Inžinieriai nuolat kovoja su pneumatinis cilindras dažnai pasirenkamas netinkamas skylės dydis ir galiausiai sukuriamos sistemos, kurioms nepakanka jėgos arba jos juda per lėtai, todėl atsiranda gamybos trikdžių ir brangiai kainuoja perprojektavimas.
Cilindro kiaurymės dydis tiesiogiai lemia ir išvystomą jėgą, ir darbinį greitį - didesnės kiaurymės sukuria didesnę jėgą, tačiau joms reikia didesnio oro kiekio, todėl greitis yra mažesnis, o mažesnės kiaurymės juda greičiau, tačiau sukuria mažesnę jėgą. ⚡
Praėjusią savaitę padėjau Robertui, gamybos inžinieriui iš tekstilės gamyklos Šiaurės Karolinoje, kuris buvo nusivylęs, nes jo naujai sumontuoti cilindrai neatitiko linijos greičio reikalavimų, nors jų jėga buvo pakankama.
Turinys
- Kaip skylės dydis veikia pneumatinio cilindro išėjimo jėgą?
- Koks yra santykis tarp kiaurymės dydžio ir cilindro greičio?
- Kaip parinkti tinkamą gręžinio dydį jūsų įrangai?
- Kokie yra jėgos ir greičio kompromisai projektuojant cilindrus?
Kaip skylės dydis veikia pneumatinio cilindro išėjimo jėgą?
Norint tinkamai parinkti pneumatinį cilindrą bet kokiam pramoniniam taikymui, būtina suprasti matematinį santykį tarp kiaurymės dydžio ir išėjimo jėgos.
Išvystoma jėga didėja eksponentiškai su kiaurymės skersmeniu, nes jėga lygi slėgiui, padaugintam iš stūmoklio ploto, o plotas didėja, kai skersmens kvadratas1 - padvigubinus kiaurymės dydį, turima jėga padidėja keturis kartus.
Pratęsimas (Push)
Visas stūmoklio plotasIštraukimas (traukimas)
Minus strypo plotas- D = Cilindro anga
- d = strypo skersmuo
- Teorinė jėga = P × plotas
- Veiksminga jėga = Th. Jėga - trinties nuostoliai
- Saugi jėga = Efektyvumas. Jėga ÷ saugos koeficientas
Jėgos apskaičiavimo pagrindai
Pagrindinė jėgos formulė yra 【】, kai slėgis išlieka pastovus, bet plotas smarkiai kinta priklausomai nuo skylės dydžio. Dviejų colių skylės cilindras sukuria keturis kartus didesnę jėgą nei 1 colio skylės cilindras, esant tam pačiam slėgiui.
Praktiniai jėgos aspektai
Nors teoriniai skaičiavimai yra nesudėtingi, taikant juos realiame pasaulyje reikia atsižvelgti į trinties nuostoliai2, sandariklio pasipriešinimą ir montavimo neefektyvumą. Visada rekomenduoju prie apskaičiuotų jėgos reikalavimų pridėti 25% saugos koeficientą.
| Gręžinio dydis | Plotas (kv. in) | Jėga esant 100 PSI | Santykinė jėga |
|---|---|---|---|
| 1,5 colio | 1.77 | 177 svarų | 1x |
| 2,0″ | 3.14 | 314 svarų | 1.8x |
| 2,5 coliai | 4.91 | 491 svaras | 2.8x |
| 3,0″ | 7.07 | 707 svarai | 4x |
Realios jėgos taikymas
Mūsų Bepto cilindrai be lazdelių puikiai tinka tais atvejais, kai reikia didelės išėjimo jėgos ir kompaktiškos konstrukcijos. Linijinių guolių sistema pašalina šoninės apkrovos problemas, kurios vargina tradicinius strypinius cilindrus, naudojamus didelės jėgos srityse.
Koks yra santykis tarp kiaurymės dydžio ir cilindro greičio?
Dėl atvirkštinio santykio tarp kiaurymės dydžio ir darbinio greičio atsiranda svarbių konstrukcinių aspektų, kurie tiesiogiai veikia jūsų sistemos našumą ir efektyvumą.
Didesnių angų cilindrai juda lėčiau, nes jiems pripildyti ir išleisti reikia didesnio oro kiekio, o mažesnių angų cilindrai pasiekia didesnį greitį dėl mažesnio oro kiekio poreikio ir greitesnių slėgio pokyčių.
Oro tūrio ir srauto greičio poveikis
Greitis priklauso nuo to, kaip greitai galite užpildyti ir išleisti cilindrų kameras. 3 colių kiauryme reikia daugiau nei keturis kartus didesnio oro kiekio nei 1,5 colio kiaurymėje, todėl ciklo trukmė gerokai pailgėja, net jei oro tiekiama pakankamai.
Ventiliai ir santechnikos aspektai
Jūsų oro tiekimo sistema, vožtuvų srautai3, o vandentiekio apribojimai tampa lemiamais veiksniais, kai cilindrų darbinis tūris yra didesnis. Nepakankamo dydžio vožtuvai arba ribojanti armatūra gali smarkiai apriboti greičio našumą, nepriklausomai nuo cilindro angos dydžio.
Roberto tekstilės gamyklai reikėjo didelės jėgos ir greito ciklo laiko. Mes išsprendėme jo iššūkį, rekomenduodami mūsų "Bepto" cilindrą be lazdelių su optimizuotomis vidinėmis angomis ir pasiūlydami patobulintus srauto valdymo vožtuvus, kad būtų maksimaliai padidintas greičio našumas.
Kaip parinkti tinkamą gręžinio dydį jūsų įrangai?
Norint parinkti optimalų gręžinio dydį, reikia suderinti jėgos reikalavimus, greičio poreikius, oro sąnaudas ir sistemos apribojimus, kad būtų pasiektas geriausias bendras našumas.
Pirmiausia apskaičiuokite minimalius jėgos reikalavimus su saugos koeficientais, tada įvertinkite greičio poreikius ir oro tiekimo pajėgumą, kad nustatytumėte, ar didesnė skylė gali atitikti abu kriterijus, ar reikalingi alternatyvūs sprendimai.
Atrankos procesas žingsnis po žingsnio
Pirmiausia apskaičiuokite faktinį jėgos poreikį, įskaitant trintį, jėgas pagreičiui4, ir saugos atsargos. Tada įvertinkite ciklo trukmės reikalavimus ir turimą oro tiekimo pajėgumą, kad užtikrintumėte suderinamumą.
Alternatyvūs prieštaringų reikalavimų sprendimai
Kai reikia ir didelės jėgos, ir didelio greičio, atkreipkite dėmesį į cilindrus be strypų, oro stiprintuvaiarba keli lygiagrečiai veikiantys mažesni cilindrai. Šie sprendimai dažnai užtikrina geresnį našumą nei per dideli pavieniai cilindrai.
Sąnaudų ir efektyvumo veiksniai
Didesnio skerspjūvio cilindrai sunaudoja gerokai daugiau suspausto oro, todėl padidėja eksploatavimo sąnaudos. 3 colių skersmens cilindrai sunaudoja keturis kartus daugiau oro nei 1,5 colio skersmens cilindrai, o tai gali gerokai paveikti jūsų įmonės energijos suvartojimas5.
Kokie yra jėgos ir greičio kompromisai projektuojant cilindrus?
Suprasdami esminius jėgos ir greičio kompromisus, inžinieriai gali priimti pagrįstus sprendimus, kuriais optimizuojamas bendras sistemos našumas, o ne maksimaliai didinami atskiri parametrai.
Pagrindinis kompromisas yra tas, kad didinant kiaurymės dydį ir siekiant didesnės jėgos, mažėja greitis ir didėja oro sąnaudos, o mažesnės kiaurymės užtikrina greitesnį veikimą, bet ribotą jėgos galią, todėl gali prireikti alternatyvių projektavimo metodų.
Sistemos lygmens našumo optimizavimas
Atsižvelkite į visus sistemos reikalavimus, o ne į atskirų cilindrų specifikacijas. Kartais du mažesni, greitesni cilindrai savo bendru našumu ir efektyvumu pranoksta vieną didelį, lėtą cilindrą.
Pažangūs dizaino sprendimai
Mūsų "Bepto" cilindrai be lazdelių dažnai išsprendžia jėgos ir greičio santykio problemas dėl didesnio konstrukcijos efektyvumo ir mažesnės vidinės trinties. Valdomųjų linijinių guolių sistema užtikrina puikų jėgos perdavimą su minimaliomis greičio netektimis.
Ekonominiai aspektai
Subalansuokite pradines cilindro sąnaudas ir ilgalaikes eksploatavimo išlaidas, įskaitant oro sąnaudas, techninės priežiūros reikalavimus ir poveikį našumui. Aukštesnės kokybės balionai su optimizuotomis konstrukcijomis dažnai užtikrina geresnes bendras nuosavybės sąnaudas.
Norint pasirinkti tinkamą gręžinio dydį, reikia suprasti šiuos esminius ryšius ir atsižvelgti į visus sistemos reikalavimus, o ne tik į atskiras specifikacijas.
DUK apie cilindro angos dydį
Klausimas: Kiek daugiau jėgos gaunama padidinus kiaurymės dydį?
Jėga didėja kaip skersmens kvadratas, todėl padvigubinus kiaurymės dydį gaunama keturis kartus didesnė jėga esant tam pačiam slėgiui. Tačiau taip pat keturis kartus padidėja oro sąnaudos ir paprastai gerokai sumažėja darbinis greitis.
K: Kodėl didesnio skerspjūvio cilindrai juda lėčiau?
Didesnių cilindrų kameroms užpildyti ir išleisti reikia didesnio oro kiekio, o daugumos pneumatinių sistemų srautas per vožtuvus ir jungtis yra ribotas, todėl susidaro kliūčių, mažinančių ciklo greitį.
K: Ar galiu naudoti mažesnę angą ir didesnį slėgį?
Taip, tačiau dauguma pramoninių sistemų veikia esant standartiniam slėgiui (80-100 PSI), o didinant slėgį reikia patobulinti visos sistemos komponentus, todėl didesnės angos dažnai tampa praktiškesnės ir ekonomiškesnės.
K: Kokio dydžio skylė yra efektyviausia mano programai?
Efektyviausias dydis atitinka minimalius jėgos reikalavimus su pakankama saugumo atsarga, kartu užtikrinant reikiamą ciklo trukmę, atsižvelgiant į oro tiekimo pajėgumus, todėl paprastai reikia kruopščiai apskaičiuoti, o kartais ir ieškoti kompromisų.
K: Kaip gręžinio dydis veikia oro suvartojimo sąnaudas?
Oro sąnaudos smarkiai didėja priklausomai nuo gręžinio dydžio - 3 colių gręžinys sunaudoja maždaug 4 kartus daugiau oro nei 1,5 colio gręžinys vienam ciklui, o tai daro didelę įtaką suspausto oro sąnaudoms didelio ciklo įrenginiuose.
-
“Apskritimo plotas”,
https://en.wikipedia.org/wiki/Area_of_a_circle. Paaiškina matematinę priklausomybę, pagal kurią plotas didėja proporcingai skersmens kvadratui. Įrodymų vaidmuo: mechanizmas; Šaltinio tipas: Vikipedija. Palaiko: skersmens kvadratas. ↩ -
“Trintis”,
https://en.wikipedia.org/wiki/Friction. Išsamiai apibūdina fizinį pasipriešinimą, su kuriuo susiduriama kietiems paviršiams judant vienas prieš kitą ir kuris turi įtakos jėgos efektyvumui. Įrodymas vaidmuo: mechanizmas; Šaltinio tipas: wikipedia. Palaiko: trinties nuostoliai. ↩ -
“Srauto koeficientas”,
https://en.wikipedia.org/wiki/Flow_coefficient. Aptariama, kaip vožtuvų konstrukcijos ir srauto greičiai lemia skysčių ir dujų pratekėjimo tūrį. Įrodymų vaidmuo: mechanizmas; Šaltinio tipas: Vikipedija. Palaiko: vožtuvų srauto greičiai. ↩ -
“Niutono judėjimo dėsniai”,
https://en.wikipedia.org/wiki/Newton%27s_laws_of_motion. Apibrėžia pagreičio principus ir jėgas, reikalingas objekto greičiui pakeisti. Įrodymų vaidmuo: mechanizmas; Šaltinio tipas: Vikipedija. Palaiko: pagreičio jėgos. ↩ -
“Suspausto oro sistemos”,
https://www.energy.gov/eere/femp/compressed-air-systems. Apibūdina pramoninio suslėgtojo oro naudojimo eksploatacines išlaidas ir energijos suvartojimo rodiklius. Evidence role: general_support; Source type: government. Palaiko: energijos suvartojimas. ↩
