Почти для каждой автоматизированной машины, которой требуется точное, повторяемое линейное движение, требуется цилиндр двойного действия это стандартный выбор. Вывод прост: когда вам требуется контролируемое усилие как в направлении выдвижения, так и в направлении втягивания, цилиндр двойного действия превосходит цилиндр одностороннего действия по гибкости, регулированию скорости и общей надежности процесса. Это справедливо как для пневмосистем, так и для гидравлических систем, хотя рабочая среда различается.
Основная причина заключается в том, что в цилиндре двойного действия жидкость находится под давлением с обеих сторон поршня. Переключая каналы подачи и выпуска, поршень можно активно толкать в любом направлении. Это контрастирует с цилиндром одностороннего действия, который возвращается в исходное положение за счет пружины, силы тяжести или внешней нагрузки. В результате цилиндры двойного действия обеспечивают полностью контролируемый ход, более высокую эксплуатационную гибкость и зачастую более высокую энергоэффективность в циклических приложениях.
С точки зрения покупки и проектирования это означает, что вы должны оценить размер отверстия цилиндра, ход поршня, рабочее давление, амортизацию и способ крепления. Неправильно подобранный цилиндр приводит к слабой тяге, преждевременному износу уплотнений или чрезмерному расходу воздуха. Понимание принципов работы и критериев выбора поможет вам избежать этих рисков и добиться долгосрочной производительности.
Что такое цилиндр двойного действия?
Цилиндр двойного действия представляет собой линейный привод, имеющий два рабочих канала, по одному на каждом конце цилиндра. Воздух под давлением или гидравлическое масло поступает в один порт, приводя поршень в движение вперед, а другой порт открыт для выпуска или возврата. Изменение направления потока притока и выхлопа заставляет поршень двигаться назад. Эта возможность двунаправленной силы отличает его от цилиндра одностороннего действия, который имеет только одну камеру под давлением.
Основные компоненты включают в себя цилиндр цилиндра, поршень, шток поршня, переднюю и заднюю торцевые крышки, уплотнения поршня, уплотнения штока и обычно один или два амортизирующих механизма. Поршень делит цилиндр на две камеры: конец колпачка, который представляет собой большую площадь за поршнем, и конец штока, который представляет собой меньшую область рядом со штоком поршня. Разница в эффективной площади означает, что сила выдвижения естественно выше, чем сила втягивания при том же давлении, что является ключевым фактором при выборе размера цилиндра.
Пневматические и гидравлические цилиндры двустороннего действия
Один и тот же геометрический принцип применим как к пневматическим, так и к гидравлическим цилиндрам, однако рабочие характеристики существенно различаются. Пневматические цилиндры двойного действия работают на сжатом воздухе при обычном давлении от 0,4 до 0,7 МПа (от 4 до 7 бар), обеспечивая меньшую силу, но очень быстрое срабатывание. В гидравлических цилиндрах двойного действия используется минеральное масло или жидкости на водной основе под давлением часто от 7 до 35 МПа (от 70 до 350 бар), что создает гораздо более высокую силу с более плавным и точным управлением движением.
| Параметр | Пневматический | Гидравлический |
|---|---|---|
| Рабочая среда | Сжатый воздух | Гидравлический oil |
| Типичное давление | 0,4–0,7 МПа | 7–35 МПа |
| Относительная сила | Нижний | Высшее |
| Скорость срабатывания | Быстро | Медленнее |
| Контроль положения | Умеренный | Точный |
| Стоимость системы | Нижний | Высшее |
Как работает цилиндр двойного действия?
Принцип работы прост: жидкость под давлением воздействует поочередно на обе стороны поршня, создавая линейное движение. Когда порт на конце крышки находится под давлением, а порт на конце штока открыт для бака или выхлопных газов, шток поршня выдвигается. Когда подача переключается на порт на конце штока и порт на конце крышки исчерпывается, шток поршня втягивается. Это переключение достигается с помощью гидрораспределителя, например, двухпозиционного пятиходового электромагнитного клапана в пневматических системах или четырехходового гидрораспределителя в гидравлических контурах.
Контроль скорости достигается за счет регулирования потока воздуха или масла из выпускного отверстия. В пневматических системах широко распространены выпускные дроссельные заслонки. В гидравлических системах регулирующие клапаны расхода используются для предотвращения скачков давления и обеспечения плавного замедления. Эффективная амортизация в конце хода имеет решающее значение для предотвращения механических ударов и повреждения поршня; регулируемые демпфирующие клапаны или внешние гидравлические амортизаторы используются при высоких инерционных нагрузках.
Типичная схема пневматических систем состоит из воздушного фильтра, регулятора давления, лубрикатора, распределительного клапана и двух клапанов регулирования скорости. Распределительный клапан обычно представляет собой двойной электромагнитный клапан, который позволяет цилиндру удерживать свое последнее положение при обесточивании. Это особенно полезно в приложениях зажима, связанных с безопасностью.
Цилиндры двойного и одностороннего действия
Ключевое отличие состоит в том, что цилиндр двойного действия обеспечивает контролируемую силу и движение в обоих направлениях, тогда как цилиндр одностороннего действия обеспечивает силу только в одном направлении. В цилиндрах одностороннего действия для возврата поршня используется пружина, сила тяжести или внешняя нагрузка, а это означает, что обратный ход невозможно жестко контролировать. Для применений, где цикл требует как толкания, так и вытягивания, или где важна точность, подходящим выбором будет цилиндр двойного действия.
| Сравнение | Одностороннего действия | Двойное действие |
|---|---|---|
| Направление силы | Только одно направление | Оба направления |
| Обратный ход | Пружина/сила тяжести/нагрузка | Жидкость под давлением |
| Контроль положения | Ограничено по возврату | Полный контроль |
| Типичное использование | Зажим, выталкивание, открытие ворот | Автоматизация, робототехника, прессовое оборудование |
| Стоимость | Нижний | Высшее |
На практике более 90% пневматических приводов, используемых в общей автоматизации, имеют двойное действие, поскольку они позволяют легко регулировать скорость обоих ходов и могут создавать удерживающее усилие, когда клапан находится под напряжением. Цилиндры одностороннего действия по-прежнему полезны, когда пространство ограничено, возвратная сила не имеет решающего значения или когда безопасность требует пружинного возврата.
Типы цилиндров двойного действия
Цилиндры двустороннего действия доступны в нескольких механических конфигурациях, каждая из которых рассчитана на особые условия монтажа, длину хода и условия нагрузки. Выбор правильного типа так же важен, как и выбор правильного размера отверстия.
Стандартные цилиндры с рулевой тягой
Эти цилиндры имеют традиционную конструкцию с рулевыми тягами, с четырьмя стальными стержнями, удерживающими вместе торцевые крышки. Они широко используются в автоматизации общего назначения и часто соответствуют стандарту ISO 15552. Серия SC представляет собой классический пример, предлагающий несколько вариантов монтажа и размеры отверстий от 32 мм до 100 мм.
Стандартный цилиндр с рулевой тягой серии SC компактного дизайна Этот цилиндр со рулевой тягой имеет компактную длину по сравнению с типами ISO 15552, имеет надежную конструкцию и регулируемую амортизацию. Подходит для общей автоматизации, может работать при температуре до 150°C с высокотемпературными уплотнениями. Просмотреть продукт → Тонкие цилиндры
Тонкие цилиндры, такие как серия CQ2, имеют компактный профиль корпуса, предназначенный для ограниченного пространства для установки. Они обеспечивают большую силу, сохраняя при этом осевую длину. Они широко распространены в зажимных приспособлениях, стопорах конвейеров и компактных рамах машин.
Тонкий цилиндр серии CQ2 для ограниченного пространства для установки Этот компактный цилиндр экономит осевое пространство, обеспечивая при этом большую силу. Его невыступающий магнитный переключатель повышает безопасность и удобство использования, а улучшенная водонепроницаемая конструкция подходит для сред с водой и охлаждающей жидкостью. Просмотреть продукт → Миниатюрные цилиндры
Миницилиндры, включая серии MA, MAL, MI и CJ2, используются в небольшом прецизионном оборудовании, где вес и пространство имеют решающее значение. Доступны версии корпуса из нержавеющей стали для пищевой промышленности или агрессивных сред.
Бесштоковые цилиндры
Бесштоковые цилиндры, такие как серия CY1, используют магнитную или механическую муфту для передачи усилия на внешнюю каретку. Длина их хода не ограничена изгибом штока поршня, что делает их идеальными для применения в системах с длинным ходом в погрузочно-разгрузочных работах и системах открывания дверей.
Бесштоковый цилиндр с подшипником скольжения серии CY1S Используя магнитную муфту для передачи силы, этот бесштоковый цилиндр экономит место и изолирует двигатель от статора. Направляющая подшипника скольжения и долговременная смазка обеспечивают плавную, не требующую технического обслуживания работу в пыльных средах или средах с небольшим количеством брызг. Просмотреть продукт → Многоосные и направляющие цилиндры
Многоосные цилиндры, в том числе серии CXS и MGP, имеют два или более стержня или направляющих стержня, которые предотвращают вращение и противостоят боковым нагрузкам. Они используются в прецизионных механизмах захвата и перемещения, где инструмент не должен вращаться и где требуется высокая боковая устойчивость.
Поворотные зажимные цилиндры
Поворотные зажимные цилиндры, такие как серия MK, сочетают линейную силу зажима с вращательным движением на 90 градусов. Они широко используются в сварочных приспособлениях и сборочных приспособлениях для удержания деталей на месте, избегая при этом помех при загрузке и разгрузке деталей.
Как правильно выбрать цилиндр двойного действия
Самый надежный способ выбрать цилиндр двустороннего действия — определить требуемую выходную силу, длину хода, скорость, рабочий цикл и доступное пространство для установки. После этого убедитесь, что предполагаемый цилиндр соответствует рабочему давлению, требованиям к амортизации и схеме монтажа для вашего применения.
Размер отверстия и выходная сила
Сила рассчитывается как давление, умноженное на эффективную площадь поршня. Для пневматического цилиндра с давлением 0,5 МПа (5 бар) цилиндр диаметром 63 мм создает усилие выдвижения примерно 1558 Н. Когда диаметр штока поршня составляет 20 мм, сила втягивания падает примерно до 1397 Н. Всегда подбирайте цилиндр с учетом большей из двух сил, необходимых в цикле.
- Рассчитать максимальную нагрузку , включая силы трения и ускорения.
- Преобразование в необходимую тягу используя фактическое рабочее давление.
- Выбирайте наименьшее отверстие это дает как минимум 25% запаса по сравнению с требуемым усилием.
Длина хода
Выбор хода зависит от расстояния, которое должен пройти груз. Большинство производителей предлагают стандартный ход с допуском ±1 мм. Для промежуточного позиционирования используйте цилиндры с магнитным поршнем и боковыми магнитными переключателями или комбинируйте их с внешними датчиками для управления с обратной связью.
Скорость и амортизация
Высокоскоростное движение увеличивает риск удара в конце пути. Большинство цилиндров двойного действия имеют встроенную воздушную амортизацию, но при тяжелых нагрузках или высоких скоростях могут потребоваться внешние гидравлические амортизаторы для защиты машины и самого цилиндра. Проверьте, регулируется ли амортизация и достаточна ли выпускная мощность клапанов регулирования скорости для вашего времени цикла.
Факторы монтажа и окружающей среды
Способы крепления включают крепления на ножках, фланцевые крепления, рым-болты на конце стержня и задние цапфы. Крепление должно соответствовать направлению нагрузки и предотвращать боковые воздействия. Для суровых условий выбирайте варианты со штоком и корпусом из нержавеющей стали или добавьте защитные сильфоны для защиты штока поршня от пыли и влаги.
Распространенное применение цилиндров двойного действия
Цилиндры двойного действия доминируют в автоматизированном производственном, упаковочном и погрузочно-разгрузочном оборудовании, поскольку они могут выполнять как толкающие, так и тянущие операции под полным контролем. Они используются при сборке, зажиме, подъеме, сортировке и робототехнике.
Например, на упаковочной линии цилиндр двойного действия может выдвигаться, чтобы поместить коробку на конвейер, а затем втягиваться, чтобы пропустить следующую коробку. В сварочном приспособлении цилиндр двойного действия применяет силу зажима и удерживает заготовку до завершения цикла сварки. Затем цилиндр освобождается и позволяет роботу снять деталь.
Переход к «умным» заводам и гибкому производству увеличил спрос на надежные пневматические приводы. Как подчеркивается в анализ отрасли пневматических цилиндров интеграция пневматических цилиндров с электронными датчиками и управлением ПЛК стала стандартной практикой, что повышает производительность и повторяемость.
Кроме того, наблюдается тенденция к производству с более высокой добавленной стоимостью и более передовым технологиям. интеграция цепочки поставок означает, что приводы должны быть надежными в течение миллионов циклов. Цилиндры двустороннего действия с прочными уплотнениями, точной амортизацией и простотой обслуживания необходимы для минимизации времени простоя.
Советы по установке и обслуживанию
Правильная установка и регулярное техническое обслуживание – наиболее эффективные способы продлить срок службы цилиндра двойного действия. Основными рисками являются структурное смещение, загрязнение сжатого воздуха и недостаточная смазка.
Рекомендации по установке
- Используйте плавающее соединение между штоком поршня и грузом для компенсации незначительного несоосности.
- Установите F.R.L. единицы (фильтр, регулятор, лубрикатор) на входе для удаления влаги и частиц масла из сжатого воздуха.
- Выровняйте ось цилиндра с направлением движения груза для предотвращения боковой нагрузки на шток поршня.
- Используйте клапаны регулирования скорости на выпускных отверстиях для ограничения максимальной скорости и уменьшения силы удара.
Профилактическое обслуживание
- Слив конденсата из воздушного ресивера и фильтров ежедневно.
- Осмотр штока поршня на наличие царапин, коррозии или точечной коррозии каждые 1000 часов работы.
- Проверьте амортизирующие иглы и отрегулируйте их, если удар в конце хода станет резким.
- Заменить уплотнения когда утечка становится видимой или когда цилиндр демонстрирует уменьшенное усилие. Типичный срок службы уплотнения составляет от 200 000 до 500 000 циклов в зависимости от скорости, температуры и нагрузки.
Часто задаваемые вопросы о цилиндрах двустороннего действия
Что такое цилиндр двойного действия?
Цилиндр двойного действия представляет собой линейный привод, в котором жидкость под давлением действует поочередно на обе стороны поршня. Он имеет два рабочих порта и может создавать усилие как в направлении выдвижения, так и в направлении втягивания.
Чем цилиндр двустороннего действия отличается от цилиндра одностороннего действия?
Цилиндр одностороннего действия имеет одну камеру под давлением, а возврат осуществляется за счет пружины или внешней нагрузки. Цилиндр двойного действия имеет две камеры и использует давление жидкости в обоих направлениях, обеспечивая полный контроль над обратным ходом.
Можно ли использовать цилиндр двойного действия как цилиндр одностороннего действия?
Да. Вы можете подключить только один порт к источнику давления, а другой порт оставить вентилируемым в атмосферу или обратную линию, но вы не получите никакой выгоды. Неиспользуемый порт должен оставаться свободным, иначе цилиндр заблокируется из-за захваченной жидкости.
Как рассчитать силу цилиндра двустороннего действия?
Для выдвинутого хода сила равна рабочему давлению, умноженному на полную площадь поршня. Для хода втягивания сначала вычтите площадь поперечного сечения штока поршня. Пример при давлении 0,5 МПа с диаметром отверстия 63 мм и стержнем 20 мм: усилие выдвижения составляет около 1558 Н, а усилие втягивания — около 1397 Н.
В чем разница между пневматическими и гидравлическими цилиндрами двойного действия?
Пневматические цилиндры используют сжатый воздух, они быстрее и легче, но создают меньшую силу. Гидравлические цилиндры используют масло под высоким давлением, обеспечивают более высокую силу и лучший контроль положения, но требуют гидравлического насоса и стоят дороже.
Почему мой цилиндр двустороннего действия движется медленно?
Обычными причинами являются недостаточная подача воздуха или масла, ограниченный путь выхлопа, падение давления в линии подачи или неправильно отрегулированные клапаны регулирования скорости. Проверьте размер порта клапана, диаметр трубки и F.R.L. настройки.
Какова максимальная длина хода цилиндра двустороннего действия?
Для стандартных пневмоцилиндров доступен ход примерно до 2000 мм. Помимо этого, возникает опасность коробления штока поршня, поэтому рекомендуется использовать бесштоковый или направляющий цилиндр. Гидравлические цилиндры могут достигать гораздо более длинных ходов из-за более высокой жесткости конструкции.
