Бесштоковые цилиндры принцип работы (2 видео)

Мысли о трансформации сжатого воздуха в действенную энергию для реализации различных работ посещала головы великих физиков на протяжении долгого времени. И, наконец, настал ключевой момент, когда была разработана пневматическая конструкция. Особая популярность имеется у бесштоковых пневмоцилиндров , механизм и особенности которых будут рассмотрены далее. Но прежде чем это сделать, следует окунуться в суть работы самой пневматической системы.

Пневматическая система включает в себя пневмопривод, внутри которого происходит сублимация давления воздуха в особую механическую энергию. Также, воздух направляется в пневмоцилиндр, где та самая энергия сжатого воздуха, преобразовываясь, начинает движение поршня. Устройства на основе прошивки, маркировки и чеканки в полной мере используют пневмоцилиндр, ведь их принцип работы как раз базируется на ударном воздействии.

Различает две категории пневмоцилиндров (в зависимости от их функциональности):

односторонние – движение поршня осуществляется в одном направлении, на что полностью оказывает влияние энергия сжатого воздуха. Обратное движение поршня осуществляется уже за счет своей массы или возвратной пружины.
двусторонние – под прямым воздействием сжатого воздуха возвратно-поступательные процессы проистекают в обоих направлениях.

А вот те пневмоприводы, где шток отсутствует, а между кареткой и поршнем имеется механическая связь, называются бесштоковыми.

Сфера применения
Невозможно определить лишь одну сферу деятельности, где применяется пневматический агрегат, поскольку без него не могут обойтись:

машино- и приборостроение;
металлургия (обрабатывающая, сварочная, литейная отрасли);
деревообработка;
легкая промышленность;
сборка и упаковка различного технологичного оборудования.

Когда требуется высокий уровень надежности, прочности и отсутствие каких-либо утечек, пневмоцилиндры являются идеальным вариантом.

Бесштоковые пневмоцилиндры: взгляд вовнутрь

В основе производства бесштоковых пневмоцилиндров не что иное, как профилированные трубы. В них с боковой стороны проделывается длинный проем, где осуществляется монтаж магнитного поршня с двумя (внешней и внутренней) довольно гибкими сжимающими полосами из стали. Это необходимо, дабы обеспечить полную герметизацию проема и недопущения попадания пыли, грязи. Суппорт под видом пары магнитов передвигается в пределах внешней стороны, а вот поршень перемещается внутри.

На что следует обратить внимание?

Видео:Бесштоковые пневматические цилиндры PNEVMOLUX серии RCFСкачать

БЕСШТОКОВЫЕ ЦИЛИНДРЫ

Считается, что бесштоковый цилиндр был изобретён фирмой “Origa»”, хотя подобная вещь существовала уже двести лет назад. Она приводила в действие железную дорогу в Южном Девоне (Великобритания) и имела длину 22 мили! Бесштоковые цилиндры выполняют функцию линейного пневматического привода. Они отличаются от стандартных цилиндров тем, что у них отсутствует шток и для передачи движения служит каретка, которая перемещается вдоль профиля цилиндра, что легко позволяет обеспечить гораздо больший ход и обеспечить не только прямолинейное движение объекта, но и, при наличии соответствующего профиля, движение по дуге. Такие цилиндры обладают целым рядом достоинств, позволяющих на их основе создавать разнообразное оборудование, обладающее хорошими регулировочными характеристиками, надежностью, компактностью, которая может быть недостижима при применении стандартных цилиндров. Они прекрасно подходят для создания многочисленных промышленных установок. Это могут быть механизмы для подъема или опускания, системы подачи, перекладки, наполнения, напыления, окраски, мерного реза. Между собой бесштоковые цилиндры различаются по принципу механической связи между поршнем и кареткой. В первом варианте поршень и каретка соединяются при помощи гладкого троса. На рисунке показана схема такого бесштокового цилиндра. Он состоит из гильзы, у которой торцы закрыты крышками, сквозь которые пропущен гладкий трос. Этот трос связывает поршень с обеих сторон через ролики с кареткой. Фактически, это конструкция цилиндра с «мягким проходным штоком». Усилие, развиваемое таким цилиндром, аналогичное такому же стандартному цилиндру с одинаковым диаметром поршня. Ниже показаны различные конструкции таких бесштоковых цилиндров.

Читайте также: Двухсторонний рулевой цилиндр юмз

Преимущество – простота конструкции и возможность производить такие цилиндры с большой величиной хода. Основной недостаток такой конструкции – растяжимость троса и работа только при малых поперечных нагрузках. Поэтому эти цилиндры применяют там, где нет требований к точности хода, отсутствуют боковые нагрузки и масса объекта перемещения мала. Второй вариант – перемещение каретки при помощи сильно намагниченного поршня. Магнитный поршень перемещается внутри алюминиевой гильзы и сквозь ее тонкую стенку магнитным полем связан с кареткой, которая в свою очередь скользит по направляющим стержням. Конструкция довольно простая и не требует дополнительной герметизации – поршень перемещается внутри гильзы, и других подвижных частей, находящихся под давлением воздуха, нет. Однако из-за существующей вероятности отрыва от каретки от магнитного поля поршня, возникают ограничения на массу, размер конструкции, скорость и ускорение перемещения. Поэтому такие бесштоковые цилиндры применяют для перемещения предметов с малой массой и небольшими ускорениями и больше предназначены для лабораторных систем. Наибольшее распространение получил третий вариант конструкции бесштоковых цилиндров. В этих бесштоковых цилиндрах применяется механическая связь каретки со штоком через продольную прорезь в гильзе цилиндра. Прорезь закрывается двумя лентами – одной с внутренней стороны для герметизации прорези и другой с внешней для предотвращения попадания в прорезь посторонних предметов. В процессе перемещения поршня – каретки, специальный челнок, расположенный между кареткой и поршнем, раздвигает эти ленты, что позволяет беспрепятственно перемещать каретку. На рисунке показан разрез современного бесштокового цилиндра, где внешняя лента красная, а внутренняя зеленая. Разные компании выпускают разнообразные исполнения бесштоковых цилиндров. Они могут иметь конструкцию прямую, дуговую, усиленную, с встроенной ременной передачей, с двумя каретками и т.д. Такие цилиндры работают в широком диапазоне температур (от -30°C и ниже до +80°C), имеют скорость перемещения каретки до 32 м/сек., и обеспечивают максимальный ход до 8500 мм и более. Для всех версий применяется встроенная пневматическая амортизация/демпфирование, которая вполне подходит для большинства приложений. При экстремальных условиях добавляются внешние амортизаторы. Однако эти цилиндры имеют общие проблемы, вытекающие из особенностей их конструкции – герметизация паза, которая может пропускать пыль и грязь во внутреннюю полость цилиндра и уменьшенный ресурс работы по сравнению со стандартными цилиндрами из-за износа герметизирующей ленты. Как видно из конструкции, слабым местом в этих цилиндрах является как раз механизм герметизации паза, который может пропускать пыль и грязь вовнутрь цилиндра, а так же уменьшенный ресурс работы по сравнению со стандартными цилиндрами из-за износа герметизирующей ленты. Поэтому для этих цилиндров процесс их совершенствования ведется в направлении доработки конструкции каретки и челнока, подбора оптимального материала и профиля лент. Все что позволяет повысить допустимую нагрузку на поршень, снизить уровень статического и динамического трения, улучшить защиту от пыли и грязи. Современные бесштоковые цилиндры Lintra®, выпускаемые IMI NORGREN (входит в группу компаний IMI Precision Engineering), могут работать при наличии на них металлической пыли и деревянных стружек, а в случае необходимости замены лент или уплотнений, для проведения этих работ достаточно отвертки и шестигранного ключа. Благодаря оптимизации, обеспечившую максимальную эксплуатационную гибкость и компактность конструкции, экономически и технически эффективный привод на бесштоковых цилиндрах обладает высокими эксплуатационными параметрами и высокой надежностью. Эти цилиндры идеальны для применения в таких отраслях, как автомобилестроение, перекладка материалов, станочное оборудование, производство бумаги, обработка древесины, текстильное оборудование, упаковка, открывание-закрывание дверей в подземном и пригородном пассажирском транспорте. На каретку бесштоковых цилиндров могут действовать как продольные, так поперечные нагрузки. По этому бесштоковые цилиндры выпускаются с разными профилями, которые используется как усиленные направляющие для перемещения усиленной каретки. Для особо тяжелых условий применяются внешние направляющие каретки, которые могут быть для уменьшения трения снабжены подшипниками качения. Такие конструкции цилиндров позволяют разгрузить механическую связь между кареткой и поршнем от дополнительных продольных усилий, чтобы в полной мере их можно было применять в механизмах подъема и подачи, в многокоординатных системах перемещения и т.д.

Читайте также: Задний тормозной цилиндр 2121 от чего подходит

Для правильного выбора бесштоковых цилиндров необходимо определиться с величинами с действующими на него нагрузками. Продольное усилие Fx, которое может развить цилиндр может быть легко определено, как для стандартного цилиндра – это зависит от диаметра поршня и рабочего давления воздуха. В зависимости от положения цилиндра – вертикальное или горизонтальное, а так же к какой стороны находится каретка – сверху, снизу или сбоку, на каретку могут действовать поперечное Fy и вертикальное Fz усилия. Во время перемещения каретки, на нее еще могут воздействовать дополнительные моменты Mx, My и Mz, величины которых зависят от массы объекта и его расстояния положения относительно каретки, скорости и ускорения перемещения. Все эти воздействия в процессе перемещения стремятся оторвать каретку от профиля цилиндра или от направляющих. В общем виде, направления действия сил и моментов на каретку цилиндров показаны на рисунке. В приведенном ниже уравнении учитываются значения силы в направлениях Fy и Fz и моменты Mx, My и Mz, а так же максимально допустимые их значения для конкретной конструкции цилиндра. Когда на бесштоковый цилиндр одновременно действуют несколько нагрузок и моментов, нужно сделать дополнительную проверку правильности выбора цилиндра путем подстановки значений сил и моментов в формулу: Если вычисление показывает, что после подстановки всех значений результат будет меньше 1, выбранный цилиндр подходит для работы при этих нагрузках. Если же результат больше 1, то выбранный цилиндр не подходит для данной конструкции и у него в процессе эксплуатации может разрушиться крепление каретки. Значит, нужно взять цилиндр с большим усилением конструкции направляющих или же применить цилиндр следующего по величине типоразмера. Как правило, все ведущие производители бесштоковых цилиндров дают таблицы величин максимальных значений сил и моментов, допустимых для выпускаемых ими цилиндров. Все приведенные значения обычно применимы для скоростей перемещения каретки до 0,2 м/сек, при которых воздействие на каретку динамических моментов не велико. Необходимым требованием является равномерное движение массы по всей длине хода цилиндра. Центральная линия поршня служит точкой отсчета для вычисления движения и приложение усилий для всех цилиндров. При больших скоростях перемещения каретки цилиндра, вплоть до 2 м/с, уже начинают сильно сказываться моменты, зависящие от величины разгона и торможения, а также направление перемещения объекта (вертикальное или горизонтальное), что превращает проверку правильности выбора бесштокового цилиндра в сложную инженерную задачу. Для того, чтобы упростить этот процесс, ведущие производители цилиндров предлагают для конструкторов и заказчиков специальные программы, которые после ввода всех необходимых параметров рекомендуют необходимую модель бесштокового цилиндра для конкретных условий работы. Как правило, они бесплатно загружаются с сайта фирмы производителя. Примером такой программы служит программа Pneucalc для выбора цилиндров LINTRA®. Рассмотрим на одном примере – подъемном устройстве, как можно определить величины моментов, действующих на каретку, а так же, как на выбор бесштокового цилиндра влияет конструкция крепления к каретке платформы для груза. Пусть у нас нужно поднимать груз 45 кг на 2 метра при давлении воздуха 6 бар. В этом случае бесштоковый цилиндр должен развивать усилие не менее: Fx = 45кг x 9.81 x 1,5 ( вес груза x сила тяжести x коэффициент запаса динамический ) = 662 Н Такое усилие может развить цилиндр с диаметром поршня 40 мм, а именно 753 Н при давлении 6 бар. Казалось бы, что выбор сделать просто – определимся с типом цилиндра из условий, что нам он нужен с диаметром поршня 40 мм и ходом 2 метра. Но, к сожалению, это не так. Рассмотрим подробнее особенности груза и конструкцию крепления поддона к каретке. Если посмотреть на эти рисунки, то становиться ясно, что на каретку будет действовать дополнительный момент My, причем его величина будет зависеть от места положения нашего груза к оси, приложенной перпендикулярно к центру каретки. И чем дальше он будет приложен от центра каретки, тем его момент воздействия на карету будет больше.

Читайте также: Главный тормозной цилиндр беларусь

Пусть нам нужно поднимать мешки с цементом в бумажных пакетах диаметром 250 мм. К середине каретки цилиндра будет установлен поддон. Его размеры выбраны так, чтобы центр массы мешка находился бы на расстоянии 200 мм от центра движения оси поршня. Это расстояние с запасом больше суммы половины диаметра мешка и толщины конструкции цилиндра + каретка от центра оси перемещения поршня. В этом случае на каретку будет действовать момент My, который нужно обязательно учитывать при выборе типа бесштокового цилиндра. Этот момент вычисляется как: My = 45 x 9.81 x 0,2 (вес груза x сила тяжести x расстояние от оси движения ) = 88 Нм Источник

Видео:Регулировка скорости движения пневмоцилиндра. Пневмотиски смыкания пресс-формы ТПАСкачать

Примеры применения бесштоковых цилиндров

Бесштоковый цилиндр может применяться как привод для любых типов скользящих дверей, для резки, для подачи плёнки или для транспортировки продукции при сортировке или обработке. На фото слева представлено устройство резки пленки с нестандартным количеством слоев (до 12) с помощью ленточного бесштокового цилиндра MY1M на участке упаковки готовой продукции (стеклоформовочное производство). Важной частью работы по подбору оборудования является привлечение внимания пользователя к правильному механическому соединению каретки и нагрузки. Сила должна прикладываться как можно ближе к оси цилиндра. Направляющие, которые часто имеют бесштоковые цилиндры, некоторым образом вводят пользователей в заблуждение, т. к. можно подумать, что направляющая и нагрузка не являются взаимосвязанными. Это не так. Момент силы, воздействующий на каретку, также влияет и на направляющую. Длина лимитирована из-за изгиба направляющих штанг и устанавливает предельную нагрузку в зависимости от того, как груз крепится к каретке. Именно поэтому причиной появления серий новых бесштоковых цилиндров SMC — MY3 и MY2H/HT явилась объективная необходимость повысить такие характеристики с направляющими скольжения, как максимально допустимый момент и максимально допустимая нагрузка. Естественным путем увеличения максимального допустимого момента является уменьшение высоты посадочной площадки скользящей каретки с одновременным уменьшением высоты центра тяжести цилиндра. Кардинальной конструктивной особенностью цилиндров серии MY3, позволившей снизить высоту посадочной площадки каретки и центра тяжести, является овальная форма поршня. Увеличение максимально допустимой нагрузки у цилиндра MY3 составляет 50%. Модернизация обеспечила применение MY3 не только для горизонтальных, но и для вертикальных перемещений изделий в роботизированных ячейках. Роботизированная ячейка с двухкоординатным приводом на основе бесштоковых ленточных цилиндров MY3 Уплотнительная лента – основная особенность бесштоковых пневмоцилиндров MY. В их конструкции сила поршня напрямую передается подвижной каретке посредством механической связи. Для этого по всей длине цилиндра выполняется прорезь. Эта щелевая прорезь закрывается уплотнительной лентой по обе стороны от каретки. На практике не удается добиться абсолютного уплотнения ленты, особенно после долгого периода работы или после разборки для техобслуживания. Это ограничивает возможности применения цилиндров такого типа в ряде задач. Поэтому созданы бесштоковые цилиндры SMC серии CY, в которых установлена магнитная трансмиссия. Связь между поршнем и кареткой осуществляется посредством магнитной силы, и цилиндр абсолютно герметичен в противоположность ленточным цилиндрам. Несмотря на то что принцип передачи усилия на каретку от движущегося поршня посредством магнитного поля уже довольно старый, до недавнего времени отсутствовало основное условие его практического применения – достаточно сильные магнитные материалы. Только к началу 1980-х годов препятствие было устранено. Прогресс в области ферромагнетиков продолжается, и, когда серия CY увидела свет, стали доступны материалы с более высокой магнитной проницаемостью и с большей коэрцетивной силой. На практике это означает, что необходимо меньше магнитных колец для создания цилиндра с тем же усилием. Пневматические приводы SMC для вакуумных камер Наилучшее применение бесштоковые магнитные цилиндры SMC находят в высокотехнологичных производствах. Цилиндр CYV, установленный непосредственно в вакуумную камеру с разрежением 10-6 Па, в совокупности с вакуумным затвором SMC серии XGT позволилсоздать компактный транспортный модуль установки. Александр Леонов, д.т.н. ООО «ЭС ЭМ СИ Пневматик» Источник