Cách chọn đúng cơ cấu chấp hành khí nén cho ứng dụng của

Để chọn đúng cơ cấu chấp hành khí nén, hãy xác định chuyển động cần có và trạng thái an toàn trước khi so sánh đường kính lòng hoặc dòng sản phẩm. Sau đó kiểm tra lực hoặc mô men, khả năng dẫn hướng tải, tốc độ và lưu lượng, năng lượng dừng, môi trường, cảm biến và các giới hạn chính xác của nhà sản xuất. Phương trình áp suất - diện tích xác lập đầu ra lý thuyết, nhưng không định mức cho tải ngang, mô men, đáp ứng động hoặc hành vi khi xảy ra lỗi. Tài liệu lựa chọn của SMC tách việc sàng lọc lực dẫn động khỏi đặc tính dẫn hướng, còn ISO 4414 xem xét an toàn khí nén trong thiết kế, lắp đặt, vận hành và bảo trì. Vì vậy, lựa chọn hợp lệ phải hoạt động ở áp suất động thấp nhất, chịu được mọi lực và mô men tác dụng, dừng được khối lượng đang chuyển động và chuyển sang trạng thái chấp nhận được khi mất khí hoặc nguồn điện. Model cuối cùng phải được chứng minh bằng thử nghiệm trên máy ở biên giới xấu nhất đã lập thành tài liệu.

Điểm chính

Bắt đầu từ chuyển động của phôi, đường truyền tải, chu kỳ và trạng thái khi lỗi, không bắt đầu từ một dòng xi lanh quen thuộc.

Tính nhu cầu từ lực, trọng lực, gia tốc, ma sát và lực cản của quy trình; so sánh với đầu ra trong catalog tại áp suất tối thiểu có thể duy trì khi chuyển động.

Tách riêng lực đẩy và khả năng dẫn hướng tải. Xi lanh có thể đủ lực đẩy nhưng vẫn hỏng do tải ngang hoặc mô men quá lớn.

Chuyển thời gian hành trình thành nhu cầu khí tự do trước khi chọn van, ống, đầu nối và đường xả.

Xác minh năng lượng dừng, môi trường, cảm biến, gá lắp và hiệu năng trên máy trước khi duyệt model cho sản xuất.

Bài viết này trình bày quy trình dựa trên dữ liệu ứng dụng. Nếu trước hết bạn cần nguyên lý vận hành và các dòng cơ cấu phổ biến, hãy đọc Cơ cấu chấp hành khí nén là gì và hoạt động như thế nào?. Để so sánh công nghệ, hãy xem hướng dẫn về cơ cấu chấp hành tuyến tính hoặc hướng dẫn cơ cấu chấp hành tuyến tính và quay.

Bạn cần những thông tin gì trước khi chọn cơ cấu chấp hành?

Tài liệu lựa chọn hữu ích nhất là một phiếu dữ liệu ứng dụng dài một trang. Phiếu này ngăn nhà cung cấp diễn giải “di chuyển nhanh 20 kg” theo cách che khuất tải, tốc độ hoặc yêu cầu an toàn thực tế.

Hãy ghi lại các giá trị sau trước khi so sánh sản phẩm:

Đầu vào lựa chọn	Thông tin tối thiểu
Chuyển động	Tuyến tính, quay, gắp, kẹp, dừng hoặc định vị theo bước
Hành trình	Hành trình hoặc góc quay, vị trí cuối hữu dụng, không gian lắp đặt
Hệ chuyển động	Phôi, dụng cụ, bàn trượt, xích dẫn cáp, ống và tâm trọng lực của chúng
Hướng đặt	Ngang, đứng, nghiêng, quay quanh trục hoặc thay đổi trong chu kỳ
Tải quy trình	Lực đẩy, kéo, kẹp, cắt, tạo hình, làm kín hoặc nhiễu động bên ngoài
Biên dạng chuyển động	Thời gian hành trình mục tiêu, gia tốc, giảm tốc, thời gian chờ và va đập cho phép
Chế độ làm việc	Số chu kỳ mỗi phút, giờ vận hành, cơ cấu chấp hành đồng thời, tuổi thọ kỳ vọng
Biên khí	Áp suất đầu vào động tối thiểu, nhiệt độ, chất lượng khí, việc bôi trơn cho phép
Dẫn hướng	Ray ngoài, dẫn hướng tích hợp, tải không đỡ, lực ngang và độ lệch
Môi trường	Bụi, rửa bằng nước, ăn mòn, phòng sạch, vùng tiếp xúc thực phẩm, nhiệt độ, khu vực nguy hiểm
Điều khiển	Trạng thái van, cảm biến, vị trí trung gian, điều chỉnh tốc độ, chẩn đoán
Trạng thái an toàn	Phản ứng khi mất khí, nguồn điện, tín hiệu điều khiển, tính toàn vẹn của ống hoặc linh kiện hỏng
Nghiệm thu	Lực tối thiểu, thời gian hành trình tối đa, cửa sổ vị trí, rò rỉ, tiếng ồn và tải thử

Hãy dùng giá trị tối thiểu và tối đa thay vì chỉ một điểm danh định. Máy có thể nhận 6 bar khi không tải nhưng chỉ còn 4,8 bar tại van cơ cấu chấp hành trong lúc nhiều tải cùng đạt đỉnh. Chọn theo số chỉ của đồng hồ khi máy rảnh có thể tạo ra một xi lanh chỉ bị dừng đúng lúc sản xuất bận nhất.

Hãy coi phiếu dữ liệu là một hợp đồng về biên giới vận hành. Mọi phép tính, tra catalog, báo giá và thử nghiệm nghiệm thu phải tham chiếu cùng tải, áp suất, hướng đặt, tốc độ và môi trường. Nếu một biên giới thay đổi, lựa chọn phải được kiểm tra lại.

Áp suất động tối thiểu là áp suất thấp nhất có sẵn tại cửa vào của van liên quan hoặc trong buồng cơ cấu chấp hành khi chuyển động được chỉ định diễn ra. Giá trị này hữu ích cho việc chọn lực hơn áp suất cài đặt của máy nén hoặc số chỉ của đồng hồ khi không tải.

Việc chọn dòng cơ cấu chấp hành bắt đầu từ chuyển động và đường truyền tải

Hãy chọn kiến trúc cơ khí trước khi tính đường kính lòng cuối cùng. Cơ cấu chấp hành phải tạo ra chuyển động cần thiết mà không bị buộc phải làm nhiệm vụ dẫn hướng, ổ đỡ, phanh hoặc bộ giữ an toàn, trừ khi sản phẩm được thiết kế và định mức cho chức năng đó.

Điều kiện ứng dụng	Dòng cơ cấu chấp hành cần đánh giá	Kiểm tra quan trọng
Đẩy hoặc kéo thẳng với dẫn hướng ngoài	Xi lanh một ty	Oằn ty khi chịu nén, căn chỉnh, phản lực gá lắp
Chuyển tải hoặc bàn ép nhỏ gọn có dẫn hướng	Xi lanh có dẫn hướng hoặc hai ty	Lực, mô men, độ võng và loại ổ đỡ cho phép
Hành trình dài với không gian lắp đặt theo trục hạn chế	Xi lanh không ty ghép cơ khí	Tải dẫn hướng, môi trường của dải làm kín, quy tắc tải kết hợp
Chuyển động hành trình dài kín với lực dẫn động hạn chế	Xi lanh không ty ghép từ	Giới hạn ghép từ, hệ quả khi tách ghép, dẫn hướng bên ngoài
Quay góc giới hạn	Cơ cấu chấp hành quay kiểu cánh gạt hoặc thanh răng - bánh răng	Đường cong mô men, quán tính, góc, độ rơ, tải trục, năng lượng dừng
Gắp phôi	Bộ gắp song song, góc hoặc ba chấu	Lực gắp tại chiều dài ngón thực tế, mô men hàm kẹp, hành vi khi mất áp
Chuyển động nhiều vị trí có độ lặp lại cao	Trục servo khí nén hoặc trục điện	Phản hồi, hiệu chỉnh, biến thiên tải, độ chính xác và yêu cầu xác lập
Giữ tải đứng	Xi lanh kèm giải pháp giữ được định mức	Đánh giá rủi ro, quãng đường dừng, hành vi khóa/phanh, logic nhả

Xi lanh một ty tiêu chuẩn thường cần dẫn hướng ngoài khi dụng cụ tạo tải ngang hoặc mô men lệch tâm. Xi lanh có dẫn hướng kết hợp dẫn động và dẫn hướng, nhưng bảng dữ liệu của nó vẫn có các giới hạn hữu hạn về lực, mô men, độ võng, tốc độ và tuổi thọ. Tài liệu lựa chọn xi lanh có dẫn hướng của SMC nêu rằng tải, độ chính xác và độ võng thay đổi theo model, đường kính lòng, tốc độ và độ vươn (Đặc tính xi lanh có dẫn hướng SMC, truy cập năm 2026). Xi lanh không ty không có nghĩa là chịu tải không giới hạn: xi lanh không ty cơ bản có thể chỉ truyền chuyển động, trong khi dòng có dẫn hướng có thể chịu tổ hợp tải và mô men được catalog quy định. Khả năng chống xoay còn hẹp hơn. Ty không tròn, hai ty hoặc các ty dẫn hướng có thể chống xoay, nhưng riêng tính năng đó không xác lập độ chính xác tuyến tính, độ cứng hoặc độ lặp lại. Các đặc tính này cần dữ liệu riêng của sản phẩm về ổ đỡ, độ võng, gá lắp, độ lệch tải và cảm biến.

Làm thế nào để tính lực tuyến tính cần thiết?

Đối với xi lanh một ty tác động kép, lực duỗi và lực thu về theo lý thuyết là:

F_{\mathrm{ext,th}} = p_{\mathrm{ext}} A_p

F_{\mathrm{ret,th}} = p_{\mathrm{ret}} \left(A_p-A_r\right)

trong đó:

$F_{\mathrm{ext,th}}$ và $F_{\mathrm{ret,th}}$ là lực lý thuyết tính bằng newton;
$p_{\mathrm{ext}}$ và $p_{\mathrm{ret}}$ là áp suất đồng hồ trong buồng, tính bằng pascal;
$A_p=\pi D^2/4$ là diện tích piston tính bằng mét vuông;
$A_r=\pi d^2/4$ là diện tích ty tính bằng mét vuông;
$D$ là đường kính lòng và $d$ là đường kính ty, tính bằng mét.

Các phương trình này mô tả áp suất tác dụng lên diện tích hữu hiệu. Chúng không bao gồm lực cản phớt, áp ngược, gia tốc, trọng lực, sai lệch căn chỉnh hoặc lực của quy trình. Hãy dùng áp suất thấp nhất dự kiến trong buồng khi chuyển động, không dùng áp suất cài đặt của máy nén.

Hãy lập nhu cầu theo hướng chuyển động:

F_{\mathrm{demand}} = F_{\mathrm{process}} + ma + mg\sin\theta + F_{\mathrm{friction}} + F_{\mathrm{external}}

Trong đó, $m$ là khối lượng chuyển động tương đương, $a$ là gia tốc yêu cầu, $g$ là gia tốc trọng trường, $\theta$ là góc chuyển động đo từ phương ngang; các hạng còn lại biểu thị lực của quy trình, ma sát và các lực bên ngoài có thể dự đoán chống lại chuyển động. Hãy dùng dấu nhất quán. Ví dụ, tải đứng đi xuống có thể là tải vượt dẫn động thay vì chỉ cộng thêm vào lực đẩy của xi lanh.

Đối với trục ngang, trọng lượng $mg$ của tải do dẫn hướng chịu; nó không mặc nhiên là lực dẫn động theo phương ngang. Phép tính ngang cần tính ma sát dẫn hướng, gia tốc, lực cản của cáp và ống, lực cản phớt, độ dốc và lực quy trình. Vì vậy, chuyển trực tiếp tải ngang 50 kg thành lực cản ngang 490 N sẽ là không đúng.

Công cụChọn cỡ xi lanhCông cụ tính lực xi lanhSàng lọc lực duỗi và lực thu về từ đường kính lòng, đường kính ty, áp suất làm việc tối thiểu, phần dự phòng ma sát rõ ràng và hệ số lựa chọn được lập thành tài liệu. Hãy đối chiếu kết quả với catalog đúng của sản phẩm.Lực = áp suất × diện tích hiệu dụngđường kính xi lanhđường kính tyáp suất làm việcPhần bù ma sátMở công cụ tính

Máy tính là công cụ tiền lựa chọn. Không được coi các khoản dự phòng mặc định của nó là định mức của nhà sản xuất. Ví dụ, hướng dẫn chung về xi lanh của SMC dùng các ví dụ hệ số tải khác nhau cho vận hành tĩnh, vận hành động và chuyển động ngang có dẫn hướng, đồng thời yêu cầu giảm thêm trong chế độ tốc độ cao khắc nghiệt (Hướng dẫn lựa chọn xi lanh khí SMC, truy cập năm 2026). Hãy áp dụng quy tắc được công bố cho đúng dòng sản phẩm và chế độ làm việc, không dùng một tỷ lệ phần trăm chung cho mọi trường hợp.

Ví dụ đã hiệu chỉnh với đường kính lòng 40 mm

Giả sử đang sàng lọc một xi lanh không ty có đường kính lòng 40 mm tại áp suất buồng đo được là 6 bar:

A_p=\frac{\pi(0.04)^2}{4}=1.257\times10^{-3}\ \mathrm{m^2}

F_{\mathrm{th}}=600{,}000\times1.257\times10^{-3}\approx754\ \mathrm{N}

Kết quả là lực dẫn động lý thuyết 754 N. Kết quả này không chứng minh cơ cấu chấp hành có thể di chuyển một bàn xe 50 kg. Ứng dụng vẫn cần gia tốc, ma sát dẫn hướng, lực cản cáp, lực quy trình, áp suất động tối thiểu và hệ số lựa chọn riêng của sản phẩm. Dẫn hướng cũng phải chịu trọng lượng đứng và mọi mô men lệch tâm.

Kiểm tra tải ngang và mô men như thế nào?

Hãy tách lực dẫn động khỏi tải trên dẫn hướng. Bắt đầu bằng một hệ tọa độ gắn với cơ cấu chấp hành đang xem xét, sau đó đặt mọi khối lượng chuyển động và lực bên ngoài tại đúng tâm tác dụng. Bao gồm tấm dụng cụ, giá đỡ, xích dẫn cáp, ống, phôi và các lực từ quy trình.

Lực nhân với độ lệch vuông góc tạo thành mô men. Hãy dùng các trục và đường cong tải cho phép của nhà sản xuất đã chọn thay vì chuyển nhãn hoặc giới hạn từ dòng sản phẩm khác.

Với một lực tác dụng ở khoảng cách vuông góc:

M = F e

Trong đó $M$ là mô men tính bằng newton-mét, $F$ là lực tính bằng newton và $e$ là độ lệch vuông góc tính bằng mét. Hãy tính mọi thành phần lực và mô men liên quan, sau đó áp dụng phương pháp tải kết hợp trong catalog.

Một số catalog cơ cấu chấp hành có dẫn hướng và không ty dùng tổng các tỷ số tải:

U=\sum_{i=1}^{n}\frac{L_i}{L_{i,\mathrm{allow}}}

$L_i$ là một lực hoặc mô men tác dụng và $L_{i,\mathrm{allow}}$ là giá trị cho phép tại tốc độ, hành trình, gá lắp và tâm tải đã nêu. Chỉ dùng phương trình này khi nhà sản xuất được chọn quy định quy tắc kết hợp và giới hạn chấp nhận của nó. Không tự tạo bảng tải dọc/trục ngang/mô men chỉ từ đường kính lòng.

Mức sử dụng tải kết hợp là phép so sánh do catalog định nghĩa giữa các tải đồng thời tác dụng và các tải tương ứng được phép. Trục, phương trình, hiệu chỉnh theo tốc độ và giới hạn đạt đều thuộc đúng dòng cơ cấu chấp hành; không thể an toàn chuyển chúng từ model khác.

Catalog MY2C của SMC yêu cầu xem xét lực từ đường ống và xích dẫn cáp, đồng thời nêu rằng bản thân cơ cấu chấp hành không bảo đảm độ song song của hành trình (Catalog SMC MY2C, truy cập năm 2026). Đây là một bài học chung hữu ích: tải bên ngoài nhỏ và yêu cầu độ chính xác có thể quyết định thiết kế ngay cả khi khối lượng phôi chính có vẻ chấp nhận được.

Hướng dẫn về tải ngang giải thích vì sao khớp nối tự do có thể hiệu chỉnh sai lệch căn chỉnh hạn chế nhưng không thể thay thế dẫn hướng chịu tải.

Thời gian hành trình, lưu lượng khí và chọn van

Không thể chọn tốc độ mục tiêu tách rời khỏi van và đường khí. Với hành trình xi lanh $L$ hoàn thành trong thời gian $t$ , thể tích buồng và lưu lượng trung bình lý tưởng là:

V_{\mathrm{ext}}=A_pL \qquad V_{\mathrm{ret}}=(A_p-A_r)L

Q_{\mathrm{chamber}}=\frac{V}{t}

$Q_{\mathrm{chamber}}$ là thể tích trên đơn vị thời gian ở điều kiện buồng. Hầu hết so sánh van và máy nén dùng lưu lượng chuẩn hóa hoặc lưu lượng khí tự do, cần chuyển đổi theo áp suất tuyệt đối:

Q_N \approx Q_{\mathrm{chamber}} \frac{p_{\mathrm{abs}}}{p_N} \frac{T_N}{T_{\mathrm{chamber}}}

Trong đó $Q_N$ là lưu lượng chuẩn hóa, $p_{\mathrm{abs}}$ là áp suất tuyệt đối trong buồng, $p_N$ là áp suất tham chiếu được nêu và nhiệt độ là nhiệt độ tuyệt đối. Hãy xác nhận điều kiện tham chiếu của nhà cung cấp vì “NL/min”, “ANR”, “SCFM” và lưu lượng khí tự do không thể hoán đổi nếu thiếu các điều kiện đó.

Với piston 40 mm chuyển động ở 0,5 m/s, lưu lượng buồng lý tưởng khoảng 37,7 L/min. Ở khoảng 6 bar gauge, tương đương 7 bar tuyệt đối, lưu lượng khí tự do tương đương lý tưởng xấp xỉ 264 NL/min trước khi tính thể tích chết, rò rỉ, quá độ áp suất và biên dự phòng. Chỉ báo cáo 38 L/min mà không nêu cơ sở áp suất có thể dẫn đến chọn van thiếu cỡ nghiêm trọng.

Dùng Máy tính nhu cầu lưu lượng xi lanh để sàng lọc nhu cầu duỗi và thu về từ đường kính lòng, đường kính ty, hành trình, thời gian mục tiêu và áp suất. Sau đó kiểm tra:

dữ liệu lưu lượng của van tại áp suất thượng lưu và hạ lưu dự kiến;
các hạn chế của manifold, đầu nối, ống và cổng xi lanh;
năng lực của bộ điều khiển meter-out và bộ giảm âm;
áp suất cấp trong khi nhiều cơ cấu chấp hành hoạt động đồng thời;
tốc độ xi lanh ổn định tối thiểu và tối đa;
mức biến thiên thời gian hành trình chấp nhận được khi tải và áp suất thay đổi.

Quan hệ đơn giản $v=Q/A$ chỉ là phép sàng lọc động học, không phải mô hình chuyển động khí nén hoàn chỉnh. Độ nén được của khí, áp suất buồng thay đổi, chuyển mạch van, ma sát phá tĩnh, áp ngược và giảm chấn tạo nên biên dạng vận tốc thực tế.

Định cỡ cơ cấu chấp hành quay như thế nào?

Lựa chọn quay bắt đầu từ mô men và quán tính, không chỉ từ khối lượng:

T_{\mathrm{demand}} = I\alpha + T_{\mathrm{gravity}} + T_{\mathrm{friction}} + T_{\mathrm{process}}

Trong đó $I$ là quán tính tải quanh trục quay, $\alpha$ là gia tốc góc; các hạng còn lại là mô men do trọng lực, ma sát và quy trình. Hãy tính cả khớp nối, trục, dụng cụ và phôi tại bán kính thực tế của chúng.

Hãy so sánh nhu cầu với mô men của cơ cấu chấp hành tại áp suất động tối thiểu và trên toàn bộ góc cần thiết. Thiết kế thanh răng - bánh răng và thiết kế cánh gạt có thể có đặc tính mô men, độ rơ, tải trục cho phép và cơ cấu chặn cuối khác nhau. Mô men đầu ra trung bình là chưa đủ nếu cơ cấu có tải phá tĩnh cao hoặc đạt đỉnh trọng lực tại một góc cụ thể.

Máy tính mô men cơ cấu chấp hành quay khí nén có thể sắp xếp quán tính, gia tốc góc, hướng trọng lực, ma sát, hiệu suất và phần dự phòng lựa chọn. Kiểm tra cuối cùng vẫn cần đường cong mô men chính xác, thời gian quay, năng lượng động cho phép, tải trục, phương pháp dừng và dữ liệu chế độ làm việc.

Cơ cấu chấp hành có dừng tải đang chuyển động an toàn không?

Định cỡ lực đẩy trả lời câu hỏi cơ cấu chấp hành có thể gia tốc tải hay không. Định cỡ giảm chấn trả lời câu hỏi cơ cấu có hấp thụ được năng lượng còn lại ở cuối hành trình hay không.

Hãy bắt đầu với động năng tịnh tiến:

E_k=\frac{1}{2}m_{\mathrm{eq}}v^2

$m_{\mathrm{eq}}$ là khối lượng chuyển động tương đương tại cơ cấu chấp hành và $v$ là vận tốc tiếp cận lúc bắt đầu giảm tốc. Với chuyển động quay, dùng $E_k=I\omega^2/2$ . Hãy cộng công của trọng lực hoặc lực dẫn động bên ngoài trên quãng đường dừng nếu lực đó tiếp tục gia tốc tải.

Kiểm tra năng lượng động cho phép của model đang xem xét tại tốc độ, tải, tùy chọn giảm chấn và cách gá lắp thực tế. Giảm chấn khí nén điều chỉnh được cần đủ áp suất và dải điều chỉnh; bộ đệm đàn hồi không tương đương với giảm chấn thủy lực. Nếu dùng giảm chấn va đập ngoài, hãy kiểm tra năng lượng mỗi hành trình, năng lượng mỗi giờ, khối lượng hiệu dụng, thời gian hồi, căn chỉnh và nhiệt độ định mức.

Không dùng nắp cuối cơ khí của xi lanh làm điểm dừng sản xuất trừ khi catalog nêu rõ nó cho phép chế độ làm việc đã tính. Va đập cứng có thể làm lỏng phần cứng gá lắp, hỏng phớt, cong dụng cụ và tạo bật ngược khiến cảm biến hiểu sai là đã tới vị trí.

Điều kiện môi trường và giao diện nào làm thay đổi lựa chọn?

Một cơ cấu chấp hành vượt qua phép tính cơ khí vẫn có thể không phù hợp với nhà máy. Hãy ghép mọi vật liệu và phụ kiện với môi trường lắp đặt:

Nhiệt độ: kiểm tra phớt, mỡ, cảm biến, giảm chấn, ống và tốc độ trong suốt quá trình khởi động và vận hành ổn định.
Bụi và phoi: bảo vệ ty lộ ra, dải làm kín, dẫn hướng và cảm biến; không mặc nhiên cho rằng gạt bụi loại bỏ mọi chất bẩn.
Nước và hóa chất: quy định khả năng chống ăn mòn cùng cảm biến, đầu nối, chất bôi trơn và phần cứng gá lắp phù hợp với rửa bằng nước.
Phòng sạch hoặc sản xuất thực phẩm: yêu cầu tài liệu riêng của sản phẩm về phát thải, chất bôi trơn, vật liệu và vệ sinh cho đúng khu vực.
Khu vực nguy hiểm: đánh giá toàn bộ cụm điện và cơ khí, không chỉ thân xi lanh.
Chất lượng khí: nêu yêu cầu về hạt, nước và dầu, đồng thời cho biết bôi trơn phía hạ lưu bị cấm, tùy chọn hay bắt buộc.
Không gian và khả năng tiếp cận: chừa chỗ cho cổng, đầu nối, cảm biến, vít giảm chấn, tháo ty, bảo dưỡng dải làm kín và nhả khóa.

ISO 15552 xác định kích thước cơ bản, kích thước gá lắp và phụ kiện cho một dòng xi lanh tháo lắp được, đến 10 bar; mục đích của tiêu chuẩn là khả năng thay thế về kích thước (ISO 15552:2018, xác nhận năm 2025). Mẫu gá theo ISO không chứng minh biên lực, đường kính ty, năng lượng giảm chấn, rãnh cảm biến, vật liệu, rò rỉ hoặc tuổi thọ tương đương. Việc đánh giá thay thế phải so sánh riêng từng đặc tính đó.

Kích thước cổng cũng không phải định mức lưu lượng. Hai van hoặc cơ cấu chấp hành có cùng loại ren có thể có đường thông bên trong khác nhau. Hãy dùng dữ liệu áp suất - lưu lượng và toàn bộ đường khí thay vì chỉ chọn ống theo nhãn cổng.

An toàn khi hỏng hóc cần những gì?

Hãy viết trạng thái yêu cầu cho từng dạng mất mát có thể xảy ra trước khi chọn mạch:

mất khí nén;
mất nguồn điện;
ống bị gãy hoặc ngắt kết nối;
van hoặc cảm biến bị kẹt;
rò rỉ bên trong;
cô lập để bảo trì và áp suất dư;
khởi động lại sau khi áp suất hoặc nguồn điện trở lại.

ISO 4414 đề cập các mối nguy đáng kể trong hệ thống khí nén và áp dụng nguyên tắc an toàn cho thiết kế, lắp đặt, điều chỉnh, vận hành, bảo trì và sửa đổi (ISO 4414:2010, xác nhận năm 2021). Đánh giá rủi ro của máy quyết định biện pháp và mức năng lực cần thiết.

Giữ khí bằng van trung vị kín hoặc van một chiều điều khiển bằng pilot có thể làm chậm chuyển động, nhưng rò rỉ, hỏng ống, tính nén được và hỏng van vẫn còn. Đây không mặc nhiên là chức năng giữ để bảo vệ con người. Tải đứng hoặc tải treo có thể cần khóa ty, phanh, mạch đối trọng, thiết bị chặn cơ khí được định mức hoặc một bộ phận giữ được thiết kế khác, kèm điều khiển giám sát và trình tự nhả đã xác định.

Phải tính đến năng lượng khí nén tích trữ trong quá trình cô lập. Hãy cung cấp phương pháp cô lập, tiêu tán, xác minh và ngăn năng lượng khôi phục ngoài ý muốn theo thiết kế an toàn của máy. Đồng thời phải kiểm soát tải khi xả áp; xả quá nhanh có thể tạo ra chính mối nguy mà thao tác đó định loại bỏ.

Nên quy định cảm biến, điều khiển và gá lắp như thế nào?

Công tắc cuối hành trình xác nhận nam châm đã đi vào cửa sổ cảm biến. Chúng không chứng minh đã tỳ cơ khí hoàn toàn, đủ lực kẹp hoặc giữ tải an toàn. Hãy nêu rõ hệ điều khiển thực sự cần biết điều gì:

có mặt ở cuối hành trình hoặc đã đạt trạng thái cơ khí xác nhận;
vị trí trung gian hoặc phản hồi liên tục;
độ lặp lại và thời gian đáp ứng cho phép;
khả năng chẩn đoán tín hiệu bị ngắt hoặc bị kẹt;
đầu nối, cáp, điện áp và cấp môi trường;
hành vi khi vận hành thủ công, chạy thử và khởi động lại.

Gá lắp quyết định đường truyền tải. Gá cố định cần căn chỉnh trên toàn bộ hành trình. Gá bản lề cần khớp đầu ty tương thích và đủ tự do góc. Hành trình đẩy dài cần kiểm tra oằn ty, còn tải có dẫn hướng ngoài cần khớp nối không truyền sai lệch dẫn hướng nhỏ vào ổ đỡ xi lanh.

Theo kinh nghiệm của chúng tôi, bản vẽ ứng dụng giàu thông tin nhất thường là hình chiếu cạnh cho thấy cơ cấu chấp hành, dẫn hướng, tâm tải, vòng ống và các bề mặt gá lắp cùng nhau. Nó làm lộ độ lệch và đường phản lực biến mất trong danh sách linh kiện. Bản vẽ vẫn cần kích thước và kiểm tra catalog; nó không thay thế các bước đó.

Thực hiện đánh giá lựa chọn qua mười cổng kiểm tra trước khi đặt hàng

Hãy vượt qua từng cổng bằng một phép tính, trang catalog, bản vẽ hoặc yêu cầu thử nghiệm:

Cổng	Điều kiện đạt	Bằng chứng cần lưu
1. Chuyển động	Dòng sản phẩm tạo ra hành trình hoặc góc cần thiết trong không gian cho phép	Bố trí và biên dạng chuyển động
2. Đầu ra dẫn động	Lực hoặc mô men vượt nhu cầu tại áp suất động tối thiểu	Phép tính và đường cong catalog
3. Dẫn hướng	Mọi lực, mô men, độ lệch và độ võng đều chấp nhận được	Sơ đồ tải và kiểm tra tải kết hợp
4. Tốc độ	Đường từ van đến cơ cấu chấp hành cấp đủ lưu lượng khí tự do	Tính lưu lượng và dữ liệu linh kiện
5. Dừng	Giảm chấn, điểm dừng hoặc giảm chấn va đập nhận được năng lượng mỗi sự kiện và mỗi giờ	Tính năng lượng và định mức
6. Chế độ làm việc	Tốc độ chu kỳ, trạng thái nhiệt và tuổi thọ kỳ vọng phù hợp sản phẩm	Tuyên bố chế độ làm việc và xác nhận nhà sản xuất
7. Môi trường	Vật liệu, phớt, chất bôi trơn, cảm biến và bảo vệ chống xâm nhập phù hợp	Đặc tả môi trường
8. An toàn	Trạng thái khi mất năng lượng và năng lượng tích trữ đáp ứng đánh giá rủi ro	Mạch, đánh giá rủi ro, kế hoạch xác nhận
9. Giao diện	Gá lắp, cổng, cảm biến, khả năng tiếp cận và ràng buộc thay thế phù hợp	Bản vẽ có kiểm soát và BOM
10. Nghiệm thu	Máy đã lắp có thể chứng minh đầu ra và hành vi	Quy trình thử và giới hạn

Không được duyệt model chỉ vì chín cổng đạt. Cổng năng lượng dừng hoặc cổng an toàn không đạt có thể quan trọng hơn một biên lực đẩy lớn.

RFQ cần bao gồm những gì?

Hãy gửi cho nhà cung cấp dữ liệu về biên giới ứng dụng thay vì chỉ gửi một mã linh kiện cũ:

chức năng ứng dụng và biên dạng chuyển động;
khối lượng chuyển động và tâm trọng lực;
sơ đồ lực, mô men, quán tính và tải bên ngoài;
hành trình hoặc góc, thời gian mục tiêu, thời gian chờ và tốc độ chu kỳ;
áp suất động tối thiểu và giới hạn chất lượng khí;
hướng gá lắp, bố trí dẫn hướng và không gian có sẵn;
nhiệt độ, chất bẩn, vệ sinh và điều kiện ăn mòn;
yêu cầu về cảm biến, đầu nối, van và điều chỉnh tốc độ;
trạng thái an toàn và yêu cầu an toàn máy áp dụng;
tiêu chí nghiệm thu và tài liệu bắt buộc.

Yêu cầu nhà cung cấp trả về model được chọn, mã cấu hình, các giả định, biên lực hoặc mô men, kiểm tra tải cho phép, kiểm tra năng lượng dừng, cơ sở lưu lượng, ngoại lệ và yêu cầu dịch vụ. Như vậy, các báo giá cạnh tranh có thể được so sánh trên cùng cơ sở.

Xác nhận cơ cấu chấp hành đã lắp đặt như thế nào?

Xác nhận cơ cấu chấp hành đã lắp đặt là một thử nghiệm có kiểm soát đối với toàn bộ hệ chuyển động đã chọn tại biên giới xấu nhất được lập thành tài liệu. Hãy dùng áp suất cấp thấp nhất có thể xảy ra, tải trọng cho phép lớn nhất, hướng đặt xấu nhất, nhiệt độ đại diện và trạng thái nhiều tải đồng thời. Đo áp suất động và thời gian hành trình thay vì dựa vào đồng hồ khi không tải. Kiểm tra hành vi dẫn hướng, dừng, trình tự cảm biến, rò rỉ, mất khí hoặc nguồn điện, cô lập, xả và khởi động lại. Mục đích là chứng minh cơ cấu chấp hành, van, đường khí, gá lắp, điều khiển và tải hoạt động như một hệ thống. Hãy ghi lại thiết bị đo, tải thử, trạng thái phần mềm, cài đặt bộ điều áp và giảm chấn, giới hạn nghiệm thu, sai lệch và phê duyệt. Phép tính theo catalog vẫn cần thiết, nhưng không thể tái tạo dung sai lắp đặt, lực cản ống, áp ngược, thời gian sản xuất hoặc phản ứng lỗi thực tế của máy.

Mỗi giai đoạn có thể đưa lựa chọn quay lại bước trước đó. Ví dụ, đường kính lòng lớn hơn làm thay đổi nhu cầu khí, năng lượng dừng, kích thước cụm và yêu cầu đối với van.

Hãy thử ở áp suất cấp thấp nhất có thể xảy ra, tải trọng cho phép lớn nhất, hướng đặt xấu nhất, nhiệt độ đại diện và trạng thái nhiều tải đồng thời. Hãy ghi lại:

áp suất tại cửa vào van và trong buồng liên quan khi chuyển động;
thời gian duỗi, thu về hoặc quay qua nhiều chu kỳ lặp lại;
yêu cầu vị trí tối thiểu hoặc lực kẹp tối thiểu;
va đập cuối hành trình, bật ngược và cài đặt giảm chấn;
hành vi dẫn hướng, độ võng, kẹt và nhiệt độ bất thường;
trình tự cảm biến và phản ứng lỗi;
hành vi khi mất khí, mất nguồn, cô lập, xả và khởi động lại;
giới hạn rò rỉ và tiếng ồn nếu có quy định.

Hãy cố định các cài đặt cuối của bộ điều áp, bộ điều khiển lưu lượng, giảm chấn, điểm dừng và cảm biến. Ghi lại tải thử, thiết bị đo, biên áp suất, trạng thái phần mềm, sai lệch và chữ ký nghiệm thu. Nếu biên giới sản xuất khác biên giới trong báo giá, hãy cập nhật hồ sơ lựa chọn thay vì coi mã model đầu tiên là vĩnh viễn.

Kết luận: hãy chọn toàn bộ hệ chuyển động

Cơ cấu chấp hành khí nén phù hợp là cơ cấu vượt qua toàn bộ biên giới ứng dụng. Hãy xác định chuyển động và trạng thái an toàn, tính lực hoặc mô men tại áp suất động tối thiểu, lập bản đồ mọi tải dẫn hướng và độ lệch, chuyển thời gian hành trình thành nhu cầu khí tự do và kiểm tra năng lượng dừng.

Sau đó xác minh môi trường, giao diện, cảm biến, chế độ làm việc, khả năng bảo trì và phản ứng khi hỏng. Dùng kích thước ISO để kiểm soát giao diện, nhưng dùng catalog đúng của sản phẩm để xác định hiệu năng. Kết thúc bằng thử nghiệm biên giới xấu nhất trên máy đã lắp và lưu lại các cài đặt cùng bằng chứng.

Cách tiếp cận này có thể dẫn đến đường kính lòng lớn hơn, xi lanh có dẫn hướng, trục không ty, cơ cấu chấp hành quay, dẫn hướng ngoài hoặc thậm chí một công nghệ khác. Đó là mục đích của việc lựa chọn: chọn kiến trúc đáp ứng máy, thay vì ép máy phải phù hợp với một linh kiện quen thuộc.

Câu hỏi thường gặp về lựa chọn cơ cấu chấp hành khí nén

Chỉ cần kích thước lòng là đủ để chọn xi lanh khí nén sao?

Không. Đường kính lòng xác định lực áp suất - diện tích theo lý thuyết, nhưng lựa chọn còn cần diện tích ty, áp suất động tối thiểu, hướng tải, gia tốc, ma sát, lực quy trình, tải ngang, mô men, tốc độ, năng lượng dừng, gá lắp, môi trường và yêu cầu trạng thái an toàn. Giới hạn cuối cùng phải lấy từ catalog của đúng dòng sản phẩm.

Nên dùng áp suất nào để định cỡ cơ cấu chấp hành?

Hãy dùng áp suất thấp nhất dự kiến tại van hoặc buồng cơ cấu chấp hành trong lúc chuyển động được thiết kế. Áp suất cài đặt của máy nén hoặc số chỉ đồng hồ điều áp khi không tải có thể phóng đại lực sẵn có khi đã tính đến lọc, van, ống, đầu nối, nhiều tải đồng thời và áp ngược đường xả.

Xi lanh khí nén có thể chịu tải ngang nếu đủ lực không?

Lực dẫn động không xác lập khả năng chịu tải của dẫn hướng. Xi lanh tiêu chuẩn thường cần dẫn hướng ngoài khi có tải ngang đáng kể hoặc mô men lệch tâm. Cơ cấu chấp hành có dẫn hướng hoặc không ty chỉ chịu được tổ hợp lực và mô men được phép cho đúng model, hành trình, tốc độ, gá lắp và tâm tải của nó.

Làm thế nào biết van đã chọn đủ lớn?

Hãy tính nhu cầu khí tự do khi duỗi và thu về từ diện tích hữu hiệu, hành trình, thời gian mục tiêu, áp suất tuyệt đối và điều kiện tham chiếu. Sau đó so sánh với dữ liệu lưu lượng của van và toàn bộ đường khí tại tỷ số áp suất dự kiến. Xác nhận hiệu năng bằng cách đo áp suất động và thời gian hành trình trên máy đã lắp.

Cách chọn đúng cơ cấu chấp hành khí nén cho ứng dụng của bạn?

Siyu Wang