Porovnání hydraulických a pneumatických aktuátorů

Vadný pohon může zastavit lis, upínač, ventil, zvedací zařízení nebo balicí stanici stejně účinně jako vadný PLC. Při porovnávání hydraulických a pneumatických pohonů není praktickou otázkou, která technologie je obecně lepší. Jde o to, který systém odpovídá požadované síle, průběhu pohybu, provoznímu prostředí a omezením při výměně stroje, který již máte ve výrobě.

Hydraulické a pneumatické válce mohou zvenku vypadat podobně, ale při provozu se chovají velmi odlišně. Nahrazení nesprávným typem nebo objednání téměř shodného dílu bez ověření montážních a provozních specifikací může způsobit problémy s výkonem, které se diagnostikují hůře než původní porucha.

Hydraulické a pneumatické pohony: základní rozdíl

Hydraulické pohony využívají stlačenou kapalinu, obvykle hydraulický olej, k vytváření lineárního nebo rotačního pohybu. Protože je hydraulická kapalina prakticky nestlačitelná, může hydraulický pohon vytvářet značnou sílu kontrolovaným a stabilním způsobem. Díky tomu se hydraulika běžně používá v lisech, těžkých upínacích systémech, zařízeních pro manipulaci s materiálem, vstřikovacích lisech, mobilních zařízeních a procesech s vysokým zatížením.

Pneumatické pohony využívají stlačený vzduch. Vzduch je stlačitelný, což pneumatickým systémům poskytuje rychlou odezvu a jednoduchý zdroj energie v provozech, které již mají rozvod stlačeného vzduchu. Pneumatické válce se široce používají k polohování dílů, v zařízeních typu pick-and-place, balicích strojích, při lehkém upínání, v branách, odkláněcích zařízeních a při dalších opakovaných pohybech, kde je důležitější střední síla a vysoká rychlost cyklu než maximální výkon.

Samotný pohon je při rozhodování pouze jednou z částí. O tom, zda bude náhradní díl fungovat podle očekávání, rozhodují také průměr válce, zdvih, průměr pístní tyče, materiály těsnění, způsob montáže, dostupný tlak, dimenzování ventilů, tlumení, zpětná vazba snímačů a přemisťované zatížení.

Síla: kde mají hydraulické pohony náskok

Síla je obvykle nejrychlejší způsob, jak zúžit výběr. Síla válce se vypočítá jako tlak vynásobený plochou pístu. Hydraulické systémy běžně pracují s mnohem vyššími tlaky než standardní pneumatické systémy, takže mohou z relativně kompaktního válce vytvářet výrazně větší sílu.

Pneumatický válec pracující při tlaku 80 až 100 psi zvládne mnoho průmyslových úkolů, zejména pokud je zatížení malé a dráha krátká. S rostoucí požadovanou silou je však nutné zvětšovat průměr válce. Pneumatický válec s velkým průměrem může spotřebovávat značný objem vzduchu a přesto nemusí mít dostatečnou tuhost pro aplikaci s vysokým zatížením.

Hydraulické válce jsou obecně vhodnější, když musí stroj vyvíjet vysokou sílu při lisování, tváření, zvedání, držení nebo upínání. Při správně navrženém hydraulickém okruhu také dobře zvládají proměnlivé zatížení. Tato výhoda je spojena s vyšší složitostí systému: výkon čerpadla, nádrže, filtry, hadice, fitinky, ventily a stav kapaliny – to vše ovlivňuje výkon.

Neprovádějte výběr pouze podle průměru válce. Výsuvná a zasouvací síla se u oboustranně působících válců s pístní tyčí liší, protože tyč na straně zasouvání zmenšuje účinnou plochu pístu. Válce, který vypadá na papíře dostatečně, mohou omezit také boční zatížení, rychlost a geometrie montáže.

Rychlost, řízení a opakovatelnost

Pneumatické pohony se často volí pro rychlé a opakované pohyby. Při správně dimenzovaných směrových ventilech a regulátorech průtoku může pneumatický válec pracovat rychle a hospodárně v automatizované montáži nebo balicím provozu. Jednoduchost vzduchového systému je velkou výhodou, když se pohyb musí pouze přesunout z bodu A do bodu B.

Kompromisem je, že se stlačený vzduch chová jako pružina. Zatížení může způsobovat kolísání rychlosti, odskakování nebo posun polohy. Koncové tlumení, tlumiče nárazů, regulátory průtoku a zámky pístní tyče mohou chování zlepšit, ale standardní pneumatické válce nejsou první volbou pro přesné polohování s vysokou silou.

Hydraulické pohony obvykle poskytují lepší stabilitu pohybu při zatížení, protože kapalina se významně nestlačuje. Proporcionální hydraulické ventily a servosystémy mohou zajistit řízené zrychlení, zpomalování a sílu. To je cenné, když stroj potřebuje konstantní lisovací sílu nebo řízený pohyb velkého zatížení.

Hydraulika však automaticky neznamená vysokou přesnost. Vnitřní netěsnosti, změny teploty oleje, znečištěná kapalina, opotřebení ventilů a nesprávně nastavené řízení mohou opakovatelnost snížit. Při zajišťování náhradního pohonu pro vysoce přesné polohování zjistěte, zda stávající stroj používá lineární snímače, enkodéry, servoventily nebo proporcionální řízení.

Instalace a provozní prostředí

Pneumatika se osvědčuje zejména tam, kde záleží na čistotě. Správně udržovaný vzduchový systém zabraňuje únikům oleje spojeným s hydraulickými zařízeními, což je užitečné při balení potravin, v podpůrných farmaceutických zařízeních, při manipulaci s elektronikou a v čistých výrobních prostorech. Odpadní vzduch však stále může obsahovat vlhkost, olejovou mlhu nebo nečistoty, takže úprava vzduchu není volitelná.

Životnost pneumatického pohonu ovlivňují filtry, regulátory, maznice tam, kde jsou vyžadovány, odlučovače vody, sušičky a údržba odvaděčů kondenzátu. Voda ve stlačeném vzduchu může způsobit korozi otvorů válců a poškodit ventily. Nízký napájecí tlak může způsobit slabý nebo nekonzistentní pohyb válce, který připomíná mechanický problém.

Hydraulická zařízení jsou vhodnější pro venkovní, náročné a vysoce zatížené provozy, ale důležité je zajištění kapaliny proti úniku. Netěsný hydraulický válec může způsobit problém s čistotou pracoviště, bezpečnostní riziko a nebezpečí kontaminace. Při zjištění poruchy válce je třeba zkontrolovat stav hadic, kompatibilitu fitinek, materiál těsnění, třídu oleje, stav filtru a čistotu nádrže.

Teplota také ovlivňuje volbu. V chladném prostředí může hydraulický olej zhoustnout a zpomalit odezvu, dokud se systém nezahřeje. Vysoké teploty mohou zhoršovat stav oleje a těsnění. U pneumatických systémů může při nedostatečně suchém vzduchu docházet k zamrzání vlhkosti v potrubí nebo výfukových otvorech. Těsnění a příslušenství specifikujte pro skutečný teplotní rozsah, nikoli pouze pro běžné provozní podmínky.

Požadavky na údržbu a režimy poruch

Pneumatické systémy se obvykle snadněji servisují na úrovni jednotlivých komponent. Technici mohou často uzavřít přívod vzduchu, vyměnit ventil nebo válec, nastavit regulátory průtoku a rychle uvést lehké zařízení zpět do provozu. Mezi běžné příznaky patří pomalý pohyb, nedosažení koncové polohy, únik vzduchu u těsnění pístní tyče, ohnuté tyče, opotřebená pístní těsnění a poškozené magnetické spínače.

Hydraulické systémy vyžadují větší pozornost věnovanou stavu kapaliny. Znečištění může poškodit čerpadla, ventily, těsnění válců a proporcionální komponenty v celém systému. Náhradní válec může předčasně selhat, pokud je skutečnou příčinou znečištěný olej, nadměrný tlak, nesouosost, rýhovaná tyč nebo poškozený otočný čep přenášející zatížení.

U obou technologií zkontrolujte celou dráhu pohybu. Ohnutá tyč nebo poškozené uložení válce mohou signalizovat boční zatížení způsobené opotřebeným mechanismem, uvolněnou vidlicí, nesouosým vedením nebo posunutým rámem stroje. Výměna pohonu bez odstranění této příčiny může proměnit naléhavou opravu v opakované prostoje.

Do nákladů započítejte také energie a prostoje

Pneumatické komponenty mají často nižší pořizovací cenu a jednodušší požadavky na instalaci. Jsou praktickou volbou pro automatizaci s menší silou, zejména v provozu, kde je k dispozici stlačený vzduch. Výroba stlačeného vzduchu je však nákladná a trvalé úniky postupně zvyšují provozní náklady.

Hydraulické systémy mohou být nákladnější na instalaci a údržbu, protože vyžadují pohonnou jednotku a komponenty pro správu kapaliny. Jejich výkonová hustota může zmenšit potřebný rozměr válce a učinit z nich hospodárnější volbu pro náročné práce. U zařízení, které je již konstruováno pro hydrauliku, není přechod na pneumatický provoz obvykle přímou náhradou a může vyžadovat zásadní změny řízení, konstrukce a bezpečnostních systémů.

Při zajišťování náhradního dílu není nejnižší jednotková cena vždy volbou s nejnižším rizikem. Přesně odpovídající nebo technicky kompatibilní pohon může zabránit prodlevám při výrobě, problémům s adaptéry portů, nekompatibilitě snímačů a změnám montáže, které prodlužují odstávku.

Co ověřit před objednáním náhradního dílu

Pokud je k dispozici, začněte typovým štítkem pohonu nebo objednacím číslem výrobce. U starších zařízení může být původní díl vyřazen z výroby, upravený nebo bez identifikačního označení. V takovém případě před demontáží vadného dílu zdokumentujte jeho specifikace.

Ověřte, zda je pohon hydraulický nebo pneumatický, jednočinný nebo dvojčinný, lineární nebo rotační a zda má konstrukci s táhly, svařované tělo, kompaktní provedení, vedení, bezpístnicové provedení nebo jiný typ konstrukce. Zaznamenejte průměr válce, zdvih, průměr pístní tyče, délku v zasunutém a vysunutém stavu, závit a umístění portů, způsob montáže, provozní tlak, uspořádání tlumení a možnosti instalace snímačů.

Ověřte také údaje o aplikaci, které se na typovém štítku neobjevují. Patří mezi ně směr zatížení, frekvence cyklů, požadovaná koncová poloha, vystavení mytí nebo vysokým teplotám a to, zda musí válec udržet zatížení při ztrátě tlaku. Svislá zatížení a zařízení v blízkosti osob mohou vyžadovat ventily pro udržení zatížení, zámky pístní tyče, mechanické dorazy nebo jiná bezpečnostní opatření nad rámec samotného pohonu.

Jasná sada fotografií a rozměrů urychlí zajištění náhradního dílu, když není k dispozici přesné katalogové číslo. U starších strojů může být Used Industrial Parts praktickým zdrojem nových, použitých a zastaralých průmyslových komponent, pokud požadovaný díl již běžní distributoři nemají skladem.

Před uvedením náhradního dílu do provozu porovnejte jeho rozměry a jmenovité hodnoty s dokumentací stroje a pohyb otestujte při řízeném tlaku. Správný pohon je ten, který obnoví zamýšlenou sílu, rychlost a bezpečnostní rezervu stroje, aniž by způsobil další problém s údržbou.