Для чего нужен пневмоцилиндр

Что такое пневмоцилиндр и где он используется

Пневмоцилиндром называется двигатель, который способен преобразовать энергию, возникающую от сжатия воздуха, в линейное механическое перемещение. Данный элемент присутствует во всех механизмах, работа которых осуществляется за счет энергии сжатого воздуха.

Сегодня пневмоцилиндры активно применяются во многих сферах тяжелой промышленности, таких, как машиностроение, металлообработка, литейные заводы и т. д.

Виды пневмоцилиндров

Относительно сферы применения, существует несколько видов пневмоцилиндров.

По принципу действия пневматические цилиндры могут быть разделены на односторонние и двусторонние. В первом случае движение поршня осуществляется в единственном направлении, а его возврат в начальную позицию происходит вследствие внешнего воздействия (собственный вес или пружинный возвратный механизм).

Если же цилиндру характерна двусторонняя система воздействия, то его перемещения осуществляются полностью под влиянием сжатого воздуха, что исключает какие-либо внешние воздействия.

Особенности выбора пневматических цилиндров

Системы, использующие работу пневматических цилиндров, нашли весьма широкое применение в промышленности. И в зависимости от требований, предъявляемых к системе, вы можете выбрать цилиндры различной конструкции. Возможна также установка нескольких пневмоцилиндров, характеризующихся различной длиной хода. Рабочий орган, в таком случае, будет иметь несколько фиксированных положений. Давление воздуха увеличивается прямо пропорционально количеству установленных цилиндров.

Источник

Принцип работы пневмоцилиндра

Пневматические цилиндры

Принципиальная схема пневматического цилиндра показана на рисунке.

При описании работы пнемоцилиндра наиболее часто используются следующие термины.

Принцип действия

Сжатый воздух от компрессора или другого источника подается в поршневую полость пневмоцилиндра, штоковая полость в этот момент с помощью распределителя соединяется с атмосферой, давление сжатого воздуха воздействует на поршень, заставляя его перемещаться, до тех пор, пока он не упрется в переднюю крышку.

Пневмоцилиндр совершает прямой ход, его шток выдвигается.

Усилие, развиваемое пневмоцилиндром во время прямого хода можно вычислить, используя зависимость:

По действием давления сжатого воздуха поршень станет перемещаться, шток будет задвигаться.

Усилие, развиваемое пневмоцилиндром во время обратного хода, можно вычислить, используя формулу:

Иллюстрация работы пневмоцилиндра

Пневмоцилиндр с двухсторонним штоком

Размеры эффективных площадей и объемы полостей при прямом и обратном ходах пневматического цилиндра различны. Это означает, что при прочих равных условия, пневмоцилиндр будет двигаться с разными скоростями, и создавать разные усилия при прямом и обратном ходах. Это не всегда желательное явление.

Если пневмоцидиндр должен действовать одинаково как при прямом, так и при обратном ходе, то используют пневмоцилиндр с двухсторонним штоком.

В пневмоприводах применяются конструкции с закрепленной гильзой или с закрепленным штоком. Во втором случае сжатый воздух подводится в рабочие полости через шток.

Телескопический пневмоцилиндр двухстороннего действия

Телескопическая конструкция, при которой, каждый последующий шток установлен внутри предыдущего, позволяет значительно уменьшить габариты пневмоцилиндра. Это актуально для тех цилиндров, у которых ход превышает диаметр поршня в 10 раз. В телескопических пневматических цилиндрах двухстороннего действия сжатый воздух в рабочие полости поступает через отверстия, выполненные в штоке.

Пневмоцилиндры одностороннего действия

В пневмоцилиндрах одностороннего действия сжатый воздух подается только в одну полость, обратный ход осуществляется за счет пружины, или под действием внешнего воздействия.

Пневмоцилиндр с пружинным возвратом

На рисунке показан пневматический цилиндр одностороннего действия с пружинным возвратом. Прямой ход осуществляется за счет энергии сжатого воздуха, подводимого в полость цилиндра. Для осуществления обратного хода может использоваться пружина сжатия или растяжения. Пружина может устанавливать как в штоковой, так и в поршневой полости.

Плунжерный пневматический цилиндр

В пневоцилиндрах этого типа сжатый воздух воздействует на плунжер, заставляя его выдвигаться, преодолевая внешнее воздействие. Усилие, развиваемое плунжерным пневмоцилиндром при прямом можно вычислить, используя формулу:

Обратный ход осуществляется под воздействием внешних сил. Плунжер может изготавливаться с внешним упором (как показано на рисунке) или без него.

Телескопический пневматический цилиндр одностороннего действия

В телескопическом цилиндре одностороннего действия сжатый воздух подводится через заднюю крышку, секции выдвигаются последовательно.

Источник

Конструкция и разновидности пневматических цилиндров

Пневматические цилиндры – это приспособления для линейного перемещения рабочего органа станков и других механизмов. В отличие от исполнительных устройств поворотного типа, имеющих довольно сложную конструкцию, пневмоцилиндры состоят из полой гильзы, внутри которой при помощи сжатого воздуха движется шток, создавая втягивающее и толкающее воздействие на механизмы.

Для снижения ударной нагрузки в конце хода штока используются демпферы. При небольшой энергии удара данную роль выполняют резиновые кольца. В больших цилиндрах применяется система отсечения части воздуха с его последующим медленным истечением через дроссель.

По принципу работы данный тип оборудования можно разделить на следующие виды:

Односторонний цилиндр имеет одно впускное отверстие и совершает рабочий ход только в одном направлении, в то время как двусторонний цилиндр, имеющий впускные отверстия с двух сторон, позволяет совершение рабочего хода в двух направлениях.

По числу конечных положений поршня пневмоцилиндры могут быть:

В зависимости от назначения пневматические цилиндры могут иметь разные варианты исполнения элементов конструкции.

Более подробно ознакомиться с наиболее часто встречающимися видами пневматических цилиндров и их условными обозначениями можно здесь.

Источник

Пневматическое и гидравлическое оборудование. Приводные системы.

Продукция

Подготовка сжатого воздуха

Пневмораспределители

Клапаны/ Фильтры

Пневмодроссели

Пневматические цилиндры/приводы

Резьбовые соединения / трубки

Контрольно-измерительная аппаратура

Вакуумное оборудование

Оборудование для смазки и обдува

Гидравлическое оборудование

Запорная арматура / шаровые краны

Электромеханический привод

Обратные клапаны

Пневмоцилиндры

В пневмосистемах энергия давления сжатого воздуха преобразуется в механическую энергию исполнительных механизмов при воздействии воздуха на их рабочие органы, которыми могут служить поршень, лопатка или мембрана. Усилие, развиваемое исполнительным механизмом, пропорционально дав­лению в нем, а скорость движения выходного звена определяется расходом сжатого воздуха.

Широкая гамма конструктивных решений исполнительных механизмов дает возможность осуществлять множество разнообразных операций. которые могут выполнять следующие виды движения:

поворотное (в ограниченном угловом диапазоне);

По реализуемому виду движения исполнительные механизмы подразделяются на три основных типа:

-линейные пневмодвигатели — пневматические цилиндры;

-пневмодвигатели вращательного действия — пневматические моторы.

В отдельную группу можно выделить специальные пневматические исполнительные механизмы — вакуумные захваты, цанговые зажимы и т. п.

Все перечисленные типы механизмов имеют свои преимущества и недостатки, и соответственно характеризуются некоторой пред­почтительной областью применения.

Пневматические цилиндры (пневмоцилиндры ) являются наиболее часто применяемой конструкцией и имеют широкий диапазон основных параметров:

диаметр поршня: 2,5 — 320,0 мм;

рабочий ход: 1 — 2000 мм (в бесштоковых конструкциях до 10 м);

развиваемое усилие: 2 — 50000 Н;

скорость движения выходного звена: 0,02 — 1,50 м/с.

По функциональным возможностям пневмоцилиндры подразделяют на два базовых типа:

пневмоцилиндры одностороннего действия — подача сжатого воздуха в них осуществляется для выполнения рабочего хода в одном направлении;

пневмоцилиндры двустороннего действия: полезная работа совершается ими как при прямом, так и приобратном ходе поршня.

Пневмоцилиндры одностороннего действия

Рис.6.1. Пневмоцилиндр одностороннего действия

На рис. 6.1 цилиндрический корпус 5 с обеих сторон закрыт крышками 1 и 8. В задней крышке 1 выполнено отверстие для подвода воздуха, а передняя крышка 8 имеет декомпрессионное отверстие с вмонтированным фильтроэлементом 7. Поршень 2 делит внут­реннее пространство корпуса (гильзы ) на две полости: штоковую и поршневую. Шток 4 жестко связан с поршнем. Полости разграничены уплотнением 3 (манжетой ). Передняя крышка 8 снабжена направляющей втулкой 9, которая является опорой скольжения штока, передающего усилие от поршня на вне­шний объект. Возвратная пружина 6 смонтирована внутри цилиндра и охватывает шток.

Рабочий ход пневмоцилиндра осуществляется при подаче сжатого воздуха в поршневую полость; обратный ход происходит под действием встроенной пружины, что обусловливает меньшее потреб­ление воздуха по сравнению с пневмоцилиндрами двустороннего действия аналогичных размеров. Кроме того, в пневмоцилиндрах одностороннего действия не требуется полная герметизация штоковой полости, постоянно связанной с атмосферой, а отсутствие дополни­тельных уплотнений снижает потери на трение.

Пневмоцилиндры одностороннего действия применяют в тех случаях, когда требу­ется передача усилия только в одном направлении, а возврат происходит беспрепятственно. а также тогда, когда из соображений безопасности должно обеспечи­ваться втянутое положение штока при отключении питания (падении давления сжатого воздуха в пневмосети). Область применения пневмоцилиндров одностороннего действия ограничена недостатками, присущими данной конструкции:

рабочее усилие снижено вследствие противодействия пружины (примерно на 10%);

малое усилие при обратном ходе (примерно 10% рабочего);

ограниченное перемещение штока (обычно не более 100 мм);

увеличенные продольные габариты (прибавляется длина сжатой пружины).

Рис. 6.2, Мембранные пневмоцилиндры одностороннего действия

Мембранный пневмоцилиндр одностороннего действия, показанный на рис. 6.2, б, предназначен для зажима деталей с целью их последующей механической обработки. В таком пневмоцилиндре отсутствует шток, а усилие передается непосредственно через мембрану 1, рабочий ход которой составляет 1 — 5 мм.

На принципиальных пневмосхемах пневмоцилиндры одностороннего действия, вне зависимости от конкретного конструктивного исполнения, обозначаются символами, приведенными на рис. 6.3.

Рис. 6.3. Условные графические обозначения пневмоцилиндров одностороннего действия

На рис. 6.3, а показано условное графическое обозначение пневмоцилиндра одностороннего действия, в ко­тором рабочий ход осуществляется при выдвигании штока, а на рис. 6.3, б — при его втягивании.

Пневмоцилиндры двустороннего действия

Пневмоцилиндры двустороннего действия применяют в тех случаях, когда требуется передавать рабочее усилие при линейных перемещениях в обоих направлениях, например при перемещении, установке, подъеме и опускании рабочих органов машин и других производственно-технологических операциях.

Рис. 6.4. Пневмоцилиндр двустороннего действия

Перемещение штока в любом направлении является рабочим и может осуществляться под нагрузкой. При обратном ходе поршня штоковая полость находится под избыточным давлением, что связано с необходимостью установки дополнительных уплотнений на поршне и в передней крышке для предотвращения утечек сжатого воздуха по штоку.

В поршневых пневмоцилиндрах одностороннего и двустороннего действия практически все элементы, а также способы их крепления одинаковы.

Рис. 6.5. Способы крепления крышек пневмоцилиндров

Технология производства цельнотянутых гильз-корпусов позволяет при необходимости выполнять в них каналы для подвода воздуха, пазы для датчиков положения поршня; придавать конфигурацию, удобную для монтажа и обслуживания.

Пневмоцилиндры с демпфированием в конце хода

Рис. 6.6. Пневмоцилиндр двустороннего действия с демпфированием в конце хода

Расширение функциональных возможностей таких цилиндров достигается путем введения в традиционную конструкцию дополнительных элементов. По обе стороны поршня устанавливают втулки демпфера 2, а в крышках цилиндра — уплотнительные манжеты 1 и дроссели 5 с обратным клапаном 6. Сжатый воздух, подводимый к цилиндру, свободно поступает в соответствующую полость, в том числе и через встроенный обратный клапан 6. Поршень движется к удаленной от него в этот момент крышке с максимальной скоростью до тех пор, пока втулка демпфера 2 не дойдет до уплотнительных манжет 1. При этом происходит «запирание » некоторого объема отводимого из цилиндра воздуха в полости, которая только что была соединена с атмосферой. Теперь воздух из этой полости может вытесняться в атмосферу лишь через отверстие малого диаметра в дросселе 5, величину проходного сечения которого можно изменять. Между крышкой и поршнем образуется «воздушная подушка». При дальнейшем движении поршня воздух в запертом объеме начинает сжиматься, давление воз­растает, что приводит к торможению поршня, степень которого тем больше, чем меньше проходное сечение дросселя. В конечном итоге поршень упирается в крышку без удара, мягко.

При изменении направления движения сжатый воздух свободно поступает под поршень через обратный клапан 6, составляющий вместе с дросселем 5 единый узел, что обеспечивает быстрое трогание цилиндра с места.

При очень больших инерционных нагрузках или высоких скоростях движения поршня дополнительно уста­навливают внешние гидравлические амортизаторы.

Следует отметить, что пневмоцилиндр, показанный на рис. 6.6, существенно отлича­ется от рассмотренных выше конструкций тем, что в нем помимо установленных регулируемых демпферов смонтирован на поршне кольцевой постоянный магнит 3, магнитное поле которого распространяется за преде­лы гильзы и может регистрироваться с помощью специальных датчиков. Таким образом обеспечивается воз­можность контроля определенных функционально важных положений выходного звена пневмоцилиндра.

Для защиты штока от внешних загрязнителей в проходной (передней ) крышке практически всех пневмоцилиндров устанавливают грязесъемное кольцо 4.

Наличие в пневмоцилиндре регулируемых демпфирующих устройств отображается в условном графичес­ком обозначении стилизованным изображением втулок демпферов, пересеченных стрелкой, а наличие посто­янного магнита — жирной линией на изображении поршня.

Описанная конструкция пневмоцилиндров благодаря своей простоте и функциональным возможностям яв­ляется наиболее распространенной, и ее можно назвать типовой или даже традиционной.

Ппневмоцилиндрам двустороннего действия присущ ряд недостатков, ограничивающих область их применения:

усилия при прямом и обратном ходах поршня различны вследствие неодинаковости его площадей в штоковой и поршневой полостях;

шток расположен консольно, причем размер консоли различен во втянутом и выдвинутом положении;

шток хорошо воспринимает только осевую нагрузку, а радиальную — плохо.

Пневмоцилиндры с проходным штоком

Рис. 6.7. Пневмоцилиндр с проходным (двухсторонним ) штоком

Подобная конструкция имеет ряд преимуществ:

возможность осуществления рабочих перемещений со стороны обоих торцов пневмоцилиндра;

нагрузка на шток воспринимается двумя опорами, что увеличивает срок службы пневмоцилиндра;

равенство площадей поршня в обеих рабочих полостях, что обеспечивает равные рабочие усилия при движении его в любом направлении.

К недостаткам пневмоцилиндров с проходным штоком относят увеличенный почти вдвое по сравнению с традиционной конструкцией продольный габарит пневмоцилиндра за счет увеличения длины штока.

Применяют также пневмоцилиндры, в которых проходной шток выполнен полым, что позволяет использо­вать его как часть трубопровода, что в некоторых случаях является удобным конструктивным решением.

Рис. 6.8. Тандем-пневмоцилиндр

Тандем-пневмо-цилиндр, или сдвоенный пневмоцилиндр, — это, по существу, два пневмоцилиндра двусто­роннего действия, объединенные в одном корпусе и имеющие общий шток. По сравнению с традиционными пневмоцилиндрами того же диаметра усилия, развиваемые тандем-пневмоцилиндрами, фактически в два раза больше вследствие суммирования усилий, получаемых одновременно на двух поршнях.

Если необходимо увеличить развиваемое пневмоцилиндром толкающее усилие в три-четыре раза, приме­няют секционные пневмоцилиндры, которые последовательно стыкуются между собой. Наличие в их корпусах распределительных каналов позволяет подводить сжатый воздух в полости всех пневмоцилиндров всего через два внешних подсоединения.

Продольный габарит тандем-пневмоцилиндров как минимум в два раза больше, чем традици­онных пневмоцилиндров. В конструкции, представленной на рис. 6.9, этот недостаток отсутствует.

Рис. 6.9. Компактный тандем-пневмоцилиндр

В таком пневмоцилиндре развиваемое усилие увеличивается в два раза только при выдвижении штока-плунжера 3, т. к. при этом сжатый воздух воздействует на один внешний 1 и один внутренний 2 его торцы. При втягивании же штока цилиндр развивает незначительные усилия.

Традиционные конструкции пневмоцилиндров позволяют обеспечить две точки позиционирования штока и соотвественно, связан­ных с ними объектов — «шток втянут» и «шток выдви­нут». Область эффективного применения пневмоцилиндров значительно расширяется, если реализуются ос­танов и удержание их выходных звеньев в некоторых заданных промежуточных точках с допустимыми позиционными ошибками. В зависимости от предъявляемых требований — числа точек позиционирования выходного звена, частоты их смены (режима работы), необходимой точности отработки приводом заданного перемеще­ния — используют пневматические механизмы различной структуры и с различными принципами управления движением выходного звена.

Чтобы обеспечить некоторое ограниченное число точек позиционирования (более двух), применяют многопозиционные пневмоцилиндры, состоящие из двух или более пневмоцилиндров с различными рабочими ходами.

Рис. 6.10. Многопозиционные пневмоцилиндры

Во время работы корпус четырех-позиционного пневмоцилиндра перемещается, и следовательно, пневмоцилиндр должен быть укомплектован при монтаже подвижными соединениями для пневмошлангов.

Число точек позиционирования можно увеличить, если скомбинировать таким же образом не два, а боль­шее число пневмоцилиндров. При этом следует учитывать, что подобные конструкции могут функционировать нестабильно, когда штоки разных цилиндров движутся в противоположных направлениях.

Пневмоцилиндры с фиксатором штока

Рис. 6.11. Пневмоцилиндр с фиксатором штока

На рис. 6.11 шток 6 удерживается разрезным тормозным башмаком 4, кото­рый обжимает его под действием встроенной пружины 1. Разблокировка штока 6 осуществляется при подаче сжатого воздуха в рабочую полость 5 фиксатора. При этом поршень 2, сжимая пружину 1, освобождает элемен­ты конструкции 3, прижимающие тормозной башмак 4 к штоку 6. Фиксаторы позволяют надежно удерживать шток пневмоцилиндра под нагрузкой даже при внезапном падении давления в пневмосети.

Там, где требуются значительные (до нескольких метров) переме­щения объектов, применение пневмоцилиндров традиционного исполнения затруднительно или невозможно. Для обеспечения большого хода необхо­дим шток соответствующей длины, что обусловливает резкое увеличение продольного габарита пневмоцилин­дра; значительные размеры консольной части штока в выдвинутом положении могут стать причи­ной потери устойчивости под нагрузкой.

Так как шток предназначен только для передачи усилия от поршня к внешнему объекту, то бесштоковые конструкции, в которых усилие передается непосредственно от пор­шня, имеют очевидные преимущества, главное из которых заключается в как минимум двукратном уменьше­нии продольного габарита по сравнению с пневмоцилиндром традиционной конструкции с той же величиной хода.

Очевидно, что преимущества бесштоковых пневмоцилиндров проявляются в значи­тельной степени при больших величинах рабочего хода.

Рис. 6.12. Пневмоцилиндр с гибким штоком

Жесткий шток в данной конструкции заменен покрытым нейлоном металлическим тросом 3 (либо лентой из синтети-ческого материала), охватывающим ролики 1, размещенные в крышках пневмоцилиндра. Внутри гиль­зы 4 цилиндра трос 3 жестко связан с поршнем 5, а снаружи — с кареткой 2, к которой и крепится перемещае­мый объект.

Данное техническое решение, несмотря на свою относительную простоту, не получило широкого распрост­ранения.

Рис. 6.13. Пневмоцилиндр с магнитной муфтой

По сравнению с конструкциями, в которых усилие с поршня на нагрузку передается механическим путем, в пневмоцилиндрах с магнитной муфтой при равных значениях диаметра цилиндра и давления питания разви­ваемое усилие приблизительно на 20% меньше. Такие пневмоцилиндры чувствительны к перегрузкам, могущим привести к «разрыву » муфты.

Установив дополнительные магнитные кольца, можно увеличить силу магнитного сцепления порш­ня с кареткой, однако в этом случае возрастает продольный габарит поршня и всей конструкции в целом.

Особенности конструктивного исполнения пневмоцилиндров с магнитной муфтой (нежесткая связь между поршнем и кареткой, эксцентричное положение нагрузки) накладывают ограничения на величины осевых и радиальных нагрузок и местонахождение точек их приложения, а также на допустимое соотношение скорости и массы перемещаемых объектов.

Рис. 6.14. Пневмоцилиндр с ленточным уплотнением

Рис. 6.15. Бесштоковые пневмоцилиндры с направляющими

Защита штока пневмоцилиндра от проворота

Рис.6.16. Пневмоцилиндры с непроворачивающимся штоком

Различные условия работы пневмоцилиндров обусловливают различные способы их монтажа. Способ монтажа существенно влияет на эксплуатационные показатели пневмопривода и ведомого механизма. Поэтому его необходимо выбирать так, чтобы:

на штоке не возникали радиальные нагрузки;

шток не потерял устойчивость в полностью выдвинутом положении.

Рис. 6.17. Способы монтажа пневмоцилиндров

Рис. 6.18. Элементы соединений штоков пневмоцилиндров с ведомыми механизмами

Серьги, содержащие шаровой элемент, разрешают поворот оси присоединительного отверстия на несколь­ко градусов, а муфты допускают также и радиальное смещение штока и ведомого механизма на несколько десятых долей миллиметра.

Следует иметь в виду, что предельно допустимые осевые нагрузки на шток зависят от способа монтажа. Хотя напряжения в штоке от чистого сжатия невелики, при больших рабочих ходах возможна потеря устойчиво­сти вследствие продольного изгиба. Устойчивость штока проверяется по обобщенной формуле Эйлера.

При монтаже, необходимо соблюсти меры, исключающие возможность повреждения цилиндров (в особенно­сти штоков) и попадания загрязнителей в их внутренние полости. Места установки пневмоцилиндров должны быть доступны для обслуживания в процессе эксплуатации.

Источник