Как подобрать пневмоцилиндр: диаметр, ход и усилие

Пневмоцилиндр подбирают не «по похожести на прежний», а по нескольким числам: какое усилие он должен развить, на какую длину переместить нагрузку и в каких условиях работать. Ошибка в любом из них даёт либо привод, который не дотягивает нагрузку, либо лишний габарит и лишний расход воздуха на каждом цикле.

Откуда берётся усилие на штоке

Усилие — это давление воздуха, умноженное на площадь, на которую оно давит. Площадь поршня растёт как квадрат диаметра, поэтому переход с 32 на 63 мм даёт не вдвое, а почти вчетверо большее усилие. Отсюда следствие: диаметр поршня — главный параметр подбора, а давлением управлять почти нельзя, оно задано компрессорной.

Ориентировочные значения для рабочего давления 6 бар (трение и потери в линии не учтены):

Обратный ход всегда слабее прямого: в штоковой полости часть площади поршня занимает сам шток. Если тянущее движение рабочее, а толкающее холостое, считать надо именно по штоковой полости. Когда усилие нужно одинаковым в обе стороны, смотрят исполнения с двусторонним штоком — в разделе стандартных пневмоцилиндров такие есть, хотя основная масса позиций односторонние.

Запас и нижняя граница давления

Расчётное усилие — идеальный случай. В реальности его съедают трение манжет и направляющей втулки, падение давления на распределителе и тонких трубках, инерция подвижных масс и износ уплотнений к концу ресурса. Поэтому цилиндр берут с коэффициентом порядка 1,5–2 к статически посчитанной нагрузке — тем большим, чем быстрее движение и длиннее пневмолиния. Второй ограничитель — минимальное рабочее давление: у стандартных цилиндров это 1 бар, у компактных встречаются 1, 2 и 2,5 бар. Ниже порога поршень не страгивается вовсе, поэтому расчёт ведут по реальному провалу давления в сети, а не по паспортным шести барам.

Диаметр и ход: где заканчиваются ряды

Диаметры поршня стандартных цилиндров занимают диапазон от 25 до 320 мм, основная часть ассортимента приходится на 32, 40, 63, 80 и 100 мм. Ход перекрывает интервал от 5 до 1880 мм, самые ходовые значения — 50, 100, 160, 300 и 600 мм. Типовое исполнение — Стандартный цилиндр Camozzi 61M2C040A0150V, для тяжёлых задач — Camozzi 61M2P125A1310. Присоединительные размеры этой линейки собраны в документе Техническая информация по Camozzi (серия 61).

Когда места по длине не хватает, задачу решают компактные пневмоцилиндры: диаметры поршня 6–100 мм, ход ограничен 200 мм, зато корпус существенно короче при том же диаметре. Типичные ходы здесь 10, 15, 20, 25 и 50 мм — прижимы, фиксаторы, толкатели. Крайние точки диапазона видны на примерах Компактный цилиндр Camozzi 14N1A06A05 и Camozzi 32M2A080A015, а параметры серии расписаны в файле Техническая информация по Camozzi (серия 31).

Длинный ход — отдельная тема. Чем он больше, тем сильнее шток работает на продольный изгиб и тем критичнее боковая нагрузка: направляющая втулка на неё не рассчитана. При больших ходах и внецентренной нагрузке шток разгружают внешними направляющими.

Конструкция, крепление и совместимость

Подавляющее большинство стандартных цилиндров относится к группе ISO 15552, встречаются также исполнения по ISO 6431 и ISO 21287. Практический смысл один: монтажные и присоединительные размеры нормированы, поэтому привод меняется на такой же типоразмер без переделки кронштейнов и оснастки.

По конструкции корпуса ассортимент делится на несколько групп: со стяжными шпильками внутри профиля, с гильзой в виде круглой трубы, с гильзой в виде профиля, с наружными шпильками. Способ крепления выбирают вместе с конструкцией — есть исполнения с центральной цапфой, когда цилиндр должен поворачиваться вслед за нагрузкой.

Условия эксплуатации

• Давление. Максимум 10 бар для стандартных цилиндров, у части компактных исполнений предел ниже — 8 бар.
• Температура. Основной диапазон от 0 до +80 °C, при сухом воздухе нижняя граница опускается до −20 °C. Есть исполнения до +150 °C и морозостойкие до −40 °C.
• Качество воздуха. Часть позиций рассчитана на очищенный воздух без маслораспыления по ISO 8573-1:2010 [7:4:4], часть — на воздух со степенью фильтрации 25 мкм. Это требование к линии подготовки, а не пожелание.
• Материалы. Шток чаще всего из нержавеющей стали AISI 420B, для агрессивных сред применяются AISI 303, 304 и 316. Уплотнения компактных серий — полиуретан, для высоких температур фторкаучук FKM.
• Демпфирование. В компактных сериях преобладает нерегулируемое, регулируемое пневматическое встречается редко. При больших массах и скоростях понадобятся внешние амортизаторы.

Порядок действий при подборе

1. Посчитайте требуемое усилие в рабочем направлении, отдельно для прямого и обратного хода.
2. Умножьте его на коэффициент запаса 1,5–2 с учётом трения, потерь и динамики, и возьмите реальное давление сети в худший момент смены.
3. Подберите диаметр поршня, округлив вверх до ближайшего значения из ряда.
4. Задайте ход с запасом на регулировку упоров, но без избытка: лишний ход — это лишний расход воздуха на каждом цикле.
5. Выберите конструкцию и крепление, ориентируясь на стандарт (ISO 15552 или ISO 21287) — так проще будет заменить привод в будущем.
6. Проверьте температуру, требования к чистоте воздуха, боковые нагрузки и необходимость датчиков положения.