Что такое трехстержневой пневматический цилиндр
Трехштоковый пневматический цилиндр представляет собой линейный привод, в котором три параллельных направляющих стержня проходят рядом с центральным штоком поршня, удерживая подвижную пластину в идеальном положении во время ее движения. Основное преимущество простое: нагрузка переносится направляющими штоками, а не уплотнением поршня, поэтому цилиндр противостоит вращению и боковой нагрузке гораздо лучше, чем стандартный одноштоковый пневматический цилиндр. Вот почему в каталогах поставщиков эту конструкцию также называют трехстержневым, трехстержневым или управляемым пневмоцилиндром.
В отличие от обычного круглого тела воздушный цилиндр который воспринимает только осевую силу, трехштоковый блок спроектирован таким образом, чтобы поглощать изгибающие моменты и смещенные от центра толкающие силы без прокручивания штока поршня внутри втулки. Это структурное различие является причиной того, что этот тип цилиндра продолжает появляться в захватных станциях, подъемных столах и средствах автоматизации захвата и перемещения, где нагрузка редко прикладывается по идеально прямой линии.
Сама компоновка проста, если увидеть ее в разрезе. Передняя монтажная пластина соединяется с тремя стержнями, которые проходят через втулки, установленные в корпусе цилиндра. Один из трех стержней обычно представляет собой рабочий поршневой шток, приводимый в движение непосредственно давлением воздуха, а два других представляют собой специальные направляющие стержни, не имеющие собственной прямой пневматической функции. Их единственная задача — механическая: удерживать переднюю пластину под прямым углом к корпусу на протяжении всего хода, цикл за циклом, не смещаясь при этом.
Поскольку направляющие стержни поглощают скручивающие и боковые силы, которые в противном случае достигли бы уплотнения поршня, износ распределяется иначе, чем в стандартном пневмоцилиндре. Вместо того, чтобы концентрировать нагрузку на одном уплотнении и втулке, нагрузка распределяется по трем отдельным точкам опоры, что является одной из причин, по которой эта конструкция предназначена для станций, которые работают непрерывно в течение многих лет без ремонта.
Как работает конструкция с тремя удилищами
Принцип работы аналогичен любому пневмоцилиндру двойного действия: сжатый воздух поступает в одну камеру, толкает поршень к противоположному концу и выходит из другой камеры через порт или клапан. Что меняется, так это то, как результирующая сила достигает нагрузки.
- Воздух поступает в задний порт и создает давление в поршневой камере.
- Поршень движется вперед, и передняя пластина, прикрепленная болтами ко всем трем направляющим стержням, движется вместе с ним.
- Два внешних направляющих стержня скользят через втулки или линейные подшипники в корпусе цилиндра, отводя боковую или скручивающую силу от уплотнения поршня.
- Центральный стержень (часто сам рабочий поршневой стержень) передает толкающую или тянущую силу прикрепленному приспособлению, захвату или инструменту.
- При обратном ходе воздух перенаправляется в противоположную камеру, и пластина втягивается по тому же пути.
Поскольку пластина не может вращаться вокруг своей оси, трехштоковый цилиндр подходящего размера обычно выдерживает угловое отклонение от 0,03 до 0,05 градусов на протяжении всего хода. , допуск, который имеет значение, когда цилиндр позиционирует кронштейн камеры, сварочную головку или прецизионное приспособление.
Скорость хода регулируется так же, как и в любом стандартном пневмоцилиндре: клапаны регулирования расхода на впускной или выпускной стороне измеряют, насколько быстро воздух входит или выходит из каждой камеры. Разница в том, что, поскольку пластина не может вращаться или раскачиваться, регулировка скорости обеспечивает более повторяемый результат хода за ходом, поскольку траектория нагрузки не смещается по мере износа цилиндра.
Амортизация на концах хода работает через тот же регулируемый игольчатый механизм, что и в обычных цилиндрах, но управляемое движение означает, что входящая пластина каждый раз движется по постоянной, центрированной траектории. Такая консистенция уменьшает неравномерный износ подушек, который иногда проявляется в ненаправляющих цилиндрах, когда шток слегка отклоняется от оси после нескольких месяцев эксплуатации.
Трехстержневой воздушный цилиндр против стандартного одностержневого
Выбор между трехштоковым цилиндром и стандартным одноштоковым пневматическим цилиндром зависит от того, является ли путь нагрузки прямым или смещенным. В таблице ниже эти две конструкции сгруппированы по критериям, которые фактически влияют на производительность машины.
| Критерии | Трехстержневой цилиндр | Стандартный одинарный стержень |
|---|---|---|
| Допуск боковой нагрузки | Высокий | От низкого до умеренного |
| Сопротивление вращению | Встроенный (невращающаяся пластина) | Требуется комплект защиты от вращения |
| Общая площадь | Больший диаметр корпуса | Компактный |
| Типичная стоимость единицы | Высокийer | Нижний |
| Точность выравнивания с течением времени | Стабильность в течение длительного срока службы | Может смещаться по мере износа втулки штока. |
| Лучше всего подходит | Смещенные грузы, захваты, приспособления | Прямые задачи push или pull |
Если монтажный кронштейн уже предотвращает вращение и сила сосредоточена на оси штока, стандартный пневмоцилиндр обычно является более экономичным вариантом. Как только нагрузка смещается от центра, даже незначительно, трехстержневая конфигурация окупает свою более высокую цену за счет уменьшения износа втулок и меньшего количества ошибок соосности.
Стоит упомянуть и промежуточный вариант: стандартный цилиндр в паре с внешней направляющей или линейной направляющей. Эта комбинация может частично соответствовать жесткости трехстержневой конструкции, но добавляет два дополнительных компонента, еще два набора крепежных элементов и удлиняет общую сборку. Для машиностроителей, стремящихся сохранить компактность станции, встроенный трехштоковый цилиндр обычно выигрывает по общей занимаемой площади, даже несмотря на то, что цена за единицу выше, чем у обычного стандартного цилиндра.
Ключевые структурные преимущества
Три свойства определяют, почему конструкторы выбирают трехштоковый пневматический цилиндр вместо добавления внешних направляющих к пневматическому цилиндру с круглым корпусом.
Равномерное распределение нагрузки
Пластина прикреплена болтами ко всем трем стержням, поэтому любое давление вниз или вбок распределяется между тремя опорными точками вместо одной. Это распределяет износ втулки по более широкой площади контакта, поэтому направляющие цилиндры обычно превосходят ненаправляющие в повторяющихся операциях зажима. В цилиндре с одним штоком, несущем такую же смещенную нагрузку, все это напряжение концентрируется на одной втулке и одной кромке уплотнения, которые обычно являются первым компонентом, который выходит из строя при длительной боковой нагрузке.
Компактное невращающееся движение
Поскольку вращение механически блокируется конструкцией стержней, производители машин пропускают отдельные валы, препятствующие вращению, направляющие блоки или стержни со шпонками, которые в противном случае увеличили бы длину и стоимость сборки. Это становится особенно ценным в тесных машинных отделениях, где каждый дополнительный сантиметр пространства перемещения должен быть оправдан с точки зрения занимаемой площади соседних станций.
Стабильная производительность в течение длительного цикла
Уменьшение отклонения означает меньшее микровоздействие на уплотнения во время каждого цикла. На линиях упаковки или этикетирования непрерывной работы, выполняющих несколько циклов в минуту, это приводит к увеличению интервалов между заменой уплотнений.
Предсказуемое позиционирование повтора
Поскольку пластина движется по фиксированной трехточечной траектории, положение, в которое она возвращается в конце каждого хода, остается неизменным даже после длительного использования. Эта предсказуемость является основной причиной, по которой станции с визуальным управлением и датчиками определяют три стержневых цилиндра для оси, которые должны точно повторять свое положение, цикл за циклом.
Уменьшенное вспомогательное оборудование
Поскольку функция направляющей уже встроена в корпус цилиндра, инженерам не нужно искать, монтировать и выравнивать отдельную линейную опорную направляющую. Меньшее количество закупаемых деталей также означает меньшее время выполнения заказов поставщиками и меньшее количество механических интерфейсов, которые со временем могут ослабнуть.
Типичные характеристики диаметра цилиндра и хода поршня
Трехштоковые цилиндры производятся с широким диапазоном диаметров и подходят для любого оборудования: от настольных сборочных приспособлений до более тяжелых конвейерных подъемников. Приведенные ниже справочные диапазоны отражают обычно указанные каталожные размеры для этого семейства пневмоцилиндров.
| Размер отверстия | Общий диапазон хода | Типичная обязанность |
|---|---|---|
| от 12 до 16 мм | от 10 до 50 мм | Легкая сборка, передача мелких деталей |
| от 20 до 25 мм | от 25 до 75 мм | Общая автоматизация, зажимные приспособления |
| от 32 до 40 мм | от 30 до 100 мм | Подъем и позиционирование средних грузов |
| от 50 до 63 мм | от 40 до 150 мм | Тяжелый конвейер и обработка поддонов |
| от 80 до 100 мм | от 50 до 200 мм | Подъем больших приспособлений, структурное позиционирование |
Рабочее давление для большинства трехштоковых пневмоцилиндров составляет от 0,1 до 1,0 МПа, при этом давление гидростатического испытания обычно составляет около 1,5 МПа. Перед окончательным определением размеров всегда сверяйте точное номинальное давление с техническими данными конкретной модели, поскольку толщина стенок и материал уплотнения различаются у разных производителей.
Размер отверстия — не единственная переменная, которую стоит проверять. Диаметр штока, расстояние между направляющими штоками и расстояние между передней и задней монтажными пластинами — все это влияет на то, какой момент нагрузки может выдержать цилиндр при данном диаметре отверстия. Два цилиндра с одинаковым отверстием, но с разным расстоянием между штоками могут нести существенно разные смещенные нагрузки, поэтому номинальная моментная нагрузка, указанная в таблице данных, имеет большее значение, чем сам размер отверстия, когда приложение связано с какой-либо боковой силой.
Материалы и детали конструкции
Большинство трехштоковых пневматических цилиндров имеют схожий подход к конструкции, хотя точный сплав и обработка поверхности различаются в зависимости от производителя и целевого класса эксплуатации.
Корпус цилиндра
Основная труба и торцевые пластины обычно изготавливаются из алюминиевого сплава, выбранного из-за его более выгодного соотношения прочности и веса по сравнению со сталью. Обычно используется твердое анодирование поверхности с добавлением износостойкого оксидного слоя, который также улучшает коррозионную стойкость во влажных или слегка загрязненных цеховых условиях.
Направляющие стержни и втулки
Направляющие стержни обычно изготавливаются из прецизионно отшлифованной стали с твердым хромированием или аналогичным покрытием для предотвращения задиров от многократного контакта с втулкой. Материалы втулок делятся на две большие категории: бронзовые или композитные скользящие втулки для общего режима работы и линейные шарикоподшипники для применений, требующих более высоких скоростей и меньшего трения при движении.
Уплотнения
Уплотнения поршня и штока обычно изготавливаются из нитрильного каучука или полиуретана, подходящего для стандартного цехового воздуха. Применения, связанные с более высокими температурами, безмасляными воздушными системами или промывными средами, могут потребовать использования другого уплотнительного состава, поэтому перед окончательной покупкой стоит подтвердить совместимость материала уплотнения с фактическими условиями подачи воздуха.
Самосмазывающиеся варианты
Многие трехштоковые цилиндры поставляются с самосмазывающимися втулками, которые сокращают частоту ручной смазки в труднодоступных местах. Этот вариант особенно распространен на агрегатах, предназначенных для закрытых машинных ячеек, где доступ для планового обслуживания ограничен.
Скользящие втулки и линейные направляющие на шарикоподшипниках
Тип втулки, встроенной в трехштоковый цилиндр, напрямую влияет как на трение при движении, так и на ожидаемый срок службы, поэтому он заслуживает отдельного сравнения, выходящего за рамки общего списка характеристик.
| Фактор | Скользящая втулка | Линейный шарикоподшипник |
|---|---|---|
| Беговое трение | Умеренный | Низкий |
| Максимальная практическая скорость | Нижний | Высокийer |
| Толерантность к световому загрязнению | Лучше | Более чувствительный |
| Относительная стоимость единицы | Нижний | Высокийer |
Станции общей сборки и зажима, работающие в умеренном темпе, обычно хорошо работают со скользящими втулками, которые проще, дешевле и устойчивы к условиям цеха. С другой стороны, высокоскоростные оси захвата и размещения выигрывают от более низкого трения направляющих шарикоподшипников, поскольку уменьшенное сопротивление помогает цилиндру быстрее достичь целевой скорости во время хода.
Общие промышленные применения
Направляемый, невращающийся ход трехстержневого цилиндра естественным образом вписывается в места, где инструмент или приспособление должны оставаться идеально перпендикулярными к заготовке.
- Обработка материалов: подъемные платформы и передаточные рычаги конвейера, которые перемещают детали между станциями без наклона.
- Автоматизация сборки: станции прессовой посадки и вставки, где инструмент должен оставаться по центру детали в каждом цикле.
- Упаковка и маркировка: запечатывающие головки и рычаги для нанесения этикеток, многократно нажимающие на высокую скорость.
- Интеграция захвата и зажима: инструмент на конце рычага, в котором сам цилиндр заменяет отдельные ползуны и направляющие блоки.
- Приспособления для испытаний и контроля: датчики или датчики, которым необходимо приближаться к детали по фиксированному, повторяемому пути.
- Поддержка штамповки и прессования: функции вторичного зажима или прижима наряду с основным ходом прессования.
- Роботизированные устройства смены инструмента: направляющие пластины, которые точно выравнивают головку инструмента до того, как сработает фиксирующий механизм.
- Работа с полупроводниками и электроникой: легкие и точные перемещения, при которых любое вращение может привести к смещению хрупких компонентов.
В каждом случае привлекательность одна и та же: один компактный пневмоцилиндр заменяет стандартный цилиндр плюс отдельную линейную направляющую, что сокращает перечень материалов и время сборки на машине.
В большинстве этих применений общая резьба представляет собой инструмент или приспособление, которое каждый раз должно приближаться к заготовке одинаково, без необходимости добавления оператору или инженеру дополнительного направляющего оборудования только для обеспечения прямолинейности движения.
Как правильно выбрать трехштоковый цилиндр
Правильный подбор пневматического цилиндра позволяет избежать двух распространенных неисправностей: узла недостаточного размера, который быстро изнашивается, и узла слишком большого размера, который увеличивает ненужный вес и расход воздуха для машины.
Сопоставление диаметра с фактической рабочей силой
Рассчитайте необходимое усилие при самом низком ожидаемом давлении в линии, затем добавьте запас прочности примерно от 20 до 30 процентов, прежде чем выбирать размер отверстия. Эксплуатация цилиндра вблизи номинального максимума значительно сокращает срок службы уплотнений.
Проверьте смещенную нагрузку, а не только вес
Трехштоковые цилиндры выбраны специально для нагрузки со смещением от центра, поэтому убедитесь, что в техническом описании указана допустимая моментная нагрузка, а не только номинальная прямолинейная сила, и сравните ее с фактической монтажной геометрией.
Подтвердите инсульт с помощью комнаты очистки
Добавьте от 5 до 10 мм сверх расчетного рабочего хода, чтобы пластина никогда не упиралась в торцевую крышку во время нормальной работы, что снижает ударную нагрузку на амортизирующий механизм.
Проверьте ориентацию монтажа
При вертикальном, горизонтальном и перевернутом монтаже направляющие втулки подвергаются различным постоянным нагрузкам. Подтвердите предполагаемую ориентацию у поставщика, если применение предполагает постоянное удержание в вертикальном положении, а не мгновенное нажатие.
Подберите тип втулки в соответствии с требованиями к скорости
Скользящие втулки подходят для низкоскоростных станций общего назначения, а линейные шарикоподшипниковые направляющие обеспечивают более высокую частоту циклов с меньшим трением при движении. Выбор неправильного типа втулки для предполагаемой скорости является распространенной причиной преждевременного износа, о которой сообщают бригады технического обслуживания.
Подтвердите требования к качеству воздуха
Проверьте, работает ли система на сжатом воздухе со смазкой или без масла, поскольку для каждого условия состав уплотняющих смазок разный. Смешивание безмасляного цилиндра с воздухопроводом со смазкой или наоборот может сократить срок службы уплотнения быстрее, чем ожидалось.
Планируйте рабочий цикл, а не только пиковую нагрузку
Цилиндр, который легко выдерживает случайные сильные толчки, все же может быстро изнашиваться, если одна и та же нагрузка повторяется тысячи раз за смену. Анализ ожидаемых циклов в час вместе с расчетом силы дает более реалистичную картину долгосрочной долговечности, чем одно число пиковой нагрузки.
Советы по установке и обслуживанию
Трехштоковый пневматический цилиндр механически прост, но некоторые особенности установки существенно увеличивают срок его службы.
- Точно выровняйте монтажную поверхность; даже небольшое угловое несоответствие концентрирует износ на одном направляющем стержне, а не распределяет его равномерно по всем трем.
- Используйте фильтрованный, тщательно осушенный сжатый воздух; влага в воздухопроводе ускоряет коррозию внутри втулок быстрее, чем большинство других причин поломок.
- Проверяйте буферные или амортизирующие уплотнения каждые несколько месяцев при работе с большим циклом работы, поскольку они изнашиваются раньше, чем основное уплотнение поршня.
- Повторно смазывайте самосмазывающиеся втулки только смазкой типа, указанного производителем, поскольку несовместимая смазка может со временем размягчить материал втулки.
- Следите за слабым скрежетающим звуком во время удара; обычно это сигнализирует о смещении штока до появления видимого износа.
- Периодически проверяйте момент затяжки на передней и задней монтажных пластинах, поскольку вибрация в загруженном отсеке машины может постепенно ослабить болты, которые были правильно затянуты во время установки.
- Ведите журнал текущего давления воздуха с течением времени; Медленное, необъяснимое падение давления на одной и той же станции часто указывает на утечку уплотнения на ранней стадии, которую стоит изучить, прежде чем она ухудшится.
Цилиндры, проверяемые по фиксированному графику, обычно проходят несколько миллионов циклов, прежде чем потребуется полная замена уплотнений. , по сравнению с оставленными без проверки агрегатами, которые часто выходят из строя раньше из-за постепенной утечки воздуха, которая остается незамеченной до тех пор, пока давление на выходе не упадет.
Распознавание ранних предупреждающих знаков
Большинство неисправностей трехштоковых цилиндров дают некоторое предупреждение перед полной остановкой. Небольшое увеличение времени цикла, изменение звука хода или небольшая видимая утечка воздуха в фитинге — все это сигналы, которые стоит изучить во время следующего планового технического обслуживания, а не ждать полного отказа в середине смены.
Хранение перед установкой
Если баллон находится на хранении до монтажа, храните его в оригинальной упаковке, вдали от пыли и влаги. Поверхности штока, оставленные открытыми в течение длительного времени, могут подвергнуться легкой поверхностной коррозии, которая затем ускоряет износ втулки после окончательного ввода устройства в эксплуатацию.
Часто задаваемые вопросы
Чему на самом деле препятствует конструкция с тремя стержнями?
Он предотвращает вращение подвижной пластины и предотвращает попадание боковой нагрузки непосредственно на уплотнение поршня, поскольку вместо этого направляющие стержни поглощают эту силу.
Является ли трехштоковый цилиндр тем же самым, что и бесштоковый пневмоцилиндр?
Нет. Бесштоковый цилиндр перемещает каретку вдоль внешней стороны трубы, при этом стержень не выходит наружу. Трехштоковый цилиндр по-прежнему имеет выдвижной поршневой шток, поддерживаемый двумя дополнительными направляющими штоками.
Может ли трехштоковый цилиндр заменить линейную направляющую?
Да, при легких и средних нагрузках, поскольку встроенные направляющие уже противостоят вращению и умеренной боковой нагрузке, что устраняет необходимость в отдельной направляющей и каретке.
Какую боковую нагрузку обычно выдерживают эти цилиндры?
Она зависит от размера отверстия и расстояния между штоками, поэтому допустимую моментную нагрузку, указанную в техническом описании конкретной модели, всегда следует проверять, а не предполагать на основе общего значения.
Нужны ли трехштоковым цилиндрам специальные клапаны или фитинги?
Нет. Стандартные клапаны двойного действия, фитинги и регуляторы скорости, используемые с любым другим пневмоцилиндром, работают так же, как и с трехстержневым блоком.
В чем основной недостаток по сравнению со стандартным цилиндром?
Больший диаметр корпуса и более высокая стоимость единицы продукции являются основными компромиссами, поэтому эта конструкция предназначена для применений, где действительно требуется сопротивление смещению нагрузки.
Можно ли отрегулировать направляющие стержни, если пластина слегка отклоняется от перпендикуляра?
Вообще нет. Расстояние между штоками и выравнивание втулки фиксируются на заводе, поэтому постоянное смещение обычно указывает на проблему с монтажным кронштейном или износ втулки, а не на что-то регулируемое на месте.
Как температура влияет на производительность?
Стандартные уплотнительные смеси рассчитаны на типичные температуры в цехах. В необычно жарких или холодных условиях уточните у поставщика номинал материала уплотнения, поскольку экстремальные температуры со временем могут повлиять на гибкость уплотнения и его характеристики.
Совместимы ли трехштоковые цилиндры с датчиками положения?
Да. Многие модели поддерживают стандартные магнитные герконовые или полупроводниковые датчики положения, установленные вдоль корпуса так же, как они крепятся к обычным пневмоцилиндрам.
Как часто следует проверять направляющие втулки?
Для применений общего назначения типична визуальная и звуковая проверка во время планового технического обслуживания каждые несколько месяцев, при этом более частые проверки рекомендуются для станций с интенсивным или непрерывным режимом работы.
Могут ли эти баллоны работать в безмасляных системах сжатого воздуха?
Многие модели доступны в безмасляной конфигурации с совместимыми уплотнительными составами. Подтвердите этот вариант при заказе, так как стандартное уплотнение может изнашиваться быстрее без смазки в системе подачи воздуха.
Определяет ли только размер отверстия, какой вес может поднять трехштоковый цилиндр?
Нет. Подъемная сила также зависит от давления в магистрали и эффективной площади поршня, поэтому два цилиндра с одинаковым диаметром цилиндра могут создавать разную выходную силу, если они работают при разном рабочем давлении.
