Czym jest siłownik pneumatyczny?
Siłownik pneumatyczny to urządzenie, które zamienia energię sprężonego powietrza na ruch mechaniczny. Jest to jeden z podstawowych elementów w systemach automatyzacji przemysłowej, używany do wykonywania różnorodnych operacji, takich jak podnoszenie, przesuwanie, obracanie czy zaciskanie.
Budowa siłownika pneumatycznego
Siłownik pneumatyczny składa się z kilku kluczowych elementów:
- Cylinder – główna obudowa siłownika, w której porusza się tłok. Cylinder jest zazwyczaj wykonany z metalu, takiego jak stal lub aluminium.
- Tłok – element wewnątrz cylindra, który przemieszcza się pod wpływem sprężonego powietrza. Tłok jest wyposażony w uszczelki, które zapobiegają wyciekom powietrza.
- Tłoczysko – pręt przymocowany do tłoka, który przenosi ruch tłoka na zewnątrz siłownika.
- Pokrywy końcowe – zamykają cylinder na obu końcach i mogą zawierać otwory do podłączania przewodów z powietrzem.
- Uszczelki – elementy zabezpieczające przed wyciekiem powietrza i zwiększające trwałość siłownika.
- Sprężyny – w niektórych siłownikach stosuje się sprężyny, które pomagają w powrocie tłoka do pierwotnej pozycji.
Rodzaje siłowników pneumatycznych
Siłowniki pneumatyczne można podzielić na kilka typów, w zależności od ich budowy i sposobu działania:
- Siłowniki jednostronnego działania (single-acting cylinders) – tłok w takim siłowniku porusza się w jednym kierunku pod wpływem sprężonego powietrza, a powrót do pierwotnej pozycji następuje dzięki sprężynie lub ciężarowi.
- Siłowniki dwustronnego działania (double-acting cylinders) – tłok porusza się w obu kierunkach pod wpływem sprężonego powietrza, co pozwala na precyzyjne sterowanie ruchem w obu kierunkach.
- Siłowniki bez tłoczyska (rodless cylinders) – w tych siłownikach tłok porusza się wewnątrz cylindra bez wystającego tłoczyska, co pozwala na zaoszczędzenie miejsca. Siłowniki te często są używane w aplikacjach, gdzie miejsce jest ograniczone.
- Siłowniki obrotowe (rotary actuators) – zamiast ruchu liniowego, wytwarzają ruch obrotowy. Stosowane są w aplikacjach wymagających precyzyjnego obrotu elementów.
Odniesienie do normy ISO
W naszych maszynach stosujemy standardowe rozwiązania opierając się na komponentach normowanych przez ISO i łatwo dostępnych, by ograniczać posiadanych przez Klienta magazyn części zamiennych. Przy zastosowaniu standardowych elementów, czas ewentualnej awarii skraca się do minimum, bez konieczności posiadania rozbudowanego magazynu części zamiennych przez naszych Klientów.
Siłowniki pneumatyczne są regulowane przez normy ISO, które zapewniają ich jakość i kompatybilność z innymi komponentami systemów pneumatycznych. Najważniejsze normy to:
ISO 6431 – określa wymiary i wymagania dotyczące siłowników pneumatycznych dwustronnego działania o średnicach od 32 mm do 320 mm.
ISO 15552 – zastępuje ISO 6431 i wprowadza bardziej szczegółowe wymagania dotyczące konstrukcji i wydajności siłowników.
ISO 21287 – dotyczy kompaktowych siłowników pneumatycznych o średnicach od 20 mm do 100 mm.
Normy te pomagają w zapewnieniu, że siłowniki są produkowane zgodnie z określonymi standardami, co umożliwia ich bezproblemowe stosowanie w różnorodnych aplikacjach przemysłowych.
Siłowniki z prowadzeniem
Wśród różnych typów siłowników pneumatycznych znajdują się także siłowniki z prowadzeniem. Są one stosowane w aplikacjach, gdzie wymagane jest przeniesienie przez układ mechaniczny sił powodujących wyginanie tłoczyska.
W przypadku tego rodzaju siłowników ciężko mówić o normalizacji wymiarów. Każdy producent wykonuje je według własnego klucza. Różnią się między sobą mocowaniami co uniemożliwia zastąpienie ich innym odpowiednikiem. Różnią się także rodzajem prowadzenia i siłami możliwymi do prześnienia przez dany siłownik.
Siłowniki te stanowią uproszczoną wersję modułu, w którym używa się standardowego siłownika oraz dodatkowego układu z prowadzeniem liniowym. Układ ten może być specjalnie zaprojektowany lub gotowy. Prowadzenie liniowe zapewnia dodatkową stabilność i precyzję, zapobiegając wygięciom tłoczyska i minimalizując ryzyko uszkodzeń.
Tego typu rozwiązania są szczególnie przydatne w aplikacjach wymagających dużej dokładności oraz trwałości, takich jak manipulatory, systemy montażowe czy maszyny produkcyjne. Dzięki zastosowaniu prowadzeń liniowych, siłowniki z prowadzeniem mogą przenosić większe obciążenia boczne i momenty zginające, co znacznie rozszerza ich zakres.
Dobór i ustawienia siłownika
Pneumatyczne tłumienie w siłownikach
Warto zwrócić uwagę, że wiele siłowników pneumatycznych jest wyposażonych w pneumatyczne tłumienie, takie jak poduszka powietrzna lub zderzak powietrzny. Elementy te mają na celu amortyzację ruchu tłoka pod koniec jego skoku, co jest szczególnie istotne w przypadku szybkich ruchów wykonywanych przez siłownik.
Poduszka powietrzna działa poprzez stopniowe zwiększanie oporu powietrza w cylindrze, co spowalnia ruch tłoka przed osiągnięciem końcowej pozycji. Zderzak powietrzny to inny typ tłumienia, który również wykorzystuje powietrze do amortyzacji, ale działa nieco inaczej, pochłaniając energię kinetyczną tłoka.
Należy pamiętać, że nie wszystkie siłowniki są wyposażone w takie rozwiązania. W przypadku braku pneumatycznego tłumienia lub nieprawidłowego ustawienia sprężania końcowego, często słychać charakterystyczny metaliczny dźwięk uderzenia. Przy dłuższym działaniu siłownika w taki sposób następuje szybkie jego zużycie i wyklepanie pokryw końcowych, co prowadzi do konieczności wcześniejszej wymiany lub naprawy siłownika.
Regeneracja i odpowiedni dobór siłowników pneumatycznych
Siłowniki pneumatyczne skręcane, w przeciwieństwie do zgrzewanych, można regenerować poprzez wymianę uszczelnień w przypadku powstania nieszczelności na skutek zużycia. Dzięki temu możliwe jest przedłużenie żywotności siłownika bez konieczności jego całkowitej wymiany.
Poduszka powietrzna działa poprzez stopniowe zwiększanie oporu powietrza w cylindrze, co spowalnia ruch tłoka przed osiągnięciem końcowej pozycji. Zderzak powietrzny to inny typ tłumienia, który również wykorzystuje powietrze do amortyzacji, ale działa nieco inaczej, pochłaniając energię kinetyczną tłoka.
Należy pamiętać, że nie wszystkie siłowniki są wyposażone w takie rozwiązania. W przypadku braku pneumatycznego tłumienia lub nieprawidłowego ustawienia sprężania końcowego, często słychać charakterystyczny metaliczny dźwięk uderzenia. Przy dłuższym działaniu siłownika w taki sposób następuje szybkie jego zużycie i wyklepanie pokryw końcowych, co prowadzi do konieczności wcześniejszej wymiany lub naprawy siłownika.
Odpowiedni dobór uszczelnień
Należy pamiętać, aby dobierać rodzaj siłownika z uszczelnieniami przystosowanymi do warunków pracy danego urządzenia. W zależności od środowiska, w którym siłownik będzie pracował, mogą być wymagane uszczelnienia odporne na wysokie temperatury, chemikalia, lub inne specyficzne czynniki.
Osłony na tłoczyska
W przypadku pracy w warunkach dużego zapylenia, konieczne jest stosowanie osłon na tłoczyska. Osłony te zapobiegają wniknięciu pyłu między tłok a uszczelnienie, co mogłoby prowadzić do przyspieszonego zużycia i awarii siłownika. Dbałość o odpowiednią ochronę tłoczyska jest kluczowa dla zapewnienia długotrwałej i bezawaryjnej pracy siłownika.
Monitorowanie pozycji tłoczyska w siłownikach pneumatycznych
Warto również zaznaczyć, że siłowniki pneumatyczne nie zawsze są wyposażone w możliwość wykrycia dokładnej pozycji tłoczyska. Zasadniczo siłownik działa w trybie zero-jedynkowym, przesuwając tłok pomiędzy skrajnymi pozycjami, które są ograniczone mechanicznie.
Monitorowanie pozycji tłoka
Pozycję tłoka można monitorować za pomocą czujników krańcowych, zazwyczaj hallotronowych, które wykrywają obecność części magnetycznej umieszczonej na tłoczysku. Te czujniki są montowane na zewnątrz cylindra siłownika i reagują na magnes umieszczony na tłoczysku, sygnalizując osiągnięcie przez tłok jednej z dwóch skrajnych pozycji z dokładnością do 2mm. Należy pamiętać, że nieprawidłowe ustawieni poduszko powietrznej w komorze może powodować nieregularność pozycji położenia tłoka siłownika.
Podsumowanie:
Siłowniki pneumatyczne są wszechstronnymi urządzeniami, które znajdują zastosowanie w wielu dziedzinach przemysłu. Od prostych siłowników jednostronnego działania, przez bardziej złożone siłowniki dwustronnego działania, bez tłoczyska, obrotowe, siłowniki z prowadzeniem, aż po te wyposażone w pneumatyczne tłumienie – każdy typ ma swoje unikalne zalety i zastosowania.
Dzięki regulacjom norm ISO, możemy być pewni ich jakości i niezawodności w różnych aplikacjach przemysłowych, co jest kluczowe dla utrzymania efektywności i precyzji w procesach produkcyjnych. Właściwe dobieranie i utrzymanie siłowników, w tym zapewnienie odpowiedniego tłumienia oraz ochrony przed pyłem, jest niezbędne dla ich długotrwałego i bezawaryjnego działania. Regeneracja siłowników skręcanych poprzez wymianę uszczelnień oraz monitorowanie pozycji tłoka za pomocą czujników krańcowych to dodatkowe atuty, które zwiększają funkcjonalność i trwałość tych urządzeń.
