Xi lanh tác động đơn và xi lanh tác động kép: Sự khác biệt chính

Xi lanh tác động đơn và xi lanh tác động kép: Câu trả lời ngắn gọn

Nếu bạn cần một phán quyết nhanh chóng: xi lanh tác động kép cung cấp cho bạn chuyển động mạnh mẽ theo cả hai hướng, trong khi xi lanh tác động đơn chỉ sử dụng khí nén cho một hành trình và dựa vào lò xo hoặc trọng lực để quay trở lại. Sự khác biệt duy nhất đó định hình mọi khía cạnh trong cách bạn chọn, lắp đặt và bảo trì xi lanh khí trong hệ thống khí nén thực sự.

Đối với các ứng dụng cần điều khiển chính xác, lực đầu ra cao hơn theo cả hai hướng và tốc độ ổn định trong cả quá trình kéo dài và rút lại - chẳng hạn như đồ gá kẹp, dụng cụ ép và hệ thống chuyển tuyến tính - xi lanh khí tác động kép hầu như luôn là lựa chọn chính xác. Đối với các công việc đơn giản hơn như kẹp lò xo hồi vị, kích hoạt van hoặc bất kỳ nhiệm vụ nào mà chỉ cần một hành trình trợ lực là đủ, một xi lanh tác động đơn sẽ giảm chi phí, độ phức tạp và mức tiêu thụ không khí một cách đáng kể.

Các phần bên dưới trình bày chi tiết cách hoạt động của từng loại ở cấp độ cơ học, trong đó sự khác biệt về hiệu suất thực sự xuất hiện trong thực tế và cách đưa ra lựa chọn phù hợp cho hệ thống cụ thể của bạn.

Cách diễn xuất đơn lẻ Xi lanh khí Tác phẩm

Một xi lanh tác động đơn có một cổng điều áp. Khi khí nén đi vào, nó sẽ đẩy piston theo một hướng - điển hình là hành trình kéo dài. Hành trình quay trở lại được hỗ trợ bởi một lò xo cuộn nén được đặt bên trong thân xi lanh hoặc trong một số cấu hình bằng trọng lượng của chính tải trọng.

Lò xo được tải sẵn một giá trị lực cụ thể tại nhà máy. Xi lanh tác động đơn tiêu chuẩn sử dụng lực lò xo từ khoảng 8 N đến 60 N tùy thuộc vào kích thước lỗ khoan và chiều dài hành trình. Lực lò xo đó hoạt động chống lại áp suất không khí trong quá trình truyền lực, có nghĩa là lực đầu ra hiệu quả ở đầu thanh thấp hơn lực mà chỉ riêng áp suất không khí sẽ tạo ra.

Đối với xi lanh tác động đơn có đường kính 50 mm hoạt động ở áp suất 6 bar (87 psi), lực lý thuyết là khoảng 1.178 N. Sau khi trừ đi lực lò xo điển hình là 25 N và tính đến ma sát của phốt (thường là 5–10% lực lý thuyết), lực thanh thực tế có sẵn cho công giảm xuống khoảng 1.030–1.050 N . Khoản khấu trừ này ngày càng có ý nghĩa hơn ở các kích thước lỗ khoan nhỏ hơn trong đó lực lò xo chiếm tỷ lệ phần trăm lớn hơn trong tổng lực sẵn có.

Các thành phần nội bộ chính

• Cổng khí đơn (thường ở đầu nắp của xi lanh kiểu đẩy)
• Lò xo hồi vị nằm giữa mặt piston và nắp đầu thanh truyền
• Cổng thông hơi hoặc lỗ thông hơi ở phía lò xo để ngăn ngừa sự tích tụ áp suất
• Phốt piston đơn (một vị trí phốt động)
• Phớt thanh ở đầu xi lanh

Cổng thở thường bị bỏ qua trong quá trình cài đặt nhưng nó rất quan trọng. Nếu nó bị tắc do nhiễm bẩn hoặc vô tình bị tắc, không khí bị mắc kẹt ở phía lò xo sẽ ​​tạo ra áp suất ngược làm giảm lực giãn và làm chậm tốc độ hành trình một cách khó lường.

Xi lanh khí tác động kép hoạt động như thế nào

Xy lanh tác động kép có hai cổng dẫn khí - một ở đầu nắp và một ở đầu thanh truyền. Để kéo dài thanh, khí nén đi vào cổng đầu nắp trong khi cổng đầu thanh thoát ra. Để rút lại, nguồn cung cấp sẽ chuyển đổi: không khí đi vào đầu thanh trong khi đầu nắp thoát ra ngoài. Van điều khiển hướng (thường là van điện từ 5/2 hoặc 4/2) quản lý việc chuyển mạch này.

Vì không có lực hấp thụ của lò xo hồi vị nên lực khí nén đầy đủ có sẵn ở cả hai hướng . Tuy nhiên, có một sự bất đối xứng quan trọng cần hiểu: diện tích lỗ khoan ở đầu thanh truyền nhỏ hơn diện tích lỗ khoan ở đầu nắp vì thanh piston đi qua nó. Điều này có nghĩa là lực rút luôn thấp hơn một chút so với lực kéo ở cùng một áp suất cung cấp.

Đối với xi lanh tác động kép có đường kính lỗ 63 mm, đường kính cần 20 mm, làm việc ở áp suất 6 bar:

• Lực kéo dài (đầu nắp): π/4 × 63² × 6 = xấp xỉ 1.871 N
• Lực rút (đầu thanh): π/4 × (63² – 20²) × 6 = xấp xỉ 1.682 N

Sự chênh lệch lực khoảng 10–12% giữa độ giãn và độ rút là nhất quán giữa các kích thước lỗ khoan và là hệ số tiêu chuẩn trong tính toán kích thước xi lanh tác động kép. Nếu hành trình rút lại của bạn mang một tải trọng đáng kể, bạn phải định cỡ hình trụ dựa trên lực rút chứ không phải lực kéo dài.

Các thành phần nội bộ chính

• Hai cổng không khí (đầu nắp và đầu thanh)
• Phốt pít-tông hai môi hoặc hình chữ U ở cả hai bên của pít-tông
• Bịt thanh và gạt nước ở đầu xi lanh
• Không có lò xo - toàn bộ chiều dài lỗ khoan bên trong có sẵn cho hành trình
• Đệm bên trong tùy chọn ở cả hai vị trí cuối

So sánh song song: Xi lanh tác động đơn và xi lanh tác động kép

Đầu ra bắt buộc: Nơi các con số thực sự khác nhau

Tính toán lực là nơi mà các kỹ sư thường mắc phải những sai lầm tốn kém nhất khi so sánh hai loại xi lanh này. Các công thức nhìn bề ngoài có vẻ giống nhau, nhưng phép trừ lò xo trong một trụ tác động đơn đưa ra một biến thay đổi theo vị trí hành trình.

Lực của lò xo cuộn tuân theo Định luật Hooke: lực tăng tuyến tính khi nó nén. Điều này có nghĩa lực ra hiệu dụng của một xi lanh tác dụng đơn thay đổi trong suốt hành trình . Khi bắt đầu kéo dài, lò xo gần đạt chiều dài tự do và tạo ra lực cản nhỏ nhất. Bằng cách mở rộng hoàn toàn, nó đã được nén hoàn toàn và tạo ra lực cản tối đa - trừ đi lực lớn nhất khỏi đầu ra vào đúng thời điểm thanh tiếp xúc với phôi.

Xét một xi lanh tác động đơn có đường kính 40 mm với hành trình 100 mm ở áp suất cung cấp 5 bar:

• Lực khí nén lý thuyết: ~628 N
• Lực lò xo khi bắt đầu kéo dài: ~10 N (gần chiều dài tự do)
• Lực lò xo khi mở rộng hoàn toàn: ~35 N (được nén hoàn toàn)
• Phạm vi lực hiệu quả: xấp xỉ 580–615 N qua cú đánh

Đối với một xi lanh tác động kép có cùng lỗ khoan 40 mm ở áp suất 5 bar, lực giãn là không đổi ~ 628 N trong suốt hành trình (trừ ma sát của vòng đệm, gần như không đổi). Tính nhất quán đó rất quan trọng trong các ứng dụng như ép, tạo hình hoặc kẹp trong đó lực ở cuối hành trình là thông số thiết kế quan trọng.

Hành trình quay trở lại của một xi lanh tác dụng đơn được điều chỉnh hoàn toàn bởi lò xo. Một lò xo được thiết kế để đưa piston chống lại ma sát của phốt cộng với một tải trọng khiêm tốn có thể tạo ra Lực ròng 15–50 N tùy thuộc vào kích thước xi lanh. So sánh lực này với lực phản hồi vài trăm newton của xi lanh tác động kép, và sẽ rõ tại sao xi lanh tác động đơn không phù hợp cho các ứng dụng mà lực rút phải vượt qua lực cản đáng kể hoặc di chuyển tải nhanh chóng.

Sự khác biệt về kiểm soát tốc độ giữa hai loại

Kiểm soát tốc độ đạt được trong các hệ thống khí nén bằng cách hạn chế luồng khí thải từ xi lanh bằng cách sử dụng van điều khiển lưu lượng (cấu hình đồng hồ đo) hoặc hạn chế luồng khí cung cấp (cấu hình đồng hồ đo). Kiểm soát đồng hồ đo thường được ưa thích hơn bởi vì nó cung cấp khả năng điều chỉnh tốc độ ổn định hơn, không phụ thuộc vào tải.

Đối với xi lanh khí tác động kép, bạn lắp van điều khiển lưu lượng ở cả hai cổng. Điều này cho phép bạn điều chỉnh tốc độ độc lập để kéo dài và rút lại — chẳng hạn, bạn có thể chạy phần mở rộng ở tốc độ 200 mm/s và rút lại ở tốc độ 500 mm/s bằng cách điều chỉnh van đơn giản. Việc kiểm soát độc lập này rất có giá trị trong tự động hóa chu trình cao, trong đó việc tối ưu hóa thời gian chu kỳ là quan trọng.

Đối với xi lanh tác động đơn, bạn có thể đo không khí vào và ra ở phía điều áp để kiểm soát tốc độ giãn nở. Tuy nhiên, tốc độ quay trở lại được cố định bởi lực lò xo và tải trọng . Nếu lò xo cứng và tải nhẹ, pít-tông sẽ bật ngược lại nhanh chóng, tạo ra tải trọng tác động lên nắp cuối. Nếu lò xo mềm và tải nặng thì quá trình quay trở lại có thể quá chậm hoặc không đầy đủ. Bạn không thể chỉ cần xoay một van để làm chậm quá trình quay trở lại của xi lanh hồi xuân - việc này đòi hỏi phải thay lò xo hoặc thêm một đệm chuyên dụng.

Trong thực tế, điều này làm cho xi lanh tác động đơn không phù hợp với các ứng dụng có tải thay đổi trên hành trình quay trở lại hoặc khi tốc độ quay trở lại cần được điều chỉnh để phù hợp với một quy trình. Dây chuyền đóng gói, dụng cụ cuối cánh tay robot và băng tải chuyển thường yêu cầu cả hai tốc độ hành trình phải được quay số độc lập — và điều đó đẩy hầu hết các ứng dụng đó vào lãnh thổ tác động kép một cách chắc chắn.

Tiêu thụ không khí: So sánh chi phí khí nén

Khí nén là một trong những tiện ích đắt tiền nhất trong nhà máy sản xuất. Các nghiên cứu của các tổ chức như Bộ Năng lượng Hoa Kỳ đã ước tính rằng hệ thống khí nén chiếm 20–30% lượng điện tiêu thụ công nghiệp và bộ truyền động khí nén là thiết bị tiêu dùng chính trong các hệ thống đó. Do đó, việc hiểu sự khác biệt về mức tiêu thụ không khí giữa xi lanh tác động đơn và kép không phải là một bài tập mang tính học thuật — nó có tác động trực tiếp đến chi phí vận hành.

Một xi lanh tác động đơn chỉ tiêu thụ không khí có áp suất trong hành trình trợ lực. Hành trình quay trở lại được dẫn động bởi lò xo và không khí từ phía hành trình trợ lực sẽ thoát ra ngoài khí quyển. Trong một chu trình hoàn chỉnh, thể tích không khí tiêu thụ bằng diện tích lỗ khoan nhân với chiều dài hành trình, được điều chỉnh theo tỷ số nén ở áp suất cung cấp.

Xy lanh tác động kép tiêu thụ không khí ở cả hai hành trình. Tuy nhiên, do diện tích lỗ khoan ở đầu thanh nhỏ hơn ở đầu nắp nên thể tích tiêu thụ trong hành trình rút dao sẽ nhỏ hơn một chút so với hành trình kéo dài. Tổng lượng không khí tiêu thụ mỗi chu kỳ là khoảng 1,7 đến 1,9 lần lượng không khí được tiêu thụ bởi một xi lanh tác động đơn tương đương, tùy thuộc vào đường kính thanh truyền.

Ví dụ cụ thể: xi lanh tác động kép có đường kính 50 mm, hành trình 100 mm hoạt động ở áp suất 6 bar và đạp xe với tốc độ 60 lần mỗi phút sẽ tiêu tốn khoảng:

• Giới hạn cuối mỗi hành trình: (π/4 × 0,052) × 0,1 × (6 1) = ~1,37 lít (không khí tự do) mỗi hành trình
• Đầu thanh mỗi hành trình (giả sử thanh 20 mm): khoảng 1,09 lít mỗi hành trình
• Tổng số mỗi phút ở 60 chu kỳ: ~146 lít/phút không khí tự do

Một xi lanh tác động đơn tương đương sẽ tiêu thụ khoảng 82 lít/phút. Trên một cỗ máy có 20 xi-lanh như vậy chạy hai ca, chênh lệch chi phí điện hàng năm trở nên có thể đo lường được. Khi bạn triển khai số lượng lớn xi lanh hoặc khi xi lanh hoạt động theo hành trình dài hoặc ở tốc độ chu kỳ cao, sự khác biệt về mức tiêu thụ không khí sẽ tác động đáng kể đến hiệu quả kinh tế vận hành — ngay cả khi xi lanh tác động kép vượt trội hơn về mặt kỹ thuật.

Giới hạn về chiều dài hành trình: Tại sao xi lanh tác động đơn lại xuất hiện sớm

Lò xo hồi vị bên trong trong một xi lanh tác động đơn sẽ giới hạn về mặt vật lý độ dài của hành trình. Khi chiều dài hành trình tăng lên, bạn cần một lò xo dài hơn, điều này đòi hỏi thân xi lanh dài hơn - và các lò xo dài hơn sẽ khó giữ ổn định và được dẫn hướng đúng cách bên trong lỗ khoan. Chúng cũng tăng thêm chiều dài cho hình trụ tổng thể ngay cả ở vị trí thu lại.

Hầu hết các nhà sản xuất đều cung cấp xi lanh tác động đơn với hành trình tối đa từ 25 mm đến 200 mm. Một số thiết kế đặc biệt đạt tới 300 mm. Ngoài ra, mùa xuân trở nên không thực tế. Nếu ứng dụng của bạn cần hành trình 400 mm, 600 mm hoặc 1.000 mm, xi lanh tác động kép là lựa chọn khả thi duy nhất trong dòng sản phẩm xi lanh khí tiêu chuẩn.

Hạn chế này cũng tương tác với lực: khi hành trình tăng lên, lực nén của lò xo khi duỗi hoàn toàn cũng tăng, có nghĩa là lực tác dụng lên lò xo ở cuối hành trình sẽ tiêu tốn nhiều lực hơn. Đối với các hành trình dài hơn khoảng 100–150 mm trong một thiết kế tác động đơn lẻ, việc trừ lực lò xo bắt đầu trở thành một tỷ lệ phần trăm đáng kể trong tổng lực khí nén có sẵn, đặc biệt là ở các kích thước lỗ khoan nhỏ.

Hành vi không an toàn: Một sự cân nhắc quan trọng về an toàn

Một trong những khác biệt thực tế quan trọng nhất giữa hai loại xi lanh này là điều gì sẽ xảy ra khi nguồn cung cấp không khí bị mất - cho dù do lỗi máy nén, dừng khẩn cấp hay đứt đường dây.

Một xi lanh lò xo hồi vị tác động đơn sẽ tự động trở về vị trí lò xo khi áp suất giảm. Nếu xi lanh được cấu hình để kẹp phôi trong hành trình trợ lực (mở rộng), việc mất không khí sẽ khiến phôi bị nhả ra. Nếu nó được cấu hình với lò xo kéo dài (một số thiết kế cung cấp khả năng kẹp an toàn), việc mất không khí sẽ khiến nó bị kẹp. Hành vi xác định này được thiết kế có chủ ý cho các ứng dụng an toàn.

Các cơ cấu bảo vệ máy, nhả phanh và dừng khẩn cấp thường sử dụng các xi lanh tác động đơn. chính xác bởi vì hành vi không an toàn của chúng có thể dự đoán và đảm bảo bằng lò xo chứ không phải bằng tín hiệu điện hoặc vị trí van.

Ngược lại, một xi lanh tác động kép giữ vị trí cuối cùng khi không khí bị mất - nếu van định hướng là loại hãm hoặc loại lò xo ở giữa chặn cả hai cổng. Điều này đôi khi là mong muốn (bạn không muốn trục chịu tải bị rơi), nhưng nó cũng có thể nguy hiểm nếu xi lanh đang ở giữa quá trình kẹp hoặc ép khi không khí bị hỏng.

Các tiêu chuẩn an toàn bao gồm ISO 13849 và IEC 62061 yêu cầu các nhà thiết kế máy phải phân tích và ghi lại hoạt động của tất cả các bộ truyền động trong điều kiện lỗi. Việc lựa chọn giữa xi lanh tác động đơn và xi lanh tác động kép có liên quan trực tiếp đến phân tích này và đặc tính không an toàn của loại tác động đơn thường giúp nó có được một vị trí trong các mạch được xếp hạng an toàn ngay cả khi xi lanh tác động kép có thể được sử dụng để có khả năng điều khiển tốt hơn.

Các lĩnh vực ứng dụng điển hình cho từng loại xi lanh

Nơi xi lanh tác động đơn Excel

• Thiết bị truyền động van khí nén: Van bi quay một phần tư và van cổng thường sử dụng xi lanh tác động đơn hồi xuân nên van không thể đến vị trí an toàn đã biết (mở hoặc đóng) khi áp suất không khí giảm.
• Đồ gá kẹp với hành trình ngắn: Giữ phôi để gia công trong đó lực gia công luôn hướng về một hướng và kẹp chỉ cần nhả (rút) khi chịu tải thấp.
• Kiểm soát cửa và cửa hầm: Nơi hồi xuân đảm bảo đóng cửa khi mất điện.
• Cổng phân loại và chuyển hướng: Cổng lật đơn giản trên băng tải trong đó một hướng luôn là hướng mặc định và hướng còn lại là truyền động bằng điện.
• Sự tham gia của phanh và ly hợp: Phanh lò xo khi dừng khẩn cấp - phanh sẽ hoạt động khi mất không khí.

Trường hợp cần có xi lanh tác động kép

• Tự động hóa việc chọn và đặt: Cả phần mở rộng và rút lại đều phải được cấp nguồn, kiểm soát tốc độ và có thể xử lý các bộ phận có trọng lượng thay đổi.
• Hoạt động ép và tạo hình: Lực cao theo cả hai hướng; sự trở lại phải vượt qua lực cản lò xo hoặc lực đẩy của phôi.
• Chuyển tuyến tính hành trình dài: Bất kỳ hành trình nào vượt quá 200 mm đều cần có xi lanh khí tác động kép.
• Ứng dụng xi lanh không cần trục: Xy lanh khí nén không cần thanh vốn có tác động kép, được sử dụng để di chuyển ngang với hành trình dài trong đó xi lanh có thanh thông thường sẽ dài một cách phi thực tế.
• Bàn nghiêng và xoay: Cả việc lật và trả bàn đều yêu cầu lực mạnh và có thể kiểm soát được.
• Các ứng dụng có chu kỳ cao trên 60 chu kỳ/phút: Khi tốc độ rút dao phải được điều chỉnh chính xác để duy trì thời gian chu kỳ mà không bị sốc.

Yêu cầu về van điều khiển: 3/2 so với 5/2

Sự khác biệt về cổng dẫn khí giữa xi lanh tác động đơn và kép quyết định trực tiếp đến van điều khiển cần thiết, ảnh hưởng đến hệ thống dây điện, thiết kế ống góp và chi phí.

A Van 3/2 (3 cổng, 2 vị trí) là đủ cho một xi lanh tác động đơn. Ở một vị trí, nó kết nối nguồn cung cấp với cổng xi lanh. Ở vị trí còn lại, nó nối cổng xi lanh với ống xả. Mùa xuân xử lý phần còn lại. Van 3/2 nhỏ hơn về mặt vật lý và thường rẻ hơn 20–40% so với van 5/2. Nó cũng yêu cầu một khối đa dạng đơn giản hơn khi nhiều van được ghép lại với nhau.

A Van 5/2 (5 cổng, 2 vị trí) là tiêu chuẩn cho xi lanh tác động kép. Ở một vị trí, nguồn cung cấp đi đến đầu nắp và đầu thanh thoát ra. Ở vị trí còn lại, nguồn cung cấp tới đầu thanh truyền và đầu nắp xả ra. Hai cổng xả thường là nơi lắp đặt van điều khiển lưu lượng để điều chỉnh tốc độ.

Trong các hệ thống có nhiều trục - ví dụ như máy lắp ráp 20 trạm - chênh lệch chi phí tích lũy giữa 20 van 3/2 và 20 van 5/2 có thể có ý nghĩa. Đối với các xi lanh nhỏ hơn trong các ứng dụng đơn giản, sự khác biệt về chi phí này thường biện minh cho việc chỉ định một xi lanh tác động đơn ngay cả khi một xi lanh tác động kép có thể mang lại hiệu suất tốt hơn một chút.

Cũng lưu ý rằng Van 5/2 có sẵn với cơ chế hồi xuân, hãm (bộ nhớ) hoặc dẫn động điện từ kép , mỗi cung cấp hành vi trạng thái lỗi khác nhau. Việc lựa chọn loại van tương tác với loại xi lanh để xác định hành vi an toàn ở cấp độ hệ thống - điều gì đó phải được phân tích ở giai đoạn thiết kế chứ không được trang bị thêm sau này.

Sự khác biệt về bảo trì trong thực tế

Về mặt số lượng bịt kín, xi lanh tác động đơn có ít bề mặt bịt kín động hơn so với xi lanh tác động kép. Ít vòng đệm hơn thường có nghĩa là ít đường rò rỉ hơn và tần suất thay thế vòng đệm thấp hơn một chút. Tuy nhiên, lò xo trong xi lanh tác động đơn là một thành phần mài mòn bổ sung không tồn tại trong thiết kế tác động kép.

Lò xo trong xi lanh khí nén được định mức cho hàng triệu chu kỳ, nhưng chúng gây mỏi. Lò xo bị mất lực căng sẽ làm cho xi lanh quay trở lại chậm, không hoàn toàn hoặc hoàn toàn không quay trở lại. Trong một chiếc máy chạy 24 giờ một ngày với tốc độ 60 chu kỳ mỗi phút, một xi lanh hoàn thành 86 triệu chu kỳ mỗi năm . Độ mỏi của lò xo ở tốc độ chu kỳ đó là một vấn đề thực sự cần cân nhắc khi bảo trì, đặc biệt là trong các xi lanh có hành trình ngắn hơn trong đó lực nén của lò xo trên mỗi chu kỳ chiếm tỷ lệ lớn hơn trong tổng hành trình của lò xo.

Đối với xi lanh tác động kép, độ mòn của phốt là mối quan tâm bảo trì chính. Các vòng đệm piston làm bằng polyurethane và PTFE hiện đại thường có tuổi thọ cao 50 đến 100 triệu chu kỳ trong điều kiện hoạt động bình thường với không khí khô sạch, được bôi trơn hoặc không có dầu. Nguồn cung cấp không khí bị ô nhiễm là nguyên nhân phổ biến nhất gây ra hỏng hóc sớm ở cả hai loại xi lanh.

Cổng thông hơi trên một xi lanh tác động đơn đáng được đề cập cụ thể: nó cần được kiểm tra và làm sạch thường xuyên như một phần của quá trình bảo trì phòng ngừa. Ống thông hơi bị tắc làm giảm hiệu suất dần dần đến mức người ta có thể không nhận thấy nó cho đến khi xi lanh bắt đầu hoạt động sai - khiến việc kiểm tra theo lịch trình trở nên quan trọng hơn việc sửa chữa phản ứng.

Chọn kích thước lỗ khoan phù hợp cho một trong hai loại

Kích thước lỗ khoan chính xác là bước cơ bản nhất trong việc xác định bất kỳ xi lanh khí nào. Kích thước lỗ khoan nhỏ hơn sẽ tạo ra lực không đủ; kích thước quá lớn gây lãng phí không khí và tiền bạc. Quá trình này hơi khác nhau đối với từng loại xi lanh.

Đối với xi lanh tác động đơn

1. Xác định lực cần thiết ở cuối hành trình (khi lực nén của lò xo là lớn nhất).
2. Thêm lực lò xo tối đa cho hành trình đã chọn vào lực đầu ra cần thiết.
3. Thêm ma sát bịt kín (thường là 10% lực lý thuyết làm giới hạn an toàn).
4. Tính diện tích lỗ khoan cần thiết: Diện tích = Tổng lực `Áp lực cung cấp.
5. Chọn kích thước lỗ tiêu chuẩn tiếp theo từ khu vực tính toán.
6. Xác minh rằng lực lò xo có đủ để đẩy piston trở lại tải trọng trong hành trình quay trở lại.

Đối với xi lanh tác động kép

1. Xác định riêng lực cần thiết cho cả hành trình kéo dài và rút lại.
2. Tính toán lỗ khoan cần thiết cho mỗi hành trình ở áp suất cung cấp sẵn có, có tính đến việc giảm diện tích đầu thanh khi tính toán rút dao.
3. Thêm hệ số an toàn 1,25–1,5× để tính đến sự thay đổi ma sát, độ lệch và áp suất.
4. Chọn lỗ khoan thỏa mãn cả hai yêu cầu về hành trình - thường là giá trị lớn hơn trong hai giá trị được tính toán.
5. Kiểm tra đường kính thanh theo giới hạn oằn nếu thanh bị nén và dài so với đường kính của nó.

Kích thước lỗ khoan tiêu chuẩn trên cả hai loại xi lanh đều tuân theo quy ước ISO 15552: 12, 16, 20, 25, 32, 40, 50, 63, 80, 100, 125, 160 và 200 mm là phổ biến nhất. Việc chỉ định kích thước lỗ khoan tiêu chuẩn đảm bảo khả năng thay thế lẫn nhau giữa các nhà sản xuất và đơn giản hóa việc quản lý phụ tùng thay thế.

Phạm vi áp suất vận hành và ảnh hưởng của chúng đến việc lựa chọn

Cả hai xi lanh khí tác động đơn và kép đều được đánh giá ở áp suất vận hành điển hình là 1 đến 10 bar (14,5 đến 145 psi) , với áp suất cung cấp công nghiệp phổ biến nhất là 6 bar (87 psi). Tuy nhiên, hoạt động ở áp suất thấp hơn sẽ ảnh hưởng đến từng loại một cách khác nhau.

Đối với xi lanh tác động đơn, cần có áp suất vận hành tối thiểu để vượt qua tải trọng trước của lò xo cộng với ma sát phốt. Nếu áp suất cung cấp giảm xuống, chẳng hạn như 3 bar trong một hệ thống được định mức là 6 bar, thì lực đầu ra hiệu quả sẽ giảm khoảng 50%. Nhưng lực lò xo vẫn không thay đổi - có nghĩa là lực giảm của xi lanh tác động đơn không cân xứng so với loại tác động kép ở cùng một áp suất giảm.

Ngoài ra, xi lanh tác động đơn có thể có áp suất vận hành tối thiểu do nhà sản xuất quy định mà dưới áp suất đó xi lanh sẽ không giãn ra hoàn toàn so với lò xo. Ngưỡng này thường được liệt kê trong bảng dữ liệu sản phẩm và phải được so sánh với áp suất nguồn cung cấp được đảm bảo tối thiểu trong hệ thống của bạn — chứ không phải áp suất nguồn cung cấp danh nghĩa.

Về mặt này, xi lanh tác động kép ít nhạy cảm hơn với sự dao động áp suất vì cả hai hành trình đều không có lực cản cơ học cố định để vượt qua ma sát. Ở áp suất thấp hơn, lực tạo ra giảm tỷ lệ thuận trên cả hai hành trình và hệ thống vẫn hoạt động - chỉ với ít lực hơn.

Các biến thể xi lanh tác động kép đáng để biết

Trong danh mục tác động kép, một số thiết kế chuyên biệt đáp ứng các yêu cầu ứng dụng cụ thể:

• Xi lanh tác động kép thanh đôi: Thanh piston kéo dài từ cả hai đầu của xi lanh. Cả hai bên đều có cùng diện tích lỗ khoan nên lực kéo và lực rút là như nhau. Được sử dụng khi lực đầu ra đối xứng là quan trọng hoặc khi cần thanh xuyên để kết nối cơ học hoặc tham chiếu đo lường ở cả hai bên.
• Xi lanh song song: Hai xi lanh tác động kép lắp nối tiếp trên cùng một cần piston. Hai piston hoạt động đồng thời, tăng gần gấp đôi lực sẵn có từ một đường kính lỗ khoan nhất định. Được sử dụng khi không gian lỗ khoan bị hạn chế nhưng cần lực cao.
• Xi lanh tác động kép không cần trục: Tải trọng kết nối bên ngoài với piston thông qua một khe hoặc khớp nối từ trên thành xi lanh. Cho phép các nét rất dài trong một gói nhỏ gọn. Có sẵn với hành trình từ 6.000 mm trở lên.
• Xi lanh tác động kép dẫn hướng: Tích hợp các dẫn hướng tuyến tính trực tiếp với thân xi lanh để loại bỏ mô-men quay và lực tải bên trên thanh. Quan trọng đối với các ứng dụng yêu cầu chuyển động tuyến tính chính xác và độ chính xác góc mà không cần dẫn hướng bên ngoài.

Tóm tắt: Lựa chọn giữa diễn xuất đơn và diễn xuất kép

Quyết định này rất đơn giản khi bạn đã xác định được các yêu cầu ứng dụng của mình dựa trên các điểm khác biệt chính. Sử dụng khung sau:

• Chọn diễn xuất đơn lẻ khi nào: ứng dụng cần quay trở lại vị trí ban đầu một cách an toàn; hành trình ngắn (dưới 150–200 mm); lực phản hồi cần thiết là tối thiểu; tiêu thụ không khí phải được giảm thiểu; mạch van đơn giản hơn được ưu tiên; và tiết kiệm chi phí cho van và hệ thống ống nước có ý nghĩa ở quy mô lớn.
• Chọn diễn xuất kép khi nào: cả hai cú đánh phải tạo ra lực có ý nghĩa; chiều dài hành trình vượt quá 200 mm; cần phải kiểm soát tốc độ độc lập của cả hai hành trình; tốc độ chu kỳ cao và tốc độ quay trở lại phải được điều chỉnh; tải trọng ở hành trình quay về có thể thay đổi hoặc đáng kể; hoặc ứng dụng là một cơ chế nhấn, chuyển hoặc chọn và đặt.

Trong phần lớn các ứng dụng tự động hóa công nghiệp, xi lanh khí tác động kép là công cụ mặc định - linh hoạt, mạnh mẽ và hoàn toàn có thể kiểm soát được. Xi lanh tác động đơn giành được vị trí của nó trong các thiết kế đơn giản hơn, quan trọng về an toàn hoặc nhạy cảm với chi phí trong đó hành vi hồi xuân vốn có của nó là một tính năng hơn là một hạn chế. Hiểu cả hai loại ở mức độ chi tiết này cho phép bạn thực hiện lựa chọn đó một cách có chủ ý, dựa trên các yêu cầu kỹ thuật thay vì quy ước.