Poniedziałek, 28 maja 2018

Siłowniki i silniki liniowe

Z silników liniowych korzysta się w przemyśle, energetyce, logistyce, środkach transportu, sprzęcie ciężkim oraz urządzeniach medycznych. W artykule przedstawiamy przykłady ich zastosowań. Poprzedzamy je przeglądem różnych typów elementów liniowych. Dodatkowo opisujemy nowe rodzaje silników, które umożliwiają dynamiczne ruchy nie tylko po odcinkach prostych.

Siłowniki i silniki liniowe

Do grupy tytułowych urządzeń zaliczane są siłowniki pneumatyczne, hydrauliczne, elektryczne, w których ruch obrotowy zostaje zamieniony na ruch prostoliniowy i silniki liniowe.

Jeżeli chodzi o pierwsze dwa typy urządzeń, to pod względem budowy i zasady działania występują pomiędzy nimi duże podobieństwa. Najważniejszą różnicą między siłownikami pneumatycznymi i hydraulicznymi jest rodzaj czynnika roboczego będącego w nich nośnikiem energii.

W pierwszych na energię mechaniczną obiektu, który zostaje wprawiony w ruch, przekształcana jest energia potencjalna sprężonego gazu, zazwyczaj powietrza. W drugich medium roboczym jest ciecz hydrauliczna.

Specyfika czynnika roboczego decyduje o zaletach i jest przyczyną ograniczeń siłowników obu typów, wpływając przez to na ich zastosowania. Piszemy o tym dalej, na wstępie przedstawiając budowę i klasyfikację siłowników pneumatycznych.

SIŁOWNIKI PNEUMATYCZNE

Do siłowników, które wywołują ruch posuwisto-zwrotny, zalicza się m.in. tłokowe. Urządzenie tego typu składa się z tłoka umieszczonego w cylindrze, który wypełnia się sprężonym powietrzem. Pod wpływem gazu tłok się przesuwa, a następnie powraca do położenia wyjściowego.

Można w niego wbudować magnes, aby za pomocą czujników pola magnetycznego, na przykład wbudowanych w cylinder albo zamontowanych na nim, śledzić jego pozycję.

Siłowniki pneumatyczne wykonuje się jako jednostronne albo dwustronne. W tych drugich powrót tłoka następuje w wyniku działania sprężonego powietrza doprowadzonego z przeciwnej strony, natomiast w siłownikach jednostronnych pod naciskiem znajdującej się w nich sprężyny, której jeden koniec połączony jest z tłokiem, a drugi ze ścianą cylindra. Tłok może także wracać do położenia wyjściowego pod wpływem ciężaru ładunku.

Tłok jest zazwyczaj osadzony na tłoczysku. Jest to element, z którym łączy się albo przez które popychane jest obciążenie. W przypadku gdy sprężony gaz jest wprowadzany naprzemiennie do obu komór siłownika, można go wyposażyć w dwa tłoczyska, po jednym z każdej strony tłoka. W ten sposób zbudowane są siłowniki z dwustronnym tłoczyskiem.

JAKIE SĄ ZALETY SIŁOWNIKÓW BEZTŁOCZYSKOWYCH?

Siłowniki pneumatyczne tłokowe są wykonywane także w wersji bez tłoczyska. W takim przypadku obciążenie jest poruszane przez ruchomy wózek (suwak), który jest sprzężony z tłokiem siłownika, magnetycznie albo mechanicznie. W porównaniu z siłownikami z tłoczyskiem te beztłoczyskowe mają wiele zalet.

Przede wszystkim są lżejsze oraz zajmują mniej miejsca - oszczędności, jakie pod tymi względami można uzyskać, sięgają nawet 50%. Dzięki temu, że nie dochodzi w nich do wyboczenia tłoczyska, mają znacznie większy skok. Ponadto przenoszą duże momenty zginające i siły poprzeczne.

Pracują także przy większych prędkościach. Z drugiej strony jednak są trudniejsze w montażu, a w miejscu połączenia suwaka z tłokiem może występować niewielki wyciek czynnika roboczego, przez co nie sprawdzają się w podtrzymywaniu ładunku w niezmiennej pozycji.

Ponadto wyróżnia się m.in. siłowniki pneumatyczne: zbudowane z wielu segmentów, takie, w których tłoczysko przyjmuje tylko dwa skrajne położenia albo wiele pozycji (wielopołożeniowe) oraz z lekkim uderzeniem (z amortyzacją) i udarowe. Ze względu na wykonywaną pracę dzieli się je na: ciągnące i pchające.

ZALETY SPRĘŻONEGO POWIETRZA

Powietrze, którym są zasilane napędy pneumatyczne, jest medium łatwo dostępnym i odnawialnym. Jest także czyste, bezpieczne oraz ekologiczne w eksploatacji, dzięki czemu nie stanowi zagrożenia dla obsługi ani nie zanieczyszcza otoczenia, nawet w razie rozszczelnienia się instalacji, którą jest przenoszone.

Sprężone powietrze łatwo jest przetransportować na duże odległości. Z powodu strat ciśnienia w przewodach spowodowanych m.in. jego tarciem o ich ścianki maksymalny dystans wynosi około kilometra. Specyfika medium roboczego sprawia też, że instalacji, którą jest ono przenoszone, nie trzeba odpowietrzać.

Ponadto nie są potrzebne przewody powrotne, gdyż zużyty czynnik roboczy można odprowadzić bezpośrednio do otoczenia. Brak obiegu zamkniętego znacząco uproszcza organizację instalacji zasilającej napęd pneumatyczny.

Większych problemów nie stwarza też magazynowanie sprężonego powietrza dzięki jego dużej ściśliwości (kilka tysięcy razy większej niż cieczy hydraulicznych). Można je gromadzić zarówno w zbiornikach stacjonarnych, jak i ruchomych.

Dobór siłownika pneumatycznego

Wybierając siłownik pneumatyczny, pod uwagę powinno się wziąć takie wielkości, jak jego siła użyteczna i zakres ruchu. Przy podejmowaniu decyzji konieczna jest także znajomość charakteru obciążenia, a dokładnie tego, czy będzie występować na całej długości przemieszczenia, czy tylko w skrajnych położeniach tłoka (na początku i/albo na końcu skoku).

W kartach katalogowych można znaleźć informacje o teoretycznej sile pchającej albo ciągnącej. Dla siłowników dwustronnych z jednym tłoczyskiem jest ona wyznaczana jako iloczyn ciśnienia powietrza i powierzchni czynnej tłoka. Ta ostatnia zależy w przypadku siły pchającej tylko od średnicy tłoka, natomiast na siłę ciągnącą ma też wpływ średnica tłoczyska. Na podstawie danych katalogowych obliczana jest siła rzeczywista (użyteczna). W tym celu warto skorzystać z zależności, która łączy te dwie wielkości.

Przyjmuje się, że stosunek siły użytecznej do siły teoretycznej ma określoną wartość w zależności od tego, czy ruch tłoka jest wolny, czy szybki oraz od charakteru obciążenia. Na przykład przy ruchu szybkim i obciążeniu występującym na całej długości przemieszczenia jest on mniejszy niż 0,7. Przy takim samym rozkładzie obciążenia, ale ruchu powolnym, stosunek siły użytecznej do siły teoretycznej jest większy od tej wartości.

W kartach katalogowych zamieszczane są również tabele z zestawieniem przybliżonego zużycia powietrza. Podaje się je dla różnych średnic tłoka i w zależności od długości skoku siłownika.

Prezentacje firmowe

Polecane

Nowe produkty

Zobacz również