Что могут сделать датчики в резьбовых шпинделях
Интеллектуальная резьба призвана сделать излишней технологию измерения силы и крутящего момента в системах и машинах с резьбовыми шпинделями — Bornemann показывает, как это работает.
Идея столь же очевидна, сколь и умна: почему бы резьбовым шпинделям самим не стать датчиками? Благодаря такому решению производители оборудования и машин в будущем смогут отказаться от громоздкой и дорогостоящей интеграции внешних технологий измерения силы и крутящего момента. По крайней мере, такова идея команды разработчиков из Bornemann Gewindetechnik GmbH. Семейное предприятие, расположенное недалеко от Хильдесхайма, разрабатывает, проектирует и производит на заказ резьбовые компоненты с интеллектуальной сенсорной технологией. Это означает, что производителям и операторам систем или машин с резьбовыми шпинделями больше не придется полагаться на тензодатчики давления из Research & Development.
Сенсорная технология интегрирована непосредственно в резьбовой шпиндель и регистрирует каждое взаимодействие компонента с окружающей средой. Это позволяет собирать, связывать и хранить различные данные измерений внутри компонента с помощью миниатюрной сенсорной электроники. Данные передаются по беспроводной связи в приложение или в собственные сети компании. Таким образом, «умные» нити позволяют делать ценные выводы о нагрузке на компоненты. Датчики, установленные внутри нити, измеряют натяжение или давление, кручение, вращение, положение (X, Y, Z) или температуру.
Использование различных типов датчиков в резьбовом шпинделе
Производители часто предписывают специальные смазочные материалы для правильной работы своих систем или машин.
- Датчики кручения могут измерять, например, момент отрыва нагруженной резьбовой гайки. Собранные данные о кручении также могут быть использованы для определения использованного смазочного материала. Это позволяет оператору заменить неправильно использованную смазку на смазку, соответствующую требованиям производителя, и таким образом оптимизировать свои процессы. Датчики кручения также могут использоваться для получения выводов об ошибках в работе систем.
- Другие датчики измеряют натяжение или давление, а значит, и нагрузку. Таким образом, интеллектуальные компоненты Bornemann Gewindetechnik могут использоваться для взвешивания, особенно для распознавания перегрузок. Для производителей тяжелых подъемных систем нити со встроенными датчиками натяжения и давления рекомендуются в качестве интеллектуальной альтернативы дорогостоящим тензодатчикам. Кроме того, в подъемных системах с несколькими подъемными домкратами (например, в подъемных системах для локомотивов и вагонов) интеллектуальные нити с датчиками натяжения и давления могут позволить идентифицировать соответствующую модель по специфическому профилю нагрузки.
- Датчики положения, встроенные в резьбовые шпиндели, также позволяют делать выводы о состоянии или износе системы, например, путем измерения мельчайших вибраций.
- Информация о перегрузке или износе также может быть предоставлена датчиками температуры.
Возможность беспроводной передачи данных
Данные измерений записываются непосредственно в компоненте, объединяются, сохраняются и передаются по беспроводной связи. Через Bluetooth они передаются в специальное приложение, предоставляемое производителем, чтобы пользователи могли просматривать все измеренные значения на своем смартфоне или планшете. Сигналы также могут быть получены и предварительно обработаны с помощью промышленного шлюза, а затем переданы в измерительные системы более высокого уровня или контроллеры через промышленные шины. Это обеспечивает совместимость «умных» нитей с существующими системами.
Bornemann Gewindetechnik разрабатывает эти «чувствующие» компоненты для производителей и операторов в секторе машиностроения, где используются резьбовые шпиндели или винтовые конвейеры. Одним из целевых рынков являются производители и операторы подъемных систем, которые должны справляться с большими нагрузками, например, подъемные системы для поездов, грузовиков, театральных сцен и судов. Другая область применения — большие задвижки или переборки для гидравлических стальных конструкций.
Данные измерений, собранные за длительный период времени, можно оценить и использовать для оптимизации процесса. Помимо прочего, эта информация помогает инициировать предиктивное техническое обслуживание и избежать ненужных простоев системы.
Мориц фон Соден, управляющий директор Bornemann Gewindetechnik GmbH & Co. KG.
Пользователи интеллектуальных резьбонарезных шпинделей получают важную дополнительную информацию о своих компонентах и процессах. Данные измерений, собранные в течение длительного времени, можно оценить и использовать для выводов по оптимизации процесса. Помимо прочего, эта информация помогает инициировать прогнозируемое техническое обслуживание и избежать ненужных простоев системы. Источники ошибок и погрешностей в работе могут быть легче идентифицированы. Кроме того, данные и выведенные заключения могут быть использованы для улучшения конструкции компонентов и повышения энергоэффективности машин или систем.
От прототипа, небольшой серии и конечного продукта
Если, например, производитель оборудования заказывает «умную» нить, то первым шагом будет изготовление прототипа, состоящего из слегка модифицированного механического изделия производителя и стандартизированной системы датчиков, а также программного обеспечения.
В ходе дальнейшей реализации проекта производитель оборудования уже использует небольшие серии нитей, а также приложение, разработанное специально для его компании. Это позволяет ему получать важные отзывы от своих клиентов о машинах и системах, оснащенных нитью. Эти отзывы используются для дальнейшего развития программного обеспечения и реализации функций, специфичных для конкретного применения. Интеллектуальные алгоритмы также могут быть реализованы, чтобы предложить конечному пользователю значительные преимущества по сравнению с обычным продуктом.
Недостатки предыдущих решений для технологии измерения силы и крутящего момента
По мнению команды Bornemann Gewindetechnik, решения для технологии измерения силы и крутящего момента, представленные на рынке на сегодняшний день, имеют явные недостатки: громоздкая интеграция, высокая стоимость приобретения, сложные измерительные цепи — Индустрия 4.0 и ее требования вряд ли могут быть реализованы таким образом. Интеллектуальные резьбовые компоненты разработаны с прицелом на будущее и призваны решить эти проблемы. Новые нити от Bornemann Gewindetechnik оцифровывают различные машины и системы, делая их «умными». Они выступают в качестве интегрированного интерфейса для Интернета вещей и повышают профессионализм всей системы установок и процессов.
Источник:
Dipl.-Ing. (FH) Sandra Häuslein (13.10.2021), Was Sensoren in Gewindespindeln bewirken können, https://www.konstruktionspraxis.vogel.de/was-sensoren-in-gewindespindeln-bewirken-koennen-a-1062221/