Цилиндр двойного действия: как он работает, типы и руководство по выбору

Что такое цилиндр двойного действия и почему он доминирует в промышленной автоматизации

Цилиндр двойного действия, также называемый цилиндром двойного действия. воздушный цилиндр — представляет собой пневматический или гидравлический привод, в котором используется жидкость под давлением или сжатый воздух для приведения в движение поршня как в направлении выдвижения, так и втягивания. В отличие от конструкции одностороннего действия, в которой для возврата поршня используется пружина или сила тяжести, цилиндр двойного действия обеспечивает контролируемое усилие для обоих ходов. Это делает его доминирующим выбором приводов в производстве, упаковке, робототехнике и автоматизации во всем мире.

Основной принцип работы прост: два порта расположены на противоположных концах цилиндра. Когда сжатый воздух поступает в порт A, он толкает поршень вперед (ход выдвижения), а воздух выходит через порт B. Для втягивания подача воздуха переключается — сжатый воздух поступает в порт B, перемещая поршень назад, и воздух выходит через порт A. Направляющий распределительный клапан, обычно электромагнитный клапан 5/2 или 4/2, переключает эти пути воздушного потока по команде. Результатом является плавное, повторяемое, двунаправленное линейное движение, с которым цилиндр с пружинным возвратом просто не может сравниться по скорости, точности и постоянству.

Пневмоцилиндры двойного действия составляют большую часть пневмоприводов, установленных на современных производственных линиях. , и как только вы поймете лежащую в их основе механику, причина станет очевидной. В этом руководстве описано все, что нужно инженерам и группам технического обслуживания: принципы работы, анатомия компонентов, расчеты усилий, ключевые варианты, сравнительные данные по цилиндрам одностороннего действия, критерии выбора и передовой опыт технического обслуживания.

Как работает воздушный цилиндр двойного действия: последовательность полного хода

Понимание последовательности хода пневмоцилиндра двойного действия необходимо, прежде чем выбирать его для любого применения. Рабочий цикл состоит из четырех узнаваемых этапов, которые повторяются для каждого рабочего цикла.

Этап 1 — Положение отдыха

В состоянии покоя поршень находится внутри цилиндра, шток полностью втянут. Оба порта закрыты или выведены в атмосферу в зависимости от конфигурации клапана. Никакое давление воздуха не действует ни на одну из сторон поршня. Уплотнения на поршне и штоке предотвращают утечку воздуха, когда система находится под давлением в любом направлении.

Этап 2 — Удлинение хода

Сжатый воздух поступает через порт задней камеры (торец крышки/порт A). Давление воздуха действует на всю площадь отверстия поршня, создавая направленную наружу силу тяги. Из камеры со стороны штока одновременно выпускается воздух через порт B. Поршень и шток продвигаются вперед до тех пор, пока шток не достигнет полного хода или не коснется механического упора. Это рабочий ход в большинстве случаев — толкании, зажиме, прессовании или позиционировании груза.

Этап 3 — Удержание полного выпрямления

При полном выдвижении поддерживается давление питания, удерживающее поршень в нужном положении. Амортизирующие устройства — воздушные подушки, встроенные в торцевые крышки — стравливают остаточный воздух, замедляя поршень непосредственно перед тем, как он ударится о торцевую крышку, что значительно снижает удар и продлевает срок службы цилиндра. Датчики конца хода или бесконтактные переключатели (типы магнитных поршней) сигнализируют системе управления о том, что цилиндр достиг нужного положения.

Этап 4 — Ход ретракции

Распределительный клапан переключается, подключая сжатый воздух к порту B (конец штока) и выпуская воздух из порта A. Поскольку шток занимает часть площади отверстия со стороны штока, площадь эффективной силы меньше — это означает, что сила втягивания немного меньше, чем сила выдвижения при том же давлении подачи. Однако скорость втягивания на самом деле выше скорости выдвижения по той же причине: тот же объемный поток воздуха заполняет меньшую камеру, поэтому поршень движется быстрее. После хода втягивания цилиндр возвращается на ступень 1, и цикл повторяется.

Эта простая четырехступенчатая последовательность делает цилиндр двойного действия таким мощным в условиях большого цикла. Нет зависимости от пружины, сила которой снижается по мере усталости, а также от гравитации или внешней нагрузки для возврата поршня. Система управления с точностью диктует каждое движение.

Ключевые компоненты цилиндра двойного действия

Пневматический цилиндр двойного действия может показаться обманчиво простым снаружи, но его производительность зависит от правильной работы каждого внутреннего компонента. Вот разбивка важнейших частей:

Цилиндрический ствол (трубка)

Ствол – это основная часть цилиндра. Чаще всего он изготавливается из алюминиевого сплава (распространенного в пневматических цилиндрах для снижения веса), нержавеющей стали (для агрессивных сред) или углеродистой стали (для гидроцилиндров под высоким давлением). Внутренняя поверхность отверстия отточена до идеальной чистоты, чтобы свести к минимуму трение и обеспечить правильный контакт уплотнений на протяжении всего хода. Диаметры отверстий стандартных пневматических цилиндров обычно составляют от 8 мм до 320 мм, а некоторые специальные конструкции превышают этот диапазон.

Поршень

Поршень – это скользящий элемент, который делит цилиндр на две камеры давления. Он оснащен поршневыми уплотнениями (обычно уплотнительными кольцами из NBR или полиуретана и манжетными уплотнениями), которые поддерживают перепад давления между двумя сторонами, сводя к минимуму трение. Многие современные поршни цилиндров двойного действия имеют встроенное магнитное кольцо, позволяющее внешним магнитным бесконтактным переключателям определять положение поршня, не проникая в стенку цилиндра, что является ключевой особенностью систем обратной связи автоматизации.

Поршень Rod

Шток поршня передает линейную силу, создаваемую поршнем, на внешнюю нагрузку. Твердое хромирование является стандартной обработкой поверхности пневматических штоков. Оно обеспечивает стойкость к коррозии и поверхность с низким коэффициентом трения, по которой может сталкиваться уплотнение штока. Диаметры стержней выбираются исходя из сжимающей и растягивающей нагрузки, которую они должны выдерживать без коробления. В цилиндрах с длинным ходом диаметр штока часто превышает диаметр цилиндра поршня, чтобы предотвратить коробление под действием боковых нагрузок.

Торцевые крышки (крышки головки и крышки)

Две торцевые крышки закрывают ствол с каждого конца. Крышка со стороны штока (крышка головки) содержит уплотнение штока и грязесъемник, которые предотвращают утечку воздуха вдоль штока и не допускают попадания внешних загрязнений в цилиндр. Крышка со стороны крышки (глухой конец) герметизирует противоположный конец. Обе торцевые крышки содержат впускные/выпускные порты. Согласно спецификациям основных производителей цилиндров ISO, литые под давлением алюминиевые торцевые крышки могут снизить общий вес цилиндра двойного действия примерно на 50% по сравнению с традиционными версиями из обработанной стали.

Уплотнения

Уплотнения являются наиболее чувствительными к техническому обслуживанию компонентами любого пневмоцилиндра. В типичном пневмоцилиндре двойного действия используются: поршневые уплотнения (для удержания воздуха между камерами), штоковые уплотнения (для предотвращения выхода воздуха вдоль штока), грязесъемные уплотнения (для соскабливания загрязнений с поверхности штока при его втягивании) и статические уплотнительные кольца на портах и ​​сопрягаемых поверхностях торцевой крышки. Выбор материала — NBR для общего использования, FKM (Витон) для высоких температур или химического воздействия, ПТФЭ для низкого трения — существенно влияет как на производительность, так и на срок службы.

Устройства на воздушной подушке

В конце каждого хода амортизирующий выступ или втулка на штоке поршня входит в амортизирующий карман в торцевой крышке, удерживая небольшой объем воздуха. Захваченный воздух сжимает и замедляет поршень, прежде чем он коснется торцевой крышки. Регулируемые игольчатые клапаны на торцевой крышке позволяют регулировать скорость прокачки подушки для различных нагрузок и скоростей. Хорошо отрегулированная амортизация может на порядок продлить срок службы цилиндров при работе на высоких скоростях и с большими нагрузками.

Порты и фитинги

Стандартные пневматические цилиндры соответствуют требованиям к резьбе портов ИСО 15552 или ИСО 6432 (серия UNITOP/compact) — обычно M5, G 1/8, G 1/4, G 3/8 или G 1/2, в зависимости от размера отверстия и требований к расходу. Порты меньшего размера по сравнению с размером отверстия являются одной из наиболее частых причин низкой производительности цилиндров двойного действия в полевых условиях, поскольку они ограничивают поток сжатого воздуха в камеры и из них.

Расчеты силы и скорости для пневмоцилиндров двойного действия

Правильный размер цилиндра двойного действия требует расчета как силы тяги, так и скорости цилиндра. Правильное получение этих цифр на этапе проектирования предотвращает превышение номинальных размеров (бесполезная трата воздуха и денег) и занижение номинальных размеров (цилиндр глохнет под нагрузкой или работает слишком медленно).

Усилие расширения

Теоретическая сила тяги выдвижения пневмоцилиндра двойного действия рассчитывается как:

F_extend = P × A_bore = P × (π/4) × D²

Где P — давление подачи (в Па или бар), D — диаметр отверстия (в метрах или мм). Для цилиндра диаметром 63 мм, работающего при давлении 6 бар (0,6 МПа), теоретическая сила растяжения составляет примерно 1870 Н (около 190 кгс). На практике для получения полезной силы тяги применяется коэффициент вычета трения в размере 5–10%. При выборе размера отверстия всегда добавляйте запас прочности не менее 25–30 % сверх требуемой силы нагрузки.

Сила втягивания

Сила втягивания всегда меньше силы выдвижения, поскольку шток поршня занимает часть площади отверстия со стороны штока:

F_retract = P × (A_отверстие − A_стержень) = P × (π/4) × (D² − d²)

Где d – диаметр стержня. Для того же цилиндра диаметром 63 мм со штоком 20 мм сила втягивания падает примерно до 1682 Н при давлении 6 бар — примерно на 10 % меньше, чем сила выдвижения. Эту асимметрию необходимо учитывать, когда ход втягивания должен подниматься или работать против нагрузки, а не просто свободно возвращаться.

Поршень Speed

Скорость цилиндра регулируется объемным потоком воздуха в активную камеру. Стандартные рабочие скорости пневматических цилиндров двойного действия находятся в диапазоне от 50 мм/с до 1000 мм/с, при этом скорости, регулируемые с помощью клапанов регулирования расхода, обычно устанавливаются в диапазоне 100–500 мм/с для большинства применений промышленной сборки и зажима. При очень высоких скоростях, таких как пневматические прессы на упаковочных линиях, скорость может достигать 1,5–2 м/с, поэтому при таких скоростях решающее значение имеет правильное торцевое демпфирование.

Виды цилиндров двойного действия: выбор подходящего варианта

Не все цилиндры двойного действия одинаковы. Существует несколько вариантов конструкции, отвечающих различным требованиям к управлению движением, ограничениям по пространству и условиям нагрузки.

Стандартный одноштоковый пневмоцилиндр двойного действия

Это наиболее широко используемый тип — один шток поршня, выступающий из одного конца ствола. Он соответствует стандартам ISO 15552 (ранее ISO 6431) для применения в условиях средней нагрузки, имеет размеры отверстия от 32 мм до 320 мм и ход поршня обычно до 2000 мм. Асимметричная силовая характеристика (более высокая сила выдвижения, чем сила втягивания) подходит для большинства случаев применения в сборочных линиях, зажимных приспособлениях и конвейерных системах.

Двухштоковый цилиндр двустороннего действия

Двухштоковый цилиндр двойного действия имеет поршневые штоки, выступающие от обоих концов цилиндра. Поскольку площадь поперечного сечения штока одинакова с обеих сторон поршня, силы выдвижения и втягивания одинаковы. Это важно в приложениях, где требуется синхронизация толчка и тяги с равной силой. Варианты с двойным стержнем также используются, когда работу необходимо выполнять одновременно на обоих концах хода — например, приведение в действие двух параллельных приспособлений для инструментов от одного привода. Литые под давлением алюминиевые торцевые крышки для конструкций с двумя стержнями позволяют снизить общий вес примерно на 50 % по сравнению с чугунными аналогами того же размера отверстия.

Компактный/короткоходовой цилиндр двустороннего действия (ИСО 21287)

Компактные цилиндры соответствуют стандартам ISO 21287. Они предназначены для установки в тесных пространствах, где полноразмерный цилиндр ISO 15552 не поместится. Размеры отверстий варьируются от 20 до 100 мм, а ход обычно от 10 до 80 мм. Несмотря на небольшой размер, они обеспечивают полное двунаправленное управление двойного действия, что делает их популярными в оборудовании для обработки печатных плат, небольших сборочных приспособлениях и автоматизации производства электроники.

Цилиндр двустороннего действия с направляющими (двойной шток)

В управляемом пневмоцилиндре двойного действия используются два параллельных направляющих стержня, соединенных с траверсой на конце стержня. Это исключает вращение штока и значительно уменьшает отклонение боковой нагрузки по сравнению со стандартным цилиндром с одним штоком. Когда приложение связано с боковыми силами или моментными нагрузками (например, с захватным рычагом робота, вертикальным подъемным приспособлением или инструментальной пластиной, которая должна оставаться точно параллельной), направляемый цилиндр предотвращает смещение поршня от оси. Бронзовые втулки или линейные шарикоподшипники в корпусах направляющих стержней определяют грузоподъемность и срок службы; Конструкция бронзовых втулок выдерживает более тяжелые боковые нагрузки, а типы шарикоподшипников обеспечивают меньшее трение при высокой частоте циклов.

Бесштоковый цилиндр двустороннего действия

В бесштоковом цилиндре двойного действия поршень приводит в движение внешнюю каретку вдоль корпуса цилиндра, а не выталкивает шток с одного конца. Отсутствие выступающего штока означает, что общая длина установки равна длине хода, а не удваивается, как в случае с обычным штоковым цилиндром. Доступны бесштоковые цилиндры с магнитной или механической связью, при этом соединенный тип выдерживает значительно более высокие боковые нагрузки. Возможна длина хода до 5000 мм и более, что делает бесштоковые цилиндры двойного действия стандартным выбором для погрузочно-разгрузочных работ с большим ходом, портальных направляющих и систем линейной транспортировки.

Роторный цилиндр двустороннего действия

Поворотные приводы используют принцип двойного действия для создания углового (вращательного) выходного движения, а не линейного движения. Поворотные пневмоцилиндры двойного действия лопастного и реечного типа могут производить вращение на 90°, 180° или 270° в обоих направлениях, при этом выходной крутящий момент контролируется давлением воздуха и площадью лопасти/поршня. Они широко используются в приводах клапанов, поворотных индексирующих столах и роботизированных запястьях.

Цилиндр двойного действия против цилиндра одностороннего действия: практическое сравнение

Выбор между цилиндром двойного действия и цилиндром одностороннего действия является одним из наиболее распространенных решений при проектировании пневматических систем. Оба используют сжатый воздух в качестве источника энергии, но их рабочие характеристики существенно различаются по нескольким параметрам.

Один момент, который часто упускают из виду: цилиндры одностороннего действия потребляют меньше сжатого воздуха за цикл, поскольку при обратном ходе используется запасенная энергия пружины, а не сжатый воздух. Однако, противодействующая сила пружины во время растяжения снижает полезную тягу , а по мере того, как пружина устает в течение десятков тысяч циклов, снижается как возвратная сила, так и точность. Цилиндр двойного действия обеспечивает стабильную производительность независимо от количества циклов, что делает его более экономичным решением в течение нескольких лет эксплуатации для любого приложения, работающего более одной смены в день.

Промышленное применение пневмоцилиндров двойного действия

Цилиндры двойного действия используются практически во всех отраслях современного производства и обработки. Ниже приведены области применения с наибольшим объемом, а также конкретные случаи использования, которые иллюстрируют, почему двунаправленное пневматическое срабатывание является предпочтительным решением.

Автоматизированные сборочные и производственные линии

На высокоскоростных сборочных линиях пневматические цилиндры двойного действия приводят в движение устройства захвата и перемещения, устройства подачи деталей, спусковые механизмы и направляющие перемещения. Частота циклов составляет от 60 до 120 ходов в минуту, а точное, повторяемое движение пневматического цилиндра двойного действия обеспечивает стабильное позиционирование детали в каждом цикле. Единственное смещение, вызванное неравномерным возвратом пружины, как это происходит с изношенными цилиндрами одностороннего действия, может привести к бракованию узлов и дорогостоящему простою.

Упаковочное и печатное оборудование

Монтаж коробок, складывание клапанов, запечатывание и регулировка роликов на упаковочных линиях выполняются с помощью цилиндров двойного действия. Двунаправленное управление позволяет одному цилиндру открывать и закрывать заслонку вместо использования двух отдельных приводов. В печатном оборудовании цилиндры регулировки зазора между валками должны обеспечивать одинаковое усилие как в направлении прессования, так и в направлении отпускания — требование, которому может постоянно соответствовать только конструкция двойного действия.

Зажим, прессование и удержание приспособления

В приспособлениях для станков, сварочных стендах и станциях запрессовки используются пневмоцилиндры двойного действия, которые обеспечивают постоянное усилие зажима, а затем освобождают заготовку под принудительным пневматическим контролем. Зажим с пружинным возвратом может не освободиться, если пружина ослаблена или если противодавление со стороны стержня не позволяет пружине преодолеть нагрузку. Цилиндр двойного действия применяет положительное усилие от подачи воздуха, полностью устраняя этот вид отказа.

Конвейерные отводящие и сортировочные системы

Отклоняющие заслонки, толкатели и спусковые механизмы стоп-хода на конвейерных линиях должны работать быстро и предсказуемо в обоих направлениях. Пневматические цилиндры двойного действия справляются с этими задачами со скоростью, которую не могут выдержать цилиндры с пружинным возвратом. В сортировочной системе, обрабатывающей, например, 200 упаковок в час, каждый цилиндр переключателя может совершать циклы 3–4 раза в минуту — более 6000 циклов в день. Стабильная производительность при таком количестве циклов требует долговечного, не ухудшающего качество движения конструкции двойного действия.

Робототехника и инструментальная оснастка

Коллаборативные роботы и промышленные роботы-манипуляторы часто используют компактные цилиндры двойного действия в инструментах на конце руки для функций открытия/закрытия захвата, механизмов смены инструмента и шарнирного сочленения запястья. Легкий алюминиевый корпус компактных цилиндров, соответствующих стандарту ISO 21287, имеет решающее значение в робототехнике, где каждый грамм массы конца рычага снижает грузоподъемность. Компактный пневмоцилиндр двустороннего действия диаметром 25 мм может весить менее 100 г, обеспечивая при этом тягу более 265 Н при давлении 6 бар — отличное соотношение силы к весу для роботизированных приложений.

Тяжелая промышленность: землеройная и строительная техника

В то время как пневматические цилиндры двойного действия доминируют в легкой и средней промышленной автоматизации, гидравлические цилиндры двойного действия являются основой тяжелого машиностроения. Стрела и рычаги ковша экскаватора, отвалы бульдозера, выносные опоры крана и системы рулевого управления зависят от гидравлических цилиндров двойного действия, которые создают необходимые огромные двунаправленные усилия. Гидравлический цилиндр двойного действия с диаметром отверстия 160 мм, работающий под давлением 250 бар, может создавать усилие растяжения более 500 кН, что намного превышает возможности любого пневматического цилиндра при типичном промышленном давлении воздуха.

Как правильно выбрать цилиндр двойного действия для вашего применения

Выбор пневмоцилиндра двойного действия требует систематической обработки нескольких параметров. Пропуск любого из этих шагов приводит либо к тому, что цилиндр недостаточного размера останавливается под нагрузкой, либо к цилиндру слишком большого размера, который приводит к потере сжатого воздуха и увеличению затрат.

• Определите требуемую силу: Рассчитайте груз, который необходимо переместить, включая его вес, силы трения и противодействующие силы, такие как пружины или сопротивление инструмента. Добавьте запас прочности 25–30 %, чтобы получить минимально необходимую силу тяги. Используйте это значение для обратного расчета минимального размера отверстия при доступном давлении подачи.
• Определить длину хода: Измерьте расстояние, которое должен пройти груз. Добавьте зазор для монтажных кронштейнов или соединительных муфт. Для ходов, превышающих примерно 10-кратный диаметр отверстия, убедитесь, что стержень не прогибается под сжимающей нагрузкой, используя формулу Эйлера для продольного изгиба или диаграмму хода производителя.
• Установите рабочую скорость: Определите необходимое время цикла. Рассчитайте минимальную скорость потока воздуха, необходимую для заполнения большей камеры (с крышкой) в течение доступного времени продления. Подберите трубопроводы подачи, фитинги и клапаны регулирования расхода таким образом, чтобы обеспечить необходимую скорость потока без чрезмерного падения давления.
• Выберите способ крепления: Стандартные типы крепления ISO включают лапу (FA), фланец (FB/FF), цапфу (TC/TB) и скобу (CA/CB). Крепление должно выдерживать вес цилиндра и силы реакции, не создавая изгибающих моментов на штоке. Крепления с головкой и цапфой позволяют цилиндру поворачиваться и являются предпочтительными, когда путь нагрузки имеет угловые отклонения.
• Оцените условия окружающей среды: Стандартные цилиндры с уплотнениями из NBR работают при температуре от −10°C до 80°C. Варианты корпуса из нержавеющей стали и уплотнения из FKM выдерживают температуру от -20°C до 150°C и устойчивы ко многим химическим веществам. В условиях промывки требуется конструкция из нержавеющей стали и герметичная конструкция штока для предотвращения проникновения воды.
• Проверьте соответствие ISO: В промышленных условиях, где важны стандарты взаимозаменяемости и безопасности, убедитесь, что цилиндр двойного действия соответствует требованиям ISO 15552 (стандарт), ISO 21287 (компактный) или ISO 6432 (миниатюрный) в зависимости от ситуации. Цилиндры, соответствующие требованиям ISO, от разных производителей можно заменять без модификации кронштейнов, трубопроводов или регулирующих клапанов.
• Выберите метод определения положения: Цилиндры с магнитным поршнем позволяют внешним герконовым, датчикам Холла или полупроводниковым бесконтактным переключателям определять положение конца хода, не проникая в стенку цилиндра. Это стандартное решение для интеграции с ПЛК и контроллерами автоматизации. Убедитесь, что тип монтажного разъема переключателя (Т-образный, C-образный или ленточный) соответствует предпочитаемому датчику.

Рекомендации по техническому обслуживанию пневмоцилиндров двойного действия

При хорошем обслуживании цилиндр двойного действия может выполнить десятки миллионов циклов, прежде чем потребуется замена уплотнения. Следующие методы технического обслуживания обеспечивают надежную работу цилиндров между плановыми интервалами обслуживания.

Качество воздуха: самый важный фактор

Загрязненный сжатый воздух является основной причиной преждевременного износа уплотнений и выхода из строя цилиндров. Воздух, подаваемый в любой пневмоцилиндр двойного действия, необходимо фильтровать, сушить и в некоторых случаях смазывать. Стандартный блок FRL (фильтр-регулятор-лубрикатор), установленный перед каждым клапанным блоком или рядом цилиндров, фильтрует частицы размером до 5–25 микрон, снижает влажность, регулирует давление питания до правильного рабочего значения (обычно 4–8 бар) и добавляет смазку масляным туманом для цилиндров, которые не указаны как несмазанные. Многие современные пневмоцилиндры двойного действия используют предварительно смазанные уплотнения и не требуют масляного тумана — перед добавлением смазки в несмазываемый цилиндр проверьте спецификации производителя, поскольку это может вызвать набухание уплотнения.

Интервалы визуального осмотра

Проверяйте каждый цилиндр двойного действия каждые 500 000 циклов или каждые три месяца (в зависимости от того, что наступит раньше) на наличие следующих признаков износа:

• Утечка воздуха вдоль штока поршня (указывает на износ уплотнения штока или повреждение грязесъемника)
• Утечка воздуха в фитингах порта (указывает на ослабление фитингов или повреждение уплотнительных колец порта)
• Видимые царапины или выбоины на открытой поверхности штока (абразивное загрязнение в системе подачи воздуха или поврежденный грязесъемник)
• Медленная работа или пониженная скорость (ограниченный путь потока, чрезмерное противодавление или трение уплотнений из-за набухших уплотнений)
• Чрезмерный ударный шум в конце хода (игольчатые клапаны амортизации требуют повторной регулировки)

Замена уплотнения

Большинство крупных производителей предоставляют комплекты уплотнений цилиндров, содержащие все уплотнения, необходимые для полного капитального ремонта — уплотнения поршня, уплотнения штока, грязесъемники и уплотнительные кольца портов. При замене уплотнений в цилиндре двойного действия всегда заменяйте весь комплект, а не отдельные уплотнения, поскольку неравномерный износ уплотнений вызывает дифференциальное трение, которое приводит к проблемам соосности. Перед установкой слегка смажьте новые уплотнения чистой смазкой, совместимой с материалом уплотнений. Соберите торцевые крышки в соответствии с моментом затяжки, указанным производителем, чтобы избежать чрезмерного сжатия статических уплотнительных колец, которое может привести к выдавливанию уплотнений под давлением.

Осмотр стержня и ствола

При разборке цилиндра для замены уплотнения осмотрите шток на наличие повреждений поверхности. Небольших коррозионных ямок или царапин глубиной более 0,1 мм достаточно, чтобы разрушить новое уплотнение штока за короткий период эксплуатации. Шток с повреждением поверхности следует повторно покрыть твердым хромом или заменить, а не собирать заново с новыми уплотнениями. Аналогичным образом следует проверить отверстие цилиндра на наличие задиров; Измерение диаметра отверстия позволяет количественно оценить износ и определить, находится ли ствол в пределах эксплуатационных пределов, установленных производителем.

Регулировка подушки после обслуживания

После любой замены уплотнения или повторной установки пневмоцилиндра двойного действия повторно отрегулируйте игольчатые клапаны торцевой подушки, работая при полном рабочем давлении цилиндра. Начните с полностью открытого игольчатого клапана (минимальная амортизация) и постепенно закрывайте его, наблюдая за поведением в конце хода. Правильная настройка обеспечивает плавное замедление без слышимого удара на обоих концах хода. Чрезмерно затянутые амортизирующие клапаны неоправданно замедляют время цикла; недостаточно затянутые клапаны допускают удар поршня, который ускоряет износ торцевой крышки и уплотнения.

Распространенные проблемы с цилиндрами двойного действия и способы их устранения

Даже в хорошо обслуживаемых пневмоцилиндрах двойного действия со временем возникают проблемы. Раннее распознавание этих проблем предотвращает перерастание сбоев в более широкие системные проблемы.

Цилиндр не выдвигается или не втягивается

Сначала проверьте гидрораспределитель. Убедитесь, что клапан получает управляющий сигнал (электрический сигнал для электромагнитных клапанов, управляющий воздух для пневматических пилотных клапанов). Убедитесь, что клапан смещается, прислушавшись к слышимому щелчку или проверив поток в выпускном отверстии. Если клапан работает, но цилиндр не движется, проверьте давление питания в отверстии цилиндра — манометр, установленный в отверстии, быстро определяет, является ли проблема выше по потоку (потеря подачи) или внутри цилиндра (заедание поршня, повреждение уплотнения, вызывающее выравнивание давления в обеих камерах).

Цилиндр движется медленно или теряет скорость в середине хода

Медленная работа чаще всего возникает из-за недостаточного размера труб или фитингов, частично закрытого клапана регулирования расхода или загрязненного воздуха, вызывающего разбухание уплотнения и повышенное трение. Проверьте каждое потенциальное ограничение по порядку от компрессора наружу. Сравнение манометров — давление подачи на входе и динамическое давление в порту во время движения — показывает, происходит ли падение давления в контуре подачи. Внутреннее трение уплотнения можно проверить, разобрав поршень и подвигав его вручную; в правильно функционирующем цилиндре он должен свободно перемещаться на протяжении всего хода только усилием руки.

Внешняя утечка воздуха на стержне

Утечка через уплотнение штока является наиболее распространенной проблемой при техническом обслуживании цилиндров двойного действия. Основными причинами являются повреждение поверхности штока (создание пути утечки, который уплотнение не может перекрыть), затвердевание уплотнения из-за тепла или несовместимых масел, а также выдавливание уплотнения из-за чрезмерного давления питания. Убедитесь, что давление питания находится в пределах номинального диапазона цилиндра, проверьте поверхность штока на наличие повреждений и замените уплотнение штока и грязесъемное уплотнение в комплекте.

Внутренняя утечка (увод цилиндра под нагрузкой)

Если цилиндр двойного действия смещается, то есть поршень движется медленно, когда клапан находится в положении удержания, внутренняя утечка через уплотнение поршня позволяет воздуху под высоким давлением проходить из камеры высокого давления в камеру низкого давления. Это можно определить, отсоединив выпускную сторону клапана от отверстия цилиндра и нащупав поток воздуха — просачивающийся воздух будет выходить из выпускного тракта камеры низкого давления. Замените комплект уплотнений поршня, чтобы исправить это состояние.

Стандарты и характеристики цилиндров двойного действия, которые необходимо знать

Выбор пневмоцилиндра двойного действия в соответствии с правильным стандартом обеспечивает совместимость с существующими компонентами системы, упрощает поиск замены и подтверждает минимальные пороговые значения безопасности и производительности.

• ISO 15552 — Основной стандарт для пневматических цилиндров двойного действия средней мощности. Указывает размеры отверстий (32, 40, 50, 63, 80, 100, 125, 160, 200, 250, 320 мм), монтажные размеры, размеры резьбы портов и резьбу концов штока. Цилиндры любого производителя, соответствующего стандарту ISO 15552, могут быть установлены взаимозаменяемо.
• ISO 21287 — Стандартный компактный цилиндр. Охватывает отверстия диаметром 20–100 мм с короткоходными, компактными профилями для плотной установки.
• ISO 6432 — Стандартный миниатюрный цилиндр с круглым корпусом для диаметров отверстий 8–25 мм. Распространен в сборке электроники и мелкой автоматизации.
• ИСО 15552/КНОМО — Многие европейские автомобильные заводы используют цилиндры CNOMO (стандарт французского производителя автомобилей), которые по размерам идентичны стандарту ISO 15552, но с дополнительными требованиями к качеству и отслеживаемости.
• НФПА Т3.6.7 — Эквивалентный стандарт США для пневматических цилиндров средней мощности, широко используемый в промышленности Северной Америки. Размеры аналогичны стандарту ISO 15552, но с некоторыми различиями в стандартах резьбы портов (NPT и метрическая).
• Диапазон рабочего давления — Стандартные пневматические цилиндры двойного действия рассчитаны на давление 1–10 бар (0,1–1,0 МПа). Наиболее распространенный рабочий диапазон в промышленных условиях составляет 4–8 бар. Превышение номинального давления ускоряет износ уплотнений и может привести к выходу из строя торцевой крышки.
• Диапазон температур — Стандартные уплотнения из NBR работают при температуре от −10°C до 80°C. Варианты высокотемпературного уплотнения FKM расширяют верхний предел до 150°C. Для низкотемпературных применений, требующих надежной работы при температуре ниже -10°C, следует использовать уплотнения из EPDM или силикона.