سیلندر با هوا چه می کند و چگونه فشار هوا را به نیرو تبدیل می کند
یک سیلندر هوای فشرده شده را با فشار دادن پیستون از طریق یک لوله مهر و موم شده به نیروی مکانیکی خط مستقیم تبدیل می کند. نیرویی که تولید می کند فیزیک ساده است: فشار ضرب در سطح پیستون. الف سیلندر سوراخ 4 اینچی با 90 PSI کار می کند تقریباً 1131 پوند نیرو در حرکت رو به جلو ایجاد می کند، در حالی که همان سیلندر در 60 PSI به حدود 754 پوند کاهش می یابد. این رابطه به همین دلیل است که اندازه سوراخ و فشار منبع دو عدد اولی هستند که هر مهندس قبل از تعیین سیلندر هوا برای یک کار بررسی می کند.
در داخل سیلندر، هوای فشرده از طریق یک دریچه در یک انتهای بشکه وارد می شود و پیستون را به سمت مخالف می برد. یک میله پیستون، متصل به پیستون، از طریق مهر و موم میله و غده امتداد می یابد و نیروی خارج از سیلندر را به هر باری که فشار می دهد، بالا می برد، گیره یا فشار می دهد، منتقل می کند. در حرکت برگشت، هوا یا تخلیه می شود در حالی که فنر پیستون را به عقب می راند (طراحی تک عملکردی) یا هوا به درگاه مقابل وارد می شود در حالی که سمت اول اگزوز می شود (طراحی عملکرد دوگانه). هر دو پیکربندی در دسته وسیعتر سیلندرهای هوای پنوماتیک قرار میگیرند و بر اساس میزان کنترل مورد نیاز بر روی حرکت برگشت انتخاب میشوند.
از آنجایی که هوای فشرده تراکم پذیر است، سیلندر هوا با دقت سفت و سختی مانند سیلندر هیدرولیک حرکت نمی کند. این در واقع یک مزیت در بسیاری از کاربردها است: به مکانیزم یک اثر بالشتکی طبیعی در برابر بارهای ضربه ای می بخشد، که یکی از دلایلی است که سیلندرهای هوا به عنوان محرک ترجیحی در خطوط بسته بندی، روباتیک انتخاب و جاسازی، و وسایل گیره ای باقی می مانند که در آن سرعت و نیروی متوسط بیشتر از استحکام مطلق مهم است.
اجزای اصلی تشکیل دهنده یک سیلندر هوا
هر سیلندر هوا، صرف نظر از سازنده یا اندازه سوراخ، از همان مجموعه اصلی قطعات ساخته شده است. بشکه، یا لوله، یک پوسته استوانهای دقیق است که پیستون را در خود جای داده و سطح لغزشی را فراهم میکند که مهر و مومهای پیستون روی آن سوار میشوند. دو کلاهک انتهایی که اغلب سر و کلاه نامیده می شوند، لوله را در هر انتها آب بندی می کنند و دریچه های هوا، ویژگی های نصب و در اکثر طرح ها بوش میله ای که میله پیستون را هدایت می کند را فراهم می کند. خود پیستون مهر و موم اولیه را حمل می کند، یک حلقه لاستیکی یا پلی اورتان که دو محفظه فشار را از هم جدا می کند و به پیستون اجازه می دهد تا با حداقل اصطکاک لغزش یابد و در عین حال مانع نفوذ هوا می شود.
میله های بست، چهار پیچ بلند که طول سیلندر را در خارج از بشکه قرار می دهند، در اکثر طرح های صنعتی، دو کلاهک انتهایی و بشکه را تحت کشش به هم می بندند. این ساختار میله ای است که به سیلندر اجازه می دهد تا بدون برش یا جوشکاری برای جایگزینی آب بندی جدا شود و همچنین همان چیزی است که به سیلندر در برابر فشار داخلی مقاومت می کند که سعی می کند درپوش های انتهایی را از هم جدا کند. سیلندرهای سبکتر گاهی اوقات به جای میلههای اتصال، از ساختار بشکهای رزوهدار یا چیندار استفاده میکنند که قابلیت سرویسدهی را برای ردپای کمتر و هزینه تولید پایینتر معامله میکنند.
چرا هوای فشرده به جای دیگر منابع برق انتخاب می شود؟
هوای فشرده دارای چندین ویژگی است که آن را در مقایسه با سیال هیدرولیک یا موتورهای الکتریکی به عنوان یک محیط تحریک جذاب می کند. هوا پس از فشرده شدن آزاد است، نیازی به بازگرداندن آن به مخزن مانند سیال هیدرولیک نیست، و نشت در سیستم هوا باعث ایجاد صدای خش خش و کاهش کارایی جزئی می شود تا نشت مایع که باید تمیز و دفع شود. سیلندرهای هوا نیز ذاتاً در محیطهای انفجاری یا قابل اشتعال ایمنتر هستند، زیرا خطر جرقه الکتریکی ناشی از سیمپیچ موتور یا کنترلکننده وجود ندارد، به همین دلیل است که فعالسازی پنوماتیک در غرفههای رنگ، جابجایی دانهها و فرآیندهای تولید با حلال استاندارد باقی میماند.
سیلندرهای هوای تک عملکردی در مقابل سیلندرهای هوای دوگانه: کدام طراحی متناسب با برنامه شما است
بزرگترین نقطه تصمیم گیری در هنگام تعیین یک سیلندر هوا این است که آیا برنامه در هر دو حرکت به برق نیاز دارد یا فقط در یک حرکت. سیلندرهای تک عمل از فشار هوا برای به حرکت درآوردن پیستون در یک جهت استفاده می کنند و برای بازگرداندن آن به فنر مکانیکی، گرانش یا بار خارجی متکی هستند. سیلندرهای دو اثره از هوای فشرده برای به حرکت درآوردن پیستون در هر دو جهت استفاده می کنند و نیروی و سرعت کنترل شده ای را در امتداد و عقب نشینی می دهند.
| ویژگی | تک بازیگری | دوبازیگری |
|---|---|---|
| بنادر هوایی | 1 | 2 |
| روش برگشت | فنر یا بار | فشار هوا |
| مصرف هوا | پایین تر | بالاتر |
| طول ضربه معمولی | کوتاه، زیر 6 اینچ | هر طول |
| استفاده متداول | بستن، مهر زدن، بیرون انداختن | انتقال، بلند کردن، موقعیت یابی |
سیلندرهای برگشت فنر تک اثر بخشی از نیروی کار خود را به خود فنر از دست می دهند، زیرا بخشی از فشار هوای ورودی قبل از اینکه نیروی خروجی مفیدی وارد شود صرف فشرده سازی فنر برگشتی می شود. به همین دلیل است که طرحهای تک بازیگری معمولاً به ضربات کوتاهتر محدود میشوند. فراتر از یک طول معین، فنر خیلی بلند، ضعیف یا بیش از حد حجیم می شود که در یک محفظه با اندازه معقول قرار نمی گیرد. سیلندرهای هوای دوگانه به طور کامل از این محدودیت اجتناب می کنند، به همین دلیل است که تقریباً در هر کاربرد صنعتی طولانی مدت یا چرخه بالا، یک طراحی دوگانه عمل می کند.
سیلندرهای بدون میله: جایگزینی برای زمانی که فضا محدود است
یک سیلندر هوای بدون میله به جای امتداد میله، یک کالسکه را در امتداد بیرون بشکه حرکت می دهد، یا با استفاده از یک اتصال مکانیکی شیار و مهر و موم یا یک جفت مغناطیسی بین پیستون داخلی و کالسکه خارجی. این طراحی طول کلی محرک را در مقایسه با یک سیلندر میلهای با همان حرکت تقریباً به نصف کاهش میدهد، زیرا هیچ میلهای وجود ندارد که به فضای خالی فراتر از طول حرکت نیاز داشته باشد. سیلندرهای بدون میله در سیستمهای دروازهای، ایستگاههای انتخاب و جابجایی، و کاربردهای انتقال نوار نقاله طولانی که در آن فضای کف یا فاصله بالای سر محدود است، رایج هستند.
سیلندرهای پشت سر هم و دوبلکس برای کاربردهای با نیروی زیاد یا فشرده
یک استوانه پشت سر هم دو بدنه سیلندر را بر روی یک میله مشترک به هم می پیوندد و عملاً نیروی خروجی را برای اندازه حفره معین بدون افزایش قطر محرک دو برابر می کند. این زمانی مفید است که یک کار به نیرویی بیشتر از نیرویی که یک سیلندر از آن مته می تواند وارد کند، نیاز دارد، اما جایی برای افزایش قطر سوراخ بزرگتر وجود ندارد. در مقابل، سیلندرهای دوبلکس، دو سیلندر را از سر به انتها روی یک میله نصب می کنند تا سه یا چهار موقعیت توقف متمایز را به جای دو حالت معمول ایجاد کنند، که یک راه حل معمول در برنامه هایی است که نیاز به چندین موقعیت ضربه ثابت بدون افزودن سخت افزار توقف خارجی یا محرک کنترل شده با سروو دارند.
سیلندرهای هوای تلسکوپی برای ضربات طولانی در طول جمع شده کوتاه
سیلندرهای تلسکوپی چندین مرحله کاهش قطر را در داخل یکدیگر لانه می کنند و به طول جمع شده اجازه می دهند که کسری از حرکت کاملاً کشیده است. در حالی که در کاربردهای کامیون کمپرسی هیدرولیک رایجتر است، سیلندرهای تلسکوپی پنوماتیک در مواردی استفاده میشوند که به یک حرکت بسیار طولانی نیاز است اما پوشش جمعشده باید فشرده بماند، مانند طراحیهای خاص آسانسور دروازه و پلت فرم دسترسی. مبادله یک خروجی نیروی پلکانی است، زیرا هر مرحله دارای یک ناحیه سوراخ موثر به تدریج کوچکتر از مرحله قبل است.
مطابقت با اندازه سوراخ، طول ضربه و قطر میله با بار شما
انتخاب سیلندر هوای مناسب با محاسبه نیروی مورد نیاز و کار کردن به سمت عقب تا اندازه سوراخ شروع می شود. فرمول هسته ساده است: نیرو (پوند) = فشار (PSI) x مساحت (اینچ مربع)، که در آن مساحت از قطر سوراخ پیستون محاسبه می شود. حاشیه ایمنی حداقل 30 درصد بالاتر از بار استاتیکی محاسبه شده یک روش استاندارد است، زیرا اصطکاک، کشش آب بندی و افت فشار در سراسر خط تغذیه، همگی نیروی وارد شده به انتهای میله را کاهش می دهند.
| اندازه سوراخ | نیرو در 60 PSI | نیرو در 90 PSI | نیرو در 120 PSI |
|---|---|---|---|
| 1.5 اینچ | 106 پوند | 159 پوند | 212 پوند |
| 2 اینچ | 188 پوند | 283 پوند | 377 پوند |
| 3 اینچ | 424 پوند | 636 پوند | 848 پوند |
| 4 اینچ | 754 پوند | 1131 پوند | 1508 پوند |
| 5 اینچ | 1178 پوند | 1767 پوند | 2356 پوند |
| 6 اینچ | 1696 پوند | 2544 پوند | 3392 پوند |
چرا طول ضربه بر انتخاب قطر میله تأثیر می گذارد؟
یک میله پیستون بلند و نازک تحت بار فشاری می تواند قبل از رسیدن به حد مجاز نیروی نامی خود خم شود یا کمانش کند. این توسط رفتار کمانش ستون کنترل می شود، بنابراین با افزایش طول ضربه، قطر میله نیز باید افزایش یابد، حتی اگر نیروی مورد نیاز ثابت بماند. به عنوان یک دستورالعمل کلی، ضربات بیش از 10 تا 12 اینچ معمولاً نیاز به قطر میله یک اندازه بزرگتر از جفت استاندارد برای آن سوراخ دارند، و سیلندرهایی با ضربات بیش از 24 اینچ اغلب به یک لوله توقف میانی نیاز دارند تا از حرکت بیش از حد پیستون به داخل سر بشکه در حین کار با سرعت بالا جلوگیری کند.
سازگاری با انتهای میله و سبک نصب
رزوه انتهای میله و سبک نصب باید با مکانیزم در حال حرکت مطابقت داشته باشد. پیکربندیهای معمول نصب شامل فلنج جلو، فلنج عقب، پایه پایه و پایه قفسهای است که هر کدام نحوه انتقال بارهای خمشی به بدنه سیلندر را تغییر میدهند. برای مثال، استوانهای که با پایه پایه که بار جانبی را تحمل میکند، تنش بسیار بیشتری را نسبت به استوانهای که بر روی قلاب نصب شده است، میبیند که مستقیماً با جهت حرکت همسو میشود، به همین دلیل است که سبک نصب باید در کنار اندازه سوراخها انتخاب شود تا به عنوان یک فکر بعدی.
انتخاب مواد مهر و موم برای شرایط عملیاتی مختلف
ترکیب آب بند داخل سیلندر هوا به اندازه ساختار فلزی بر عمر مفید تأثیر دارد. مهر و موم های نیتریل (Buna-N) وسیع ترین طیف استفاده های عمومی صنعتی را پوشش می دهند و هوای استاندارد مغازه را با روغن کاری سبک به خوبی تحمل می کنند. درزگیرهای پلی یورتان در شرایط چرخه بالا و شرایط ساینده بهتر مقاومت می کنند، زیرا پلی یورتان در برابر برش و آسیب اکستروژن بهتر از نیتریل در فشار کاری مشابه مقاومت می کند. مهر و موم Viton مشخص می شود که سیلندر در معرض دماهای بالا، معمولاً بالای 200 درجه فارنهایت، یا هر گونه بخار هیدروکربنی که به مرور زمان یک مهر و موم نیتریل را متورم می کند، قرار گیرد. انتخاب ترکیب آب بند نادرست برای محیط یکی از نادیده گرفته ترین دلایلی است که سیلندر عمر چرخه نامی خود را کمتر انجام می دهد، حتی زمانی که سوراخ، ضربه و نصب همه به درستی مشخص شده باشند.
محدوده دما و فشار عملیاتی
سیلندرهای استاندارد هوای صنعتی با آب بند نیتریل معمولاً از حدود 14 درجه فارنهایت تا 175 درجه فارنهایت و از خلاء تا 145 تا 250 PSI بسته به اندازه سوراخ و ضخامت دیواره درجه بندی می شوند. سیلندرهایی که برای محیطهای خارج از منزل یا محیطهای گرم نشده در نظر گرفته شدهاند به ترکیبات آببندی با درجه سرد نیاز دارند، زیرا نیتریل استاندارد قبل از اینکه شکننده شود، سفت میشود و اثر آببندی را از دست میدهد و باعث نشت هوا و واکنش کند قبل از ظاهر شدن هر گونه آسیب مهر و موم میشود. در قسمت بالا، تجاوز از فشار نامی معمولاً باعث خرابی فوری نمیشود، اما سایش آببند را تسریع میکند و بار منتقل شده از طریق میلههای اتصال، کلاهکهای انتهایی و سختافزار نصب را افزایش میدهد، و عمر سرویس را در کل مجموعه به جای فقط درزگیرها کوتاه میکند.
کار از طریق یک مثال اندازه گیری مرحله به مرحله
یک برنامه گیره ای را در نظر بگیرید که نیاز به نگه داشتن یک فیکسچر در برابر نیروی جداکننده 400 پوند دارد، با عرضه هوای مغازه روی 80 PSI تنظیم شده است. تقسیم نیروی مورد نیاز بر فشار منبع حداقل مساحت پیستون 5 اینچ مربع است. کار کردن به عقب از طریق فرمول مساحت نشان میدهد که یک سوراخ تقریباً 2.5 اینچی با این حداقل مطابقت دارد، اما اعمال حاشیه ایمنی استاندارد 30% برای در نظر گرفتن اصطکاک و افت فشار، حداقل عملی را به حدود 3.25 اینچ مربع ظرفیت نیروی تنظیمشده با حاشیه میرساند که مشخصات را در یک سیلندر مته سوراخ 3 اینچی به عنوان استوانه استاندارد بعدی افزایش میدهد. همین فرآیند گام به گام، با شروع از نیروی مورد نیاز، اعمال حاشیه ایمنی، سپس گرد کردن تا اندازه سوراخ کاتالوگ بعدی، بدون توجه به کاربرد خاص اعمال می شود.
بالشتک، کنترل سرعت و عمر چرخه در سیلندرهای هوای پنوماتیک
سیلندرهای هوایی که در پایان حرکت ناگهانی متوقف می شوند، آن ضربه را مستقیماً به کلاهک های انتهایی منتقل می کنند و در طی چرخه های کافی منجر به ترک خوردن قطعات ریخته گری، شل شدن میله های اتصال و شکست زودرس آب بندی می شود. بالشتک با استفاده از بالشتک های دهانه ثابت یا بالشتک های سوزنی سوپاپ قابل تنظیم، این مشکل را با کند کردن پیستون در بخش آخر حرکت، معمولاً در آخرین 0.5 تا 1 اینچ حرکت، برطرف می کند.
- بالشتکهای ثابت از یک پیستون مخروطی استفاده میکنند که خروجی هوا را با یک نرخ تنظیم شده محدود میکند و بدون تنظیم، اما هزینه کمتری ارائه میدهد.
- بالشتکهای قابل تنظیم به تکنسین اجازه میدهند تا سرعت را با یک سوپاپ سوزنی تنظیم کند، که وقتی وزن محموله بین دورههای تولید متفاوت است، اهمیت دارد.
- سیلندرهای بدون بالشتک معمولاً محدود به بارهای سبک و سرعت چرخه پایین هستند، زیرا هر توقف کاملاً متکی به جذب ضربه مکانیکی در درپوش انتهایی است.
- بالشتک های سپر الاستومری، یک جایگزین ساده تر، به جای اندازه گیری هوا، قسمتی از ضربه را با یک پد لاستیکی جذب می کنند و مقداری اثر بالشتک را با تعداد قطعات کمتری مبادله می کنند.
کنترل سرعت در سیلندر هوا جدا از بالشتک انجام می شود، معمولاً از طریق دریچه های کنترل جریان نصب شده در هر پورت. کنترل جریان کنتور، که در آن سوپاپ به جای هوای ورودی، هوای خروجی را محدود میکند، حرکت نرمتر و قابل پیشبینیتری نسبت به کنترل کنتور ایجاد میکند، بهویژه در کاربردهای عمودی که در غیر این صورت گرانش میتواند باعث شود که پیستون جلوتر از هوای عرضهشده حرکت کند و لکنت کند.
چگونه اندازه خط و انتخاب سوپاپ بر سرعت واقعی سیلندر تأثیر می گذارد
سرعت تئوری سیلندر بر اساس درجه جریان هوا به ندرت در عمل دیده می شود، زیرا لوله های کم اندازه، مسیرهای طولانی بین سوپاپ و سیلندر، و اتصالات محدود کننده همگی مقاومتی را افزایش می دهند که هوا باید بر آن غلبه کند. یک شیر کنترلی که برای یک جریان معین در یک افت فشار خاص تعیین شده است، ممکن است همچنان یک سیلندر هوا را از بین ببرد، اگر قطر لوله بین دریچه و درگاه سیلندر خیلی کوچک باشد یا با چندین خم محکم هدایت شود. به عنوان یک قاعده کلی، قطر داخلی لوله باید اندازه ای داشته باشد تا سرعت هوا را در حدود 20 تا 25 فوت در ثانیه حفظ کند تا از افت فشار بیش از حد جلوگیری شود، و شیر باید تا جایی که کاربرد اجازه می دهد به سیلندر نزدیک شود نه در منیفولد دور.
چرخه انتظارات از زندگی و آنچه آنها را کوتاه می کند
عمر چرخه برای یک سیلندر هوا که به درستی مشخص شده است معمولاً به چندین میلیون چرخه می رسد قبل از اینکه نیاز به تعویض مهر و موم باشد، به شرطی که منبع هوا برای حذف ذرات و رطوبت فیلتر شده باشد، و به شرطی که سیلندر هرگز بالاتر از فشار نامی خود کار نکرده باشد. هوای آلوده شایعترین علت سایش زودرس آببند در سیستمهای پنوماتیکی است، پیش از عدم تراز و فشار بیش از حد. دمای بالای محیط این اثر را ترکیب میکند، زیرا گرما تجزیه شیمیایی اکثر ترکیبات آببند استاندارد را تسریع میکند و ضخامت فیلم روانکننده روی دیواره سوراخ را کاهش میدهد و اصطکاک و نرخ سایش را به طور همزمان افزایش میدهد.
روشهای روانکاری که عمر سرویس را افزایش می دهد
بسیاری از سیلندرهای هوای مدرن از پیش روانکاری شده با یک گریس با عمر طولانی طراحی شده اند تا عمر چرخه نامی را بدون روغن کاری بیشتر دوام بیاورند، و افزودن یک روان کننده خارجی خط هوا به این واحدها در واقع می تواند گریس کارخانه را شسته و آسیب بیشتری نسبت به سود داشته باشد. در مقابل، سیلندرهای قدیمی یا بدون روغن کاری شده برای مادام العمر، به یک فیلم سبک از روغن که در جریان هوا از یک روان کننده خطی حمل می شود، بستگی دارند، و کارکردن آنها بدون روغن کاری منجر به سایش سریع آب بندی در کسری از تعداد چرخه نامی می شود. بررسی مشخصات سازنده برای نیازهای روغن کاری قبل از افزودن یا حذف روانکار داخلی از هر دو حالت خرابی جلوگیری می کند.
جایی که سیلندرهای با هوا در کاربردهای صنعتی مورد استفاده قرار می گیرند
سیلندرهای هوا در هر جایی که فشار، کشش، بالابر یا گیره خطی کنترل شده مورد نیاز باشد، بدون پیچیدگی سیال هیدرولیک یا هزینه یک محرک خطی الکتریکی مورد نیاز است. کاربردهای معمولی عبارتند از:
- تجهیزات بسته بندی و پالت سازی، که در آن ضربات سریع و قابل تکرار، محصول را داخل کارتن ها می برد یا جعبه ها را روی یک خط تراز می کند.
- وسایل گیره خط مونتاژ، ثابت نگه داشتن قطعات در حین جوشکاری، پرچ کردن، یا پخت با چسب.
- سیستم های جابجایی و مرتب سازی مواد، که در آن گیت های انحرافی و فشار دهنده ها محصول را روی یک نوار نقاله هدایت می کنند.
- فرآوری مواد غذایی و آشامیدنی، که در آن سیلندرهای ضد زنگ با درجه شستشو، چرخه تمیز کردن مکرر را تحمل می کنند.
- تجهیزات نجاری و مهر زنی فلز، که در آن سیلندرها پرس ها، گیره ها و مکانیسم های تغذیه را هدایت می کنند.
- مونتاژ خودرو، بررسی درب های فعال، وسایل ابزارآلات و ابزار رباتیک انتهای بازو.
- تجهیزات چاپ و تبدیل برچسب، که در آن ضربات کوتاه دقیق و قابل تکرار، غلتک های کشش وب و ایستگاه های برش را کنترل می کنند.
- ماشینآلات قالبگیری پلاستیک و لاستیک، کارکردن پینهای اجکتور قالب و بستن ابزار بین چرخهها به نیمه میرسد.
- تولید نساجی، که در آن سیلندرها پخش پارچه، وسایل برش و دستگاه های کشش را کنترل می کنند.
هر یک از این محیط ها خواسته های متفاوتی را برای سیلندر ایجاد می کنند. یک سیلندر با درجه مواد غذایی شسته شده به مواد میله ای مقاوم در برابر خوردگی و یاتاقان های مهر و موم شده نیاز دارد، در حالی که یک کاربرد مهر زنی فلزی به ساختار میله کشی سنگین نیاز دارد که برای بارگذاری ضربه در هر چرخه درجه بندی شده باشد. انتخاب یک سیلندر هوا بدون در نظر گرفتن محیط عملیاتی یکی از شایع ترین علل خرابی زودهنگام است، حتی زمانی که محاسبات نیرو و ضربه درست باشد.
کاربردهای خط بسته بندی با جزئیات بیشتر
به طور خاص در تجهیزات بسته بندی، سیلندرهای هوا معمولاً با سرعت چرخه بالا، اغلب چند صد چرخه در ساعت در یک خط پیوسته کار می کنند، که بر کیفیت بالشتک و مهر و موم برتری می بخشد. سیلندرهای فشرده کوتاه مدت در اینجا مورد پسند قرار می گیرند زیرا در پوشش محکم یک قاب ماشین بسته بندی قرار می گیرند، و بسیاری از OEM های بسته بندی سیلندرهایی را با مهر و موم های از قبل روانکاری شده برای مادام العمر مشخص می کنند تا از بار تعمیر و نگهداری ناشی از روانکاری مجدد ده ها محرک که در یک خط پخش شده اند جلوگیری کنند.
کاربردهای صنعتی سنگین و تجهیزات موبایل
در محیطهای صنعتی سنگینتر مانند پردازش فولاد، ریختهگریها و تجهیزات متحرک، سیلندرهای هوا برای سرعت چرخه کمتر انتخاب میشوند و بیشتر به دلیل تحمل محیطهای کثیف و با دمای بالا در مقایسه با یک محرک الکتریکی، و برای تراکمپذیری ضربهگیر هوا در مقایسه با یک سیستم هیدرولیک سفت و سخت در کاربردهایی مانند ضربههای ناگهانی یا فشار ناگهانی منقبض، انتخاب میشوند.
سیلندر هوا در مقابل سیلندر هیدرولیک در مقابل محرک خطی الکتریکی
انتخاب بین یک سیلندر هوا، یک سیلندر هیدرولیک و یک محرک خطی الکتریکی به چگالی نیرو، الزامات دقت و محیط کار بستگی دارد. سیلندرهای هوا در وسط این مقایسه قرار دارند: چگالی نیرو کمتری نسبت به هیدرولیک، دقت کمتری نسبت به محرک الکتریکی سروو رانده، اما سادهتر، ارزانتر، و نسبت به محیطهای کثیف یا خطرناکتر نسبت به هریک از گزینههای دیگر، قابل تحملتر است.
| صفت | سیلندر هوا | سیلندر هیدرولیک | محرک الکتریکی |
|---|---|---|---|
| نیرو در هر اندازه سوراخ | متوسط | خیلی بالا | کم تا متوسط |
| دقت موقعیت یابی | کم بدون سنسور اضافی | متوسط | خیلی بالا |
| تمیزی عملیات | تمیز، فقط هوا | خطر نشت مایعات | تمیز |
| هزینه اولیه معمولی | کم | متوسط to high | متوسط to high |
| سرعت پاسخگویی | سریع | متوسط | سریع, controllable |
وقتی سیلندر هوا انتخاب مناسبی است
سیلندرهای هوا زمانی که کاربرد به حرکت سریع و قابل تکرار بین دو نقطه انتهایی ثابت، نیروی متوسط و تحمل برای مقدار کمی از تراکم پذیری در حرکت نیاز دارد، بیشترین معنا را دارد. آنها همچنین انتخاب پیشفرض زمانی هستند که تاسیسات از قبل یک منبع هوای فشرده مرکزی داشته باشد، زیرا هزینه افزایشی افزودن یک دستگاه بیشتر با هوا بسیار کمتر از نصب یک واحد برق هیدرولیک اختصاصی یا سیمکشی یک درایو سروو برای یک محور حرکت است.
چه زمانی باید جایگزین های هیدرولیک یا الکتریکی را در نظر گرفت
کاربردهایی که به نیروی بسیار زیاد در سوراخ فشرده نیاز دارند، مانند کار پرس سنگین یا بلند کردن سازه، عموماً به نفع سیلندرهای هیدرولیک هستند، زیرا سیال هیدرولیک اساساً تراکمناپذیر است و میتواند بسیار بالاتر از هوای فشرده بدون افزایش متناسب در اندازه سیلندر تحت فشار قرار گیرد. برنامههایی که نیاز به کنترل دقیق، قابل برنامهریزی و چند موقعیتی دارند، مانند جابجایی رباتیک با نقاط توقف متغیر، معمولاً توسط یک محرک خطی الکتریکی با درایو سروو یا پلهای بهتر مورد استفاده قرار میگیرند، زیرا سیلندرهای هوا ذاتاً یک دستگاه دو حالته هستند مگر اینکه دریچههای متناسب گران قیمت و سنسورهای موقعیت اضافه شوند.
مواد بدنه سیلندر و استانداردهای ساختمانی
مواد بشکه و درپوش انتهایی یک سیلندر با هوا هم وزن و هم مقاومت آن را در برابر محیط کار تعیین می کند. آلومینیوم آنودایز شده تا حد زیادی متداول ترین ساختار برای سیلندرهای هوای صنعتی استاندارد است که نسبت مقاومت به وزن قوی و مقاومت در برابر خوردگی طبیعی مناسب برای اکثر محیط های تولید داخلی را ارائه می دهد. ساختار فولاد ضد زنگ اگرچه سنگینتر و پرهزینهتر است، اما برای کاربردهای شستشو، مواد غذایی و آشامیدنی، دارویی و در فضای باز که مقاومت در برابر خوردگی بر وزن اولویت دارد، مشخص شده است.
استانداردهای نصب ISO، NFPA و VDMA
دو خانواده اصلی نصب استاندارد بر بازار سیلندرهای هوا مسلط هستند: خانواده ISO 15552 (قبلاً VDMA 24562) که در اروپا و آسیا رایج است و خانواده NFPA رایج در آمریکای شمالی. سیلندرهایی که بر اساس این استانداردها ساخته شدهاند، الگوهای پیچها، محلهای درگاه و ابعاد کلی پوشش را در بین سازندگان مختلف مشترکند، که به این معنی است که یک سیلندر از یک تامینکننده اغلب میتواند با مدلی معادل از یک تامینکننده دیگر بدون طراحی مجدد براکت یا لولهکشی جایگزین شود. تعیین یک سیلندر به یکی از این استانداردهای شناخته شده، به جای سبک بدنه اختصاصی، یک راه عملی برای جلوگیری از قفل شدن در یک سازنده واحد برای قطعات جایگزین آینده است.
اتمام بشکه و تحمل سوراخ
سطح سوراخ داخلی لوله سیلندر هوا به طور معمول به سطح ظریفی تراشیده می شود، زیرا سطح سوراخ ناهموار سایش آب بندی را تسریع می کند و اصطکاک گسست را افزایش می دهد، نیروی اضافی مورد نیاز برای حرکت پیستون از یک توقف مرده. سطوح مته آنودایز شده سخت یا کروم اندود، عمر مفید را در کاربردهای ساینده یا چرخه بالا، با هزینه اضافی نسبت به روکش استاندارد آنودایز شده، بیشتر می کنند.
تعمیر و نگهداری، سایش مهر و موم، و عیب یابی مشکلات رایج سیلندر هوا
بیشتر خرابیهای سیلندر هوا به یکی از سه علت بازمیگردد: هوای آلوده، ناهماهنگی با بار، یا عملکرد بیش از فشار نامی یا محدوده دما. شناخت علائم اولیه هر یک به جلوگیری از توقف برنامه ریزی نشده کمک می کند.
نشت هوا از کاسه نمد پیستون
سیلندری که در هنگام فشار و بیکار بودن به آرامی نیروی نگهدارنده خود را از دست می دهد، که گاهی اوقات خزنده یا رانش نامیده می شود، معمولاً نشان دهنده ساییدگی مهر و موم پیستون است که اجازه می دهد هوا از یک طرف پیستون به طرف دیگر عبور کند. این سایش در طول زمان طبیعی است، اما اگر جریان هوا حاوی رطوبت یا رسوب لوله باشد، به شدت تسریع میشود، زیرا ذرات با هر ضربه، لبه آب بند را ساییده میکنند.
نشتی مهر و موم میله و از دست دادن هوای خارجی
هوای خارج شده از اطراف خود میله پیستون، که اغلب به صورت صدای خش خش ضعیف یا یک فیلم سبک از روان کننده جمع شده در نزدیکی غده میله قابل مشاهده است، به یک مهر و موم فرسوده میله یا سطح میله تراشی اشاره دارد. یک میله نمره دار اغلب به دلیل بارگذاری جانبی از یک پایه ناهمتراز به جای خود آب بند ایجاد می شود، بنابراین تعویض مهر و موم بدون اصلاح تراز معمولاً منجر به شکست مجدد در چند دوره کوتاه می شود.
حرکت کند یا نامنظم
هنگامی که یک سیلندر عملکرد دوگانه به طور ناهموار حرکت می کند یا در قسمتی از سکته آن متوقف می شود، رایج ترین مقصر یک خط هوای محدود، یک سوپاپ کم اندازه، یا یک شیر کنترل جریان است که خیلی سفت شده است. قبل از تعویض هر قطعه، بررسی فشار منبع تغذیه در پورت سیلندر، نه فقط در گیج کمپرسور، بخش بزرگی از این موارد را حل میکند، زیرا افت فشار در لولههای طولانی یا باریک به راحتی قابل چشم پوشی است.
تشخیص اینکه کدام مهر و موم واقعاً فرسوده شده است
یک آزمایش ساده نشتی آب و صابون که روی غده میله و اطراف درپوش های انتهایی اعمال می شود در حالی که سیلندر تحت فشار و ثابت است به سرعت مشخص می کند که آیا نشتی از آب بند میله، واشر درپوش انتهایی یا اتصالات به جای مهر و موم پیستون داخلی است. اگر حبابها در خارج ظاهر نشوند اما سیلندر همچنان فشار خود را با گذشت زمان از دست بدهد، خود آببند پیستون دلیل محتمل آن است، زیرا هوا به جای خروج از اتمسفر، از یک محفظه به محفظه دیگر دور میزند.
برنامه نگهداری پیشگیرانه توصیه شده
یک روال اصلی تعمیر و نگهداری پیشگیرانه برای سیلندرهای هوا شامل چک کردن ماهانه فیلترهای خطوط هوا، بازرسی سطوح میله از نظر نمره گذاری یا سوراخ شدن در طول زمان توقف برنامه ریزی شده، تأیید اینکه پیچ و مهره های نصب مطابق با مشخصات دارای گشتاور هستند، و تأیید نکردن تنظیم بالشتک پس از چرخه های ضربه مکرر تغییر نکرده است. پیروی مداوم از این روال چیزی است که سیلندری را که به عمر چرخه نامی کامل خود می رسد از سیلندری که نیاز به تعویض اولیه دارد جدا می کند.
| مورد تعمیر و نگهداری | فرکانس پیشنهادی | چه چیزی را بررسی کنید |
|---|---|---|
| فیلتر هوا و تخلیه | ماهانه | تجمع رطوبت، وضعیت عنصر فیلتر |
| سطح میله | فصلنامه | امتیاز دهی، سوراخ شدن، خوردگی |
| سخت افزار نصب | فصلنامه | گشتاور پیچ، ترک براکت |
| تنظیم بالشتک | به صورت نیمه سالانه | رانش دریچه سوزن، صدای ضربه |
| وضعیت مهر و موم | سالانه یا در نقطه عطف چرخه | نشت داخلی، نشت خارجی |
سوالات متداول در مورد سیلندرهای هوا
تفاوت سیلندر هوا با محرک پنوماتیک چیست؟
سیلندر هوا یک نوع خاص از محرک پنوماتیکی است که حرکت خطی ایجاد می کند. اصطلاح گسترده تر عملگر پنوماتیکی همچنین شامل محرک های چرخشی، موتورهای هوا و محرک های دیافراگمی می شود، بنابراین هر سیلندر هوا یک محرک پنوماتیک است، اما هر محرک پنوماتیکی یک سیلندر نیست.
چگونه می توانم نیروی خروجی یک سیلندر هوا را محاسبه کنم؟
فشار تغذیه را در PSI در مساحت پیستون در اینچ مربع ضرب کنید. برای تخمین میدان تقریبی، قطر سوراخ را بگیرید، آن را مربع کنید، در 0.785 ضرب کنید، سپس در فشار خط ضرب کنید. تقریباً 10 تا 15 درصد برای کشش اصطکاک و آب بندی کم کنید تا نیروی کار واقعی به جای حداکثر تئوری به دست آید.
آیا سیلندر هوا می تواند با هوای مغازه کار کند یا به کمپرسور اختصاصی نیاز دارد؟
هوای فشرده استاندارد کارگاهی تا زمانی که قبل از رسیدن به سیلندر از فیلتر، رگولاتور و روان کننده (یک واحد FRL) عبور کند، برای اکثر سیلندرهای هوا خوب کار می کند. صرف نظر از اینکه خود سیلندر چقدر خوب مشخص شده است، نادیده گرفتن فیلتر کردن، علت اصلی سایش زودرس آب بندی است.
سیلندرهای هوا معمولاً قبل از نیاز به تعمیر چقدر دوام می آورند؟
اکثر سیلندرهای هوای صنعتی با هوای تمیز، خشک، با تنظیم مناسب و تراز صحیح، قبل از نیاز به تعویض مهر و موم به یک تا چند میلیون چرخه می رسند. سیلندرهایی که در محیطهای غبارآلود، مرطوب یا با دمای بالا کار میکنند، بدون حفاظت مناسب، فاصله زمانی سرویسدهی بسیار کوتاهتری دارند.
چرا سیلندر هوای من در هنگام جمع شدن سریعتر از امتداد حرکت می کند؟
این معمولاً عمدی یا نتیجه ناحیه دیفرانسیل پیستون است تا نقص. در یک سیلندر استاندارد دو اثره، سمت میله دارای مساحت پیستون موثر کمتری نسبت به سمت کلاهک است، زیرا میله خود حجم را جابجا می کند، بنابراین جریان هوای یکسان، پیستون را در هنگام پس کشیدن سریعتر از حالت کششی حرکت می دهد. اگر اختلاف سرعت ناخواسته باشد، می توان آن را با شیرهای کنترل جریان در هر پورت متعادل کرد.
چه چیزی باعث می شود سیلندر هوا در زیر بار متوقف شود؟
توقف معمولاً به این معنی است که نیروی موجود در فشار منبع فعلی بسیار نزدیک به بار واقعی است، اغلب به این دلیل که اصطکاک، کشش آببند یا سوراخ کمی کوچکتر در طول مشخصات در نظر گرفته نشده است. افزایش فشار منبع، افزایش سوراخ، یا کاهش بار سه راه حل عملی هستند.
آیا یک سیلندر هوا می تواند بار را در موقعیت ضربدر میانی ثابت نگه دارد؟
به تنهایی قابل اعتماد نیست. از آنجایی که هوا قابل تراکم است، یک سیلندر هوای استاندارد حتی با بسته شدن هر دو پورت، اندکی تحت بار حرکت می کند، زیرا ستون هوای محبوس شده تحت فشار فشرده می شود. کاربردهایی که نیاز به موقعیت قفل شده در میانه ضربه دارند، معمولاً به جای تکیه بر فشار هوای محبوس، یک سیلندر قفل مکانیکی یا یک ترمز خارجی اضافه می کنند.
تفاوت بین یک سیلندر فشرده و یک سیلندر میله استاندارد چیست؟
یک سیلندر هوای فشرده از بدنه بدون میلهای کوتاهتر، غالباً مربعی یا گرد استفاده میکند تا طول کلی را برای یک سوراخ و کورس مشخص به حداقل برساند، و مقداری قابلیت سرویسدهی در میدان را با جای نصب کوچکتر عوض میکند. سیلندرهای میله بند استاندارد برای یک سکته مغزی طولانی تر هستند، اما با استفاده از کیت های آب بندی جایگزین استاندارد کاملاً قابل بازسازی هستند، و آنها را به انتخاب رایج تر در برنامه هایی تبدیل می کند که در آن نگهداری طولانی مدت در میدان مورد انتظار است.
آیا سیلندرهای هوا برای عملکرد به حداقل فشار هوای خاصی نیاز دارند؟
اکثر سیلندرهای استاندارد هوا شروع به تولید نیروی قابل استفاده در فشارهای کمتر از 15 تا 20 PSI می کنند، اگرچه اصطکاک و کشش آب بندی سهم بیشتری از نیروی موجود را در فشار پایین مصرف می کند. برنامههای کاربردی با بارهای سبک میتوانند با موفقیت در فشار کاهشیافته برای صرفهجویی در هزینههای انرژی هوای فشرده اجرا شوند، مشروط بر اینکه نیروی کاهشیافته همچنان به راحتی از بار با حاشیه فراتر رود.
چگونه بین بدنه سیلندر آلومینیومی و فولادی ضد زنگ انتخاب کنم؟
بدنههای آلومینیومی سبکتر هستند و هزینه کمتری دارند، که آنها را به عنوان پیشفرض برای مصارف صنعتی داخلی استاندارد تبدیل میکند. بدنههای فولادی ضد زنگ زمانی انتخاب میشوند که سیلندر در معرض مواد شیمیایی شستشو، رطوبت بالا، آب و هوای بیرون، یا الزامات بهداشتی مواد غذایی و دارویی قرار گیرد، زیرا ضد زنگ در برابر خوردگی مقاومت میکند که در غیر این صورت یک بشکه آلومینیومی را در طول زمان در آن شرایط سوراخ میکند..
