ne bir Hava Silindiri Aslında Üretim Hattında Yapılıyor
Bir hava silindiri, basınçlı hava basıncını doğrusal mekanik kuvvete dönüştürür ve birini seçen herkes için kısa cevap şudur: delik boyutu kuvvet çıkışını belirler, strok uzunluğu hareket mesafesini belirler ve çubuk tasarımı yan yükler altında yük taşıma kapasitesini belirler . 32mm'lik bir deliğe sahip, 6 bar (87 psi) atölye havasıyla çalışan standart bir pnömatik aktüatör silindiri, itme strokunda kabaca 482 Kewton kuvvet üretir; bu, paketleme ve montaj ekipmanlarında bulunan çoğu kelepçeleme, kaldırma ve presleme görevini gerçekleştirmek için yeterlidir. Bir işlemin delik boyutunu artırmadan daha fazla kuvvete ihtiyacı varsa, tek pratik yol hat basıncını yükseltmek (silindirin nominal sınırı dahilinde, standart üniteler için tipik olarak 10 bar) veya iki pistonu bir çubuk üzerinde istifleyen tandem silindir tasarımına geçmektir.
Aktüatör silindirleri iki geniş mekanik aileye ayrılır: bir yönde hareket etmek için hava basıncını ve geri dönmek için bir yay kullanan tek etkili silindirler ve hem uzatma hem de geri çekme için hava basıncını kullanan çift etkili silindirler. Festo ve SMC kataloglarındaki bileşen dağıtıcı verilerine göre, çift etkili tasarımlar endüstriyel pnömatik silindir kurulumlarının kabaca %75'ini oluşturuyor; bunun büyük ölçüde nedeni, her iki yönde de kontrollü kuvvet ve hız sunmaları ve her döngüde bir geri dönüş yayını sıkıştırarak enerji israf etmemeleridir.
Silindir Kuvvetinin Hesaplanması: Önemli Sayılar
Pnömatik silindir için kuvvet formülü basittir: Kuvvet (N) = Basınç (bar) x Alan (cm²) x 10 . Piston alanı, π çarpı yarıçapın karesi olan standart daire alanı formülü kullanılarak delik çapından hesaplanır. Çubuk tarafı (geri çekme) stroku için, çubuğun kesit alanı toplam piston alanından çıkarılmalıdır; bu nedenle geri çekme kuvveti, çift etkili bir silindirdeki uzatma kuvvetinden her zaman çubuk çapına bağlı olarak genellikle %10 ila %15 oranında daha düşüktür.
| Delik Çapı | Piston Alanı | 6 Bar'da Kuvvet | Tipik Uygulama |
|---|---|---|---|
| 16mm | 2,01 cm² | 120 N | Küçük parça çıkarma, geçitleme |
| 25mm | 4,91 cm² | 295 K | Işık sıkma armatürleri |
| 32mm | 8,04 cm² | 482 N | Konveyör durdurucuları, itme plakaları |
| 50 mm | 19,63 cm² | 1178 K | Pres bağlantı, sac şekillendirme |
| 80mm | 50,27 cm² | 3016 N | Ağır sıkma, basınçlı döküm takımları |
Bu formüldeki teorik kuvvetin, sürtünme kayıplarından önce mevcut maksimum çıktıyı temsil ettiğini belirtmekte fayda var. Gerçek dünyada iletilen kuvvet, özellikle yağlama bakımı olmadan uzun süre çalışan silindirlerde conta sürtünmesi nedeniyle yaklaşık %5 ila %10 daha az çalışır.
Silindir Gövde Stilleri ve Her Biri Uyduğunda
Hava silindirleri çeşitli gövde konfigürasyonlarında üretilir ve yanlış stilin seçilmesi, otomatik ekipmanlarda erken aşınmanın en yaygın kaynaklarından biridir.
Yuvarlak Gövdeli (ISO 6432) Silindirler
Bunlar, belirli bir delik boyutu için en kompakt seçenektir ve çatal veya flanş braketleri kullanılarak dar makine çerçevelerine kolayca monte edilir. Genellikle 8 mm'den 25mm'ye kadar delik boyutlarında bulunurlar ve alma ve yerleştirme kolları, küçük fırlatma mekanizmaları ve çalıştırma ekseni boyunca alanın sınırlı olduğu geçit uygulamaları için tercih edilirler.
Profil Gövde (ISO 15552) Silindirler
Dört tarafı boyunca entegre montaj yuvalarına sahip kare veya dikdörtgen kesitli gövdeler. Düz yüzeyler ve T-yuvası olukları, tasarımcıların sensörleri, braketleri ve kılavuz raylarını ekstra bağlantılara gerek kalmadan doğrudan silindir gövdesine cıvatalamasına olanak tanır. Bu tarz, 32 mm'den 125 mm'ye kadar delik aralığına hakimdir ve genel endüstriyel otomasyon için varsayılan seçimdir.
Kılavuzlu (Sürgülü) Silindirler
Bunlar, standart bir silindiri yerleşik doğrusal kılavuz çubuklarla, genellikle ana çubuğa paralel uzanan iki sertleştirilmiş çelik şaftla birleştirir. Kılavuz çubuklar, aksi takdirde standart bir silindir çubuğunu ve contasını bükecek veya aşındıracak yan yükleri ve torku emer. İtici kol veya döner tutucu gibi yükün çubuğun merkez hattından merkezden uzakta uygulandığı herhangi bir uygulamada, standart çubuk silindiri yerine kılavuzlu silindir kullanılmalıdır. Çünkü yandan yükleme, erken rot keçesi arızasının en büyük nedenidir.
Kompakt Silindirler
Çok istasyonlu döner tablalar gibi eksenel alanın önemli olduğu yerlerdeki kenetleme işlemleri için tasarlanmış kısa stroklu, düz profilli üniteler. Strok uzunlukları nadiren 50 mm'yi aşar, ancak düz montaj yüzeyi ve azaltılmış toplam uzunluk, onları standart bir silindirin sığmayacağı kurulumlar için ideal kılar.
Montaj Stilleri ve Bunların Mekanik Dengeleri
Seçilen montaj stili sadece kurulumu değil aynı zamanda çalışma sırasında silindir gövdesi ve çubuğun maruz kaldığı bükülme gerilimini de etkiler.
- Ayak montajı : Silindir gövdesinin alt kısmı boyunca cıvatalanmıştır, basit ve sağlamdır ancak gövde borusundaki bükülme momentlerini önlemek için yük yolunun mükemmel şekilde hizalanmasını gerektirir.
- Flanş montajı : Kapak veya kafa ucundan cıvatalanmıştır, eksenel itme/çekme uygulamaları için çok serttir, pres ve damgalama ekipmanlarında yaygındır.
- Muylu montajı : Bir dönme noktası, silindirin uzadıkça sallanmasına olanak tanır; bu, düz bir çizgide hareket etmek yerine bir yay boyunca dönen kelepçe kolları ve kaldırma mekanizmaları için gereklidir.
- Çatal montajı : Silindirin arkasında bulunan ve sıklıkla çubuk ucundaki bir çatalla eşleştirilen, tüm silindirin strok sırasında dönmesine olanak tanıyan bir pim ve çatal bağlantısı.
Hareket yolu düz bir çizgi olmadığında muylusu ve çatal bağlantıları kullanılması gereken tek seçenektir, çünkü dönen bir yük üzerindeki sert bağlantılar piston çubuğunu hızlı bir şekilde bükecektir.
Hava Tüketimi: Kompresörün Doğru Boyutlandırılması
Mevcut bir pnömatik sisteme silindir eklerken gözden kaçırılan faktörlerden biri de toplam hava talebidir. Bir silindirin her döngüsü, piston alanının strok uzunluğuyla çarpımına eşit bir hacimde basınçlı hava tüketir; bu, çift etkili silindirler için iki katına çıkar, çünkü her iki hazne de her döngüde dolup boşaltılır.
Örneğin, 200 mm stroklu 50 mm çaplı bir silindirin uzatma tarafında yaklaşık 393 cm³'lük bir piston hacmi vardır. Çubuk tarafı hacmini ekleyin (çubuğun yer değiştirmesi nedeniyle biraz daha az, buna 370 cm³ deyin) ve bir tam döngü, atmosferik basınçta sıkıştırma oranıyla çarpılarak yaklaşık 763 cm³ serbest hava tüketir. 6 bar'da (mutlak 7 bar), bu, çevrim başına kabaca 5,3 litre serbest hava anlamına gelir. Bu silindiri dakikada 20 devirle çalıştıran bir makine, yalnızca o aktüatör için dakikada yaklaşık 106 litre serbest hava tüketecektir. Bu, bir düzine veya daha fazla silindire sahip bir makineyle çarpıldığında anlamlı bir yüktür.
| Delik Boyutu | İnme 100mm | İnme 200mm | İnme 300mm |
|---|---|---|---|
| 25mm | 26 L/dak | 52 L/dak | 78 L/dak |
| 32mm | 42 L/dak | 84 L/dak | 127 L/dak |
| 50 mm | 53 L/dak | 106 L/dak | 159 L/dak |
| 80mm | 135 L/dak | 271 L/dak | 406 L/dak |
Tesisler yeni otomasyon hücreleri eklerken genellikle kompresör boyutunu hafife alıyor çünkü çevrim hızını hesaba katmadan yalnızca silindir çapını temel alarak hesaplama yapıyorlar. Toplam talebe göre küçük boyutlu bir kompresör, yoğun döngü sırasında hat basıncının düşmesine neden olur, bu da sistemdeki her silindirin kuvvet çıkışını aynı anda doğrudan azaltır ve bazen teknisyenlerin, gerçek neden akış yönündeyken arızalı bir aktüatör olarak yanlış teşhis koymasına yol açar.
Strok Sonu Yastıklama ve Hizmet Ömrünü Neden Uzatır?
Her vuruşun sonunda piston, bir tür yastıklama mevcut olmadığı sürece uç kapağa çarparak yavaşlar. Yastıkları olmayan standart silindirler, darbe kuvvetleri pistona, uç kapaklara ve montaj donanımına zarar vermeye başlamadan önce, genellikle saniyede 0,3 metrenin altındaki nispeten düşük piston hızlarıyla sınırlıdır.
Ayarlanabilir yastıklama, egzoz havasını son 10 ila 15 mm'lik harekette kısmak için bir iğne valfi kullanır ve pistonu uç kapağa temas etmeden önce yavaşlatır. Bu tek özellik, silindirin hizmet ömrünü önemli ölçüde uzatabilir, çünkü yastıksız bir durdurucunun tekrarlanan mekanik şoku, contanın aşınmasına, bağlantı elemanının gevşemesine ve alüminyum gövdeli silindirlerdeki uç kapak dökümünün sonunda çatlamasına önemli bir katkıda bulunur.
0,5 m/s'nin üzerinde çalışan uygulamalar veya birkaç kilogramın üzerinde yük kütlesi taşıyan herhangi bir silindir için, Ayarlanabilir hava yastığı isteğe bağlı bir yükseltme yerine standart bir gereklilik olarak düşünülmelidir . Kauçuk tamponlar, daha hafif yükler ve daha düşük hızlar için daha düşük maliyetli bir alternatif sunar; havayı kısmak yerine elastik deformasyon yoluyla darbeyi emer, ancak aşınırlar ve periyodik olarak değiştirilmeleri gerekir.
Farklı Çalışma Ortamları için Malzeme Seçimi
Bir aktüatör silindirinin gövdesi, çubuğu ve conta malzemeleri, onun temiz, kuru, iklim kontrollü bir fabrika zemini dışında ne kadar iyi hayatta kalacağını belirler.
Standart Alüminyum Gövdeli Silindirler
Anodize alüminyum, genel iç mekan kullanımı için varsayılandır. Hafiftir, normal nemden kaynaklanan yüzey korozyonuna dayanıklıdır ve iyi bir sızdırmazlık sağlamak için gereken hassas delikleri kolaylıkla işleyebilir. Kostik yıkama kimyasallarının olduğu veya ek kaplamalar olmadan sürekli tuzlu suya maruz kalan ortamlar için uygun değildir.
Paslanmaz Çelik Silindirler
Klorlu temizleyicilerle yıkamanın veya tuzlu havaya maruz kalmanın rutin olduğu gıda işleme, ilaç ve denizcilik uygulamalarında kullanılır. Paslanmaz silindirler, eşdeğer bir alüminyum ünitenin fiyatının genellikle 1,5 ila 2,5 katı kadar daha pahalıdır, ancak aksi takdirde bu ortamlarda sık sık değiştirilmeyi gerektirecek çukurlaşma korozyonunu önler.
Conta Bileşikleri
Nitril (NBR) contalar, -20°C ila 80°C arasındaki sıcaklıklarda genel hava hizmeti için standarttır. Fırınların veya kaynak istasyonlarının yakınındaki yüksek sıcaklık uygulamaları için florokarbon (FKM/Viton) contalar, kullanılabilir aralığı yaklaşık 150°C'ye kadar uzatır ancak maliyeti oldukça yüksektir. Gıda sınıfı ve farmasötik makineler için FDA uyumlu conta bileşikleri gereklidir ve standart contalar sıhhi işleme gerekliliklerini karşılamayabileceğinden sipariş sırasında açıkça belirtilmelidir.
Yaygın Arıza Belirtileri ve Kök Nedenleri
Saha teknisyenleri, aktüatör silindirlerinde aynı az sayıdaki arıza modeliyle tekrar tekrar karşılaşıyor ve bunların hızlı bir şekilde tanınması, arıza süresinden önemli ölçüde tasarruf sağlıyor.
| Belirti | Muhtemel Neden | Düzeltici Eylem |
|---|---|---|
| Yavaş veya yavaş vuruş | Küçük boyutlu borular, kısıtlayıcı bağlantı parçaları veya düşük hat basıncı | Silindir portundaki besleme basıncını kontrol edin, boru çapını büyütün |
| Çubuk ucundan hava sızıyor | Çoğunlukla yandan yükleme veya kirlenme nedeniyle aşınmış rot contası | Conta kitini değiştirin, çubukta çizikler ve yan yük kaynağını kontrol edin |
| Hava kapalıyken silindir sürükleniyor | Bölmeler arasında hava transferine izin veren dahili piston contası bypass'ı | Piston contasını değiştirin, delikteki çentikleri kontrol edin |
| Strokun sonunda yüksek ses | Eksik veya aşınmış yastıklama, aşırı hız | Yastık iğne valfini ayarlayın veya egzozda akış kontrolü ekleyin |
| Bükülmüş piston çubuğu | Nominal sınırların ötesinde yandan yükleme, yanlış hizalama | Kılavuzlu silindirle değiştirin veya mekanik hizalamayı düzeltin |
Erken silindir arızalarının çoğu iki temel nedene dayanmaktadır: yanlış hizalanmış montajdan dolayı çubuğun yan yüklenmesi ve contalara nem veya partikül taşıyan kirli hava beslemesi. Her aktüatörün yukarı akışında uygun şekilde bakımı yapılan filtre-regülatör-yağlayıcı (FRL) ünitesi ikinci nedeni doğrudan ele alır ve önleyici bakım sırasındaki rutin hizalama kontrolleri birinci nedeni ele alır.
Yeni Bir Aktüatör Silindirinin Belirlenmesine Yönelik Pratik Bir Kontrol Listesi
Bir makine tasarımı veya tadilatı için yeni bir pnömatik aktüatör silindiri belirlerken, en yaygın spesifikasyon hatalarını önlemek amacıyla aşağıdaki noktalar üzerinde çalışmak.
- Maksimum talep sırasında basınç düşebileceğinden, gerekli kuvveti nominal basınçta değil, beklenen en düşük hat basıncında hesaplayın.
- Hesaplanan minimum kuvvet gereksiniminin en az %25 üzerinde bir güvenlik marjına sahip delik boyutunu seçin.
- Strok uzunluğunun, tam mekanik hareket artı her uçtaki yastıklama mesafesini hesaba kattığını doğrulayın.
- Strok sırasında çubuğa herhangi bir yan yük veya tork uygulanacaksa kılavuzlu silindir seçin.
- Conta malzemesini ve gövde malzemesini sıcaklık, nem ve kimyasallara maruz kalma dahil olmak üzere ortam ortamına göre eşleştirin.
- Beklenen piston hızına ve yük kütlesine göre yastıklama tipini belirtin.
- Montaj stilinin yük yoluna, düz çizgiye ve dönme hareketine uyduğunu doğrulayın.
- Yeni silindirin hava tüketimini toplam sistem talebine ekleyin ve kompresör kapasitesini doğrulayın.
Bir katalog parça numarasından başlayıp geriye doğru gitmek yerine bu sırayı takip etmek, yıllarca güvenilir bir şekilde çalışan bir aktüatör ile kurulumundan birkaç ay sonra tekrarlanan bir bakım öğesi haline gelen bir aktüatör arasındaki farktır.
