Xi lanh khí nén (đôi khi được gọi là xi lanh khí) là thiết bị cơ khí sử dụng sức mạnh của khí nén để tạo ra một lực trong chuyển động tuyến tính tịnh tiến
MỤC LỤC
- Xi lanh khí nén (Pneumatic Cylinder) là gì?
- Các thành phần của xi lanh khí nén
- Các loại xi lanh khí nén
- Cách chọn xi lanh khí nén
- Hình ảnh xi lanh khí nén
Xi lanh khí nén (Pneumatic Cylinder) là gì?
Xi lanh khí nén hay còn gọi là thiết bị truyền động khí nén, là sản phẩm được sử dụng để cung cấp chuyển động thẳng hoặc quay và lực cho các hệ thống, máy móc và quy trình tự động, ví dụ như trong các ứng dụng công nghiệp.
Giống như xi lanh thủy lực, một cái gì đó buộc pít-tông di chuyển theo hướng mong muốn. Pít-tông là một đĩa hoặc hình trụ, và cần pít-tông truyền lực mà nó tạo ra cho vật cần di chuyển. Đôi khi, các kỹ sư thích sử dụng khí nén hơn vì chúng yên tĩnh hơn, sạch hơn và không cần nhiều không gian để chứa chất lỏng.
Vì chất lỏng vận hành là khí nên rò rỉ từ xi lanh khí nén sẽ không nhỏ giọt ra ngoài và làm ô nhiễm môi trường xung quanh, khiến khí nén trở nên hấp dẫn hơn khi yêu cầu về độ sạch. Ví dụ: trong những con rối cơ học của Phòng Disney Tiki, khí nén được sử dụng để ngăn chất lỏng nhỏ xuống những người bên dưới con rối.
Sơ đồ hoạt động của xi lanh tác dụng đơn. Lò xo (màu đỏ) cũng có thể nằm bên ngoài hình trụ, được gắn vào vật phẩm đang được di chuyển.
Ở ‘điểm cuối’ của hệ thống khí nén, xi lanh khí nén và bộ truyền động hoạt động khi khí nén được đẩy vào chính xi lanh hoặc bộ truyền động để di chuyển pít-tông nằm trong nó. ‘Công việc’ được thực hiện bởi một cơ chế gắn với pít-tông, chuyển đổi năng lượng được tạo ra thành công dụng thực tế, ví dụ như hệ thống bốc xếp trong tự động hóa nhà máy.
Xi lanh khí nén và bộ truyền động là một cách đơn giản để đạt được lực và tạo ra chuyển động tuyến tính và quay chính xác, đồng thời có thể được sử dụng trong các môi trường đầy thách thức, chẳng hạn như nhiệt độ khắc nghiệt. Trọng lượng nhẹ và ít cần bảo trì, chúng thường tạo ra ít lực hơn và tốc độ chậm hơn so với hệ thống thủy lực hoặc điện, nhưng dù sao vẫn là một giải pháp thay thế hiệu quả về chi phí.
Các bộ phận của xi lanh khí nén
Hình 2: Bộ phận xi lanh khí nén tác động kép
Hình 2 cho thấy các bộ phận chính của xi lanh khí nén tác động kép. Chúng là cổng đầu nắp (A), thanh giằng (B), cổng đầu thanh (C), pít-tông (D), nòng (E) và cần pít-tông (F). Một xi lanh tác động đơn sẽ chỉ có cổng đầu nắp (A) hoặc cổng đầu thanh (C) và sử dụng lò xo cơ học cho chuyển động thứ cấp. Nòng xi lanh khí nén (E) được bịt kín hai đầu bằng nắp đầu và nắp cuối. Khí nén (hoặc lò xo) di chuyển pít-tông (D) và sau đó là thanh pít-tông (F). Chiều dài hành trình của xi lanh khí nén là khoảng cách mà thanh piston có thể kéo dài.
Các loại xi lanh khí nén
- Xi lanh khí nén tác động đơn
- Xi lanh khí nén tác động kép
- Xi lanh khí nén tầng (ống lồng)
Xi lanh khí nén tác động đơn
Xi lanh khí nén tác động kép
Xi lanh khí nén tầng (ống lồng)
Xi lanh khí nén tầng còn được gọi là xi lanh ống lồng, các xi lanh khí nén này có sẵn ở cả hai loại tác động kép và đơn. Chúng bao gồm một thanh pít-tông, khi được kích hoạt, ‘kính viễn vọng’ dưới dạng một pít-tông phân đoạn, mang lại phạm vi tiếp cận mở rộng. Xi lanh lồng thường được sử dụng trong các ứng dụng áp dụng áp suất tối thiểu.
Cách chọn xi lanh khí nén
Một phần lý do khiến xi lanh khí nén trở nên phổ biến là tính đơn giản, tuổi thọ cao, tiết kiệm chi phí và dễ lắp đặt cũng như bảo trì. Chúng tạo ra một lượng lớn lực trên một phổ vận tốc rộng, duy trì hoạt động ở tốc độ cao trong thời gian dài mà không bị quá nóng và không bị hư hại nếu chúng bị đình trệ. Trên hết, xi lanh khí nén đủ mạnh để hoạt động trong các điều kiện khắc nghiệt như môi trường bẩn và bụi, rửa áp suất cao, độ ẩm cao và khu vực dễ cháy nổ.
Tuy nhiên, chính tính linh hoạt này có thể gây khó khăn cho việc xác định chính xác loại cơ cấu chấp hành phù hợp cho ứng dụng cụ thể của bạn; một số cân nhắc chính phải được tính đến.
Kiểu cách (Style)
- Nhỏ gọn, dành cho không gian nhỏ hơn và vận hành hành trình ngắn. Chủ yếu là hành động đơn lẻ.
- Có thể sửa chữa, cho các nhiệm vụ khắc nghiệt và tuổi thọ cao hơn
- Dùng một lần, cho các hoạt động nhẹ hơn và không có khả năng sửa chữa
- Có hướng dẫn, dành cho chuyển động tuyến tính chính xác, có kiểm soát và tải trọng bên cao
- Rack-and-pinion, để chuyển đổi chuyển động thẳng thành xoay góc
Hành trình (Store)
- Hành trình ngắn, đối với xi lanh nhỏ gọn, chỉ bằng 1/16″
- Hành trình trung gian, cho tự động hóa nhiệm vụ nhẹ, lên đến 3 feet
- Hành trình dài, cho (ví dụ) cửa tự động, 40-99″
- Hành trình đặc biệt, với pít-tông kéo cáp và kẹp, 15-25 feet trở lên
Trụ cáp có thể được đặt từ xa, vì cáp có thể có độ dài bất kỳ phù hợp với ứng dụng và yêu cầu lắp đặt.
Lực (Force)
Một tiêu chí quan trọng khác để chọn xi lanh khí nén của bạn là bạn cần xi lanh tạo ra bao nhiêu lực để chạy ứng dụng của mình. Điều này có thể được xác định cho lực đẩy bằng cách tính toán kích thước bên trong hoặc kích thước lỗ khoan của xi lanh và áp suất không khí. Khi tính toán lực kéo, kích thước lỗ khoan sẽ giảm đi theo tiết diện của cần piston.
Lực đẩy lý thuyết do đó là một phương trình:
Lực = (Áp suất không khí) x (Kích thước lỗ khoan)
Hệ số công suất = Lực ÷ (Áp suất khả dụng)
và nên bao gồm một giới hạn an toàn, đối với hệ số an toàn là 50%, chúng ta cần nhân hệ số công suất xi lanh của mình với 1,5 và sử dụng kết quả này để tìm lỗ khoan xi lanh cần thiết.
(Kích thước lỗ khoan) x 1,5 = π(Kích thước lỗ khoan)² ÷ 4.
Một nguyên tắc chung là đối với các ứng dụng có độ ma sát cao và thẳng đứng, lực cần thiết sẽ gấp đôi tải trọng, nhưng đôi khi cần có thêm lực để bù cho ma sát quá mức. Việc tính toán cũng có thể phức tạp do các yếu tố đẩy hoặc kéo có liên quan đến lực hồi của lò xo, nhưng may mắn thay, danh mục của nhà sản xuất cung cấp các bảng để dễ dàng tham khảo. Kiểm tra máy tính kích thước xi lanh của chúng tôi
Ngoài ra, bạn có thể sử dụng các bảng lực do nhà sản xuất cung cấp trong danh mục của họ, để dễ tham khảo, Rowse khí nén cũng liệt kê các giá trị này trong trường dữ liệu sản phẩm của chúng tôi
Tốc độ (Speed)
Tốc độ ảnh hưởng đến mức độ kiểm soát tải của bạn cũng như tuổi thọ và năng suất của xi lanh. Tốc độ hành trình của xi lanh khí nén có thể được tính theo công thức:
s = 28,8q/A, trong đó
- s = tốc độ, tính bằng inch trên giây
- q = luồng không khí tính bằng feet khối tiêu chuẩn trên phút
- A = diện tích pít-tông, tính bằng inch vuông
Tốc độ cũng có thể bị ảnh hưởng bởi các yếu tố khác, bao gồm kích thước của cổng, ống mềm hoặc đường ống và tốc độ dòng khí vào và khí thải qua van điều khiển. Hiện tượng tắc nghẽn đôi khi có thể xảy ra, hạn chế không khí chảy vào hoặc ra khỏi xi lanh và áp suất không khí bị hạn chế sẽ làm xi lanh chạy chậm lại.
Tiêu thụ không khí (Air consumption)
Thường cần phải tính toán cẩn thận mức tiêu thụ không khí của xi lanh để đảm bảo có đủ không khí, đặc biệt là trong các ứng dụng quay vòng nhanh. Đảm bảo rằng máy nén có khả năng cung cấp thiết bị khí nén của bạn ngay cả trong điều kiện xấu nhất, vì thiếu không khí vào thời điểm quan trọng sẽ ảnh hưởng xấu đến hiệu suất.
Lắp đặt (Mounting)
Cấu hình lắp đặt xác định cách xi lanh được gắn vào thiết bị. Nhiều giá treo được sản xuất theo tiêu chuẩn, cả cứng và khớp nối, giúp dễ dàng đáp ứng các yêu cầu chuyển động cụ thể cho ứng dụng của bạn. Nếu kiểu xi lanh bạn muốn không có phần cứng thích hợp để phù hợp với vị trí lắp mong muốn của bạn, nó có thể được sửa đổi, nhưng việc vận hành phần cứng duy nhất sẽ gây ra sự chậm trễ và làm tăng chi phí.
Nguyên vật liệu (Materials)
Xi lanh khí nén thường được làm bằng đồng thau, thép, thép không gỉ, nhôm, polyme kỹ thuật hoặc sự kết hợp của một số vật liệu. Vật liệu bạn chọn sẽ phụ thuộc vào sự phù hợp của nó đối với môi trường hoạt động. Điều tương tự cũng xảy ra đối với vật liệu bịt kín, nhưng các lựa chọn thay thế có thể được chỉ định để vận hành trong môi trường nguy hiểm.
Thiết bị truyền động tùy chỉnh
Đôi khi các thành phần tiêu chuẩn sẽ không thực hiện được công việc và bạn cần một thiết kế tùy chỉnh. Điều này có thể có nghĩa là nghĩ ra một cấu hình mới cho các thành phần tiêu chuẩn và/hoặc sửa đổi, hoặc phát minh ra một đơn vị hoàn toàn mới. Nếu bạn đang tìm kiếm mức độ hiệu quả cao, điều khiển chuyển động phức tạp hoặc các thành phần hiện không phù hợp với các kết hợp tiêu chuẩn, thì bạn có thể xem xét tùy chọn này. Ngày nay, thiết kế thông minh có nhiều khả năng kết hợp các cấu hình chuyên biệt hơn và sẽ tạo ra các sản phẩm tùy chỉnh phù hợp chính xác với yêu cầu của bạn.
Phần kết luận
Rõ ràng có nhiều vấn đề có thể ảnh hưởng đến quyết định của bạn. Các yếu tố bổ sung phát sinh như vị trí tải, cảm biến, yêu cầu nhiệt độ và bất kỳ chuyển động đặc biệt nào có thể yêu cầu sửa đổi xi lanh đặc biệt. Các thành phần phụ trợ bao gồm các bộ điều khiển phản hồi định vị cho xi lanh từ tính và đệm hoặc bộ giảm xóc để giảm va đập và tiếng ồn.
Việc chọn một xi lanh khí nén sẽ chiếm một phần đáng kể trong ngân sách lắp đặt của bạn, vì vậy bạn nên làm đúng. Vào cuối ngày, tốt nhất bạn nên thảo luận về các nhu cầu cụ thể của mình với nhà sản xuất hoặc kỹ sư bán hàng kỹ thuật.
Hình ảnh xi lanh khí nén
Leave a comment