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更多关于伺服制动器具有功能安全认证的意义

通过丽莎Eitel|2020年12月18日

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在文章中伺服驱动器的功能安全标准是什么?我们回顾了功能安全是如何量化的。现在考虑一个弹簧组气动释放摩擦伺服电机制动器的例子,现在具有第三方安全评级(来自天祥集团),认证符合国际安全标准ISO 13849-1。

Intertek是一家总部位于伦敦的国际检验、保证、产品测试和认证机构,为工业产品发布功能安全标准。天祥集团在全球1000多个实验室和办事处对这些组件进行测试。弹簧断电制动擅长锁定伺服电机驱动的负载(并提供无与伦比的安全持有),而不消耗电力或表现出扭矩衰减-再加上提供了远比持有伺服电机负载更安全的保证…如果需要保持轴静止太长时间,也可能过热。

Nexen集团的NexSafe伺服制动器与伺服电机和变速箱有故障保护机械连接;专利的锥锥摩擦面结构(内外表面都有锥体),可同时与两个配合表面啮合;以及可选的反馈传感器。这些特性加上业界信赖的弹簧接合操作,使该制动器能够满足功能安全认证的要求。

新的伺服电机制动器通过集成的带键槽的夹箍机械地连接到伺服电机上,在夹箍失效的情况下作为备份。制动器通常安装在电机和变速箱之间,定制的输入和输出可以补充设计的确切配置。当安装在推荐的配置,制动器是intertek认证的操作在功能安全类别级别高达4及性能等级至e.

事实上,尼克森集团目前在NexSafe商标名下提供三种具有功能安全认证的刹车产品。这里从上到下显示的是NexSafe轨道制动器(用于安装在线性轴上的轮廓导轨上),NexSafe伺服制动器(用于安装在伺服电机及其变速箱之间),NexSafe杆锁(用于安装在气缸上或气缸上)。事实上,NexSafe制动器已通过认证,符合ISO 13849-1标准,以及IEC 61508, ISO 12100, ISO 13850和ISO 4414。

符合ISO 13849-1标准的安全认证制动器的循环寿命(B10D)为200万次循环,共因故障率(CCF)为75%,表明故障模式可靠可预测。任务时间(ISO 13849-1定义为完全更换或翻新之间的时间)为10年。平均危险故障时间(MTTFD)为100年,假设上述B10D, H(op)值为16小时/天,D(op)值为每年260天,最大循环速率为每周期74.8秒。

B类
性能水平 一个 b
如果华盛顿是… 0% 0%
MTTFD(年) 3.1 13
最大平均循环速率(秒/周期) 2.3 9.7
最大运行时间(年) 0.3 1.3
类别1
性能水平 b c
如果华盛顿是… 0% 0%
MTTFD(年) 31 40
最大平均循环速率(秒/周期) 23.2 30.
最大运行时间(年) 3.1 4
第二类
性能水平 c d
如果华盛顿是… 60% 90% 60% 90%
MTTFD(年) 23 17 63 37
最大平均循环速率(秒/周期) 17.2 12.7 47.2 27.7
最大运行时间(年) 2.3 1.7 6.3 3.7
3级
性能水平 d e
如果华盛顿是… 60% 90% 90%
MTTFD(年) 25 14 63
最大平均循环速率(秒/周期) 18.7 10.5 47.2
最大运行时间(年) 2.5 1.4 6.3
4级
性能水平 e
如果华盛顿是… 99%
MTTFD(年) 31
最大平均循环速率(秒/周期) 23.2
最大运行时间(年) 3.1

诊断覆盖范围(DC)取决于制动冗余程度及其传感器设置。如果直流为0%,则无需传感器反馈。如果DC为60%,则需要一个反馈传感器来监控制动器的工作模式。如果直流为90%,则需要一个反馈传感器来监测制动器的工作模式,并且必须至少每三个月循环一次(合上和脱下)以检查制动器的功能。如果DC是99%,同样适用,刹车必须每天循环一次,以检查刹车功能。

有助于实现这些功能安全级别的制动功能包括:

1.多个默认锁定的接合弹簧。

2.摩擦表面具有专利frustoconical摩擦面-内外摩擦面都呈锥形。(Frustoconical表示截断的锥形。)这些表面通过弹簧同时向转轴和制动壳施加制动(锁紧)力,以防止轴旋转……所有这些都具有零间隙。

3.多达三个操作模式传感器的反馈,以确保安全的紧急停止和保持。这些本质上是感应式接近传感器,用于感知三种不同的制动状态:

•脱离:当额定空气压力进入制动器的活塞回路时,制动器中的接近传感器就会启动,从本质上将面向摩擦的副拉开,以达到脱离(自由运行电机扭矩)轴的状态。

接合:当活塞和面对的摩擦表面对进入接合状态并施加制动(停止)扭矩时,制动器中的接近传感器就会激活。

•磨损传感器:当刹车启动,但摩擦面磨损到需要更换时,制动器中的接近传感器就会启动。

此处展示的NexSafe伺服制动器可以包括多达三个传感器来监测脱离状态、接合状态和磨损。该反馈有助于制动器满足功能安全认证的要求,并提供工业物联网连接。
这里展示了Nexen的NexSafe伺服制动组件的几个制动安排示例。注意每个功能安全类别的具体要求。

尼克森集团|www.nexengroup.com


了下:运动控制技巧
标记:nexengroup

作者简介

丽莎Eitel

Lisa Eitel自2001年以来一直在运动行业工作。她的研究领域包括电机、驱动器、运动控制、动力传动、线性运动以及传感和反馈技术。她拥有机械工程学士学位,是Tau Beta Pi工程荣誉协会的入选者;女工程师协会会员;还是第一届机器人七叶树地区赛的评委。除了她的motioncontroltips.com的贡献,她还领导了《设计世界》的季度运动问题的制作。

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