što Zračni cilindar Zapravo radi u proizvodnoj liniji
Zračni cilindar pretvara tlak komprimiranog zraka u linearnu mehaničku silu, a kratki odgovor za svakoga tko ga odabere je sljedeći: veličina provrta određuje izlaznu silu, duljina hoda određuje putnu udaljenost, a dizajn šipke određuje nosivost pod bočnim opterećenjima . Standardni cilindar pneumatskog pokretača koji radi na radničkom zraku od 6 bara (87 psi) s provrtom od 32 mm proizvodi otprilike 482 newtona sile pri hodu guranja, što je dovoljno za većinu zadataka stezanja, podizanja i prešanja koji se nalaze na opremi za pakiranje i sastavljanje. Ako je za proces potrebna veća snaga bez povećanja veličine provrta, jedini praktični načini su podizanje tlaka u cjevovodu (unutar nazivne granice cilindra, obično 10 bara za standardne jedinice) ili prebacivanje na dizajn tandem cilindra koji slaže dva klipa na jednu šipku.
Cilindri aktuatora spadaju u dvije široke mehaničke porodice: cilindri s jednostrukim djelovanjem, koji koriste tlak zraka za kretanje u jednom smjeru i oprugu za vraćanje, i cilindri s dvostrukim djelovanjem, koji koriste tlak zraka i za izvlačenje i za uvlačenje. Dizajni s dvostrukim djelovanjem čine otprilike 75% industrijskih instalacija pneumatskih cilindara prema podacima distributera komponenata iz Festo i SMC kataloga, uglavnom zato što nude kontroliranu silu i brzinu u oba smjera i ne troše energiju na sabijanje povratne opruge u svakom ciklusu.
Izračunavanje sile cilindra: brojevi koji su važni
Formula sile za pneumatski cilindar je jednostavna: Sila (N) = Tlak (bar) x Površina (cm²) x 10 . Površina klipa izračunava se iz promjera provrta koristeći standardnu formulu površine kruga, π puta polumjer na kvadrat. Za hod (povlačenja) na strani šipke, površina poprečnog presjeka klipa mora se oduzeti od ukupne površine klipa, zbog čega je sila uvlačenja uvijek manja od sile istezanja na dvodjelujućem cilindru, često za 10% do 15% ovisno o promjeru klipa.
| Promjer provrta | Područje klipa | Snaga na 6 bara | Tipična primjena |
|---|---|---|---|
| 16 mm | 2,01 cm² | 120 N | Izbacivanje malog dijela, gating |
| 25 mm | 4,91 cm² | 295 N | Rasvjetna stezna tijela |
| 32 mm | 8,04 cm² | 482 N | Zaustavlja transporter, gurati ploče |
| 50 mm | 19,63 cm² | 1178 N | Press fiting, oblikovanje lima |
| 80 mm | 50,27 cm² | 3016 N | Alati za teško stezanje, lijevanje pod pritiskom |
Vrijedno je napomenuti da teoretska sila iz ove formule predstavlja maksimalnu raspoloživu snagu prije gubitaka zbog trenja. Isporučena sila u stvarnom svijetu je oko 5% do 10% manja zbog trenja brtve, osobito u cilindrima koji su radili dulje vrijeme bez održavanja podmazivanja.
Stilovi karoserije cilindra i kada svaki odgovara
Zračni cilindri proizvode se u nekoliko konfiguracija tijela, a odabir pogrešnog stila jedan je od najčešćih izvora preranog trošenja automatizirane opreme.
Okruglo tijelo (ISO 6432) Cilindri
Ovo je najkompaktnija opcija za danu veličinu provrta i lako se montira u uske okvire stroja pomoću spojnih ili prirubnih nosača. Obično se nalaze u veličinama provrta od 8 mm do 25 mm i favoriziraju se za krakove za podizanje i postavljanje, male mehanizme za izbacivanje i primjene gdje je prostor duž osi aktiviranja ograničen.
Profilno tijelo (ISO 15552) Cilindri
Tijela kvadratnog ili pravokutnog presjeka s integriranim utorima za montažu duž sve četiri strane. Ravne površine i T-utori omogućuju dizajnerima da pričvrste senzore, nosače i vodilice izravno na tijelo cilindra bez dodatnih učvršćenja. Ovaj stil dominira u rasponu provrta od 32 mm do 125 mm i zadani je izbor za opću industrijsku automatizaciju.
Vođeni (klizni) cilindri
Oni kombiniraju standardni cilindar s ugrađenim linearnim vodilicama, obično dvije osovine od kaljenog čelika koje idu paralelno s glavnom šipkom. Vodilice apsorbiraju bočna opterećenja i zakretni moment koji bi inače savili ili istrošili standardnu šipku cilindra i brtvu. Svaka primjena gdje se opterećenje primjenjuje izvan središta središnje crte šipke, kao što je potisna ruka ili rotirajuća hvataljka, trebala bi koristiti vođeni cilindar, a ne standardni cilindar šipke. , jer je bočno opterećenje najveći pojedinačni uzrok preranog kvara brtve šipke.
Kompaktni cilindri
Jedinice ravnog profila s kratkim hodom dizajnirane za operacije stezanja gdje je aksijalni prostor na prvom mjestu, kao što su rotacijski stolovi s više stanica. Duljine hoda rijetko prelaze 50 mm, ali ravna montažna površina i smanjena ukupna duljina čine ih idealnima za instalacije gdje standardni cilindar jednostavno ne stane.
Stilovi montaže i njihovi mehanički ustupci
Odabrani stil montaže ne utječe samo na instalaciju, već i na naprezanje na savijanje koje tijelo cilindra i šipka doživljavaju tijekom rada.
- Montaža na nogu : Vijcima pričvršćeno duž dna tijela cilindra, jednostavno i kruto, ali zahtijeva da putanja opterećenja bude savršeno usklađena kako bi se izbjegli momenti savijanja na cijevi tijela.
- Montaža na prirubnicu : Vijcima na vrhu ili na kraju glave, vrlo kruto za aksijalno guranje/vučenje, uobičajeno na opremi za prešu i štancanje.
- Montaža osovine : Okretna točka omogućuje ljuljanje cilindra dok se izvlači, što je bitno za stezne ruke i mehanizme za podizanje koji se okreću u luku umjesto da se kreću u ravnoj liniji.
- Montaža klina : Spoj igle i vilice na stražnjoj strani cilindra, često uparen sa spojnicom na kraju šipke, što omogućuje da se cijeli cilindar okreće tijekom hoda.
Nosači s osovinom i uglom jedini su izbori koji bi se trebali koristiti kada putanja pokretanja nije ravna, budući da će kruti nosači na zakretnom teretu brzo saviti klipnjaču.
Potrošnja zraka: Ispravno dimenzioniranje kompresora
Jedan zanemaren faktor pri dodavanju cilindara postojećem pneumatskom sustavu je ukupna potražnja za zrakom. Svaki ciklus cilindra troši volumen komprimiranog zraka jednak površini klipa pomnoženoj s duljinom hoda, udvostručenom za dvodjelujuće cilindre budući da obje komore pune i ispuštaju svaki ciklus.
Na primjer, cilindar promjera 50 mm s hodom od 200 mm ima obujam klipa od otprilike 393 cm³ na strani produžetka. Dodajte volumen na strani šipke (malo manje zbog pomaka šipke, nazovite to 370 cm³), i jedan puni ciklus troši oko 763 cm³ slobodnog zraka pri atmosferskom tlaku, pomnoženo s omjerom kompresije. Pri 6 bara (7 bara apsolutno), to je otprilike 5,3 litara slobodnog zraka po ciklusu. Stroj koji pokreće ovaj cilindar na 20 ciklusa u minuti potrošit će otprilike 106 litara slobodnog zraka u minuti samo za taj jedan pokretač , što je značajno opterećenje kada se pomnoži preko stroja s desetak ili više cilindara.
| Veličina provrta | Hod 100 mm | Hod 200 mm | Hod 300 mm |
|---|---|---|---|
| 25 mm | 26 L/min | 52 L/min | 78 L/min |
| 32 mm | 42 L/min | 84 L/min | 127 L/min |
| 50 mm | 53 L/min | 106 L/min | 159 L/min |
| 80 mm | 135 L/min | 271 L/min | 406 L/min |
Postrojenja obično podcjenjuju veličinu kompresora kada dodaju nove ćelije za automatizaciju jer izračunavaju samo na temelju provrta cilindra bez faktoriranja brzine ciklusa. Kompresor koji je premali za ukupnu potražnju uzrokuje pad tlaka u cjevovodu tijekom vršnog ciklusa, što izravno smanjuje izlaznu snagu svih cilindara u sustavu istovremeno, što ponekad navodi tehničare da pogrešno dijagnosticiraju simptom kao neispravan aktuator kada je pravi uzrok uzvodno.
Amortizacija na kraju hoda i zašto produljuje vijek trajanja
Na kraju svakog takta, klip usporava udaranjem u završnu kapicu osim ako nije prisutan neki oblik amortizacije. Standardni cilindri bez jastuka ograničeni su na relativno niske brzine klipa, općenito ispod 0,3 metra u sekundi, prije nego što udarne sile počnu oštećivati klip, završne kapice i hardver za montažu.
Podesiva amortizacija koristi igličasti ventil za prigušivanje ispušnog zraka u zadnjih 10 do 15 mm hoda, usporavajući klip prije nego što dodirne završni poklopac. Ova jedinstvena značajka može značajno produžiti životni vijek cilindra, jer ponovljeni mehanički udari neamortiziranog graničnika uvelike doprinose trošenju brtve, popuštanju pričvršćivača i eventualnom pucanju odljevka završne kapice na cilindrima s aluminijskim tijelom.
Za primjene koje rade iznad 0,5 m/s ili za bilo koji cilindar koji nosi masu tereta veću od nekoliko kilograma, podesivi zračni jastuk trebao bi se smatrati standardnim zahtjevom, a ne dodatnom nadogradnjom . Gumeni odbojnici nude jeftiniju alternativu za manje terete i manje brzine, apsorbirajući udar putem elastične deformacije, a ne zračnog prigušenja, ali se troše i zahtijevaju povremenu zamjenu.
Odabir materijala za različita radna okruženja
Tijelo, šipka i materijali za brtvljenje cilindra pokretača određuju koliko će dobro preživjeti izvan čistog, suhog tvorničkog poda s kontroliranom klimom.
Standardni aluminijski cilindri za tijelo
Anodizirani aluminij je standard za opću unutarnju upotrebu. Lagan je, otporan je na površinsku koroziju uzrokovanu normalnom vlagom i lako se strojno obrađuje za precizne bušotine potrebne za održavanje dobrog brtvljenja. Nije prikladan za okruženja s kaustičnim kemikalijama za ispiranje ili stalnom izloženošću slanoj vodi bez dodatnih premaza.
Cilindri od nehrđajućeg čelika
Koristi se u prehrambenoj, farmaceutskoj i pomorskoj primjeni gdje je pranje s kloriranim sredstvima za čišćenje ili izlaganje slanom zraku rutina. Cilindri od nehrđajućeg čelika koštaju više, obično 1,5 do 2,5 puta više od cijene ekvivalentne aluminijske jedinice, ali izbjegavaju rupičastu koroziju koja bi inače zahtijevala čestu zamjenu u tim okruženjima.
Spojevi za brtvljenje
Nitrilne (NBR) brtve standardne su za opću zračnu službu na temperaturama od -20°C do 80°C. Za primjene na visokim temperaturama u blizini peći ili stanica za zavarivanje, brtve od fluorougljika (FKM/Viton) proširuju raspon uporabe do oko 150°C, ali koštaju znatno više. Za prehrambene i farmaceutske strojeve potrebne su brtvene smjese usklađene s FDA-om i treba ih izričito navesti prilikom naručivanja, budući da standardne brtve možda neće zadovoljiti zahtjeve sanitarne obrade.
Uobičajeni simptomi kvara i njihovi uzroci
Tehničari na terenu opetovano se susreću s istim uzorcima kvarova na cilindrima pokretača, a njihovo brzo prepoznavanje značajno štedi vrijeme zastoja.
| Simptom | Vjerojatni uzrok | Korektivna radnja |
|---|---|---|
| Spori ili spori udar | Premale cijevi, restriktivni priključci ili nizak tlak u cjevovodu | Provjerite dovodni tlak na otvoru cilindra, povećajte promjer cijevi |
| Zrak curi iz kraja šipke | Istrošena brtva šipke, često zbog bočnog opterećenja ili kontaminacije | Zamijenite komplet brtvi, pregledajte ima li brazda na šipki i izvor bočnog opterećenja |
| Cilindar se pomiče kada nema zraka | Premosnica unutarnje brtve klipa koja omogućuje prijenos zraka između komora | Zamijenite brtvu klipa, pregledajte provrt za brazde |
| Glasan prasak na kraju zaveslaja | Nedostaje ili je istrošen amortizacija, prevelika brzina | Podesite prigušni igličasti ventil ili dodajte kontrolu protoka na ispuhu |
| Savijena klipnjača | Bočno opterećenje iznad nominalnih granica, neusklađenost | Zamijenite vođenim cilindrom ili ispravite mehaničko poravnanje |
Većina preuranjenih kvarova cilindara dolazi do dva temeljna uzroka: bočno opterećenje na šipku zbog neusklađene montaže i kontaminirani dovod zraka koji nosi vlagu ili čestice u brtve. Pravilno održavana jedinica filtar-regulator-podmazivač (FRL) uzvodno od svakog aktuatora izravno rješava drugi uzrok, a rutinske provjere poravnanja tijekom preventivnog održavanja rješavaju prvi.
Praktični kontrolni popis za specificiranje novog cilindra aktuatora
Kada specificirate novi cilindar pneumatskog aktuatora za dizajn ili naknadnu ugradnju stroja, prođite kroz sljedeće točke kako biste izbjegli najčešće greške u specifikacijama.
- Izračunajte potrebnu silu pri najnižem očekivanom tlaku u cjevovodu, a ne pri nazivnom tlaku, jer tlak može pasti tijekom vršne potražnje.
- Odaberite veličinu provrta sa sigurnosnom marginom od najmanje 25% iznad izračunate minimalne potrebne sile.
- Potvrdite da duljina hoda uključuje puni mehanički hod plus bilo koju udaljenost amortizacije na svakom kraju.
- Odaberite vođeni cilindar ako će se bilo kakvo bočno opterećenje ili moment primijeniti na šipku tijekom hoda.
- Uskladite materijal brtve i materijal tijela s okolinom, uključujući temperaturu, vlagu i izloženost kemikalijama.
- Navedite vrstu amortizacije na temelju očekivane brzine klipa i mase opterećenja.
- Potvrdite da stil montaže odgovara putanji opterećenja, pravocrtno u odnosu na zakretno kretanje.
- Dodajte potrošnju zraka novog cilindra ukupnoj potražnji sustava i provjerite kapacitet kompresora.
Slijedeći ovaj redoslijed, umjesto da krenemo od kataloškog broja dijela i idemo unatrag, razlika je između aktuatora koji pouzdano radi godinama i onog koji postaje predmet stalnog održavanja u roku od nekoliko mjeseci od instalacije.
