Выбор правильного крепления пневматических цилиндров: ключевые факторы для пиковой производительности

Витор Рангел, специалист по продуктовому маркетингу, Приводы, Emerson

Если вы правильно подобрали пневматический привод для вашего приложения, пришло время решить, как его смонтировать. Выбор оптимальной конфигурации крепления цилиндра — критически важное проектное решение для обеспечения оптимальной производительности и максимизации ресурса цилиндра.

Для облегчения установки и всемирной взаимозаменяемости большинство креплений цилиндров выполнены по стандартам NFPA или ISO. Хотя существует множество вариаций, стили креплений обычно попадают в одну из трех основных категорий: фиксированные центральные крепления, фиксированные нецентральные крепления и подвижные центральные крепления.

При выборе правильного крепления для приложения первичным элементом является само приложение. В большинстве случаев предполагаемая функция привода и требования или ограничения приложения в значительной степени определяют выбор типа крепления. Ключевые факторы: ход цилиндра (длинный vs короткий), плоскость движения (горизонтальная, вертикальная или по изогнутом пути), размер нагрузки и условие нагрузки (направляемая vs ненаправляемая), осевая прочность штока поршня и монтажное пространство. В некоторых случаях материал крепления также может быть важен в зависимости от его механических свойств и среды применения.

Стоит отметить, что все эти факторы также применимы к высоконапорным гидравлическим цилиндрам, где рабочее давление также может стать решающим фактором. У некоторых типов креплений снижены номиналы давления для предотвращения преждевременных отказов, связанных с избыточными сдвиговыми и изгибающими напряжениями, возникающими от высоких сил и давлений, возможных в таких конструкциях.

Как и правильная настройка амортизации, если конфигурация крепления не тщательно обдумана, она может вызвать преждевременный отказ цилиндров. Поэтому мы хотим дать вам рекомендации и лучшие практики, чтобы избежать проблем, связанных с монтажом цилиндров.

Понимание терминологии креплений цилиндров

В общем, кодификация типов креплений цилиндров, покрываемых стандартами NFPA и ISO, состоит из двух букв и цифры, как показано в примерах NFPA ниже:

Фиксированные центральные крепления — Типы MX1, MX2, MX3, MF1, MF2, MF5, MF6, ME3, ME4, MS3.

Фиксированные нецентральные крепления — Типы MS1, MS2, MS4, MS7

Подвижные центральные крепления — Типы MP1, MP2, MP3, MP4, MT1, MT2, MT4, MU3

Первая буква указывает, является ли это креплением (M) или аксессуаром (A), а вторая обозначает стиль:

B — корпус
E — крышка/дно
F — фланец
P — опора (pivot)

R — резьбовой нос
S — ножка или ушко
T — труннион
X — шпильки или тяги

Примечание: Кодификация может состоять из 3 букв. Это распространенная практика для конфигураций с двойным штоком, где буква (D) добавляется к стандартному обозначению (например, MDF1 — двойной шток с фланцевым креплением спереди).

Покрыв основы номенклатуры креплений, рассмотрим отдельные преимущества и ограничения каждой из основных категорий.

Фиксированные центральные крепления

Как следует из названия, фиксированные центральные крепления лучше всего используются в приложениях, где усилие цилиндра сосредоточено на центральной оси штока. С усием, сфокусированным таким образом, цилиндр может быть закреплен на крышковом или дневом конце через квадратные или прямоугольные фланцы, удлиненные тяги или центральные ушки (хотя этот метод используется реже). Фиксированные центральные крепления подходят для приложений с прямолинейным усилием и более стабильны против качания на ходу выдавливания. Фланцевые крепления обеспечивают хорошую прочность и жесткость, но низкую толерантность к невыравниванию, тогда как конструкции на удлиненных тягах менее жестки, но более модульны, обеспечивая большую гибкость монтажа.

При выборе фиксированного центрального крепления важно учитывать несколько дополнительных моментов. Чтобы предотвратить невыравнивание и прогиб под нагрузкой, следует закрепить крепление цилиндра на жесткой структуре (раме станка) и, по возможности, обеспечить линейный и направляемый путь движения конца штока, так как это также может вызвать заедание пневматического цилиндра. В случае цилиндров с длинным ходом свободный конец корпуса цилиндра может также требовать дополнительной поддержки для избежания упомянутых проблем.

Фиксированные нецентральные крепления

В фиксированных нецентральных креплениях усилие цилиндра выровнено параллельно, но не на центральной оси штока. Этот стиль крепления, вероятно, самый простой для монтажа и позволяет простое, прямое обслуживание и замену. Цилиндр может быть закреплен через концевые ушки, боковые ушки или боковые резьбовые крепления.

Смещенная линия усилия этого стиля требует особого внимания, так как она создает изгибающие напряжения и дополнительные нагрузки на крепежные болты, которые могут привести к их износу или ослаблению со временем. Поэтому для максимизации ресурса и безопасности это крепление должно быть очень хорошо выровнено; нагрузка должна двигаться по точной линейной траектории и быть хорошо поддержаной и направляемой как горизонтально, так и вертикально. Жестко смонтированные цилиндры не могут терпеть постоянное фиксированное невыравнивание, особенно при полном втягивании. Однако незначительное невыравнивание, которое нулевое при полном втягивании и очень незначительно увеличивается с ходом, обычно допустимо на тяжелых конструкциях.

Подвижные центральные крепления

Подвижные центральные крепления обычно используются в приложениях, где траектория нагрузки изогнута или невыравнивание неизбежно. С этим стилем крепления центральная ось цилиндра может качаться в одном или нескольких направлениях, причем основное движение обычно происходит в одной плоскости. Крепления типа вилка, глазок и труннион — все примеры подвижных центральных креплений.

Вилковое крепление — одно из самых универсальных и широко используемых, и оно лучше всего подходит для приложений с коротким ходом, средним или малым диаметром цилиндра. Труннионное крепление, с другой стороны, может использоваться в приложениях, где вилковое крепление обычно применялось бы, но вызывало бы чрезмерную общую длину цилиндра.

Для длинных ходов и/или тяжелых цилиндров лучше всего подходит центральное или промежуточное труннионное крепление. В общем, это крепление поддерживает вес цилиндра и должно находиться близко к центру тяжести цилиндра в момент максимального усилия.

Сферическое крепление также является распространенным и особым стилем подвижных центральных креплений. Состоящее из сферического подшипника, оно позволяет некоторым угловым движениям (обычно 5–10 градусов) в плоскости, перпендикулярной основной плоскости качания, и должно использоваться в сочетании с смазочным фитингом для максимальной эффективности и обслуживаемости.

И наконец, при рассмотрении подвижных центральных креплений важно помнить, что крепление штока цилиндра также должно иметь возможность качаться, и лучше использовать аксессуарные кронштейны производителя и пины с близкими допусками для гарантии правильной посадки и работы.

Дополнительные соображения для оптимизации производительности цилиндра

Как упоминалось throughout этой статье, для сохранения ресурса цилиндра и обеспечения высшей производительности крайне важно держать усилие цилиндра максимально близко к центральной оси штока поршня и свободным от невыравнивания или боковых нагрузок. Смещенное усилие и боковые нагрузки значительно сокращают ожидаемый ресурс опорного втулки штока и уплотнения штока и должны избегаться любой ценой.

Помимо стиля крепления, есть несколько других аспектов, которые не следует упускать из виду при установке цилиндра. Следует избегать повреждения открытой части штока поршня. Резьбовые детали должны затягиваться с заданным моментом и прижиматься плотно к резьбовым упораам для минимизации изгиба и снижения усталостных напряжений. Избегайте чрезмерного вращения штока поршня внутри цилиндра, чтобы предотвратить возможное царапание корпуса цилиндра и повреждение поршневых уплотнений. Наконец, дополнительная поддержка или включение промежуточного крепления следует рассматривать для предотвращения повреждающего прогиба на цилиндрах с длинным ходом.

Обширное, лидирующее в отрасли портфолио пневматических и гидравлических цилиндров AVENTICS^TM Emerson отвечает потребностям в производительности и гибкости ваших приложений машинной автоматизации. Обязательно посетите www.emerson.com/aventics, чтобы узнать больше о нашем предложении.