Pnömatik silindir tasarımları birçok nedenden dolayı yaygın olarak kullanılmaktadır. Dayanıklı, temiz, uygun fiyatlı ve kurulumu ve bakımı oldukça kolaydır. Yükleri çeşitli şekillerde hareket ettirirler: itme, çekme, kaldırma, indirme ve döndürme. Ve çok çeşitli yüklerin üstesinden gelebilirler. Konumlandırma yetenekleri açısından ultra hassas olmasalar da, sayısız uygulama için yeterince doğru bir seçimdir..
Bununla birlikte, pnömatik sistemlerin görece basitliği, bileşen seçimi söz konusu olduğunda yanıltıcı olabilir. Kullanıma hazır versiyonlardan özel tasarımlara kadar binlerce tip, boyut ve çeşitlilikte silindir ve valf vardır. Çok sayıda seçenek, özellikle karışıma sensörler gibi seçenekler eklendiğinde çok fazla olabilir.
Bir iş için doğru bileşenleri seçmek için zaman ayırmak, iyi performans sağlamaya, masrafları düşürmeye, döngü oranlarını iyileştirmeye ve ekipman ömrünü uzatmaya yardımcı olur. Bu makale, mühendislerin pnömatik bir sistem için silindir seçerken dikkate almaları gereken parametreleri (yük, kuvvet faktörü, hız ve sıralama ile diğer bileşenlerin etkisi) incelemektedir.
Silindir Tipleri
Pek çok silindir türü olmasına rağmen yapıları oldukça benzerdir. Temel olarak, silindir kapalı bir tüptür. Bir ucunda bir açıklıktan uzanan bir pistona tutturulmuş bir çubuk içerir. Basınçlı hava, silindirin bir ucundaki bir delikten girerek piston çubuğunun hareket etmesine neden olur. Diğer uçta, ikinci bir port havanın kaçmasına izin verir. Temel bilgilerin anlaşılması, farklı uygulamaların silindiri ve piston çubuğunu nasıl etkilediğini göstermeye yardımcı olur.
Bir silindir seçmenin ilk adımı, tek etkili mi yoksa çift etkili bir stil mi kullanacağınıza karar vermektir. Adından da anlaşılacağı gibi, tek etkili silindirler, bir nesneyi kaldırmak gibi, yükü bir yönde hareket ettirmek için basınçlı hava kullanır. Tek etkili silindirlerde, pistonun yalnızca bir tarafına hava verilirken, diğer taraf havayı ortama verir. Bir yay (veya bazı durumlarda yerçekimi), hava basıncı kaldırıldıktan sonra pistonu orijinal konumuna döndürür.
Çift etkili bir silindir, çubuğa her iki yönde güç sağlamak ve bir kapıyı açmak ve kapatmak gibi bir yükü hareket ettirmek için basınçlı hava kullanır. Bu tür bir silindir daha fazla enerji kullanır, ancak hem itme hem de çekme gerektiren yükler için çok uygundur.
Ancak kuvvet hesaplamaları karmaşıklaşabilir. Yaylı tek etkili silindirlerde, itme veya çekmeye karşı gelen yay kuvveti strok ilerledikçe artar. Ve çift etkili silindirlerde, tasarımcılar kuvvet hesaplamaları yaparken çubuk alanını hesaba katmak zorunda olduğundan, itme ve çekme kuvvetleri eşit değildir. Üreticilerin katalogları genellikle hem çift etkili hem de tek etkili silindirler için yaylı ve yaysız itme ve çekme değerlerini listeleyerek kullanıcılar için hesaplamaları basitleştirir.
Yük ve Hız
Yük, silindir tipini ve piston boyutunu belirlerken birincil husustur. Silindirdeki hava basıncıyla çarpılan piston alanı (kuvvet faktörü) mevcut kuvveti verir.
Genel bir kural, sürtünme ve kayıpları telafi etmeye yardımcı olmak için yükten% 25 daha büyük bir kuvvet üretecek bir kuvvet faktörü seçmektir.
Delik boyutu (kuvvet faktörü), belirli bir basınçta kuvveti belirler. Bir tesiste tipik olarak 10 ila 150 psi arasında değişebilen çalışma basıncı, bir delik boyutu seçerken ilk düşüncedir.
Bir diğer önemli husus, uygulamanın gerektirdiği kuvvet miktarıdır. Tedarikçiler genellikle delik boyutunu hesaplamaya yardımcı olacak grafikler sağlar. Delik çapı boyutlar arasındaysa, sıvı gücü uzmanları bir sonraki boyuta yuvarlamayı önerir.
Ayrıca itme kuvvetinin sağladığı delik çapı karelerini hatırlamak da önemlidir. Örneğin, iki inç çapında bir silindir, bir inç çaplı bir birimin dört katı güce sahiptir. Bu nedenle, deliğin iki katına çıkarılması itme gücünü dört katına çıkarır.
Yüke ek olarak, tasarımcılar yükün hareket edeceği hızı da hesaba katmalıdır. Basınçlı hava bir sistemden geçtiğinde, boru duvarına sürtünme, kıvrımlar etrafındaki akış ve valfler ve bağlantı parçalarındaki kısıtlamalar nedeniyle basınç kayıpları olur (birkaç sorunu belirtmek gerekirse). Daha yüksek hızlar, havanın valfler, borular ve portlardan daha hızlı akması gerektiğinden daha fazla basınç kaybına neden olur. Daha yüksek hızlara ulaşmak, silindirin daha kısa sürede daha fazla kuvvet vermesini gerektirir. Bir yükü yüksek hızlarda güvenilir bir şekilde hareket ettirmek için yükü% 50 veya daha fazla aşan bir kuvvet gerekebilir.
Örneğin, tipik bir hava kompresörü bir sisteme 100 psi’de hava sağlayabilir. Yavaş hareket eden yüke sahip bir uygulamada, pistondaki mevcut gerçek basınç 90 psi’den daha az olmayacak şekilde azaltılabilir. Aynı yük çok daha hızlı hareket ettiğinde, mevcut basınç 70 psi’ye kadar düşebilir.
Basınç kayıpları, basıncı artırarak giderilebilir, ancak bu dikkatli yapılmalıdır. Çok fazla basınç, silindir üzerinde stres yaratır ve muhtemelen silindire ve yüke zarar verebilir. Bu durumlarda daha büyük bir silindir seçmek daha iyidir. Ayrıca, sistem basıncını yükseltmenin kompresörün daha çok çalışması gerektiği anlamına geldiğini ve genel pnömatik sistemin enerji tüketimini artırdığını unutmayın.
Ağır yükler
Ağır yüklerde, piston çubuğunun boyutu, silindir boyutu ve hava basıncı kadar önemlidir. Yaygın bir sorun, uzun bir silindir çubuk ile ağır bir yükün eşleştirilmesi sırasında meydana gelen çubuğun aşırı yüklenmesidir. Yatay hareket sırasında yük çubuğun ucundan sarkar ve bu da çubuğun tamamen uzatıldığında bükülmesine neden olabilir. Ağır bir dikey yükü kaldırırken, piston kolu çok küçükse bile bükülebilir.
Silindirler öncelikle bir yükü itmek veya çekmek için tasarlanmıştır, bu nedenle ağır yan yükleri desteklemek için ekstra planlama gerekir. Silindir itme kuvvetini, piston çubuğunun merkez hattına mümkün olduğunca yakın tutarak, tasarıma dahil edilmelidir.
Diğer bir husus, çubuk uzunluğudur. Yaklaşık 24 inç ve daha uzun vuruşlar uzun, sıska bir çubuğu tehlikeye atabilir. Bu durumda en iyi çözüm daha büyük bir silindir seçmektir. Bazı üreticiler, bazı durumlarda daha ekonomik olabilen büyük boy piston çubuklu silindirler de sunmaktadır.
Zor yükleme durumlarında kılavuz çubuklu silindirleri de dikkate alın. Piston çubuğuna paralel monte edilmiş bloklar ve çubuklar ile kılavuzlu silindirler, kılavuz çubukların ve ilave yatakların ek desteği sayesinde pistonun dönmesini önler ve yük taşıma kapasitesini artırır. Bu, bir sistem büyük yan yüklere maruz kaldığında veya son derece hassas kontrollü doğrusal hareket gerektirdiğinde önemlidir.
Son olarak, yükün boru boyunca kayan harici bir taşıyıcı üzerine oturduğu çubuksuz silindirler, uzun stroklar, ağır yükler veya yüksek moment yükleri olan uygulamalar için de kullanılabilir. Bu silindirler bir dizi farklı konfigürasyonda gelir ve kompakt boyutları onları dar alanlarda iyi bir uyum sağlar.
Valfleri Doğru Kullanmak
Valfler, pnömatik bir sistemde havanın geçişini ve yönlendirilmesini kontrol eder. Valfler, basınçlı hava akışını kontrol etmenin yanı sıra, egzoz havasının akışını da yönlendirir. Pnömatik sistemlerde pek çok valf türü kullanılır ve özel uygulama en iyi seçimi belirler.
Bir pnömatik sistemi tasarlarken sık karşılaşılan bir hata, silindiri doğru bir şekilde belirlemek, ancak valfi küçültmektir. Valf ve silindirin uygun şekilde eşleştirilmesi zorunludur, çünkü valf çok küçükse silindir tasarlandığı gibi hareket etmeyecektir. Daha yüksek hızlarda, yükü daha hızlı hareket ettirmek için hava akışı artırılmalıdır ve bu genellikle daha yüksek akış kapasitesine sahip bir valf anlamına gelir.
Çoğu vana bir akış katsayısı (Cv) derecesine sahiptir. Esasen, Cv ne kadar büyükse, valften o kadar fazla hava akışı olur. Valf derecesi, silindiri istenen hızda çalıştırmak için gereken akış hızında 5 psi’lik bir basınç düşüşü için seçilmelidir.
Akış kontrol valfleri, silindir hızını kontrol etmede iyi çalışır. Bunlar, kontrol valfi egzoz portlarındaki ayarlanabilir kısıtlayıcılar veya silindir üzerine veya yakınına monte edilmiş özel valfler olabilir. Silindire monteli akış kontrollerinde, bir yönde serbest akışa ve diğerinde sınırlı akışa izin vermek için yerleşik tek yönlü bir baypas bulunur. En iyi sonuçları elde etmek için, silindire serbest akış ve sınırlı akış sağlamak için bu valfleri takın.
Döngü Süresini İyileştirme
Konum anahtarları ve sensörler genel pnömatik performansı artırabilir. Sırayla çalışan birden fazla pnömatik aktüatörün bulunduğu bir sistemde, her bir silindirdeki piston konumunu gösteren konum sensörleri daha kısa, daha güvenilir çevrim hızları sağlayacaktır.
Kamış, Hall etkisi ve manyeto-dirençli anahtarlar gibi basit anahtarların tümü, pnömatik aktüatörlerde konum sensörleri olarak yaygın olarak kullanılır. Tipi ne olursa olsun, silindir strokun sonuna yaklaşırken hepsi piston konumunu algılar.
Sensörler olmadan, sistemin zamanlamasına gereksiz durdurmalar (zaman yastıkları) yerleştirilmelidir. Bu, hava kaynağı değişikliklerinin ve diğer faktörlerin sonucudur. Bir tesiste öğleden sonra hava akışı sabaha kıyasla biraz daha az olabilir. Bu, öğleden sonra stroku tamamlamak için bir saniyeden daha uzun sürebileceği anlamına gelir, bu da operasyonel bir sıradaki diğer adımların zamanlamasını bozabilir. Bunları ve diğer varyasyonları ayarlamak için, tasarıma düşük maliyetli sensörler dahil edilmelidir. Bu tür sensörlerin eklenmesi, daha kısa döngü süreleri, daha sorunsuz çalışma ve daha yüksek işletme verimliliği sağlayacaktır.
Pnömatik sistemler, düşük giriş ve bakım maliyetleri nedeniyle popülerliğini korumaktadır. Nispeten basit olsalar da, düzgün çalışmayı sağlamak için tasarım düzeyinde ağırlık, kuvvet, hız ve diğer gereksinimler dikkate alınmalıdır. Pek çok farklı tipte silindir, valf ve sensör göz önüne alındığında, pnömatik bir sistemdeki doğru bileşenleri ve bunların nasıl etkileşime girdiklerini belirlemek için zaman ayırmak, hem kısa hem de uzun vadede daha iyi performansla sonuçlanacaktır.
Etkili Silindir Performansına İlişkin Hususlar
Pnömatik silindirleri makinelere, robotlara ve diğer ekipman parçalarına tasarlarken bu faktörlerin her birini hesaba katın:
Yük – Sistem basınç kayıplarını telafi etmek için tipik olarak yükten en az% 25 daha büyük bir kuvvet gereklidir.
Kuvvet faktörü – Kuvvet faktörü, basitçe silindir pistonunun alanıdır. Kuvvet faktörü çarpı hava basıncı, silindir tarafından üretilen kuvvete eşittir.
Hız – Daha yüksek hızlar, artan sistem basınç kayıplarının üstesinden gelmek için daha büyük bir kuvvet marjı gerektirir.
Sıralama – Sensör eklemek, zaman gecikmelerini ortadan kaldırarak döngü sürelerini kısaltabilir.
Diğer bileşenler – Silindirdeki mevcut basınç, sistem kompresöründen, filtrelerden, regülatörlerden, kontrol valflerinden ve tüm bağlantı borularından etkilenebilir. Bu bileşenlerin doğru boyutlandırılması, bir silindirden en iyi performansı sağlamaya yardımcı olur.