Mikä an Ilmasylinteri Toimii itse asiassa tuotantolinjalla
Ilmasylinteri muuntaa paineilman paineen lineaariseksi mekaaniseksi voimaksi, ja lyhyt vastaus jokaiselle sellaisen valitsevalle on tämä: reiän koko määrittää voimantuoton, iskun pituus määrittää kulkumatkan ja tangon rakenne määrittää kantavuuden sivukuormituksessa . Tavallinen pneumaattinen toimilaitteen sylinteri, joka pyörii 6 baarin (87 psi) paineella ja 32 mm:n reiällä, tuottaa noin 482 newtonin voiman työntöiskussa, mikä riittää useimpiin pakkaus- ja kokoonpanolaitteiden kiinnitys-, nosto- ja puristustehtäviin. Jos prosessi tarvitsee enemmän voimaa ilman, että porauskokoa kasvatetaan, ainoat käytännölliset keinot ovat linjapaineen nostaminen (sylinterin nimellisrajan sisällä, tyypillisesti 10 baaria vakioyksiköissä) tai vaihtaminen tandem-sylinterirakenteeseen, jossa kaksi mäntää pinotaan yhdelle varrelle.
Toimilaitesylinterit jakautuvat kahteen laajaan mekaaniseen perheeseen: yksitoimiset sylinterit, jotka käyttävät ilmanpainetta liikkuakseen yhteen suuntaan ja jousen palautumiseen, ja kaksitoimiset sylinterit, jotka käyttävät ilmanpainetta sekä ulos- että sisäänvetoon. Kaksitoimiset mallit kattavat noin 75 % teollisista pneumaattisista sylinteriasennuksista Festo- ja SMC-luetteloiden komponenttien jakelijatietojen mukaan, suurelta osin siksi, että ne tarjoavat hallitun voiman ja nopeuden molempiin suuntiin eivätkä tuhlaa energiaa paluujousen puristamiseen joka syklissä.
Sylinterin voiman laskeminen: tärkeät numerot
Pneumaattisen sylinterin voimakaava on yksinkertainen: Voima (N) = paine (bar) x pinta-ala (cm²) x 10 . Männän pinta-ala lasketaan reiän halkaisijasta käyttämällä standardiympyrän pinta-alakaavaa, π kertaa säde neliö. Tangon puoleisessa (sisäänveto) iskussa tangon poikkipinta-ala on vähennettävä männän kokonaispinta-alasta, minkä vuoksi takaisinvetovoima on aina pienempi kuin kaksitoimisen sylinterin venymisvoima, usein 10-15 % tangon halkaisijasta riippuen.
| Poran halkaisija | Männän alue | Voima 6 baarissa | Tyypillinen sovellus |
|---|---|---|---|
| 16 mm | 2,01 cm² | 120 N | Pienen osan irrotus, portti |
| 25 mm | 4,91 cm² | 295 N | Valaisimet |
| 32 mm | 8,04 cm² | 482 N | Kuljetin pysähtyy, työntölevyt |
| 50 mm | 19,63 cm² | 1178 N | Puristusliitos, ohutlevyn muotoilu |
| 80 mm | 50,27 cm² | 3016 N | Raskas puristus, painevalutyökalut |
On syytä huomata, että tämän kaavan teoreettinen voima edustaa suurinta käytettävissä olevaa tehoa ennen kitkahäviöitä. Tosielämässä toimitettu voima on noin 5–10 % pienempi tiivisteen kitkan vuoksi, erityisesti sylintereissä, jotka ovat olleet käynnissä pitkiä aikoja ilman voiteluhuoltoa.
Sylinterirungon tyylit ja milloin jokainen sopii
Ilmasylintereitä valmistetaan useissa rungoissa, ja väärän tyylin valitseminen on yksi yleisimmistä automatisoitujen laitteiden ennenaikaisen kulumisen lähteistä.
Pyöreä runko (ISO 6432) sylinterit
Nämä ovat pienikokoisin vaihtoehto tietylle porauskoolle, ja ne voidaan asentaa helposti tiukkaan koneen runkoon käyttämällä haarukka- tai laippakannattimia. Niitä löytyy yleensä 8–25 mm:n rei'istä, ja niitä suositaan poiminta- ja sijoitteluvarsissa, pienissä ejektorimekanismeissa ja avainnussovelluksissa, joissa käyttöakselilla on rajoitetusti tilaa.
Profiilirunko (ISO 15552) Sylinterit
Poikkileikkaukseltaan neliön tai suorakaiteen muotoiset rungot, joissa on integroidut asennusurat kaikilla neljällä sivulla. Tasaiset pinnat ja T-urat antavat suunnittelijoille mahdollisuuden pultata antureita, kiinnikkeitä ja ohjauskiskoja suoraan sylinterin runkoon ilman ylimääräisiä kiinnikkeitä. Tämä tyyli hallitsee 32–125 mm:n reikäaluetta ja on oletusvalinta yleiseen teollisuusautomaatioon.
Ohjatut (liuku-) sylinterit
Näissä yhdistyvät vakiosylinteri, jossa on sisäänrakennetut lineaariset ohjaustangot, tyypillisesti kaksi karkaistua teräsakselia, jotka kulkevat samansuuntaisesti päätangon kanssa. Ohjaustangot vaimentavat sivukuormia ja vääntömomenttia, jotka muutoin taipuisivat tai kuluttaisivat tavallista sylinteritankoa ja tiivistettä. Kaikissa sovelluksissa, joissa kuorma kohdistuu tangon keskilinjan ulkopuolelle, kuten työntövarressa tai pyörivässä tarttujassa, tulisi käyttää ohjattua sylinteriä tavallisen sauvan sylinterin sijaan , koska sivukuormitus on suurin yksittäinen syy sauvan tiivisteen ennenaikaiseen rikkoutumiseen.
Kompaktit sylinterit
Lyhytiskuiset, litteät profiiliyksiköt, jotka on suunniteltu kiinnitystoimintoihin, joissa aksiaalinen tila on erittäin suuri, kuten moniasemaisissa pyörivissä pöydissä. Iskunpituudet harvoin ylittävät 50 mm, mutta litteä asennuspinta ja pienempi kokonaispituus tekevät niistä ihanteellisia asennuksiin, joihin tavallinen sylinteri ei yksinkertaisesti sovi.
Asennustyylit ja niiden mekaaniset kompromissit
Valittu asennustapa ei vaikuta pelkästään asennukseen, vaan sylinterin rungon ja tangon taivutusrasitukseen käytön aikana.
- Kiinnitys jalkaan : Pulteilla sylinterin rungon pohjaa pitkin, yksinkertainen ja jäykkä, mutta vaatii kuorman reitin olevan täydellisesti kohdistettu, jotta vältetään runkoputken taivutusmomentit.
- Laippakiinnitys : Pultattu korkissa tai pään päässä, erittäin jäykkä aksiaalisiin työntö-/veto-sovelluksiin, yleinen puristus- ja meistolaitteissa.
- Kiinnitys niveleen : Kääntöpiste mahdollistaa sylinterin heilumisen sen ulottuessa, mikä on välttämätöntä kiristysvarsille ja nostomekanismeille, jotka pyörivät kaaren läpi suoran linjan sijaan.
- Clevis-kiinnitys : Tappi-haarukkaliitos sylinterin takaosassa, usein yhdistettynä haarukkaan myös varren päässä, jolloin koko sylinteri voi kääntyä iskun aikana.
Tuki- ja haarukkakiinnikkeet ovat ainoita valintoja, joita tulisi käyttää, kun käyttöpolku ei ole suoraviivainen, koska jäykät kiinnikkeet kääntyvässä kuormassa taivuttavat nopeasti männän varren.
Ilmankulutus: Kompressorin oikea koko
Yksi huomiotta jätetty tekijä lisättäessä sylintereitä olemassa olevaan pneumaattiseen järjestelmään on ilmantarve. Jokainen sylinterin sykli kuluttaa paineilmamäärän, joka on yhtä suuri kuin männän pinta-ala kerrottuna iskun pituudella, kaksinkertainen kaksitoimisissa sylintereissä, koska molemmat kammiot täyttävät ja tyhjentävät jokaisen syklin.
Esimerkiksi 50 mm:n sylinterin, jonka iskunpituus on 200 mm, männän tilavuus on noin 393 cm³ jatkopuolella. Lisää sauvan puoleinen tilavuus (hieman vähemmän sauvan siirtymän vuoksi, kutsu sitä 370 cm³), ja yksi täysi sykli kuluttaa noin 763 cm³ vapaata ilmaa ilmanpaineessa puristussuhteella kerrottuna. 6 baarilla (7 baarin absoluuttisella paineella) se on noin 5,3 litraa vapaata ilmaa sykliä kohden. Kone, joka käyttää tätä sylinteriä nopeudella 20 kierrosta minuutissa, kuluttaa noin 106 litraa minuutissa vapaata ilmaa vain tälle toimilaitteelle , joka on merkityksellinen kuorma, kun se kerrotaan koneessa, jossa on tusina tai useampia sylintereitä.
| Poran koko | Isku 100mm | Isku 200mm | Isku 300mm |
|---|---|---|---|
| 25 mm | 26 l/min | 52 l/min | 78 l/min |
| 32 mm | 42 l/min | 84 l/min | 127 l/min |
| 50 mm | 53 l/min | 106 l/min | 159 l/min |
| 80 mm | 135 l/min | 271 l/min | 406 l/min |
Tehtaat aliarvioivat usein kompressorin koon lisätessään uusia automaatiokennoja, koska ne laskevat pelkän sylinterin reiän perusteella ottamatta huomioon kiertonopeutta. Kompressori, joka on alimitoitettu kokonaistarpeeseen nähden, aiheuttaa linjapaineen laskun huippujakson aikana, mikä vähentää suoraan järjestelmän jokaisen sylinterin tehoa samanaikaisesti, mikä saa joskus teknikot arvioimaan oireen virheellisesti vialliseksi toimielimeksi, kun todellinen syy on ylävirtaan.
Iskun loppuvaimennus ja miksi se pidentää käyttöikää
Jokaisen iskun lopussa mäntä hidastuu osumalla päätykanteen, ellei jonkinlaista pehmustetta ole olemassa. Vakiosylinterit ilman pehmusteita rajoitetaan suhteellisen alhaisiin männän nopeuksiin, yleensä alle 0,3 metriin sekunnissa, ennen kuin iskuvoimat alkavat vahingoittaa mäntää, päätykappaleita ja kiinnityslaitteita.
Säädettävä pehmuste käyttää neulaventtiiliä kuristaakseen poistoilman viimeisen 10–15 mm:n matkan aikana, mikä hidastaa mäntää ennen kuin se koskettaa päätykantta. Tämä yksittäinen ominaisuus voi pidentää sylinterin käyttöikää merkittävästi, koska vaimentamattoman pysäyttimen toistuva mekaaninen isku on merkittävä tekijä tiivisteiden kulumisessa, kiinnittimien löystymisessä ja alumiinirunkoisten sylintereiden päätykappaleen valussa.
Sovelluksiin, joissa nopeus on yli 0,5 m/s tai jokaiselle sylinterille, jonka kuormamassa on yli muutaman kilogramman, säädettävää ilmapehmustetta tulisi pitää vakiovaatimuksena eikä valinnaisena päivityksenä . Kumipuskurit tarjoavat edullisemman vaihtoehdon kevyemmille kuormille ja alhaisemmille nopeuksille. Ne vaimentavat iskuja elastisten muodonmuutosten kautta ilman kuristuksen sijaan, mutta ne kuluvat ja vaativat säännöllistä vaihtoa.
Materiaalin valinta erilaisiin käyttöympäristöihin
Toimilaitteen sylinterin runko-, tanko- ja tiivistemateriaalit määräävät, kuinka hyvin se kestää puhtaan, kuivan, ilmastoidun tehdaslattian ulkopuolella.
Tavalliset alumiinirunkosylinterit
Anodisoitu alumiini on oletusarvo yleiseen sisäkäyttöön. Se on kevyt, kestää pintakorroosiota normaalista kosteudesta ja koneistaa helposti tarkkoja porauksia, joita tarvitaan hyvän tiiviyden ylläpitämiseen. Se ei sovellu ympäristöihin, joissa on syövyttäviä pesukemikaaleja tai jatkuva altistuminen suolaiselle vedelle ilman lisäpinnoitteita.
Ruostumattomasta teräksestä valmistetut sylinterit
Käytetään elintarvikkeiden jalostuksessa, lääketeollisuudessa ja merisovelluksissa, joissa pesu klooratuilla puhdistusaineilla tai altistuminen suolaiselle ilmalle on rutiinia. Ruostumattomat sylinterit maksavat enemmän, tyypillisesti 1,5–2,5 kertaa vastaavan alumiiniyksikön hintaa, mutta vältä pistekorroosiota, joka muuten vaatisi usein vaihtamista näissä ympäristöissä.
Tiivisteyhdisteet
Nitriili (NBR) tiivisteet ovat vakiona yleisessä ilmanvaihdossa lämpötiloissa -20°C - 80°C. Uunien tai hitsausasemien lähellä olevissa korkeissa lämpötiloissa fluorihiilitiivisteet (FKM/Viton) laajentavat käyttöalueen noin 150 °C:seen, mutta maksavat huomattavasti enemmän. Elintarvike- ja lääkekoneissa vaaditaan FDA-yhteensopivia tiivisteyhdisteitä, ja ne tulee ilmoittaa erikseen tilattaessa, koska vakiotiivisteet eivät välttämättä täytä saniteettivaatimuksia.
Yleiset epäonnistumisen oireet ja niiden syyt
Kenttäteknikot kohtaavat toistuvasti samoja vikakuvioita toimilaitteen sylintereissä, ja niiden nopea tunnistaminen säästää huomattavia seisokkeja.
| Oire | Todennäköinen syy | Korjaustoimet |
|---|---|---|
| Hidas tai hidas aivohalvaus | Alimitoitettu letku, rajoittavat liittimet tai alhainen linjapaine | Tarkista syöttöpaine sylinterin portista, suurenna letkun halkaisija |
| Ilmaa vuotaa tangon päästä | Kulunut tangon tiiviste, usein sivukuormituksen tai saastumisen vuoksi | Vaihda tiivistesarja, tarkasta tangon uurteet ja sivukuormituksen lähde |
| Sylinteri ajautuu, kun ilma on pois päältä | Sisäinen männän tiivisteen ohitus mahdollistaa ilman siirron kammioiden välillä | Vaihda männän tiiviste, tarkasta naarmujen varalta |
| Kova pamaus vedon lopussa | Pehmuste puuttuu tai kulunut, liiallinen nopeus | Säädä tyynyn neulaventtiiliä tai lisää virtauksen säätö pakoputkeen |
| Taipunut männänvarsi | Sivukuormitus yli nimellisrajojen, kohdistusvirhe | Vaihda ohjatulla sylinterillä tai oikea mekaaninen kohdistus |
Suurin osa ennenaikaisista sylinterivioista juontaa juurensa kahdesta perimmäisestä syystä: tangon sivukuormituksesta väärän asennuksen vuoksi ja saastuneesta ilmansyötöstä, joka kuljettaa kosteutta tai hiukkasia tiivisteisiin. Oikein huollettu suodatin-säädin-voitelulaite (FRL) -yksikkö ennen kutakin toimilaitetta korjaa suoraan toisen syyn, ja ennaltaehkäisevän huollon aikana suoritettavat rutiinisuuntaustarkastukset käsittelevät ensimmäistä.
Käytännön tarkistuslista uuden toimilaitteen sylinterin määrittämiseen
Kun määritetään uutta pneumaattista toimilaitteen sylinteriä koneen suunnitteluun tai jälkiasennukseen, seuraavien kohtien läpikäyminen välttää yleisimmät määrittelyvirheet.
- Laske tarvittava voima alimmalla odotetulla linjapaineella, ei nimellispaineella, koska paine voi laskea huippukysynnän aikana.
- Valitse porauskoko siten, että turvamarginaali on vähintään 25 % lasketun vähimmäisvoimavaatimuksen yläpuolella.
- Varmista, että iskun pituus vastaa koko mekaanista liikettä sekä pehmustusetäisyyttä molemmissa päissä.
- Valitse ohjattu sylinteri, jos tankoon kohdistuu sivukuormitusta tai vääntömomenttia iskun aikana.
- Yhdistä tiivistemateriaali ja runkomateriaali ympäröivään ympäristöön, mukaan lukien lämpötila, kosteus ja kemiallinen altistus.
- Määritä pehmusteen tyyppi odotetun männän nopeuden ja kuormitusmassan perusteella.
- Varmista, että asennustyyli vastaa kuormitusreittiä, suora linja vs. kääntöliike.
- Lisää uuden sylinterin ilmankulutus järjestelmän kokonaistarpeeseen ja tarkista kompressorin kapasiteetti.
Tämän järjestyksen noudattaminen järjestyksessä sen sijaan, että aloitettaisiin luettelon osanumerosta ja toimisi taaksepäin, eroaa vuosia luotettavasti toimivan toimilaitteen ja sellaisen toimilaitteen välillä, josta tulee toistuva huoltotuote kuukausien kuluessa asennuksesta.
