Как проверить воздушный цилиндр: полное руководство по проверке

Краткий ответ: как проверить воздушный цилиндр

Чтобы проверить воздушный цилиндр , вам необходимо проверить его по пяти основным областям: утечка воздуха, рабочее давление, состояние штока поршня, целостность уплотнения и устойчивость крепления. Исправный пневматический цилиндр должен плавно и без колебаний выдвигаться и втягиваться, удерживать давление без слышимых утечек и не иметь видимых утечек масла или задиров на штоке. Если какое-либо из этих условий не удается, цилиндр требует немедленного внимания, прежде чем возвращать его в эксплуатацию.

Большинство отказов пневмоцилиндров не происходят внезапно. Они развиваются постепенно из-за износа, загрязнения или неправильной смазки. Зная, что и когда искать, вы сможете обнаружить проблемы на ранней стадии — до того, как они приведут к простою оборудования, дефектам продукции или нарушениям безопасности. Описанный ниже процесс проверки применим к стандартным пневматическим цилиндрам двойного действия, цилиндрам одностороннего действия и большинству компактных или управляемых вариантов цилиндров, используемых в промышленной автоматизации.

Инструменты и подготовка перед началом работы

Прежде чем прикасаться к пневмоцилиндру, соберите подходящие инструменты и обеспечьте безопасность рабочей зоны. Пропуск подготовки является одной из наиболее распространенных причин пропуска или неправильного прочтения результатов проверки.

Что вам понадобится

• Цифровой или аналоговый манометр (соответствует рабочему диапазону вашей системы)
• Мыльный водный раствор или коммерческий спрей для обнаружения утечек.
• Чистая ткань без ворса
• Фонарик или инспекционная лампа
• Динамометрический ключ для проверки затяжки крепежа
• Штангенциркуль или микрометр для измерения диаметра стержня (для детальных проверок)
• Форма журнала технического обслуживания или контрольного списка проверок

Меры безопасности перед проверкой

Всегда изолируйте подачу сжатого воздуха в контур, в котором находится цилиндр. Используйте процедуру блокировки/маркировки (LOTO) на клапане подачи воздуха. Сбросьте давление на выходе до нуля, используя ручной выпуск системы или спускной клапан. Прежде чем прикасаться к любому фитингу, порту или крепежу, убедитесь, что давление на манометре равно нулю. Сжатый воздух даже при скромном цеховом давлении — обычно От 80 до 120 фунтов на квадратный дюйм (от 5,5 до 8,3 бар) — может привести к серьезной травме, если фитинги ослабнут под давлением.

Если цилиндр является частью вертикальной несущей конструкции (удерживает головку пресса, зажим или подъемное приспособление), перед сбросом давления поддержите груз механически. Никогда не полагайтесь только на давление воздуха для удержания груза во время проверки.

Проверка наличия утечек воздуха: самый важный шаг

Утечка воздуха является наиболее распространенным видом неисправности пневматических цилиндров. Даже небольшая утечка приводит к постоянному расходованию сжатого воздуха, что приводит к увеличению затрат на электроэнергию и снижению силы привода. Утечка размером всего в отверстие диаметром 1 мм при давлении 7 бар может привести к потере более 3600 литров свободного воздуха в час. , стоимость которого составляет сотни долларов в год только за счет электроэнергии — на цилиндр.

Внешние утечки

Повторно создайте давление в цилиндре в контролируемых условиях. Нанесите мыльную воду или спрей для обнаружения утечек на все внешние поверхности: штуцеры портов, гайки рулевой тяги, соединения торцевой крышки, область уплотнения штока (там, где шток поршня выходит из передней крышки) и все винты игольчатого клапана с амортизацией. Следите за формированием и ростом пузырьков. При медленной утечке может пройти 10–15 секунд, прежде чем появятся видимые пузырьки, поэтому не торопитесь с этим шагом.

Особое внимание уделите зоне уплотнения штока. Пузырьки, постоянно образующиеся вокруг штока при его движении, указывают на изношенное уплотнение штока или поврежденное уплотнение грязесъемника. Это особенно часто встречается в цилиндрах, в которых накопились более 5 миллионов циклов или работали в грязной среде, где твердые частицы ускоряют износ манжетного уплотнения.

Внутренние утечки (байпасные утечки)

Внутреннюю утечку, когда воздух обходит уплотнения поршня и переходит из одной камеры в другую, труднее обнаружить визуально, но она вызывает не меньше проблем. Признаком обычно является медленное или дрейфующее движение: цилиндр ползет, когда должен удерживать положение, или не полностью выдвигается или втягивается под нагрузкой даже при правильном давлении питания.

Чтобы проверить наличие утечек в байпасе без разборки: оставив цилиндр в конце хода в любом направлении, подайте давление в одно отверстие и заткните противоположное выпускное отверстие. Если давление в закупоренной камере со временем растет, воздух проходит через поршень, что подтверждает износ уплотнения поршня. Здоровый цилиндр должен показывать нулевой рост давления в герметичной камере в течение 60 секунд .

Проверка штока поршня на предмет износа и повреждений

Шток поршня является одним из наиболее уязвимых компонентов пневматического цилиндра. Он включается и выключается сотни тысяч раз, подвергаясь воздействию окружающей среды при каждом выдвижении. Даже незначительный дефект поверхности штока ускорит износ уплотнения штока, превращая простую замену уплотнения в повторяющиеся циклы технического обслуживания.

Визуальный осмотр стержня

Протрите стержень безворсовой тканью и осмотрите его по всей открытой длине при хорошем освещении. Ищите:

• Задиры или царапины — продольные царапины, проходящие вдоль оси штока, позволяют воздуху выходить за уплотнение штока и являются поводом для немедленной замены или повторной полировки штока.
• Коррозия или питтинг — пятна ржавчины или питтинги на хромированных стержнях разрушают контактную поверхность уплотнения. Даже легкая поверхностная ржавчина, которая не стирается, является предупреждающим знаком.
• Вмятины или плоские пятна — это указывает на внешнее воздействие. Изогнутый или вдавленный шток создает неравномерную боковую нагрузку на уплотнение и втулку штока.
• Масляная пленка на поверхности стержня — Легкая чистая пленка смазки является нормальным явлением в смазываемых системах. Выделение тяжелого масла или образование капель указывают на перегорание уплотнения штока.

Проверка размеров

Для цилиндров, предназначенных для прецизионного применения или для цилиндров, предположительно подверженных боковой нагрузке, измерьте диаметр штока в нескольких точках по его длине с помощью штангенциркуля. Сравните с номинальным диаметром и допуском стержня производителя. В большинстве стандартных пневмоцилиндров ISO 15552 используются закаленные и хромированные стальные стержни с допуском h8 или h9 — для Номинальный стержень 25 мм, приемлемый диапазон диаметров составляет примерно от 24,967 до 24,987 мм. . Любая измеримая конусность, овальность или заниженный размер указывают на износ, который нарушает герметичность.

Проверка прямолинейности стержня

Поместите снятый стержень на плоскую пластину или V-образные блоки и медленно покатайте его. Любое видимое колебание или выступы указывают на изгиб. Альтернативно можно установить циферблатный индикатор на магнитное основание и проводить по длине стержня, вращая его. Максимальное биение 0,05 мм на 100 мм длины стержня является общим критерием приемки. Погнутые штоки подлежат замене — выпрямление штоков пневмоцилиндров не допускается.

Проверка рабочего давления и производительности цилиндра

Даже если в воздушном цилиндре нет внешних утечек и чистый шток, его характеристики все равно могут быть ниже технических характеристик. Тестирование поведения давления и цикла дает вам функциональную картину, которую не могут дать чисто визуальные проверки.

Проверка давления питания

Подсоедините калиброванный манометр как можно ближе к отверстию цилиндра — если возможно, непосредственно у впускного штуцера. При нормальной работе цилиндра запишите давление как в выдвижном, так и в втягивающем портах. Сравните эти показания с указанным рабочим давлением для данного применения.

Падение давления более чем 10–15 % между уставкой регулятора и входом в цилиндр. во время движения предполагает чрезмерное ограничение потока в контуре — частично засоренный клапан регулирования расхода, недостаточный размер питающей магистрали или засоренный глушитель/глушитель на стороне выпуска. Этот вид дефицита давления приводит к вялому движению даже при механически исправном цилиндре.

Измерение скорости и времени цикла

Засеките время полного выдвижения и втягивания с помощью секундомера или счетчика циклов ПЛК машины. Сравните с исходными данными для ввода в эксплуатацию или с ожидаемым временем цикла производителя при вашем рабочем давлении. Цилиндр, который раньше совершал ход 200 мм за 0,4 секунды, а теперь занимает 0,7 секунды — без изменения давления или нагрузки — демонстрирует внутренний износ, залипание уплотнения или отказ смазки.

Принудительная проверка вывода

Теоретическая выходная сила пневматического цилиндра рассчитывается как:

Ф = Р × А , где F — сила (Ньютоны), P — давление (Па), а A — площадь поршня (м²).

Для цилиндра диаметром 63 мм при давлении 6 бар (600 000 Па) теоретическая сила растяжения составляет примерно 1870 Н (190 кгс) . На практике фактическое усилие снижается из-за трения уплотнения штока, противодавления на стороне выпуска и любых проблем с механическим выравниванием. Если ваш цилиндр не может без проблем перемещать грузы, с которыми он раньше справлялся, этот расчет поможет вам определить, является ли проблема недостаточным давлением подачи или механической деградацией.

Проверка уплотнений: когда заменять без разборки

Уплотнения являются наиболее подверженными износу компонентами любого пневматического цилиндра. Уплотнение поршня, уплотнение штока и грязесъемное уплотнение со временем изнашиваются из-за циклического нагрева, загрязнения и физических напряжений при сжатии и растяжении. Многие технические специалисты ждут, пока уплотнения не будут заменены, но к этому моменту протекающее уплотнение часто повреждает соседние компоненты.

Признаки износа уплотнения штока (видны без разборки)

• Маслянистые остатки или влажный вид на поверхности стержня сразу за передней крышкой.
• Воздух выходит за шток на выдвижении (слышно или можно обнаружить рукой возле области уплотнения штока)
• Скопление грязи и копоти на штоке, которых нет в других частях машины — это указывает на то, что уплотнение стеклоочистителя больше не очищает шток при втягивании.

Признаки износа уплотнения поршня (выявляются по поведению)

• Цилиндр медленно дрейфует под нагрузкой без какого-либо заданного движения.
• Цилиндр не удерживает зажатое положение, для его поддержания требуется постоянное давление воздуха.
• Снижение выходной силы, несмотря на правильное давление питания — воздух обходит поршень, а не толкает его.
• Неравномерное или прерывистое движение, иногда называемое «прерывистое движение», вызванное неравномерным трением уплотнения, поскольку уплотнение поршня изнашивается неравномерно.

Материал уплотнения и температура

Стандартные уплотнения пневматических цилиндров изготовлены из NBR (нитрилового каучука), рассчитанного примерно на от -20°С до 80°С . В условиях более высоких температур — рядом с печами, автоклавами или прессами горячей штамповки — эти уплотнения преждевременно выходят из строя. Если в вашем цилиндре менее чем за год в жаркой среде неоднократно прогорают уплотнения, исправлением является переход на уплотнения из ПТФЭ или Витона, а не более частая замена. Уплотнения из витона обычно выдерживают постоянные температуры до 200°С .

Проверка установки и выравнивания цилиндра

Плохой монтаж является причиной большого процента преждевременных отказов пневмоцилиндров. Когда цилиндр не выровнен по траектории нагрузки, каждый ход создает боковую нагрузку на шток и втулку штока. Это ускоряет износ уплотнения штока, со временем может привести к искривлению штока поршня и, в конечном итоге, к повреждению канала ствола.

Что проверить при монтаже

• Момент затяжки монтажного крепежа — проверьте все гайки рулевой тяги, фланцевые болты и винты опоры с помощью динамометрического ключа. Со временем вибрация ослабляет крепления. Незакрепленный конец крышки может привести к утечке воздуха в месте соединения крышки; ослабленное крепление лапы может привести к раскачиванию цилиндра во время хода, что приведет к динамическому смещению.
• Концевое соединение стержня — проверьте штифт с головкой, проушину штока или резьбовое соединение на конце штока с наружной/внутренней головкой. Износ отверстия под шплинт является признаком углового смещения. Вилка или конец стержня должны поворачиваться свободно, но без заметного радиального люфта.
• Прямолинейность корпуса цилиндра — осмотрите корпус цилиндра и сравните его с направлением движения приводимого груза. Любой видимый угол между осью цилиндра и траекторией нагрузки указывает на несоосность. Даже смещение на 1° в цилиндре с ходом поршня 200 мм. создает боковое смещение конца стержня примерно на 3,5 мм — более чем достаточно для создания измеримой боковой нагрузки.
• Устройства против вращения — на управляемых или невращающихся цилиндрах убедитесь, что шпоночная канавка, предотвращающая вращение, или внешний направляющий стержень целы и не изношены. Неисправная функция предотвращения вращения позволяет штоку поршня вращаться под нагрузкой, перекручивая и повреждая подключенные к нему шланги и датчики.

Монтажный кронштейн и опорная конструкция

Осмотрите кронштейн или раму, к которой крепится цилиндр. Трещины в приваренных кронштейнах, удлиненные отверстия для болтов или деформированные монтажные площадки указывают на то, что цилиндр поглощает ударные нагрузки, для которых он не предназначен. Эти структурные проблемы необходимо исправить, а не только сам цилиндр. Установка нового цилиндра в треснутый или деформированный кронштейн приведет к такому же отказу за долю обычного срока службы.

Проверка подушек, портов и поведения в конце хода

Многие пневматические цилиндры оснащены внутренними подушками — регулируемыми игольчатыми клапанами на каждой торцевой крышке, которые ограничивают поток выхлопных газов ближе к концу хода, плавно замедляя поршень для предотвращения удара. Когда подушки выходят из строя или неправильно установлены, поршень сильно ударяется о торцевую крышку при каждом цикле. Со временем это приводит к усталости металла концевой крышки, ослаблению рулевых тяг и может привести к растрескиванию ствола.

Проверка регулировки подушки.

При нормальной работе цилиндра прислушивайтесь и наблюдайте за замедлением в конце хода. Правильно амортизированный цилиндр должен заметно замедляться и достигать конца хода с плавной остановкой, а не с резким хлопком. Если вы слышите удар металла о металл в конце хода, амортизирующая игла открыта слишком сильно (обеспечивает недостаточное ограничение) или амортизирующее уплотнение внутри торцевой крышки изношено и требует разборки для замены.

Регулируйте игольчатый клапан подушки на четверть оборота за раз и наблюдайте за эффектом. Целью является максимально мягкая остановка без создания эффекта «отскока», когда чрезмерное ограничение приводит к остановке цилиндра непосредственно перед концом хода. Большинство производителей рекомендуют регулировку амортизации, которая приводит поршень в состояние покоя примерно за 5–15 мм хода. до механического упора.

Проверка воздушных портов и фитингов

Осмотрите все резьбовые соединения воздушного порта. Ищите поврежденную резьбу, фитинги с поперечной резьбой или трещины в корпусах вставных фитингов. Фитинг, который неоднократно снимался и переустанавливался в алюминиевые торцевые крышки, в конечном итоге сорвал резьбу — если это обнаружено на ранней стадии, резьбовая вставка (Helicoil) может отремонтировать порт без замены торцевой крышки. Если оставить фитинг до тех пор, пока он не вытянется под давлением, обычно необходимо заменить всю торцевую крышку.

Убедитесь, что глушители и глушители на выпускных отверстиях не засорены. Заблокированный выхлоп создает противодавление, которое препятствует движению цилиндра, уменьшая эффективную силу и замедляя время цикла. В загрязненной среде глушители выхлопных газов следует очищать или заменять каждый раз. от 6 до 12 месяцев как стандартный предмет технического обслуживания.

Проверка смазки: безмасляные и смазанные цилиндры

Современные пневматические цилиндры все чаще проектируются как безмасляные агрегаты — с использованием самосмазывающихся уплотнений и втулок, пропитанных ПТФЭ, которые не требуют внешней смазки. Однако в более старых системах и цилиндрах для тяжелых условий эксплуатации обычно используется линейный лубрикатор (масленка) перед воздушным контуром, который подает контролируемый масляный туман в воздушный поток.

Для систем цилиндров со смазкой

• Проверьте уровень масла в чаше лубрикатора. Сухая смазка является одной из наиболее частых причин преждевременного износа уплотнений. Залейте масло того типа, который указан производителем (обычно). Турбинное масло ISO VG 32 или эквивалент. . Не используйте тяжелое машинное масло; капли слишком велики, чтобы эффективно перемещаться по воздушному контуру.
• Проверьте скорость капания лубрикатора — обычно устанавливается на 1 капля на 10 стандартных кубических футов (SCF) воздушного потока. или как указано производителем цилиндра. Слишком мало масла приводит к износу; слишком большое количество масла вызывает его скопление в корпусах клапанов и цилиндрах, что приводит к залипанию и загрязнению.
• Если система работала без масла в течение длительного периода времени, не следует просто доливать лубрикатор и возобновлять работу. На сухих уплотнениях, которые работали без смазки, могут образоваться микротрещины, которые не будут закрываться должным образом после восстановления масла.

Для безмасляных цилиндров

Безмасляные цилиндры никогда не следует использовать после лубрикатора. Подача масла в цилиндр, предназначенный для работы на сухом воздухе, загрязняет уплотнения из ПТФЭ, разбухает некоторые материалы уплотнений и притягивает переносимую по воздуху пыль, которая превращается внутри цилиндра в абразивную пасту. Если на вашем предприятии имеется централизованная система распределения смазанного воздуха, безмасляные цилиндры должны подаваться через специальный несмазанный отводной трубопровод с коалесцирующим фильтром для удаления остатков масла.

Проверка цилиндра воздушного цилиндра и торцевых крышек

Цилиндр цилиндра (корпусная труба) и торцевые крышки являются конструктивными элементами. Хотя они редко выходят из строя при нормальной эксплуатации, они подвергаются усталостной нагрузке в каждом цикле и могут образовывать трещины или деформацию в условиях ненормальной нагрузки — избыточного давления, ударных нагрузок или длительного смещения.

Проверка ствола

При обесточенном цилиндре визуально осмотрите внешнюю часть ствола по всей его длине. Ищите:

• Вмятины, деформация или вздутие — вздутый ствол свидетельствует о том, что цилиндр подвергся избыточному давлению или сильному боковому удару.
• Коррозия алюминиевых или стальных бочек — поверхностная коррозия ослабляет стену и в конечном итоге может привести к образованию микротрещины. Это особенно актуально в пищевой промышленности или на открытом воздухе.
• Состояние рулевой тяги — на рулевых цилиндрах (наиболее распространенного типа) проверьте каждую рулевую тягу на прямолинейность и отсутствие трещин на резьбовых участках. Погнутая рулевая тяга указывает на то, что цилиндр принял ударную нагрузку, перпендикулярную его оси.

Проверка торцевой крышки

Осмотрите обе торцевые крышки на наличие трещин, особенно вокруг входных отверстий портов и в углах, где проходят рулевые тяги. Волосяные трещины часто видны только при увеличении или при проверке пенетрантом. Любая подтвержденная трещина в торцевой крышке подлежит обязательной замене — компоненты, находящиеся под давлением, со структурными трещинами не могут быть отремонтированы сваркой, заполнением или лентой.

Полный контрольный список проверки воздушного цилиндра

Используйте этот контрольный список во время планового технического обслуживания или при расследовании жалоб на работу цилиндра. Пропуск в каждой категории означает, что цилиндр находится в исправном состоянии. Любой результат неисправности должен вызвать соответствующие корректирующие действия, прежде чем цилиндр будет возвращен в производство.

Как часто следует проверять пневматический цилиндр

Частота проверок зависит от рабочего цикла цилиндра, окружающей среды и критичности процесса. Универсального интервала не существует — цилиндр, работающий 3 смены в день, 7 дней в неделю в пыльном литейном цехе, требует гораздо более частого внимания, чем цилиндр, работающий дважды в смену в чистом сборочном цехе.

Помимо интервалов, основанных на времени, реализуйте триггеры, основанные на условиях. Каждый раз, когда в цилиндре появляется новый симптом — замедление времени цикла, новый шум, неисправность датчика положения или видимая утечка — рассматривайте это как событие внеплановой проверки, независимо от того, когда был завершен последний плановый ремонт. Ждать следующего планового интервала, когда симптомы уже появились, значит ждать сбоя.

Распространенные проблемы с воздушными цилиндрами и их основные причины

При проверке пневматического цилиндра возможность отследить симптом до его первопричины экономит время и предотвращает повторные сбои. Ниже приведены наиболее часто встречающиеся проблемы и их наиболее вероятные источники.

Цилиндр не выдвигается и не втягивается

• Нет давления питания — проверьте работу электромагнитного клапана на входе и блок FRL.
• Заклинивание штока поршня — из-за недостатка смазки или сильного износа втулки штока.
• Внешнее механическое препятствие — груз застрял или цилиндр механически заблокирован в конце хода.
• Игольчатый клапан подушки закрыт слишком сильно — цилиндр глохнет, не дойдя до торцевой крышки из-за захваченного давления выхлопных газов.

Цилиндр движется хаотично или рывками.

• Прерывистое движение из-за сухих уплотнений — добавьте смазку или модернизируйте модель цилиндра до предварительно смазанной
• Загрязненная подача воздуха — частицы или вода в подаваемом воздухе вызывают неравномерное трение. Осмотрите и обслужите воздушный фильтр и водоотделитель.
• Клапаны регулирования потока недостаточного размера — недостаточный поток приводит к нестабильному поведению. Сравните требования к расходу с номиналом Cv установленного клапана.

Цилиндр не достигает конца хода под нагрузкой

• Слишком низкое рабочее давление — проверьте уставку регулятора и проверьте падение давления в длинных линиях подачи.
• Размер отверстия слишком мал для нагрузки — пересчитайте необходимое усилие, используя F = P × A, и при необходимости обновите отверстие.
• Сильная утечка уплотнения поршня — цилиндр не может создать полное давление в камере, потому что воздух пересекает поршень быстрее, чем подается.

Быстрый и повторяющийся выход из строя уплотнения

• Загрязненный приточный воздух — частицы размером до 10 микрон действуют как абразив на кромки уплотнения. Установите 5-микронный коалесцирующий фильтр перед потоком.
• Поверхность стержня с насечками — поврежденный стержень разрушает новые уплотнения в течение нескольких дней. Прежде чем замена уплотнения даст какой-либо результат, необходимо откорректировать стержень.
• Несоосный цилиндр — боковая нагрузка неравномерно повреждает кромки уплотнения. Исправьте выравнивание перед повторной герметизацией.
• Неподходящий материал уплотнения для окружающей среды — обновите материал уплотнения, чтобы он соответствовал фактической рабочей температуре и химическому воздействию.

Когда заменять весь воздушный цилиндр, а не ремонтировать его?

Не каждая проблема с цилиндром требует полной замены. Комплекты уплотнений для цилиндров стандартных размеров ISO широко доступны и недороги — замена уплотнений в цилиндре с диаметром цилиндра 63 мм обычно стоит дорого. менее 20 долларов по частям по сравнению с 80–250 долларами за новый эквивалентный баллон. Но замена уплотнителя имеет смысл только в том случае, если остальные узлы находятся в исправном состоянии.

Ремонт – правильный выбор, когда:

• Канал ствола гладкий и в пределах допуска (без задиров и коррозии).
• Шток поршня прямой, его поверхность не повреждена.
• Торцевые крышки без трещин, резьба в хорошем состоянии.
• Цилиндр не превысил примерно 50 % ожидаемого срока службы.
• Идентичная запасная часть находится в длительном сроке поставки, и производство не может ждать.

Замените цилиндр, если:

• Канал ствола имеет царапины или коррозию — новые уплотнения быстро выйдут из строя на поврежденной поверхности канала ствола.
• Стержень погнут, имеет глубокие царапины или диаметр меньше минимального — стержни невозможно надежно отремонтировать в полевых условиях.
• Резьба торцевых крышек сорвана или торцевые крышки треснуты
• Цилиндр ремонтировался несколько раз, но через короткие промежутки времени он все еще выходит из строя — повторяющиеся отказы сигнализируют о системной проблеме (неправильный цилиндр для применения), которую ремонт не решит.
• Цилиндр нестандартного или устаревшего размера, комплекты уплотнений больше не доступны.

Прежде чем заказывать замену, полностью задокументируйте характеристики существующего цилиндра: диаметр отверстия, длину хода, способ крепления (тяга, профильный корпус или круглый корпус), размер и расположение отверстий, тип резьбы на конце штока и любые особенности (нержавеющая сталь, магнитный поршень, спецификация для чистых помещений). Заказ цилиндра с неправильным положением порта или типом конца штока потребует дополнительных механических модификаций и еще больше задержит ремонт.