一、气缸速度的计算方法
气缸活塞在整个运动过程速度与气压、缸径、摩擦、外部阻力都有关系,所以速度是变化的。活塞运行速度与速度关系最大的是调速阀(出气节流阀),常用调速阀来调节气缸的速度。
一般认定的气缸无负载的时候其最大的速度为理论基准速度,使用时会随着负载的增大,气缸的最大速度就会逐渐减小。气缸的平均速度用气缸的运动行程除以气缸的动作时间,所以要先测得气缸的动作时间。借用公式去计算它的平均速度几乎是不可能的,但可以近似求出它的最大速度,它与最大速度之间的关系是:最大速度为平均速度的1.4倍。
气缸在空载的时候假定排气侧以声速排气(注:排出气流几乎没有阻碍),气缸的理论基准速度:
u0 =1920 * S/A (mm/s)
S为排气回路的合成有效截面积,A为排气侧活塞的有效面积,此时气缸的最大速度约等于u0
气缸的标准速度范围是在50~500mm/s。一般情况下通过节流阀将气缸的速度调节到标准速度范围内,与气缸所承受的负载有关。
当速度小于50mm/s,估计是20~30mm/s时,由于气缸摩擦阻力的影响增大,加上气体的可压缩性,不能保证活塞作平稳移动,会出现时走时停的现象,称为“爬行”。
要想气缸在低速度下工作,宜使用气液阻尼缸,或通过气液转换器,利用气液联用缸进行低速控制。
当速度高于500mm/s时,气缸密封圈的摩擦生热加剧,加速密封件磨损,造成漏气,寿命缩短,还会加大行程末端的冲击力,影响到机械寿命。
要想在更高速下工作,需加长缸筒长度、提高气缸筒的加工精度,改善密封圈材质以减小摩擦阻力,改善缓冲性能等。
因此,过大或者过小都不好,应选择最合适的,且要在规定范围内。
以SMC气缸为例,普通CM2气缸,运行速度50~750mm/s,调速阀全开,能达到750mm/s,调速阀关小一些,能达到50mm/s以下的速度,再慢就会爬行了(一抖一抖的)。
空气流速一般取30m/s左右。气缸的工作气压一般是0.6 MPa,在0.3~0.8 MPa可正常使用。
二、气缸动作时间计算
方法一、简易计算
下表为简易计算,只考虑阀的开闭时间、气缸最高速度、气缸行程、气缸缓冲时间,忽略其它所有因素。
简易计算得出的是最高速度,一般在这个速度的基础上加适当的余量。
方法二、以下计算为考虑到气管尺寸长度、气阀大小、气缸缸径长度、气压,忽略负载率、背压、温度变化等其他因素。
举例DAC40X300-A,气管6*6m、阀F10T0、压力为0.5MPa。
S1(阀的节流面积)= 4.8 mm2
S2 (气管节流面积)= 2.8 mm2 -------(见配管有效面积计算)
1/S2 =1/S12 + 1/S22(串联连接的节流面积计算)
S = 2.4 mm2
q1(气缸耗气量)= 14.92 * 300 cm3 = 4478 cm3 = 4.5 L-------(见气缸行程每1mm的空气消耗量)
q2(气管耗气量)= 0.8 L -------(见气缸气管空气消耗量计算式)
q = q1 + q2 = 5.3L
Q(每分钟供气)= 90 L/min ------- (见气缸每分钟流量计算)
T = (q/Q)*60 (s)
T = 5.3/90 * 60 = 3.5 s
方法三、如设定负载率为60%,其它条件不变,气缸可以运动的压力位0.3 MPa。
ΔP = 0.2 MPa,
Q = 133 L/min
T = 5.3/133 * 60 = 2.3 s
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