Čo Vzduchový valec V skutočnosti robí na výrobnej linke
Vzduchový valec premieňa tlak stlačeného vzduchu na lineárnu mechanickú silu a krátka odpoveď pre každého, kto si ju vyberie, je táto: veľkosť otvoru určuje výstup sily, dĺžka zdvihu určuje dráhu pohybu a konštrukcia tyče určuje nosnosť pri bočnom zaťažení . Štandardný pneumatický valec pohonu bežiaci na 6 bar (87 psi) dielenský vzduch s 32 mm otvorom vytvára približne 482 newtonov sily na tlačný zdvih, čo je dostatočné na poháňanie väčšiny úloh upínania, zdvíhania a lisovania, ktoré sa vyskytujú na baliacich a montážnych zariadeniach. Ak proces vyžaduje väčšiu silu bez zvýšenia veľkosti otvoru, jediným praktickým spôsobom je zvýšenie tlaku v potrubí (v rámci menovitého limitu valca, zvyčajne 10 barov pre štandardné jednotky) alebo prechod na konštrukciu tandemového valca, ktorý naskladá dva piesty na jednu tyč.
Ovládacie valce spadajú do dvoch širokých mechanických skupín: jednočinné valce, ktoré využívajú tlak vzduchu na pohyb v jednom smere a pružinu na návrat, a dvojčinné valce, ktoré využívajú tlak vzduchu na vysúvanie aj zasúvanie. Dvojčinné konštrukcie predstavujú približne 75 % inštalácií priemyselných pneumatických valcov podľa údajov distribútorov komponentov z katalógov Festo a SMC, najmä preto, že ponúkajú riadenú silu a rýchlosť v oboch smeroch a nestrácajú energiu stláčaním vratnej pružiny v každom cykle.
Výpočet sily valca: Na číslach záleží
Silový vzorec pre pneumatický valec je jednoduchý: Sila (N) = tlak (bar) x plocha (cm²) x 10 . Plocha piesta sa vypočíta z priemeru diery pomocou štandardného vzorca plochy kruhu, π krát polomer na druhú. Pri zdvihu na strane tyče (zasúvanie) je potrebné od celkovej plochy piesta odpočítať plochu prierezu tyče, preto je sila zaťahovania vždy nižšia ako sila vyťahovania na dvojčinnom valci, často o 10 % až 15 % v závislosti od priemeru tyče.
| Priemer otvoru | Oblasť piestu | Sila pri 6 baroch | Typická aplikácia |
|---|---|---|---|
| 16 mm | 2,01 cm² | 120 N | Vyhadzovanie malej časti, hradlovanie |
| 25 mm | 4,91 cm² | 295 N | Svetelné upínacie prípravky |
| 32 mm | 8,04 cm² | 482 N | Zarážky dopravníka, tlačné dosky |
| 50 mm | 19,63 cm² | 1178 N | Lisovacia tvarovka, tvárnenie plechov |
| 80 mm | 50,27 cm² | 3016 N | Ťažké upínanie, nástroje na tlakové liatie |
Stojí za zmienku, že teoretická sila z tohto vzorca predstavuje maximálny dostupný výkon pred stratami trením. Skutočne dodávaná sila je o 5 % až 10 % nižšia v dôsledku trenia tesnení, najmä vo valcoch, ktoré boli v prevádzke dlhší čas bez údržby mazania.
Štýly karosérie valca a kedy sa každý hodí
Vzduchové valce sa vyrábajú v niekoľkých konfiguráciách tela a výber nesprávneho štýlu je jedným z najbežnejších zdrojov predčasného opotrebovania automatizovaných zariadení.
Valce s okrúhlym telom (ISO 6432).
Ide o najkompaktnejšiu možnosť pre danú veľkosť otvoru a ľahko sa montujú do tesných rámov strojov pomocou vidlicových alebo prírubových konzol. Bežne sa vyskytujú vo veľkostiach otvorov od 8 mm do 25 mm a sú obľúbené pre ramená typu pick-and-place, malé vyhadzovacie mechanizmy a vtokové aplikácie, kde je priestor pozdĺž osi ovládania obmedzený.
Profilové telo (ISO 15552) Valce
Telesá štvorcového alebo obdĺžnikového prierezu s integrovanými montážnymi drážkami pozdĺž všetkých štyroch strán. Ploché povrchy a drážky T-drážok umožňujú konštruktérom priskrutkovať snímače, držiaky a vodiace lišty priamo k telu valca bez ďalších upevnení. Tento štýl dominuje v rozsahu vŕtania 32 mm až 125 mm a je predvolenou voľbou pre všeobecnú priemyselnú automatizáciu.
Vedené (posuvné) valce
Tieto kombinujú štandardný valec so vstavanými lineárnymi vodiacimi tyčami, zvyčajne dvoma hriadeľmi z tvrdenej ocele, ktoré bežia rovnobežne s hlavnou tyčou. Vodiace tyče absorbujú bočné zaťaženie a krútiaci moment, ktoré by inak ohli alebo opotrebovali štandardnú tyč valca a tesnenie. Akákoľvek aplikácia, pri ktorej je zaťaženie aplikované mimo stred od stredovej čiary tyče, ako je tlačné rameno alebo rotačné chápadlo, by malo používať vodený valec namiesto štandardného valca tyče. , pretože bočné zaťaženie je jedinou najväčšou príčinou predčasného zlyhania tesnenia tyče.
Kompaktné valce
Jednotky s plochým profilom s krátkym zdvihom určené pre upínacie operácie, kde je dôležitý axiálny priestor, ako napríklad na otočných stoloch s viacerými stanicami. Dĺžka zdvihu zriedka presahuje 50 mm, ale plochá montážna plocha a znížená celková dĺžka ich robí ideálnymi pre inštalácie, kde sa štandardný valec jednoducho nezmestí.
Štýly montáže a ich mechanické kompromisy
Zvolený štýl montáže ovplyvňuje nielen inštaláciu, ale aj ohybové namáhanie tela valca a tyče počas prevádzky.
- Montáž na nohu : Priskrutkované pozdĺž spodnej časti tela valca, jednoduché a tuhé, ale vyžaduje, aby bola dráha zaťaženia dokonale vyrovnaná, aby sa predišlo ohybovým momentom na rúrke tela.
- Montáž príruby : Priskrutkované na uzávere alebo hlavovom konci, veľmi pevné pre axiálne tlačné/ťahacie aplikácie, bežné na lisovacích a lisovacích zariadeniach.
- Montáž čapu : Otočný bod umožňuje, aby sa valec kýval pri jeho vysúvaní, čo je nevyhnutné pre upínacie ramená a zdvíhacie mechanizmy, ktoré sa otáčajú oblúkom, a nie priamočiaro.
- Montáž vidlice : Spojenie kolík a vidlica v zadnej časti valca, často spárované aj s vidlicou na konci tyče, čo umožňuje otáčanie celého valca počas zdvihu.
Čapové a vidlicové uchytenia sú jediné možnosti, ktoré by sa mali použiť, keď dráha ovládania nie je priama, pretože pevné uchytenia na otočnej záťaži rýchlo ohýbajú piestnu tyč.
Spotreba vzduchu: Správne dimenzujte kompresor
Jedným prehliadaným faktorom pri pridávaní valcov do existujúceho pneumatického systému je celková spotreba vzduchu. Každý cyklus valca spotrebuje objem stlačeného vzduchu rovnajúci sa ploche piesta vynásobenej dĺžkou zdvihu, zdvojnásobený pre dvojčinné valce, pretože obe komory sa plnia a vypúšťajú každý cyklus.
Napríklad valec s vŕtaním 50 mm a zdvihom 200 mm má objem piesta na strane predĺženia približne 393 cm³. Pridajte objem na strane tyče (o niečo menej v dôsledku posunutia tyče, nazývajte to 370 cm³) a jeden celý cyklus spotrebuje asi 763 cm³ voľného vzduchu pri atmosférickom tlaku, vynásobený kompresným pomerom. Pri 6 baroch (absolútnych 7 barov) je to zhruba 5,3 litra voľného vzduchu na cyklus. Stroj pracujúci s týmto valcom pri 20 cykloch za minútu spotrebuje približne 106 litrov voľného vzduchu za minútu len na tento jeden pohon. , čo je zmysluplné zaťaženie, keď sa vynásobí na stroji s tuctom alebo viacerými valcami.
| Veľkosť otvoru | Zdvih 100 mm | Zdvih 200 mm | Zdvih 300 mm |
|---|---|---|---|
| 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 |
Závody bežne podceňujú veľkosť kompresora pri pridávaní nových automatizačných článkov, pretože počítajú na základe samotného vŕtania valca bez zohľadnenia rýchlosti cyklu. Kompresor, ktorý je poddimenzovaný pre celkový dopyt, spôsobuje pokles tlaku v potrubí počas špičkového cyklovania, čo priamo znižuje výstupnú silu každého valca v systéme súčasne, čo niekedy vedie technikov k nesprávnemu diagnostikovaniu symptómu ako chybného ovládača, keď je skutočná príčina proti prúdu.
Tlmenie na konci zdvihu a prečo predlžuje životnosť
Na konci každého zdvihu sa piest spomalí nárazom do koncového uzáveru, pokiaľ nie je prítomná nejaká forma odpruženia. Štandardné valce bez vankúšov sú obmedzené na relatívne nízke rýchlosti piestu, všeobecne pod 0,3 metra za sekundu, predtým, ako nárazové sily začnú poškodzovať piest, koncové uzávery a montážne prvky.
Nastaviteľné odpruženie využíva ihlový ventil na priškrtenie výfukového vzduchu v posledných 10 až 15 mm zdvihu, čím sa spomalí piest predtým, ako sa dotkne koncového uzáveru. Táto jediná vlastnosť môže výrazne predĺžiť životnosť valca, pretože opakovaný mechanický náraz neodpruženého dorazu je hlavným prispievateľom k opotrebovaniu tesnenia, uvoľneniu upevňovacieho prvku a prípadnému prasknutiu odliatku koncového uzáveru na valcoch s hliníkovým telom.
Pre aplikácie s rýchlosťou vyššou ako 0,5 m/s alebo pre akýkoľvek valec nesúci záťaž nad niekoľko kilogramov, nastaviteľné vzduchové odpruženie by sa malo považovať skôr za štandardnú požiadavku než za voliteľnú aktualizáciu . Gumové nárazníky ponúkajú lacnejšiu alternatívu pre menšie zaťaženie a nižšie rýchlosti, absorbujú náraz skôr elastickou deformáciou než škrtením vzduchu, ale opotrebúvajú sa a vyžadujú pravidelnú výmenu.
Výber materiálu pre rôzne prevádzkové prostredia
Materiály telesa, tyče a tesnenia valca ovládača určujú, ako dobre prežije mimo čistej, suchej a klimaticky kontrolovanej továrne.
Štandardné hliníkové valce
Eloxovaný hliník je predvolený pre všeobecné vnútorné použitie. Je ľahký, odoláva povrchovej korózii v dôsledku normálnej vlhkosti a ľahko sa opracúva pre presné otvory potrebné na udržanie dobrého utesnenia. Nie je vhodný do prostredia s žieravými chemikáliami alebo stálym vystavením slanej vode bez dodatočných náterov.
Valce z nehrdzavejúcej ocele
Používa sa v potravinárskom, farmaceutickom a námornom priemysle, kde je bežné umývanie chlórovými čistiacimi prostriedkami alebo vystavenie slanému vzduchu. Nerezové valce stoja viac, zvyčajne 1,5 až 2,5-násobok ceny ekvivalentnej hliníkovej jednotky, ale vyhnete sa bodovej korózii, ktorá by si inak v týchto prostrediach vyžadovala častú výmenu.
Tesniace zlúčeniny
Nitrilové (NBR) tesnenia sú štandardné pre všeobecnú prevádzku vzduchu pri teplotách od -20 °C do 80 °C. Pre vysokoteplotné aplikácie v blízkosti pecí alebo zváracích staníc rozširujú fluorokarbónové (FKM/Viton) tesnenia použiteľný rozsah až do približne 150 °C, ale stoja podstatne viac. Pre potravinárske a farmaceutické stroje sa vyžadujú tesniace zlúčeniny vyhovujúce FDA a mali by byť výslovne špecifikované pri objednávke, pretože štandardné tesnenia nemusia spĺňať požiadavky na sanitárne spracovanie.
Bežné príznaky zlyhania a ich hlavné príčiny
Technici v teréne sa opakovane stretávajú s rovnakou hŕstkou vzorcov porúch na valcoch ovládačov a ich rýchle rozpoznanie šetrí značné prestoje.
| Symptóm | Pravdepodobná príčina | Nápravné opatrenie |
|---|---|---|
| Pomalý alebo pomalý zdvih | Poddimenzované hadičky, obmedzujúce armatúry alebo nízky tlak v potrubí | Skontrolujte prívodný tlak na porte valca, zväčšite priemer hadičky |
| Vzduch uniká z konca tyče | Opotrebované tesnenie tyče, často spôsobené bočným zaťažením alebo kontamináciou | Vymeňte súpravu tesnení, skontrolujte ryhy na tyči a bočný zdroj zaťaženia |
| Valec driftuje, keď je vzduch vypnutý | Vnútorný obtok tesnenia piestu umožňujúci prenos vzduchu medzi komorami | Vymeňte tesnenie piestu, skontrolujte dieru, či nie je ryha |
| Hlasný tresk na konci zdvihu | Chýbajúce alebo opotrebované odpruženie, nadmerná rýchlosť | Nastavte ihlový ventil vankúša alebo pridajte reguláciu prietoku na výfuku |
| Ohnutá piestna tyč | Bočné zaťaženie mimo menovitých limitov, nesúososť | Vymeňte za vodený valec alebo opravte mechanické zarovnanie |
Väčšina predčasných zlyhaní valca má dve hlavné príčiny: bočné zaťaženie tyče v dôsledku nesprávneho uloženia a kontaminovaný prívod vzduchu, ktorý prenáša vlhkosť alebo častice do tesnení. Správne udržiavaná jednotka filter-regulátor-maznica (FRL) pred každým pohonom rieši druhú príčinu priamo a rutinné kontroly zarovnania počas preventívnej údržby riešia prvú.
Praktický kontrolný zoznam pre špecifikáciu nového valca ovládača
Pri špecifikácii nového valca pneumatického pohonu pre konštrukciu stroja alebo modernizáciu postupujte podľa nasledujúcich bodov, aby ste sa vyhli najčastejším chybám v špecifikácii.
- Vypočítajte požadovanú silu pri najnižšom očakávanom tlaku v potrubí, nie pri nominálnom tlaku, pretože tlak môže počas špičky klesnúť.
- Vyberte veľkosť otvoru s bezpečnostnou rezervou minimálne o 25 % nad vypočítanou minimálnou požiadavkou sily.
- Skontrolujte, či dĺžka zdvihu zodpovedá úplnému mechanickému zdvihu a akejkoľvek vzdialenosti tlmenia na každom konci.
- Ak počas zdvihu bude na tyč pôsobiť akékoľvek bočné zaťaženie alebo krútiaci moment, vyberte vedený valec.
- Prispôsobte materiál tesnenia a materiál tela okolitému prostrediu vrátane teploty, vlhkosti a vystavenia chemikáliám.
- Špecifikujte typ odpruženia na základe očakávanej rýchlosti piesta a hmotnosti zaťaženia.
- Uistite sa, že štýl montáže zodpovedá dráhe zaťaženia, priamočiary verzus otáčavý pohyb.
- Pridajte spotrebu vzduchu nového valca k celkovej požiadavke systému a overte kapacitu kompresora.
Dodržiavanie tohto poradia v poradí, namiesto toho, aby ste začali od katalógového čísla dielu a pracovali spätne, je rozdiel medzi pohonom, ktorý spoľahlivo beží roky, a tým, ktorý sa stáva opakovanou položkou údržby v priebehu mesiacov od inštalácie.
