}
Jak obliczyć siłę siłownika pneumatycznego ISO
Siłowniki dobrane przez pracowników CPP PREMA

Ze względu na swoją niezawodność, prostą konstrukcję, dostępność oraz koszt instalacji, siłowniki pneumatyczne są często pierwszym wyborem dla wielu układów napędowych. Aby uzyskać maksymalną wydajność i bezpieczeństwo, ważne jest, aby obliczyć odpowiednią siłę siłownika. W tym poradniku omówimy, jak prawidłowo obliczyć siłę siłownika pneumatycznego ISO, biorąc pod uwagę parametry siłownika, takie jak średnica tłoka, średnica tłoczyska, ciśnienie powietrza i współczynnik η.

Określenie wymaganej siły dla konkretnej aplikacji

Aby obliczyć siłę pchającą lub ciągnącą siłownika pneumatycznego, należy najpierw określić jego parametry. Trzeba zastanowić się nad tym, czy siłownik wytrzyma zakładane obciążenia oraz jak będą się one rozkładać na początku, na końcu czy na całej długości tłoczyska. Jaki potrzebny jest zakres ruchu (skok)? Warto również wziąć pod uwagę prędkość suwu tłoczyska i czas trwania cyklu pracy. 

Należy dodatkowo sprawdzić czynniki, takie jak warunki środowiskowe (takie jak temperatura i wilgotność powietrza). Trzeba pamiętać, że podczas pracy powstają dodatkowe obciążenia mechaniczne, takie jak tarcie w uszczelnieniach.

Po uwzględnieniu wszystkich powyższych czynników należy ustalić dokładną wymaganą siłę, która będzie potrzebna do poruszania obciążonym tłokiem. Zbyt duża siła przy wyborze siłownika pneumatycznego ISO może być nieekonomiczna i prowadzić do większego zapotrzebowania na energię oraz uszkodzeń elementu instalacji. Zbyt mała siła sprawi natomiast, że jego wykorzystanie w instalacji będzie nieefektowne, a sam siłownik ulegnie awarii.

Ciśnienia powietrza czynnikiem w prawidłowym doborze pneumatyki

Stosunkiem wartości siły, jaką powietrze wywiera na powierzchnię, jest jego ciśnienie. W siłownikach pneumatycznych gaz ten wykorzystywany jest jako źródło zasilania do poruszania siłownikiem.

W praktyce, ciśnienie powietrza w siłowniku jest kontrolowane przez zastosowanie zaworu regulacji ciśnienia. Pozwala on precyzyjnie ustawić wymaganą wartość, która jest potrzebna do osiągnięcia pożądanej siły.

W przypadku siłowników pneumatycznych ISO dwustronnego działania z jednostronnym tłoczyskiem zaleca się stosowanie ciśnienia w zakresie od 3 do 10 barów (0.3 do 1 MPa), oczywiście w zależności od konkretnego modelu oraz warunków pracy.

Dokładny monitoring oraz dostosowanie ciśnienia do wymaganych poziomów pozwoli uniknąć kosztów związanych z nieefektywną pracą instalacji. Zabezpieczy też użytkowników przed awariami zastosowanych urządzeń lub wymianą pneumatyki.

Wzór na siłę siłownika pneumatycznego ISO

Teoretyczna siła pchająca lub ciągnąca siłownika pneumatycznego obliczana jest przy uwzględnieniu średnicy tłoka, tłoczyska oraz powierzchni pracy (długość skoku, wysunięcie tłoka i powrót).

Pierwszym krokiem w doborze siły jest dobór orientacyjnego zużycia powietrza, które będzie potrzebne do wykonania jednego cyklu ruchu siłownika. Obliczenie to wymaga znajomości średnicy tłoka oraz długości skoku.

Następnie, należy ustawić ciśnienie gazu dostarczane do siłownika. Można to zrobić przez regulacje zaworem regulacji ciśnienia.

Liczymy siłę siłownika pneumatycznego ze wzoru:

siła teoretyczna = ciśnienie * czynna powierzchnia tłoka

Do obliczenia czynnej powierzchni tłoka służą dwa wzory zależące od rodzaju siły (pchającej lub ciągnącej).

siła użytkowa = ciśnienie * czynna powierzchnia tłoka * współczynnik η

Wzór na wyliczanie siły zdjęcie z katalog CPP PREMA

Warto pamiętać, że omawiany współczynnik η może się różnić w zależności od konkretnego modelu oraz warunków użytkowania. Informacje dodatkowe na temat efektywności danego siłownika można pozyskać z dokumentacji technicznej producenta.

Obliczanie siły siłownika pneumatycznego ISO - Tabela

Teoretyczna siła pchająca na tłoczysku siłowników dwustronnego działania z jednostronnym tłoczyskiem

Ciśnienie powietrza (MPa)
Teoretyczna siła pchająca (daN)(kG)
∅ tłok (mm) ∅ tłoczysko (mm) 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0
D12 6 3.9 4.52 5.65 6.79 7.92 9.05 10.18 11.31
D16 6 6.03 8.04 10.05 12.06 14.07 16.09 18.10 20.11
D20 8 9.42 12.56 15.7 18.85 21.99 25.13 28.27 31.42
D25 10 14.72 19.63 24.54 29.42 34.36 39.27 44.17 49.09
D32 12 24.12 32.17 40.21 48.25 56.29 64.34 72.38 80.42
D40 16 37.7 50.2 62.8 75.4 88 100.5 113 125.7
D50 20 59 78.5 98 117 137 157 176 196
D63 20 93.5 124 155 187 218 249 280 311
D80 25 150 201 251 301 351 402 452 502
D100 25 235 314 392 471 549 628 706 785
D125 32 368 490 613 736 859 981 1104 1227
D160 40 603 804 1005 1206 1407 1608 1810 2011
D200 40 942 1257 1571 1885 2199 2513 2827 3142
D250 50 1473 1963 2454 2945 3436 3927 4418 4909
D320 63 2413 3217 4021 4825 5629 6433 7238 8042

Wartość współczynnika η w zależności od sposobu pracy siłownika

Rzeczywista siła na tłoczysku siłownika zależy od zmian ciśnienia w czasie napełniania i opróżnienia komór siłownika oraz zmian siły tarcia w uszczelnieniach. W praktyce korzystne jest posługiwanie sie współczynnikiem η, wyrazajacym stosunek siły użytecznej Fu do siły teoretycznej Ft. W powyższej tabeli określono zalecane wartości współczynnika η.
Sposób pracy Wartość współczynnika η
Ruch powolny, obciążenie działające na końcu skoku 0.8
Ruch szybki, obciążenie działające na końcu skoku lub ruch powolny, obciążenie działające na całym skoku 0.75
Ruch szybki, obciążenie działajace na całym skoku 0.65

Orientacyjne zużycie powietrza na jeden cykl pracy siłownika dwustronnego działania z jednostronnym tłoczyskiem

Orientacyjne zużycie powietrza przy ciśnieniu 0.63 MPa (normalne dm3)
Średnica siłownika Zużycie dla skoku 100 (mm) Przyrost zużycia na każde następne 100 (mm)
D12 0.165 0.144
D16 0.293 0.272
D20 0.459 0.401
D25 0.716 0.659
D32 1.174 1.117
D40 1.835 1.649
D50 2.867 2.681
D63 4,551 4,274
D80 7.339 7.061
D100 11.47 10.88
D125 17.92 17.33
D160 29.36 28.44
D200 45.87 44.95
D250 71.67 70.23

Podsumowanie

Obliczając siłę siłownika pneumatycznego ISO należy zwrócić szczególną uwagę na określenie danych wejściowych siłownika, biorąc pod uwagę obciążenie oraz zakres skoku. Rekomenduje się stosowanie ciśnienia w zakresie od 3 do 10 barów. W przypadku siłowników dwustronnego działania z jednostronnym tłoczyskiem warto wziąć pod uwagę zarówno średnicę tłoka i tłoczyska, jak i współczynnik η w przedziale od 0.65 do 0.8.

Warto pamiętać, że w razie wątpliwości nasi pracownicy CPP „PREMA” S.A. służą pomocą w doborze siłownika o odpowiedniej sile oraz parametrach, których potrzebujesz.

Podziękowania dla Pani Beaty Sobolak, Konstruktora w Dziale Konstrukcyjno – Technologicznym CPP „PREMA” S.A. za pomoc merytoryczną w przygotowaniu poradnika.