Исчерпывающее руководство: Понимание типов пневматических цилиндров

Предисловие

Это наше подробное руководство по пневматическим цилиндрам, и мы рады поделиться им с вами. Это руководство создано для того, чтобы улучшить ваши знания о пневматических цилиндрах и их важности во многих отраслях промышленности, независимо от того, являетесь ли вы опытным инженером или новичком в области автоматизации. Прочитав это руководство, вы поймете не только основные, но и сложные аспекты работы пневматических цилиндров, что позволит вам принимать правильные решения в ваших проектах и приложениях.

Что такое пневматический цилиндр?

Пневматический цилиндр - это устройство, созданное для преобразования энергии сжатого воздуха в линейное движение. В отличие от гидравлических цилиндров, в основе которых лежит гидравлическое масло, пневматические цилиндры лучше всего подходят для применения в тех случаях, когда чистота и безопасность являются наиболее важными факторами, поскольку в них используется давление воздуха. Простота этих роботов является причиной меньшего количества утечек и загрязнений, поэтому они могут использоваться в различных отраслях промышленности, таких как производство, упаковка и автоматизация.

Пневматический цилиндр состоит из корпуса, который обычно изготавливается из нержавеющей стали или алюминия, и поршня, который перемещается вперед-назад по цилиндру. Диаметр поршня и размер отверстия являются основными факторами, так как именно они определяют силу, которую может оказывать цилиндр. Давление воздуха воздействует на шток поршня, который либо выдвигается, либо втягивается по прямой линии, таким образом, позиционирование и управление движением объекта становятся очень точными. Цилиндры оснащены такими функциями, как регулируемая амортизация, которая замедляет движение поршня в конце хода, чтобы избежать ударов и шума.

Что такое пневматическая система?

Это система, использующая сжатый воздух для передачи и управления энергией. Пневматическая система эффективно использует энергию сжатого воздуха для выполнения механической работы с помощью ряда взаимосвязанных компонентов. В центре системы находится компрессор, который преобразует механическую энергию в пневматическую, сжимая воздух. Затем этот сжатый воздух проходит через устройства подготовки воздуха, которые обычно включают фильтры для удаления примесей, регуляторы для контроля давления и смазочные устройства для уменьшения износа компонентов. Затем кондиционированный воздух проходит через систему труб и фитингов, которые направляют его поток и направление к различным клапанам, регулирующим его поток и направление. Наконец, сжатый воздух поступает в исполнительные механизмы, такие как пневматические цилиндры, где его энергия превращается в механическую силу для выполнения необходимых задач.

Преимущества пневматических систем

Конструкция пневматической системы проста, а ее компонентами в основном являются цилиндры, клапаны и трубы, что делает их простыми в установке и обслуживании. Чем меньше сложных деталей, которые могут выйти из строя или сломаться, тем проще эта конструкция и тем выше ее надежность, а значит, сокращается время простоя и повышается производительность. Кроме того, пневматические системы имеют репутацию надежных и долговечных. Основным источником энергии в данном случае является сжатый воздух, а это означает, что компоненты не подвержены такому износу, как в гидравлических или электрических системах. Эти факторы, а также простота обслуживания делают пневматические системы недорогим решением для автоматизации в долгосрочной перспективе.

Стандарты ISO и форм-факторы пневматических цилиндров

Стандарты ISO

Стандарты ISO для пневматических цилиндров - это международные правила, которые описывают конструкцию, характеристики и испытания этих деталей. Основная цель этих стандартов - обеспечить соответствие, совместимость и безопасность использования продукции различных производителей. Вот некоторые из основных стандартов ISO, относящихся к пневматическим цилиндрам.

ISO 6432: Этот стандарт включает в себя цилиндры двойного действия с одним штоком и размером отверстия от 8 до 25 мм. Он устанавливает размеры, допуски и рабочие характеристики этих компактных цилиндров.

ISO 15552 (ранее ISO 6431): Настоящий стандарт распространяется на одноштоковые цилиндры двойного действия с размерами отверстия от 32 до 320 мм. Он устанавливает размеры, допуски и эксплуатационные требования для этих больших цилиндров, которые в основном используются в промышленности.

ISO 21287: Настоящий стандарт распространяется на одноштоковые компактные цилиндры с размерами отверстия от 20 до 100 мм. Он определяет размеры, допуски и рабочие характеристики этих компактных цилиндров.

ISO 15524: Стандарт касается бесштоковых цилиндров, которые имеют подвижную каретку вместо выдвижного штока. В нем приведены размеры, допуски и рабочие характеристики этих цилиндров, которые обычно используются в тех случаях, когда пространство является проблемой.

ISO 4393: Настоящий стандарт распространяется на одноштоковые цилиндры двойного действия со съемными креплениями. Он устанавливает размеры и допуски для монтажных интерфейсов, что позволяет обеспечить совместимость цилиндров и монтажных принадлежностей различных производителей.

ISO 10099: Настоящий стандарт распространяется на пневматические цилиндры с магнитными поршнями, которые могут быть использованы для бесконтактного определения положения. Он устанавливает размеры и нормы производительности для этих цилиндров и прилагаемых к ним магнитных датчиков.

Эти стандарты ISO касаются конструкции пневматических цилиндров и охватывают многие аспекты, такие как диаметр отверстия и штока, длина хода, монтажные размеры и размеры резьбы, уплотнения поршня и штока, размеры и расположение портов, требования к амортизации, рабочие характеристики, такие как максимальное рабочее давление, выходное усилие и расход воздуха.

Форм-факторы

Форм-факторы пневматических цилиндров - это варианты монтажа, которые включают в себя фланцевые, ножные, клиновые и цапфовые крепленияТаким образом, цилиндры можно легко применять и устанавливать в различных местах.

Фланцевый монтаж: Таким образом, цилиндр надежно крепится к конструкции машины с помощью торцевых крышек или головок, которые непосредственно соединены с цилиндром. Фланцевые крепления идеально подходят для тех случаев, когда требуется высокая стабильность и минимальное перемещение в точках крепления. Фланцевые крепления помогают равномерно распределить нагрузку, тем самым снижая напряжение и износ цилиндра. Так называемый тип крепления особенно полезен, когда необходимо точное позиционирование, и чаще всего используется в системах промышленной автоматизации и погрузочно-разгрузочных работах.

Крепление на кливерах: Точка поворота на конце цилиндра - это крепление типа "кливис", которое используется в тех случаях, когда цилиндр должен двигаться по дуге. Этот тип крепления подходит для тех случаев, когда цилиндр должен качаться, что является основным компонентом роботизированных манипуляторов или ворот, где необходимо угловое перемещение. Он помогает сохранить центровку и уменьшить боковые нагрузки, которые могут стать причиной преждевременного износа цилиндра.

Крепление на ножке: Ножные крепления - лучший вариант, если вам нужно установить цилиндры вертикально или горизонтально. Они используются для обеспечения прочного фундамента и опоры. Этот вид специально разработан для случаев, когда цилиндр должен стоять вертикально или лежать горизонтально, поэтому он является лучшим в таких ситуациях для обеспечения стабильности и выравнивания. Ножные опоры обычно используются в прессах или подъемных механизмах, где цилиндр действует по прямой линии против силы тяжести.

Крепление на цапфе: Цилиндр может поворачиваться вокруг оси цапф, что придает ему колебательное движение, очень важное в тех случаях, когда цилиндр должен двигаться по кривой траектории. Такой тип крепления идеально подходит для оборудования, где цилиндр должен находиться в одной линии с другими движущимися частями, которые не являются идеально линейными.

Типы пневматических цилиндров

Существует несколько распространенных типов пневматических цилиндров.

Цилиндры одностороннего действия

Характеристики

Пневматические цилиндры одинарного действия работают за счет того, что сжатый воздух толкает поршень в одном направлении, а пружина возвращает его в исходное положение. Конструкция цилиндра позволяет уменьшить объем цилиндра и потребление воздуха, поскольку воздух используется только для перемещения поршня в одном направлении, поэтому для некоторых применений он является более энергоэффективным, чем цилиндр двойного действия.

Преимущества и недостатки

Основными преимуществами цилиндров одностороннего действия являются простота, низкая стоимость и меньшее количество компонентов, что упрощает их установку и обслуживание, а более легкая и компактная конструкция делает их идеальными для применения в условиях ограниченного пространства или там, где требуется только одно направленное усилие. Тем не менее, зависимость возвратного хода от пружины может быть недостатком, поскольку усилие, создаваемое пружиной, обычно меньше, чем у сжатого воздуха, что ограничивает объем возврата, и этот пружинный механизм может также влиять на скорость и последовательность возвратного хода, что, в свою очередь, может повлиять на точность операций.

Приложения

• Производство (например, зажим и удержание, механизмы подачи)
• Автомобильная промышленность (например, оборудование для производственных линий, техническое обслуживание автомобилей)
• Потребительские товары (например, бытовая техника и гаджеты)

Цилиндры двойного действия

Характеристики

Пневматические цилиндры двойного действия - это универсальные устройства, которые используются для управления движением как в направлении выдвижения, так и в направлении втягивания с помощью давления воздуха, подаваемого попеременно с обеих сторон поршня. Комбинация двухстороннего действия позволяет получить более точное управление и приложить большее усилие, чем цилиндры одностороннего действия, которые используют давление воздуха только с одной стороны и обычно полагаются на пружину для возвратного действия.

Преимущества и недостатки

Основные преимущества цилиндров двойного действия заключаются в том, что они могут прилагать силу в обоих направлениях, что повышает контроль и эффективность в различных областях применения, позволяет перемещать более тяжелые грузы и использовать их в более сложных последовательностях в автоматизированных системах, с точным контролем скорости и силы втягивания, что очень важно для синхронизации и точного позиционирования. Тем не менее, они имеют ряд недостатков, таких как необходимость более сложного и дорогостоящего устройства из-за дополнительных регулирующих клапанов и сложных трубопроводов, используемых для управления потоком воздуха с обеих сторон поршня, а также тот факт, что они потребляют больше воздуха, чем цилиндры одностороннего действия, поскольку воздух используется как для выдвижения, так и для втягивания поршня, что может привести к увеличению эксплуатационных расходов

Приложения

• Автомобильная промышленность (например, сборка автомобилей, испытательное оборудование)
• Развлечения и сценическое мастерство (например, театральное оборудование)
• Сельское хозяйство (например, уборочная техника, автоматизированные системы кормления)

Поворотные цилиндры

Характеристики

Роторные цилиндры, которые также называют роторными приводами, превращают сжатый воздух во вращательное движение и славятся своей компактной и эффективной конструкцией. Эти цилиндры работают с помощью лопастной или реечной системы внутри герметичной камеры; сжатый воздух толкает лопасть или шестерню во вращение, преобразуя линейную силу воздуха во вращательное движение. Именно этот механизм обеспечивает точное угловое позиционирование, что является большим плюсом в тех областях, где необходимо вращательное движение.

Преимущества и недостатки

Основное преимущество ротационных цилиндров - высокий крутящий момент при небольших размерах, поэтому они идеально подходят для применения в условиях ограниченного пространства. Кроме того, они обеспечивают хороший контроль над вращением, которое можно легко регулировать в зависимости от желаемого угла перемещения. Тем не менее, их отрицательными сторонами являются ограниченный диапазон вращения - обычно менее 360 градусов - и возможность износа лопастей или зубчатой системы, что может повлиять на производительность со временем.

Приложения

• Производственный сектор (например, сборочные роботы, вращающиеся детали во время обработки)
• Упаковочная промышленность (например, вращающиеся цилиндры в укупорочных машинах)

Бесштоковые цилиндры

Характеристики

Бесштоковые цилиндры - это особый тип пневматических цилиндров, которые имеют явное преимущество в ситуациях, когда пространство ограничено. В отличие от обычных пневматических цилиндров, у которых шток выходит за пределы корпуса цилиндра, в бесштоковых цилиндрах поршень находится внутри герметичной трубы, а поршень соединен с внешней кареткой. Такая конструкция имеет тот же ход, что и штоковые цилиндры, но не выходит за пределы длины цилиндра, поэтому они идеально подходят для компактных помещений.

Преимущества и недостатки

Основным способом изготовления бесштоковых цилиндров обычно является магнитная или механическая система соединения, которая соединяет поршень с кареткой, перемещающейся по внешней стороне цилиндра. Это обеспечивает прямолинейное движение без торчащего штока, поэтому профиль получается компактным. Кроме того, преимущества бесштоковых цилиндров заключаются в их компактной конструкции и в том, что они могут переносить нагрузку непосредственно на каретку, что значительно упрощает проектирование механической системы. Кроме того, они могут выполнять более длинные ходы, чем традиционные, поскольку не подвержены риску смятия штока.

Тем не менее, бесштоковые цилиндры обычно дороже штоковых и могут быть более уязвимы к утечкам из-за длинного, непрерывного уплотнения, которое требуется вдоль цилиндра. Кроме того, внешняя направляющая для движущейся каретки может усложнить процесс и увеличить потребность в техническом обслуживании.

Приложения

• Производство (например, завинчивание крышек на бутылках, смена станков)
• Упаковочное оборудование (например, вращение товаров для маркировки, укупорки или проверки)
• Автомобильная промышленность (например, установка двигателей и приборных панелей)

Телескопические цилиндры

Характеристики

Телескопические цилиндры, также называемые многоступенчатыми, представляют собой цилиндры, в которых штоки поршней вложены друг в друга и последовательно выдвигаются. Особая структура этих цилиндров позволяет им иметь гораздо большую длину выдвижения, чем длину втягивания, поэтому они идеально подходят для случаев, когда ограниченное пространство не позволяет использовать стандартные цилиндры, но необходим большой ход.

Преимущества и недостатки

Преимущество телескопических цилиндров - большой радиус действия при компактных размерах в убранном состоянии, что важно в тех случаях, когда пространство для установки ограничено. Кроме того, они способны создавать большое усилие, что идеально подходит для подъема тяжелых предметов. К недостаткам можно отнести то, что они очень сложны в конструкции, что приводит к увеличению стоимости и технического обслуживания. Они также обычно медленнее выдвигаются и задвигаются, чем одноступенчатые цилиндры, а устойчивость может снижаться при полном выдвижении, особенно если нагрузка распределена неравномерно.

Приложения

• Транспорт (например, самосвалы и грузовики для утилизации отходов)
• Строительство (например, вилочные погрузчики и гидравлические подъемники)
• Сельское хозяйство (например, штанги на опрыскивателях или комбайнах)
• Аварийные службы (например, автолестницы, вспомогательные лестницы)

Компактные цилиндры

Характеристики

Компактные цилиндры обладают теми же функциональными возможностями, что и стандартные пневматические цилиндры, но при этом имеют меньший размер и занимают меньше места. Такие цилиндры обычно имеют более короткий ход и меньший диаметр, что делает их оптимальными для применения в условиях ограниченного пространства.

Преимущества и недостатки

Преимущество компактных цилиндров в том, что они очень малы, поэтому их можно устанавливать в ограниченном пространстве без потери производительности. Они легкие, что хорошо подходит для случаев, когда необходимо уменьшить вес машины. Кроме того, они имеют быстрое время отклика из-за небольшого количества воздуха, необходимого для заполнения цилиндра, поэтому они хорошо подходят для высокоскоростных применений.

К минусам этого типа цилиндров можно отнести тот факт, что они обычно имеют меньшее усилие на выходе, чем стандартные цилиндры, из-за малого диаметра поршня. Кроме того, они могут иметь ограниченную длину хода, что может стать проблемой в ситуациях, требующих больших перемещений. Компактная конструкция также может означать, что они не так прочны при высоких механических нагрузках.

Приложения

• Автоматизация и робототехника (например, точные, контролируемые движения)
• Производство бытовой электроники (например, смартфонов и планшетов)
• Упаковочное оборудование (например, небольшие машины для розлива, запечатывания, этикетирования)

Направляющие цилиндры

Характеристики

Цилиндры с направляющими штоками, также называемые цилиндрами с ползуном или штоком, обеспечивают точное и стабильное линейное движение благодаря направляющим штокам, которые параллельны штоку поршня. Эти направляющие штоки, являющиеся помощниками, делают груз более устойчивым и предотвращают вращательные движения. Таким образом, выравнивание становится более точным, а грузоподъемность повышается.

Преимущества и недостатки

Направляемые цилиндры обладают различными преимуществами. Во-первых, они обеспечивают более точное линейное перемещение, а также более устойчивы к боковым нагрузкам и крутящим усилиям. Это делает их подходящими для использования в случаях, когда требуется точное позиционирование и перемещение более тяжелых или неравномерных грузов, что может стать источником нестабильности для стандартных цилиндров. Кроме того, направляющие цилиндры обычно имеют более длинные опорные поверхности, что снижает износ и, следовательно, увеличивает долговечность системы.

К недостаткам можно отнести большую занимаемую площадь управляемых пневматических цилиндров по сравнению со стандартными, так как дополнительные компоненты для управления требуют больше места для установки. Сложность и стоимость этих машин может быть выше из-за дополнительных механических частей, таких как направляющие стержни и подшипники.

Приложения

Упаковочная промышленность (например, розлив, укупорка и маркировка).

Конструктивные особенности пневматического цилиндра

Конструкция пневмоцилиндра - это набор элементов, которые входят в конструкцию пневмоцилиндра.

Тип цилиндра: Одностороннее действие подходит для простых и компактных применений, где требуется усилие в одном направлении. Кроме того, механизм двойного действия лучше всего подходит для управления и создания усилия как при выдвижении, так и при втягивании, поэтому он лучше всего подходит для сильных применений.

Материал: Для изготовления корпусов цилиндров и штоков поршней чаще всего используются нержавеющие стали, чтобы избежать коррозии и обеспечить долговечность.

Размер отверстия: Здесь речь идет о факторе, определяющем выходное усилие. Чем больше отверстие, тем большее усилие оно может выдержать.

Длина хода: Расстояние до груза, который необходимо переместить, должно быть равно расстоянию до тягача, который его тянет. Идеальная длина - это та, которая не слишком длинная и не слишком короткая, но достаточная для достижения цели без потери пространства.

Давление воздуха: Должно быть совместимо с максимальным рабочим давлением системы. Более высокое давление может справиться с более высокими нагрузками.

Регулируемая амортизация: Основная роль поршня в конце своего хода заключается в уменьшении износа деталей за счет амортизации поршня.

Температура: Уплотнения и материалы должны выдерживать рабочие температуры.

Экспозиция: Отказ от химических веществ или твердых частиц, если они имеют отношение к делу.

Оперативная Окружающая среда: Совместимость с окружающей средой является одним из основных вопросов, который включает в себя проблему использования специальных уплотнений в холодных или коррозионных средах.

Как выбрать правильный цилиндр?

Критерии отбора	Основные соображения
Тип цилиндра	Одностороннего действия: Наилучшим образом подходит для простых приложений с направленным усилием.
	Двойного действия: Подходит для применений, где требуется усилие в обоих направлениях.
	Без штока: Экономия места при одинаковой длине хода.
	Телескопический: Идеально подходит для работы с длинными ходами в компактных помещениях.
	Компактный: Вмещается в небольшие пространства без ущерба для мощности.
Материал и конструкция	Цилиндры из нержавеющей стали: Предпочтительны для работы в жестких условиях или при соблюдении требований к чистоте.
	Регулируемая амортизация: Уменьшает удар в конце хода, что благоприятно для высокоскоростных операций.
Размер отверстия и длина хода	Размер отверстия: Больше для большего усилия; соответствует требованиям нагрузки.
	Длина хода: Соответствует требуемому расстоянию перемещения; обеспечивает соответствие пространству установки.
Рабочее давление и подача воздуха	Убедитесь в совместимости с доступным давлением воздуха в системе. Более высокое давление подходит для более тяжелых работ.
Экологические факторы	Температура: Выбирайте цилиндры с уплотнениями и смазкой, способными выдерживать рабочие температуры.
	Воздействие: Если цилиндры будут использоваться в коррозионной или пыльной среде, рассмотрите возможность использования цилиндров с защитными покрытиями.
Требования к нагрузке и скорости	Определите необходимое усилие и скорость для работы цилиндра. Выберите характеристики, соответствующие этим эксплуатационным требованиям, чтобы обеспечить эффективность и долговечность.

Заключение

В будущем пневматические цилиндры будут отличаться повышенной точностью, эффективностью и адаптивностью. Это новое развитие будет основано на интеллектуальных технологиях, таких как датчики и IoT-соединения, которые помогут прогнозировать необходимость технического обслуживания и повышать эффективность работы. Кроме того, по мере развития материаловедения цилиндры станут легче и прочнее, что позволит снизить энергопотребление и продлить срок службы пневматических систем. Эти инновации в материалах и технологиях производства повысят как производительность, так и экологичность. Ведущий производители пневматических цилиндров находятся в авангарде этих разработок, стимулируя инновации в отрасли. Кроме того, усовершенствования в области клапанов и технологий обработки воздуха еще больше повысят эффективность и надежность пневматических систем, что позволит им оставаться ключевым компонентом современной промышленной автоматизации.

Общие проблемы пневматических цилиндров

Существуют ли пневматические цилиндры, которые могут быть адаптированы для конкретного применения?

Да, пневматические цилиндры могут быть адаптированы к конкретным потребностям, которые включают в себя изменения длины хода, размера отверстия, материалов и вариантов монтажа. Нестандартные уплотнения, датчики и даже специализированное расположение портов могут быть добавлены для уникальных условий эксплуатации и функций, чтобы удовлетворить потребности каждого пользователя.

Что такое размер отверстия и как он влияет на производительность пневматического цилиндра?

Размер отверстия пневматического цилиндра определяет его выходное усилие; чем больше размер отверстия, тем большее усилие может быть создано, поскольку оно имеет большую площадь, на которую действует давление воздуха. Тем не менее, для перемещения больших отверстий требуется больше сжатого воздуха, что, в свою очередь, влияет на эффективность и эксплуатационные расходы.

Чем отличаются друг от друга пневматические цилиндры одностороннего и двустороннего действия?

Цилиндры одинарного действия работают под давлением воздуха, перемещая поршень в одном направлении, а пружина возвращает его обратно, поэтому они лучше всего подходят для простых задач, требующих усилия только в одном направлении. Цилиндры двойного действия используют давление воздуха как для выдвижения, так и для втягивания, обеспечивая тем самым более точный контроль и мощность для сложных или тяжелых операций.