Kako izbrati pravi pnevmatski pogon za vašo aplikacijo?

Se spopadate z napakami pnevmatskega sistema ali neučinkovitim delovanjem? Težava se pogosto skriva v nepravilni izbiri pogonov, kar vodi v zmanjšano produktivnost in povečane stroške vzdrževanja. S pravilno izbranim pnevmatskim pogonom lahko te težave rešite takoj.

Pravica pnevmatski pogon mora ustrezati zahtevam po sili, hitrosti in obremenitvi, pri čemer je treba upoštevati okoljske dejavnike in dolgo življenjsko dobo. Pri izbiri je treba razumeti izračune sile, prilagajanje obremenitvi in posebne zahteve uporabe.

Dovolite mi, da vam povem nekaj iz svojega več kot 15-letnega dela v pnevmatski industriji. Prejšnji mesec je stranka iz Nemčije prihranila več kot $15.000 stroškov zastojev, saj je pravilno izbrala nadomestni valj brez palice, namesto da bi več tednov čakala na del OEM. Raziščimo, kako lahko tudi vi sprejemate podobne pametne odločitve.

Kazalo vsebine

• Formule za izračun sile in hitrosti
• Referenčne tabele za ujemanje obremenitve na koncu palice
• Analiza uporabe valja proti vrtenju

Kako izračunati silo in hitrost pnevmatskega valja?

Pri izbiri pnevmatskega pogona je razumevanje razmerja med silo in hitrostjo ključnega pomena za optimalno delovanje v vaši aplikaciji.

Sila pnevmatskega valja se izračuna po formuli F = P × A, kjer je F sila (N), P tlak¹ (Pa), A pa je efektivna površina bata (m²). Hitrost je odvisna od pretoka in jo lahko ocenimo z v = Q/A, kjer je v hitrost, Q je pretok, A pa površina bata.

Osnovne formule za izračun sile

Izračun sile se razlikuje med potegoma pri iztegovanju in potegom pri umikanju zaradi razlike v efektivnih površinah:

Sila raztezanja (poteg naprej)

Pri podaljšanem hodu uporabimo celotno površino bata:

F₁ = P × π × (D²/4)

Kje:

• F₁ = sila raztezanja (N)
• P = delovni tlak (Pa)
• D = premer bata (m)

Sila povratka (povratni hod)

Pri povratnem potegu moramo upoštevati površino palice:

F₂ = P × π × (D² - d²)/4

Kje:

• F₂ = sila izvleka (N)
• d = premer palice (m)

Izračun in nadzor hitrosti

Hitrost pnevmatskega cilindra je odvisna od:

• Stopnja pretoka zraka
• Velikost odprtine cilindra
• Pogoji obremenitve

Osnovna formula je:

v = Q/A

Kje:

• v = hitrost (m/s)
• Q = pretok (m³/s)
• A = površina bata (m²)

Za cilindri brez ročajev² kot pri naših modelih Bepto je izračun hitrosti enostavnejši, saj je efektivna površina v obeh smereh konstantna.

Praktični primer

Recimo, da morate vodoravno premakniti 50 kg tovora z valjem brez palice z izvrtino 40 mm in tlakom 6 barov:

1. Izračunajte silo: F = 6 × 10⁵ × π × (0,04²/4) = 754 N
2. Pri obremenitvi 50 kg (490 N) in trenju zagotavlja ustrezno silo
3. Za hitrost 0,5 m/s s to vrtino potrebujete približno 38 L/min pretoka zraka.

Ne pozabite, da so v teh izračunih navedene teoretične vrednosti. Pri uporabi v resničnem svetu morate upoštevati:

• Izgube zaradi trenja³ (običajno 10-30%)
• Padci tlaka v sistemu
• Dinamični pogoji obremenitve

Katere specifikacije obremenitve koncev palice morajo ustrezati zahtevam vaše aplikacije?

Izbira prave nosilnosti konca palice preprečuje prezgodnjo obrabo, vezavo in odpoved sistema v pnevmatskih sistemih.

Ujemanje obremenitve konca palice zahteva primerjavo obremenitve vaše aplikacije stranske obremenitve, momentne obremenitve in osne obremenitve.⁴ v skladu s specifikacijami proizvajalca. Pri cilindrih brez palice je nosilnost ležajnega sistema ključnega pomena, saj neposredno vpliva na življenjsko dobo in zmogljivost cilindra.

Razumevanje tipov obremenitev

Pri usklajevanju obremenitev koncev palice morate upoštevati tri osnovne vrste obremenitev:

Osna obremenitev

To je sila, ki deluje vzdolž osi valjaste palice:

• Neposredno povezana z velikostjo odprtine jeklenke in delovnim tlakom.
• Večina valjev je zasnovana predvsem za osne obremenitve.
• Za cilindre brez palice je to primarna delovna obremenitev.

Stranska obremenitev

To je sila, ki je pravokotna na os valja:

• Lahko povzroči prezgodnjo obrabo tesnila in upogibanje palic.
• Ključnega pomena pri izbiri cilindra brez palice
• Pogosto podcenjen v aplikacijah

Momentna obremenitev

To je rotacijska sila, ki povzroča zasuk:

• Lahko poškoduje ležaje in tesnila.
• Posebej pomembno pri aplikacijah s podaljšanim hodom
• Merjeno v Nm (njutonmetrih)

Tabela za usklajevanje obremenitve konca palice

Tukaj je poenostavljena referenčna tabela za usklajevanje običajnih velikosti cilindrov brez palice z ustreznimi nosilnostmi:

Upoštevanje sistema ležajev

Pri cilindrih brez palic je nosilnost odvisna predvsem od sistema ležajev:

1. Sistemi krogličnih ležajev⁵
      - Večja nosilnost
      - Manjše trenje
      - Boljše za aplikacije za visoke hitrosti
      - Dražje

2. Sistemi drsnih ležajev
      - Varčnejši
      - Boljše za umazana okolja
      - Običajno manjša nosilnost
      - Večje trenje

3. Sistemi valjčnih ležajev
      - Najvišja nosilnost
      - Primerno za težke aplikacije
      - Odlično za dolge poteze
      - zahtevajo natančno poravnavo

Pred kratkim sem pomagal proizvodnemu obratu v Združenem kraljestvu zamenjati njihove brezkrtačne jeklenke vrhunske blagovne znamke z našimi ekvivalenti Bepto. Z ustreznim prilagajanjem sistema ležajev potrebam njihove uporabe niso rešili le težave s takojšnjimi izpadi, temveč so tudi podaljšali interval vzdrževanja za 30%.

Kdaj morate v svojem sistemu uporabiti pnevmatske cilindre proti vrtenju?

Antirotacijski cilindri preprečujejo neželeno vrtenje batne palice med delovanjem, kar zagotavlja natančno linearno gibanje v posebnih aplikacijah.

Pnevmatski cilindri proti vrtenju je treba uporabiti, kadar vaša aplikacija zahteva natančno linearno gibanje brez rotacijskega odstopanja, kadar gre za nesimetrične obremenitve ali kadar mora cilinder kljubovati zunanjim rotacijskim silam, ki bi lahko ogrozile natančnost pozicioniranja.

Pogosti mehanizmi proti vrtenju

Za preprečevanje vrtenja v pnevmatskih cilindrih se uporablja več metod:

Sistemi vodilnih palic

• Dodatne palice, ki so vzporedne z glavno batno palico
• Zagotavlja odlično stabilnost in natančnost
• Višji stroški, vendar zelo zanesljivo
• Pogosto v aplikacijah za precizno proizvodnjo

Oblikovanje profilnih palic

• Nekrožni prerez palice preprečuje vrtenje
• Kompaktna zasnova brez zunanjih komponent
• Primerno za aplikacije z omejenim prostorom
• Lahko ima manjšo nosilnost

Zunanji vodilni sistemi

• Ločeni vodilni mehanizmi, ki delujejo skupaj z valjem
• Najvišja natančnost in nosilnost
• Zahtevnejša namestitev
• Uporablja se v zelo natančni avtomatizaciji

Analiza scenarijev uporabe

V nadaljevanju so predstavljeni ključni scenariji uporabe, pri katerih so cilindri proti vrtenju ključnega pomena:

1. Asimetrično ravnanje z bremeni

Če je težišče bremena odmaknjeno od osi jeklenke, se lahko standardne jeklenke pod pritiskom vrtijo. Cilindri proti vrtenju so pomembni za:

• Robotska prijemala za ravnanje z nepravilnimi predmeti
• Montažni stroji z orodjem z zamikom
• Ravnanje z materialom z neuravnoteženimi bremeni

2. Aplikacije za natančno določanje položaja

Pri aplikacijah, ki zahtevajo natančno pozicioniranje, so koristne funkcije proti vrtenju:

• Sestavni deli obdelovalnih strojev CNC
• Avtomatizirana oprema za testiranje
• Natančna montaža
• Proizvodnja medicinskih pripomočkov

3. Odpornost na zunanji navor

Kadar lahko zunanje sile povzročijo rotacijo:

• Postopki strojne obdelave z rezalnimi silami
• Aplikacije stiskanja z možnimi neskladji
• Uporaba s silami stranskega delovanja

Študija primera: Rešitev proti rotaciji

Stranka na Švedskem je imela težave s poravnavo svoje opreme za pakiranje. Standardni cilindri brez palice so se pod obremenitvijo rahlo vrteli, kar je povzročalo nepravilno poravnavo in poškodbe izdelkov.

Priporočili smo vam naše cilindre Bepto z dvojnimi ležajnimi vodili, ki preprečujejo vrtenje. Rezultati so bili takojšnji:

• Popolnoma odpravljene težave z vrtenjem
• Zmanjšana škoda na izdelku za 95%
• Povečanje hitrosti proizvodnje za 15%
• Manjša pogostost vzdrževanja

Tabela meril za izbor

Zaključek

Za izbiro pravega pnevmatskega aktuatorja je treba razumeti izračune sil, uskladiti specifikacije obremenitve konca palice in analizirati potrebe aplikacije po posebnih funkcijah, kot je preprečevanje vrtenja. Z upoštevanjem teh smernic lahko zagotovite optimalno delovanje, zmanjšate število izpadov in podaljšate življenjsko dobo svojih pnevmatskih sistemov.

Pogosta vprašanja o izbiri pnevmatskega pogona