Podstawy wyboru siłowników pneumatycznych

Siłowniki pneumatyczne są ważnymi elementami systemów pneumatycznych, które generują ruchy mechaniczne przy użyciu sprężonego powietrza. Są one wykorzystywane w różnych zastosowaniach, takich jak przemysł produkcyjny, budowa zakładów lub budowa maszyn niestandardowych.

Czym jest siłownik pneumatyczny?

Siłownik pneumatyczny lub siłownik na sprężone powietrze to siłownik wykorzystujący sprężone powietrze do przekształcania siły w ruch liniowy. W systemach pneumatycznych sprężone powietrze jest dostarczane rurociągami od sprężarki do odbiorników. Tam jest on przekształcany w ruch mechaniczny za pomocą elementów uruchamiających, takich jak siłowniki. Siłowniki te zazwyczaj wykonują ruchy liniowe, ale mogą również wykonywać ruchy obrotowe za pomocą elementów przekładni. Zazwyczaj składają się one z cylindrycznej obudowy, tłoka i tłoczyska i są wykorzystywane w różnych zastosowaniach do przenoszenia sił lub podnoszenia i przemieszczania obiektów. Wybór odpowiedniego siłownika pneumatycznego zależy od wymagań danego zastosowania. Ważnymi czynnikami są na przykład długość skoku, siła, ciśnienie robocze i temperatura.

Budowa siłowników pneumatycznych

Siłowniki pneumatyczne zazwyczaj składają się z następujących głównych komponentów:

• Cylindryczna obudowa: Cylindryczna obudowa ma kształt zbliżony do rury lub „bębna” i jest zwykle wykonana ze stali. Zawiera inne elementy, takie jak tłok, tłoczysko i elementy uszczelniające.
• Połączenia: Połączenia znajdują się na końcach siłownika pneumatycznego. Sprężone powietrze może przez nie wchodzić lub wychodzić.
• Tłok: Tłok znajduje się wewnątrz cylindra i jest przesuwany sprężonym powietrzem.
• Tłoczysko: Tłoczysko znajduje się w rurze siłownika i jest połączone z tłokiem napędu. Liniowy ruch tłoka jest przenoszony na inne części maszyny za pomocą tłoczyska.
• Elementy uszczelniające: Elementy uszczelniające zapewniają utrzymanie lub wyrównanie ciśnienia w siłowniku.

(1) Tłoczysko (2) Cylindryczna obudowa (3) Złącza (4) Tłok (5) Elementy uszczelniające

Rozróżnienie siłowników pneumatycznych według zasady działania

Zasada działania siłowników pneumatycznych opiera się na zasadzie zmiany ciśnienia i objętości. Sprężone powietrze kierowane do siłownika porusza tłok. W zależności od zasady działania i zastosowania siły, rozróżnia się siłowniki pneumatyczne jednostronnego działania i siłowniki pneumatyczne obustronnego działania.

Siłownik pneumatyczny pojedynczego działania ma jedno połączenie. Sprężone powietrze wchodzi przez to połączenie, wysuwając tłoczysko. Ze względu na zasadę działania siłowników pneumatycznych jednostronnego działania siła może być wywierana tylko w jednym kierunku. Jeśli sprężone powietrze zostanie zwolnione przez to samo połączenie, drążek powróci do swojej pierwotnej pozycji. Cofanie pręta może być kontrolowane za pomocą sprężyny powrotnej lub siły zewnętrznej.

Siłownik pneumatyczny obustronnego działania działa w obu kierunkach. Posiada dwa złącza sprężonego powietrza, które naprzemiennie zwiększają ciśnienie w siłowniku pneumatycznym z obu stron. W ten sposób tłoczysko jest przesuwane do przodu i do tyłu. W zależności od tego, która strona jest zasilana sprężonym powietrzem, siłownik pneumatyczny kontroluje kierunek ruchu i rozwija pełną siłę w obu kierunkach.

Różne wersje siłowników pneumatycznych

Istnieją różne wersje siłowników pneumatycznych. Wyjaśnienia wymienione poniżej są jednymi z najbardziej powszechnych i/lub znanych wariantów, które mogą służyć jako przykłady. Oprócz tego dostępne są inne warianty do różnych zastosowań specjalnych.

Siłownik pneumatyczny z tłumieniem położenia krańcowego

Siłowniki pneumatyczne z tłumieniem położenia krańcowego są wyposażone w elastyczne zderzaki lub regulowane przepustnice, które nieznacznie spowalniają ruch tłoczyska przed osiągnięciem położenia krańcowego. Tłumienie to chroni przed wstrząsami i zwiększa żywotność systemu, zapobiegając uderzaniu tłoka w dno cylindra przy nadmiernych prędkościach.

Siłownik beztłoczyskowy

Beztłoczyskowe siłowniki pneumatyczne są specjalną formą siłowników pneumatycznych, które różnią się od konwencjonalnych siłowników brakiem wysuwanego tłoczyska. Tłok porusza się wewnątrz cylindra i przenosi swoją siłę poprzez prowadnicę zewnętrzną, pasek lub poprzez boczne mocowanie siłownika liniowego. Ten typ konstrukcji pozwala na dłuższe skoki w bardziej kompaktowej formie, co czyni je szczególnie odpowiednimi do precyzyjnych zastosowań i ograniczeń przestrzennych.

Synchroniczny siłownik pneumatyczny

W synchronicznym siłowniku sprężonego powietrza cylindry są zaprojektowane tak, aby pracowały synchronicznie względem siebe. Dzięki temu wszystkie cylindry poruszają się w tym samym czasie i z tą samą prędkością. Umożliwia to optymalizację procesów obróbki, ponieważ ruch synchroniczny pozwala na ruchy wykraczające poza intensywność pojedynczego cylindra. Synchroniczne siłowniki pneumatyczne są często wykorzystywane w zastosowaniach, w których wymagane są precyzyjne i równomierne ruchy, np. w technologii montażu lub pakowania.

Siłowniki wielopozycyjne

Ten typ siłownika również składa się z kilku cylindrów sprężonego powietrza o podwójnym działaniu, które są ze sobą bezpośrednio połączone. W zależności od zastosowania sprężonego powietrza, tłoki poszczególnych cylindrów wysuwają się w różnych kierunkach. Na przykład, gdy połączone są dwa cylindry o różnych długościach skoku, podział cylindra i skoku skutkuje czterema pozycjami, które cylinder może przyjąć. Siłowniki wielopozycyjne są zwykle używane, gdy wymagane jest kilka pozycji docelowych, na przykład w technologii pakowania lub montażu.

Siłowniki membranowe

Siłowniki membranowe również należą do klasy siłowników pneumatycznych i, w przeciwieństwie do siłowników na sprężone powietrze, zamiast tłoka są wyposażone w elastyczną membranę lub mieszek. Membrana rozszerza się w odpowiedzi na sprężone powietrze, wytwarzając ruch i siłę. Jedną z zalet siłowników membranowych jest możliwość pracy w środowiskach, w których należy unikać ryzyka wycieku lub zanieczyszczenia, eliminując potrzebę stosowania tłoczysk lub uszczelek wystających z siłownika. Są zatem idealne do czystych lub sterylnych zastosowań.

Wybór siłowników pneumatycznych

Przy wyborze siłownika pneumatycznego kluczową rolę odgrywa siła wymagana do przemieszczenia ładunku z określoną prędkością. Siła siłownika powinna być nieco większa niż siła wymagana do przesunięcia ładunku. Wielkość generowanej siły zależy od różnych czynników, w tym ciśnienia roboczego i efektywnej średnicy tłoka. Podstawowy wzór do obliczania siły F siłownika pneumatycznego to:

Gdzie p to ciśnienie wywierane na tłok, natomiast a to efektywna powierzchnia stykająca się z powietrzem. Średnica tłoka d służy do obliczenia efektywnej powierzchni a:

Korzystając z ciśnienia roboczego p i określonego pola powierzchni a, można teraz określić potencjalną maksymalną siłę, a tym samym maksymalną wydajność siłownika. Jednak siła generowana w rzeczywistości może być nieco niższa ze względu na takie aspekty, jak tarcie lub spadek ciśnienia w przewodach i zaworach. Należy również wspomnieć, że powyższe wzory i obliczenia siły odnoszą się do siłowników pneumatycznych jednostronnego działania. W przypadku siłowników pneumatycznych obustronnego działania obliczenia muszą również uwzględniać skok powrotny oprócz skoku otwarcia.

Zalety i wady siłowników pneumatycznych

Siłowniki pneumatyczne charakteryzują się szeregiem zalet. Ważnym czynnikiem jest ich solidna konstrukcja. Są one odporne na różne czynniki środowiskowe i naprężenia mechaniczne. Ze względu na prostą konstrukcję, siłowniki pneumatyczne są po pierwsze tańsze, ponieważ nie wymagają skomplikowanej elektroniki ani sterowania, a po drugie ich konserwacja i naprawa jest również łatwiejsza niż na przykład w przypadku systemów elektronicznych lub hydraulicznych. Ponadto należy wspomnieć, że siłowniki pneumatyczne działają bardzo czysto, ponieważ pracują tylko ze sprężonym powietrzem. Nawet jeśli powietrze wydostanie się przez nieszczelność, nie dojdzie do zanieczyszczenia. Ponadto montaż jest bardzo prosty, ponieważ powietrze wylotowe może wydostawać się bezpośrednio do otoczenia, dzięki czemu nie są wymagane skomplikowane przewody powrotne.

Jedną z wad jest to, że siłowniki pneumatyczne wymagają czystego i suchego powietrza do optymalnego działania. Zanieczyszczenia lub wilgoć w powietrzu mogą powodować przedwczesne zużycie lub kondensację w systemie, co z kolei negatywnie wpływa na wydajność i żywotność cylindrów. Innym aspektem, który należy wziąć pod uwagę, jest tak zwany efekt stick-slip. Zjawisko to odnosi się do ślizgania się poruszających się ciał stałych względem siebie i występuje, gdy tarcie statyczne jest znacznie większe niż tarcie ślizgowe. Ponieważ siły tarcia statycznego w siłownikach pneumatycznych są w przybliżeniu dwukrotnie większe niż siły tarcia ślizgowego, efekt stick-slip może czasami wystąpić bardzo szybko.

Obszary zastosowań siłowników pneumatycznych

Siłowniki pneumatyczne są wykorzystywane w różnych branżach i zastosowaniach. Są one często wykorzystywane w inżynierii mechanicznej i inżynierii instalacji do wykonywania powtarzalnych ruchów, takich jak zautomatyzowane linie produkcyjne. Siłowniki na sprężone powietrze są tam wykorzystywane do wykonywania zadań takich jak zaciskanie, obracanie lub podnoszenie. Siłowniki pneumatyczne są jednak również wykorzystywane w systemach przenośników, na przykład do otwierania lub zamykania zasuw lub do przenoszenia materiałów z jednej taśmy na drugą.

Kliknij tutaj, aby dowiedzieć się więcej o tym zastosowaniu.

MISUMI oferuje szeroką gamę wysokiej jakości siłowników pneumatycznych w różnych wersjach. Wybierz siłownik pneumatyczny odpowiedni do danego zastosowania. W sklepie internetowym MISUMI można również znaleźć liczne akcesoria pneumatyczne, takie jak zawory, adaptery, czujniki czy sprężarki.