อะไรนะ กระบอกลม จริงๆแล้วทำในสายการผลิต
กระบอกลมจะแปลงแรงดันอากาศอัดให้เป็นแรงเชิงกลเชิงเส้น และคำตอบสั้นๆ สำหรับทุกคนที่เลือกอย่างใดอย่างหนึ่งคือ: ขนาดรูจะกำหนดแรงที่ส่งออก ความยาวช่วงชักจะกำหนดระยะการเคลื่อนที่ และการออกแบบก้านจะกำหนดความสามารถในการรับน้ำหนักภายใต้ภาระด้านข้าง . กระบอกสูบนิวแมติกแอคทูเอเตอร์มาตรฐานที่ทำงานบนอากาศในร้าน 6 บาร์ (87 psi) ที่มีรูขนาด 32 มม. ให้แรงกดประมาณ 482 นิวตันในจังหวะการกด ซึ่งเพียงพอที่จะขับเคลื่อนงานจับยึด การยก และการกดส่วนใหญ่ที่พบในอุปกรณ์บรรจุภัณฑ์และการประกอบ หากกระบวนการต้องการแรงมากขึ้นโดยไม่เพิ่มขนาดรู แนวทางปฏิบัติเพียงอย่างเดียวคือการเพิ่มแรงดันในแนวท่อ (ภายในขีดจำกัดพิกัดของกระบอกสูบ โดยทั่วไปคือ 10 บาร์สำหรับหน่วยมาตรฐาน) หรือเปลี่ยนไปใช้การออกแบบกระบอกสูบแบบเรียงกันที่ซ้อนลูกสูบสองตัวไว้บนก้านเดียว
กระบอกสูบแอคชูเอเตอร์แบ่งออกเป็นสองกลุ่มตระกูลเครื่องจักรกลกว้างๆ ได้แก่ กระบอกสูบแบบออกทางเดียวซึ่งใช้แรงดันอากาศเพื่อเคลื่อนที่ไปในทิศทางเดียวและใช้สปริงเพื่อกลับ และกระบอกสูบแบบสองทางซึ่งใช้แรงดันอากาศในการยืดและการถอยกลับ การออกแบบที่ออกฤทธิ์สองครั้งคิดเป็นประมาณ 75% ของการติดตั้งกระบอกนิวแมติกอุตสาหกรรมตามข้อมูลผู้จัดจำหน่ายส่วนประกอบจากแค็ตตาล็อก Festo และ SMC ส่วนใหญ่เป็นเพราะมีการควบคุมแรงและความเร็วในทั้งสองทิศทาง และไม่สิ้นเปลืองพลังงานในการบีบอัดสปริงส่งคืนในทุกรอบ
การคำนวณแรงของกระบอกสูบ: ตัวเลขที่สำคัญ
สูตรแรงสำหรับกระบอกสูบนิวแมติกนั้นตรงไปตรงมา: แรง (N) = ความดัน (บาร์) x พื้นที่ (ซม.²) x 10 . พื้นที่ลูกสูบคำนวณจากเส้นผ่านศูนย์กลางของรูเจาะโดยใช้สูตรพื้นที่วงกลมมาตรฐาน π คูณรัศมีกำลังสอง สำหรับจังหวะด้านก้าน (การดึงกลับ) พื้นที่หน้าตัดของก้านจะต้องถูกลบออกจากพื้นที่ลูกสูบทั้งหมด ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมแรงดึงกลับจึงต่ำกว่าแรงขยายบนกระบอกสูบแบบแสดงสองทางเสมอ ซึ่งมักจะอยู่ที่ 10% ถึง 15% ขึ้นอยู่กับเส้นผ่านศูนย์กลางของก้าน
| เส้นผ่านศูนย์กลางเจาะ | บริเวณลูกสูบ | แรงที่ 6 Bar | การใช้งานทั่วไป |
|---|---|---|---|
| 16 มม | 2.01 ตร.ซม | 120 น | การดีดชิ้นส่วนขนาดเล็ก, การกั้นประตู |
| 25 มม | 4.91 ตร.ซม | 295 น | อุปกรณ์จับยึดแบบเบา |
| 32 มม | 8.04 ตร.ซม | 482 น | ตัวหยุดสายพานลำเลียง, แผ่นดัน |
| 50 มม | 19.63 ตร.ซม | 1178 น | การอัดขึ้นรูป, การขึ้นรูปโลหะแผ่น |
| 80 มม | 50.27 ตร.ซม | 3016 น | การหนีบหนัก, เครื่องมือหล่อแบบตายตัว |
เป็นที่น่าสังเกตว่าแรงทางทฤษฎีจากสูตรนี้แสดงถึงผลลัพธ์สูงสุดที่มีอยู่ก่อนการสูญเสียแรงเสียดทาน แรงส่งในโลกแห่งความเป็นจริงจะลดลงประมาณ 5% ถึง 10% เนื่องจากแรงเสียดทานของซีล โดยเฉพาะอย่างยิ่งในกระบอกสูบที่ทำงานเป็นเวลานานโดยไม่มีการบำรุงรักษาการหล่อลื่น
รูปแบบของตัวถังและเวลาที่แต่ละแบบจะพอดี
กระบอกลมถูกผลิตขึ้นในรูปแบบตัวถังหลายแบบ และการเลือกรูปแบบที่ไม่ถูกต้องเป็นสาเหตุหนึ่งของการสึกหรอก่อนวัยอันควรในอุปกรณ์อัตโนมัติ
กระบอกสูบตัวกลม (ISO 6432)
ตัวเลือกเหล่านี้เป็นตัวเลือกที่กะทัดรัดที่สุดสำหรับขนาดรูที่กำหนด และสามารถติดตั้งเข้ากับเฟรมเครื่องจักรที่คับแคบได้อย่างง่ายดายโดยใช้เคลวิสหรือฉากยึดหน้าแปลน โดยทั่วไปจะพบในขนาดรูตั้งแต่ 8 มม. ถึง 25 มม. และนิยมใช้กับแขนหยิบและวาง กลไกการดีดตัวขนาดเล็ก และการใช้งาน gating ที่พื้นที่ตามแกนการกระตุ้นมีจำกัด
โปรไฟล์ตัวถัง (ISO 15552)
ตัวกล้องหน้าตัดสี่เหลี่ยมหรือสี่เหลี่ยมพร้อมช่องติดตั้งในตัวทั้งสี่ด้าน พื้นผิวเรียบและร่องช่องตัว T ช่วยให้นักออกแบบสามารถยึดเซ็นเซอร์ ขายึด และรางนำทางเข้ากับตัวกระบอกสูบได้โดยตรงโดยไม่ต้องติดตั้งเพิ่มเติม รูปแบบนี้โดดเด่นในช่วงรูเจาะ 32 มม. ถึง 125 มม. และเป็นตัวเลือกเริ่มต้นสำหรับระบบอัตโนมัติทางอุตสาหกรรมทั่วไป
กระบอกสูบแบบมีไกด์ (แบบสไลด์)
สิ่งเหล่านี้รวมกระบอกสูบมาตรฐานเข้ากับแท่งนำทางเชิงเส้นในตัว ซึ่งโดยทั่วไปแล้วจะมีเพลาเหล็กชุบแข็งสองตัวที่ขนานกับแท่งหลัก แกนนำจะดูดซับแรงด้านข้างและแรงบิดที่อาจจะทำให้แกนกระบอกสูบและซีลมาตรฐานโค้งงอหรือสึกหรอ การใช้งานใดๆ ที่มีการจ่ายโหลดนอกศูนย์กลางจากเส้นกึ่งกลางของก้าน เช่น แขนดันหรือมือจับแบบหมุน ควรใช้กระบอกสูบนำทางแทนกระบอกสูบมาตรฐาน เนื่องจากการโหลดด้านข้างเป็นสาเหตุใหญ่ที่สุดเพียงประการเดียวของความล้มเหลวของซีลก้านสูบก่อนกำหนด
กระบอกสูบขนาดกะทัดรัด
หน่วยโปรไฟล์แบนช่วงชักสั้นได้รับการออกแบบมาเพื่อการจับยึดในพื้นที่แนวแกนสูง เช่น บนโต๊ะหมุนแบบหลายสถานี ระยะชักนั้นแทบจะไม่เกิน 50 มม. แต่หน้ายึดแบบแบนและความยาวโดยรวมที่ลดลง ทำให้เหมาะสำหรับการติดตั้งที่กระบอกสูบมาตรฐานไม่พอดี
รูปแบบการติดตั้งและข้อด้อยทางกล
รูปแบบการติดตั้งที่เลือกไม่เพียงส่งผลต่อการติดตั้งเท่านั้น แต่ยังส่งผลต่อการโค้งงอของตัวถังและประสบการณ์ของก้านสูบระหว่างการทำงานด้วย
- การติดตั้งเท้า : ยึดด้วยสลักเกลียวที่ด้านล่างของตัวกระบอกสูบ เรียบง่ายและแข็งแกร่ง แต่ต้องมีการวางแนวรับน้ำหนักให้เหมาะสมเพื่อหลีกเลี่ยงโมเมนต์โค้งงอบนท่อตัวถัง
- การติดตั้งหน้าแปลน : ยึดติดที่ฝาครอบหรือส่วนหัว มีความแข็งมากสำหรับการใช้งานแบบผลัก/ดึงตามแนวแกน ซึ่งพบได้ทั่วไปในอุปกรณ์ปั๊มและปั๊ม
- การติดตั้งรองแหนบ : จุดหมุนช่วยให้กระบอกสูบแกว่งได้ในขณะที่ขยายออก ซึ่งจำเป็นสำหรับแขนจับยึดและกลไกการยกที่หมุนผ่านส่วนโค้ง แทนที่จะเคลื่อนที่เป็นเส้นตรง
- การติดตั้งเคลวิส : การเชื่อมต่อแบบพินและส้อมที่ด้านหลังของกระบอกสูบ ซึ่งมักจะจับคู่กับเคลวิสที่ปลายก้านเช่นกัน ทำให้กระบอกสูบทั้งหมดหมุนได้ในระหว่างการชัก
ตัวยึด Trunnion และ Clevis เป็นตัวเลือกเดียวที่ควรใช้เมื่อเส้นทางการสั่งงานไม่เป็นเส้นตรง เนื่องจากการยึดแบบแข็งบนภาระที่หมุนได้จะทำให้ก้านลูกสูบโค้งงออย่างรวดเร็ว
ปริมาณการใช้อากาศ: การปรับขนาดคอมเพรสเซอร์อย่างถูกต้อง
ปัจจัยหนึ่งที่ถูกมองข้ามเมื่อเพิ่มกระบอกสูบลงในระบบนิวแมติกที่มีอยู่คือความต้องการอากาศทั้งหมด แต่ละรอบของกระบอกสูบจะใช้ปริมาตรอากาศอัดเท่ากับพื้นที่ลูกสูบคูณด้วยระยะชัก ซึ่งจะเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่าสำหรับกระบอกสูบแบบแสดงสองทาง เนื่องจากทั้งสองห้องเติมและระบายออกในแต่ละรอบ
ตัวอย่างเช่น กระบอกสูบขนาด 50 มม. ที่มีระยะชัก 200 มม. มีปริมาตรลูกสูบประมาณ 393 ซม. ในด้านส่วนขยาย เพิ่มปริมาตรด้านก้าน (ลดลงเล็กน้อยเนื่องจากการแทนที่ของก้าน เรียกว่า 370 ซม.) และหนึ่งรอบเต็มจะใช้อากาศอิสระประมาณ 763 ซม.³ ที่ความดันบรรยากาศ คูณด้วยอัตราส่วนการอัด ที่ 6 บาร์ (7 บาร์สัมบูรณ์) นั่นคือประมาณ 5.3 ลิตรของอากาศอิสระต่อรอบ เครื่องจักรที่ใช้กระบอกสูบนี้ที่ 20 รอบต่อนาที จะใช้อากาศอิสระประมาณ 106 ลิตรต่อนาทีสำหรับแอคทูเอเตอร์ตัวนั้นเท่านั้น ซึ่งเป็นภาระที่มีความหมายเมื่อคูณกับเครื่องจักรที่มีกระบอกสูบตั้งแต่หนึ่งโหลขึ้นไป
| ขนาดเจาะ | ระยะชัก 100 มม | ระยะชัก 200 มม | ระยะชัก 300มม |
|---|---|---|---|
| 25 มม | 26 ลิตร/นาที | 52 ลิตร/นาที | 78 ลิตร/นาที |
| 32 มม | 42 ลิตร/นาที | 84 ลิตร/นาที | 127 ลิตร/นาที |
| 50 มม | 53 ลิตร/นาที | 106 ลิตร/นาที | 159 ลิตร/นาที |
| 80 มม | 135 ลิตร/นาที | 271 ลิตร/นาที | 406 ลิตร/นาที |
โดยทั่วไปแล้ว พืชจะดูถูกขนาดคอมเพรสเซอร์เมื่อเพิ่มเซลล์อัตโนมัติใหม่ เนื่องจากเซลล์เหล่านี้คำนวณตามกระบอกสูบเพียงอย่างเดียว โดยไม่คำนึงถึงอัตรารอบ คอมเพรสเซอร์ที่มีขนาดเล็กเกินไปสำหรับความต้องการทั้งหมดจะทำให้แรงดันในท่อลดลงในระหว่างการหมุนรอบสูงสุด ซึ่งจะลดแรงที่ส่งออกของกระบอกสูบทุกตัวบนระบบโดยตรงไปพร้อมๆ กัน ในบางครั้งทำให้ช่างเทคนิควินิจฉัยอาการผิดพลาดเนื่องจากแอคทูเอเตอร์ที่ล้มเหลวเมื่อสาเหตุที่แท้จริงอยู่ที่ต้นทาง
ระบบกันกระแทกเมื่อสิ้นสุดจังหวะและสาเหตุที่ทำให้ยืดอายุการใช้งาน
เมื่อสิ้นสุดจังหวะแต่ละครั้ง ลูกสูบจะชะลอตัวลงโดยการกระแทกเข้ากับฝาท้าย เว้นแต่จะมีระบบกันกระแทกบางรูปแบบ กระบอกสูบมาตรฐานที่ไม่มีตัวกันกระแทกจะถูกจำกัดความเร็วลูกสูบที่ค่อนข้างต่ำ โดยทั่วไปจะต่ำกว่า 0.3 เมตรต่อวินาที ก่อนที่แรงกระแทกจะเริ่มสร้างความเสียหายให้กับลูกสูบ ฝาครอบปลาย และฮาร์ดแวร์สำหรับติดตั้ง
ระบบกันกระแทกแบบปรับได้ใช้วาล์วเข็มเพื่อควบคุมอากาศเสียในระยะ 10 ถึง 15 มม. สุดท้ายของการเคลื่อนที่ ชะลอความเร็วของลูกสูบก่อนที่จะสัมผัสกับฝาปิดท้าย คุณสมบัติเดียวนี้สามารถยืดอายุการใช้งานของกระบอกสูบได้อย่างมาก เนื่องจากการกระแทกทางกลซ้ำๆ ของการหยุดแบบไม่มีเบาะเป็นสาเหตุสำคัญในการสึกหรอของซีล การคลายตัวของตัวยึด และในที่สุดการแตกร้าวของการหล่อฝาปิดปลายบนกระบอกสูบที่ทำด้วยอะลูมิเนียม
สำหรับการใช้งานที่ทำงานด้วยความเร็วมากกว่า 0.5 ม./วินาที หรือสำหรับกระบอกสูบใดๆ ที่มีมวลโหลดมากกว่าสองสามกิโลกรัม เบาะลมแบบปรับได้ควรถือเป็นข้อกำหนดมาตรฐานมากกว่าการอัพเกรดเพิ่มเติม . กันชนยางเป็นทางเลือกที่มีราคาต่ำกว่าสำหรับการบรรทุกที่เบากว่าและความเร็วที่ต่ำกว่า โดยดูดซับแรงกระแทกผ่านการเสียรูปแบบยืดหยุ่นมากกว่าการจำกัดอากาศ แต่จะสึกหรอและจำเป็นต้องเปลี่ยนใหม่เป็นระยะ
การเลือกใช้วัสดุสำหรับสภาพแวดล้อมการทำงานที่แตกต่างกัน
วัสดุตัวถัง ก้าน และซีลของกระบอกสูบแอคชูเอเตอร์เป็นตัวกำหนดว่ามันจะทนทานได้ดีเพียงใดภายนอกพื้นโรงงานที่สะอาด แห้ง และมีการควบคุมสภาพอากาศ
กระบอกสูบตัวถังอะลูมิเนียมมาตรฐาน
อลูมิเนียมอะโนไดซ์เป็นค่าเริ่มต้นสำหรับการใช้งานภายในอาคารทั่วไป มีน้ำหนักเบา ต้านทานการกัดกร่อนของพื้นผิวจากความชื้นปกติ และเครื่องจักรได้อย่างง่ายดายสำหรับการเจาะที่แม่นยำซึ่งจำเป็นในการรักษาการปิดผนึกที่ดี ไม่เหมาะสำหรับสภาพแวดล้อมที่มีสารเคมีชะล้างกัดกร่อนหรือการสัมผัสน้ำเค็มอย่างต่อเนื่องโดยไม่มีการเคลือบเพิ่มเติม
กระบอกสูบสแตนเลส
ใช้ในกระบวนการแปรรูปอาหาร ยา และการใช้งานทางทะเลที่มีการชะล้างด้วยน้ำยาทำความสะอาดที่มีคลอรีนหรือการสัมผัสกับอากาศเกลือเป็นประจำ กระบอกสเตนเลสมีราคาสูงกว่า โดยทั่วไปแล้วจะมีราคาสูงกว่าอะลูมิเนียมยูนิตที่เทียบเท่ากันประมาณ 1.5 ถึง 2.5 เท่า แต่หลีกเลี่ยงการกัดกร่อนแบบรูพรุนที่อาจต้องมีการเปลี่ยนบ่อยครั้งในสภาพแวดล้อมเหล่านี้
สารประกอบซีล
ซีลไนไตรล์ (NBR) เป็นมาตรฐานสำหรับการบริการอากาศทั่วไปที่อุณหภูมิตั้งแต่ -20°C ถึง 80°C สำหรับการใช้งานที่อุณหภูมิสูงใกล้กับเตาอบหรือสถานีเชื่อม ซีลฟลูออโรคาร์บอน (FKM/Viton) จะขยายช่วงการใช้งานได้สูงสุดถึงประมาณ 150°C แต่มีราคาสูงกว่ามาก สำหรับเครื่องจักรเกรดอาหารและยา จำเป็นต้องใช้สารประกอบซีลที่เป็นไปตามข้อกำหนดของ FDA และควรระบุอย่างชัดเจนเมื่อสั่งซื้อ เนื่องจากซีลมาตรฐานอาจไม่ตรงตามข้อกำหนดด้านกระบวนการสุขอนามัย
อาการความล้มเหลวที่พบบ่อยและสาเหตุที่แท้จริง
ช่างเทคนิคภาคสนามต้องเผชิญกับรูปแบบความล้มเหลวจำนวนหนึ่งบนกระบอกสูบของแอคชูเอเตอร์ซ้ำแล้วซ้ำเล่า และการจดจำรูปแบบเหล่านี้ได้อย่างรวดเร็วจะช่วยประหยัดเวลาหยุดทำงานได้อย่างมาก
| อาการ | สาเหตุน่าจะ | การดำเนินการแก้ไข |
|---|---|---|
| จังหวะช้าหรือซบเซา | ท่อขนาดเล็ก ข้อต่อจำกัด หรือแรงดันสายต่ำ | ตรวจสอบแรงดันจ่ายที่พอร์ตกระบอกสูบ เพิ่มขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของท่อ |
| อากาศรั่วจากปลายก้าน | ซีลก้านสึกหรอ มักเกิดจากการโหลดด้านข้างหรือการปนเปื้อน | เปลี่ยนชุดซีล ตรวจสอบการให้คะแนนของก้านและแหล่งโหลดด้านข้าง |
| กระบอกสูบจะดริฟท์เมื่ออากาศดับ | บายพาสซีลลูกสูบภายในช่วยให้สามารถถ่ายเทอากาศระหว่างห้องต่างๆ ได้ | เปลี่ยนซีลลูกสูบ ตรวจสอบรูเพื่อหาคะแนน |
| เสียงดังปังเมื่อสิ้นสุดจังหวะ | เบาะรองนั่งขาดหรือสึกหรอ ความเร็วมากเกินไป | ปรับวาล์วเข็มเบาะหรือเพิ่มการควบคุมการไหลของไอเสีย |
| ก้านลูกสูบงอ | โหลดด้านข้างเกินขีดจำกัดที่กำหนด การวางแนวไม่ตรง | แทนที่ด้วยกระบอกสูบนำหรือจัดตำแหน่งทางกลให้ถูกต้อง |
ความล้มเหลวของกระบอกสูบก่อนกำหนดส่วนใหญ่เกิดจากสาเหตุสองประการ: การโหลดด้านข้างบนก้านจากการติดตั้งที่ไม่ตรง และการจ่ายอากาศที่ปนเปื้อนซึ่งนำความชื้นหรืออนุภาคเข้าไปในซีล หน่วยกรอง-ควบคุม-หล่อลื่น (FRL) ที่ได้รับการบำรุงรักษาอย่างเหมาะสมที่ต้นทางของแอคทูเอเตอร์แต่ละตัวจะจัดการกับสาเหตุที่สองโดยตรง และการตรวจสอบการจัดตำแหน่งตามปกติระหว่างการบำรุงรักษาเชิงป้องกันจะอยู่ที่อันดับแรก
รายการตรวจสอบที่ใช้ได้จริงสำหรับการระบุกระบอกสูบแอคชูเอเตอร์ใหม่
เมื่อระบุกระบอกสูบตัวกระตุ้นแบบนิวแมติกใหม่สำหรับการออกแบบเครื่องจักรหรือการปรับแต่งเครื่องจักร ให้ดำเนินการตามจุดต่อไปนี้เพื่อหลีกเลี่ยงข้อผิดพลาดด้านข้อมูลจำเพาะที่พบบ่อยที่สุด
- คำนวณแรงที่ต้องการที่แรงดันเส้นต่ำสุดที่คาดไว้ ไม่ใช่แรงดันที่ระบุ เนื่องจากแรงดันอาจลดลงในระหว่างความต้องการสูงสุด
- เลือกขนาดรูที่มีระยะขอบด้านความปลอดภัยอย่างน้อย 25% สูงกว่าข้อกำหนดแรงขั้นต่ำที่คำนวณไว้
- ตรวจสอบความยาวของช่วงชักซึ่งคำนึงถึงการเคลื่อนที่ของกลไกทั้งหมดบวกกับระยะกันกระแทกที่ปลายแต่ละด้าน
- เลือกกระบอกสูบนำทางหากจะมีการจ่ายโหลดหรือแรงบิดด้านข้างให้กับก้านระหว่างจังหวะ
- จับคู่วัสดุซีลและวัสดุตัวเครื่องกับสภาพแวดล้อมโดยรอบ รวมถึงอุณหภูมิ ความชื้น และการสัมผัสสารเคมี
- ระบุประเภทกันกระแทกตามความเร็วลูกสูบและมวลโหลดที่คาดหวัง
- ยืนยันว่ารูปแบบการติดตั้งตรงกับเส้นทางโหลด เป็นเส้นตรงกับการเคลื่อนที่แบบหมุนวน
- เพิ่มปริมาณการใช้อากาศของกระบอกสูบใหม่ตามความต้องการของระบบทั้งหมด และตรวจสอบความจุของคอมเพรสเซอร์
การปฏิบัติตามลำดับนี้ตามลำดับ แทนที่จะเริ่มจากหมายเลขชิ้นส่วนแค็ตตาล็อกและการทำงานแบบย้อนกลับ ความแตกต่างระหว่างแอคทูเอเตอร์ที่ทำงานได้อย่างน่าเชื่อถือเป็นเวลาหลายปีกับอันที่กลายเป็นรายการบำรุงรักษาที่เกิดซ้ำภายในไม่กี่เดือนของการติดตั้ง
