Что делает пневматический цилиндр и как он преобразует давление воздуха в силу
Пневматический цилиндр превращает сжатый воздух в прямолинейную механическую силу, проталкивая поршень через герметичную трубку. Сила, которую он создает, основана на простой физике: давление, умноженное на площадь поршня. А Цилиндр с диаметром цилиндра 4 дюйма, работающий при давлении 90 фунтов на квадратный дюйм. генерирует примерно 1131 фунт силы при прямом ходе, в то время как тот же цилиндр при 60 фунтах на квадратный дюйм падает примерно до 754 фунтов. Именно эта взаимосвязь объясняет, почему размер отверстия и давление подачи являются первыми двумя цифрами, которые проверяет любой инженер, прежде чем выбрать пневмоцилиндр для работы.
Внутри цилиндра сжатый воздух поступает через отверстие на одном конце цилиндра, толкая поршень к противоположному концу. Шток поршня, соединенный с поршнем, проходит через уплотнение штока и сальник, передавая силу вне цилиндра на любую нагрузку, которую он толкает, поднимает, зажимает или нажимает. При обратном ходе воздух либо выпускается, пока пружина толкает поршень назад (конструкция одностороннего действия), либо воздух подается в противоположное отверстие, в то время как первая сторона выпускает воздух (конструкция двойного действия). Обе конфигурации подпадают под более широкую категорию пневматических пневмоцилиндров и выбираются в зависимости от того, насколько необходим контроль над возвратным движением.
Поскольку сжатый воздух сжимаем, воздушный цилиндр не движется с такой же жесткой точностью, как гидравлический цилиндр. На самом деле это преимущество во многих приложениях: оно придает механизму естественный эффект амортизации при ударных нагрузках, что является одной из причин, по которой пневматические цилиндры остаются предпочтительным приводом в упаковочных линиях, робототехнике для захвата и размещения и зажимных приспособлениях, где скорость и умеренная сила имеют большее значение, чем абсолютная жесткость.
Основные компоненты, составляющие Воздушный цилиндр
Каждый пневматический цилиндр, независимо от производителя и размера цилиндра, состоит из одного и того же базового набора деталей. Цилиндр или трубка представляет собой прецизионно отточенную цилиндрическую оболочку, в которой находится поршень и обеспечивает поверхность скольжения, по которой скользят уплотнения поршня. Две торцевые крышки, часто называемые головкой и крышкой, герметизируют цилиндр на каждом конце и обеспечивают отверстия для воздуха, элементы крепления и, в большинстве конструкций, втулку штока, направляющую шток поршня. Сам поршень имеет первичное уплотнение — резиновое или полиуретановое кольцо, которое разделяет две камеры давления и позволяет поршню скользить с минимальным трением, сохраняя при этом герметичный барьер.
Стяжные тяги, четыре длинных болта, проходящие по всей длине цилиндра за пределами ствола в большинстве промышленных конструкций, сжимают две торцевые крышки и ствол вместе под натяжением. Эта конструкция тяги позволяет разбирать цилиндр для замены уплотнения без резки или сварки, а также придает цилиндру устойчивость к внутреннему давлению, пытающемуся разъединить торцевые крышки. В цилиндрах для более легких условий эксплуатации вместо рулевых стержней иногда используется резьбовая или гофрированная конструкция цилиндра, что обеспечивает удобство обслуживания в обмен на меньшую занимаемую площадь и более низкие производственные затраты.
Почему сжатый воздух предпочтительнее других источников энергии
Сжатый воздух обладает рядом свойств, которые делают его привлекательным в качестве рабочей среды по сравнению с гидравлической жидкостью или электродвигателями. После сжатия воздух свободен, его не нужно возвращать в резервуар, как это происходит с гидравлической жидкостью, а утечка в воздушной системе создает шипение и незначительную потерю эффективности, а не разлив жидкости, который необходимо очистить и утилизировать. Пневматические цилиндры также по своей сути более безопасны во взрывоопасных или легковоспламеняющихся средах, поскольку нет риска возникновения электрической искры от обмотки двигателя или контроллера, поэтому пневматический привод остается стандартом в покрасочных камерах, обработке зерна и производственных процессах с большим количеством растворителей.
Пневматические цилиндры одностороннего и двойного действия: какая конструкция подходит для вашего применения
Самым важным моментом при выборе пневматического цилиндра является вопрос о том, требуется ли приложению мощность на оба хода или только на один. Цилиндры одностороннего действия используют давление воздуха для перемещения поршня в одном направлении и полагаются на механическую пружину, силу тяжести или внешнюю нагрузку для его возврата. В цилиндрах двойного действия сжатый воздух приводит в движение поршень в обоих направлениях, обеспечивая контролируемую силу и скорость при выдвижении и втягивании.
| Особенность | Одностороннего действия | Двойное действие |
|---|---|---|
| Воздушные порты | 1 | 2 |
| Метод возврата | Пружина или нагрузка | Давление воздуха |
| Расход воздуха | Нижний | Высшее |
| Типичная длина хода | Короткий, до 6 дюймов. | Любая длина |
| Общее использование | Зажим, штамповка, выталкивание | Транспортировка, подъем, позиционирование |
Цилиндры одностороннего действия с пружинным возвратом теряют часть своей рабочей силы из-за самой пружины, поскольку часть давления входящего воздуха расходуется на сжатие возвратной пружины до того, как будет передана какая-либо полезная выходная сила. Вот почему конструкции одностороннего действия обычно ограничиваются более коротким ходом; после определенной длины пружина становится слишком длинной, слишком слабой или слишком громоздкой, чтобы поместиться в корпус разумного размера. Пневматические цилиндры двойного действия полностью лишены этого ограничения, поэтому почти каждое промышленное применение с длинным ходом или большим циклом по умолчанию использует конструкцию двойного действия.
Бесштоковые цилиндры: альтернатива при ограниченном пространстве
Бесштоковый пневмоцилиндр перемещает каретку вдоль внешней части цилиндра вместо выдвижения стержня, используя либо механическое соединение с пазами и уплотнениями, либо магнитную муфту между внутренним поршнем и внешней кареткой. Эта конструкция сокращает общую длину привода примерно вдвое по сравнению со штоковым цилиндром с тем же ходом, поскольку нет выдвигающегося штока, которому требуется зазор, превышающий длину хода. Бесштоковые цилиндры широко распространены в портальных системах, станциях захвата и перемещения, а также в приложениях для транспортировки на длинных конвейерах, где площадь пола или просвет над головой ограничены.
Тандемные и дуплексные цилиндры для приложений с высокими нагрузками или компактных устройств
Тандемный цилиндр соединяет два корпуса цилиндров на одном общем штоке, эффективно удваивая выходную силу для заданного размера отверстия без увеличения диаметра привода. Это полезно, когда для работы требуется большее усилие, чем может обеспечить один цилиндр с таким отверстием, но нет возможности перейти на больший диаметр отверстия. В дуплексных цилиндрах, напротив, два цилиндра монтируются встык на одном и том же штоке, чтобы создать три или четыре различных положения остановки, а не обычные два, что является распространенным решением в приложениях, где требуется несколько фиксированных положений хода без добавления внешнего стопорного оборудования или сервоуправляемого привода.
Телескопические пневмоцилиндры для большого хода при короткой длине во втянутом состоянии
Телескопические цилиндры вкладывают друг в друга несколько ступеней уменьшения диаметра, что позволяет использовать длину втянутого положения, составляющую часть полностью выдвинутого хода. Пневматические телескопические цилиндры, более распространенные в гидравлических самосвалах, используются там, где необходим очень длинный ход, но втянутая оболочка должна оставаться компактной, например, в некоторых конструкциях подъемных ворот и платформ доступа. Компромиссом является ступенчатая выходная сила, поскольку каждая ступень имеет все меньшую эффективную площадь отверстия, чем предыдущая.
Подбор размера отверстия, длины хода и диаметра штока в соответствии с вашей нагрузкой
Выбор правильного пневмоцилиндра начинается с расчета необходимой силы и возврата к размеру отверстия. Основная формула проста: Сила (фунты) = Давление (PSI) x Площадь (квадратные дюймы), где площадь рассчитывается на основе диаметра отверстия поршня. Запас прочности по меньшей мере на 30 % выше расчетной статической нагрузки является стандартной практикой, поскольку трение, сопротивление уплотнения и падение давления на линии подачи уменьшают силу, фактически оказываемую на конце штока.
| Размер отверстия | Сила при 60 фунтов на квадратный дюйм | Сила при 90 фунтов на квадратный дюйм | Сила при 120 фунтов на квадратный дюйм |
|---|---|---|---|
| 1,5 дюйма | 106 фунтов | 159 фунтов | 212 фунтов |
| 2 дюйма | 188 фунтов | 283 фунта | 377 фунтов |
| 3 дюйма | 424 фунта | 636 фунтов | 848 фунтов |
| 4 дюйма | 754 фунта | 1131 фунт | 1508 фунтов |
| 5 дюймов | 1178 фунтов | 1767 фунтов | 2356 фунтов |
| 6 дюймов | 1696 фунтов | 2544 фунта | 3392 фунта |
Почему длина хода влияет на выбор диаметра штока
Длинный и тонкий шток поршня под сжимающей нагрузкой может прогнуться еще до того, как достигнет номинального предела силы. Это определяется поведением потери устойчивости колонны, поэтому с увеличением длины хода диаметр стержня также должен увеличиваться, даже если требования к усилию остаются прежними. Как правило, ход поршня от 10 до 12 дюймов обычно требует диаметра штока на один размер больше, чем стандартная пара для этого отверстия, а цилиндрам с ходом поршня более 24 дюймов часто требуется промежуточная стопорная трубка, чтобы предотвратить чрезмерное перемещение поршня в головку цилиндра во время работы на высоких скоростях.
Совместимость наконечника стержня и стиля крепления
Резьба на конце стержня и способ крепления должны соответствовать приводному механизму. Общие конфигурации монтажа включают передний фланец, задний фланец, опору и цапфу, каждая из которых меняет способ передачи изгибающих нагрузок на корпус цилиндра. Например, цилиндр, установленный с опорным кронштейном, воспринимающим боковую нагрузку, испытывает гораздо большую нагрузку на уплотнение цилиндра к головке, чем цилиндр, установленный на цапфе, выровненный непосредственно по направлению движения, поэтому стиль крепления следует выбирать в зависимости от размера отверстия, а не второстепенно.
Выбор материала уплотнения для различных условий эксплуатации
Уплотняющий состав внутри пневмоцилиндра оказывает такое же влияние на срок службы, как и металлическая конструкция. Уплотнения из нитрила (Buna-N) охватывают самый широкий спектр общепромышленного применения и достаточно хорошо переносят стандартный цеховой воздух с небольшим количеством смазки. Полиуретановые уплотнения лучше выдерживают высокие циклические нагрузки и абразивные условия, поскольку полиуретан лучше сопротивляется резке и экструзии, чем нитрил, при том же рабочем давлении. Уплотнения из витона используются в тех случаях, когда цилиндр будет подвергаться воздействию повышенных температур, обычно выше 200 градусов по Фаренгейту, или любым следам паров углеводородов, которые со временем могут раздуть нитриловое уплотнение. Выбор неправильного состава уплотнения для окружающей среды является одной из наиболее часто упускаемых из виду причин того, что цилиндр не выполняет свой номинальный срок службы, даже если диаметр цилиндра, ход поршня и монтаж были указаны правильно.
Диапазоны рабочих температур и давлений
Стандартные промышленные воздушные цилиндры с нитриловыми уплотнениями обычно рассчитаны на температуру от 14 до 175 градусов по Фаренгейту и от вакуума до 145–250 фунтов на квадратный дюйм в зависимости от размера отверстия и толщины стенок. Цилиндры, предназначенные для наружных или неотапливаемых сред, нуждаются в уплотнительных соединениях, рассчитанных на холод, поскольку стандартный нитрил становится жестким и теряет эффективность уплотнения задолго до того, как становится хрупким, вызывая утечку воздуха и вялую реакцию до того, как появится какое-либо видимое повреждение уплотнения. На верхнем уровне превышение номинального давления обычно не приводит к мгновенному выходу из строя, но ускоряет износ уплотнений и увеличивает нагрузку, передаваемую через тяги, торцевые крышки и крепежные детали, сокращая срок службы всего узла, а не только уплотнений.
Шаг за шагом прорабатываем пример определения размеров
Рассмотрим вариант зажима, в котором необходимо удерживать приспособление в закрытом положении, выдерживая разделяющую силу в 400 фунтов, при этом подача воздуха в цех регулируется до 80 фунтов на квадратный дюйм. Разделив требуемую силу на давление питания, получим минимальную площадь поршня 5 квадратных дюймов. Обратное рассмотрение формулы площади показывает, что диаметр цилиндра примерно 2,5 дюйма соответствует этому минимуму, но применение стандартного запаса прочности в 30% для учета трения и перепада давления увеличивает практический минимум примерно до 3,25 квадратных дюймов допустимой силы с поправкой на запас, что соответствует спецификации для цилиндра с диаметром цилиндра 3 дюйма как следующего стандартного размера. Этот же пошаговый процесс, начиная с требуемого усилия, применения запаса прочности, а затем округляя до следующего размера отверстия по каталогу, применяется независимо от конкретного применения.
Амортизация, контроль скорости и срок службы пневматических пневмоцилиндров
Пневматические цилиндры, которые внезапно останавливаются в конце своего хода, передают удар непосредственно на торцевые крышки, и в течение достаточного количества циклов это приводит к растрескиванию отливок, ослаблению рулевых тяг и преждевременному выходу из строя уплотнений. Амортизация решает эту проблему путем замедления поршня на заключительном участке хода, обычно на последних 0,5–1 дюйме хода, с использованием либо подушек с фиксированным отверстием, либо регулируемых подушек с игольчатым клапаном.
- В фиксированных подушках используется конический плунжер, который ограничивает выпуск воздуха с заданной скоростью, что не требует регулировки, но снижает стоимость.
- Регулируемые подушки позволяют технику точно регулировать замедление с помощью игольчатого клапана, что важно, когда вес полезной нагрузки варьируется в зависимости от производственного цикла.
- Цилиндры без амортизации обычно рассчитаны на легкие нагрузки и низкую частоту циклов, поскольку каждая остановка полностью зависит от механического поглощения ударов на торцевой крышке.
- Эластомерные подушки бампера, более простая альтернатива, поглощают часть удара с помощью резиновой накладки, а не дозируют воздух, обменивая некоторую эффективность амортизации на меньшее количество деталей.
Регулирование скорости воздушного цилиндра осуществляется отдельно от амортизации, обычно с помощью клапанов регулирования потока, установленных в каждом порту. Управление расходом на выходе, при котором клапан ограничивает выхлопной воздух, а не входящий воздух, обеспечивает более плавное и предсказуемое движение, чем управление на входе, особенно в вертикальных приложениях, где в противном случае сила тяжести может привести к тому, что поршень будет двигаться впереди подаваемого воздуха и заикаться.
Как размер трубопровода и выбор клапана влияют на фактическую скорость цилиндра
Теоретическая скорость цилиндра, основанная на номинальном расходе воздуха, редко соответствует той, которую можно увидеть на практике, поскольку трубки меньшего размера, длинные участки между клапаном и цилиндром и ограничительные фитинги — все это увеличивает сопротивление, которое воздуху приходится преодолевать. Регулирующий клапан, рассчитанный на заданный расход при определенном перепаде давления, все равно может не хватать воздуха в цилиндре, если трубка между клапаном и отверстием цилиндра слишком мала в диаметре или проложена с несколькими крутыми изгибами. Как правило, внутренний диаметр трубки должен выбираться таким образом, чтобы поддерживать скорость воздуха примерно на уровне 20–25 футов в секунду, чтобы избежать чрезмерного падения давления, а клапан следует устанавливать как можно ближе к цилиндру, насколько это позволяет применение, а не на отдаленном коллекторе.
Ожидания циклической жизни и что их сокращает
Срок службы правильно подобранного пневмоцилиндра обычно достигает нескольких миллионов циклов. перед заменой уплотнения при условии, что подаваемый воздух фильтруется для удаления твердых частиц и влаги и при условии, что цилиндр никогда не эксплуатировался под давлением выше номинального. Загрязненный воздух является единственной наиболее распространенной причиной преждевременного износа уплотнений в пневматических системах, опережая как перекос, так и избыточное давление. Высокая температура окружающей среды усугубляет этот эффект, поскольку тепло ускоряет химическое разрушение большинства стандартных уплотнительных смесей и уменьшает толщину смазочной пленки на стенке отверстия, одновременно увеличивая трение и скорость износа.
Методы смазки, продлевающие срок службы
Многие современные пневмоцилиндры поставляются предварительно смазанными долговечной смазкой, рассчитанной на номинальный срок службы без дополнительной смазки, и добавление к этим устройствам внешнего лубрикатора воздушной линии может фактически вымыть заводскую смазку и принести больше вреда, чем пользы. Напротив, старые цилиндры или цилиндры, не смазанные на весь срок службы, зависят от легкой масляной пленки, переносимой в потоке воздуха из линейного лубрикатора, и их эксплуатация без смазки приводит к ускоренному износу уплотнений в течение доли номинального количества циклов. Проверка требований производителя к смазке перед добавлением или снятием встроенного лубрикатора позволяет избежать обоих этих видов отказа.
Где пневматические цилиндры используются в промышленности
Пневматические цилиндры используются везде, где требуется контролируемое линейное толкание, тяга, подъем или зажим без сложной гидравлической жидкости или стоимости электрического линейного привода. Типичные области применения включают в себя:
- Оборудование для упаковки и паллетирования, позволяющее быстрыми и повторяемыми движениями помещать продукцию в картонные коробки или выравнивать коробки на линии.
- Зажимные приспособления сборочной линии, удерживающие детали устойчиво во время сварки, клепки или отверждения клея.
- Системы погрузочно-разгрузочных работ и сортировки материалов, в которых направляющие заслонки и толкатели перенаправляют продукцию на конвейер.
- Производство продуктов питания и напитков, где цилиндры из нержавеющей стали, рассчитанные на промывку, выдерживают частые циклы очистки.
- Деревообрабатывающее и штамповочное оборудование, где цилиндры приводят в движение прессы, зажимы и механизмы подачи.
- Сборка автомобилей, приведение в действие дверных фиксаторов, приспособлений для инструментов и инструментов для роботизированных наконечников.
- Оборудование для печати и обработки этикеток, в котором точные, повторяемые короткие ходы управляют натяжными роликами полотна и станциями резки.
- Машины для формования пластмасс и резины, работающие с выталкивателями форм и зажимающие половинки инструмента между циклами.
- Текстильное производство, где цилиндры управляют распространением ткани, режущими приспособлениями и натяжными устройствами.
Каждая из этих сред предъявляет к цилиндру разные требования. Цилиндру, предназначенному для промывки пищевых продуктов, необходим шток из коррозионностойкого материала и герметичные подшипники, а для штамповки металла необходима прочная конструкция тяги, рассчитанная на ударную нагрузку в каждом цикле. Выбор пневмоцилиндра без учета условий эксплуатации — одна из наиболее частых причин раннего выхода из строя, даже если расчеты силы и хода были верными.
Подробности применения упаковочных линий
В частности, в упаковочном оборудовании пневмоцилиндры обычно работают с высокой частотой циклов, часто несколько сотен циклов в час на непрерывной линии, что требует повышенного внимания как к амортизации, так и к качеству уплотнения. Здесь предпочтение отдается компактным цилиндрам с коротким ходом, потому что они помещаются в тесный корпус рамы упаковочной машины, и многие производители упаковочного оборудования используют цилиндры с предварительно смазанными на весь срок службы уплотнениями специально, чтобы избежать необходимости технического обслуживания, связанной с повторной смазкой десятков приводов, разбросанных по одной линии.
Применение тяжелого промышленного и мобильного оборудования
В более тяжелых промышленных условиях, таких как обработка стали, литейные заводы и мобильное оборудование, пневматические цилиндры выбирают не столько из-за скорости цикла, сколько из-за их устойчивости к грязным, высокотемпературным средам по сравнению с электрическим приводом, а также из-за амортизирующей сжимаемости воздуха по сравнению с жесткой гидравлической системой в приложениях, связанных с внезапными ударными нагрузками, такими как штамповка или механический стопор.
Воздушный цилиндр против гидравлического цилиндра против электрического линейного привода
Выбор между пневматическим цилиндром, гидравлическим цилиндром и электрическим линейным приводом зависит от плотности силы, требований к точности и условий эксплуатации. Пневматические цилиндры находятся в середине этого сравнения: они менее плотные, чем гидравлика, менее точные, чем электропривод с сервоприводом, но более простые, дешевые и более устойчивые к грязной или опасной среде, чем любой другой вариант.
| Атрибут | Воздушный цилиндр | Гидравлический цилиндр | Электрический привод |
|---|---|---|---|
| Усилие на размер отверстия | Умеренный | Очень высокий | От низкого до умеренного |
| Точность позиционирования | Низкий без дополнительных датчиков | Умеренный | Очень высокий |
| Чистота работы | Чисто, только воздух | Риск утечки жидкости | Чистый |
| Типичная первоначальная стоимость | Низкий | Умеренный to high | Умеренный to high |
| Скорость ответа | Быстро | Умеренный | Быстро, controllable |
Когда воздушный цилиндр — правильный выбор
Пневматические цилиндры имеют наибольший смысл, когда требуется быстрое, повторяемое движение между двумя фиксированными конечными точками, умеренное усилие и допуск на небольшую степень сжимаемости при движении. Они также являются выбором по умолчанию, если на объекте уже есть центральная подача сжатого воздуха, поскольку дополнительные затраты на добавление еще одного устройства с пневматическим приводом намного ниже, чем установка специального гидравлического силового агрегата или подключение сервопривода для одной оси движения.
Когда вместо этого следует рассмотреть гидравлические или электрические альтернативы
Приложения, требующие очень высокой силы в компактном отверстии, такие как тяжелые прессовые работы или подъем конструкций, обычно отдают предпочтение гидравлическим цилиндрам, поскольку гидравлическая жидкость по существу несжимаема и может находиться под давлением намного выше, чем сжатый воздух, без пропорционального увеличения размера цилиндра. Приложения, требующие точного, программируемого, многопозиционного управления, такие как роботизированный захват с переменными точками остановки, обычно лучше обслуживаются электрическим линейным приводом с сервоприводом или шаговым приводом, поскольку пневмоцилиндры по своей сути являются двухпозиционным устройством, если не добавлены дорогостоящие пропорциональные клапаны и датчики положения.
Материалы корпуса цилиндра и стандарты строительства
Материал цилиндра и торцевой крышки пневматического цилиндра определяет как его вес, так и его устойчивость к рабочей среде. Анодированный алюминий на сегодняшний день является наиболее распространенной конструкцией для стандартных промышленных пневмоцилиндров, предлагая хорошее соотношение прочности к весу и естественную коррозионную стойкость, подходящую для большинства производственных помещений внутри помещений. Конструкция из нержавеющей стали, хотя и более тяжелая и дорогостоящая, предназначена для мытья посуды, продуктов питания и напитков, фармацевтической промышленности и применения на открытом воздухе, где коррозионная стойкость имеет приоритет над весом.
Стандарты монтажа ISO, NFPA и VDMA
На рынке пневмоцилиндров доминируют два основных стандартизированных монтажных семейства: семейство ISO 15552 (ранее VDMA 24562), распространенное в Европе и Азии, и семейство NFPA, распространенное в Северной Америке. Цилиндры, изготовленные в соответствии с этими стандартами, имеют общие схемы расположения болтов, расположение портов и общие размеры корпуса у разных производителей, что означает, что цилиндр от одного поставщика часто можно заменить эквивалентной моделью от другого поставщика без изменения конструкции монтажного кронштейна или трубопроводов. Выбор цилиндра в соответствии с одним из этих признанных стандартов, а не с запатентованным типом кузова, является практическим способом избежать привязки к одному производителю для будущих запасных частей.
Обработка ствола и допуск на диаметр отверстия
Внутренняя поверхность цилиндра пневмоцилиндра обычно оттачивается до идеальной чистоты, поскольку более шероховатая поверхность отверстия ускоряет износ уплотнения и увеличивает трение отрыва - дополнительную силу, необходимую для перемещения поршня из мертвой точки. Твердо анодированные или хромированные поверхности отверстий продлевают срок службы при абразивных или многоцикловых операциях при скромных дополнительных затратах по сравнению со стандартным анодированным покрытием.
Техническое обслуживание, износ уплотнений и устранение распространенных проблем с воздушным цилиндром
Большинство отказов пневмоцилиндров происходит по одной из трех причин: загрязненный воздух, несоосность с нагрузкой или работа за пределами номинального диапазона давления или температуры. Распознавание ранних симптомов каждого из них помогает избежать незапланированных простоев.
Утечка воздуха через уплотнение поршня
Цилиндр, который медленно теряет удерживающую силу под давлением и на холостом ходу, что иногда называют проскальзыванием или дрейфом, обычно указывает на изношенное уплотнение поршня, позволяющее воздуху проходить с одной стороны поршня на другую. Это нормальный износ с течением времени, но его скорость резко ускоряется, если в подаваемый воздух попадает влага или накипь, поскольку твердые частицы истирают кромку уплотнения при каждом ходе.
Утечка через уплотнение штока и внешняя потеря воздуха
Воздух, выходящий вокруг самого штока поршня, часто видимый как слабое шипение или легкая пленка смазки, собирающаяся возле сальника штока, указывает на изношенное уплотнение штока или потертости на поверхности штока. Задиры на стержне часто возникают из-за боковой нагрузки из-за смещенного крепления, а не из-за самого уплотнения, поэтому замена уплотнения без исправления соосности обычно приводит к повторному отказу в течение короткого количества циклов.
Медленное или неустойчивое движение
Когда цилиндр двойного действия движется неравномерно или останавливается на полпути своего хода, наиболее распространенной причиной является частичное засорение воздухопровода, клапан недостаточного размера или слишком туго установленный клапан управления потоком. Перед заменой какого-либо компонента проверка давления питания в самом отверстии цилиндра, а не только на манометре компрессора, решает большую часть таких случаев, поскольку падение давления на длинных или узких участках трубок легко не заметить.
Диагностика того, какое уплотнение действительно изношено
Простой тест на утечку с мылом и водой, применяемый к сальнику штока и вокруг торцевых крышек, когда цилиндр находится под давлением и находится в неподвижном состоянии, быстро определяет, исходит ли утечка из уплотнения штока, прокладки торцевой крышки или фитинга, а не из внутреннего уплотнения поршня. Если пузырьки не появляются снаружи, но цилиндр все равно со временем теряет удерживающее давление, вероятной причиной является само уплотнение поршня, поскольку воздух проходит внутри из одной камеры в другую, а не выходит в атмосферу.
Рекомендуемый график профилактического обслуживания
Базовая процедура профилактического обслуживания пневматических цилиндров включает в себя ежемесячную проверку фильтров воздухопроводов, проверку поверхностей штоков на предмет задиров или точечной коррозии во время планового простоя, проверку затяжки монтажных болтов в соответствии со спецификацией и подтверждение того, что регулировка амортизации не сместилась после повторяющихся циклов ударов. Постоянное следование этой процедуре отличает цилиндр, достигший полного номинального срока службы, от цилиндра, требующего ранней замены.
| Предмет обслуживания | Рекомендуемая частота | Что проверить |
|---|---|---|
| Воздушный фильтр и слив | Ежемесячно | Скопление влаги, состояние фильтрующего элемента |
| Поверхность стержня | Ежеквартально | Задиры, точечная коррозия, коррозия |
| Монтажное оборудование | Ежеквартально | Момент затяжки болтов, растрескивание кронштейна |
| Регулировка амортизации | Раз в полгода | Смещение игольчатого клапана, ударный шум |
| Состояние уплотнения | Ежегодно или на этапе цикла | Внутренняя утечка, внешняя утечка |
Часто задаваемые вопросы о пневматических цилиндрах
В чем разница между пневмоцилиндром и пневмоприводом?
Пневматический цилиндр — это особый тип пневматического привода, обеспечивающий линейное движение. Более широкий термин «пневматический привод» также включает поворотные приводы, пневматические двигатели и мембранные приводы, поэтому каждый пневматический цилиндр является пневматическим приводом, но не каждый пневматический привод является цилиндром.
Как рассчитать выходную силу пневматического цилиндра?
Умножьте давление питания в фунтах на квадратный дюйм на площадь поршня в квадратных дюймах. Для приблизительной оценки возьмем диаметр отверстия, возведем его в квадрат, умножим на 0,785, а затем умножим на давление в линии. Вычтите примерно 10–15 % на трение и сопротивление уплотнения, чтобы получить реалистичную рабочую силу, а не теоретический максимум.
Может ли воздушный цилиндр работать на цеховом воздухе или для него нужен специальный компрессор?
Стандартный цеховой сжатый воздух подходит для большинства пневмоцилиндров, если он проходит через фильтр, регулятор и лубрикатор (блок FRL), прежде чем попасть в цилиндр. Пропуск фильтрации является основной причиной преждевременного износа уплотнений, независимо от того, насколько хорошо был спроектирован сам цилиндр.
Как долго обычно служат пневмоцилиндры, прежде чем потребуется ремонт?
При наличии чистого, сухого, правильно отрегулированного воздуха и правильного выравнивания большинство промышленных пневмоцилиндров совершают от одного до нескольких миллионов циклов, прежде чем потребуется замена уплотнения. Цилиндры, работающие в пыльных, влажных или высокотемпературных средах без надлежащей защиты, требуют значительно более короткого интервала обслуживания.
Почему мой пневмоцилиндр втягивается быстрее, чем выдвигается?
Обычно это происходит намеренно или является результатом разницы в площади поршня, а не дефекта. В стандартном цилиндре двойного действия эффективная площадь поршня на стороне штока меньше, чем на стороне крышки, поскольку сам шток вытесняет объем, поэтому один и тот же поток воздуха перемещает поршень быстрее при втягивании, чем при выдвижении. Если разница скоростей нежелательна, ее можно сбалансировать с помощью клапанов регулирования расхода на каждом порту.
Что вызывает остановку пневмоцилиндра под нагрузкой?
Остановка обычно означает, что имеющаяся сила при текущем давлении подачи слишком близка к фактической нагрузке, часто потому, что при спецификации не были учтены трение, сопротивление уплотнения или немного заниженный диаметр отверстия. Увеличение давления питания, увеличение диаметра отверстия или снижение нагрузки — вот три практических решения.
Может ли пневмоцилиндр удерживать груз в фиксированном положении в середине хода?
Ненадежно само по себе. Поскольку воздух сжимаем, стандартный воздушный цилиндр будет слегка смещаться под нагрузкой даже при заблокированных обоих портах, поскольку захваченный столб воздуха сжимается под давлением. В приложениях, требующих блокировки в середине хода, обычно добавляют механический стопорный цилиндр или внешний тормоз, а не полагаются только на давление захваченного воздуха.
В чем разница между компактным цилиндром и стандартным цилиндром с рулевой тягой?
В компактном пневмоцилиндре используется более короткий, часто квадратный или круглый корпус без рулевой тяги, чтобы минимизировать общую длину для данного диаметра отверстия и хода, жертвуя некоторой удобством обслуживания в полевых условиях за меньшую занимаемую площадь при установке. Стандартные цилиндры с рулевой тягой длиннее при том же ходе поршня, но их можно полностью восстановить с использованием стандартных сменных комплектов уплотнений, что делает их более распространенным выбором в тех случаях, когда ожидается долгосрочное обслуживание в полевых условиях.
Требуется ли для работы пневмоцилиндров определенное минимальное давление воздуха?
Большинство стандартных пневмоцилиндров начинают создавать полезную силу при давлении от 15 до 20 фунтов на квадратный дюйм, хотя трение и сопротивление уплотнения потребляют большую пропорциональную долю доступной силы при низком давлении. Приложения с легкими нагрузками могут успешно работать при пониженном давлении, что позволит сэкономить затраты на энергию для сжатого воздуха, при условии, что уменьшенная сила по-прежнему с запасом превышает нагрузку.
Как выбрать корпус цилиндра из алюминия или нержавеющей стали?
Алюминиевые корпуса легче и дешевле, что делает их стандартными для стандартного промышленного использования внутри помещений. Корпуса из нержавеющей стали выбираются, когда цилиндр будет подвергаться воздействию моющих химикатов, высокой влажности, погодным условиям на открытом воздухе или требованиям пищевой и фармацевтической гигиены, поскольку нержавеющая сталь устойчива к коррозии, которая в противном случае со временем привела бы к разрушению алюминиевой бочки в таких условиях.
