چه سیلندر هوا در واقع در یک خط تولید انجام می دهد
یک سیلندر هوا فشار هوای فشرده را به نیروی مکانیکی خطی تبدیل می کند و پاسخ کوتاه برای هر کسی که یکی را انتخاب می کند این است: اندازه سوراخ خروجی نیرو را تعیین می کند، طول ضربه مسافت سفر را تعیین می کند، و طراحی میله ظرفیت باربری را تحت بارهای جانبی تعیین می کند. . یک سیلندر محرک پنوماتیکی استاندارد که روی هوای کارگاهی 6 بار (87 psi) با سوراخ 32 میلیمتری کار میکند، تقریباً 482 نیوتن نیرو بر روی ضربه فشار ایجاد میکند که برای انجام بیشتر کارهای بستن، بلند کردن و فشار دادن موجود در تجهیزات بستهبندی و مونتاژ کافی است. اگر فرآیندی بدون افزایش اندازه سوراخ نیاز به نیروی بیشتری داشته باشد، تنها مسیر عملی افزایش فشار خط (در محدوده نامی سیلندر، معمولاً 10 بار برای واحدهای استاندارد) یا تغییر روی یک طرح سیلندر پشت سر هم است که دو پیستون را روی یک میله قرار میدهد.
سیلندرهای محرک به دو خانواده مکانیکی وسیع تقسیم می شوند: سیلندرهای تک اثره که از فشار هوا برای حرکت در یک جهت و فنر برای برگشت استفاده می کنند و سیلندرهای دو اثره که از فشار هوا برای امتداد و جمع شدن استفاده می کنند. طبق دادههای توزیعکننده قطعات از کاتالوگهای Festo و SMC، تقریباً 75 درصد از نصبهای سیلندر پنوماتیک صنعتی، طراحیهای دوطرفه را تشکیل میدهند، عمدتاً به این دلیل که نیرو و سرعت کنترلشده را در هر دو جهت ارائه میدهند و انرژی را برای فشردهسازی فنر برگشتی در هر چرخه هدر نمیدهند.
محاسبه نیروی سیلندر: اعدادی که اهمیت دارند
فرمول نیرو برای یک سیلندر پنوماتیک ساده است: نیرو (N) = فشار (میله) x مساحت (cm²) x 10 . مساحت پیستون از قطر سوراخ با استفاده از فرمول استاندارد سطح دایره، π ضربدر شعاع مربع محاسبه می شود. برای کورس سمت میله (بازگشت)، سطح مقطع میله باید از سطح کل پیستون کم شود، به همین دلیل است که نیروی پسکشی همیشه کمتر از نیروی کشش در یک سیلندر دو اثره است، که اغلب بسته به قطر میله بین 10 تا 15 درصد است.
| قطر سوراخ | منطقه پیستون | نیرو در 6 بار | برنامه معمولی |
|---|---|---|---|
| 16 میلی متر | 2.01 سانتی متر مربع | 120 N | تخلیه قطعه کوچک، دروازه |
| 25 میلی متر | 4.91 سانتی متر مربع | 295 N | وسایل گیره نور |
| 32 میلی متر | 8.04 سانتی متر مربع | 482 N | نوار نقاله متوقف می شود، صفحات فشاری |
| 50 میلی متر | 19.63 سانتی متر مربع | 1178 N | اتصالات پرس، شکل دهی ورق فلز |
| 80 میلی متر | 50.27 سانتی متر مربع | 3016 N | گیره سنگین، ابزار ریخته گری |
شایان ذکر است که نیروی نظری حاصل از این فرمول نشان دهنده حداکثر خروجی موجود قبل از تلفات اصطکاک است. نیروی وارد شده در دنیای واقعی به دلیل اصطکاک آب بندی، به ویژه در سیلندرهایی که برای مدت طولانی بدون تعمیر و نگهداری روغن کاری کار کرده اند، حدود 5 تا 10 درصد کمتر است.
سبکهای بدنه سیلندر و زمانی که هر کدام مناسب هستند
سیلندرهای هوا در چندین پیکربندی بدنه تولید می شوند و انتخاب سبک اشتباه یکی از رایج ترین منابع سایش زودرس تجهیزات خودکار است.
بدنه گرد (ISO 6432) سیلندر
اینها جمع و جورترین گزینه برای اندازه حفره معین هستند و به راحتی با استفاده از براکت های گیره یا فلنج در قاب های دستگاه محکم قرار می گیرند. آنها معمولاً در اندازههای سوراخ از 8 تا 25 میلیمتر یافت میشوند و برای بازوهای جمعآوری و جابجایی، مکانیسمهای اجکتور کوچک و کاربردهای دروازهای که در آن فضا در امتداد محور تحریک محدود است، مورد استفاده قرار میگیرند.
بدنه پروفیل (ISO 15552) سیلندر
بدنه های مربع یا مستطیل شکل با شکاف های نصب یکپارچه در امتداد چهار طرف. سطوح مسطح و شیارهای T-slot به طراحان اجازه میدهد حسگرها، براکتها و ریلها را مستقیماً بدون وسایل اضافی به بدنه سیلندر هدایت کنند. این سبک در محدوده حفره های 32 تا 125 میلی متر غالب است و انتخاب پیش فرض برای اتوماسیون صنعتی عمومی است.
سیلندرهای هدایت شونده (اسلاید).
اینها یک استوانه استاندارد را با میله های راهنمای خطی داخلی ترکیب می کنند که معمولاً دو محور فولادی سخت شده به موازات میله اصلی قرار دارند. میله های راهنما بارهای جانبی و گشتاوری را جذب می کنند که در غیر این صورت یک میله سیلندر استاندارد را خم می کند یا فرسوده می کند. هر کاربرد که در آن بار خارج از مرکز از خط مرکزی میله اعمال می شود، مانند بازوی فشار دهنده یا گیره چرخان، باید از یک استوانه هدایت شونده به جای استوانه میله استاندارد استفاده شود. ، زیرا بارگذاری جانبی تنها بزرگترین علت خرابی زودرس سیل میله است.
سیلندرهای فشرده
واحدهای پروفیل مسطح و مسطح کوتاه که برای عملیات بستن در جایی که فضای محوری بالاتر است، مانند میزهای دوار چند ایستگاهه، طراحی شده اند. طول ضربه به ندرت از 50 میلی متر تجاوز می کند، اما صفحه نصب صاف و کاهش طول کلی آنها را برای نصب هایی که در آن سیلندر استاندارد به سادگی جا نمی شود، ایده آل می کند.
سبک های نصب و معاوضه های مکانیکی آنها
سبک نصب انتخاب شده نه تنها بر نصب، بلکه بر استرس خمشی که بدنه سیلندر و میله تجربه می کنند در حین کار تأثیر می گذارد.
- نصب پا : پیچ و مهره شده در امتداد پایین بدنه سیلندر، ساده و سفت است، اما نیاز به تراز کامل مسیر بار برای جلوگیری از خمش روی لوله بدنه دارد.
- نصب فلنج : پیچ در سرپوش یا سر، بسیار سفت و سخت برای کاربردهای فشار/کشش محوری، رایج در تجهیزات پرس و مهر زنی.
- نصب Trunnion : یک نقطه محوری به سیلندر اجازه می دهد تا در حین امتداد آن حرکت کند، که برای بازوهای گیره و مکانیسم های بالابر که به جای حرکت در یک خط مستقیم از طریق یک قوس می چرخند ضروری است.
- نصب Clevis : یک اتصال پین و چنگال در پشت سیلندر، که اغلب با یک گیره در انتهای میله نیز جفت می شود، که به کل سیلندر اجازه می دهد در طول سکته مغزی بچرخد.
پایه های Trunnion و clevis تنها گزینه هایی هستند که باید در زمانی که مسیر محرک یک خط مستقیم نیست مورد استفاده قرار گیرند، زیرا پایه های صلب روی یک بار چرخشی به سرعت میله پیستون را خم می کنند.
مصرف هوا: اندازه کمپرسور را به درستی تنظیم کنید
یکی از عواملی که هنگام اضافه کردن سیلندرها به یک سیستم پنوماتیک موجود نادیده گرفته می شود، نیاز کل هوا است. هر سیکل یک سیلندر حجمی از هوای فشرده را مصرف می کند که برابر با مساحت پیستون ضرب در طول حرکت است، که برای سیلندرهای دو اثره دو برابر می شود، زیرا هر دو محفظه هر چرخه را پر و تخلیه می کنند.
به عنوان مثال، یک سیلندر سوراخ 50 میلی متری با کورس 200 میلی متری دارای حجم پیستون تقریباً 393 سانتی متر مکعب در سمت گسترش است. حجم سمت میله را اضافه کنید (به دلیل جابجایی میله کمی کمتر، آن را 370 سانتی متر مکعب نامید)، و یک چرخه کامل حدود 763 سانتی متر مکعب هوای آزاد در فشار اتمسفر مصرف می کند، ضرب در نسبت تراکم. در 6 بار (7 بار مطلق)، این تقریباً 5.3 لیتر هوای آزاد در هر چرخه است. ماشینی که این سیلندر را با سرعت 20 سیکل در دقیقه کار می کند، فقط برای آن یک محرک تقریباً 106 لیتر در دقیقه هوای آزاد مصرف می کند. ، که وقتی در ماشینی با ده یا چند سیلندر ضرب شود، بار معنیداری است.
| اندازه سوراخ | ضربه 100 میلی متر | سکته مغزی 200 میلی متر | ضربه 300 میلی متر |
|---|---|---|---|
| 25 میلی متر | 26 لیتر در دقیقه | 52 لیتر در دقیقه | 78 لیتر در دقیقه |
| 32 میلی متر | 42 لیتر در دقیقه | 84 لیتر در دقیقه | 127 لیتر در دقیقه |
| 50 میلی متر | 53 لیتر در دقیقه | 106 لیتر در دقیقه | 159 لیتر در دقیقه |
| 80 میلی متر | 135 لیتر در دقیقه | 271 لیتر در دقیقه | 406 لیتر در دقیقه |
معمولاً کارخانهها هنگام اضافه کردن سلولهای اتوماسیون جدید، اندازه کمپرسور را دستکم میگیرند، زیرا آنها تنها بر اساس سوراخ سیلندر بدون فاکتورگیری در نرخ سیکل محاسبه میکنند. کمپرسوری که برای تقاضای کل کمتر از اندازه است، باعث میشود فشار خط در حین چرخش پیک کاهش یابد، که مستقیماً نیروی خروجی هر سیلندر روی سیستم را کاهش میدهد، و گاهی اوقات باعث میشود که تکنسینها علامت را بهعنوان یک محرک خراب تشخیص دهند، زمانی که علت واقعی در بالادست است.
بالشتک انتهای سکته مغزی و چرا عمر مفید آن را افزایش می دهد
در پایان هر ضربه، پیستون با کوبیدن به درپوش انتهایی سرعت خود را کاهش می دهد، مگر اینکه نوعی بالشتک وجود داشته باشد. سیلندرهای استاندارد بدون بالشتک به سرعت های نسبتاً پایین پیستون، معمولاً کمتر از 0.3 متر در ثانیه، قبل از اینکه نیروهای ضربه شروع به آسیب رساندن به پیستون، کلاهک های انتهایی و سخت افزار نصب کنند، محدود می شوند.
بالشتک قابل تنظیم از یک سوپاپ سوزنی استفاده می کند تا هوای خروجی را در 10 تا 15 میلی متر پایانی دریچه گاز بگیرد و پیستون را قبل از تماس با درپوش انتهایی کند می کند. این ویژگی منفرد می تواند عمر مفید سیلندر را به طور قابل توجهی افزایش دهد، زیرا شوک مکانیکی مکرر یک استاپ بدون بالشتک عامل اصلی سایش آب بندی، شل شدن بست و در نهایت ترک خوردن درپوش انتهایی سیلندرهای با بدنه آلومینیومی است.
برای کاربردهایی با سرعت بالای 0.5 متر بر ثانیه یا برای هر سیلندری که جرم باری بالاتر از چند کیلوگرم را حمل می کند، بالشتک قابل تنظیم هوا باید به جای ارتقای اختیاری، یک نیاز استاندارد در نظر گرفته شود . سپرهای لاستیکی جایگزینی ارزانتر برای بارهای سبکتر و سرعتهای پایینتر ارائه میدهند، و ضربه را از طریق تغییر شکل الاستیک به جای دریچه گاز جذب میکنند، اما فرسوده میشوند و نیاز به تعویض دورهای دارند.
انتخاب مواد برای محیط های عملیاتی مختلف
بدنه، میله و مواد مهر و موم یک سیلندر محرک تعیین می کند که چقدر در خارج از یک کف کارخانه تمیز، خشک و تحت کنترل آب و هوا زنده می ماند.
سیلندرهای استاندارد بدنه آلومینیومی
آلومینیوم آنودایز پیش فرض برای استفاده عمومی در داخل ساختمان است. این سبک وزن است، در برابر خوردگی سطح در برابر رطوبت معمولی مقاومت می کند، و به راحتی سوراخ های دقیق مورد نیاز برای حفظ آب بندی خوب را ایجاد می کند. برای محیط هایی با مواد شیمیایی شست و شوی سوزاننده یا در معرض دائمی آب شور بدون پوشش اضافی مناسب نیست.
سیلندرهای فولادی ضد زنگ
در فرآوری مواد غذایی، دارویی و کاربردهای دریایی که شستشو با پاک کننده های کلردار یا قرار گرفتن در معرض هوای نمک معمول است، استفاده می شود. سیلندرهای ضد زنگ هزینه بیشتری دارند، معمولاً 1.5 تا 2.5 برابر قیمت یک واحد آلومینیومی معادل، اما از خوردگی حفره ای که در غیر این صورت نیاز به تعویض مکرر در این محیط ها دارد، جلوگیری می کند.
ترکیبات مهر و موم
مهر و موم های نیتریل (NBR) برای سرویس هوای عمومی در دماهای 20- تا 80 درجه سانتی گراد استاندارد هستند. برای کاربردهای با دمای بالا در نزدیکی اجاقها یا ایستگاههای جوشکاری، آببندهای فلوروکربن (FKM/Viton) محدوده قابل استفاده را تا حدود 150 درجه سانتیگراد افزایش میدهند، اما هزینه بسیار بیشتری دارند. برای ماشین آلات مواد غذایی و دارویی، ترکیبات مهر و موم مطابق با FDA مورد نیاز است و باید به صراحت هنگام سفارش مشخص شود، زیرا مهر و موم استاندارد ممکن است الزامات پردازش بهداشتی را برآورده نکند.
علائم شایع شکست و علل ریشه ای آنها
تکنسین های میدانی به طور مکرر با همان تعداد انگشت شماری از الگوهای خرابی در سیلندرهای محرک مواجه می شوند و تشخیص سریع آنها باعث صرفه جویی در زمان خرابی می شود.
| علامت | علت احتمالی | اقدام اصلاحی |
|---|---|---|
| سکته مغزی آهسته یا کند | لوله های کم اندازه، اتصالات محدود کننده، یا فشار کم خط | فشار منبع را در درگاه سیلندر بررسی کنید، قطر لوله را افزایش دهید |
| نشت هوا از انتهای میله | مهر و موم میله فرسوده، اغلب در اثر بارگذاری جانبی یا آلودگی | کیت مهر و موم را تعویض کنید، از نظر نمره گذاری میله و منبع بار جانبی بررسی کنید |
| وقتی هوا خاموش است سیلندر جابجا می شود | بای پس سیل پیستون داخلی که امکان انتقال هوا بین محفظه ها را فراهم می کند | کاسه نمد پیستون را تعویض کنید، سوراخ سوراخ را بررسی کنید |
| انفجار شدید در پایان سکته مغزی | بالشتک از دست رفته یا فرسوده، سرعت بیش از حد | سوپاپ سوزنی بالشتک را تنظیم کنید یا کنترل جریان را روی اگزوز اضافه کنید |
| میله پیستون خم شده | بارگذاری جانبی فراتر از حد مجاز، ناهماهنگی | با سیلندر هدایت شونده یا تراز مکانیکی صحیح جایگزین کنید |
بیشتر خرابیهای زودرس سیلندر به دو علت بازمیگردد: بارگذاری جانبی روی میله به دلیل نصب نامناسب، و هوای آلوده که رطوبت یا ذرات را به آببندها منتقل میکند. یک واحد فیلتر-تنظیم کننده-روانکار (FRL) که به درستی نگهداری می شود، در بالادست هر محرک، علت دوم را مستقیماً بررسی می کند، و بررسی تراز معمول در طول تعمیر و نگهداری پیشگیرانه، علت اول را بررسی می کند.
چک لیست عملی برای تعیین سیلندر محرک جدید
هنگام تعیین یک سیلندر محرک پنوماتیکی جدید برای طراحی یا مقاوم سازی ماشین، نکات زیر را بررسی کنید تا از رایج ترین اشتباهات مشخصات جلوگیری شود.
- نیروی مورد نیاز را در کمترین فشار خط مورد انتظار محاسبه کنید، نه فشار اسمی، زیرا فشار ممکن است در زمان اوج تقاضا کاهش یابد.
- اندازه سوراخ را با حاشیه ایمنی حداقل 25 درصد بالاتر از حداقل نیروی مورد نیاز محاسبه شده انتخاب کنید.
- تأیید کنید که طول سکته مغزی برای سفر مکانیکی کامل به علاوه هر فاصله بالش در هر انتها محاسبه می شود.
- در صورت اعمال بار جانبی یا گشتاور به میله در طول حرکت، یک سیلندر هدایت شونده انتخاب کنید.
- مواد مهر و موم و مواد بدنه را با محیط اطراف از جمله دما، رطوبت و قرار گرفتن در معرض مواد شیمیایی مطابقت دهید.
- نوع بالشتک را بر اساس سرعت مورد انتظار پیستون و جرم بار مشخص کنید.
- تأیید کنید که سبک نصب با مسیر بار، خط مستقیم در مقابل حرکت چرخشی مطابقت دارد.
- مصرف هوای سیلندر جدید را به کل نیاز سیستم اضافه کنید و ظرفیت کمپرسور را بررسی کنید.
پیروی از این ترتیب به ترتیب، به جای شروع از شماره قطعه کاتالوگ و کار به عقب، تفاوت بین محرکی است که سال ها به طور قابل اعتماد کار می کند و محرکی که ظرف چند ماه پس از نصب به یک مورد تعمیر و نگهداری مکرر تبدیل می شود.
