Pneumatinės pavaros yra šiuolaikinės automatikos varomoji jėga, tačiau daugeliui inžinierių sunku pasirinkti tinkamą tipą. Suprasdami pavaros pagrindus išvengsite brangiai kainuojančių klaidų ir užtikrinsite optimalų sistemos veikimą.
Pneumatinės pavaros - tai prietaisai, kurie suslėgto oro energiją paverčia mechaniniu judesiu, įskaitant linijinius cilindrus, rotacines pavaras, griebtuvus ir specializuotus įrenginius, kurie užtikrina tikslius, galingus ir patikimus automatizavimo sprendimus.
Praėjusią savaitę Marija iš Vokietijos pakavimo įmonės paskambino sutrikusi dėl pavaros pasirinkimo. Jos gamybos linijai reikėjo ir linijinio, ir sukamojo judesio, tačiau ji nežinojo, kad kelių tipų pavaros gali sklandžiai veikti kartu.
Turinys
- Kokie yra pagrindiniai pneumatinių pavarų tipai?
- Kaip veikia linijiniai pneumatiniai valdikliai?
- Kam naudojami rotaciniai pneumatiniai pavaros mechanizmai?
- Kaip išsirinkti tinkamą pneumatinę pavarą?
Kokie yra pagrindiniai pneumatinių pavarų tipai?
Pneumatinės pavaros skirstomos į kelias skirtingas kategorijas, kurių kiekviena skirta konkretiems judėjimo reikalavimams ir taikymams.
Keturi pagrindiniai pneumatinių pavarų tipai: linijiniai cilindrai (standartiniai, be lazdelių, mini), rotacinės pavaros (mentės, krumpliaračiai ir krumpliaračiai), griebtuvai (lygiagretieji, kampiniai) ir specializuoti įrenginiai, pvz., slankieji cilindrai, kuriuose derinami keli judesiai.
Linijiniai judesio valdikliai
Linijinės pavaros atlieka tiesiaeigius judesius ir yra labiausiai paplitęs pneumatinių pavarų tipas:
Standartiniai cilindrai
- Vienkartinio veikimo1: Spyruoklinis grįžimas, vienos krypties maitinimas
- Dvigubo veikimo: Judėjimas abiem kryptimis
- Paraiškos: Pagrindiniai stūmimo, traukimo, kėlimo darbai
Cilindrai be strypų2
- Magnetinė jungtis: Nekontaktinis jėgos perdavimas
- Mechaninė jungtis: Tiesioginis mechaninis prijungimas
- Paraiškos: Ilgos eigos, ribotos erdvės įrenginiai
Mini cilindrai
- Kompaktiškas dizainas: Erdvę taupančios programos
- Didelis tikslumas: Tikslūs padėties nustatymo reikalavimai
- Paraiškos: Elektronikos surinkimas, medicinos prietaisai
Rotaciniai judesio valdikliai
Rotacinės pavaros pneumatinį slėgį paverčia sukamuoju judesiu:
Lėkštiniai pavarų mechanizmai
- Viena mentelė: 90-270° sukimosi kampai
- Dvigubos mentelės: Maksimalus pasukimas 180° kampu
- Paraiškos: Vožtuvo veikimas, dalių orientacija
Stovo ir krumpliaračio pavaros
- Tikslus valdymas: Tikslus kampinis padėties nustatymas
- Didelis sukimo momentas: Didelių apkrovų taikymas
- Paraiškos: sklendės valdymas, konvejerio indeksavimas
Specializuoti pavaros
Pneumatiniai griebtuvai
Griebtuvai atlieka prispaudimo ir laikymo funkcijas:
| Griebtuvo tipas | Judėjimo modelis | Tipinės programos |
|---|---|---|
| Lygiagrečiai | Tiesus uždarymas | Detalių tvarkymas, surinkimas |
| Kampinis | Sukamasis judesys | Suvirinimo armatūra, tikrinimas |
| Perjungti | Mechaninis pranašumas | Sunkios dalys, didelė jėga |
Stumdomieji cilindrai
Derinkite linijinį ir sukamąjį judesį vienuose įrenginiuose:
- Dvigubas judesys: Nuoseklus arba vienalaikis veikimas
- Kompaktiškas dizainas: Erdvę taupantys sprendimai
- Paraiškos: Surinkimo ir išdėstymo, rūšiavimo sistemos
Pavaros pasirinkimo matrica
| Judėjimo tipas | Smūgio ilgis | Jėga / sukimo momentas | Greitis | Geriausias pavaros pasirinkimas |
|---|---|---|---|---|
| Linijinis | Trumpas (<6″) | Mažai ir vidutiniškai | Aukštas | Mini cilindras |
| Linijinis | Vidutinis (6-24″) | Vidutinio ir aukšto lygio | Vidutinis | Standartinis cilindras |
| Linijinis | Ilgas (>24″) | Vidutinis | Vidutinis | Cilindras be strypo |
| Rotacinis | <180° | Aukštas | Vidutinis | Lėkštinis pavarų mechanizmas |
| Rotacinis | Kintamas | Aukštas | Žemas | Stovo ir krumpliaračio sistema |
Johnas, techninės priežiūros inžinierius iš Ohajo, iš pradžių pasirinko standartinius cilindrus, skirtus ilgam taktui. Perėjęs prie mūsų pneumatinių cilindrų be lazdelių sprendimo, jis sumažino montavimo plotą 60% ir kartu padidino patikimumą.
Kaip veikia linijiniai pneumatiniai valdikliai?
Linijinės pneumatinės pavaros suslėgto oro slėgį paverčia tiesiaeige mechanine jėga, naudodamos stūmoklio ir cilindro įtaisus.
Linijinės pavaros veikia, kai vienoje stūmoklio pusėje suspausto oro slėgis sukuria slėgio skirtumą, kuris pagal formulę F = P × A sukuria jėgą, perkeliančią krovinius per mechanines jungtis.
Pagrindiniai veikimo principai
Slėgio taikymas
Suslėgtas oras į cilindrą patenka per pneumatines jungtis ir elektromagnetinius vožtuvus:
- Tiekimo slėgis: Paprastai 80-120 PSI pramoninis standartas
- Slėgio reguliavimas: Rankiniai vožtuvai kontroliuoja darbinį slėgį
- Srauto valdymas: Greičio reguliavimas naudojant srauto ribotuvus
Jėgos generavimas
Pagrindiniai fizikos principai Paskalio principas3:
- Stūmoklio plotas: Didesni skersmenys sukuria didesnes jėgas
- Slėgio skirtumas: Grynasis slėgis sukuria naudingąją jėgą
- Mechaninis pranašumas: Svirčių sistemos gali dauginti išėjimo jėgą
Standartinis cilindro veikimas
Pratęsimo ciklas
- Oro tiekimas: Suslėgtas oras patenka į dangtelio galo kamerą
- Slėgio padidėjimas: Jėga įveikia statinę trintį ir apkrovą
- Stūmoklio judėjimas: Strypas išsitraukia kontroliuojamu greičiu
- Išmetimo sistema: Strypo galo oras išleidžiamas per vožtuvą
Ištraukimo ciklas
- Oro apvertimas: Tiekimo jungikliai į strypo galo kamerą
- Jėgos kryptis: Slėgis veikia sumažėjusį efektyvųjį plotą
- Grįžtamasis smūgis: Stūmoklis įtraukiamas su mažesne turima jėga
- Ciklo užbaigimas: Parengta kitai operacijai
Dvigubo strypo cilindro charakteristikos
Dviejų strypų cilindrai turi unikalių privalumų:
- Vienoda jėga: Tas pats efektyvusis plotas abiem kryptimis
- Subalansuotas krovimas: Simetrinės mechaninės jėgos
- Per strypą einanti konstrukcija: Abu galai prieinami montavimui
Jėgos skaičiavimai
- Išplėtimo jėga: F = P × (A_stūmoklis - A_strypas)
- Įtraukimo jėga: F = P × (A_stūmoklis - A_strypas)
- Vienodas našumas: Pastovi jėga abiem kryptimis
Cilindrų be strypų technologija
Magnetinių jungčių sistemos
Magnetiniuose cilindruose be strypų naudojami nuolatiniai magnetai:
- Nekontaktinis: Fizinio sujungimo per cilindro sienelę nėra
- Sandarus veikimas: Visiška aplinkos apsauga
- Efektyvumas: 85-95% tipinė jėgos transmisija
Mechaninės jungčių sistemos
Mechaniškai sujungti blokai užtikrina tiesioginį sujungimą:
- Didesnis efektyvumas: 95-98% jėgos transmisija
- Didesnis tikslumas: Minimalus pasipriešinimas ir atitiktis
- Sandarinimo sudėtingumas: Išorinis sandarinimas reikalauja priežiūros
Veiklos optimizavimas
Greičio valdymo metodai
Linijinės pavaros greičio valdymui naudojami keli metodai:
| Metodas | Valdymo tipas | Paraiškos | Privalumai |
|---|---|---|---|
| Srauto valdymas | Pneumatinis | Bendroji paskirtis | Paprasta, patikima |
| Slėgio kontrolė | Pneumatinis | Jėgai jautrus | Sklandus veikimas |
| Elektroninis | Servo vožtuvas4 | Didelis tikslumas | Programuojamas |
Minkštinimo sistemos
Smūgio pabaigos amortizacija apsaugo nuo smūgio pažeidimų:
- Fiksuota amortizacija: Įmontuota smūgių amortizacija
- Reguliuojama amortizacija: Derinamas lėtėjimas
- Išorinė amortizacija: Atskiri amortizatoriai
Įdiegus mūsų greičio valdymo belazdę oro balionų sistemą su integruota amortizacija, "Maria" gamykla Vokietijoje padidino pakavimo linijos našumą 25%.
Kam naudojami rotaciniai pneumatiniai pavaros mechanizmai?
Rotacinės pneumatinės pavaros suslėgto oro energiją paverčia sukamuoju judesiu, kai reikia kampinio padėties nustatymo ir sukimo momento.
Rotacinės pavaros užtikrina tikslų kampinį padėties nustatymą nuo 90° iki 360°, sukuria didelį sukimo momentą vožtuvams valdyti, detalėms orientuoti, indeksavimo stalams ir automatizuotoms padėties nustatymo sistemoms.
Lėkšteliniai sukamieji mechanizmai
Vienos mentės dizainas
Vienos mentės pavaros yra paprasčiausias rotacinis sprendimas:
- Sukimosi diapazonas: nuo 90° iki 270° tipinis
- Sukimo momento išvestis: Didelis sukimo momentas esant mažam greičiui
- Paraiškos: Ketvirtiniai vožtuvai, sklendės valdymas
Dvigubų menčių konfigūracija
Dvigubos mentės užtikrina subalansuotą veikimą:
- Sukimosi diapazonas: Ne daugiau kaip 180°
- Subalansuotos jėgos: Mažesnės guolių apkrovos
- Paraiškos: Uždaromosios sklendės, uždaromieji vožtuvai
Stovo ir krumpliaračio pavaros
Veikimo mechanizmas
Stovo ir krumpliaračio sistemose tiesinis judesys keičiamas sukamuoju:
- Linijiniai stūmokliai: Pavaros lentynos iš abiejų pusių
- Krumpliaratinė pavara: Linijinį judesį paverčia sukamuoju
- Pavarų santykiai: Galimi keli sukimo momento ir greičio optimizavimo santykiai
Veikimo charakteristikos
| Parametras | Viena mentelė | Dvigubos mentelės | Stovo ir krumpliaračio sistema |
|---|---|---|---|
| Didžiausias apsisukimas | 270° | 180° | 360°+ |
| Sukimo momento išvestis | Aukštas | Vidutinis | Kintamas |
| Tikslumas | Geras | Geras | Puikus |
| Greitis | Vidutinis | Vidutinis | Aukštas |
Taikymo pavyzdžiai
Vožtuvų automatizavimas
Rotacinės pavaros puikiai tinka vožtuvų valdymui:
- Rutuliniai vožtuvai: 90° ketvirčio posūkio kampu
- Vožtuvai su durelėmis: Tikslus droselio valdymas
- Uždaromieji vožtuvai: Daugelio apsisukimų galimybė su reduktoriumi
Medžiagų tvarkymas
Sukamasis judesys leidžia efektyviai tvarkyti medžiagas:
- Indeksavimo lentelės: Tikslus kampinis padėties nustatymas
- Dalies orientacija: Automatinės padėties nustatymo sistemos
- Konvejerių nukreipikliai: Produkto maršruto kontrolė
Procesų valdymas
Pramoninių procesų taikymams naudingos rotacinės pavaros:
- Variklio sklendės valdymas: ŠVOK ir procesų oro kontrolė
- Maišytuvo padėties nustatymas: Chemijos ir maisto perdirbimas
- Saulės sekimas: Atsinaujinančiosios energijos panaudojimas
Sukimo momento skaičiavimai
Lėkštės pavaros sukimo momentas
T = P × A × R × η
Kur:
- P = darbinis slėgis
- A = efektyvusis mentės plotas
- R = efektyvusis spindulys
- η = mechaninis naudingumo koeficientas (paprastai 85-90%)
Stovo ir krumpliaračio sukimo momentas
T = F × R_pinion × η
Kur:
- F = Pneumatinių cilindrų linijinė jėga
- R_pinion = krumpliaračio spindulys
- η = bendras sistemos efektyvumas
Valdymas ir padėties nustatymas
Atsiliepimai apie poziciją
Norint tiksliai nustatyti padėtį, reikia grįžtamojo ryšio sistemų:
- Potenciometro grįžtamasis ryšys: Analoginiai padėties signalai
- Kodavimo įtaiso grįžtamasis ryšys: Skaitmeniniai padėties duomenys
- Ribiniai jungikliai: Kelionės pabaigos patvirtinimas
Greičio valdymas
Rotacinės pavaros greičio valdymo metodai:
- Srauto reguliavimo vožtuvai: Paprastas pneumatinis greičio valdymas
- Servo vožtuvai: Tikslus elektroninis valdymas
- Pavarų reduktorius: Mechaninis greičio mažinimas dauginant sukimo momentą
Johno gamykloje Ohajuje pakeisti elektriniais varikliais varomi indeksavimo stalai mūsų pneumatinėmis sukamosiomis pavaromis, taip 40% sumažinant energijos sąnaudas ir padidinant padėties nustatymo tikslumą.
Kaip išsirinkti tinkamą pneumatinę pavarą?
Norint tinkamai parinkti pavarą, reikia suderinti eksploatacinius reikalavimus ir pavaros galimybes, atsižvelgiant į sistemos apribojimus ir sąnaudų veiksnius.
Pasirinkite pneumatines pavaros analizuodami jėgos ir sukimo momento reikalavimus, eigos ir sukimosi poreikius, greičio specifikacijas, montavimo apribojimus ir aplinkos sąlygas, kad suderintumėte taikomosios programos reikalavimus su pavaros galimybėmis.
Veiklos reikalavimų analizė
Jėgos ir sukimo momento skaičiavimai
Pradėkite nuo pagrindinių veiklos reikalavimų:
Linijinės jėgos reikalavimai:
- Statinė apkrova: Svoris ir trinties jėgos
- Dinaminė apkrova: Greitėjimo ir lėtėjimo jėgos
- Saugos koeficientas: Paprastai 1,25-2,0 karto didesnė už apskaičiuotą apkrovą
- Slėgio prieinamumas: Sistemos slėgio apribojimai
Sukamojo momento reikalavimai:
- Atitrūkimo momentas: Pradinis pasipriešinimas sukimuisi
- Darbinis sukimo momentas: Nuolatinio veikimo reikalavimai
- Inercinės apkrovos: Besisukančių masių pagreičio momentas
- Išorinės apkrovos: Proceso jėgos ir pasipriešinimas
Greičio ir laiko specifikacijos
Judėjimo reikalavimai turi įtakos pavaros pasirinkimui:
| Taikymo tipas | Greičio diapazonas | Kontrolės metodas | Pavaros pasirinkimas |
|---|---|---|---|
| Didelės spartos | >24 in/sek. | Srauto valdymas | Mini cilindras |
| Vidutinio greičio | 6-24 in/sek. | Slėgio valdymas | Standartinis cilindras |
| Tikslumas | <6 in/sek. | Servo valdymas | Cilindras be strypo |
| Kintamas greitis | Reguliuojamas | Elektroninis | Servo-pneumatinis |
Aplinkosaugos aspektai
Veikimo sąlygos
Aplinkos veiksniai daro didelę įtaką pavaros pasirinkimui:
Temperatūros poveikis:
- Standartinis diapazonas: Tipinis 32°F-150°F
- Aukšta temperatūra: Reikalingos specialios plombos ir medžiagos
- Žema temperatūra: Drėgmės kondensacijos problemos
Atsparumas užterštumui:
- Švari aplinka: Standartinis sandarinimas tinkamas
- Dulkėtos sąlygos: Valytuvų sandarikliai ir bagažinės apsauga
- Cheminis poveikis: Suderinamų medžiagų pasirinkimas
Montavimo ir vietos apribojimai
Linijinio valdiklio montavimas:
- Montavimas per strypą: Dvigubi strypiniai cilindrai
- Kompaktiškas montavimas: Ilgos eigos cilindrai be strypų
- Kelios pozicijos: Sudėtingų judesių slankieji cilindrai
Rotacinės pavaros montavimas:
- Tiesioginis sujungimas: Prie veleno montuojami įrenginiai
- Nuotolinis montavimas: Diržinės arba grandininės pavaros sistemos
- Integruotas dizainas: Įmontuotos montavimo funkcijos
Sistemos integracijos veiksniai
Oro tiekimo reikalavimai
Suderinkite pavaros reikalavimus su oro šaltinių valymo įrenginiai5:
| Pavaros tipas | Oro kokybės klasė | Srauto reikalavimai | Slėgio poreikiai |
|---|---|---|---|
| Standartinis cilindras | 3-4 klasė | Vidutinis | 80-100 PSI |
| Cilindras be strypo | 2-3 klasė | Vidutinio ir aukšto lygio | 80-120 PSI |
| Rotacinė pavara | 3-4 klasė | Mažai ir vidutiniškai | 60-100 PSI |
| Pneumatinis griebtuvas | 2-3 klasė | Žemas | 60-80 PSI |
Valdymo sistemos suderinamumas
Užtikrinkite pavaros suderinamumą su valdymo sistemomis:
- Solenoidinio vožtuvo reikalavimai: Įtampa, srauto talpa, reakcijos laikas
- Grįžtamojo ryšio sistemos: Padėties jutikliai, galiniai jungikliai
- Rankinis vožtuvo valdymas: Galimybė veikti avariniu režimu
- Saugos sistemos: Saugaus padėties nustatymo reikalavimai
Sąnaudų ir naudos analizė
Pradinės išlaidos
"Bepto" ir originalios įrangos palyginimas:
| Veiksnys | "Bepto" tirpalas | OEM sprendimas |
|---|---|---|
| Pirkimo kaina | 40-60% apatinė | Aukščiausios kainos |
| Pristatymo laikas | 5-10 dienų | 4-12 savaičių |
| Techninis palaikymas | Tiesioginė inžinieriaus prieiga | Kelių lygių palaikymas |
| Pritaikymas | Lankstūs pakeitimai | Ribotos galimybės |
Bendra nuosavybės kaina
Apsvarstykite ilgalaikes išlaidas, kurios neapsiriboja pradiniu pirkimu:
- Priežiūros reikalavimai: Sandariklių keitimas, aptarnavimo intervalai
- Energijos suvartojimas: Darbinio slėgio ir srauto reikalavimai
- Prastovos išlaidos: Patikimumas ir atsarginių dalių prieinamumas
- Atnaujinimo lankstumas: Ateities modifikavimo galimybės
Rekomendacijos dėl konkrečių programų
Didelės jėgos taikymo sritys
Didžiausia jėga:
- Didelės skylės standartiniai cilindrai: Didžiausias veiksmingas plotas
- Aukšto slėgio veikimas: 100+ PSI sistemos
- Tvirta konstrukcija: Didelio atsparumo sandarikliai ir medžiagos
Tikslios programos
Tiksliam padėties nustatymui:
- Cilindrai be strypų: Ilgos eigos tikslumas
- Servo-pneumatinės sistemos: Elektroninis padėties valdymas
- Kokybiškas oro valymas: Nuolatinis slėgis ir švara
Didelės spartos taikomosios programos
Greitam ciklui:
- Mini cilindrai: Maža masė, greita reakcija
- Didelio srauto vožtuvai: Greitas oro tiekimas ir šalinimas
- Optimizuotos pneumatinės jungtys: Minimalus slėgio kritimas
Vokietijos "Maria" pakavimo įmonėje buvo sutaupyta 30% išlaidų ir padidintas patikimumas, kai buvo pereita prie mūsų integruotos pneumatinės pavaros sprendimo, kuriame į suderintą sistemą sujungti bepiločiai cilindrai su rotacinėmis pavaromis ir pneumatiniais griebtuvais.
Išvada
Pneumatinės pavaros suslėgtą orą paverčia tiksliu mechaniniu judesiu, o tinkamas pasirinkimas, atsižvelgiant į jėgos, greičio, aplinkosaugos ir sąnaudų reikalavimus, užtikrina optimalų automatizavimo našumą.
Dažniausiai užduodami klausimai apie pneumatinius valdiklius
K: Kuo skiriasi pneumatinės ir hidraulinės pavaros?
Pneumatinės pavaros naudoja suslėgtą orą mažesnėms apkrovoms ir didesniam greičiui, o hidraulinės pavaros naudoja suslėgtą skystį didesnėms jėgoms ir tiksliam valdymui.
K: Kiek laiko paprastai veikia pneumatinės pavaros?
Kokybiškos pneumatinės pavaros, tinkamai apdorojant orą ir atliekant techninę priežiūrą, veikia 5-10 milijonų ciklų, o sandariklių keitimas gerokai pailgina jų tarnavimo laiką.
K: Ar pneumatinės pavaros gali veikti pavojingoje aplinkoje?
Taip, pneumatinės pavaros iš esmės yra saugios nuo sprogimo, nes nesukelia kibirkščių, todėl, tinkamai parinkus medžiagas, puikiai tinka naudoti pavojingose vietose.
K: Kokios techninės priežiūros reikia pneumatinėms pavaroms?
Reguliari techninė priežiūra apima oro filtro keitimą, tepimo tikrinimą, sandariklių patikrą ir periodinį slėgio tikrinimą, kad būtų užtikrintas optimalus veikimas ir ilgaamžiškumas.
K: Kaip apskaičiuoti tinkamą pneumatinės pavaros dydį?
Apskaičiuokite reikiamą jėgą (F = apkrova × saugos koeficientas), tada pagal F = P × A nustatykite kiaurymės dydį, atsižvelgdami į slėgio prieinamumą ir aplinkos veiksnius.
-
Suprasti pagrindinius vienpusio ir dvipusio veikimo pneumatinių cilindrų veikimo skirtumus. ↩
-
Sužinokite apie bepakopių pneumatinių cilindrų konstrukciją, tipus ir eksploatacinius privalumus pramoninėje automatikoje. ↩
-
Išnagrinėkite Paskalio principą - pagrindinį skysčių mechanikos dėsnį, paaiškinantį, kaip perduodamas slėgis uždarame skystyje. ↩
-
Sužinokite apie servopavarų vožtuvus ir kaip jie užtikrina tikslų, proporcingą srauto ir slėgio valdymą didelio našumo pneumatinėse sistemose. ↩
-
Supraskite oro šaltinio valymo įrenginių (FRL), kurie filtruoja, reguliuoja ir tepa suspaustą orą, kad sistema veiktų optimaliai, funkciją. ↩
