Základy výběru pneumatických válců

Pneumatické válce jsou důležitými součástmi pneumatických systémů, které generují mechanické pohyby pomocí stlačeného vzduchu. Používají se v různých aplikacích, například ve výrobním průmyslu, ve stavbě závodu nebo při stavbě vlastních strojů.

Co je to pneumatický válec?

Pneumatický válec nebo válec stlačeného vzduchu je aktuátor, který používá stlačený vzduch k přeměně síly na lineární pohyb. V pneumatických systémech je stlačený vzduch přiváděn potrubím z kompresoru ke spotřebitelům. Zde se převádí na mechanické pohyby pomocí ovládacích prvků, jako jsou válce. Tyto válce obecně provádějí lineární pohyby, ale mohou rovněž provádět otočné pohyby pomocí součástí převodovky. Obvykle se skládají z válcovitého pouzdra, pístu a pístní tyče a používají se v různých aplikacích k přenosu sil nebo zvedání a přemísťování předmětů. Výběr správného pneumatického válce závisí na požadavcích příslušné aplikace. Důležitými faktory jsou například délka zdvihu, síla, provozní tlak a teplota.

Konstrukce pneumatických válců

Pneumatické válce se obecně skládají z následujících hlavních součástí:

• Válcové pouzdro: Válcové pouzdro má tvar podobný trubce nebo „bubnu“ a je obvykle vyrobeno z oceli. Obsahuje další součásti, jako je píst, pístní tyč a těsnicí prvky.
• Připojení: Přípojky jsou umístěny na koncích pneumatického válce. Stlačený vzduch může vniknout nebo z něj unikat.
• Píst: Píst je umístěn uvnitř válce a pohybuje se stlačeným vzduchem.
• Pístová tyč: Pístová tyč je umístěna v trubce válce a je připojena k hnacímu pístu. Lineární pohyb pístu se přenáší na další části stroje pomocí pístní tyče.
• Těsnicí prvky: Těsnicí prvky zajišťují udržování nebo kompenzaci tlaku ve válci.

(1) Pístová tyč (2) Válcové pouzdro (3) Připojení (4) Píst (5) Těsnicí prvky

Diferenciace pneumatických válců podle principu provozu

Princip funkce pneumatických válců je založen na principu změny tlaku a objemu. Stlačený vzduch namířený do válce pohybuje pístem. V závislosti na provozním principu a působení síly se rozlišují jednočinné pneumatické válce a dvoučinné pneumatické válce.

Jednofázový pneumatický válec má jedno připojení. Stlačený vzduch vstupuje tímto spojením a vysouvá pístní tyč. Vzhledem k provoznímu principu jednočinných pneumatických válců může být síla vyvíjena pouze jedním směrem. Pokud se stlačený vzduch uvolní stejným připojením, tyč se vrátí do původní polohy. Zatažení tyče lze ovládat pomocí vratné pružiny nebo vnější síly.

Pneumatický válec s dvojitým pohonem funguje oběma směry. Má dvě přípojky stlačeného vzduchu, které střídavě natlakují pneumatický válec z obou stran. Tímto způsobem se pístní tyč pohybuje dopředu a dozadu. V závislosti na tom, která strana je dodávána se stlačeným vzduchem, pneumatický válec řídí směr pohybu a rozvine svou plnou sílu v obou směrech.

Různé verze pneumatických válců

Existují různé verze pneumatických válců. Níže uvedená vysvětlení patří mezi nejběžnější a/nebo nejznámější varianty, které slouží jako příklady. Kromě toho existují další varianty pro různé speciální aplikace.

Pneumatický válec s tlumením koncové polohy

Válce stlačeného vzduchu s tlumením koncové polohy jsou vybaveny elastickými pufry nebo nastavitelnými regulátory rychlosti, které mírně zpomalují pohyb pístní tyče dříve, než dosáhne její koncové polohy. Toto tlumení chrání před nárazy a prodlužuje životnost systému tím, že brání pístu v nárazu na dno válce při nadměrných otáčkách.

Válec bez tyče

Válce se stlačeným vzduchem bez tyče jsou speciální formou pneumatických válců, které se liší od konvenčních válců kvůli absenci vyčnívající pístní tyče. Píst se pohybuje uvnitř válce a přenáší svou sílu buď vnější vodicí lištou, pásem nebo bočním připojením lineárního aktuátoru. Tento typ konstrukce umožňuje delší zdvih v kompaktnější formě, což je činí obzvláště vhodnými pro přesné aplikace a prostorová omezení.

Synchronní pneumatický válec

V synchronním válci se stlačeným vzduchem jsou válce navrženy tak, aby spolu pracovaly synchronně. Umožňuje to, aby se všechny válce pohybovaly současně a stejnou rychlostí. Umožňuje to optimalizaci obráběcích procesů, protože synchronní pohyb umožňuje pohyby přesahující intenzitu jednoho válce. Synchronní pneumatické válce se často používají v aplikacích, kde jsou vyžadovány přesné a rovnoměrné pohyby, například v montážních nebo balicích technologiích.

Vícepolohové válce

Tento typ tlakové láhve se rovněž skládá z několika tlakových láhví se stlačeným vzduchem s dvojitým účinkem, které jsou přímo vzájemně spojeny. V závislosti na aplikaci stlačeného vzduchu se jednotlivé písty válců rozprostírají v různých směrech. Když jsou například připojeny dva válce různých délek zdvihu, spuštění a dělení zdvihu mají za následek čtyři polohy, které může válec předpokládat. Vícepolohové válce se obvykle používají, když je vyžadováno několik cílových poloh, například v obalové nebo montážní technologii.

Membránové válce

Membránové válce rovněž patří do třídy pneumatických válců a na rozdíl od válců se stlačeným vzduchem mají namísto pístu pružnou membránu nebo měch. Membrána se rozpíná v reakci na přívod stlačeného vzduchu a vytváří pohyb a sílu. Jednou z výhod membránových válců je schopnost pracovat v prostředích, kde je zapotřebí se vyhnout rizikům úniku nebo kontaminace, protože je zapotřebí eliminovat potřebu pístních tyčí nebo těsnění, která vyčnívají z válce. Jsou proto ideální pro čisté nebo sterilní aplikace.

Výběr pneumatických válců

Při výběru pneumatického válce hraje klíčovou roli síla potřebná k pohybu nákladu určitou rychlostí. Síla válce by měla být o něco vyšší než síla potřebná k pohybu nákladu. Míra vyvíjení síly závisí na různých faktorech, včetně provozního tlaku a efektivního průměru pístu. Základní vzorec pro výpočet síly F pneumatického válce je:

Kde p je tlak vyvíjený na píst a a je účinná plocha povrchu, která přichází do kontaktu se vzduchem. Průměr pístu d se používá k výpočtu efektivní plochy povrchu a:

Pomocí provozního tlaku p a určené plochy povrchu a lze nyní určit možnou maximální sílu, a tím i maximální výkon válce. Síla generovaná ve skutečnosti však může být poněkud nižší kvůli aspektům, jako je tření nebo pokles tlaku v potrubí a ventilech. Je rovněž třeba zmínit, že výše uvedené vzorce a výpočet síly se vztahují k jednočinným pneumatickým válcům. U dvojitých pneumatických válců musí výpočet kromě rozvinovacího zdvihu rovněž brát v úvahu zpětný zdvih.

Výhody a nevýhody pneumatických válců

Pneumatické válce jsou charakterizovány různými výhodami. Důležitým faktorem je jejich robustní konstrukce. Snášejí různé vlivy prostředí a mechanické namáhání. Díky jednoduché konstrukci jsou tlakové láhve se stlačeným vzduchem nejprve levnější, protože nevyžadují složitou elektroniku ani ovládací prvky, a za druhé je jejich údržba a opravy rovněž jednodušší než například v porovnání s elektronickými nebo hydraulickými systémy. Kromě toho je zapotřebí zmínit, že pneumatické válce fungují velmi čistě, protože fungují pouze se stlačeným vzduchem. I když vzduch uniká únikem, nedochází ke kontaminaci. Kromě toho je montáž velmi snadná, protože výfukový vzduch může vytékat přímo do prostředí, a proto není nutné žádné složité zpětné vedení.

Jednou z nevýhod je, že pneumatické válce vyžadují čistý a suchý vzduch, aby optimálně fungovaly. Kontaminace nebo vlhkost ve vzduchu může způsobit předčasné opotřebení nebo kondenzaci systému, což by následně narušilo účinnost a životnost válců. Dalším aspektem ke zvážení je tzv. protiskluzový efekt. Tento efekt se týká klouzání pohyblivých těles proti sobě a dochází k němu, když je statické tření výrazně větší než kluzné tření. Protože síly statického tření v pneumatických válcích jsou přibližně dvakrát tak velké jako síly tření klouzavým třením, může se někdy velmi rychle objevit efekt protiskluzu.

Oblasti použití pneumatických válců

Pneumatické válce se používají v různých průmyslových odvětvích a aplikacích. Často se používají ve strojírenství a v továrním inženýrství k provádění opakovaných pohybů, jako jsou automatizované výrobní linky. Válce stlačeného vzduchu se zde používají k provádění úkonů, jako je upínání, soustružení nebo zvedání. Pneumatické válce se však rovněž používají v dopravníkových systémech k otevírání nebo zavírání posuvníků, například k přemísťování materiálů z jednoho pásu na druhý.

Kliknutím sem se o této aplikaci dozvíte více.

MISUMI nabízí řadu vysoce kvalitních pneumatických válců v různých verzích. Vyberte vhodný pneumatický válec pro vaši aplikaci. V online obchodě MISUMI najdete rovněž řadu pneumatických příslušenství, jako jsou ventily, adaptéry, snímače nebo kompresory.