requeridas. Si el generador de vacío, el modelo/dureza de la ventosa, el diámetro del tubo, el filtro, la válvula, el programa de control, el material del cartón, el revestimiento, la cinta, la masa, el centro de gravedad o la aceleración de la trayectoria cambian en el sitio, el límite de liberación existente expira inmediatamente y R1 – R10 se repetirá en su totalidad. No se permite la liberación condicional: si no se cumple algún elemento, el subsistema de agarre por vacío falla en la liberación de ingeniería.
11 Controles de ingeniería y mantenimiento
- Ventosas y puntos de colocación : el labio de sellado no debe cruzar una abertura de la tapa del cartón, daño, o un pliegue, hendidura, o paso de cinta con diferencia de altura/profundidad ≥ 0.50 mm. Su distancia mínima de esos límites será ≥ 10 mm. La guía mecánica limita la compresión a 5–9 mm.
- Filtración y drenaje : Monitorear la presión diferencial a través de cada filtro de zona. En una caída de presión de límite superior de 5 kPa o 500 h de servicio, lo que ocurra primero, inhiba el uso y reemplace el filtro. Repita la prueba Q_H antes del cambio después.
- Comprobaciones de zona : Antes de cada turno, medir la fuga de hardware contra una placa estándar impermeable a 45 kPa diferencial. Si alguna zona tiene Q_H,UB/Q_S,LB> 0.05, retírela del servicio para repararla.
- Diagnóstico de sensores: antes de la aspiración, 0≤Δp_UB≤5 kPa continuamente durante 500 ms. Establezca una falla si el cambio es <0.50 kPa dentro de los 300 ms después de la activación de la válvula, no llega ninguna nueva muestra durante 30 ms, o las señales discretas y analógicas entran en conflicto durante >50 ms.
- Monitoreo de presión: Durante el movimiento normal, cada zona requiere Δp_LB≥50 kPa. Si cualquier zona sana registra una muestra de 100 Hz con Δp_LB<45 kPa, el controlador establece una falla en su siguiente escaneo mientras todavía cumple con t_2≤0.50 s.
- Control de cambio : Tazas de control de versión, materiales de sellado, válvulas, longitudes de manguera, fuentes de vacío, parámetros de programa y materiales de cartón. Recalcular y realizar las pruebas requeridas antes de usar un sustituto.
- Protección personal y aislamiento de energía : Antes del mantenimiento, primero confirme que el límite inferior de la fuerza de soporte alcanza 0.95m_UBg continuamente durante 500 ms. A continuación, aísle y bloquee el suministro de aire y libere la energía neumática residual. Permitir la entrada solo después de la confirmación de soporte y aislamiento de energía están completos. ISO 4414:2010 cubre el diseño, instalación, operación y mantenimiento de sistemas neumáticos de maquinaria, excluyendo compresores, distribución de fábrica, cilindros de gas y receptores de aire [ 4 ]. El cumplimiento del receptor de aire sigue siendo un requisito previo R1.
12 Conclusiones
La evaluación de la manipulación de piezas porosas debe cubrir la capacidad de carga, las fugas, la dinámica, el aislamiento de zonas y la respuesta a la pérdida de aire. Este artículo expresa esto como seis criterios de ingeniería que deben cumplirse juntos:
- Verifique la operación normal y de una sola zona de falla usando Δp_min,LB, A_eff,LB, μ_LB, y un factor de carga de 2.5. Las relaciones de capacidad rápida deben ser ≥1.00, con una solución de equilibrio tridimensional que satisfaga η_i≤1.00 en cada muestra de 10 ms.
- Cada zona debe satisfacer Q_S,LB/Q_L,UB≥1.50 a diferencial de 45 kPa y presión mínima de manómetro de suministro de 0.40 MPa.
- Cada zona alcanza un 50 kPa límite inferior dentro de 2.0 s; 20 muestras consecutivas pasan y la variación de pico a pico de la ventana es ≤ 2 kPa ; el permisivo proviene de señales de presión por zona.
- Después de la pérdida completa de cualquier zona, los límites inferiores de presión de la zona sana permanecen ≥ 45 kPa, las aceleraciones de falla permanecen dentro de la envolvente verificada, y la carga alcanza su soporte seguro registrado.
- Require t_1 − t_0 ≤ 0.10 s, t_2 − t_0 ≤ 0.50 s, y t_3 − t_2 ≤ 4.00 s. El modelo de descarga adiabática de respaldo con γ= 1.4 y límite superior de temperatura inicial 298.15 K debe dar t_res≥ 8.50 s.
- FAT y SAT completan independientemente, para cada especificación, diez celdas de límite, seis celdas dinámicas, e inyecciones de falla 290, todas con cero fallas y registros completos de puerta de prerrequisito R1.
El capítulo 06 da una conclusión de paso único de cálculo para la línea base de cartón de 18 kg : las relaciones de capacidad rápida normal y tangencial son 4.24 y 8.40, respectivamente, con un coeficiente de interacción máximo de 0.44 ; después de una falla en una zona, las relaciones de capacidad rápido son 3.18 y 6.30, con un coeficiente de interactuación máximo de 0.584 ; Q_S,LB= 88.2 NL/min y Q_L,UB= 56.1 NL/min; la relación fuente/fuga es 1.572 y la relación demanda-capacidad es 1.048 ; el tiempo establecimiento-permisivo es 1.96 s; y la duración adiabática de la energía de respaldo es 10.85 s, mayor que 8.50 s. Este resultado de cálculo procede al proceso de verificación FAT/SAT especificado.
El resultado del subsistema es «Aprobado» únicamente cuando todos los puntos R1–R10 cuentan con registros FAT y SAT independientes y sin fallos. La ausencia de cualquier elemento da como resultado «No aprobado». La autorización de la máquina completa requiere además los registros de evaluación de riesgos, validación de la seguridad del control, integración del robot y conformidad del depósito de aire comprimido.
Referencias
[ 1 ] Administración Estatal para la Regulación del Mercado y la Administración de Normalización de China. GB/T 41098 — 2021 Grúas — Seguridad — Accesorios de elevación de carga . Publicado en 2021-12 - 31; implementado en 2022-07 - 01; estado: actual.
[ 2 ] Organización Internacional de Normalización. ISO 17096:2015 Grúas—Seguridad—Accesorios de elevación de carga . La página oficial de ISO afirma que esta edición fue revisada y confirmada en 2026 y sigue siendo actual.
[3] Sistema Abierto de Normas Nacionales de la Administración Estatal para la Regulación del Mercado. GB/T 32293-2015 Tecnología del vacío — Selección de métodos de la prueba de la salida para el equipo del vacío. Publicado el 2015-12-10; implementado el 2016-07-01; estado: actual.
[ 4 ] Organización Internacional de Normalización. ISO 4414:2010 Potencia de fluidos neumáticos — Reglas generales y requisitos de seguridad para sistemas y sus componentes . La página oficial de ISO indica que esta edición fue revisada y confirmada en 2021.
[ 5 ] SMC Corporation. Equipo de vacío : selección de modelos y precauciones comunes . Referencia oficial de selección de componentes de vacío que cubre estimación de fugas, tiempo de respuesta, confirmación de presión, estrangulamiento y aplicaciones de válvulas de retención.
[6] J. Schmalz GmbH. Diseño de la ventosa . Base de conocimiento oficial de tecnología de vacío.
[7] J. Schmalz GmbH. Datos técnicos de ventosas . Base de conocimiento oficial de tecnología de vacío.
[8] Piab AB. Manipulación de cartón corrugado: Ventajas a través de la regulación de presión optimizada de la bomba de vacío neumática . Referencia técnica oficial sobre manipulación al vacío de cartón corrugado.
[ 9 ] A. Tiwari, B. N. J. Persson. Física de las ventosas . Materia blanda, 2019 , 15 : 9482–9499 . Artículo de investigación original.
[ 10 ] F. Gabriel, S. Baars, M. Römer, K. Dröder. Optimización del punto de agarre y dimensionamiento de sistemas de agarre basados en vacío energéticamente eficientes que cumplen con la normativa de fugas . Máquinas, 2021 , 9 ( 8 ): 149 . Artículo de investigación original.
[ 11 Piab AB. Pinzas de espuma piCOBOT . Página técnica oficial del producto, incluyendo orientación sobre aplicaciones de válvula de retención para materiales con diferentes porosidades.
