Jak prawidłowo dobrać siłowniki pneumatyczne

Siłownik pneumatyczny zamienia energię sprężonego powietrza na ruch mechaniczny o sile proporcjonalnej do powierzchni jego cylindra i do ciśnienia roboczego.

Ten przewodnik przeprowadzi Cię przez wybór pod względem typu, wymiaru, skoku, mocowania oraz otoczenia — abyś wybrał siłownik, który naprawdę sprawdzi się w Twojej aplikacji.

Siłowniki pneumatyczne służą więc jako napędy liniowe, na przykład w prostych manipulatorach, które mają przenosić w linii prostej części lub półfabrykaty o mniejszej nośności. Siłowniki potrafią realizować nie tylko ruch liniowy, ale również obrotowy lub wahadłowy. Przydaje się to do sterowania chwytakami, elementami peryferyjnymi robotów i urządzeń zautomatyzowanych stanowisk pracy.

Napędy pneumatyczne są powszechnie stosowane w przemyśle spożywczym, gdzie trzeba zapewnić czystość zakładu (dlatego układy hydrauliczne się tam nie nadają).

Gdzie wszędzie znajdziemy siłowniki pneumatyczne

• w obrotowych i liniowych systemach pozycjonowania w układach automatyki
• w narzędziach pneumatycznych, np. w młotach pneumatycznych (młotach udarowych), manipulatorach ręcznych itd.
• w układach hamulców pneumatycznych, w zawieszeniu pneumatycznym, w podwoziach, w sterowaniu skrzyniami biegów, w pantografach itp.
• w napędach mocujących, głowicach mocujących itp.,
• w sterowaniu armaturą przemysłową w przemyśle chemicznym, energetyce, przemyśle spożywczym itd.

Zalety siłowników pneumatycznych

• Prosta konstrukcja. Gwarantuje niezawodną pracę przy minimalnej konserwacji.
• Niska cena i waga. Korzystne koszty zakupu i eksploatacji.
• Szeroki zakres temperatur. Zazwyczaj od –20 °C do +80 °C, w wersjach specjalnych od –40 °C do +250 °C.
• Odpowiedni również do stref niebezpiecznych. Na przykład zagrożonych wybuchem (ATEX).
• Bezpieczeństwo obsługi. Wycieki sprężonego powietrza w przewodzie lub w siłowniku nie stanowią zagrożenia dla obsługi maszyny.

Kryteria doboru siłownika pneumatycznego

1. Rodzaje siłowników pneumatycznych

• jednostronnego działania, dwustronnego działania
• z magnesem, bez magnesu
• o przekroju okrągłym lub nieokrągłym
• zgodne z normami (ISO 6432, ISO 15552, CNMO)
• z regulowaną amortyzacją
• z tłoczyskiem, bez tłoczyska

@KATEGORIE@(/valce-a-prislusenstvi--jednocinne-a-dvojcinne/)(20,random)(slider)

2. Wymiary siłownika: na podstawie wymaganej siły ciągnącej lub pchającej określamy odpowiednią średnicę tłoka.

3. Skok tłoka

4. Sposób mocowania siłownika w układzie pneumatycznym

5. Otoczenie – temperatura, wilgotność, zapylenie itp.

Siłownik pneumatyczny jednostronnego czy dwustronnego działania?

Siłownik jednostronnego działania

W siłowniku jednostronnego działania powietrze doprowadzane jest do tłoka tylko z jednej strony, więc siła wywołana ciśnieniem powietrza działa na powierzchnię tłoka tylko w jednym kierunku. Po przerwaniu dopływu sprężonego powietrza do siłownika tłoczysko wraca do położenia wyjściowego pod działaniem siły sprężyny. Siłowniki jednostronnego działania stosuje się do skoków do 50 mm. Do sterowania siłownikami jednostronnego działania używa się przede wszystkim zaworów 3/2.

Siłowniki pneumatyczne jednostronnego działania można wykorzystać do mocowania półfabrykatów, jako wypychacze w różnych przyrządach do podawania półfabrykatów, do ich podnoszenia i do innych operacji. W porównaniu z siłownikami dwustronnego działania o tych samych wymiarach zużywają mniej powietrza. Siła sprężyny śrubowej działa przeciwnie do siły wywołanej ciśnieniem powietrza na powierzchni tłoka, więc siła użyteczna jest mniejsza o siłę sprężyny. Siłowniki jednostronnego działania są dłuższe od siłowników dwustronnego działania o tej samej średnicy i skoku (o wymiar sprężyny).

Siłownik dwustronnego działania

Powietrze doprowadzane jest do tłoka z obu stron, więc oba ruchy, do przodu i do tyłu, realizowane są za pomocą sprężonego powietrza. Dzięki temu mogą osiągać większe skoki (do 2 m) niż siłowniki jednostronnego działania. Do sterowania siłownikami dwustronnego działania używa się przede wszystkim zaworów 5/2 i 5/3. Ruch roboczy nie jest zakłócany przez sprężynę powrotną, a ruch powrotny jest szybki i równomierny. Poza tym można ustawić prędkości ruchu tłoka w obu kierunkach. Zakres ruchu ogranicza się najczęściej zderzakami tłoka w siłowniku.

Przy wsuwaniu tłoczyska siłowniki pneumatyczne dwustronnego działania wywierają mniejszą siłę niż przy wysuwaniu, ponieważ czynna powierzchnia tłoka jest mniejsza o powierzchnię wynikającą ze średnicy tłoczyska. Trzeba to uwzględnić, jeżeli siłownik ma pracować z takim samym obciążeniem tłoczyska w obu kierunkach.

Siłowniki kwadratowe dwustronnego działania są dostępne w kilku średnicach tłoka — od mniejszych po solidne wykonania o wyższych siłach:

@produkty@(/dvojcinne-valce-ama-32mm/)(/dvojcinne-valce-ama-40mm/)(/dvojcinne-valce-ama-50mm/)(/dvojcinne-valce-ama-80mm/)(/dvojcinne-valce-ama-100mm/)(/dvojcinne-valce-ama-125mm/)(slider)

Siłownik pneumatyczny z magnesem

Jeśli potrzebują Państwo śledzić położenie tłoka, należy wybrać siłownik z magnesem. Na siłowniku instaluje się czujnik położenia (na zdjęciu czujnik zainstalowany w rowku siłownika pneumatycznego), który przez ściankę siłownika wykrywa pole magnesu zintegrowanego w tłoku.

Siłowniki o przekroju nieokrągłym

Tam, gdzie trzeba zapobiec obracaniu się tłoka wokół osi tłoczyska, wybierz siłownik pneumatyczny o przekroju nieokrągłym. Siłowniki te są bardzo sztywne i odporne na momenty. Odpowiedni typ znajdziesz w przejrzystej ofercie.

Siłowniki pneumatyczne zgodne z normami

Dostawcy siłowników często podają, jakim normom odpowiadają siłowniki pneumatyczne (ISO, VDMA, CNOMO, CETOP). To, że siłowniki produkowane są według jakiejś normy, oznacza, że producent musi dotrzymać przepisanych wymiarów zabudowy i przyłączy. Wewnętrzne rozwiązanie konstrukcyjne siłownika, rodzaj zastosowanego profilu korpusu siłownika oraz konstrukcja pokryw siłownika mogą się już różnić u poszczególnych producentów. Siłowniki według poszczególnych norm znajdziesz w przejrzystej ofercie.

Regulowane tłumienie

Przy projektowaniu mechanizmu pneumatycznego trzeba zadbać o to, aby ruch siłownika był jak najwolniejszy (a jednocześnie żeby zachowane zostały ramy czasowe danego zadania). Wolniejszy ruch oznacza słabsze uderzenie na końcu skoku, dzięki czemu wydłuża się żywotność siłownika.

Intensywne uderzenia na końcach skoku siłownika mogą prowadzić do awarii, dlatego warto je łagodzić, stosując podkładki amortyzujące, poduszki lub amortyzatory. Znacznie wydłużymy w ten sposób żywotność całego mechanizmu.

Regulowana amortyzacja umożliwia miękkie zatrzymanie w położeniach skrajnych. Krótko przed tym położeniem czop amortyzujący tłoczyska wsuwa się do wnęki w pokrywie czołowej siłownika. Powietrze, które sprężane jest w tej cylindrycznej wnęce, spowalnia ruch tłoka. Aby tłok mógł przesunąć się aż do położenia skrajnego, wnęka jest odpowietrzana małym otworem. Przy ruchu w przeciwnym kierunku powietrze przepływa swobodnie przez zawór dławiąco-zwrotny i działa ciśnieniem na przeciwną stronę tłoka.

Siłowniki z tłoczyskiem, bez tłoczyska

Przede wszystkim do układów pneumatycznych, w których wysuwające się tłoczysko przeszkadzałoby, wybierzemy siłownik bez tłoczyska. Jest bardzo oszczędny pod względem miejsca i zwykle ma tłok połączony z suwakiem na zewnątrz siłownika sztywnymi łącznikami, które poruszają się w podłużnym rowku w płaszczu siłownika. Siłowniki beztłoczyskowe produkowane są z długością skoku do 5,7 m.

Dobierzmy właściwą wielkość siłownika pneumatycznego

Do określenia prawidłowego rozmiaru siłownika kluczowa jest wymagana siła pchająca lub ciągnąca. Zależy ona od powierzchni tłoka i ciśnienia w siłowniku.

Trzeba wziąć pod uwagę:

• Wszystkie obciążenia łącznie ze stratami na tarcie – do obliczeń należy włączyć obciążenia dynamiczne i zewnętrzne.
• Dostępne robocze ciśnienie powietrza.
• Wymagania dotyczące dynamiki urządzenia – czyli prędkości i skoku tłoka.

Przy dobieraniu tłoka trzeba liczyć się z odpowiednim zapasem, ale obowiązuje zasada, że większe siłowniki nie zawsze muszą oznaczać lepsze.

Zbyt duży siłownik jest drogi w zakupie, a także jego eksploatacja jest kosztowniejsza – przewymiarowane siłowniki zużywają do pracy większą objętość sprężonego powietrza.

Niedowymiarowany siłownik będzie wprawdzie tańszy, ale może nie wytwarzać wymaganej siły, albo konieczne będzie wywołanie wymaganej siły poprzez zwiększenie ciśnienia roboczego, co oznacza dodatkowe koszty.

Obliczanie siły siłownika pneumatycznego łatwo i szybko
Aby upewnić się, czy wybrany siłownik spełni Państwa wymagania, proszę przejść do tego linku. Znajdą tam Państwo narzędzie obliczeniowe, które określi siłę siłownika pneumatycznego na podstawie średnicy tłoka i tłoczyska oraz ciśnienia sprężonego powietrza.

Montaż poziomy czy pionowy?

Jeżeli siłownik zamontowany jest w położeniu pionowym, a tłoczysko porusza się w górę i w dół, tłok przy ruchu w górę musi pokonywać siłę grawitacji i dopiero potem może przyspieszyć. Przy ruchu w dół grawitacja z kolei pomaga w przyspieszeniu. Dlatego często konieczne jest zamontowanie zaworu dławiącego, aby ograniczyć prędkość i zmniejszyć energię uderzenia na końcu skoku.

Przy wyborze siłowników do montażu pionowego wybierz typ o wyższej sile ciągnącej lub pchającej.

Skok tłoka siłownika pneumatycznego

Siłowniki zamawia się ze skokiem podawanym w milimetrach. Skok w siłownikach jednostronnego działania ograniczony jest wielkością sprężyny. Jeżeli nie znajdziemy w ofercie siłownika ze skokiem, którego potrzebujemy do swojego zadania, wybierzemy siłownik ze zderzakiem do ustawienia odpowiedniego skoku.

Sposób mocowania siłownika pneumatycznego

Mocowanie siłownika w urządzeniu zależy od funkcji, jaką siłownik będzie w urządzeniu pełnił. Siłownik można zamocować na przykład: kołnierzami, uchwytami bocznymi, stopkami, gwintem na końcu tłoczyska, zawieszeniami widełkowymi, wahliwymi lub przegubowymi itd.

Materiał i wykonanie siłownika w zależności od otoczenia

Jakim temperaturom będzie poddany siłownik? Czy w środowisku pracy występuje podwyższona wilgotność lub zapylenie? Czy na siłownik będą działać chemikalia? W zależności od otoczenia wybierzemy siłownik pneumatyczny z odpowiedniego materiału, wyposażony we właściwe uszczelnienia, pierścienie zgarniające, mankiety itp.

W niektórych zakładach, na przykład w przemyśle spożywczym, może być wymagana specjalna certyfikacja urządzenia dotycząca jego konstrukcji i zastosowanych materiałów.

Siłowniki z prowadzeniem

Tłoczysko jest obciążane głównie ciśnieniem w kierunku swojej osi (ciśnienie osiowe). Gdy działa na nie również obciążenie promieniowe (prostopadłe do osi), uzupełniamy siłownik o prowadnicę zewnętrzną, która przejmie to obciążenie. Bez takiej dodatkowej konstrukcji „prowadzącej” siłownik może przedwcześnie się zużyć lub mogą powstać nieszczelności.

Procedura wyboru siłownika pneumatycznego krok po kroku

Aby wybrać siłownik prawidłowo za pierwszym razem, warto przejść kryteria w logicznej kolejności. Poniższe zestawienie podsumowuje całe rozważanie w prostą sekwencję, którą można zastosować do większości aplikacji.

• Określ rodzaj ruchu i funkcję. Zdecyduj, czy potrzebujesz ruchu liniowego, wahadłowego czy kątowego oraz jaką operację ma wykonywać siłownik (mocowanie, podnoszenie, posuw, chwytanie).
• Wybierz jednostronnego, lub dwustronnego działania. Siłownik jednostronnego działania nadaje się do krótkich skoków i prostszych zadań z niższym zużyciem powietrza, dwustronnego działania do dłuższych skoków i kontrolowanego ruchu w obu kierunkach.
• Oblicz wymaganą siłę i średnicę tłoka. Wyjdź z wymaganej siły pchającej lub ciągnącej, dostępnego ciśnienia i uwzględnij tarcie oraz obciążenie dynamiczne. Przyjmij odpowiedni zapas, ale niepotrzebnie nie przewymiarowuj.
• Określ skok. W siłownikach jednostronnego działania ogranicza go sprężyna, przy dłuższych skokach wybierz wykonanie dwustronnego działania, ewentualnie siłownik z ogranicznikiem.
• Wybierz normę i kształt przekroju. Zgodnie z wymiarami zabudowy i sztywnością wybierz przekrój okrągły lub nieokrągły oraz odpowiednią normę (ISO 6432, ISO 15552, CNOMO).
• Dobierz osprzęt w zależności od środowiska. Magnes do wykrywania położenia, regulowane tłumienie, prowadzenie dla obciążenia promieniowego oraz odpowiednie uszczelnienie w zależności od temperatury, wilgotności i zapylenia.

Jakie są różnice między typami siłowników w praktyce

Dla szybkiej orientacji poniższe zestawienie podsumowuje trzy najczęstsze wybory, z którymi spotkasz się przy doborze, oraz ich typowe zastosowanie.

Przejrzysta oferta siłowników pneumatycznych

Małe siłowniki okrągłe wg ISO 6432

(o średnicy od 8 do 25 mm) wyróżniają się tym, że można je stosować również w układach z nieprzesmarowywanym sprężonym powietrzem. Dla doskonałej szczelności pokrywy siłowników połączone są z profilem przez zaprasowanie. Do wyboru są siłowniki z aluminium lub ze stali nierdzewnej.

Siłowniki o przekroju kwadratowym wg ISO 15552

Siłowniki o przekroju kwadratowym wg ISO 15552 (dawniej ISO 6431) wyróżniają się dużą sztywnością na zginanie i skręcanie.

Siłowniki profilowe wg CNOMO

mają pokrywy cylindrów połączone prętami ściągającymi i są wyposażone w regulowane tłumienie położeń końcowych.

Kolejne siłowniki znormalizowane

Siłowniki okrągłe RED, REDM

Siłowniki kompaktowe wg normy ISO 21287

Siłowniki gwintowane

Siłowniki krótkoskokowe

Siłowniki beztłoczyskowe

Zobacz siłowniki beztłoczyskowe

Prowadnice liniowe do siłowników

Chwytaki

W ofercie są także siłowniki pneumatyczne, które realizują ruch kątowy szczęk chwytaków:

• chwytaki kątowe
• chwytaki równoległe
• chwytaki trójpunktowe

Częste pytania

Czym różni się siłownik jednostronnego i dwustronnego działania?

Siłownik jednostronnego działania napędza tłok powietrzem tylko w jednym kierunku, a z powrotem przywraca go sprężyna — nadaje się do skoków do 50 mm. Siłownik dwustronnego działania jest napędzany powietrzem w obu kierunkach, osiąga dłuższe skoki do 2 m i umożliwia regulację prędkości ruchu.

Jak określić potrzebną średnicę tłoka?

Wyjdź z wymaganej siły pchającej lub ciągnącej oraz dostępnego ciśnienia. Do obliczeń uwzględnij tarcie oraz obciążenia dynamiczne i zewnętrzne, a także przyjmij odpowiedni zapas. Do weryfikacji użyj narzędzia do obliczania siły siłownika.

Kiedy wybrać siłownik bezprętowy?

Tam, gdzie wysuwający się tłoczysko by przeszkadzało lub gdzie potrzebujesz zaoszczędzić miejsce. Siłowniki bezprętowe produkowane są ze skokiem do 5,7 m.

Do czego służy siłownik z magnesem?

Umożliwia śledzenie położenia tłoka. Na siłowniku instaluje się czujnik, który przez ściankę wykrywa magnes zintegrowany w tłoku.

W jakim zakresie temperatur pracują siłowniki pneumatyczne?

Standardowe wykonania pracują w zakresie od –20 °C do +80 °C, wykonania specjalne nawet w zakresie od –40 °C do +250 °C.