Конструкція пневматичного циліндра — пневмоциліндри односторонньої та двосторонньої дії

Що таке пневматичний циліндр?

Пневматичний циліндр – це пристрій, який використовується для створення лінійного руху в пневматичних системах. Він складається з поршня, який переміщається всередині циліндра, і штока, який пов'язаний із робочим інструментом чи механізмом. Пневматичний циліндр працює за допомогою стисненого повітря, яке надходить у циліндр через вхідні порти. Це призводить до переміщення поршня та штока.

Для чого потрібен пневматичний циліндр?

Пневмоциліндри широко використовуються для автоматизації процесів виробництва та управління механізмами. Вони можуть використовуватися для переміщення та позиціонування матеріалів, деталей та обладнання, для приводу роботів, пресів, конвеєрів та інших механізмів у різних галузях промисловості.

Наша компанія виготовляє різні типи пневматичних циліндрів, строк виготовлення — від 1 до 3 днів.

Типи пневмоциліндрів

Пневмоциліндри можна розділити на чотири типи:

1. Циліндри лінійної дії — до цієї групи належать циліндри односторонньої та двосторонньої дії.

1. Поворотні циліндри — до цієї групи належать неповно-поворотні циліндри та пневматичні мотори.

1. Пневматичні захвати – сюди входять пневматичні захвати різних конструкцій, в основі яких найчастіше лежать циліндри лінійної дії.

1. Нестандартні пневматичні виконавчі механізми — до цієї групи можна віднести до пневматичні молотки та пневматичні вібратори та інші нестандартні механізми часто не мають вихідного валу, що переміщається або обертається.

Як працює пневматичний циліндр?

Пневматичний циліндр — це пристрій, який використовує стиснене повітря для створення механічного руху. Він складається з двох головних компонентів: циліндричного корпусу та поршня.

Циліндричний корпус зазвичай виготовляється з алюмінію чи нержавіючої сталі. Усередині корпусу знаходиться поршень, який ділить циліндр на дві порожнини – передню та задню. Поршень також виготовляється з алюмінію або нержавіючої сталі та має герметичне ущільнення, щоб запобігти витоку повітря.

Робота циліндра двосторонньої дії

Переміщення циліндра двосторонньої дії здійснюється за рахунок подачі стисненого повітря в штокову або без штокової порожнини пневматичного циліндра. При подачі стисненого повітря в штокову порожнину, шток циліндра втягується, при подачі стисненого повітря без штокової порожнини циліндра, шток висувається. Зусилля пневматичного циліндра двосторонньої дії залежить від діаметра поршня, діаметра штока і тиску, що подається в порожнину циліндра.

Для керування пневматичними циліндрами двосторонньої дії використовуються п'яти лінійні двопозиційні та п'яти лінійні трипозиційні пневматичні розподільники.

Робота циліндра односторонньої дії

У циліндрах односторонньої дії подача стисненого повітря відбувається тільки в одну порожнину або в штокову або без штокову залежно від конструкції пневматичного циліндра. У протилежній порожнині зазвичай встановлена механічна пружина, яка повертає шток у вихідне положення після скидання тиску.

Для керування пневматичними циліндрами односторонньої дії використовуються трилінійні двопозиційні нормально відкриті або нормально закриті розподільники.

Як розрахувати діаметр пневмоциліндра?

Для розрахунку діаметра пневмоциліндрів необхідно знати тиск повітря у пневмосистемі, що буде використовуватись для керування циліндром, а також силу, яку має розвивати пневматичний циліндр.

При проектуванні загальнопромислових систем пневматики, бажано забезпечити для роботи пневмоциліндра тиск 6-7 бар, з урахуванням падіння тиску на приладах та трубопроводі.

Для приблизного визначення діаметра пневмоциліндра в міліметрах можна використовувати таку формулу:

де D — діаметр циліндра в мм,
F — необхідна сила в Ньютонах,
P — тиск стисненого повітря (у Паскалях),
k — коефіцієнт, що враховує додаткові навантаження на поршні (приймається від 1.2 до 1.4),
π — число Пі (близько 3,14).

Наприклад, якщо потрібно розвивати силу 300 Н, використовуючи повітряний тиск 0.7 МПа (7 бар), діаметр циліндра буде:

D = sqrt[(4 x 300 x 1.4)/(700'000 x 3.14)] x 1000 = 28 мм

Далі діаметр поршня пневмоциліндра вибирається зі стандартного ряду діаметрів поршнів: 6, 8, 10, 12, 16, 20, 25, 32, 40, 50, 63, 80, 100, 125, 160, 200, 250, 320 мм.

Якщо маємо число між двома значеннями із ряду, необхідно вибирати більше. В нашому випадку це буде 32 мм.

Як розрахувати зусилля пневмоциліндра?

Пневмоциліндри двосторонньої дії – розрахунок зусилля

При розрахунку зусилля пневматичного циліндра необхідно пам'ятати, що для циліндрів двосторонньої дії зусилля висування та втягування розраховуватиметься за різними формулами. Це пов'язано з тим, що в одній порожнині пневматичного циліндра двосторонньої дії є шток, а в іншій його немає.

Розрахунок зусилля пневмоциліндрів двосторонньої дії при висуванні:

Розрахунок зусилля пневмоциліндрів двосторонньої дії при втягуванні:

де F - зусилля, яке розвиває пневмоциліндр (у Ньютонах),
P - тиск стисненого повітря, що подається в циліндр (у Паскалях),
π - число пі (3.14),
D - діаметр поршня (в метрах),
d - діаметр штока (в метрах),
η - коефіцієнт корисної дії циліндра (зазвичай приймається рівним 0.9)

На щастя, вам не потрібно розраховувати ці значення, тому що для кожного стандартного циліндра вони вже заздалегідь пораховані. Значення зусиль пневмоциліндрів при висуванні та втягуванні наведені в таблиці нижче.

Пневмоциліндри односторонньої дії – розрахунок зусилля

Під час розрахунку зусилля пневматичного циліндра односторонньої дії необхідно враховувати зусилля зворотної пружини. Також необхідно пам'ятати, що поворотна пружина розрахована тільки на повернення поршня і не може виконувати переміщення зовнішнього навантаження.

де F — зусилля, яке розвиває пневмоциліндр (у Ньютонах),
P — тиск стисненого повітря, що подається в циліндр (у Паскалях),
π — число пі (3.14),
D — діаметр поршня (в метрах),
d — діаметр штока (в метрах),
η – коефіцієнт корисної дії циліндра (зазвичай приймається рівним 0.9),
k – коефіцієнт жорсткості пружини (для розрахунку приймаємо 0.77)
x – переміщення пневматичного циліндра.

Як вибрати пневмоциліндр?

Вибору пневматичних циліндрів присвячено окрему статтю (посилання на статтю), тут ми тільки опишемо основні умови, які необхідно враховувати при виборі:

1. Зусилля: необхідно визначити, яке зусилля має розвивати циліндр.
2. Визначте необхідний хід пневмоциліндра, виходячи з конструкції вашого обладнання.
3. Діаметр: оберіть діаметр циліндра в залежності від потрібного зусилля, необхідного ходу або конструктивних особливостей вашого обладнання.
4. Робочий тиск: для правильного вибору пневматичного циліндра Ви повинні знати, на якому тиску він працюватиме. Звичайний робочий тиск циліндрів не перевищує 10 бар.
5. Монтаж: переконайтеся, що вибраний пневмоциліндр може бути легко встановлений та підключений до системи.
6. Середовище: враховуйте умови навколишнього середовища, в якому працюватиме пневмоциліндр. Наприклад, якщо циліндр працюватиме лише в агресивному середовищі або за високих температур, необхідно вибрати циліндр із матеріалів, які стійкі до умов роботи.
7. Швидкість: враховуйте необхідну швидкість пересування вантажу чи механізму під час прямого вибору пневмоциліндра.

Для правильного вибору пневматичних циліндрів зверніться до технічного відділу нашої компанії. У нас ви отримаєте технічну консультацію з усіх питань, пов'язаних із вибором пневматичних циліндрів, вузлів кріплення та елементів керування, необхідних для вирішення вашого завдання.

Як встановлюється пневмоциліндр?

Установка пневмоциліндрів може відрізнятися залежно від конкретного типу та моделі, а також від задачі, для якої він використовується. Правилам вибору кріплення буде присвячено окрему статтю, але ми згадаємо основні вимоги до встановлення пневмоциліндру. Процес виглядає наступним чином:

1. Поверхня, на яку буде встановлений пневмоциліндр, має бути міцною та надійною. Переконайтесь, що Ваша рама, платформа, стіл чи інша конструкція витримає вагу пневмоциліндра та навантаження, пов'язані з його роботою.
2. Підготуйте відповідний пневмоциліндр, переконайтесь що він зібраний й робочий.
3. Визначте точне місце, де будуть розташовані елементи кріплення, які будуть утримувати пневмоциліндр.
4. Встановіть пневмоциліндр на елементи кріплення і затягніть гвинти, щоб закріпити його. Приєднайте, при необхідності, навантаження до штоку.
5. Переконайтесь що пневмоциліндр закріплений правильно та згідно вимог до техніки безпеки. Особливо радимо звернути увагу на те, щоб навантаження було закріплено рівно й не вигинало шток при його висуванні.
6. Вимкніть пневмосистему, щоб спустити тиск, та під'єднайте трубопроводи до пневмоциліндру. Підключіть сигнальний провід до котушок клапанів та розподільників управління, якщо це необхідно.
7. Подайте тиск й перевірте пневмоциліндр у роботі. Дотримуйтесь інструкцій з експлуатації та обслуговування.

Важливо відзначити, що установка пневмоциліндрів є відповідальною роботою, яку слід проводити фахівцям, що володіють відповідними знаннями у галузі механіки та пневматики. Бо якщо будуть порушені правила та норми безпеки під час установки пневмоциліндру, то існує ризик травмування не лише монтажника, але й оточуючих. Дотримуйтесь техніки безпеки і будьте уважні та обережні.

Управління пневмоциліндром

Для керування пневматичним циліндром використовується пневматичні розподільники. Як було зазначено вище, управління циліндрами двостороннього дії використовуються п'ятилінійні двопозиційні і п'ятилінійні трьохпозиційні розподільники. Для керування циліндрами односторонньої дії використовуються трилінійні двопозиційні розподільники. Це можуть бути розподільники з електричним, пневматичним чи механічним керуванням.

Детально цю тему буде розкрито у статті вибір розподільника та підключення пневматичного циліндра.

Для регулювання швидкості пневматичного циліндра використовуються дроселі, які можуть встановлюватися як на сам циліндр, так і на розподільник, який керує цим циліндром.

Для контролю за положенням поршня пневматичного циліндра використовується герконові датчики або датчики Холла.

Налаштування пневмоциліндра

Нижче наведено основні параметри, які підлягають регулюванню для налаштування правильної роботи пневматичного циліндра.

1. Регулювання вхідного тиску. Для регулювання вхідного тиску у вашій мережі повинен бути встановлений регулятор тиску. Використовуючи цей регулятор, можна відрегулювати зусилля, створюване вашим пневматичним циліндром.
2. Регулює швидкість пневматичного циліндра. Для регулювання швидкості пневматичного циліндра вам необхідно використовувати дроселі, які встановлюються на вхідні отвори пневматичного циліндра або розподільника.
3. Регулює демпфування або плавність зупинки пневматичного циліндра в крайніх положеннях. Якщо ваш циліндр оснащений демпфуванням, на його кришках встановлені спеціальні гвинти, які дозволяють відрегулювати плавність зупинки в крайніх положеннях.

Чи потрібно змащувати пневмоциліндр?

Пневмоциліндри мало потребують технічного обслуговування. При виробництві в них закладається консистентне мастило, якого часто вистачає на весь термін служби.

Основні вимоги, що висуваються в процесі експлуатації:

1. Повітря, що подається в циліндр, не повинно містити твердих частинок розміром більше 40 мікрон.
2. Повітря, що подається в циліндр, не повинно містити вологи. Наявність вологи в повітрі призводить до вимивання консистентного мастила та передчасного виходу з ладу ущільнень циліндра.
3. Якщо у вашій системі використовується мастилорозпилювач, не можна припиняти подачу олії, оскільки це призведе до швидкого зношування ущільнень циліндра.
4. Не можна подавати в циліндр тиск стисненого повітря вище вказаного в каталозі виробника.
5. Підвищене радіальне навантаження на шток пневматичного циліндра може призвести до швидкого виходу з ладу.
6. Неправильне встановлення пневматичного циліндра може призвести до його поломки.
7. Приєднання надто великого навантаження, надто великого вантажу до штока пневматичного циліндра може призвести до його руйнування.

Для того, щоб не втратити гарантію на придбане обладнання, проконсультуйтеся з менеджером нашої компанії За умовами експлуатації пневматичних циліндрів.