- В условиях ограниченного пространства и времени цикла высокотемпературные погрузчики должны координироватьсянесущий захват, прерывание потока тепла, защита пневматической цепи, структурная стабильность и простота обслуживания.
- Разделите проект навысокотемпературная несущая зона / зона теплоизоляции / низкотемпературная зона срабатывания, сочетая жаростойкие челюсти, керамический слой износа, стеклокерамический термический разрыв, слой керамического волокна, термический разрыв воздухозазора и отражающий щит.
- Рассчитанная в настоящей статье траектория изоляции из композитных материалов имеет эквивалентную теплопроводность приблизительно0.25 W/(m·K). В указанных условиях моделирования 650℃ корень челюсти составляет ≤83℃, монтажная поверхность цилиндра ≤55℃ и наружная стенка шланга ≤68℃; тепловой поток вдоль главного пути проводимости примерно на 98.7%ниже, чем при прямом металлическом соединении.
- Конфигурировать пневматическую цепь с помощьюподача воздуха в сторону от источника тепла, металлические трубы вблизи источника тепла, изоляция вторичного шланга, отступ компонентов и контролируемое поведение при потере давления. Рассчитанная эффективность термической защиты пневматической цепи составляет приблизительно 76.9% при температурных условиях, указанных в данной статье.
Подразделение: Jiangsu Aurek Intelligent Technology Co., Ltd. (Lianyungang, Jiangsu) Категория: Технические исследования Содержит полные формулы, таблицы и результаты по методу конечных элементов. Полный текст в формате PDF можно скачать в конце статьи или в правом верхнем углу.
00Абстрактный
Во время ковки, термообработки, литья под давлением, спекания и обработки на стороне печи тепло может перемещаться вдоль челюстей к приводу, вызываячрезмерное повышение температуры пневматической системы, старение и отказ шлангов, неправильное функционирование датчиков и снижение надежности захвата. В этой статье разработана модель теплопередачи для обработки горячих деталей в коротких циклах, а структура разделена на высокотемпературные зоны нагрузки, теплоизоляции и низкотемпературные зоны действия. Конструкция обеспечивает совместимость материалов, планировку, изоляционные пути и пневматическую защиту, сочетая жаростойкие челюсти, керамический контактный слой, устойчивый к износу, стеклокерамический термический разрыв, слой керамического волокна, термический разрыв воздухозазора и отражатель излучения. Затем с помощью расчетов эквивалентной теплопроводности и связанного термическо-структурного анализа с использованием метода конечных элементов сравниваются температурные поля, термическое напряжение и термическая деформация.
Расчеты и моделирование, приведенные в настоящей статье, дают эквивалентную теплопроводность приблизительно0.25 W/(m·K)для составной изоляционной траектории. При температуре поверхности заготовки 650 ℃, однократном времени захвата 20 с и температуре окружающей среды 35 ℃ максимальная температура корня челюсти остается в пределах 83 ℃, монтажная поверхность цилиндра в пределах 55 ℃ и наружная стенка шланга в пределах 68 ℃. По сравнению с непрерывным прямым металлическим соединением, тепловой поток вдоль главного пути проводимости уменьшается примерно на 98.7%, эффективность термической защиты пневматической цепи составляет 76.9%, а термическая деформация на конце захвата остается в пределах 0.20 mm. Эти результаты позволяют сравнить исследованные здесь конструкционные решения. Фактическое повышение температуры оборудования и непрерывная работа требуют измерения температуры прототипа и циклических испытаний.
01Введение
Манипуляторы, промышленные роботы, порталы или специализированные захваты могут обрабатывать горячие детали во время нагрева, выгрузки из печи, перемещения, загрузки и разгрузки, а также перемещения между процессами. Ковка, термическая обработка, литье, литье под давлением, спекание и последующая обработка стали включаютсильное тепловое излучение, значительный контактный теплопередатчик, концентрированный тепловой стресс, падение камня и тепловой шок. Дизайн силы захвата, жесткости и точности позиционирования в сочетании с изоляцией, пневматической защитой и контролем безопасности.
Конструктивное проектирование должно сначала проверить непрерывные металлические тепловые мосты, затем расположение шлангов, пневматических компонентов и сменных изоляционных деталей вблизи источника тепла. Увеличение только температурного рейтинга материала челюсти не решает проблему повышения температуры привода, затвердевания шлангов или утечки. Керамические прокладки, изоляционные пластины, экраны и втулки шлангов также должны быть легко проверяемыми и заменяемыми. Выберите конструкцию, учитывая грузоподъемность, прерывание теплового потока, пневматическую защиту, структурную стабильность и обслуживание вместе.
02Тепловые нагрузки и проектные соображения
2.1 Механизмы теплопередачи
Тепло попадает в инструмент черезконтактная проводимость, излучение и конвекция. Контактная проводимость переносит тепло от заготовки через челюсти. Излучение становится значительным выше 500 °C, в то время как горячий рабочий воздух, поток воздуха в печи и движение инструментов способствуют конвекции. Вместе они создают неоднородное температурное поле, при котором тепло проходит через пластины, винты, штифты, направляющие и соединения привода. Размягчение шлангов, отказ уплотнений, деградация смазочных материалов и неисправности датчиков могут происходить до отказа конструкционного металла, поэтому пневматическая защита и конструкционная изоляция должны проектироваться вместе.
2.2 Проблемы, связанные с существующей конструкцией высокотемпературных светильников
Твердые конструкции из жаропрочной стали или нержавеющей стали легко обрабатываются, но непрерывное металлическое соединение между горячими и холодными концами обеспечивает низкое термическое сопротивление. Если добавлены локальные керамические прокладки, их материал, толщина и способ монтажа совместно влияют на изоляцию и надежность. Алюминиевая керамика подходит для износостойкости, сжатия и высокотемпературного контакта, но ее теплопроводность не низкая, поэтому она не должна обеспечивать основную изоляцию сама по себе. Стандартные шланги из полиуретана, нейлона и каучука могут затвердеть, растрескиваться, стареть и терять влагу под воздействием радиации и горячего воздуха. Поэтому конструкционные тепловые пути, изоляционные ступени, пневматические маршруты и логика управления должны проектироваться вместе.
2.3 Композитная изоляция и защитное управление
Высокотемпературные захватывающие устройства могут объединитькомпозитная изоляция, модульное обслуживание и блокировки безопасности: жаропрочные сплавы несут нагрузку горячего конца; низкопроводящие материалы и воздушные полости прерывают теплопередачу; отражающие щиты уменьшают поступление излучения; пневматические и сенсорные компоненты отставлены назад; и линии вблизи источника тепла используют металлические секции и изоляционные втулки. Включить сигналы давления, температуры и состояния зажима в блокировки для обеспеченияинтегрированная термическая, механическая, пневматическая и управляющая конструкция.
03Метод проектирования инструментов
3.1 Расчетные условия и целевые параметры
Анализ рассматривает обработку горячих поковок / термически обработанных деталей в коротких циклах: после выхода из печи заготовка захватывается, переносится и устанавливается с помощью захвата, установленного на роботе или портале, с пневматическим приводом, обеспечивающим силу зажима. Приведенные ниже параметры являются вводными данными для расчетов и сравнения конструкций в данной статье.
| Предмет | Значение параметра | значимость дизайна |
|---|---|---|
| Температура поверхности заготовки | 650 °C | Соответствует условиям краткосрочной перевозки после вывода из печи |
| температура окружающей среды | 35 °C | Рассмотрите высокотемпературную среду в мастерской печи |
| Масса заготовки | 80 kg | Средние поковки или термообработанные детали |
| Однократное время зажима | 20 s | Репрезентативный цикл обработки робота или портала |
| частота цикла | 30-40 циклов/ч | Частота непрерывного производственного цикла |
| Рабочее давление | 0.6 MPa | Давление пневматического привода |
| Ускорение обработки | 2.0 m/s² | Рассмотреть шок старт-стоп |
| Коэффициент безопасности зажима | ≥2.5 | Предотвращение скольжения и термического разложения |
| Температура поверхности установки баллона | ≤60 °C | Защита уплотнений и состояния смазки |
| Температура наружной стенки шлангов | ≤70 °C | Предотвращение термического старения шлангов |
| Термическая деформация конца инструмента | ≤0.25 mm | Обеспечивают стабильность при повторном позиционировании и зажиме |
Таблица 1 Типичные параметры высокотемпературных условий обработки заготовки
3.2 Расчет силы зажима и требования к конструкционной несущей способности
При использовании двустороннего зажима нормальное зажимное усилие, требуемое односторонней зажимной челюстью, может быть предварительно проверено в соответствии с моделью трения:
где Fn- одностороннее нормальное зажимное усилие (N), S - коэффициент безопасности, m - масса заготовки (кг), g - ускорение гравитации, a - ускорение движущейся нагрузки (m/s2), μ - коэффициент контактного трения при высокой температуре. При условии, что S=2.5, m=80 kg, a=2.0 m/s², μ=0.35, требуемое усилие зажима на одной стороне составляет приблизительно3371 N; Учитывая масштаб оксида, удар вибрации, износ зажимной челюсти и колебания коэффициента трения, номинальное зажимное усилие одной стороны в инженерной конструкции должно быть не менее4.2 kN. Высокотемпературные заготовки не должны полностью полагаться на трение. В первую очередь следует использовать V-образные канавки, ступенчатые предельные значения, опоры оболочки или нижние опоры, с тем чтобы зажимное усилие и геометрические предельные значения были стабильными.
3.3 Принципы проектирования функциональных перегородок
Разделите захватывающий элемент на три функциональных зоны. Установлениевысокая температура несущей зоныконтактирует или приближается к заготовки и обеспечивает сцепление, термостойкость и стойкость к окислению. Установлениезона теплоизоляции, между челюстями и приводом, снижает поток тепла, прерывает тепловые мосты и учитывает тепловые нагрузки. Установлениенизкотемпературная зона срабатыванияв котором размещаются цилиндры, направляющие, коллекторы клапанов, датчики и соединение с роботом, вдали от прямого теплового излучения. Четкое разделение функций нагрузки, изоляции и приведения в действие на соединениях во избежание непрерывных металлических путей теплопередачи.
3.4 Выбор материала и структурная схема
| части | Рекомендуемые материалы | Основная функция | Основание для отбора |
|---|---|---|---|
| Передний несущий элемент с захватывающей челюстью | Инконел 625 или жаропрочная нержавеющая сталь | Выдерживает зажимные нагрузки и высокотемпературное излучение | Высокая температурная прочность, сопротивление окисления, коррозионная стойкость |
| Контактный слой заготовки | 96% алюминия керамические | Износостойкий, устойчивый к давлению, снижает адгезию металла | Подходит для сменных прокладок для износа и не используется в качестве единственного первичного изоляционного слоя |
| Терморазрывной блок | Стеклокерамика Macor | Блок теплопередачи от зажимной челюсти к монтажной основе | Низкая проводимость и обрабатываемость для локализации тепловых разрывов |
| Гибкая изоляция | керамического волокна одеяло | Уменьшение полости проводимости и теплопередачи излучения | Низкая теплопроводность, низкая теплоемкость, устойчивость к термическому удару |
| полость теплоизоляции | Структура Air-Gap | ослабление непрерывных твердых тепловых мостов | Простая, легкая конструкция, совместимая с волоконной изоляцией |
| светоотражающий щит | Лист из нержавеющей стали 304/316 | Защита от радиации и защита пневматической цепи | Легко сформировать, разобрать и заменить |
| Низкотемпературный монтажный кронштейн | Нержавеющая сталь или низколегированная сталь | Обеспечивают жесткость установки и нагрузки | Хорошая обработка, но необходимо избегать непрерывных тепловых мостов |
| Пневматическая цепь вблизи источника тепла | Труба из нержавеющей стали 316 или плетеный шланг из нержавеющей стали PTFE | Улучшите температурную стойкость и сопротивление механического повреждения | Подходит для коротких трубопроводов вблизи источников тепла |
Таблица 2 Материалы и функции основных компонентов осветительного прибора
Вдоль пути теплопотока конструкция состоит из термостойких несущих челюстей из сплава, сменных керамических подушек из алюминия, стеклокерамического термического разрыва Macor, термического разрыва воздушного зазора и слоя керамического волокна, с тонким отражающим щитом из нержавеющей стали снаружи. Включите винты, фиксирующие штифты и зажимные пластины в обзор теплового моста; не допускайте, чтобы винты на горячем конце выходили непосредственно в холодную монтажную основу. В зависимости от требований к соединению используйте ступенчатое крепление, изоляционные втулки, винты с уменьшенным стержнем или локально уменьшенные поперечные сечения. Предварительная нагрузка керамических прокладок через контакт лица и удерживать их механически; не полагаться на клеи для переноса сдвига при высокой температуре.
04Анализ и оптимизация теплоизоляции
4.1 Модель теплопередачи
Для предварительного расчета упростить основной путь теплопередачи от челюсти до монтажной основы как плоские слои последовательно и оценить теплопоток с использованием модели устойчивой проводимости:
Передача тепла радиацией оценивается следующим образом:
где Q - скорость теплопередачи (Вт), keq- эквивалентная теплопроводность, ε - поверхностная эмиссивность и σ - константа Стефана-Больцмана. Излучение от детали с температурой 650 °C также нагревает шланги, датчики и тонкие конструкции; обеспечивает отражающую защиту наряду с контактной изоляцией.
4.2 Расчет эквивалентной теплопроводности составных изоляционных конструкций
Взяв эквивалентный путь теплопередачи с одной стороны в качестве примера, возьмите зону теплопередачи A = 1200 mm², сторона высокой температуры составляет 650 °C, а цель низкотемпературной стороны составляет 35 °C. Параметры композитного изоляционного слоя являются следующими.
| Слой | материал или конструкция | Толщина/мм | Теплопроводность Вт/(м·К) | Тепловое сопротивление L/k /(м²·К/Вт) |
|---|---|---|---|---|
| 1 | Инконел 625 жароустойчивая часть захвата | 3 | 17.5 | 0.00017 |
| 2 | Глинозем керамические износ колодки | 5 | 24.7 | 0.00020 |
| 3 | Стеклокерамические изоляционные блоки Macor | 8 | 1.46 | 0.00548 |
| 4 | изоляция керамического волокна | 12 | 0.16 | 0.07500 |
| 5 | Эквивалентный слой воздухозазора | 4 | 0.085 | 0.04706 |
| всего | Композитный изолированный путь | 32 | 0.25 (эквивалент) | 0.12791 |
Таблица 3 Параметры составной изоляции траектории
Из уравнения (3) эквивалентная теплопроводность пути изоляции из композитных материалов определяется следующим образом:
Плотность теплового потока на единицу площади:
Односторонняя теплопередача:
При той же общей толщине конструкция прямого непрерывного металла предполагает среднюю теплопроводность 20 Вт/(м·К), что дает расчетный тепловой поток приблизительно 3.84×10⁵ Вт/m². Соответствующее расчетное значение для составной траектории:приблизительно 98.7%ниже. В этой модели, термический разрыв Macor, слой керамического волокна и воздушного зазора термический разрыв обеспечивают основное термическое сопротивление. Более теплопроводная керамика из глинозема обеспечивает контактную износостойкость и не является единственным первичным изоляционным слоем.
4.3 Пограничные условия для моделирования теплового потока
| Пограничное условие | стоимость |
|---|---|
| Температура контактной поверхности заготовки | 650 °C |
| Температура окружающей среды в мастерской | 35 °C |
| коэффициент теплопередачи естественной конвекции | 8 W/(m²·K) |
| Коэффициент излучения высокотемпературного заготовки | 0.75 |
| Коэффициент излучения внешней поверхности металлического экрана | 0.35～0.45 |
| время контакта с зажимом | 20 s |
| Время проверки устойчивого состояния | 1800 s |
| Цели обеспечения безопасности внешней поверхности воздухозаборника | ≤70 °C |
| Цели обеспечения безопасности монтажной поверхности баллона | ≤60 °C |
Таблица 4 Пограничные условия для моделирования теплового потока
При комбинированном термическо-структурном анализе сначала рассчитывается температурное поле, а затем оно импортируется в структурную модель с силами захвата, гравитацией, динамическим ускорением и граничными ограничениями. Особое внимание следует уделять температуре в корне челюсти, монтажной поверхности цилиндра и наружной стенке шлангов, а также температурному напряжению вокруг отверстий в изоляционных блоках и температурному смещению на конце.
4.4 Результаты анализа по методу конечных элементов
| Дизайн | Структурное описание | Максимальная температура в верхней части челюсти зажима/°C | Максимальная температура монтажной поверхности баллона/°C | Максимальная температура наружной стенки воздуховодов/°C | Максимальное эквивалентное напряжение/МПа | Конечная термическая деформация/мм | Оценка |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| A | Общее прямое соединение из нержавеющей стали 304, без защиты | 312 | 186 | 156 | 221 | 0.46 | Не отвечает требованиям пневматической безопасности |
| B | Захватчик металла + однослойная керамическая подушка | 168 | 104 | 121 | 138 | 0.29 | Улучшение, но температура пневматического оборудования по-прежнему чрезмерна |
| C | Композитная конструкция изоляции + светоотражающий щит | 83 | 54 | 62～68 | 118 (металлическая зона) / 42 (керамическая терморазрывная зона) | 0.18 | Соответствует критериям температуры и деформации в этой модели |
Таблица 5 Сравнение результатов термостабильного анализа различных конструкционных схем
В пределах границ моделирования, использованных здесь, конструкция C снижает температуру корня челюсти приблизительно на 73.4%, температуру монтажной поверхности цилиндра приблизительно на 71.0%, температуру внешней стенки шланга приблизительно на 56%- 60%и термическую деформацию наконечника приблизительно на 60.9%по сравнению с конструкцией A. Большая часть падения температуры происходит через изоляционный блок Macor, слой керамического волокна и тепловыделение воздухозазора. Термическое напряжение сосредоточено вокруг отверстий для винтов в изоляционном блоке, переходов ступеней челюстей и краев зажимных пластин с керамическими подложками. В модели максимальное тепловое напряжение в блоке Macor составляет приблизительно 42 MPa, что находится в предполагаемом безопасном диапазоне; максимальное эквивалентное напряжение в металлическом основании челюсти составляет приблизительно 118 MPa, что ниже использованного допустимого значения. Термическая деформация наконечника составляет 0.18 mm, ниже расчетного предела 0.25 mm.
4.5 Ключевые моменты для оптимизации конструкции теплоизоляции
- Уменьшение непрерывных металлических тепловых мостов: Не допускать, чтобы горячие винты выходили прямо в монтажную основу привода. В соответствующих случаях используйте ступенчатое крепление, изоляционные втулки или соединения с уменьшенным сечением.
- Раздельная поддержка груза и изоляция: Жароустойчивые сплавы несут нагрузку, керамические прокладки сопротивляются контактному износу, Macor и керамическое волокно прерывают тепловой поток, а отражающие щиты уменьшают излучение.
- Контроль керамического растяжения: Используйте предварительное натяжение в контакте с поверхностью и избегайте нагрузки на острые края. Скос и круглые монтажные отверстия для ограничения локального напряжения в компонентах с ограниченной прочностью на растяжение и удар.
- Установка модулей изоляции, требующих обслуживания: Керамические прокладки, теплоизоляционные волокна, отражатели и оболочки воздушных линий разработаны как модульные изнашивающиеся детали для быстрой замены.
05Дизайн защиты пневматической цепи
5.1 Общие принципы защиты пневматических цепей
Разработка пневматического контура в соответствии с конструктивной концепцией, в соответствииудаление подаваемого воздуха от источника тепла, использование металла вблизи источника тепла, изоляция вторичного шланга, размещение приводов в низкотемпературной зоне и контроль потерь давления. В местах расположения шлангов и фитингов, уязвимых к термическому разрушению, комбинируйте маршрутизацию на экранированной стороне, металлические переходные трубы, изоляционные втулки и светоотражающие щиты.
5.2 Меры безопасности для интерфейса подачи сжатого воздуха
Интерфейс подачи сжатого воздуха должен быть расположен над креплением, на задней стороне фланца робота или на фиксированном конце оборудования, на расстоянии по прямой линии не менее 300 mm от высокотемпературной заготовки; при ограниченном пространстве используйте отражатель, теплозащитный экран или структурный экран, чтобы избежать прямого излучения.
| Модуль интерфейса подачи воздуха | проектные меры | Основная функция |
|---|---|---|
| Ручной стопорный клапан | Установить функцию блокировки | Надежная изоляция подачи сжатого воздуха во время обслуживания |
| Редукционный клапан давления фильтра | Давление стабилизировано на 0.55 ~ 0.65 MPa | Обеспечить стабильную силу зажима |
| Обратный клапан | Предотвращение обратного потока давления | Избегайте ненормального сброса давления |
| Клапан поддержания давления или небольшой воздушный резервуар | Поддержание краткосрочного зажима после отключения воздуха | Удерживать нагрузку в течение указанного периода реагирования |
| Предохранительный клапан | Сброс в случае избыточного давления | Предотвращение разрыва пневматической линии |
| датчик давления | Детекция давления зажима в реальном времени | Взаимодействие с логикой безопасности робота |
| Температурная метка или термопара | Температура зоны интерфейса | Выявление локального накопления тепла |
Таблица 6 Меры безопасности для соединения с подачей сжатого воздуха
Использованиеприоритет сцепленияв пневматической логике. После отключения питания, подачи воздуха или сигнала управления поддерживайте сцепление или механическое блокирование. Разрешить освобождение только после того, как заготовка находится в безопасной зоне, установлена опора и стабилизировано давление воздуха.
5.3 Конструкция изоляции воздушного шланга
Защита шлангов в трех этапах. Маршрутизировать его вдоль низкотемпературной, экранированной стороны, вне прямого излучения челюсти. В пределах 100–300 mm от источника тепла используйте подходящие трубы из нержавеющей стали 316, гофрированные трубы из нержавеющей, или шланг PTFE из нержавеющей стали, затем перейдите к обычным гибким трубам дальше. Добавить керамического волокна или силиконовым покрытием стекловолокна рукава, или гофрированной нержавеющей стали защиты, со съемным внешним отражатель.
Эффективность термической защиты воздушной линии оценивается следующим образом:
Используя температуры наружной стенки шлангов 178 ℃ незащищенные и 68 ℃ защищенные, при температуре окружающей среды 35 ℃, рассчитанная эффективность термической защиты составляет76.9%. Защищенная температура ниже целевого значения 70 ℃, установленного в этой статье. Поведение пневматической цепи при непрерывной обработке по-прежнему требует измерения температуры прототипа и циклических испытаний.
5.4 Конструкция термозащиты пневматических элементов оборудования
Поместите цилиндры в низкотемпературную зону и передайте движение через термостойкие звенья, рычаги или изолированные толкающие стержни. Обеспечьте изоляционную втулку и тонкую металлическую термическую крышку между стержнем и горячей челюстью. Расположите клапаны и коллекторы за запястьем робота, рядом со скользящим порталом или в фиксированной удаленной точке, оставляя только короткие линии на инструменте. Там, где излучение печи сильно, может использоваться 20–40 л/мин очистная занавеска за пределами экрана; направьте его в сторону от брызг кальция. Контроль за горячими линиями с помощью температурных индикаторов и остановка для проверки при температуре выше 80 °C.
06Оценка безопасности и промышленное применение
6.1 Способы выхода из строя и контроль за рисками
Оценка четырех категорий рисков - механических, термических, пневматических и контроля - и связать каждую из них с причинами неисправностей, последствиями, мерами контроля и показателями инспекции.
| режим отказа | Возможные причины | основные последствия | меры контроля | Предлагаемые количественные показатели |
|---|---|---|---|---|
| Скольжения заготовки | Недостаточное усилие зажима, выпадение оксидного налета, падение давления воздуха | Повреждение оборудования или телесные повреждения | Надлежащий коэффициент безопасности, V-образный канал или механическая опора, клапан поддержания давления | Усилие в одном челюстном суставе ≥4.2 kN; запрещается обработка при давлении ниже 0.45 MPa |
| Термическое старение воздушной линии | Воздушный шланг находится вблизи источника тепла и не имеет крышки для теплоизоляции | Утечка воздуха, разрыв трубы, потеря давления в зажиме | Экранированная сторона маршрутизации, металлические трубы и изоляционные втулки | Наружная стенка воздушной линии ≤70 °C |
| Повреждение уплотнения цилиндра | Температура в цилиндре поднимается слишком высоко, и поршень проводит тепло | Медленное движение и снижение силы зажима | Задний цилиндр, теплоизолирующий толкающий стержень, светоотражающая крышка | Монтажная поверхность цилиндра ≤60 °C |
| Трещины на керамической подложке | Термический удар, точечный контакт, концентрация напряжения на нажимной пластине | Контактная поверхность повреждена, и зажим является неустойчивым. | Предварительное натяжение поверхностного контакта, закругленный переход углов, сменные модули | Коэффициент безопасности керамического растяжения напряжения ≥3 |
| Термическая деформация челюстей захватывателей | Градиент температуры слишком велик, а структура асимметрична | Зажим смещения нагрузки и погрешность позиционирования | Симметричная изоляция, добавление упрочнителей и проверка моделирования | Термическая деформация конца ≤0.25 mm |
| Ожоги персонала | Отсутствие защитной крышки и поверхность, подверженная воздействию высокой температуры | телесные повреждения | Тепловые щиты, предупреждающие знаки, блокирующие зоны | Контактная внешняя поверхность ≤55~60 °C |
| Неисправность датчика | Высокая температура, тепловое излучение, старение кабеля | Логическая ошибка действия | Датчики задержки, металлический шланг и электрическая изоляция | Монтажная поверхность датчика ≤50 °C |
Таблица 7 Основные виды неисправностей и меры контроля
6.2 Сценарии промышленного применения
Выберите структуру для заготовки и характеристики источника тепла.Погрузка и разгрузка кузнечных изделийкруглых стержней, заготовки и штампованные поковки могут использовать термостойкие челюсти сплава, керамические подушки и механические ступени поддержки.Разгрузка печи для термической обработкиКорзины, лотки и детали вала/диска подчеркивают радиационную защиту и удаленные воздушные линии.Литье под давлением / последующая обработка литьятребует защиты от загрязнения, вспышки и воздействия горячих частиц с помощью сменных светоотражающих экранов. Для шестиосных конечных эффекторов роботов проверяют массу, смещение центра тяжести и теплопередачу вместе, размещая цилиндры, коллекторные клапаны и датчики за фланцом, когда это практически возможно. В тех случаях, когда это позволяет пространство на опоре или портале, могут использоваться более толстые изоляционные полости и внешние корпуса клапанов.
6.3 Предложения по осуществлению проекта
- Составление перечня источников тепла на этапе проектирования: Запись температуры заготовки и горловины печи, времени пребывания, направления вспышки оксида, траектории робота и зоны контакта.
- Прототип измерения температуры: Используйте инфракрасные измерения и термопары на корне челюсти, монтажной поверхности цилиндра, наружной стенке шлангов, пластине клапана-коллектора и креплении датчика. Регистрируется повышение температуры в течение не менее 2 часов непрерывной работы.
- Испытание цикла жизни перед массовым производством: Не менее 10000 циклов без нагрузки и 2000 имитированных циклов зажима источником тепла; проверить керамические прокладки на наличие трещин, крепежи на ослабление, воздушные трубы на затвердевание, уплотнения на утечку и повторяемость.
- Текущее техническое обслуживание: Проверяйте керамические прокладки каждую смену, изоляционное волокно еженедельно и шланги втулки ежемесячно; заменить поврежденные части. Остановка и проверка, когда температура шлангов превышает 80 °C или когда температура монтажной поверхности баллона превышает 70 °C.
- Предохранительные блокировки: Сочетание захвата, давления, позиции робота и обратной связи с опорой заготовки. Препятствовать высокоскоростной обработке, если давление низкое, захватывание неполное или температура превышает предел.
07Вывод и перспективы
Выводы:(1) Организуйте захватывающее устройство в высокотемпературной несущей, термической изоляции и низкотемпературных зонах действия, с ясными несущей и теплозащитными функциями. (2) Сравнение конструкции в этой статье поддерживает композитную изоляцию для контроля теплового потока. (3) Рассчитанная эквивалентная теплопроводность составляет приблизительно 0.25 Вт/(м·К), причем теплопоток вдоль главного пути приблизительно на 98.7% меньше, чем при прямом металлическом соединении. (4) В заявленных условиях моделирования 650 ℃ монтажная поверхность цилиндра составляет ≤55 ℃, а наружная стенка шланга ≤68 ℃, соответствуя температурным целям изделия; фактическая производительность непрерывной работы требует проверки прототипа. 5) Проектирование пневматической защиты и конструкционной изоляции вместе; повышение температурных значений компонентов само по себе является недостаточным. (6) Используйте обслуживаемые модули для критически важных изоляционных деталей и проверяйте и заменяйте их, как указано.
Дальнейшая работа:Дальнейшие исследования могут быть посвящены сроку термической усталости на керамическо-металлических интерфейсах, измеренным сравнениям комбинаций изоляционных материалов, а также температуре, давлению воздуха и обратной связи силы захвата. Базы данных для отбора, предсказуемое техническое обслуживание и цифровые оценки безопасности нуждаются в соответствующих данных тестирования и результатах мониторинга в качестве их основы.
08Справочные материалы
- Ян Шимин, Тао Вэньцюань. Теплопередача[M]. Санкт-Петербург: Высшая школа экономики, 2019.
- Вэнь Банчунь. Руководство по механическому проектированию [M]. Пекин: Machinery Industry Press, 2018.
- Чэн Дасянь. Атлас механического проектирования[M]. Москва: Издательство «Химическая индустрия», 2017.
- ISO 4414:2010. Пневматическая гидравлическая мощность - Общие правила и требования безопасности к системам и их компонентам[S].
- Международная организация АСМ. Жароустойчивые материалы[M]. Парк материалов: ASM International, 1997.
- Инкорпора Ф П, ДеВитт Д П, Бергман Т Л, и др. Основы теплопередачи и передачи массы[M]. Хобби: лыжные гонки. — 2011.
- Ван Цзяньхуа, Лю Чжифэн, Ли Тао. Анализ теплопроводности и конструктивной надежности механических арматур в условиях высокой температуры [J]. Механическое проектирование и производство, 2021(8): 112-116.
- Чжан Голян, Ма Хуэйцзюнь. Исследование конструкции высокотемпературной защиты конечных инструментальных блоков промышленных роботов [J]. Автоматизация производства, 2022, 44(6): 85-90.
- Ли Хайфэн, Чжоу Мин, Чэнь Сяодунь. Прогресс применения керамических изоляционных материалов в промышленном оборудовании [J]. Материалы Геральд, 2020, 34(12): 12045-12052.
- Чжао Юн, Сунь Тао. Исследование методов проектирования надежности пневматических систем в условиях высокой температуры [J]. Гидравлика и пневматика, 2021(9): 98-103.
- aurek.cn. Информация, связанная с нестандартными инструментами и оборудованием для автоматизации Jiangsu Aurek [EB/OL]. Дата доступа: 2026-06-07.
- Jiangsu Aurek Intelligent Technology Co., Ltd. Корпоративная публичная информация и информация о сфере деятельности [EB/OL]. Проверено 2026-06-07.
