Манометр цеховой сети показывает 6 бар. Сработают ли четыре пневматических тиска за 0,3 секунды? Одного манометра для ответа недостаточно: он показывает давление в одной точке и в один момент. Он не показывает, сколько воздуха требуется каждому движению и насколько падает давление при работе других потребителей.
Используйте три отдельные величины. Расход воздуха за цикл, умноженный на частоту циклов, определяет среднюю потребность ветви и компрессора. Расход во время самого короткого движения определяет выбор фильтра, регулятора, распределителя, трубок, фитингов и выхлопа. Минимальное давление у приспособления во время движения — итоговый критерий приёмки.
Условие допуска:
Pприспособления,мин ≥ Pустройства,мин + согласованный запас проекта, причём зажим или раскрепление должны завершаться в установленное время. Если хотя бы одно условие не выполнено, пневмотракт не принят.
Три величины отвечают на три разных вопроса
| Величина | Как определить | Что она определяет |
|---|---|---|
| Приведённый объём воздуха за цикл | Сложите объём воздуха, подаваемый и сбрасываемый при каждом зажиме и раскреплении, включая объём линий, заполняемых и опорожняемых каждый цикл. | Исходные данные для средней потребности ветви и оценки энергозатрат. |
| Требуемый средний расход за ход | Разделите приведённый объём одного движения на допустимое время. Добавьте одновременно работающих потребителей. | Предварительный целевой расход для местного пневмотракта. |
| Минимальное динамическое давление у приспособления | Регистрируйте давление на входе приспособления при наихудшем плановом сочетании нагрузок. | Приёмку по требованиям конкретного зажимного устройства. |
Не называйте вторую величину точным мгновенным пиком. Реальный расход изменяется по ходу движения при нарастании давления. Для окончательного выбора используйте расходную характеристику выбранного компонента или данные ISO 6358. Инженерный калькулятор SMC также разделяет потребление за цикл и требуемый расход.
FRL означает фильтр, регулятор и лубрикатор. Эти буквы обозначают три функции, а не требование включать все три в каждую схему. Необходимый класс воздуха и необходимость, допустимость либо запрет масла определяются руководствами устройств.
Для расчёта нужны восемь точных исходных данных
Заполните эту таблицу для реальной ячейки. Пустое поле означает остановку расчёта, а не разрешение скопировать значение с другого станка.
| Исходные данные | Что записать | Подтверждение |
|---|---|---|
| Зажимное устройство | Точная модель тисков, плиты, цилиндра или усилителя и тип схемы. | Действующие чертёж и руководство. |
| Данные привода | Потребление за операцию по данным поставщика либо диаметр цилиндра и штока, ход и рабочее давление каждой приводной полости. | Технические данные модели. |
| Целевое время движения | Допустимое время зажима и раскрепления от команды до требуемого подтверждения. | Последовательность ячейки и план приёмки. |
| График потребления | Циклы в минуту, число совместно движущихся устройств, время начала и окончания работы каждого пневмопотребителя. | Временная диаграмма программируемого логического контроллера (ПЛК) или журнал холостых циклов. |
| Подача | Минимальное давление в магистрали при работе цеха и этой ячейки. | Записанное давление, а не паспортное давление компрессора. |
| Пневмотракт | Конкретные фильтр, регулятор, распределитель, глушитель, быстроразъёмное соединение, фитинг, внутренний диаметр и длина трубки. | Обозначения компонентов и схема размещения. |
| Другие нагрузки | Захват робота, пневмоконтроль прилегания, продувка, сдув стружки, утечки и потребление усилителя на той же ветви. | Характеристики поставщика и измеренное время включения. |
| Приёмочные пределы | Минимальное давление устройства, наименьшее применимое максимальное давление, допустимое время движения, согласованный запас и класс чистоты воздуха. | Проверка проекта и руководство конкретного устройства. |
Почему две полости цилиндра рассчитывают отдельно
Используйте опубликованное поставщиком потребление за операцию, если оно относится к точной модели и давлению. Для известного цилиндра двустороннего действия с одним штоком отдельно рассчитайте поршневую и штоковую полости. Шток занимает объём, поэтому умножать объём одной полости на два неверно.
Абсолютное давление равно показанию манометра плюс местное атмосферное давление: Pabs = Pgauge + Patm,local. Абсолютную температуру выражают в кельвинах: T(K) = T(°C) + 273,15. Для обеих температур в соотношении ниже используйте кельвины. При диаметре цилиндра D, диаметре штока d и ходе L в миллиметрах:
Vextend = π × D² × L ÷ (4 × 1 000 000)
Vretract = π × (D² − d²) × L ÷ (4 × 1 000 000)
Оба результата — геометрические объёмы полостей в литрах. Пересчитайте объём в приведённые литры по формуле Vref = Vchamber × (Pabs ÷ Pref) × (Tref ÷ T_abs). Применяйте абсолютные давление и температуру.
В примере ниже один приведённый литр — количество воздуха при абсолютном давлении 1,00 бар и температуре 20°C. Запишите принятое поставщиком условие влажности. Если в другом паспорте указаны стандартные кубические футы в минуту (SCFM), нормальные литры в минуту (Nl/min) либо л/мин в условиях ANR — объём, приведённый к указанным в каталоге давлению, температуре и влажности, — перед пересчётом зафиксируйте эти условия. ISO 8778 определяет стандартную исходную атмосферу для пневматических данных.
Пример расчёта небольшого привода двустороннего действия
Это пример для планирования, а не характеристика изделия NEXTAS. Диаметр цилиндра — 50 мм, штока — 20 мм, ход — 25 мм. Давление подачи — 6 бар избыточного. Приведённое и местное атмосферное давления приняты равными 1 бар абсолютного. Температуры подачи и приведения одинаковы.
- Геометрический объём поршневой полости: 0,0491 л.
- Геометрический объём штоковой полости: 0,0412 л.
- Воздух на выдвижение в приведённых условиях: 0,3436 л.
- Воздух на втягивание в приведённых условиях: 0,2886 л.
- Полный цикл выдвижения и втягивания: 0,6322 приведённого литра без добавления объёма линий и утечек.
При шести полных циклах в минуту среднее потребление привода составляет около 3,8 приведённого л/мин. Если выдвижение должно завершиться за 0,25 секунды, требуемый средний расход за ход — около 82,5 приведённого л/мин. Втягивание за 0,25 секунды требует около 69,3 приведённого л/мин. Предварительный расчёт выполняют по событию 82,5 л/мин, а не по среднему за цикл 3,8 л/мин.
Добавляйте только объём трубок и мёртвых полостей, заполняемых и опорожняемых при этом движении. Постоянную продувку или утечку учитывайте как расход, умноженный на реальное время действия. Не складывайте напрямую объём в литрах с расходом в литрах в минуту.
Наибольшую потребность определяет интервал одновременной работы
Ячейка может иметь низкое среднее потребление и высокую потребность в течение четверти секунды. Нанесите все нагрузки на одну временную шкалу. Суммируйте расходы только внутри интервалов, в которых работа совпадает.
| Интервал времени | Активная нагрузка | Расход в расчётной таблице |
|---|---|---|
| 0,00–0,25 с | Два цилиндра из примера выдвигаются одновременно. | 2 × 82,5 = 165 приведённых л/мин. |
| 0,10–0,60 с | Работает сопло сдува стружки. | Добавьте точный расход сопла по его характеристике давления и расхода. Обозначим его Qblow. |
| 0,10–0,25 с | Оба действия выполняются одновременно. | 165 + Qblow. Это наибольшая нагрузка в расчётной таблице. |
| 0,25–0,60 с | Остаётся только сдув стружки. | Qblow. |
Если перенести начало продувки на 0,25 секунды, суммарный расход 165 + Qblow заменится большим из значений 165 и Qblow. Такое изменение времени может снизить требуемую пиковую подачу без замены тисков. Проверьте, что оно не ухудшает удаление стружки, прилегание и логику цикла.
Обычное реле давления почти не расходует технологический воздух. Пневматический контроль или открытое сопло могут потреблять его непрерывно. Используйте характеристику конкретного датчика или сопла. У усилителя также есть собственные потребление и время восстановления. Не принимайте ни одну из этих нагрузок за постоянную условную добавку.
Размер порта не определяет пропускную способность
Порт 1/4 дюйма указывает размер резьбы. Он не показывает, какое выходное давление сохранится при 165 л/мин. Два регулятора с одинаковыми портами могут иметь разные расходные характеристики и потери давления.
- Фильтр: определяйте класс чистоты воздуха по наиболее чувствительному устройству ниже по потоку. По характеристике выбранного фильтра найдите потери при суммарном расходе события. Более тонкая фильтрация увеличивает сопротивление; не назначайте её без требования устройства или процесса.
- Регулятор: используйте минимальное измеренное входное давление, выбранную уставку и расход события. По характеристике его выходное давление должно оставаться выше минимума приспособления с согласованным запасом.
- Распределитель: проверьте зажим и раскрепление при реальных входном и выходном давлениях. Используйте расходную характеристику изготовителя или опубликованные данные пропускной способности, включая ISO 6358, если они предоставлены. Учтите влияние выхлопного канала и глушителя.
- Трубки и фитинги: используйте реальные внутренние диаметры, длины, изгибы, поворотные фитинги, быстроразъёмные соединения и коллекторы. Проверьте данные поставщика о потерях давления либо испытайте собранный тракт.
- Лубрикатор: устанавливайте его, только если все затрагиваемые компоненты ниже по потоку требуют или допускают это масло. Если хотя бы один компонент запрещает масло, общий лубрикатор недопустим.
Справочник Министерства энергетики США по сжатому воздуху называет недостаточную пропускную способность компонентов у потребителя причиной падения давления и рекомендует использовать данные изготовителей о потерях. Руководство Festo по эксплуатации также отмечает, что каждый фильтр увеличивает сопротивление, а размер блока подготовки определяется общим потреблением воздуха.
Зафиксируйте точный класс чистоты воздуха, требуемый руководством устройства, по ISO 8573-1. Правило проверки и замены берите из руководства выбранного фильтра или показаний его индикатора состояния. Не заменяйте их универсальной тонкостью фильтрации в микронах или календарным сроком.
Ресивер покрывает только рассчитанный кратковременный дефицит
Пневморесивер — ёмкость для хранения сжатого воздуха. Его следует отличать от приёмного модуля нулевого базирования, который базирует и закрепляет паллету. Ресивер может покрыть кратковременный недостаток расхода лишь при достаточном используемом диапазоне давления и времени для пополнения. Первая оценка ниже предполагает почти изотермический процесс: температура воздуха в течение события остаётся практически постоянной.
Vreceiver ≈ Qnet × t × Pref ÷ (Phigh,abs − Plow,abs), где Qnet — дефицит расхода после учёта подачи сверху по потоку, в приведённых л/с; t — время в секундах; Pref — абсолютное давление приведения; Phigh,abs − Plow,abs — допустимое падение давления в ресивере от начала до конца события. Для всех трёх давлений используйте одинаковые единицы.
Перепроверьте результат с учётом температуры, отклика распределителя, времени пополнения и реальной записи события. Ресивер также должен иметь подходящее допустимое давление, предохранительную защиту, дренаж, возможность изоляции и соответствовать местным правилам для сосудов под давлением. Он не устраняет засорённый фитинг или ограничение выхлопа.
Пневмогидравлический усилитель также выбирают по конкретной модели. Зафиксируйте коэффициент усиления, расход воздуха, вытесняемый объём масла, максимальные давления на пневматическом входе и гидравлическом выходе, время восстановления и безопасное состояние при потере воздуха. Не выводите эти данные из условного коэффициента. Если выбранное зажимное устройство уже имеет данные потребления за срабатывание, используйте сведения этой модели.
Три записи давления показывают место ограничения
Установите регистратор давления в трёх точках: P0 перед местным блоком подготовки воздуха, P1 после его последнего фильтра, регулятора или лубрикатора и P2 на входе приспособления. Запишите интервал выборки. Повторяйте наихудшее событие с более частой регистрацией, пока измеренное минимальное давление не стабилизируется в согласованном допуске испытания. Используйте самую длинную фактическую трубку, установленный распределитель и глушитель, минимальное плановое давление магистрали и наихудшее допустимое сочетание нагрузок.
| Что показывает запись | Где искать в первую очередь |
|---|---|
| P0 падает во время события. | Цеховая магистраль, пропускная способность ветви, накопление воздуха выше по потоку или общая нагрузка. |
| P0 стабильно, но P1 падает слишком сильно. | Местные фильтр, регулятор, лубрикатор при его наличии, уставка давления, загрязнение или состояние дренажа. |
| P1 стабильно, но P2 падает слишком сильно. | Распределитель, коллектор, соединение, фитинг, трубка или ограничение на входе приспособления. |
| P2 соответствует требованию, но движение запаздывает. | Нагрузка привода, механическое сопротивление, команда распределителя, ограничение выхлопа или датчик подтверждения. |
Для каждого испытания запишите минимумы P0, P1 и P2, время команды, подтверждения зажима, подтверждения раскрепления и восстановления давления. Критерии приёмки должны быть явными:
Минимум P2 ≥ минимум устройства + согласованный запас;Фактическое время движения ≤ допустимое время;Наибольшее зарегистрированное давление ≤ наименьшее допустимое максимальное давление компонентов;- давление восстанавливается до следующего планового потребления;
- автоматическая повторная попытка не скрывает неисправность зажима, прилегания, низкого давления или последовательности.
Если проектом не согласованы запас давления или ограничение времени движения, у испытания нет критерия приёмки. Не повышайте давление регулятора, чтобы скрыть потери. Сначала локализуйте их по P0, P1 и P2, затем замените ограничивающий компонент или измените последовательность и повторите то же испытание.
Граница безопасности: обычное реле давления — технологический сигнал. Оно не подтверждает установку детали, механическую блокировку или функцию с установленным уровнем безопасности. Определите реакцию ячейки на низкое давление, потерю воздуха, аварийный останов и повторный запуск. Перед обслуживанием изолируйте и заблокируйте подачу, сбросьте накопленное давление и подтвердите нулевое давление.
ISO 4414 устанавливает общие требования безопасности пневмосистем. Изготовитель станка по-прежнему должен учитывать оценку риска ячейки и подтверждать её функции безопасности.
Состав пакета данных для проверяемого расчёта воздуха
Отправьте заполненную расчётную таблицу, временную диаграмму потребления, характеристики расхода поставщика и журнал P0/P1/P2 для наихудшего события. На каждом файле укажите обозначение компонента, ревизию и дату испытания. NEXTAS может проверить указанный интерфейс оснастки и предоставленные данные пневмотракта. Окончательный расчёт ячейки и приёмка безопасности остаются связанными с выбранными компонентами и измеренными результатами испытания.
Источники для расчёта и выбора
- Калькулятор потребления воздуха и требуемого расхода SMC — раздельный расчёт потребления за цикл и расхода за движение.
- Общие условия эксплуатации Festo — расчёт полостей цилиндра, подготовка воздуха и ограничения смазки.
- Справочник Министерства энергетики США по сжатому воздуху — потери давления у потребителя и выбор компонентов.
- ISO 8778, ISO 8573-1 и ISO 4414 — исходная атмосфера, классы чистоты воздуха и безопасность пневмосистем.
Частые вопросы о расчёте пневмоснабжения
Почему недостаточно размера портов для выбора блока FRL?
Размер порта определяет присоединительную резьбу. Он не показывает потери при ваших входном и выходном давлениях и расходе. Выберите конкретные фильтр и регулятор по характеристикам изготовителя, затем испытайте давление у приспособления.
Чем отличаются потребление за цикл и расход во время хода?
Потребление за цикл — полный приведённый объём, поданный и сброшенный за один цикл. Оно помогает оценить среднюю производительность подачи и энергозатраты. Расход за ход получают делением объёма одного движения на допустимое время. Именно это короткое событие часто определяет размер фильтра, регулятора, распределителя и трубок.
Может ли местный ресивер устранить любое падение давления?
Нет. Ресивер покрывает рассчитанную кратковременную потребность, если имеет достаточный используемый диапазон давления и успевает пополниться до следующего события. Он не устраняет ограничение в распределителе, фитинге или выхлопе и не исправляет подачу, которой не хватает в течение длительной нагрузки.
Почему для SCFM и Nl/min нужны условия приведения?
Обе величины выражают воздух в виде приведённого объёма, но поставщики могут использовать разные давление, температуру и влажность приведения. Зафиксируйте определение каждого паспорта до сравнения или пересчёта значений.
Как подтвердить достаточную подачу воздуха к пневматическому приспособлению?
Регистрируйте давление перед местным блоком подготовки воздуха, после его последнего компонента и у приспособления при наихудшем плановом сочетании нагрузок. Приёмка возможна, только если давление у приспособления остаётся выше минимума выбранного устройства с согласованным запасом, движение завершается в допустимое время, а давление восстанавливается до следующего потребления.
