Имате проблеми с откази на пневматични системи или неефективни операции? Проблемът често се крие в неправилния избор на задвижване, което води до намаляване на производителността и увеличаване на разходите за поддръжка. Правилно избраният пневматичен задвижващ механизъм може да реши тези проблеми незабавно.
Правото пневматично задвижване трябва да отговарят на изискванията за сила, скорост и условия на натоварване на вашето приложение, като се вземат предвид факторите на околната среда и дълготрайността. Изборът изисква разбиране на изчисленията на силата, съответствието на натоварването и специалните изисквания на приложението.
Позволете ми да споделя нещо от моите над 15 години в пневматичната индустрия. Миналия месец клиент от Германия спести над $15,000 разходи за престой чрез правилен избор на резервен цилиндър без пръти, вместо да чака седмици за оригиналната част. Нека да проучим как можете да направите подобен интелигентен избор.
Съдържание
- Формули за изчисляване на сила и скорост
- Референтни таблици за съответствие на натоварването на края на пръта
- Анализ на приложенията на цилиндъра против въртене
Как се изчисляват силата и скоростта на пневматичен цилиндър?
При избора на пневматичен задвижващ механизъм разбирането на зависимостта между силата и скоростта е от решаващо значение за оптималната работа на вашето приложение.
Силата на пневматичния цилиндър се изчислява по формулата F = P × A, където F е силата (N), P е налягане1 (Pa), а A е ефективната площ на буталото (m²). Скоростта зависи от дебита и може да се оцени с v = Q/A, където v е скоростта, Q е дебитът, а A е площта на буталото.
Основни формули за изчисляване на силата
Изчисляването на силата се различава между ходовете на разтягане и прибиране поради разликата в ефективните площи:
Сила на разтягане (преден ход)
За удължения ход се използва цялата площ на буталото:
F₁ = P × π × (D²/4)
Къде:
- F₁ = сила на разтягане (N)
- P = Работно налягане (Pa)
- D = диаметър на буталото (m)
Сила на прибиране (обратен ход)
За хода на прибиране трябва да се отчете площта на пръта:
F₂ = P × π × (D² - d²)/4
Къде:
- F₂ = Сила на прибиране (N)
- d = диаметър на пръта (m)
Изчисляване и управление на скоростта
Скоростта на пневматичния цилиндър зависи от:
- Дебит на въздушния поток
- Размер на отвора на цилиндъра
- Условия на натоварване
Основната формула е:
v = Q/A
Къде:
- v = Скорост (m/s)
- Q = Дебит (m³/s)
- A = площ на буталото (m²)
За цилиндри без ролки2 подобно на нашите модели Bepto, изчисляването на скоростта е по-просто, тъй като ефективната площ остава постоянна и в двете посоки.
Практически пример
Да речем, че трябва да преместите 50 kg товар хоризонтално с безпрътен цилиндър с отвор 40 mm при налягане 6 бара:
- Изчислете силата: F = 6 × 10⁵ × π × (0.04²/4) = 754 N
- При натоварване от 50 kg (490 N) и триене това осигурява достатъчна сила
- За скорост от 0,5 m/s при този отвор е необходим приблизително 38 L/min въздушен поток.
Не забравяйте, че тези изчисления дават теоретични стойности. В реални приложения трябва да вземете предвид:
- Загуби от триене3 (обикновено 10-30%)
- Спад на налягането в системата
- Динамични условия на натоварване
Какви спецификации за натоварване на прътовия накрайник трябва да отговарят на изискванията на вашето приложение?
Изборът на правилния капацитет на натоварване на края на пръта предотвратява преждевременното износване, свързването и повредата на системата в пневматичните системи.
Съпоставянето на натоварването на пръта изисква да се сравнят странични натоварвания, моментни натоварвания и осови натоварвания4 в съответствие със спецификациите на производителя. При безпрътовите цилиндри товароносимостта на лагерната система е от решаващо значение, тъй като тя оказва пряко влияние върху живота и работата на цилиндъра.
Разбиране на видовете натоварване
Когато подбирате натоварванията на накрайниците на прътите, трябва да вземете предвид три основни типа натоварвания:
Осево натоварване
Това е силата, действаща по оста на цилиндричния прът:
- Пряка зависимост от размера на отвора на цилиндъра и работното налягане
- Повечето цилиндри са проектирани предимно за осови натоварвания.
- За цилиндри без пръти това е основното работно натоварване.
Странично натоварване
Това е сила, перпендикулярна на оста на цилиндъра:
- Може да доведе до преждевременно износване на уплътнението и огъване на пръта
- Критично значение при избора на цилиндри без пръти
- Често се подценява в приложенията
Моментно натоварване
Това е ротационна сила, която предизвиква усукване:
- Може да повреди лагерите и уплътненията
- Особено важно при приложения с удължен ход
- Измерва се в Nm (Нютон-метри)
Таблица за съответствие на натоварването на края на пръта
Ето една опростена референтна таблица за съчетаване на обичайните размери на цилиндри без пръти със съответните товароносимости:
| Отвор на цилиндъра (mm) | Максимално осово натоварване (N) | Максимално странично натоварване (N) | Максимално моментно натоварване (Nm) | Типични приложения |
|---|---|---|---|---|
| 16 | 300 | 30 | 5 | Леко сглобяване, прехвърляне на малки части |
| 25 | 750 | 75 | 15 | Среден монтаж, обработка на материали |
| 32 | 1,200 | 120 | 25 | Обща автоматизация, прехвърляне на средни товари |
| 40 | 1,900 | 190 | 40 | Пренасяне на тежки материали, умерена индустриална употреба |
| 50 | 3,000 | 300 | 60 | Тежки индустриални приложения |
| 63 | 4,800 | 480 | 95 | Работа с много тежки товари |
Съображения за носещата система
Специално за безпрътовите цилиндри лагерната система определя товароносимостта:
Системи със сачмени лагери5
- По-голям капацитет на натоварване
- По-ниско триене
- По-добре за високоскоростни приложения
- По-скъпоСистеми с плъзгащи лагери
- По-икономичен
- По-добре за мръсна среда
- Обикновено по-нисък капацитет на натоварване
- По-високо триенеСистеми с ролкови лагери
- Най-висок капацитет на натоварване
- Подходящ за приложения за тежки натоварвания
- Отличен за дълги удари
- Изисква се прецизно подравняване
Неотдавна помогнах на производствено предприятие в Обединеното кралство да замени безпръчковите си цилиндри от първокласна марка с нашите еквиваленти Bepto. Чрез правилното съчетаване на лагерната система с нуждите на приложението, те не само решиха проблема с непосредствения престой, но и удължиха интервала за поддръжка с 30%.
Кога трябва да използвате пневматични цилиндри с антиротационна функция във вашата система?
Цилиндрите против въртене предотвратяват нежеланото завъртане на буталния прът по време на работа, като осигуряват прецизно линейно движение в специфични приложения.
Пневматични цилиндри против въртене трябва да се използва, когато приложението ви изисква прецизно линейно движение без отклонение при въртене, при работа с несиметрични товари или когато цилиндърът трябва да устои на външни ротационни сили, които биха могли да компрометират точността на позициониране.
Общи механизми против въртене
Съществуват няколко метода за предотвратяване на въртенето в пневматичните цилиндри:
Системи за направляващи пръти
- Допълнителни пръти, успоредни на основния бутален прът
- Осигурява отлична стабилност и прецизност
- По-високи разходи, но много надеждни
- Често срещани в приложения за прецизно производство
Дизайн на профилния прът
- Некръгло напречно сечение на пръта предотвратява въртенето
- Компактен дизайн без външни компоненти
- Подходящ за приложения с ограничено пространство
- Може да има по-нисък капацитет на натоварване
Външни направляващи системи
- Отделни направляващи механизми, работещи заедно с цилиндъра
- Най-висока прецизност и товароносимост
- По-сложна инсталация
- Използва се при високоточна автоматизация
Анализ на сценариите за приложение
Ето основните сценарии на приложение, при които антиротационните цилиндри са от съществено значение:
1. Асиметрично натоварване
Когато центърът на тежестта на товара е изместен от оста на цилиндъра, стандартните цилиндри могат да се въртят под налягане. Цилиндрите против въртене са изключително важни за:
- Роботизирани хващачи за работа с неправилни обекти
- Монтажни машини с офсетни инструменти
- Обработка на материали с небалансирани товари
2. Приложения за прецизно позициониране
Приложенията, изискващи точно позициониране, се възползват от функциите против въртене:
- Компоненти за металорежещи машини с ЦПУ
- Автоматизирано оборудване за изпитване
- Прецизни операции по сглобяване
- Производство на медицински изделия
3. Устойчивост на външен въртящ момент
Когато външни сили могат да предизвикат ротация:
- Обработващи операции със сили на рязане
- Приложения за пресоване с потенциално разминаване
- Приложения със странично действащи сили
Проучване на случай: Решение за защита от ротация
Клиент от Швеция имаше проблеми с подравняването на оборудването си за опаковане. Техните стандартни цилиндри без пръти се въртяха леко при натоварване, което водеше до разминаване и повреда на продукта.
Препоръчахме нашите безпръчкови цилиндри Bepto с двойни лагерни шини. Резултатите бяха незабавни:
- Премахнати са напълно проблемите с въртенето
- Намалено увреждане на продукта с 95%
- Увеличаване на производствената скорост с 15%
- Намалена честота на поддръжка
Таблица с критерии за подбор
| Изискване за кандидатстване | Стандартен цилиндър | Противодействие на въртенето на направляващия прът | Профилен прът против въртене | Система за външно водене |
|---|---|---|---|---|
| Необходимо е прецизно ниво | Нисък | Средно-висока | Среден | Много висока |
| Симетрия на натоварването | Симетричен | Може да се справи с асиметрията | Умерена асиметрия | Висока асиметрия |
| Наличие на външен въртящ момент | Минимален | Умерена устойчивост | Ниска и умерена устойчивост | Висока устойчивост |
| Ограничения на пространството | Минимален | Изисква повече пространство | Компактен | Изисква най-много място |
| Съображения за разходите | Най-ниска | Среден | Средно висока | Най-висока |
Заключение
Изборът на правилния пневматичен задвижващ механизъм изисква разбиране на изчисленията на силата, съгласуване на спецификациите за натоварване на края на пръта и анализиране на нуждите на приложението за специални функции, като например защита от въртене. Като следвате тези насоки, можете да осигурите оптимална производителност, да намалите времето за престой и да удължите живота на пневматичните си системи.
Често задавани въпроси относно избора на пневматични задвижвания
Каква е разликата между цилиндър без пръти и стандартен пневматичен цилиндър?
Безпръстовият цилиндър съдържа движението на буталото в тялото си без удължаващ прът, което спестява място и позволява по-дълги ходове в компактни помещения. Стандартните цилиндри имат изтеглящ се прът, който се движи навън по време на работа, което изисква допълнително свободно пространство.
Как да изчислим необходимия размер на отвора за моя пневматичен цилиндър?
Изчислете необходимата сила за вашето приложение, след което използвайте формулата: Диаметър на отвора = √(4F/πP), където F е необходимата сила в нютони, а P е наличното налягане в паскали. Винаги добавяйте коефициент на сигурност 25-30%, за да отчетете триенето и неефективността.
Могат ли пневматичните цилиндри без пръти да се справят със същите натоварвания като конвенционалните цилиндри?
Безпрътовите пневматични цилиндри обикновено имат по-нисък капацитет на странично натоварване от конвенционалните цилиндри със същия размер на отвора. Въпреки това те се отличават с отлични качества при приложения, изискващи дълги ходове в ограничени пространства, и често се отличават с по-добре интегрирани лагерни системи за поддържане на натоварванията.
Как работи въздушният цилиндър без пръти?
Безпрътовите въздушни цилиндри работят с помощта на уплътнена каретка, която се движи по корпуса на цилиндъра. Когато сгъстеният въздух навлиза в едната камера, той избутва вътрешното бутало, което е свързано с външната каретка чрез прорез, уплътнен със специални ленти или магнитна връзка, създавайки линейно движение без удължаващ се прът.
Какви са основните приложения на безпрътовите цилиндри?
Безпрътовите цилиндри са идеални за приложения с дълъг ход в ограничени пространства, системи за обработка на материали, оборудване за автоматизация, опаковъчни машини, задвижвания на врати и всякакви приложения, при които ограниченото пространство прави конвенционалните цилиндри непрактични.
Как мога да удължа живота на моите пневматични задвижвания?
Удължете живота на пневматичните задвижващи механизми, като осигурите правилен монтаж с правилно подравняване, използвате чист и сух сгъстен въздух с подходящо смазване, спазвате определените от производителя граници на натоварване и извършвате редовна поддръжка, включително проверка и подмяна на уплътненията.
-
Дава основополагащо обяснение на налягането като мярка за силата, приложена перпендикулярно на повърхността на даден обект за единица площ, което е принципът зад формулата F=PxA. ↩
-
Описва различните конструкции на безпрътовите цилиндри, като например магнитно свързани и механично свързани (лентови), и обяснява съответните им предимства и принципи на работа. ↩
-
Обяснява различните източници на триене в пневматичен цилиндър, включително триенето на уплътненията и лагерите, и как тези сили намаляват действителната изходна сила в сравнение с теоретичните изчисления. ↩
-
Предлага преглед на различните видове статични натоварвания в машиностроенето, включително осеви (опън/свиване), странични (срязване) и моментни (огъване/изкривяване) сили. ↩
-
Предоставя сравнение на основните видове лагери, като подробно описва разликите между тях по отношение на товароносимост, характеристики на триене, номинални скорости и пригодност за различни приложения. ↩
