NL89C0616
NI[§ÏHJEF
NATIONAAL INSTITUUT VOOR KERNFYSICA EN HOGE ENERGIEFYSICA
P. POUW
AIRPADS
AFDELINGSRAPPORT
MTG 1989-1
NIKHEF SECTIE K
POSTBUS 4395 ,1009 AJ AMSTERDAM
NI[§!HJEF
NATIONAAL INSTITUUT VOOR KERNFYSICA EN HOGE ENERGIEFYSICA
P. POUW
AIRPADS
AFDELINGSRAPPORT MTG 1 9 8 9 - 1
NIKHEF SECTIE-K
POSTBUS 4395 , 1009 AJ AMSTERDAM
aarum. 11- t'et ivöv
auteur
P. Pouw
i
In dit rapport zijn de resultaten vermeld van proefnemingen aan airpads voor het verplaatsen van de Energie Spectrum Compressor sagneten.
ï
INHOUD INLE1DINC tLisen ONTWERP
pas <* Conclusies
t>as
5
pas oas pag pag pag Das pae
b
Werkdruk Balance Rubberen afdichting Kamer Sli itaee verouderins
- pag
y
PROTOTYPE
DEFINITIEF OMWERP POOIBELASTINö Gescharte werkdruk TEKENINGEN
pas
7 7 7 8 8
oag iu pas ïü - pag 11
INLEIDING Bi i het MEA-update proiect staat de opsiagring centraal. Deze ring maakt net mogelijk eiektronenpuisen te strekken. Tussen de versneller en de opsiaErinE bevindt zien de "Energie Spectrum Compressor". De bestaande electronenversnelier levert een puistrem van eiectronen. De energiespreiding in een puls wordt met benuiP van de ESC verkleind. Het rendement verbetert doordat meer eiectronen ivan geiiike energie; worden aangeboden aan de opsiagring. De ESC bestaat hoofdzakeiiik uit een aantal gekoppelde vacuum buizen tvoor de eiectronen doorgangi en een viertal magneten. Deze magneten zorgen voor een afbuiging van de electronenbaan. Dit afbuigen moet met grote precisie gebeuren. Elke magneet zai worden ondersteund op drie punten. Aan de constructie die voor deze oplegging en de verplaatsing van magneten zorgt, ziin een aantal eisen gesteid :
Eisen - De oplegging moet een gewicht van 2000 Kg kunnen dragen. De magneet weegt t>üüö Kg en is op drie punten opgelegd. - De verplaatsings nauwkeurigheid moet binnen de 0.1 mm liggen. - De afstand waarover in het horizontale vlak ingesteld moet worden is +/- 2.L> centimeter. - De weerstand voor het verplaatsen moet gering zijn.
ONTWERP Het ontwerp van ae ondersteuning van ae magneten is zo gekozen aat elke magneet O P drie aizonaerli u:e poten staar, t zie eek x. s Gekozen is voor axrpaos om de magneten in het norizcntale vlak te verplaatsen ornaat: - Ze een gerinne wriivinE garanderen. - Ze eenvoudig van ontwerp en uitvoering ziin. De commercieel verkrijgbare airpads hebben een vlakke of een iets conische onderkant. Dit ontwerp neett twee nadelen : - Luchtverbruik is aanzieniiik. fcii een iast van 6 ton wordt een iucntverbruik verwacht van 3u tot 50 Nm3/h. En in de buurt van de magneten is geen persiucntleidmg aanwezig. De airpads zullen dus moeten werken O P fiesseniucht of op een kleine compressor. - Door de toepassing van membramen is de lifthoogte groot. In plaats hiervan nebben wi i gekozen voor een rubber afdichtingsring langs de omtrek, hiermee ziin de twee voorgaande bezwaren allebei opgelost. De rubber ring sluit de airpad hermetisch af tot er een evenwicht ontstaat tussen de druk onder de airpad en het gewicht op de airpad. Pas dan begint er lucht te ontsnappen. over net grootste gedeelte van de omtrek ligt de ring dan nog steeds aan. hierdoor bliift er weerstand over tussen de ring en het gliivlak. Een biikomend voordeel van het gebruik van een rubber afdichtings ring is dat ae druk constant is over de gehele oppervlakte onder de airpad. Daarintegen bii een airpad zonder rubberen ring loopt de druk naar de ranaen af waardoor de werkdruk hoger komt te liggen, i zie fig 2 ;
0
10
20
30
40
50
60
0
70
10
20
30
40
50
60
70
AFSTAND TOT MIDDELPUNT IN MM
Links rendement van net c-rototvpe a i r pad zonaer r i n g en r e c h t s met r i n g . De oppervlakte 's \ d r a a g k r a c h t ) onder beide grafieken e e l i i k . tie
2
',VNcLUSIE Er kan niet gesproken worden van een puur airpad ontwerp. £en commercieel airpad is volledig gelagerd O P iucnt. Er bestaat eeen contact tussen de airpad en de vloer. fcii dit ontwerp bliitt er contact tussen de vloer en de rubberen rins bestaan. De druk onder de airpaa zorgt ervoor dat de contactdruk tussen de ring en de vloer at neemt waardoor de gliiwriiving afneemt. Deze wr Living kan nog verder vermindert woraen door net eiiivlak iets te oliën.
PROTOTYPE Om de werking van het princiDe te controleren van een airpaa met rubber ring werd voor ait doei een prototype gemaaKt. Het bestond uit een drienoekig buizenframe dat ruste op arie airpads. izie fie J > De oppervlakte onder elk pad bedroeg . 9u/t> mm Als belasting werd een betonblok genomen van /SO Ks. i 0.5 x 0.5 x u. 75 m ) De drie airpads worden verschillend beiast. up de zwaarst belaste poot rust een gewicht van ongeveer 360 Kg. Verschillende proefnemmr* zijn gedaan om de gedragingen te bestuderen en om ontwerp eisen en aimensies te optimaliseren.
t ie
prototype
Werkdruk Bij een belasting van 300 Kg op een airpad zou de werkdruk theoretisch ^ Bar bedragen. Gemeten werd een werkdruk van J.bS Bar wat met een belasting van 331 Kg zou overeen komen. Dit is een afwijking van ongeveer b% wat tewnten zou kunnen si in aan. - de drukroetine - de belastine die niet nauwkeurig Dekend was - slecht afsluitende rubber rins
Balance Omdat het niet waarschijnlijk is dat elke airpad met het zelfde gewicht zal worden belast moet de luchtdruk voor elke airpad apart ingesteld worden. Bi.i air pads met rubber ring moet hier de nodige aandacht aan besteed worden. Dit komt omdat de rubberring de kamer onder de airpad hermetisch afsluit totdat de luchtdruk zo groot wordt in de kamer dat er een evenwicnt ontstaat tussen de opwaartse druk van de airpad en ziin belasting, is de luchttoevoer nu te groot dan zal er plotseling een grote hoeveelheid iucht onder de ring ontsnappen met ais gevolg dat de airpad naar beneden valt. De rubber ring siuit de kamer weer af en er wordt weer druk opgebouwd. De luchttoevoer is nog steeds te groot en alles begint weer van voren af aan. Dit wordt ook wei het pneumatic nammer effect genoemd. Het is nu de kunst om de toevoer restrictie zo af te regelen dat er net onder het pneumatic hammer effect gebleven wordt. Langzaam de toevoer restrictie opendraaien en het svsteem de ti.id gunnen om druk op te bouwen. De restrictie moet nu zover opengedraaid worden dat de airpad nog net iucht verliest. De giiiweerstand wordt nu bepaald door de wriiving van de Coring en is zeker niet groot te noemen. Rubberen afdichting De rubberen ringen worden gelijmd in de groef. Het beste is een opvullende i n m te gebruiken die enigzins flexibel blijft. £n er geen luchtdruk boven de ring onstaat die hem uit de groef kan drukken. Gebruikte iiim : Araldite rapid fast-setting epoxv adnesive tabr : Ciba-iieigv Het uitsteken van de ring Duiten de groef is een compromis tussen een goede afdichting i uitstekend J en de lifthoogte die zo klein mogeliik moet ziin f weinig uitstekend >. Om een lage Lifthoogte en een goede afdicnting te garanderen is net aan te bevelen de groef zo diep te maken dat de rine er nog 0.2. mm uitsteekt. Dit kan nog minder maar dan moet de oppervlakte kwaliteit van de vloer waarover de airpad zien beweegt ze&r Eoed ziin. i gepoiiiste plaat > De gemeten lifthoogte b n het prototype lag tussen de Ü.UJ en de o.10 mm. Dit is afhankelijk van de airpad belasting, de diameter en de stugneid van net «eDruikte rubber.
Ktfttr
Onder de airpad ziin kamers aangebracht, deze ziin nodig voor een goede en gelijkmatige verdeling van de perslucnt. De kamerhoogte moet zeker groter ziin dan 0.2 mm. Bovenstaande waarden hebben betrekking op goede oppervlakte kwaliteit. Voor andere oppervlakte kan de kamerhoogte emperisch bepaald worden.
Slijt»f« Door contact tussen het Eiiivlak en de rubberen ring. siiiten de ringen licht. Gedurende proefnemingen met verplaatsingen van in totaal enkele meters trad er een sliitage op van niet meer dan enkele hondersten van een millimeter.
Veroudering Er bestaat de kans dat na verloop van een aantal jaren de ringen gaan verouderen. De afsluitende werking neemt hierdoor af. De airpad zal zich dan gaan gedragen als een airpad zonder ring. Er zal dan alleen een hoger luchtverbruik en hogere werkdruk ontstaan dan normaal.
Ö
DEFINITIEF ONTWERP De doorsnede van het definetieve ontwerp is te zien in fig 4. üe magneet staat O P een spil il) voor het verticaal instellen en dan via de schoteloplegging (2> op de airpad (3). Deze rust weer op een stalen poot met een tafel <6). Om de airpad te verplaatsen is een zeer eenvoudige draadspil genomen met twee moeren ( samensteling 5 > . Om het geneel te fixeren tijdens het bedriif is de er een extra schotelopiegging met plaat t/J aangebracht die de airpad nadat de instelling is verricht extra vast op de tafel trekt. Om plaats te maken voor de verticale spindel is de airpaa uitgevoerd met een ringvormige kamer i**i die afgesloten wordt door de buiten ring «lui en de binnen ring <8>. De persluchtaansluiting is 9 op de tekening.
Doorsnede magneet opleging / airpaa fis <* 'i
PÜÜTBELASIING
Als eerste wordt de ligging van het zwaartepunt berekend van de dwarsdoorsnede van de magneet t constant over de geneie lengte» De doorsnede is te zien in de tekening 5
rechts bovenaan. Het zwaartepunt van de doorsnede ligt 189.25 mm naar rechts t.o.v. de v-as. Om nu het zwaartepunt van de gehele magneet te berekenen is alle massa van de doorsnede's Eecontreerd op de zwaarteliin zie tekening 5. Het zwaartepunt van deze zwaarteliin kan met de volgende formule berekend worden :
Cirkelboog /l
B1 i /
_..i_i
S^'
'\*r
Aè = a r (airi rad) AB z
AB fig t>
Het berekend zwaartepunt komt dan te liggen volgens de tekening 5. Nu kan de kracht op elke poot berekend worden . De som van de momenten om de x-as en de y-as ziin nul. Fia) = 1759.5191 Kg Flb> - 2166.1853 Kg Ffc ) - 20 7^.^95/ Kg
Oeachatte maximale werkdruk Op De De te
voet B komt de zwaarste belasting van ongeveer 22uü Kg. werkzame oppervlakte van het ontwerp bedraagt ^9/ cm maximale werkdruk van het geheel komt dan onder de ^.5 Bar liggen.
10
1884.47
ne
380 OPLEGPUNKEK» ZWAARTELIJN
ZWAARTEPUNT DOORSNcDF
NIKHEF mrawwiui t> * i r r » «MTCWMI
*
——
*~
~~~
~"
—•- -
\
