Шарнир с торсионным механизмом для промышленных панелей HMI: руководство по выбору

Промышленная панель HMI требует установки шарнира с торсионным механизмом — фрикционного шарнира, который удерживает экран под заданным углом обзора без использования газовой пружины, опорного рычага или фиксатора, — и основная задача при выборе заключается в расчете его размеров с учетом полной подвижной нагрузки (экран, корпус, кабели, прокладка, окантовка), а также убедиться, что она сохраняет свою устойчивость после вибрации, многократной регулировки оператором и в реальных производственных условиях. Свободно качающаяся петля смещается: дисплей опускается, оператор удерживает его одной рукой, и ощущения при этом варьируются в зависимости от конкретной машины. На этой странице описано, что следует указать при заказе корпуса HMI; информацию о геометрии петель и вариантах продукции см. в Поворотные петли с крутящим моментом на 360°.

Краткий ответ: когда для панели HMI требуется шарнир с моментом затяжки

Используйте шарнир с фиксацией крутящего момента, когда…	Следует избегать или перепроверить, если…
Панель HMI должна обеспечивать широкий угол обзора	Панели достаточно свободного хода
Операторы часто настраивают панель	Требуемый крутящий момент так и не был рассчитан
Во время обслуживания панель должна оставаться открытой	Панель слишком тяжелая для данной серии петель
Места слишком мало для газовой пружины или опорного рычага	Центр тяжести расположен далеко от линии шарнира
Производителю оригинального оборудования необходимо обеспечить единообразные тактильные ощущения при использовании всех устройств	Данные о вибрации, сроке службы или нагрузке на кабель не проверены

Короче говоря: шарнир с торсионным фиксатором подходит в тех случаях, когда панели HMI требуется не просто поворот, а контролируемое позиционирование и устойчивость без использования рук. При выборе следует исходить из общей массы перемещаемого груза, а не только из размера экрана.

Почему панели HMI сложнее, чем кажется

Панель HMI редко представляет собой просто экран. Этот узел, как правило, состоит из дисплея, металлического или пластикового корпуса, стекла сенсорного экрана, жгута проводов, прокладки, монтажной рамы, а иногда — ручки или окантовки. Даже панель, которая на ощупь кажется лёгкой, может иметь центр тяжести, смещённый значительно вперёд по отношению к линии шарнира — и именно это смещение, умножённое на вес, и составляет момент, который шарнир должен выдерживать. Шарнир, который казался подходящим на раннем прототипе, может начать смещаться после установки окончательного дисплея, кабелей, прокладки и корпуса. Поэтому размеры шарнира определяются геометрией, а не диагональю экрана: прежде чем выбирать какую-либо модель, необходимо подтвердить общий вес подвижной части, расстояние от оси шарнира до центра тяжести, требуемый рабочий угол, количество шарниров и запас прочности — калькулятор моментных шарниров преобразует эти входные данные в целевой крутящий момент. Если эти входные данные неизвестны, выбор не готов к утверждению.

Отличие HMI от настольного монитора заключается в условиях его эксплуатации. Панель открывается и наклоняется во время работы оборудования, зачастую оператором в перчатках, и должна удерживаться в нескольких рабочих положениях: под небольшим углом для быстрого ввода данных, под более крутым углом для настройки и почти вертикально для доступа при техническом обслуживании. Запас крутящего момента должен быть достаточным для того, чтобы панель оставалась на месте во всём этом диапазоне, а не только при максимальном угле, указанном в каталоге.

С места событий: двухосное крепление для интерфейса человека-машины (HMI), обеспечивающее наклон и поворот

Показанное здесь крепление — реальный образец. Оно предназначено для установки промышленного дисплея HMI из нержавеющей стали в помещении и использует двухосный шарнир с постоянным крутящим моментом — 7,0 Н·м по оси наклона и 3,0 Н·м по оси вращения. Распределение крутящего момента между двумя осями является целенаправленным: более интенсивное наклонение (противодействие силе тяжести при повороте экрана вверх и вниз) требует большего удерживающего усилия, чем менее интенсивное вращение влево-вправо, поэтому единое общее значение было бы либо слишком жестким для поворота, либо слишком слабым для удержания. Шарнир также пропускает жгут кабелей дисплея через центральное отверстие, благодаря чему кабели поворачиваются с панели, а не сопротивляться ей — это частая причина смещения, когда жгут проводов проходит с внешней стороны шарнира.

Поскольку речь идет о дисплее, выпускаемом по OEM-спецификации, где все устройства на производственной линии должны быть абсолютно одинаковыми, а постоянный (заданный производителем) крутящий момент был задан фиксированный вариант, а не регулируемый. В ходе наших собственных циклических испытаний шарнир удерживал своё положение с точностью примерно Снижение крутящего момента 15% после 10 000 циклов — что по-прежнему находится в пределах допустимого диапазона удержания для панели такого веса. Вот в чём заключается настоящий тест для шарнира HMI: дело не в том, чтобы он выдержал циклы нагрузки, а в том, чтобы он по-прежнему удерживал экран в том положении, в котором оператор его оставил после тысяч регулировок.

Риски, характерные для интерфейса человек-машина (HMI): вибрация, нагрузка на кабели и изгиб рамы

Существует три фактора, вызывающие смещение панелей HMI, которые никогда не учитываются в технических характеристиках настольных мониторов, и все три находятся за пределами самого шарнира:

• Вибрация и удары. Панель устанавливается на оборудование, которое подвергается вибрации, ударам и может транспортироваться до монтажа. Шарнир, который удерживается в неподвижном состоянии при стендовых испытаниях, может сместиться в вибрирующей раме, если запас по крутящему моменту невелик — поэтому проверку следует проводить на реальном оборудовании, а не на испытательном приспособлении.
• Нагрузка на кабель. Провода питания, сигнальные провода, кабели Ethernet и заземляющие провода могут привести к закрытию панели, затруднить её открытие или нарушить её баланс. Проложите жгут проводов через ось поворота или рядом с ней (как показано в примере выше) и проверьте ход панели после окончательной прокладки кабелей — шарнир с торсионным механизмом не должен компенсировать сопротивление, создаваемое жгутом проводов.
• Изгиб рамы. Шарнир передает удерживающую силу на стенку панели и кронштейн. Даже правильно установленный шарнир на тонком или неподкрепленном металлическом корпусе будет казаться неплотно закрепленным; необходимо усилить место крепления, а в случае пластиковых корпусов — добавить выступы, вставки или опорную пластину.

Из этого можно извлечь важный урок: шарнир HMI является частью системы. Проверьте его в условиях окончательной сборки — с реальной панелью, реальной рамой и реальными кабелями — и тогда нужно будет просто ответить на вопрос: сохраняет ли панель после этого свои рабочие положения. Если нет, причиной может быть крутящий момент, тип шарнира, жесткость крепления, вес панели или прокладка кабелей, поэтому прежде чем винить шарнир, проверьте всю сборку в целом.

Постоянные и регулируемые параметры, ресурс и материал

Еще три проверки являются общими для всех шарниров с крутящим моментом, поэтому проверьте их, но не приводите их выводы заново в данном разделе. Для фиксированный или регулируемый: постоянный (заводской) крутящий момент подходит для «замороженной» серийной конструкции интерфейса человека-машины (HMI), где каждое устройство должно работать одинаково; регулируемый крутящий момент подходит для продуктов, находящихся в стадии разработки, вариантов оборудования с разными экранами или конфигураций, требующих настройки — однако настройка должна быть задокументирована и заблокирована, иначе показатели двух машин будут расходиться. Полный анализ компромиссов приведен в Направляющая шарнира с фиксированным и регулируемым крутящим моментом.

Для срок службы: Панели HMI подвергаются постоянной регулировке, поэтому важно не просто обеспечить их работоспособность, а сохранить удерживающий момент — проверьте, какой удерживающий момент останется после ожидаемого количества циклов, о чем говорится в Руководство по ресурсу шарнира с торсионным соединением. Для материал: подбирайте материал с учетом условий эксплуатации — нержавеющая сталь для оборудования, подвергаемого промывке, работающего во влажной среде, в прибрежных районах или под воздействием охлаждающей жидкости; оцинкованная или покрытая сталь — для оборудования, эксплуатируемого в сухих помещениях.

Если вы до сих пор не определились, нужен ли для данной задачи шарнир вообще и какого именно типа, начните с рассмотрения более общих принципов в Как выбрать промышленную петлю.

После определения технических характеристик интерфейса «человек-машина» (HMI) сообщите следующие данные: вес панели, расстояние до центра тяжести, угол открытия, целевое время цикла, способ крепления, схему прокладки кабелей и условия эксплуатации, а также наша команда инженеров можно подобрать шарнир с усилием затяжки в соответствии с реальной сборкой, а не с размером экрана.

ЧАСТО ЗАДАВАЕМЫЕ ВОПРОСЫ