Za gotovo svaki automatizirani stroj koji treba precizno, ponovljivo linearno gibanje, a dvosmjerni cilindar je standardni izbor. Zaključak je jednostavan: kada vam je potrebna kontrolirana sila i u smjeru izvlačenja i uvlačenja, cilindar s dvostrukim djelovanjem nadmašuje cilindar s jednostrukim djelovanjem u fleksibilnosti, kontroli brzine i ukupnoj pouzdanosti procesa. Ovo vrijedi i za pneumatske sustave i za hidraulične sustave, iako se radni medij razlikuje.
Temeljni razlog je taj što cilindar s dvostrukim djelovanjem koristi tekućinu pod tlakom s obje strane klipa. Zamjenom dovodnih i ispušnih otvora, klip se može aktivno gurnuti u oba smjera. Ovo je u suprotnosti s cilindrom s jednim djelovanjem, koji se oslanja na oprugu, gravitaciju ili vanjsko opterećenje da bi se vratio u svoj početni položaj. Rezultat je da cilindri s dvostrukim djelovanjem daju potpuno kontrolirano putovanje, veću radnu fleksibilnost i često bolju energetsku učinkovitost u cikličkim primjenama.
Iz perspektive kupnje i dizajna, to znači da morate procijeniti veličinu provrta cilindra, hod, radni tlak, amortizaciju i stil montaže. Loše odabrani cilindar dovodi do slabog potiska, preranog trošenja brtve ili prekomjerne potrošnje zraka. Razumijevanje načela rada i kriterija odabira pomoći će vam da izbjegnete te rizike i postignete dugoročne rezultate.
Što je cilindar s dvostrukim djelovanjem?
Cilindar s dvostrukim djelovanjem je linearni aktuator koji ima dva radna otvora, po jedan na svakom kraju cijevi cilindra. Zrak pod tlakom ili hidrauličko ulje ulazi u jedan otvor za pokretanje klipa prema naprijed, dok je drugi otvor otvoren za ispuh ili povratak. Obrnuti dovodni i ispušni tok čini da se klip kreće unatrag. Ova mogućnost dvosmjerne sile razlikuje ga od jednodjelujućeg cilindra koji ima samo jednu komoru pod tlakom.
Glavne komponente uključuju cilindar, klip, klipnjaču, prednje i stražnje završne poklopce, klipne brtve, klipne brtve i obično jedan ili dva mehanizma za ublažavanje. Klip dijeli cijev u dvije komore: kraj poklopca, što je veće područje iza klipa, i kraj šipke, što je manje područje blizu strane klipnjače. Razlika u efektivnoj površini znači da je sila izvlačenja prirodno veća od sile uvlačenja pri istom tlaku, što je ključni čimbenik pri dimenzioniranju cilindra.
Pneumatski naspram hidrauličkih dvodjelujućih cilindara
Isti geometrijski princip primjenjuje se i na pneumatske i na hidraulične cilindre, ali se karakteristike performansi značajno razlikuju. Pneumatski dvodjelujući cilindri rade na komprimirani zrak pri tipičnom tlaku od 0,4 do 0,7 MPa (4 do 7 bara), proizvodeći manju silu, ali vrlo brzo aktiviranje. Hidraulički cilindri s dvostrukim djelovanjem koriste mineralno ulje ili tekućine na bazi vode pri tlaku često između 7 i 35 MPa (70 i 350 bara), generirajući puno veću silu s glatkijom i preciznijom kontrolom kretanja.
| Parametar | Pneumatski | Hidraulički |
|---|---|---|
| Radni medij | Komprimirani zrak | Hidraulički oil |
| Tipični pritisak | 0,4–0,7 MPa | 7–35 MPa |
| Relativna sila | Niže | viši |
| Brzina aktiviranja | brzo | Sporije |
| Kontrola položaja | Umjereno | Precizno |
| Trošak sustava | Niže | viši |
Kako radi dvosmjerni cilindar?
Princip rada je jednostavan: tekućina pod pritiskom djeluje naizmjenično na obje strane klipa stvarajući linearno gibanje. Kada je priključak na kraju poklopca pod tlakom, a otvor na kraju klipa otvoren je za spremnik ili ispuh, klipnjača se izvlači. Kada se opskrba prebaci na priključak na kraju šipke i otvor na kraju poklopca je iscrpljen, klipnjača se uvlači. Ovo prebacivanje se postiže pomoću upravljačkog ventila, kao što je dvopoložajni peteroputni elektromagnetski ventil u pneumatskim sustavima ili četveroputni ventil u hidrauličkim krugovima.
Kontrola brzine se postiže reguliranjem protoka zraka ili ulja iz ispušnog otvora. U pneumatskim sustavima česti su ispušni prigušni ventili. U hidrauličkim sustavima, ventili za regulaciju protoka koriste se za izbjegavanje skokova tlaka i postizanje glatkog usporavanja. Učinkovita amortizacija na kraju hoda ključna je za sprječavanje mehaničkog udara i oštećenja klipa; podesivi amortizirajući ventili ili vanjski hidraulički amortizeri koriste se kada su uključena velika inercijska opterećenja.
Za pneumatske sustave tipični krug sastoji se od zračnog filtra, regulatora tlaka, podmazivača, usmjernog ventila i dva ventila za regulaciju brzine. Usmjereni ventil je obično dvostruki solenoidni ventil, koji omogućuje cilindru da zadrži svoj posljednji položaj kada je bez napona. Ovo je osobito korisno u sigurnosnim stezanjima.
Cilindri s dvostrukim djelovanjem i jednosmjernim djelovanjem
Ključna razlika je u tome što cilindar s dvostrukim djelovanjem osigurava kontroliranu silu i kretanje u oba smjera, dok cilindar s jednostrukim djelovanjem daje silu samo u jednom smjeru. Cilindri s jednostrukim djelovanjem koriste oprugu, gravitaciju ili vanjsko opterećenje za vraćanje klipa, što znači da se povratni hod ne može strogo kontrolirati. Za primjene gdje ciklus zahtijeva i guranje i povlačenje, ili gdje je preciznost bitna, cilindar s dvostrukim djelovanjem je odgovarajući izbor.
| Usporedba | Jednostruka gluma | Dvostruka gluma |
|---|---|---|
| Smjer sile | Samo jedan smjer | Oba smjera |
| Povratni udarac | Opruga / gravitacija / opterećenje | Tekućina pod pritiskom |
| Kontrola položaja | Ograničen povrat | Potpuna kontrola |
| Tipična upotreba | Stezanje, izbacivanje, otvaranje vrata | Automatizacija, robotika, preša |
| trošak | Niže | viši |
U praksi, preko 90% pneumatskih aktuatora koji se koriste u općoj automatizaciji imaju dvostruko djelovanje jer omogućuju jednostavno podešavanje brzine na oba takta i mogu proizvesti silu držanja dok je ventil pod naponom. Cilindri s jednostrukim djelovanjem i dalje su vrijedni kada je prostor tijesan, povratna sila nije kritična ili kada sigurnost zahtijeva povratnu oprugu.
Vrste dvosmjernih cilindara
Cilindri s dvostrukim djelovanjem dostupni su u nekoliko mehaničkih konfiguracija, od kojih je svaka dizajnirana za određena ograničenja ugradnje, duljine hoda i uvjete opterećenja. Odabir pravog tipa jednako je važan kao i odabir prave veličine provrta.
Standardni cilindri spone
Ovi cilindri slijede tradicionalnu konstrukciju spone, s četiri čelične šipke koje drže završne poklopce zajedno. Naširoko se koriste u automatizaciji opće namjene i često su u skladu s ISO 15552. SC serija je klasičan primjer, nudi višestruke mogućnosti montaže i veličine provrta od 32 mm do 100 mm.
Standardni cilindar spone serije SC s kompaktnim dizajnom Ovaj cilindar spone nudi kompaktnu duljinu u usporedbi s tipovima prema ISO 15552, s pouzdanom konstrukcijom i podesivim jastukom. Prikladan za opću automatizaciju, može raditi na temperaturama do 150°C s visokotemperaturnim brtvama. Pogledajte proizvod → Tanki cilindri
Tanki cilindri, poput serije CQ2, imaju kompaktan profil tijela dizajniran za ograničene prostore za ugradnju. Pružaju jaku silu uz uštedu aksijalne duljine. Uobičajeni su u steznim napravama, graničnicima transportera i okvirima kompaktnih strojeva.
Tanki cilindar serije CQ2 za ograničene prostore za ugradnju Ovaj kompaktni cilindar štedi aksijalni prostor dok isporučuje snažnu silu. Njegov magnetski prekidač koji ne strši povećava sigurnost i operativnost, a poboljšani vodootporan dizajn prikladan je za okruženja s vodom i rashladnom tekućinom. Pogledajte proizvod → Minijaturni cilindri
Mini cilindri, uključujući serije MA, MAL, MI i CJ2, koriste se u maloj preciznoj opremi gdje su težina i prostor kritični. Dostupne su verzije tijela od nehrđajućeg čelika za obradu hrane ili korozivna okruženja.
Cilindri bez poluge
Cilindri bez poluge, kao što je serija CY1, koriste magnetsku ili mehaničku spojku za prijenos sile na vanjski nosač. Njihova duljina hoda nije ograničena izvijanjem klipnjače, što ih čini idealnim za primjene dugog hoda u sustavima za rukovanje materijalom i otvaranje vrata.
CY1S cilindar bez poluge s kliznim ležajem Korištenjem magnetske spojke za prijenos sile, ovaj cilindar bez poluge štedi prostor i izolira pokretač od statora. Njegova vodilica s kliznim ležajem i dugotrajno podmazivanje osiguravaju nesmetan rad bez održavanja u prašnjavim okruženjima ili okruženjima s blagim prskanjem. Pogledajte proizvod → Višeosni i vođeni cilindri
Cilindri s više osi, uključujući serije CXS i MGP, imaju dvije ili više šipki ili vodilica koje sprječavaju rotaciju i odupiru se bočnim opterećenjima. Koriste se u preciznim pick-and-place mehanizmima, gdje se alat ne smije okretati i gdje je potrebna velika bočna stabilnost.
Cilindri s rotirajućim stezaljkama
Rotacijski stezni cilindri, kao što je serija MK, kombiniraju linearnu steznu silu s rotacijskim gibanjem od 90 stupnjeva. Naširoko se koriste u šablonama za zavarivanje i montažnim učvršćenjima za držanje dijelova na mjestu izbjegavajući smetnje pri utovaru i istovaru dijelova.
Kako odabrati pravi dvosmjerni cilindar
Najpouzdaniji način odabira dvosmjernog cilindra je definiranje potrebne izlazne sile, duljine hoda, brzine, radnog ciklusa i dostupnog prostora za ugradnju. Nakon toga provjerite odgovara li cilindar kandidat radnom tlaku, zahtjevima za amortizaciju i obrascu montaže za vašu aplikaciju.
Veličina provrta i izlazna sila
Sila se izračunava kao tlak pomnožen s efektivnom površinom klipa. Za pneumatski cilindar pri 0,5 MPa (5 bara), cilindar promjera 63 mm proizvodi silu istezanja od približno 1558 N. Kada je promjer klipnjače 20 mm, sila uvlačenja pada na oko 1397 N. Uvijek dimenzionirajte cilindar za veću od dvije sile potrebne u ciklusu.
- Izračunajte maksimalno opterećenje , uključujući sile trenja i ubrzanja.
- Pretvori u potrebni potisak pomoću stvarnog radnog tlaka.
- Odaberite najmanji provrt to daje najmanje 25% margine iznad potrebne sile.
Duljina hoda
Odabir hoda temelji se na udaljenosti koju teret mora prijeći. Većina proizvođača nudi standardne hodove s tolerancijom od ±1 mm. Za srednje pozicioniranje koristite cilindre s magnetskim klipom i bočno montiranim magnetskim prekidačima ili ih kombinirajte s vanjskim senzorima za upravljanje zatvorenom petljom.
Brzina i amortizacija
Kretanje velikom brzinom povećava rizik od udara na kraju vožnje. Većina cilindara s dvostrukim djelovanjem ima ugrađenu zračnu amortizaciju, ali velika opterećenja ili velike brzine mogu zahtijevati vanjske hidraulične amortizere za zaštitu stroja i samog cilindra. Provjerite je li amortizacija podesiva i je li ispušni kapacitet ventila za kontrolu brzine dovoljan za vrijeme vašeg ciklusa.
Montaža i čimbenici okoline
Stilovi montaže uključuju nožne nosače, prirubne nosače, očne vijke na kraju šipke i stražnje osovine. Montaža mora biti usklađena sa smjerom opterećenja i spriječiti bočne sile. Za teške uvjete rada odaberite šipku i tijelo od nehrđajućeg čelika ili dodajte zaštitni mijeh za zaštitu klipnjače od prašine i vlage.
Uobičajene primjene cilindara s dvostrukim djelovanjem
Cilindri s dvostrukim djelovanjem dominiraju automatiziranom opremom za proizvodnju, pakiranje i rukovanje materijalom jer mogu obavljati operacije guranja i povlačenja pod potpunom kontrolom. Koriste se u montaži, stezanju, dizanju, sortiranju i robotici.
Na primjer, u liniji za pakiranje, cilindar s dvostrukim djelovanjem može se produžiti kako bi gurnuo kutiju na pokretnu traku, a zatim se uvući kako bi pustio sljedeću kutiju da prođe. U uređaju za zavarivanje, cilindar s dvostrukim djelovanjem primjenjuje silu stezanja i drži radni komad dok se ciklus zavarivanja ne završi. Cilindar se tada oslobađa i omogućuje robotu da ukloni dio.
Pomak prema pametnim tvornicama i fleksibilnoj proizvodnji povećao je potražnju za pouzdanim pneumatskim aktuatorima. Kao što je istaknuto u analiza industrije pneumatskih cilindara integracija pneumatskih cilindara s elektroničkim senzorima i PLC kontrolom postala je standardna praksa, poboljšavajući propusnost i ponovljivost.
Osim toga, trend prema proizvodnji s većom dodanom vrijednošću i napredniji integracija opskrbnog lanca znači da aktuatori moraju biti pouzdani tijekom milijuna ciklusa. Cilindri s dvostrukim djelovanjem s robusnim brtvama, preciznom amortizacijom i lakim održavanjem ključni su za smanjenje vremena zastoja.
Savjeti za instalaciju i održavanje
Pravilna ugradnja i redovito održavanje najučinkovitiji su načini produljenja životnog vijeka cilindra s dvostrukim djelovanjem. Glavni rizici su strukturna neusklađenost, kontaminacija u komprimiranom zraku i neadekvatno podmazivanje.
Smjernice za instalaciju
- Koristite plivajući zglob između klipnjače i tereta kako bi se kompenzirala manja odstupanja.
- Instalirajte F.R.L. jedinice (filtar, regulator, podmazivač) uzvodno za uklanjanje vlage i čestica ulja iz komprimiranog zraka.
- Poravnajte os cilindra sa smjerom kretanja tereta kako bi se spriječilo bočno opterećenje klipnjače.
- Koristite ventile za regulaciju brzine na ispušnim otvorima kako bi se ograničila najveća brzina i smanjile udarne sile.
Preventivno održavanje
- Ispustite kondenzat iz prijemnika zraka i filtera dnevno.
- Pregledajte klipnjaču za ogrebotine, koroziju ili udubljenja svakih 1000 radnih sati.
- Provjerite igle za amortizaciju i prilagodite ih ako udarac na kraju udarca postane oštar.
- Zamijenite brtve kada propuštanje postane vidljivo ili kada cilindar pokazuje smanjenu silu. Tipični vijek brtve je 200 000 do 500 000 ciklusa, ovisno o brzini, temperaturi i opterećenju.
Često postavljana pitanja o dvosmjernim cilindrima
Što je dvosmjerni cilindar?
Dvostruki cilindar je linearni aktuator u kojem stlačena tekućina naizmjenično djeluje na obje strane klipa. Ima dva radna otvora i može proizvesti silu u smjeru izvlačenja i uvlačenja.
Kako se dvosmjerni cilindar razlikuje od jednosmjernog?
Cilindar s jednostrukim djelovanjem ima jednu komoru pod tlakom i oslanja se na oprugu ili vanjsko opterećenje za povrat. Cilindar s dvostrukim djelovanjem ima dvije komore i koristi tlak tekućine u oba smjera, pružajući potpunu kontrolu nad povratnim hodom.
Može li se dvosmjerni cilindar koristiti kao jednosmjerni?
Da. Možete spojiti samo jedan priključak na dovod tlaka i ostaviti drugi otvor odzračen u atmosferu ili povratni vod, ali nemate nikakve koristi. Neiskorišteni otvor mora ostati slobodno ispušten, inače će cilindar blokirati zbog zarobljene tekućine.
Kako izračunati silu dvostrukog cilindra?
Za produženi hod, sila je jednaka radnom tlaku pomnoženom s punom površinom klipa. Za hod uvlačenja prvo oduzmite površinu poprečnog presjeka klipnjače. Primjer pri 0,5 MPa s provrtom od 63 mm i šipkom od 20 mm: izdužena sila je oko 1558 N, a uvučena sila oko 1397 N.
Koja je razlika između pneumatskih i hidrauličkih cilindara dvostrukog djelovanja?
Pneumatski cilindri koriste komprimirani zrak, brži su i lakši, ali stvaraju manju silu. Hidraulički cilindri koriste ulje pod visokim tlakom, nude veću snagu i bolju kontrolu položaja, ali zahtijevaju jedinicu hidrauličke pumpe i skuplji su.
Zašto se moj dvosmjerni cilindar kreće sporo?
Uobičajeni uzroci su nedovoljna opskrba zrakom ili uljem, restriktivni ispušni put, pad tlaka u dovodnom vodu ili neispravno podešeni regulacijski ventili brzine. Provjerite veličinu otvora ventila, promjer cijevi i F.R.L. postavke.
Kolika je najveća duljina hoda dvosmjernog cilindra?
Za standardne pneumatske cilindre dostupni su hodovi do oko 2000 mm. Osim toga, izvijanje klipnjače postaje problem, pa se preporučuje cilindar bez poluge ili vođeni cilindar. Hidraulički cilindri mogu postići mnogo dulje hodove zbog veće krutosti strukture.
