Cum să alegeți actuatorul pneumatic potrivit pentru aplicația dumneavoastră?

Vă confruntați cu defecțiuni ale sistemului pneumatic sau cu operațiuni ineficiente? Problema constă adesea în selectarea necorespunzătoare a actuatorului, ceea ce duce la scăderea productivității și creșterea costurilor de întreținere. Un actuator pneumatic selectat corespunzător poate rezolva imediat aceste probleme.

Dreptul actuator pneumatic trebuie să corespundă cerințelor de forță, nevoilor de viteză și condițiilor de sarcină ale aplicației dumneavoastră, luând în considerare factorii de mediu și longevitatea. Selecția necesită înțelegerea calculelor de forță, adaptarea la sarcină și cerințele aplicațiilor speciale.

Permiteți-mi să vă împărtășesc ceva din experiența mea de peste 15 ani în industria pneumatică. Luna trecută, un client din Germania a economisit peste $15.000 în costuri de nefuncționare prin alegerea corectă a unui cilindru fără tijă de schimb, în loc să aștepte săptămâni întregi pentru o piesă OEM. Haideți să explorăm modul în care puteți face alegeri inteligente similare.

Tabla de conținut

• Formule de calcul al forței și vitezei
• Tabele de referință pentru potrivirea sarcinii la capătul tijei
• Analiza aplicațiilor cilindrilor antirotație

Cum se calculează forța și viteza unui cilindru pneumatic?

Atunci când selectați un actuator pneumatic, înțelegerea relației dintre forță și viteză este esențială pentru o performanță optimă în aplicația dumneavoastră.

Forța unui cilindru pneumatic se calculează folosind formula F = P × A, unde F este forța (N), P este presiune¹ (Pa), iar A este suprafața efectivă a pistonului (m²). Viteza depinde de debit și poate fi estimată cu v = Q/A, unde v este viteza, Q este debitul, iar A este suprafața pistonului.

Formule de bază pentru calculul forței

Calculul forței diferă între cursele de extensie și retragere din cauza diferenței dintre zonele efective:

Forța de extensie (cursă înainte)

Pentru cursa de extensie, folosim întreaga suprafață a pistonului:

F₁ = P × π × (D²/4)

Unde:

• F₁ = Forța de extensie (N)
• P = Presiunea de funcționare (Pa)
• D = Diametrul pistonului (m)

Forța de retragere (cursa de întoarcere)

Pentru cursa de retragere, trebuie să ținem cont de suprafața tijei:

F₂ = P × π × (D² - d²)/4

Unde:

• F₂ = Forța de retragere (N)
• d = diametrul tijei (m)

Calcularea și controlul vitezei

Viteza unui cilindru pneumatic depinde de:

• Debitul de aer
• Dimensiunea alezajului cilindrului
• Condiții de încărcare

Formula de bază este:

v = Q/A

Unde:

• v = Viteza (m/s)
• Q = debit (m³/s)
• A = Suprafața pistonului (m²)

Pentru cilindri fără tijă² ca modelele noastre Bepto, calculul vitezei este mai simplu, deoarece suprafața efectivă rămâne constantă în ambele direcții.

Exemplu practic

Să spunem că trebuie să deplasați o sarcină de 50 kg pe orizontală cu un cilindru fără tijă de 40 mm la o presiune de 6 bar:

1. Calculați forța: F = 6 × 10⁵ × π × (0,04²/4) = 754 N
2. Cu o sarcină de 50 kg (490 N) și frecare, aceasta oferă o forță adecvată
3. Pentru o viteză de 0,5 m/s cu acest orificiu, aveți nevoie de aproximativ 38 L/min de debit de aer

Rețineți că aceste calcule oferă valori teoretice. În aplicațiile din lumea reală, trebuie să țineți cont de:

• Pierderi prin frecare³ (de obicei 10-30%)
• Căderi de presiune în sistem
• Condiții de încărcare dinamică

Ce specificații de încărcare a capetelor de tijă ar trebui să corespundă cerințelor aplicației dumneavoastră?

Selectarea capacității de încărcare corectă a capătului tijei previne uzura prematură, blocarea și defectarea sistemului în sistemele pneumatice.

Potrivirea sarcinii capătului de tijă necesită compararea aplicației dvs. sarcini laterale, sarcini de moment și sarcini axiale⁴ cu specificațiile producătorului. Pentru cilindrii fără tijă, capacitatea de încărcare a sistemului de rulmenți este esențială, deoarece are un impact direct asupra duratei de viață și performanței cilindrului.

Înțelegerea tipurilor de încărcare

Atunci când potriviți sarcinile capetelor de tijă, trebuie să luați în considerare trei tipuri principale de sarcini:

Sarcina axială

Aceasta este forța care acționează de-a lungul axei tijei cilindrului:

• În legătură directă cu dimensiunea alezajului cilindrului și presiunea de funcționare
• Majoritatea cilindrilor sunt proiectați în principal pentru sarcini axiale
• Pentru cilindrii fără tijă, aceasta este sarcina principală de lucru

Încărcare laterală

Aceasta este forța perpendiculară pe axa cilindrului:

• Poate cauza uzura prematură a garniturii și îndoirea tijei
• Critică în selectarea cilindrilor fără tijă
• Adesea subestimat în aplicații

Moment de încărcare

Aceasta este forța de rotație care provoacă răsucirea:

• Poate deteriora rulmenții și garniturile
• Deosebit de important în aplicațiile cu cursă extinsă
• Măsurat în Nm (Newton-metri)

Tabel de potrivire a sarcinii capătului de tijă

Iată un tabel de referință simplificat pentru potrivirea dimensiunilor comune ale cilindrilor fără tijă cu capacitățile de încărcare corespunzătoare:

Considerații privind sistemul de rulmenți

Pentru cilindrii fără tijă în special, sistemul de rulmenți determină capacitatea de încărcare:

1. Sisteme de rulmenți cu bile⁵
      - Capacitate de încărcare mai mare
      - Frecare redusă
      - Mai bune pentru aplicații de mare viteză
      - Mai scumpe

2. Sisteme de rulmenți glisanți
      - Mai economic
      - Mai bune pentru medii murdare
      - Capacitate de încărcare în general mai mică
      - Frecare mai mare

3. Sisteme de rulmenți cu role
      - Cea mai mare capacitate de încărcare
      - Potrivit pentru aplicații grele
      - Excelent pentru mișcări lungi
      - Necesită aliniere precisă

Am ajutat recent o fabrică din Marea Britanie să înlocuiască cilindrii fără tijă de marcă premium cu echivalenții noștri Bepto. Prin adaptarea corectă a sistemului de rulmenți la necesitățile aplicației lor, nu numai că au rezolvat problema imediată a timpilor morți, dar au și prelungit intervalul de întreținere cu 30%.

Când ar trebui să utilizați cilindri pneumatici anti-rotație în sistemul dumneavoastră?

Cilindrii anti-rotație previn rotația nedorită a tijei pistonului în timpul funcționării, asigurând o mișcare liniară precisă în aplicații specifice.

Cilindri pneumatici anti-rotație trebuie utilizat atunci când aplicația dvs. necesită o mișcare liniară precisă, fără nicio abatere de rotație, atunci când manipulați sarcini nesimetrice sau când cilindrul trebuie să reziste forțelor de rotație externe care ar putea compromite precizia poziționării.

Mecanisme antirotație comune

Există mai multe metode utilizate pentru a preveni rotația în cilindrii pneumatici:

Sisteme de ghidare a tijei

• Tije suplimentare paralele cu tija pistonului principal
• Oferă stabilitate și precizie excelente
• Cost mai ridicat, dar foarte fiabil
• Frecvente în aplicațiile de fabricație de precizie

Proiectarea tijei de profil

• Secțiunea transversală non-circulară a tijei previne rotația
• Design compact fără componente externe
• Bun pentru aplicații cu spațiu limitat
• Poate avea o capacitate de încărcare mai mică

Sisteme de ghidare externă

• Mecanisme de ghidare separate care funcționează alături de cilindru
• Cea mai mare precizie și capacitate de încărcare
• Instalare mai complexă
• Utilizate în automatizarea de înaltă precizie

Analiza scenariilor de aplicare

Iată principalele scenarii de aplicare în care cilindrii anti-rotație sunt esențiali:

1. Manipularea sarcinilor asimetrice

Atunci când centrul de greutate al sarcinii este deplasat față de axa cilindrului, cilindrii standard se pot roti sub presiune. Cilindrii anti-rotație sunt esențiali pentru:

• Dispozitive de prindere robotizate pentru manipularea obiectelor neregulate
• Mașini de asamblare cu scule offset
• Manipularea materialelor cu încărcături dezechilibrate

2. Aplicații de poziționare de precizie

Aplicațiile care necesită poziționare exactă beneficiază de caracteristicile anti-rotație:

• Componente pentru mașini-unelte CNC
• Echipament de testare automatizat
• Operațiuni de asamblare de precizie
• Fabricarea dispozitivelor medicale

3. Rezistența la cuplul extern

Atunci când forțele externe pot cauza rotația:

• Operații de prelucrare cu forțe de tăiere
• Aplicații de presare cu potențial de dezaliniament
• Aplicații cu forțe cu acțiune secundară

Studiu de caz: Soluție anti-rotație

Un client din Suedia se confrunta cu probleme de aliniere a echipamentelor sale de ambalare. Cilindrii lor standard fără tijă se roteau ușor sub sarcină, cauzând dezaliniere și deteriorarea produselor.

Am recomandat cilindrii noștri fără tijă antirotație Bepto cu șine cu rulmenți dubli. Rezultatele au fost imediate:

• A eliminat complet problemele de rotație
• Reducerea daunelor produse de 95%
• Creșterea vitezei de producție cu 15%
• Reducerea frecvenței întreținerii

Tabelul criteriilor de selecție

Concluzie

Selectarea actuatorului pneumatic potrivit necesită înțelegerea calculelor forței, potrivirea specificațiilor de încărcare a capătului tijei și analizarea nevoilor aplicației pentru caracteristici speciale precum anti-rotația. Urmând aceste linii directoare, puteți asigura performanțe optime, reduce timpii morți și prelungi durata de viață a sistemelor dvs. pneumatice.

Întrebări frecvente despre selectarea actuatorului pneumatic