SPC: Пневматические цилиндры стандарта ISO 15552

Пневматические цилиндры предназначены для выполнения линейных перемещений в механической части систем управления технологическими процессами. Движение штока цилиндра осуществляется за счет энергии сжатого воздуха, подаваемого в его порты. При подаче воздуха в задний порт пневмоцилиндра поршень и закрепленный на нем шток выдвигаются. При подаче воздуха в передний порт поршень и закрепленный на нем шток задвигаются обратно.

Усилие, развиваемое пневмоцилиндром, зависит от его диаметра и давления сжатого воздуха. Скорость движения штока зависит от расхода сжатого воздуха.

Пневматические цилиндры SPC изготавливаются из экструдированного алюминиевого профиля, что делает их более жесткими по сравнению с цилиндрами, имеющими корпус из алюминиевой трубы. Уплотнения штока и поршня выполнены из полиуретана (PU), что значительно повышает срок службы данных пневмоцилиндров.

Габаритные и присоединительные размеры пневмоцилиндров VALMA серии SPC соответствуют стандарту ISO 15552, что позволяет легко выполнить замену «болт-в-болт», даже если ранее на оборудовании использовались цилиндры другого бренда.

Пневмоцилиндры имеют регулируемое пневматическое демпфирование, которое обеспечивает замедление в конце хода штока и предотвращает удары поршня о головки цилиндра. Настройка демпфирования осуществляется с помощью микрометрического винта в зависимости от инерции нагрузки пневмоцилиндра.

Для работы пневматического демпфирования поршень имеет специальную зону демпфирования, диаметр которой несколько больше диаметра штока. До тех пор пока поршень находится далеко от крайней точки сжатый воздух свободно проходит через уплотнение пневмодемпфера и шток движется с максимальной скоростью. После того как зона демпфирования поршня входит в контакт с уплотнением пневмодемпфера, сжатый воздух выходит из камеры цилиндра только через специальный канал. Проходное сечение данного канала регулируется микрометрическим винтом. Это обеспечивает плавное замедление поршня по мере приближения к крайней точке.

Пневмоцилиндры серии SPC имеют магнитное кольцо на поршне для работы с датчиками положения. Установка датчиков положения серии  BS осуществляется в специальные пазы, которые расположены на трех из четырех граней корпуса пневмоцилиндра.

При выборе пневматического цилиндра наиболее важными являются следующие параметры:

• принцип действия: стандартный (двухстороннего действия) или с пружинным возвратом (одностороннего действия);
• усилие на штоке, определяемое диаметром пневмоцилиндра и давлением в сжатого воздуха;
• ход штока — расстояние, на которое выдвигается шток из цилиндра;
• пиковое и среднее потребление воздуха пневмоцилиндром;
• стандарт монтажных поверхностей: ISO 15552, ISO 6432 и т. д.;
• габаритные и присоединительные размеры.

Пневмоцилиндры двухстороннего действия

Движение штока пневмоцилиндра двухстороннего действия осуществляется за счет энергии сжатого воздуха как в прямом (выдвижение штока), так и в обратном (задвигание штока) направлениях.

При подаче сжатого воздуха в заднюю камеру пневмоцилиндра (P2) и сбросе воздуха из передней камеры (P1) поршень движется влево, что приводит к выдвижению штока из цилиндра. При подаче воздуха во фронтальную камеру (P1) и сбросе воздуха из задней камеры (P2) шток цилиндра движется вправо, а шток задвигается внутрь цилиндра.

Пневмоцилиндры с возвратной пружиной (одностороннего действия)

Пневмоцилиндры такой конструкции доступны в серии RPC.

Движение штока пневмоцилиндров одностороннего действия в разных направлениях осуществляется за различных по своей природе сил. Различают пневмоцилиндры с фронтальной и с задней возвратной пружиной.

У пневмоцилиндров с фронтальной возвратной пружиной в исходном состоянии шток задвинут. Выдвижение штока осуществляется за счет энергии сжатого воздуха, а задвигание штока — за счет силы упругости пружины.

У пневмоцилиндров с задней возвратной пружиной в исходном состоянии шток выдвинут. Задвигание штока осуществляется за счет энергии сжатого воздуха, а возврат в исходное состояние — за счет силы упругости пружины.

При выборе между пневматическими цилиндрами одно- или двухстороннего действия следует обратить внимание на следующие особенности.

Подбор стандартных пневмоцилиндров для решения поставленной задачи в большинстве случаев осуществляется по двум параметрам: диаметр поршня (цилиндра) D и ход штока S. Ход штока выбирается исходя из конструктивных особенностей, основываясь на требуемом расстоянии перемещения, прикрепляемых к штоку частей механизма. Диаметр цилиндра выбирается из стандартного ряда исходя из величины требуемого усилия и давления сжатого воздуха. Расчет необходимого усилия и требуемых коэффициентов запаса осуществляется конструкторами на этапе проектирования того или иного механизма. При этом усилие, развиваемое пневмоцилиндром, должно быть больше требуемого усилия присоединенного к нему исполнительного механизма:

где:
F_теор — теоретическое усилие на штоке пневмоцилиндра, Н, тр
F_тр — требуемое усилие, прилагаемое к присоединенному механизму, Н,
k — коэффициент запаса.

Коэффициент запаса k принимают, как правило, равным одной из следующих величин:
k = 1.2 — для «идеальной» ситуации, если в расчете требуемого усилия учтены все нагрузки, силы трения и другие потери,
k = 1.5 — для применений, не требующих быстрого перемещения штока (например, прессы или прижимные балки)
k = 2.0 — для применений, требующих быстрого перемещения штока (например, скоростные упаковочные машины).

Теоретическое усилие на штоке пневмоцилиндра ориентировочно можно определить по графику, показанному ниже.

Более точный расчет для прямого хода осуществляется по следующей формуле:

Для обратного хода:

где:
F_теор — теоретическое усилие на штоке пневмоцилиндра, Н, тр
P — давление сжатого воздуха, подаваемого в пневмоцилиндр, бар,
D — диаметр поршня пневмоцилиндра, мм,
d — диаметр штока пневмоцилиндра, мм.

Значения теоретического усилия пневмоцилиндров, рассчитанные по данным формулам приведены в таблице таблице ниже.

Величиной потребления сжатого воздуха называют расход воздуха, требуемый для корректной работы пневматического цилиндра. Различают пиковое и среднее потребление сжатого воздуха.

Пиковое потребление сжатого воздуха — максимальный краткосрочный расход воздуха, требуемый для правильной работы пневмоцилиндра во время движения штока. Исходя из пикового потребления воздуха выбирают расход и типоразмеры распределительных клапанов и диаметры пневмотрубок в системе. Пиковое потребление воздуха рассчитывают по формуле:

где:
Q_пик — пиковое потребление воздуха, норм.л/мин.,
ν — скорость движения штока цилиндра, м/с,
P — давление сжатого воздуха, бар,
D — диаметр пневмоцилиндра, мм.

Приближенно пиковое потребление сжатого воздуха пневмоцилиндрами серии SPC можно определить по графику ниже.

Среднее потребление сжатого воздуха — расход воздуха, который необходимо обеспечить в течение длительного промежутка времени для корректной работы пневмоцилиндра. Сумма среднего потребления воздуха всеми цилиндрами на установке определяет требования к расходу воздуха, необходимого для ее работы, и влияет на выбор компрессоров и ресиверов. Среднее потребление сжатого воздуха рассчитывают по формуле:

где:
Q_ср — среднее потребление воздуха, норм.л/мин.,
D — диаметр пневмоцилиндра, мм,
S — ход штока пневмоцилиндра, мм,
N — количество ходов штока, потребляющих воздух за выбранное время цикла t_ц,
P — давление сжатого воздуха, бар,
t_ц — время цикла, мин.

Для расчета среднего потребления сжатого воздуха требуется выбрать время цикла (t_ц). Длительность цикла не влияет на среднее потребление воздуха, но выбранное время цикла не должно изменяться для разных цилиндров в пределах одной установки. Для удобства проведения расчетов в качестве времени цикла обычно выбирают время, соответствующее изготовлению одной или нескольких единиц продукции.

Пример: SPC 040.0080