Для чего нужен цилиндр без штока (7 видео)

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.

Видео:Гидроцилиндр - устройство и принцип работыСкачать

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.

Видео:главный тормозной цилиндрСкачать

Читайте также: Последовательность цилиндров ваз 2108

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.

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:

Видео:Провалилась педаль сцепления, определяем поломку главный или рабочий цилиндр сцепленияСкачать

Читайте также: Вакуумный усилитель тойота тормозной цилиндр практически из уверенностью можно

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.

Видео:Какие могут быть причины неисправности вакуумного усилителя тормозов. Как проверить их самомуСкачать

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.

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:

Читайте также: Заело передний тормозной цилиндр

My = 45 x 9.81 x 0,2 (вес груза x сила тяжести x расстояние от оси движения ) = 88 Нм

Основное о бесштоковый пневмоцилиндрах Parker Origa

Видео:Признаки умершего ВАКУУМНОГО Усилителя тормозов все простоСкачать

В данной статье расматривается применения и различия в конструкции обычных цилиндров и бесштоковых пневмоцилиндров Parker Origa

Ограничения обычных штоковых цилиндров широко известны, особенно когда требуются длинный ход. Будучи неподдерживаемым, шток цилиндра имеет тенденцию к изгибу в выдвинутом положении, это может вызвать чрезмерный износ уплотнений штока и подшипника, что приводит к необходимости дополнительного обслуживания. Ограничения пространства в оборудовании или процессе также могут лимитировать использование штоковых цилиндров, общая длина которых превышает удвоенную длину хода. Это может вызвать проблемы при проектировании или монтаже цилиндров на машинах. При длительных перемещениях цилиндры штокового типа также могут провисать под собственным весом, и это несоосность может привести к тому, что шток цилиндра будет изгибаться или деформироваться.

Недостатки штокового пневмоцилиндра

Полная длина превышает длину хода более чем в 2 раза
Опасность изгиба штока поршня, что приводит к чрезмерному износу
Трудности точного позиционирования
Неравномерность скорости в прямом и обратном ходах
Только для относительно коротких длин ходя

Комплекс подобных причин привел к созданию бесштокового пневматического цилиндра.

Видео:СУППОРТА ПЕРЕСТАНУТ ЗАКИСАТЬ ЕСЛИ СДЕЛАТЬ ЭТОСкачать

Конструкция бесштокового пневмоцилиндра

Бесштоковый пневматический цилиндр спроектирован как автономный линейный привод с уникальной конструкцией, которая обеспечивает большую гибкость. Благодаря уникальному дизайну, который использует только четыре основных компонента, бесштоковые цилиндры, такие как Parker Origa OSPP, являются долговечным и надежным решением, которое просто обслуживать; обеспечивая длительную бесперебойную работу. Бесштоковые пневматические цилиндры, сочетают контролируемое и точное перемещение со встроенной опорой и направляющей в любой плоскости.

Цилиндр из экструдированного анодированного алюминия c пазом хода по всей ее длине
Гибкая закаленная внутренняя полоса из нержавеющей стали, работающая по всей длине паза и проходящая через поршень, обеспечивает металлическое уплотнение. Наружная полоса того же материала действует как крышка над пазом, препятствующая проникновению инородных частиц внутрь цилиндра
Алюминиевый поршень оснащен синтетическими подшипниковыми кольцами. Передача энергии осуществляется посредтвом соединения через паз к внешнему поршневому креплению
Боковые крышки, обеспечивающие подачу воздуха, и амортизацию

Применение бесштоковых цилиндров
Бесштоковые пневмоцилиндры двойного действия выгодны в применениях, где пространство ограничено. Это связано с тем, что монтажная длина бесштокового цилиндра немного длиннее хода цилиндра. Например, бесштоковый цилиндр диаметром 25 мм с ходом 1000 мм занимает только 1200 мм пространства. При кнструировании пневматический бесштоковый цилиндр был бы идеальным выбором по сравнению с пневматическим штоковым цилиндром при следующих требованиях:

Требуется источник повторяющегося линейного движения.
Необходимо обеспечить чистоту и минимальный риск загрязнения смазочными материалами.
Экономия пространства — основное соображение, например, долгое применение.
Надежность и минимальное обслуживание компонентов необходимы для защиты от простоев.
Общая длина может представлять проблемы при проектировании или монтаже цилиндров на машинах

Типичные области применения:

— Автоматизированное производство
— Обработка и упаковка, например — розлив и консервирование
— Текстиль и керамика
— Складирование
— Фармацевтика и химия
— Производство продуктов питания
— Проверка и контроль качества
Указание решения без цилиндрового цилиндра может обеспечить значительную экономию техники и большую гибкость конструкции по сравнению с использованием цилиндрического цилиндра.

См. видео о некоторых применениях бесштоковых цилиндров Parker OSP-P: