سیلندر عمل دوگانه: چگونه کار می کند، انواع و راهنمای انتخاب

سیلندر دوگانه چیست و چرا بر اتوماسیون صنعتی تسلط دارد

سیلندر دو اثر - که به آن دو اثر هم می گویند سیلندر هوا - یک محرک پنوماتیک یا هیدرولیک است که از سیال تحت فشار یا هوای فشرده برای به حرکت درآوردن پیستون در هر دو جهت کشش و پسرفت استفاده می کند. بر خلاف طراحی تک اثر که برای بازگشت پیستون به فنر یا گرانش متکی است، یک سیلندر عمل دوگانه نیروی کنترل شده و نیرو را برای هر دو ضربه وارد می کند. این امر آن را به انتخاب اصلی محرک در تولید، بسته بندی، رباتیک و اتوماسیون در سراسر جهان تبدیل می کند.

اصل کارکرد اصلی ساده است: دو پورت در انتهای مخالف بشکه سیلندر قرار دارند. هنگامی که هوای فشرده وارد پورت A می شود، پیستون را به سمت جلو هل می دهد (کورس اکستنشن)، در حالی که هوا از درگاه B خارج می شود. برای جمع شدن، منبع تامین هوا سوئیچ می شود - هوای فشرده وارد پورت B می شود، پیستون را به سمت عقب هدایت می کند، و هوا از پورت A خارج می شود. یک دریچه کنترل جهت، معمولاً یک مسیر 5/2 یا 4/2 سولن، این مسیر هوا را سولنوئید سوئیچ می کند. نتیجه یک حرکت خطی صاف، قابل تکرار و دو طرفه است که یک سیلندر برگشت فنری به سادگی نمی تواند از نظر سرعت، دقت یا قوام با آن مطابقت داشته باشد.

سیلندرهای هوای دو کاره اکثر محرک های پنوماتیکی نصب شده در خطوط تولید مدرن را تشکیل می دهند. ، و هنگامی که مکانیک پشت آنها را درک کردید، دلیل آن آشکار می شود. این راهنما همه چیزهایی را که مهندسان و تیم های تعمیر و نگهداری نیاز دارند را پوشش می دهد: اصول کار، آناتومی اجزا، محاسبات نیرو، انواع کلیدی، داده های مقایسه ای در برابر سیلندرهای تک اثر، معیارهای انتخاب، و بهترین شیوه های نگهداری.

نحوه عملکرد سیلندر هوای دوگانه: توالی ضربه کامل

قبل از تعیین یک سیلندر هوا برای هر کاربرد، درک ترتیب حرکت سیلندر هوای دوگانه ضروری است. چرخه عملیاتی دارای چهار مرحله قابل تشخیص است که برای هر چرخه کاری تکرار می شود.

مرحله 1 - وضعیت استراحت

در حالت استراحت، پیستون در داخل لوله سیلندر قرار می گیرد و میله کاملاً جمع شده است. هر دو پورت بسته به پیکربندی دریچه بسته یا به اتمسفر هوا داده می شوند. هیچ فشار هوا در دو طرف پیستون عمل نمی کند. درزگیرهای روی پیستون و میله از نشت هوا در زمانی که سیستم در هر دو جهت تحت فشار است جلوگیری می کند.

مرحله 2 - سکته مغزی گسترش

هوای فشرده از طریق درگاه محفظه عقب (انتهای درپوش / پورت A) وارد می شود. فشار هوا در سراسر ناحیه سوراخ کامل پیستون عمل می کند و نیروی رانش به بیرون را ایجاد می کند. محفظه سمت میله به طور همزمان از درگاه B خارج می شود. پیستون و میله تا زمانی که میله به حرکت کامل برسد یا با یک توقف مکانیکی تماس پیدا کند، پیش می روند. این حرکت در اکثر کاربردها است - فشار دادن، بستن، فشار دادن یا قرار دادن بار.

مرحله 3 - نگه داشتن کامل پسوند

در امتداد کامل، فشار منبع برای حفظ پیستون در موقعیت خود حفظ می شود. دستگاه‌های بالشتک - بالشتک‌های هوای تعبیه‌شده در درپوش‌های انتهایی - هوای باقی‌مانده را خارج می‌کنند تا سرعت پیستون را درست قبل از برخورد با درپوش انتهایی کاهش دهند و به طور چشمگیری ضربه را کاهش داده و عمر مفید سیلندر را افزایش دهند. سنسورهای انتهای ضربه یا کلیدهای مجاورتی (انواع پیستون مغناطیسی) به سیستم کنترل سیگنال می دهند که سیلندر به موقعیت خود رسیده است.

مرحله 4 - سکته مغزی پس رفت

سوپاپ جهت سوئیچ می کند، هوای فشرده را به پورت B (انتهای میله) وصل می کند و پورت A را تخلیه می کند. از آنجایی که میله بخشی از ناحیه سوراخ در سمت میله را اشغال می کند، ناحیه نیروی موثر کوچکتر است - به این معنی که نیروی پسرفت کمی کمتر از نیروی کشش در همان فشار تغذیه است. با این حال، سرعت عقب‌نشینی در واقع سریع‌تر از سرعت امتداد است به همین دلیل: جریان حجمی یکسانی از هوا محفظه کوچک‌تری را پر می‌کند، بنابراین پیستون سریع‌تر حرکت می‌کند. پس از حرکت انقباض، سیلندر به مرحله 1 باز می گردد و چرخه تکرار می شود.

این توالی ساده چهار مرحله ای چیزی است که یک سیلندر عمل دوگانه را در کاربردهای چرخه بالا بسیار قدرتمند می کند. هیچ وابستگی به فنری وجود ندارد - که نیروی آن با خستگی کاهش می یابد - و هیچ اتکای به گرانش یا بار خارجی برای بازگشت پیستون وجود ندارد. سیستم کنترل هر حرکت را با دقت دیکته می کند.

اجزای کلیدی یک سیلندر عمل دوگانه

یک سیلندر هوای دوگانه ممکن است از بیرون به طرز فریبنده ای ساده به نظر برسد، اما عملکرد آن به عملکرد صحیح هر جزء داخلی بستگی دارد. در اینجا به تفکیک بخش های حیاتی می پردازیم:

بشکه سیلندر (لوله)

بشکه بدنه اصلی سیلندر است. معمولاً از آلیاژ آلومینیوم (معمول در سیلندرهای پنوماتیک برای کاهش وزن)، فولاد ضد زنگ (برای محیط‌های خورنده) یا فولاد کربنی (برای سیلندرهای هیدرولیک تحت فشار بالا) ساخته می‌شود. سطح حفره داخلی با دقت به یک سطح خوب تراش داده شده است تا اصطکاک را به حداقل برساند و اطمینان حاصل شود که مهر و موم ها تماس مناسب را در طول ضربه حفظ می کنند. قطر سوراخ برای سیلندرهای پنوماتیک استاندارد معمولاً از 8 میلی‌متر تا 320 میلی‌متر متغیر است، که برخی از طرح‌های تخصصی بیش از این محدوده هستند.

پیستون

پیستون عنصر کشویی است که سیلندر را به دو محفظه فشار تقسیم می کند. به مهر و موم پیستونی (معمولاً NBR یا حلقه های O-رینگ پلی اورتان و آب بند فنجانی) تعبیه شده است که اختلاف فشار را بین دو طرف حفظ می کند و در عین حال اصطکاک را به حداقل می رساند. بسیاری از پیستون‌های سیلندر دوگانه مدرن شامل یک حلقه آهنربایی داخلی هستند که به سوئیچ‌های مجاورت مغناطیسی خارجی اجازه می‌دهد موقعیت پیستون را بدون نفوذ به دیواره سیلندر تشخیص دهند - یک ویژگی کلیدی برای سیستم‌های بازخورد اتوماسیون.

پیستون Rod

میله پیستون نیروی خطی تولید شده توسط پیستون را به بار خارجی منتقل می کند. آبکاری کروم سخت درمان سطح استاندارد برای میله های پنوماتیکی است - مقاومت در برابر خوردگی و سطح اصطکاک کم را برای آب بندی میله فراهم می کند. قطر میله ها بر اساس بار فشاری و کششی که باید بدون کمانش تحمل کنند انتخاب می شوند. برای سیلندرهای کورس بلند، قطر میله اغلب نسبت به سوراخ پیستون بزرگتر است تا از کمانش تحت بارهای جانبی جلوگیری شود.

کلاه های انتهایی (پوشش های سر و کلاه)

دو درپوش انتهایی بشکه را در هر انتها مهر و موم می کنند. درپوش سمت میله (درپوش سر) حاوی مهر و موم میله و مهر و موم برف پاک کن است که از نشت هوا در طول میله جلوگیری می کند و آلاینده های خارجی را از سیلندر خارج می کند. پوشش سمت درپوش (انتهای کور) انتهای مخالف را مهر و موم می کند. هر دو درپوش انتهایی شامل پورت های ورودی/خروجی هستند. طبق مشخصات تولیدکنندگان عمده سیلندر ISO، درپوش‌های انتهایی دایکاست آلومینیومی می‌توانند وزن کلی یک سیلندر دوگانه را در مقایسه با نسخه‌های فولادی ماشین‌کاری شده سنتی تقریباً 50 درصد کاهش دهند.

مهر و موم

مهر و موم حساس ترین قطعات در هر سیلندر هوا به نگهداری هستند. یک سیلندر هوای معمولی دو اثره از سیل‌های پیستونی (برای قرار دادن هوای بین محفظه‌ها)، مهر و موم‌های میله‌ای (برای جلوگیری از خروج هوا در طول میله)، درزگیرهای برف پاک کن (برای خراش دادن آلاینده‌ها از سطح میله در حین جمع شدن)، و درزگیرهای O-ring استاتیک در درگاه‌ها و وجه‌های جفت کلاهک انتهایی استفاده می‌کند. انتخاب مواد - NBR برای استفاده عمومی، FKM (Viton) برای دمای بالا یا قرار گرفتن در معرض مواد شیمیایی، PTFE برای اصطکاک کم - به طور قابل توجهی بر عملکرد و عمر مفید تأثیر می گذارد.

دستگاه های بالشتک هوا

در پایان هر ضربه، نیزه یا آستین بالشتک روی میله پیستون وارد یک جیب بالشتک در درپوش انتهایی می شود و حجم کمی از هوا را به دام می اندازد. هوای محبوس شده پیستون را قبل از تماس با کلاهک انتهایی فشرده و کاهش می دهد. دریچه‌های سوزنی قابل تنظیم روی درپوش انتهایی این امکان را می‌دهند که میزان خون‌ریزی بالشتک برای بارها و سرعت‌های مختلف تنظیم شود. بالشتک با تنظیم خوب می تواند عمر سیلندر را در کاربردهای با سرعت بالا و بار سنگین افزایش دهد.

پورت ها و اتصالات

سیلندرهای پنوماتیک استاندارد از مشخصات رزوه ISO 15552 یا ISO 6432 (UNITOP/Compact سری) برای پورت ها پیروی می کنند - معمولاً M5، G 1/8، G 1/4، G 3/8، یا G 1/2 بسته به اندازه سوراخ و نیاز جریان. پورت های کم اندازه نسبت به اندازه سوراخ یکی از شایع ترین دلایل عملکرد ضعیف سیلندر دوگانه در میدان هستند، زیرا جریان هوای فشرده را به داخل و خارج از محفظه ها محدود می کنند.

محاسبات نیرو و سرعت برای سیلندرهای هوای دوگانه

اندازه گیری صحیح یک سیلندر عمل دوگانه مستلزم محاسبه نیروی رانش و سرعت سیلندر است. دریافت درست این اعداد در مرحله طراحی، از بزرگ شدن (هدر رفتن هوا و پول) و کوچک شدن (توقف سیلندر در زیر بار یا چرخش خیلی آهسته) جلوگیری می کند.

نیروی گسترش

نیروی رانش امتداد نظری سیلندر هوای دوگانه به صورت زیر محاسبه می شود:

F_extend = P × A_bore = P × (π/4) × D²

در جایی که P فشار تغذیه (بر حسب Pa یا بار)، D قطر سوراخ (بر حسب متر یا میلی متر) است. برای یک سیلندر با سوراخ 63 میلی‌متری که در 6 بار (0.6 مگاپاسکال) کار می‌کند، نیروی گسترش تئوری تقریباً 1870 نیوتن (حدود 190 کیلوگرم بر فوت) است. در عمل، یک ضریب کسر اصطکاک 5-10٪ برای رسیدن به نیروی رانش قابل استفاده اعمال می شود. هنگام انتخاب اندازه سوراخ، همیشه یک حاشیه ایمنی حداقل 25 تا 30 درصد به نیروی بار مورد نیاز اضافه کنید.

نیروی پسرفت

نیروی انقباض همیشه کمتر از نیروی کشش است زیرا میله پیستون بخشی از ناحیه سوراخ را در سمت میله اشغال می کند:

F_retract = P × (A_bore - A_rod) = P × (π/4) × (D² - d²)

جایی که d قطر میله است. برای همان سیلندر سوراخ 63 میلی‌متری با میله‌ای 20 میلی‌متری، نیروی پس‌کشی تقریباً به 1682 نیوتن در 6 بار کاهش می‌یابد - حدود 10 درصد کمتر از نیروی کشش. این عدم تقارن زمانی باید در نظر گرفته شود که حرکت انقباض باید به جای بازگشت آزادانه، بار را بلند کند یا در برابر آن کار کند.

پیستون Speed

سرعت سیلندر توسط جریان حجمی هوا به داخل محفظه فعال کنترل می شود. سرعت های استاندارد عملکرد سیلندر پنوماتیک دوگانه از 50 میلی متر بر ثانیه تا 1000 میلی متر بر ثانیه است، با سرعت های کنترل شده با استفاده از دریچه های کنترل جریان که معمولاً بین 100 تا 500 میلی متر بر ثانیه برای اکثر برنامه های مونتاژ صنعتی و گیره تنظیم می شود. کاربردهای با سرعت بسیار بالا - مانند پرس های پنوماتیک در خطوط بسته بندی - می توانند به 1.5 تا 2 متر بر ثانیه برسند، به همین دلیل است که بالشتک مناسب انتهایی در این سرعت ها حیاتی است.

انواع سیلندرهای دوگانه: انتخاب نوع مناسب

همه سیلندرهای عمل دوگانه یکسان نیستند. چندین نوع طراحی برای رسیدگی به الزامات مختلف کنترل حرکت، محدودیت‌های فضا و شرایط بار وجود دارد.

سیلندر هوای دو کاره تک میله ای استاندارد

این پرکاربردترین نوع است - میله تک پیستونی که از یک انتهای بشکه امتداد دارد. این دستگاه با استانداردهای ISO 15552 (ایزو 6431 سابق) برای کاربردهای متوسط ​​مطابقت دارد، با اندازه‌های سوراخ از 32 میلی‌متر تا 320 میلی‌متر و ضربات معمولاً تا 2000 میلی‌متر. مشخصه نیروی نامتقارن (نیروی گسترش بیشتر از نیروی پس‌کشی) برای اکثر کاربردهای فشار و برگشت در خطوط مونتاژ، وسایل گیره‌ای و سیستم‌های نوار نقاله مناسب است.

سیلندر دو میله ای دو کاره

یک سیلندر دو میله ای دو اثره دارای میله های پیستونی است که از هر دو انتهای لوله امتداد دارند. از آنجایی که سطح مقطع میله در دو طرف پیستون برابر است، نیروهای کشش و پسرفت یکسان هستند. این امر در کاربردهایی که فشار و کشش با نیروی برابر همگام مورد نیاز است مهم است. انواع دو میله ای نیز زمانی استفاده می شود که کار باید به طور همزمان در هر دو انتهای سکته مغزی انجام شود - به عنوان مثال، هدایت دو ابزار موازی از یک محرک. پوشش‌های انتهایی دایکاست آلومینیومی روی طرح‌های دو میله‌ای می‌توانند وزن کلی را در مقایسه با معادل‌های چدنی در همان اندازه سوراخ، تقریباً 50 درصد کاهش دهند.

سیلندر دو کاره فشرده / کوتاه (ISO 21287)

سیلندرهای فشرده از استانداردهای ISO 21287 پیروی می کنند. آنها برای پاکت های نصب محکم طراحی شده اند که در آن سیلندر تمام طول ISO 15552 جا نمی شود. اندازه سوراخ‌ها از 20 میلی‌متر تا 100 میلی‌متر با ضربه‌های معمولاً از 10 میلی‌متر تا 80 میلی‌متر متغیر است. علیرغم ردپای کوچک آنها، آنها کنترل دوطرفه کامل و دوطرفه را ارائه می دهند و آنها را در تجهیزات جابجایی PCB، قطعات کوچک مونتاژ و اتوماسیون تولید لوازم الکترونیکی محبوب می کند.

سیلندر دو کاره هدایت شونده (دو میله ای).

یک سیلندر هوای دوگانه هدایت شونده از دو میله راهنمای موازی که به یک صفحه یوغ در انتهای میله متصل هستند استفاده می کند. این امر چرخش میله را حذف می کند و انحراف بار جانبی را در مقایسه با یک سیلندر تک میله ای استاندارد به طور چشمگیری کاهش می دهد. هنگامی که یک کاربرد شامل نیروهای جانبی یا بارهای لحظه ای می شود - مانند بازوی گیره ربات، یک وسیله بالابر عمودی، یا یک صفحه ابزار که باید دقیقاً موازی باقی بماند - یک سیلندر هدایت شده از رانش پیستون در خارج از محور جلوگیری می کند. بوش های برنزی یا بلبرینگ های خطی در محفظه میله های راهنما ظرفیت بار و عمر مفید را تعیین می کنند. طرح‌های بوش برنزی بارهای جانبی سنگین‌تری را تحمل می‌کنند در حالی که انواع بلبرینگ‌ها اصطکاک کمتری را با سرعت چرخه بالا ارائه می‌دهند.

سیلندر دو کاره بدون میله

در یک سیلندر دو اثره بدون میله، پیستون به جای فشار دادن میله از یک انتها، یک کالسکه خارجی را در امتداد بدنه سیلندر به حرکت در می آورد. عدم وجود میله بیرون زده به این معنی است که طول کل نصب برابر با طول کورس است نه دو برابر طول کورس مانند یک استوانه میله معمولی. سیلندرهای بدون میله جفت شده مغناطیسی یا مکانیکی در دسترس هستند که نوع جفت شده آن بارهای جانبی بسیار بالاتری را تحمل می کند. طول ضربه تا 5000 میلی‌متر یا بیشتر قابل دستیابی است، که سیلندرهای دو اثره بدون میله را به انتخاب استاندارد برای جابجایی مواد در سفر طولانی، اسلایدهای دروازه‌ای و سیستم‌های انتقال خطی تبدیل می‌کند.

سیلندر دو کاره دوار

محرک‌های چرخشی از اصل عمل دوگانه برای تولید حرکت خروجی زاویه‌ای (چرخشی) به جای حرکت خطی استفاده می‌کنند. سیلندرهای هوای دوتایی دوار از نوع پره و رک و پینیون می توانند چرخش 90 درجه، 180 درجه یا 270 درجه در هر دو جهت ایجاد کنند، با گشتاور خروجی که توسط فشار هوا و ناحیه پره/پیستون کنترل می شود. اینها به طور گسترده در تحریک سوپاپ، میزهای شاخص چرخشی و مفاصل مچ دست روباتیک استفاده می شوند.

سیلندر دوگانه در مقابل سیلندر تک اقدام: مقایسه ای عملی

انتخاب بین سیلندر دو کاره و سیلندر تک اثره یکی از رایج ترین تصمیمات در طراحی سیستم پنوماتیک است. هر دو از هوای فشرده به عنوان منبع انرژی استفاده می‌کنند، اما ویژگی‌های عملکردی آن‌ها در ابعاد مختلف به‌طور قابل‌توجهی متفاوت است.

نکته ای که اغلب نادیده گرفته می شود: سیلندرهای تک اثر هوای فشرده کمتری را در هر چرخه مصرف می کنند زیرا حرکت برگشت از انرژی ذخیره شده فنر به جای هوای فشرده استفاده می کند. با این حال، نیروی مخالف فنر در حین امتداد، رانش قابل استفاده را کاهش می دهد و وقتی فنر در ده‌ها هزار چرخه خسته می‌شود، هم نیروی برگشتی و هم دقت کاهش می‌یابد. یک سیلندر عملکرد دوگانه بدون توجه به تعداد چرخه عملکرد ثابتی را حفظ می کند - و آن را به راه حل مقرون به صرفه تر در یک افق عملیاتی چند ساله برای هر برنامه ای که بیش از یک شیفت در روز اجرا می کند تبدیل می کند.

کاربردهای صنعتی سیلندرهای هوای دوگانه

سیلندرهای عمل دوگانه تقریباً در هر بخش از تولید و پردازش مدرن ظاهر می شوند. موارد زیر بیشترین حجم کاربرد را به همراه موارد استفاده خاص نشان می‌دهند که نشان می‌دهند چرا راه‌حل ارجح راه‌اندازی دو طرفه با نیروی هوا است.

خطوط مونتاژ و تولید خودکار

در خطوط مونتاژ با سرعت بالا، سیلندرهای هوای دوگانه حرکت فشار و کشش واحدهای انتخاب و جاسازی، فیدرهای قطعات، گریزها و اسلایدهای انتقال را به حرکت در می آورند. سرعت چرخه 60 تا 120 ضربه در دقیقه معمول است، و حرکت دقیق و قابل تکرار سیلندر هوای دوگانه، موقعیت ثابت قطعه را در هر چرخه تضمین می کند. یک ناهماهنگی منفرد ناشی از بازگشت ناسازگار فنر - همانطور که در مورد سیلندرهای یک‌کاره فرسوده رخ می‌دهد - می‌تواند منجر به رد شدن مجموعه‌ها و خرابی پرهزینه شود.

ماشین آلات بسته بندی و چاپ

نصب جعبه، تاشوی فلپ، آب بندی و تنظیم غلتک در خطوط بسته بندی همگی به سیلندرهای دوتایی متکی هستند. کنترل دو طرفه به یک سیلندر اجازه می دهد تا هم یک فلپ را باز و هم ببندد، نه اینکه به دو محرک جداگانه نیاز داشته باشد. در ماشین‌های چاپ، سیلندرهای تنظیم شکاف غلتکی باید نیروی یکسانی را در هر دو جهت پرس و رها کردن ایجاد کنند - این الزامی است که فقط یک طراحی دوگانه می‌تواند به طور مداوم برآورده کند.

بستن، فشار دادن و نگه داشتن فیکسچر

وسایل ماشین ابزار، جگ های جوشکاری و ایستگاه های پرس فیت از سیلندرهای هوای دوگانه برای اعمال نیروی گیره ثابت استفاده می کنند و سپس قطعه کار را تحت کنترل پنوماتیک مثبت رها می کنند. اگر فنر ضعیف شود یا فشار برگشتی در سمت میله مانع از غلبه بر بار فنر شود، ممکن است گیره برگشت فنر آزاد نشود. یک سیلندر عمل دوگانه نیروی آزادسازی مثبت را از منبع هوا اعمال می کند و این حالت خرابی را به طور کامل حذف می کند.

سیستم های انحراف و مرتب سازی نوار نقاله

دروازه‌های انحرافی، بازوهای فشاردهنده، و راه‌های توقف/برو روی خطوط نقاله باید به سرعت و به‌طور قابل پیش‌بینی در هر دو جهت حرکت کنند. سیلندرهای هوای دوتایی این کاربردها را با سرعتی انجام می دهند که سیلندرهای برگشت فنری نمی توانند به طور قابل اعتماد آن را حفظ کنند. برای مثال، در یک سیستم مرتب‌سازی، 200 بسته در ساعت، هر سیلندر دیورتر ممکن است 3 تا 4 بار در دقیقه چرخش کند - بیش از 6000 چرخه در روز. عملکرد ثابت در این تعداد چرخه نیاز به حرکت بادوام و غیر تحقیرآمیز یک طراحی دوگانه دارد.

رباتیک و ابزار پایانی

روبات‌های مشارکتی و بازوهای ربات‌های صنعتی اغلب از استوانه‌های فشرده دوتایی در ابزارآلات انتهای بازو برای عملکردهای باز/بستن گیره، مکانیسم‌های تغییر ابزار و مفصل‌بندی مچ استفاده می‌کنند. بدنه آلومینیومی سبک وزن سیلندرهای فشرده ISO 21287 در رباتیک بسیار مهم است، جایی که هر گرم جرم انتهای بازو ظرفیت بار را کاهش می دهد. یک سیلندر هوای جمع و جور با حفره 25 میلی متری می تواند کمتر از 100 گرم وزن داشته باشد در حالی که همچنان نیروی رانش بیش از 265 نیوتن را در 6 بار ارائه می دهد - نسبت نیرو به وزن عالی برای کاربردهای روباتیک.

صنایع سنگین: تجهیزات زمینی و ساختمانی

در حالی که سیلندرهای بادی عمل دوگانه در اتوماسیون صنعتی سبک تا متوسط غالب هستند، سیلندرهای هیدرولیک دو عمله ستون فقرات ماشین آلات سنگین هستند. بوم بیل مکانیکی و بازوهای سطل، تیغه های بولدوزر، پایه های جرثقیل و سیستم های فرمان همگی به سیلندرهای هیدرولیک دو طرفه برای ارائه نیروهای دو جهته عظیم مورد نیاز بستگی دارند. یک سیلندر هیدرولیک عمل دوگانه با سوراخ 160 میلی‌متری که در 250 بار کار می‌کند، می‌تواند بیش از 500 کیلو نیوتن نیروی کششی ایجاد کند که بسیار فراتر از توانایی هر سیلندر پنوماتیکی در فشار هوای معمولی صنعتی است.

چگونه سیلندر عمل دوگانه مناسب را برای برنامه خود انتخاب کنید

انتخاب یک سیلندر هوای دوگانه نیاز به بررسی سیستماتیک چندین پارامتر دارد. نادیده گرفتن هر یک از این مراحل منجر به یک سیلندر کم اندازه می شود که در زیر بار متوقف می شود یا یک سیلندر بزرگ که هوای فشرده را هدر می دهد و هزینه را افزایش می دهد.

• تعریف نیروی مورد نیاز: باری را که قرار است جابجا شود، شامل وزن آن، نیروهای اصطکاک و نیروهای مخالف مانند فنرها یا مقاومت ابزار، محاسبه کنید. یک حاشیه ایمنی 25 تا 30 درصد اضافه کنید تا به حداقل نیروی رانش مورد نیاز برسید. از این مقدار برای محاسبه مجدد حداقل اندازه سوراخ در فشار منبع موجود استفاده کنید.
• تعیین طول ضربه: مسافتی که بار باید طی کند را اندازه گیری کنید. برای هر گونه براکت نصب یا کوپلینگ میله ای فاصله اضافه کنید. برای ضربات بیشتر از تقریباً 10× قطر سوراخ، بررسی کنید که میله تحت بار فشاری با استفاده از فرمول کمانش ستون اویلر یا نمودار ضربه سازنده، کمانش نمی‌کند.
• تنظیم سرعت عملیات: زمان چرخه مورد نیاز را تعریف کنید. حداقل سرعت جریان هوای مورد نیاز برای پر کردن محفظه بزرگتر (درپوش انتهایی) را در مدت زمان تمدید موجود محاسبه کنید. لوله کشی، اتصالات، و شیرهای کنترل جریان را اندازه کنید تا این میزان جریان را بدون ایجاد افت فشار بیش از حد ارائه دهید.
• سبک نصب را انتخاب کنید: سبک های نصب استاندارد ISO عبارتند از: پا (FA)، فلنج (FB/FF)، تراننیون (TC/TB) و clevis (CA/CB). نصب باید وزن سیلندر و نیروهای واکنش را بدون ایجاد گشتاورهای خمشی روی میله تحمل کند. پایه‌های Clevis و Trunnion به سیلندر اجازه چرخش می‌دهند و زمانی ترجیح داده می‌شوند که مسیر بار دارای تغییرات زاویه‌ای باشد.
• ارزیابی شرایط محیطی: سیلندرهای استاندارد با مهر و موم NBR از -10 درجه سانتیگراد تا 80 درجه سانتیگراد کار می کنند. انواع بشکه فولاد ضد زنگ و مهر و موم FKM دمای -20 درجه سانتیگراد تا 150 درجه سانتیگراد را پوشش می دهند و در برابر بسیاری از مواد شیمیایی مقاومت می کنند. محیط های شستشو به ساختار ضد زنگ و طراحی انتهای میله های مهر و موم شده برای جلوگیری از ورود آب نیاز دارند.
• بررسی انطباق ISO: برای محیط‌های صنعتی که قابلیت تعویض و استانداردهای ایمنی اهمیت دارند، تأیید کنید که سیلندر عملکرد دوگانه مطابق با استانداردهای ISO 15552 (استاندارد)، ISO 21287 (کامپکت)، یا ISO 6432 (مینیاتوری) است. سیلندرهای سازگار با ISO از تولید کنندگان مختلف را می توان بدون تغییر براکت، لوله کشی یا شیرهای کنترل تعویض کرد.
• انتخاب روش سنجش موقعیت: سیلندرهای پیستونی مغناطیسی به سوئیچ‌های نی، اثر هال یا مجاورت حالت جامد اجازه می‌دهند تا موقعیت‌های انتهایی را بدون نفوذ به دیواره سیلندر تشخیص دهند. این راه حل استاندارد برای ادغام با PLC ها و کنترل کننده های اتوماسیون است. تأیید کنید که نوع شیار نصب سوئیچ (شیار T، شیار C یا باند) با سنسور دلخواه شما مطابقت دارد.

بهترین روش‌های نگهداری برای سیلندرهای هوای دوگانه

یک سیلندر عملکرد دوگانه به خوبی نگهداری شده می تواند ده ها میلیون چرخه را قبل از نیاز به تعویض مهر و موم انجام دهد. روش‌های تعمیر و نگهداری زیر باعث می‌شود سیلندرها بین فواصل سرویس برنامه‌ریزی‌شده به‌طور قابل‌اطمینانی عمل کنند.

کیفیت هوا: مهمترین عامل

هوای فشرده آلوده دلیل اصلی سایش زودرس آب بندی و خرابی سیلندر است. هوای ورودی به هر سیلندر هوای دوگانه باید فیلتر، خشک و در برخی موارد روغن کاری شود. یک واحد استاندارد FRL (Filter-Regulator-Lubricator) که در بالادست هر جزیره سوپاپ یا بانک سیلندر نصب شده است، ذرات را تا 5-25 میکرون فیلتر می کند، رطوبت را کاهش می دهد، فشار عرضه را به مقدار کاری صحیح (معمولاً 4-8 بار) تنظیم می کند و برای سیلندرهایی که فاقد روانکاری هستند، روغن کاری مه روغن اضافه می کند. بسیاری از سیلندرهای هوای دو کاره مدرن از مهر و موم های از پیش روغن کاری شده استفاده می کنند و نیازی به مه روغن ندارند - قبل از افزودن روغن کاری به سیلندر غیر روانکاری، مشخصات سازنده را بررسی کنید، زیرا می تواند باعث تورم مهر و موم شود.

فواصل بازرسی بصری

هر سیلندر عملکرد دوگانه را هر 500000 سیکل یا هر سه ماه یکبار (هر کدام که زودتر اتفاق بیفتد) برای علائم سایش زیر بررسی کنید:

• نشت هوا در امتداد میله پیستون (نشان دهنده فرسودگی مهر و موم میله یا سیل برف پاک کن آسیب دیده است)
• نشت هوا در اتصالات پورت (نشان دهنده شل بودن اتصالات یا آسیب دیده اورینگ پورت)
• خراش یا سوراخ قابل مشاهده روی سطح میله در معرض دید (آلودگی ساینده در منبع هوا یا برف پاک کن آسیب دیده)
• عملکرد کند یا کاهش سرعت (مسیر جریان محدود، فشار برگشتی بیش از حد، یا اصطکاک مهر و موم ناشی از سیل‌های متورم)
• صدای ضربه بیش از حد در پایان ضربه (دریچه های سوزنی کوسن نیاز به تنظیم مجدد دارند)

تعویض مهر و موم

اکثر تولیدکنندگان بزرگ کیت های آب بند سیلندر را ارائه می دهند که حاوی تمام مهر و موم های مورد نیاز برای تعمیرات اساسی است - مهر و موم پیستون، مهر و موم میله، آب بند برف پاک کن و حلقه های O پورت. هنگام تعویض مهر و موم در یک سیلندر عمل دوبل، همیشه مجموعه کامل را به جای مهر و موم های جداگانه تعویض کنید، زیرا سایش ناهموار آب بند باعث اصطکاک دیفرانسیل می شود که به مشکلات تراز کمک می کند. قبل از نصب، مهر و موم های جدید را با گریس تمیز سازگار با مواد مهر و موم روغن کاری کنید. سرپوش‌های انتهایی را مطابق با مشخصات گشتاور سازنده مجدداً مونتاژ کنید تا از فشرده‌سازی بیش از حد O-rings که می‌تواند باعث اکسترود شدن آب‌بندها تحت فشار شود، جلوگیری کنید.

بازرسی میله و بشکه

هنگامی که سیلندر برای تعویض مهر و موم جدا شد، میله را از نظر آسیب سطحی بررسی کنید. گودال‌های خوردگی جزئی یا علائم امتیازی بیشتر از 0.1 میلی‌متر برای از بین بردن مهر و موم میله جدید در یک دوره خدمات کوتاه کافی است. میله ای که آسیب سطحی دارد باید دوباره با کروم سخت روکش شود یا جایگزین شود تا اینکه با مهر و موم های جدید سرهم شود. به طور مشابه، سوراخ لوله سیلندر باید برای نمره گذاری بررسی شود. اندازه گیری گیج سوراخ می تواند مقدار سایش را تعیین کند و تعیین کند که آیا بشکه در محدوده خدمات سازنده است یا خیر.

تنظیم کوسن پس از سرویس

پس از هر گونه تعویض مهر و موم یا نصب مجدد سیلندر هوای دوگانه، دریچه های سوزن بالشتک انتهایی را مجدداً تنظیم کنید تا سیلندر با فشار کاری کامل کار کند. با دریچه سوزنی کاملاً باز (حداقل بالشتک) شروع کنید و با رعایت رفتار پایان ضربه به تدریج آن را ببندید. تنظیم صحیح باعث کاهش سرعت نرم و بدون ضربه شنیداری در هر دو انتهای ضربه می شود. دریچه های بالشتک که بیش از حد سفت شده اند زمان چرخه غیر ضروری را کاهش می دهند. دریچه های کم سفت اجازه ضربه پیستون را می دهند که سایش درپوش انتهایی و آب بندی را تسریع می کند.

مشکلات رایج سیلندرهای دوگانه و نحوه رفع آنها

حتی سیلندرهای هوای دوتایی که به خوبی نگهداری می شوند با گذشت زمان با مشکلاتی مواجه می شوند. تشخیص زودهنگام این مسائل از تبدیل شدن خرابی ها به مشکلات سیستم گسترده تر جلوگیری می کند.

سیلندر باز یا جمع نمی شود

ابتدا شیر کنترل جهت را بررسی کنید. اطمینان حاصل کنید که شیر سیگنال محرک خود را دریافت می کند (سیگنال الکتریکی برای شیرهای برقی، هوای پایلوت برای شیرهای پیلوت پنوماتیک). با گوش دادن به صدای کلیک یا بررسی جریان در درگاه اگزوز، جابجایی سوپاپ را بررسی کنید. اگر سوپاپ کار می کند اما سیلندر حرکت نمی کند، فشار منبع تغذیه را در درگاه سیلندر بررسی کنید - یک فشار سنج نصب شده در پورت به سرعت تشخیص می دهد که آیا مشکل در بالادست (تلفات منبع) یا داخلی سیلندر است (پیستون مسدود شده، مهر و موم آسیب دیده که باعث می شود فشار هر دو محفظه برابر شود).

سیلندر به آرامی حرکت می کند یا در اواسط ضربه سرعت خود را از دست می دهد

عملکرد آهسته معمولاً ناشی از لوله‌ها یا اتصالات کوچک، یک شیر کنترل جریان نیمه بسته یا هوای آلوده است که باعث تورم مهر و موم و افزایش اصطکاک می‌شود. هر محدودیت احتمالی را به ترتیب از کمپرسور به بیرون بررسی کنید. مقایسه فشار سنج - فشار منبع بالادست در مقابل فشار دینامیکی در درگاه در حین حرکت - نشان می‌دهد که آیا افت فشار در مدار تغذیه رخ می‌دهد یا خیر. اصطکاک مهر و موم داخلی را می توان با جدا کردن و نوازش دستی پیستون تأیید کرد. باید آزادانه در طول حرکت کامل با فشار دست به تنهایی در یک سیلندر با عملکرد صحیح حرکت کند.

نشت هوای خارجی در میله

نشتی پس از مهر و موم میله رایج ترین مشکل نگهداری در سیلندرهای دوگانه است. علل اولیه آسیب سطح میله (ایجاد مسیر نشتی که آب بند نمی تواند پل بزند)، سخت شدن آب بندی در اثر گرما یا روغن های ناسازگار، و اکستروژن آب بندی در اثر فشار بیش از حد عرضه می باشد. اطمینان حاصل کنید که فشار تغذیه در محدوده نامی سیلندر است، سطح میله را از نظر آسیب بررسی کنید، و مهر و موم میله و آب بند برف پاک کن را به عنوان مجموعه جایگزین کنید.

نشتی داخلی (سیلندر تحت بار حرکت می کند)

اگر یک سیلندر عمل دوگانه دریفت شود - یعنی زمانی که سوپاپ در موقعیت نگهدارنده قرار دارد، پیستون به آرامی حرکت می کند - نشت داخلی در سراسر مهر و موم پیستون به هوای پرفشار اجازه می دهد تا از محفظه فشار بالا به محفظه فشار پایین عبور کند. این امر با جدا کردن سمت اگزوز سوپاپ از درگاه سیلندر و احساس جریان هوا مشخص می شود - هوای نشتی از مسیر اگزوز محفظه کم فشار خارج می شود. برای اصلاح این وضعیت، مجموعه کاسه نمد پیستون را تعویض کنید.

استانداردها و مشخصات سیلندر دوگانه که باید بدانید

تعیین یک سیلندر هوای دوگانه با استاندارد صحیح، سازگاری با اجزای سیستم موجود را تضمین می کند، منبع جایگزینی را ساده می کند، و حداقل آستانه ایمنی و عملکرد را تأیید می کند.

• ISO 15552 - استاندارد اولیه برای سیلندرهای پنوماتیک دو اثر متوسط. اندازه های سوراخ (32، 40، 50، 63، 80، 100، 125، 160، 200، 250، 320 میلی متر)، ابعاد نصب، اندازه رزوه پورت، و رزوه های انتهای میله را مشخص می کند. سیلندرهای هر سازنده مطابق با ISO 15552 می توانند به جای یکدیگر نصب شوند.
• ISO 21287 - استاندارد سیلندر فشرده اندازه سوراخ‌های 20 تا 100 میلی‌متر را با پروفیل‌های کوتاه و صرفه‌جویی در فضا برای پاکت‌های نصب محکم می‌پوشاند.
• ISO 6432 - استاندارد استوانه بدنه گرد مینیاتوری برای اندازه سوراخ 8 تا 25 میلی متر. رایج در مونتاژ الکترونیک و اتوماسیون در مقیاس کوچک.
• ISO 15552 / CNOMO - بسیاری از کارخانه‌های خودروسازی اروپایی، سیلندرهای CNOMO (استاندارد تولیدکننده خودرو فرانسوی) را مشخص می‌کنند که از نظر ابعادی با ISO 15552 یکسان هستند، اما دارای الزامات کیفیت و قابلیت ردیابی اضافی هستند.
• NFPA T3.6.7 - استاندارد معادل ایالات متحده برای سیلندرهای پنوماتیکی با کار متوسط، که به طور گسترده در کاربردهای صنعتی آمریکای شمالی استفاده می شود. شباهت های بعدی به ISO 15552 اما با برخی تفاوت ها در استانداردهای رشته پورت (NPT در مقابل متریک).
• محدوده فشار عملیاتی - سیلندرهای پنوماتیکی استاندارد دو کاره برای 1-10 بار (0.1-1.0 مگاپاسکال) رتبه بندی شده اند. رایج ترین محدوده عملیاتی در تنظیمات صنعتی 4-8 بار است. بیش از حد فشار نامی، سایش آب بندی را تسریع می کند و خطر خرابی درپوش انتهایی را به همراه دارد.
• محدوده دما - مهر و موم استاندارد NBR از -10 درجه سانتیگراد تا 80 درجه سانتیگراد کار می کند. انواع آب بندی FKM با دمای بالا حد بالایی را تا 150 درجه سانتیگراد افزایش می دهد. برنامه های کاربردی در دمای پایین که به عملکرد قابل اطمینان زیر 10- درجه سانتیگراد نیاز دارند باید مهر و موم های EPDM یا سیلیکونی را مشخص کنند.