Inžinieriai dažnai neteisingai apskaičiuoja cilindrų tūrį, todėl kompresoriai būna per maži, o sistemos našumas prastas. Tikslūs tūrio skaičiavimai padeda išvengti brangiai kainuojančių įrangos gedimų ir optimizuoti oro sąnaudas.
Cilindro tūrio formulė yra tokia: V = π × r² × h, kur V - tūris kubiniais coliais, r - spindulys, o h - eigos ilgis.
Praėjusį mėnesį dirbau su Šveicarijos gamyklos techninės priežiūros vadovu Tomu, kuris susidūrė su oro tiekimo problemomis. Jo komanda nepakankamai įvertino balionų kiekį 40%, todėl dažnai krisdavo slėgis. Pritaikius teisingas tūrio formules, jų sistemos efektyvumas gerokai pagerėjo.
Turinys
- Kokia yra pagrindinė cilindro tūrio formulė?
- Kaip apskaičiuoti reikiamą oro tūrį?
- Kas yra išstūmimo tūrio formulė?
- Kaip apskaičiuoti cilindro be strypų tūrį?
- Kas yra išplėstiniai tūrio skaičiavimai?
Kokia yra pagrindinė cilindro tūrio formulė?
Pagal cilindro tūrio formulę nustatomas oro erdvės poreikis, kad būtų galima tinkamai suprojektuoti pneumatinę sistemą ir parinkti kompresoriaus dydį.
Pagrindinė cilindro tūrio formulė yra V = π × r² × h, kur V - tūris kubiniais coliais, π - 3,14159, r - spindulys coliais, o h - eigos ilgis coliais.
Tūrio skaičiavimo supratimas
Pagrindinė tūrio lygtis taikoma visoms cilindrinėms kameroms:
arba
Kur:
- V = tūris (kubiniai coliai)
- π = 3,14159 (pi konstanta)
- r = Spindulys (coliai)
- h = Aukštis/takto ilgis (coliai)
- A = skerspjūvio plotas (kvadratiniai coliai)
- L = Ilgis/taktas (coliai)
Standartinio cilindro tūrio pavyzdžiai
Įprasti balionų dydžiai su apskaičiuotais tūriais:
| Gręžinio skersmuo | Smūgio ilgis | Stūmoklio plotas | tomas |
|---|---|---|---|
| 1 colis | 2 coliai | 0,79 kv. in | 1,57 cu in |
| 2 coliai | 4 coliai | 3,14 kv. in | 12,57 cu in |
| 3 coliai | 6 coliai | 7,07 kv. in | 42,41 cu in |
| 4 coliai | 8 coliai | 12,57 kv. colių | 100,53 cu in |
Tūrio konversijos koeficientai
Konvertuoti skirtingus tūrio vienetus:
Bendrieji konversijos būdai
- Kubiniai coliai į Kubinės pėdos: Padalykite iš 1 728
- Kubiniai coliai į Litrai konvertavimas: Padauginkite iš 0,0164
- Kubinės pėdos į Galonai konvertavimas: Padauginkite iš 7,48
- Litrai į Kubiniai coliai konvertavimas: Padauginkite iš 61,02
Praktiniai tūrio taikymai
Tūrio skaičiavimai atliekami įvairiais inžineriniais tikslais:
Oro suvartojimo planavimas
Bendras tūris = cilindro tūris × ciklų per minutę skaičius
Kompresoriaus dydžio nustatymas
Reikiama talpa = bendras tūris × saugos koeficientas
Sistemos reakcijos laikas
Reakcijos laikas = tūris ÷ srauto greitis
Viengubo ir dvigubo veikimo tūrių palyginimas
Skirtingų tipų balionams keliami skirtingi tūrio reikalavimai:
Vieno veikimo cilindras
Darbo tūris = stūmoklio plotas × eigos ilgis
Dvigubo veikimo cilindras
Išplėsti tūrį = stūmoklio plotas × eigos ilgis
Įtraukimo tūris = (stūmoklio plotas - strypo plotas) × eigos ilgis
Bendras tūris = ištraukiamasis tūris + įtraukiamasis tūris
Temperatūros ir slėgio poveikis
Apskaičiuojant tūrį reikia atsižvelgti į darbo sąlygas:
Standartinės sąlygos1
- Temperatūra: 20°C (68°F)
- Slėgis: 14,7 PSIA (absoliutus 1 baras)
- Drėgmė: 0% santykinė drėgmė
Korekcijos formulė
Kaip apskaičiuoti reikiamą oro tūrį?
Nuo oro kiekio reikalavimų priklauso kompresoriaus našumas ir sistemos našumas pneumatiniuose cilindruose.
Apskaičiuokite reikiamą oro tūrį pagal formulę V_total = V_cylinder × N × SF, kur V_total - reikiamas našumas, N - ciklai per minutę, o SF - saugos koeficientas.
Bendro sistemos tūrio formulė
Į išsamų tūrio apskaičiavimą įtraukiami visi sistemos komponentai:
Cilindro tūrio skaičiavimai
Vieno cilindro tūris
2 colių skersmens ir 6 colių eigos cilindrui:
V = 3,14 × 6 = 18,84 kubinių colių
Kelių cilindrų sistemos
Kur i reiškia kiekvieną atskirą cilindrą.
Ciklo greičio aspektai
Skirtingoms programoms keliami skirtingi ciklo reikalavimai:
| Taikymo tipas | Tipiniai ciklai per minutę | Tūrio koeficientas |
|---|---|---|
| Surinkimo operacijos | 10-30 | Standartinis |
| Pakavimo sistemos | 60-120 | Didelė paklausa |
| Medžiagų tvarkymas | 5-20 | Pertraukiamas |
| Procesų valdymas | 1-10 | Maža paklausa |
Oro suvartojimo pavyzdžiai
1 pavyzdys: surinkimo linija
- Balionai: 4 vienetai, 2 colių skylė, 4 colių eiga
- Ciklo dažnis: 20 ciklų per minutę
- Individualus tūris: 3,14 × 4 = 12,57 cu in
- Bendras suvartojimas: 4 × 12,57 × 20 ÷ 1 728 = 0,58 CFM
2 pavyzdys: pakavimo sistema
- Balionai: 8 vienetai, 1,5 colio skylė, 3 colių eiga
- Ciklo dažnis: 80 ciklų per minutę
- Individualus tūris: 1,77 × 3 = 5,30 cu in
- Bendras suvartojimas: 8 × 5,30 × 80 ÷ 1 728 = 1,96 CFM
Sistemos efektyvumo veiksniai
Realiose sistemose reikia atsižvelgti į papildomą tūrį:
Nuotėkio pašalpa
- Naujos sistemos: 10-15% papildomas tūris
- Senesnės sistemos: 20-30% papildomas tūris
- Prasta priežiūra: 40-50% papildomas tūris
Slėgio kritimo kompensavimas
- Ilgos vamzdynų trasos: 15-25% papildomas tūris
- Keli apribojimai: 20-35% papildomas tūris
- Nepakankamo dydžio komponentai: 30-50% papildomas tūris
Kompresoriaus dydžio nustatymo gairės
Kompresorių dydį nustatykite atsižvelgdami į bendrą tūrio poreikį:
Reikiamas kompresoriaus pajėgumas = bendras tūris × darbo ciklas × saugos koeficientas
Saugos veiksniai
- Nepertraukiamas veikimas: 1.25-1.5
- Pertraukiamas veikimas: 1.5-2.0
- Kritinės programos: 2.0-3.0
- Ateities plėtra: 2.5-4.0
Kas yra išstūmimo tūrio formulė?
Apskaičiuojant tūrio tūrį, nustatomas faktinis oro judėjimas ir sąnaudos pneumatinių cilindrų darbui.
Išstūmimo tūris lygus stūmoklio ploto ir eigos ilgio sandaugai: V_displacement = A × L, t. y. oro tūris, kuris perkeliamas per vieną pilną cilindro eigą.
Suprasti perkėlimą
Darbinis tūris rodo faktinį oro judėjimą cilindrui veikiant:
Tai skiriasi nuo bendro cilindro tūrio, į kurį įeina tuščioji erdvė.
Viengubo veikimo poslinkis
Vienpusio veikimo cilindrai išstumia orą tik viena kryptimi:
Skaičiavimo pavyzdys
- Cilindras: 3 colių skylė, 8 colių eiga
- Stūmoklio plotas: 7,07 kvadratinių colių
- Išstūmimas: 7,07 × 8 = 56,55 kubinių colių
Dvigubo veikimo poslinkis
Dvigubo veikimo cilindrų poslinkiai kiekviena kryptimi yra skirtingi:
Išplėsti išstūmimą
Ištraukimo poslinkis
Bendras perkėlimas
Išstūmimo skaičiavimo pavyzdžiai
Standartinis dvigubo veikimo cilindras
- Bore: 2 coliai (3,14 kv. col.)
- Rod: 5/8 colio (0,31 kvadratinio colio)
- Insultas: 6 coliai
- Išplėsti išstūmimą: 3,14 × 6 = 18,84 cu in
- Ištraukimo poslinkis: (3,14 - 0,31) × 6 = 16,98 cu in
- Bendras perkėlimas: 35,82 kubinio centimetro per ciklą
Cilindro be strypo darbinis tūris
Cilindrai be strypų pasižymi unikaliomis darbinio tūrio charakteristikomis:
Kadangi cilindruose be strypo nėra strypo, darbinis tūris abiem kryptimis lygus stūmoklio ploto ir eigos sandaugai.
Srauto greičio santykiai
Išstūmimo tūris tiesiogiai susijęs su reikiamu srautu:
Didelės spartos taikymo pavyzdys
- Išstūmimas: 25 kubiniai coliai per ciklą
- Ciklo dažnis: 100 ciklų per minutę
- Reikalingas srautas: 25 × 100 ÷ 1 728 = 1,45 CFM
Efektyvumo aspektai
Faktinis poslinkis skiriasi nuo teorinio dėl:
Tūrinis efektyvumas2 Veiksniai
- Sandariklio nuotėkis: 2-8% nuostoliai
- Vožtuvų apribojimai: 5-15% nuostoliai
- Temperatūros poveikis: 3-10% variacija
- Slėgio pokyčiai: 5-20% poveikis
Negyvo tūrio efektai
Negyvasis tūris sumažina efektyvųjį tūrį:
Efektyvusis poslinkis = teorinis poslinkis - negyvasis tūris
Mirusį tomą sudaro:
- Uosto apimtys: Jungčių erdvės
- Minkštinimo kameros: Galinio dangtelio tūris
- Vožtuvų ertmės: Valdymo vožtuvų tarpai
Kaip apskaičiuoti cilindro be strypų tūrį?
Apskaičiuojant cilindrų be strypų tūrį reikia atsižvelgti į specialius aspektus dėl jų unikalios konstrukcijos ir eksploatacinių savybių.
Cilindro be strypo tūris lygus stūmoklio plotui padaugintam iš eigos ilgio: V = A × L, neatimant strypo tūrio, nes šiuose cilindruose nėra išsikišusio strypo.
Cilindro be strypo tūrio formulė
Pagrindiniai cilindrų be strypų tūrio skaičiavimai:
Skirtingai nei įprastiniuose cilindruose, konstrukcijose be strypų nereikia atimti strypo tūrio.
Tūrio skaičiavimo be strypų privalumai
Balionai be strypų leidžia supaprastinti tūrio skaičiavimus:
Nuoseklus išstūmimas
- Abi kryptys: Tas pats tūrio poslinkis
- Nėra kompensacijos už strypą: Supaprastinti skaičiavimai
- Simetrinis veikimas: Vienoda jėga ir greitis
Tūrio palyginimas
| Cilindro tipas | 2″ kiaurymė, 6″ eiga | Tūrio apskaičiavimas |
|---|---|---|
| Įprastinis (1″ strypas) | Pratęsti: 18,84 cm3 Įtraukiamas: 14,13 kub. cm | Skirtingi kiekiai |
| Be strypų | Abiem kryptimis: 18,84 cm3 | Tas pats tūris |
Magnetinės jungties tūris
Magnetiniai cilindrai be lazdelių3 turi papildomų apimties aspektų:
Vidinis tūris
Išorinis vežimas
Išorinis vežimėlis neturi įtakos vidaus oro tūrio skaičiavimams.
Kabelio cilindro tūris
Laidais valdomiems cilindrams be lazdelių reikia atlikti specialią tūrio analizę:
Pirminė kamera
Kabelių tiesimas
Kabelių tiesimas neturi didelės įtakos tūrio skaičiavimams.
Ilgos eigos programos
Cilindrai be strypelių puikiai tinka ilgam eigai:
Tūrio mastelio keitimas
4 colių skersmens ir 10 pėdų eigos cilindrui be strypų:
- Stūmoklio plotas: 12,57 kvadratinių colių
- Smūgio ilgis: 120 colių
- Bendras tūris: 12,57 × 120 = 1508 kubinių colių = 0,87 kubinės pėdos
Neseniai padėjau Ispanijos automobilių gamykloje dirbančiai dizaino inžinierei Marijai optimizuoti jų ilgos eigos padėties nustatymo sistemą. Jų 6 pėdų eigos įprastiniams cilindrams reikėjo didžiulės montavimo vietos ir sudėtingų tūrio skaičiavimų. Juos pakeitėme cilindrais be strypų, sumažindami montavimo erdvę 60% ir supaprastindami oro sąnaudų skaičiavimus.
Oro suvartojimo privalumai
Cilindrai be strypų turi oro sąnaudų privalumų:
Nuoseklus vartojimas
Skaičiavimo pavyzdys
- Cilindras be strypo: 3 colių kiaurymė, 48 colių eiga
- tomas: 7,07 × 48 = 339,4 kubinių colių
- Ciklo dažnis: 10 ciklų per minutę
- Vartojimas: 339,4 × 10 ÷ 1 728 = 1,96 CFM
Sistemos projektavimo privalumai
Sistemos projektavimui naudingos cilindrų be strypų tūrio charakteristikos:
Supaprastinti skaičiavimai
- Ne strypo ploto atimtis: Lengvesni skaičiavimai
- Simetrinis veikimas: Numatomas veikimas
- Nuoseklus greitis: Vienodas garsumas abiem kryptimis
Kompresoriaus dydžio nustatymas
Reikiama talpa = bendras tūris be strypų × ciklai × saugos koeficientas
Įrengimo apimties taupymas
Cilindrai be strypų leidžia sutaupyti nemažai montavimo tūrio:
Erdvės palyginimas
| Smūgio ilgis | Įprastinė erdvė | Erdvė be strypų | Erdvės taupymas |
|---|---|---|---|
| 24 coliai | 48+ colių | 24 coliai | 50%+ |
| 48 coliai | 96+ colių | 48 coliai | 50%+ |
| 72 coliai | 144+ colių | 72 coliai | 50%+ |
Kas yra išplėstiniai tūrio skaičiavimai?
Pažangūs tūrio skaičiavimai leidžia optimizuoti pneumatines sistemas sudėtingoms programoms, kurioms reikia tikslaus oro valdymo ir energijos vartojimo efektyvumo.
Išplėstiniai tūrio skaičiavimai apima negyvojo tūrio analizę, suspaudimo santykio poveikį, šiluminį plėtimąsi ir daugiapakopės sistemos optimizavimą didelio našumo pneumatinėms sistemoms.
Negyvojo tūrio analizė
Neveikiantis tūris daro didelę įtaką sistemos veikimui:
Uosto tūrio apskaičiavimas
Bendrieji uosto tūriai:
- 1/8″ NPT: ~0,05 kubinių colių
- 1/4″ NPT: ~0,15 kubinių colių
- 3/8″ NPT: ~0,35 kubinių colių
- 1/2″ NPT: ~0,65 kubinių colių
Suspaudimo santykio poveikis
Oro suspaudimas turi įtakos tūrio skaičiavimams:
Tūrio korekcijos formulė
80 PSI tiekimo slėgiui:
Šiluminio plėtimosi skaičiavimai
Temperatūros pokyčiai turi įtakos oro kiekiui:
Kai temperatūra nurodoma absoliučiaisiais vienetais (Rankino arba Kelvino).
Temperatūros poveikis
| Temperatūra | Tūrio koeficientas | Poveikis |
|---|---|---|
| 32°F (0°C) | 0.93 | 7% sumažinimas |
| 68°F (20°C) | 1.00 | Standartinis |
| 100 °F (38 °C) | 1.06 | 6% padidėjimas |
| 150°F (66°C) | 1.16 | 16% padidėjimas |
Daugiapakopės sistemos skaičiavimai
Sudėtingoms sistemoms reikia išsamios apimties analizės:
Bendras sistemos tūris
Slėgio kritimo kompensavimas
Energijos vartojimo efektyvumo skaičiavimai
Optimizuokite energijos suvartojimą atlikdami tūrio analizę:
Maitinimo reikalavimai
Kur:
- P = slėgis (PSIG)
- Q = Srauto greitis (CFM)
- 0.0857 = Perskaičiavimo koeficientas
- Efektyvumas = Kompresoriaus efektyvumas (paprastai 0,7-0,9)
Akumuliatoriaus tūrio dydžio nustatymas
Apskaičiuokite energijos kaupimo akumuliatorių tūrius:
Kur:
- Q = Srauto poreikis (CFM)
- t = Laiko trukmė (minutėmis)
- P_atm = Atmosferos slėgis (14,7 PSIA)
- P_max = Didžiausias slėgis (PSIA)
- P_min = Mažiausias slėgis (PSIA)
Vamzdynų tūrio skaičiavimai
Apskaičiuokite vamzdynų sistemos tūrius:
Bendrieji vamzdžių tūriai pėdoje
| Vamzdžio dydis | Vidinis skersmuo | Tūrio vienai pėdai |
|---|---|---|
| 1/4 colio | 0,364 colio | 0,104 kub. cm į pėdą |
| 3/8 colio | 0,493 colio | 0,191 kubinio metro į pėdą |
| 1/2 colio | 0,622 colio | 0,304 kub. cm į pėdą |
| 3/4 colio | 0,824 colio | 0,533 kubinio metro į pėdą |
Sistemos optimizavimo strategijos
Naudokite tūrio skaičiavimus sistemos našumui optimizuoti:
Sumažinkite negyvąjį tūrį
- Trumpi vamzdynų ruožai: Sumažinti ryšio apimtis
- Tinkamas dydis: Suderinkite komponentų pajėgumus
- Panaikinti apribojimus: Pašalinkite nereikalingą armatūrą
Maksimalus efektyvumas
- Tinkamo dydžio komponentai: Suderinkite apimtis su reikalavimais
- Slėgio optimizavimas: Naudokite mažiausią efektyvųjį slėgį
- Nuotėkio prevencija: Išlaikyti sistemos vientisumą
Išvada
Cilindrų tūrio formulės yra esminės pneumatinių sistemų projektavimo priemonės. Pagrindinė V = π × r² × h formulė kartu su darbinio tūrio ir sąnaudų skaičiavimais užtikrina tinkamą sistemos dydžio nustatymą ir optimalų veikimą.
DUK apie cilindro tūrio formules
Kokia yra pagrindinė cilindro tūrio formulė?
Pagrindinė cilindro tūrio formulė yra tokia: V = π × r² × h, kur V - tūris kubiniais coliais, r - spindulys coliais, o h - eigos ilgis coliais.
Kaip apskaičiuoti balionams reikalingą oro kiekį?
Apskaičiuokite oro kiekio poreikį pagal formulę V_total = V_cylinder × N × SF, kur N - ciklų per minutę skaičius, o SF - saugos koeficientas, paprastai 1,5-2,0.
Kas yra pneumatinių cilindrų darbinis tūris?
Slėgio tūris lygus stūmoklio ploto ir eigos ilgio sandaugai (V = A × L), t. y. faktinis oro tūris, kuris perkeliamas per vieną pilną cilindro eigą.
Kuo skiriasi cilindrų be strypelių tūris nuo įprastinių cilindrų tūrio?
Cilindrų be strypų tūriai apskaičiuojami kaip V = A × L abiem kryptimis, nes nereikia atimti strypų tūrio, todėl poslinkis abiem kryptimis yra vienodas.
Kokie veiksniai turi įtakos faktinio cilindro tūrio skaičiavimams?
Veiksniai apima negyvąjį tūrį (prievadai, jungiamosios detalės, vožtuvai), temperatūros poveikį (±5-15%), slėgio svyravimus ir sistemos nuotėkį (reikalingas papildomas tūris 10-30%).
Kaip konvertuoti cilindro tūrį į skirtingus vienetus?
Kubinius colius konvertuokite į kubines pėdas dalydami iš 1,728, litrus - daugindami iš 0,0164, o CFM - daugindami iš ciklų per minutę ir dalydami iš 1,728.
-
Sužinokite apie standartinės ir normalios temperatūros bei slėgio (STP ir NTP) apibrėžtis, naudojamas dujų skaičiavimams moksle ir inžinerijoje. ↩
-
Išnagrinėkite tūrinio naudingumo koeficiento sąvoką ir sužinokite, kaip pagal ją vertinamas kompresoriaus ar variklio našumas. ↩
-
Sužinokite apie bepakopių cilindrų su magnetine jungtimi veikimo principus ir jų privalumus automatizavimo srityje. ↩
