Привод систем линейного перемещения с помощью пневматических приводов (или пневмоцилиндров) является относительно простым и недорогим подходом. Технология пневматических приводов существует уже более 50 лет, но улучшенные уплотнения поршней и штоков (из современных материалов) делают пневматические приводы более устойчивыми и эффективными, чем когда-либо. Эти уплотнения уменьшают утечку и выдерживают экстремальные температуры, что позволяет инженерам использовать приводы в большем количестве сред.

Аналогичным образом, поверхности с постоянной смазкой, сервопневматическое управление, повышенная коррозионная стойкость и функции воздушной амортизации делают пневматические приводы более полезными, чем когда-либо.

Напомним, что пневматика — это технология сжатого воздуха. Однако в некоторых кругах более модно называть это одним из видов автоматизированного управления. Сжатый газ — обычно воздух, который может быть как сухим, так и содержать смазку — используется для приведения в действие концевого эффектора и выполнения работы. (Подробнее после прыжка.)

Концевые исполнительные устройства могут варьироваться от обычного цилиндра до более специфичных для конкретного применения устройств, таких как захваты или пневматические пружины. Вакуумные системы, также относящиеся к области пневматики, используют вакуумные генераторы и стаканы для выполнения деликатных операций, таких как подъем и перемещение больших листов стекла или деликатных предметов, таких как яйца. Пневматика широко используется в таких отраслях, как медицина, упаковка, погрузочно-разгрузочные работы, развлечения и даже робототехника.

По своей природе воздух легко сжимается, и поэтому пневматические системы, как правило, поглощают чрезмерные удары, что полезно в некоторых областях применения. Большинство пневматических систем работают при давлении около 7 атм, что составляет небольшую долю от давления 210-350 атм, которое наблюдается в некоторых гидравлических системах. Таким образом, пневматика обычно используется при гораздо меньших нагрузках.

Пневматическая система обычно использует воздушный компрессор для уменьшения объема воздуха, тем самым увеличивая давление газа.

Сжатый газ проходит по пневматическим шлангам и контролируется клапанами на пути к приводу. Сама подача воздуха должна постоянно фильтроваться и контролироваться для поддержания эффективной работы системы и правильной работы различных компонентов. Это также помогает обеспечить длительный срок службы системы.

В последние годы возможности управления пневматическими системами (благодаря передовой электронике и компонентам) значительно возросли. Там, где когда-то пневматические системы не могли конкурировать со многими сопоставимыми электронными системами автоматизации, сегодня технология переживает своего рода ренессанс.

Многие промышленные применения требуют линейного перемещения во время их рабочей последовательности. Одним из самых простых и экономичных способов достижения этой цели является использование пневматического привода, часто называемого воздушным цилиндром. Исполнительный механизм — это устройство, которое преобразует источник статической мощности в полезное выходное движение. Он также может быть использован для приложения силы.

Приводы, как правило, представляют собой механические устройства, которые забирают энергию и преобразуют ее в какой-либо вид движения. Это движение может быть в любой форме, такой как блокирование, зажим или выталкивание.
Пневматические приводы — это механические устройства, которые используют сжатый воздух, воздействующий на поршень внутри цилиндра, для перемещения груза по линейной траектории. В отличие от их гидравлических аналогов, рабочая жидкость в пневматическом приводе — это просто воздух, поэтому утечка не происходит каплями и не загрязняет окружающие участки. Существует множество типов пневматических приводов, включая мембранные цилиндры, бесштоковые цилиндры, телескопические цилиндры и цилиндры со сквозным штоком.

Самый популярный тип пневматического привода состоит из поршня и штока, движущихся внутри закрытого цилиндра. Этот тип привода можно разделить на два типа в зависимости от принципа действия: одинарного действия и двойного действия.

Цилиндры одностороннего действия используют одно воздушное отверстие для подачи сжатого воздуха в цилиндр для перемещения поршня в нужное положение, а также внутреннюю пружину для возврата поршня в “исходное” положение при снижении давления воздуха.

Цилиндры двойного действия на каждом конце имеют отверстие для подачи воздуха, который перемещает поршень вперед и назад, за счет изменения отверстия, через которые поступает воздух высокого давления.

В типичном случае корпус привода соединен с опорной рамой, а конец штока соединен с элементом машины, который должен быть перемещен. Регулирующий клапан включения/ выключения используется для направления сжатого воздуха в расширенное отверстие при одновременном открытии отводящего отверстия в атмосферу. Разница в давлении с двух сторон поршня приводит к силе, равной разнице давлений, умноженной на площадь поверхности поршня.

Если нагрузка, приложенная к штоку, меньше результирующей силы, поршень и шток выдвинутся и переместят элемент машины. Обращение клапана вспять и подача сжатого воздуха приведут к тому, что узел вернется в исходное положение.

Пневматические приводы находятся на рабочем конце гидравлической энергетической системы. Перед этими агрегатами, которые производят видимую работу по перемещению груза, находятся компрессоры, фильтры, регуляторы давления, лубрикаторы, регулирующие клапаны включения/ выключения и регуляторы расхода. Соединение всех этих компонентов вместе представляет собой сеть трубопроводов (жестких или гибких) и фитингов.

Требования к давлению и расходу исполнительных механизмов в системе необходимо учитывать при выборе компонентов системы, расположенных выше по потоку, для обеспечения хорошей производительности. Небольшие размеры компонентов, расположенных выше по потоку, могут привести к плохой работе пневматического привода или сделать его неспособным перемещать свой груз.

При выборе любого воздушного баллона важно правильно подобрать баллон для конкретного применения, особенно с точки зрения требуемого усилия. Теоретическое усилие, доступное в приводе, равно площади поверхности поршня, умноженной на давление подаваемого воздуха. Усилие пружины должно быть вычтено из этого значения для цилиндров одинарного действия. Фактическое усилие, приложенное к грузу, будет на 3-20% меньше из-за потерь давления в системе. Когда известна требуемая площадь поверхности поршня (A), диаметр отверстия (d) можно найти по формуле:

Требуемый ход элемента машины определяет длину хода, приводимого в действие приводом. Окончательным критерием выбора является расположение крепления цилиндра и результирующая конфигурация.

Существует множество конфигураций пневматических приводов, доступных от различных производителей. Наиболее распространенные из них включают жесткое носовое или хвостовое крепление, цапфовое крепление, заднее поворотное крепление и ножное крепление. Как только станут известны основные размеры и конфигурация привода, следует рассмотреть другие варианты, такие как подушки в конце хода или специальные уплотнения. В некоторых приложениях требуются переключатели определения положения, обычно выполняемые с помощью магнитного поршня и переключателей.

Несколько факторов, таких как загрязнение системы, коррозия, незначительные утечки и износ, влияют на доступное давление воздуха и расход, используемые для приведения в действие привода. Инженеры должны подобрать размеры привода и системы подачи жидкости таким образом, чтобы не тратить энергию впустую, с добавлением запаса для учета незначительного снижения давления и расхода.

Больше информации на pneumatictips.com