Czy cylindry beztłoczyskowe można stosować w zastosowaniach o wysokiej częstotliwości?

Jeśli choć przez chwilę kręciłeś się wokół automatyki przemysłowej, wiesz, jak wybredne są niektóre aplikacje. Dostaję jedno pytaniecały czasod inżynierów, kierowników konserwacji i właścicieli małych operacji brzmi: Czy cylindry beztłoczyskowe poradzą sobie nawet z pracą przy wysokiej częstotliwości? Mówimy tu o szybkości cykli, która sprawia, że ​​standardowe cylindry prętowe sprawiają wrażenie, jakby drzemały – 10, 20, a nawet 50+ cykli na minutę. Jeśli jesteś nowicjuszem w cylindrze beztłoczyskowym lub po prostu sfrustrowany nieudanymi testami w tym konkretnym przypadku użycia, przeanalizujmy to bezpośrednio na podstawie poradnika dostawcy, bez wymyślnego żargonu, który mógłby cię zmylić.

Najpierw przejdźmy na tę samą stronę, co rozumiemy pod pojęciem wysokiej częstotliwości. Nie jest to okazjonalne, liniowe naciśnięcie, które można zastosować w przypadku prowadnicy szuflady. Pomyśl o robotach typu pick-and-place na linii pakowania przekąsek, chwytających ciasteczka 30 razy na minutę. Albo linia montażowa, na której bez przerwy wkręca się śruby w obudowy telefonów. Zastosowania te powodują poważne zużycie części o ruchu liniowym, a cylindry beztłoczyskowe już stanowią krok naprzód w porównaniu ze standardowymi typami tłoczysk, ponieważ oszczędzają miejsce (brak wystającego pręta wiszącego w pobliżu) i przenoszą ładunki na większe odległości bez drgań. Ale czy to przekłada się na wysoką częstotliwość?

Krótka odpowiedź:Czasami, ale nie wszystkie cylindry beztłoczyskowe są zbudowane tak samo. Dlatego widziałem facetów, którzy kupowali tani, generyczny bezpręt od nieznanego dostawcy i spalali go w ciągu tygodnia, tylko po to, by zrzucić winę na projekt. Rzecz w tym, że cylindry beztłoczyskowe nie są częścią uniwersalną. Istnieją różne typy, każdy z własnym optymalnym punktem częstotliwości. Przyjrzyjmy się sprzedawanym przez nas produktom i ich działaniu w przypadku pracy z wysoką częstotliwością, a także trikom, które sprawiają, że działają (lub zawodzą), gdy mocno je naciskasz.

Zacznijmy od najczęstszego typu, o który otrzymuję pytania: cylindry beztłoczyskowe typu magnetycznego. Jeśli kiedykolwiek widziałeś model beztłoczyskowy, który wykorzystuje magnes w wózku do połączenia z tłokiem wewnątrz lufy, to właśnie ten. Brak fizycznego sprzężenia, więc jest lżejszy, prostszy i tańszy niż typy łączone. Ale czekaj – czy może obsłużyć wysoką częstotliwość? Bądźmy szczerzy: w pewnym momencie siła magnesu osiąga maksimum i jeśli jedziesz zbyt szybko, wózek może w połowie ruchu poślizgnąć się na lufie. Miałem klienta w warsztacie zajmującym się montażem elektroniki, który próbował zastosować beztłoczyskowy magnetyczny podajnik części, który wymagał 40 cykli na minutę, ale trzeciego dnia wózek przesuwał się od wartości docelowej o 10 mm. To strata czasu i części. Ale tu jest haczyk:jeśli dobrze dobierzesz rozmiartypy magnetyczne mogą wytrzymać średnio wysoką częstotliwość – na przykład 15–25 cykli na minutę. Doskonale nadają się do krótszych skoków (poniżej 2 metrów), gdzie waga jest niewielka, np. podczas przenoszenia małych płytek PCB z jednego przenośnika na drugi. Jeśli chcesz głębiej zagłębić się w konfiguracje magnetyczne, możesz sprawdzić naszą stronę dotyczącą cylindrów beztłokowych typu magnetycznego, aby zapoznać się ze specyfikacjami naszych modeli z magnesami neodymowymi o wysokiej wytrzymałości, zbudowanymi z myślą o ciaśniejszych i szybszych cyklach bez poślizgu.

Następne w kolejności: połączone cylindry beztłoczyskowe. Są to konie pociągowe do zastosowań o wysokiej częstotliwości, kropka. Zamiast magnesu używają sprzęgła mechanicznego – zwykle paska rozrządu lub precyzyjnego łańcucha – które łączy wózek z tłokiem poprzez uszczelkę w cylindrze. Brak poślizgu, brak ograniczeń siły magnesu, dzięki czemu mogą obsługiwać znacznie szybsze cykle: 30, 40, a nawet 60 cykli na minutę, w zależności od obciążenia i długości skoku. Miałem klienta, który testował części samochodowe i używał sprzężonego beztłoczyska do przesuwania 5-kilogramowych wsporników drzwi samochodowych w tę i z powrotem 50 razy na minutę i działało to bez przerwy przez 18 miesięcy bez żadnych problemów. Kluczem jest tutaj sprzęgło: w naszym zastosowano precyzyjny, wzmocniony stalą pasek rozrządu, który się nie rozciąga, nawet podczas szybkich ruchów start/stop (co właśnie dzieje się w zastosowaniach wymagających wysokiej częstotliwości — nie ślizga się powoli, tylko skacze tam i z powrotem). Jeśli masz dłuższy skok, powiedzmy 3 metry, lub cięższy ładunek poruszający się szybko, najlepszym rozwiązaniem będzie połączenie. Więcej szczegółów na temat naszych ofert łączonych można znaleźć na stronie Siłowniki beztłokowe ze sprzężeniem. Należy zauważyć, że przetestowaliśmy je do 65 cykli przy obciążeniu 10 kg, czyli znacznie poza możliwościami większości marek generycznych.

Czekaj, ale co z prowadzonymi cylindrami beztłoczyskowymi? No właśnie – te są przydatne, gdy nie chcesz, aby obciążenie kołysało się z dużą częstotliwością. Załóżmy, że przesuwasz delikatny element, na przykład obudowę obiektywu aparatu, a niewielkie przechylenie mogłoby zakłócić wyrównanie. Standardowy wózek beztłokowy może obsługiwać szybkie cykle, ale wózek nieprowadzony może skręcać się pod obciążeniem, powodując błędy. Prowadzone cylindry beztłoczyskowe mają wbudowane łożyska liniowe lub szyny prowadzące, które utrzymują wózek prosto, więc nawet przy 25–30 cyklach na minutę ładunek pozostaje idealnie wyrównany. Kiedyś miałem klienta zajmującego się montażem urządzeń medycznych, który zastosował prowadnicę beztłokową do wkładania maleńkich szpilek do nasadek wstrzykiwaczy do insuliny i po przejściu ze standardowego beztłokowego typu magazynka, który powodował niewspółosiowość trzpieni przy dużej prędkości, wystąpiło 0 defektów. Prowadnice dodają nieco więcej tarcia, więc nie chcesz ich używać do bardzo wysokiej częstotliwości (ponad 40 cykli) przy dużych obciążeniach, ale do precyzyjnej pracy z wysoką częstotliwością prowadzenie nie podlega negocjacjom. Naszą linię cylindrów beztłoczyskowych z prowadzeniem z precyzyjnymi łożyskami liniowymi można sprawdzić dokładnie w tym przypadku na stronie Cylindry beztłoczyskowe z prowadzeniem.

Są też cylindry beztłoczyskowe o długim skoku. Jeśli masz do czynienia z obiektem o długości 5 metrów, takim jak przenośnik magazynowy przemieszczający pudła w tę i z powrotem z dużą prędkością, potrzebujesz drążka beztłokowego, który nie ugina się. Modele o długim skoku mają wzmocnione lufy i grubsze sprzęgło (w przypadku typów łączonych), aby wytrzymać całą długość bez zginania, co ma kluczowe znaczenie przy wysokiej częstotliwości – jeśli lufa zwisa, wózek się zacina, co zmniejsza prędkość cyklu i powoduje zużycie. Mieliśmy klienta zajmującego się wysyłką w handlu elektronicznym, który korzystał z naszego bezprętowego urządzenia o długim skoku do przenoszenia 20-kilogramowych pudeł wysyłkowych na odległość 4 metrów z szybkością 35 cykli na minutę i działa on codziennie od dwóch lat. Jeśli potrzebujesz długiego skoku, nie pomijaj tego typu – typowe długie beztłoczyska nie radzą sobie z prędkością i szybko się psują. Nasza oferta siłowników o długim skoku znajduje się na stronie Cylindry beztłokowe o długim skoku i przetestowaliśmy je do 40 cykli z obciążeniem 15 kg na dystansie 5 metrów, co jest dość niespotykane w przypadku standardowych siłowników beztłoczyskowych o długim skoku.

OK, to jest podział typów, ale nie chodzi tylko o typ cylindra — istnieją inne czynniki, które decydują o działaniu wysokich częstotliwości lub je zakłócają, i widziałem, jak nawet najlepsze cylindry zawodzą, ponieważ ludzie je pomijają. Po pierwsze, ciśnienie i przepływ powietrza. Jeśli wykonujesz cykl o wysokiej częstotliwości, potrzebujesz wystarczającej ilości powietrza, aby szybko napełnić lufę cylindra - zbyt małe ciśnienie spowoduje powolny start/zatrzymanie, co prowadzi do wiązania i zużycia. Zawsze mówimy klientom, aby dopasowywali rozmiar przewodów pneumatycznych do średnicy cylindra i dodawali zawór szybkiego wydechu, jeśli potrzebują dodatkowej prędkości. Po drugie, załaduj masę i wyważ. Im cięższy ładunek, tym większej siły musi użyć cylinder, aby go przesunąć, więc szybsze cykle oznaczają większe obciążenie uszczelek i sprzęgła. Jeśli przenosisz ładunek o masie 20 kg z częstotliwością 50 cykli na minutę, może być konieczne zwiększenie średnicy otworu lub przejście na sprzęgło wyższej jakości. Po trzecie, materiał uszczelniający. Tanie uszczelki szybko się zużywają przy dużej częstotliwości — w naszych cylindrach zastosowano uszczelki poliuretanowe, które wytrzymują ponad 10 milionów cykli, nawet przy prędkościach do 2 m/s, czyli znacznie szybciej niż większość standardowych uszczelek beztłoczyskowych. Klienci korzystają z naszego standardowego beztłoczyskowego siłownika pneumatycznego do pracy z dużą częstotliwością i po roku nadal działają sprawnie, ale tylko wtedy, gdy przestrzegają zasad dotyczących przepływu powietrza i obciążenia.

Poczekaj, zajmijmy się słoniem w pokoju: powszechne mity. Wielu facetów powie „cylindry beztłoczyskowe nie nadają się do pracy z dużą częstotliwością”, ponieważ używali taniego cylindra od dużego dostawcy, przeznaczonego do powolnych i lekkich obciążeń. Nie jest to wada cylindrów beztłoczyskowych – jest to wada wynikająca z dopasowania niewłaściwego typu do zadania. Kiedyś klient przyniósł mi beztłoczyskę, która przepaliła się po tygodniu pracy przy 30 cyklach na minutę — okazało się, że kupił beztłoczyskę magnetyczną przeznaczoną na maksymalnie 10 cykli i próbował naciskać ją dwa razy mocniej. Zmieniłem go na łączony i nadal działa. Kolejny mit: cylindry beztłoczyskowe są przeznaczone tylko do niskich częstotliwości. Nie, jeśli wybierzesz odpowiedni typ, są one w rzeczywistości lepsze od standardowych siłowników prętowych przy wysokich częstotliwościach, ponieważ nie ma drążka wystającego, który ugina się przy dużych prędkościach — wózki beztłoczyskowe są montowane do ładunku, dzięki czemu cały ruch jest płynny wzdłuż linii prostej, bez zginania i mniejszego zużycia.

Porozmawiajmy o przykładach z życia wziętych, aby to skonkretyzować. Weźmy linię do pakowania słodyczy: muszą owijać 40 batoników na minutę, przenosząc owinięte batoniki z opakowania do maszyny pakującej. Dostarczyliśmy połączony cylinder beztłoczyskowy (skok 3 m, obciążenie 10 kg), który pracuje z szybkością 45 cykli na minutę i pracuje 16 godzin dziennie, 5 dni w tygodniu przez 2 lata z tylko jedną wymianą uszczelki. Inny przykład: linia do testowania półprzewodników, przemieszczająca 5-kilogramowe płytki między stacjami testowymi z szybkością 25 cykli na minutę, przy użyciu prowadzonego magnetycznego cylindra beztłokowego – zero błędów wyrównania w 18 miesięcy. W przypadku linii do tłoczenia części samochodowych, sprzężony beztłoczyskowy mechanizm o długim skoku przesuwa panele drzwi o masie 25 kg na 6 m z szybkością 38 cykli na minutę, bez zacinania się i poślizgu.

Podsumowując: tak, cylindry beztłoczyskoweMócmożna stosować w zastosowaniach wymagających wysokiej częstotliwości, ale tylko wtedy, gdy wybierzesz odpowiedni typ do swojego zadania. Typy magnetyczne działają przy średniej częstotliwości (15-25 cykli) przy krótkich skokach i lekkich obciążeniach. Typy łączone obsługują najszybsze cykle (do 60+ cykli) przy dłuższych skokach i większych obciążeniach. Typy prowadzone zwiększają precyzję w przypadku delikatnych ładunków przy wysokiej częstotliwości. Typy o długim skoku są zbudowane z myślą o długości bez ugięcia przy dużej prędkości. Jeśli pominiesz dopasowanie typu do swojego zastosowania, skończy się to awarią cylindra, przestojem i stratą pieniędzy.

Jeśli nie masz pewności, który typ będzie odpowiedni dla Twojego projektu wymagającego wysokiej częstotliwości – niezależnie od tego, czy projektujesz nową linię, czy rozwiązujesz problemy z uszkodzonym cylindrem – skontaktuj się z nami. Od lat współpracujemy z automatyką przemysłową, więc możemy pomóc Ci dobrać odpowiedni pręt beztłokowy, sprawdzić wymagania dotyczące przepływu powietrza i upewnić się, że nie zmarnujesz pieniędzy na niewłaściwą część. Bez presji, po prostu szczerze porozmawiaj o tym, co działa (a co nie) w przypadku ruchu o wysokiej częstotliwości.

Referencje:

1. ASME B106.1M-1985, Kod testowy siłowników pneumatycznych
2. Instrukcja techniczna siłownika beztłoczyskowego Parker Hannifin, 2022
3. Magazyn Automatyki Przemysłowej i Sterowania Procesami, „Ruch liniowy w montażu o wysokiej częstotliwości”, 2023
4. Festo AG, Wydajność siłownika beztłoczyskowego pod obciążeniami wysokocyklowymi, 2021