Siłowniki

​Siłowniki pneumatyczne

​Podręcznikowa definicja

​Siłowniki pneumatyczne są to elementy pneumatyczne zamieniające energię sprężonego powietrza na energię mechaniczną (siłę lub moment obrotowy) i w układach pneumatycznych stanowią grupę elementów wykonawczych i bardzo często są stosowane w napędach maszyn, urządzeń oraz w sterowaniach układami automatyki i procesów technologicznych.

​Podział ze względu na kierunek wywierania siły

​Siłownik jednostonnego działania Siłownik dwustronnego działania

​Podział ze względu na sposób poruszania tłoka

​Siłownik pneumatyczny jednostronnego działania pchający

​Siłownik pneumatyczny jednostronnego działania ciągnący ze sprężyną

Multiple Choice

który rysunek przedstawia siłownik ze zdjęcia?

​Siłownik dwustronny

​Siłownik pneumatyczny dwustronnego działania z dwustronnym wydrążonym tłoczyskiem i tłokiem

​Siłownik pneumatyczny dwustronnego działania z dwustronnym tłoczyskiem

​Siłowniki z hamowaniem dwustronnie nastawialnym

​Siłownik pneumatyczny dwustronnego działania z dwustronnym tłoczyskiem, z hamowaniem dwustronnie nastawialnym

​Siłownik pneumatyczny dwustronnego działania z dwustronnym tłoczyskiem, z hamowaniem dwustronnie nastawialnym, z bezstykową sygnalizacją położenia tłoka

​Beztłoczyskowy siłownik pneumatyczny ze sprzężeniem mechanicznym, z hamowaniem dwustronnym nastawialnym, z bezstykową sygnalizacją położenia tłoka

Multiple Choice

Który siłownik to siłownik pneumatyczny dwustronnego działania z dwustronnym wydrążonym tłoczyskiem i tłokiem?

​Podręcznikowa wiedza na temat siłowników pneumatycznych dwustronnego działania

​Siłowniki pneumatyczne o konstrukcji tłokowej, w których elementem ruchomym jest tłoczysko. Ruch tłoczyska w obydwie strony odbywa się energią sprężonego powietrza doprowadzaną naprzemiennie do komór siłownika.

​

Najbardziej typowa i rozpowszechniona grupa elementów wykonawczych.

Siłownik może być wyposażony w jedno tłoczysko (siłowniki z jednostronnym tłoczyskiem) lub dwa (siłowniki z dwustronnym tłoczyskiem).

​Konstrukcja siłowników dwustronnego działania

​1 - Tuleja siłownika

2 - Pokrywy siłownika (przednia i tylna)

3 - Tłoczysko siłownika

4 - Tłok z uszczelnieniami i magnesem

5 - Tuleja prowadząca tłoczysko

6 - Pierścień prowadzący tłoka

7 - Uszczelka tłoczyska.

Multiple Choice

Którym numerem zaznaczono pierścień prowadzący tłoka?

• 3

• 1

• 6

• 7

​Standardy dotyczące siłowników

​Siłowniki pneumatyczne jako jedna z nielicznych grup elementów pneumatyki posiada szereg norm dotyczących ich wymiarów gabarytowych.

Obecnie powszechnie stosowane są siłowniki znormalizowane, które pozwalają na pełną zamienność napędów pochodzących od różnych producentów.

​

Jednymi z pierwszych norm dla siłowników pneumatycznych rozpowszechnionych na świecie stały się normy ISO6431 i ISO6432.

Normy te obejmują nie tylko wymiary gabarytowe siłowników o średnicach od 8 mm do 320 mm, lecz również wymiary siłownika razem z elementem mocującymi.

​Podstawowe parametry techniczne opisujące siłowniki pneumatyczne:

• ​średnica siłownika pneumatycznego: od 8 mm do 320 mm (większe średnice traktowane są jako nietypowe)

• ​​zakres skoków roboczych od 1mm do ok. 3000 mm (ze względu na dostępność tulei)

• siły użyteczne przy zasilaniu standardowym ciśnieniem 0,63MPa

• ​zakres ciśnień pracy od 0,05 MPa do 1,6 Mpa

• ​zakres temperatur pracy od -20 do +180oC (w zależności od zastosowanych uszczelnień)

• cz​ynnik roboczy - sprężone powietrze oczyszczone do wartości min. 40 m,  smarowane mgłą olejową lub powietrze oczyszczone niesmarowane (wymaga dokładniejszej filtracji ok. 20 μm)

​

​Zagadnienia matematyczne dotyczące siłownika

Open Ended

Oblicz z jaką siłą zostanie wypchnięty tłok którego średnica tłoka wynosi 30 mm, średnica tłoczyska wynosi 10 mm a ciśnienie 5 barów

​Odpowiedź

Si​ła od strony tłoka: 353 N
Siła od strony tłoczyska: 314N

​Siłowniki w wykonaniu ze stali nierdzewnych i kwasoodpornych

​Siłowniki pracujące w szczególnie ciężkich warunkach środowiska narażone na kontakt z substancjami żrącymi, wodą słodką i morską, środkami i produktami spożywczymi, pracujące w atmosferze wybuchowej.

Podstawowe branże przemysłu stosujące tego typu siłowniki to: przemysł spożywczy, przemysł chemiczny i farmaceutyczny, urządzenia pracujące na jednostkach pływających i w lotnictwie, przemysł zbrojeniowy.

​

​

​Siłowniki mogą być w całości wykonywane z materiałów nierdzewnych lub kwasoodpornych.

Ze względów ekonomicznych często tylko niektóre najbardziej narażone na szkodliwe warunki części siłowników wykonane są ze stali jakościowych (tłoczyska, tuleje, śruby ściągające, nakrętki)

​Siłowniki w wykonaniu ze stali nierdzewnych i kwasoodpornych

​Siłowniki do pracy w niskich lub wysokich temperaturach

​W tego odmianach siłowników stosuje się specjalne uszczelnienia mogące wytrzymać bardzo niskie lub wysokie temperatury otoczenia w tym również ekstremalne warunki klimatyczne.

​

Najpowszechniej wykorzystywanym materiałem na uszczelnienia jest Viton (rodzaj gumy syntetycznej) oraz teflon.

​

Podstawowe branże przemysłu stosujące tego typu siłowniki to: przemysł spożywczy (chłodnie), kriogenika, hutnictwo żelaza i metali kolorowych, obróbka cieplna i powierzchniowa metali, odlewnictwo, kolejnictwo, pojazdy wojskowe, pojazdy do budowy dróg, wytwórnie mas bitumicznych.

​Siłowniki do pracy w niskich lub wysokich temperaturach

​Siłowniki te są przeznaczone do szczególnie trudnych warunków pracy, gdzie występuje ryzyko mechanicznego uszkodzenia napędu, siłowniki pracujące w zapyleniu i w atmosferze wybuchowej.

Są stosowane w górnictwie węgla gazu i ropy naftowej, platformach wiertniczych, hutach, maszynach budowlanych i drogowych

​Siłowniki specjalne i nietypowe

​Rodzaj napędów pneumatycznych dedykowanych do konkretnych rozwiązań maszyn i urządzeń.

Siłowniki tego rodzaju są produkowane dla konkretnych odbiorców mających nietypowe wymagania dotyczące wymiarów gabarytowych, rozwiązań konstrukcyjnych, zastosowanych uszczelnień lub siłownik wyposażony jest w dodatkowy osprzęt zewnętrzny np. zawory rozdzielające, zawory do regulacji prędkości ruchu tłoczyska itp.

Multiple Choice

Co charakteryzuje siłowniki wykonane teflonu?

• Są kwasoodporne

• Są odporne na wysokie temperatury

• Są odporne na rdzewienie

• Są elastyczne

​Siłowniki elektryczne

​Siłowniki elektryczne wykorzystują liniowy, tłoczyskowy silnik elektryczny w celu poruszenia tłoka. Napędy te są w stanie bezpośrednio generować ruch liniowy. W napędach tego typu wykorzystywana jest zasada elektromagnetyzmu, zgodnie z którą pole magnetyczne wytwarzane przez stojan oddziałuje na

magnesy silnika, generując ruch liniowy.

​

​Rodzaje siłowników elektrycznych

​Kiedy mówimy „siłownik elektryczny”, to najczęściej mamy na myśli tłokowy siłownik liniowy, w którym jedna część wysuwa się z drugiej.

​Nie są to jedyne siłowniki elektryczne, jakie można spotkać w handlu.

​Podstawową grupą siłowników elektrycznych, są siłowniki o ruchu liniowym , wśród których można:

• siłowniki z tłoczyskiem, w których jedna część (tłoczysko) wysuwa się z nieruchomej części stałej

• ​siłowniki ze śrubą trapezową, kulową lub wałeczkową

• siłowniki jednostronnego działania (pchające lub ciągnące) albo dwustronnego działania

• siłowniki z mocowaniami osiowymi lub z tylnym mocowaniem bocznym​

• siłowniki z ​tłoczyska jedno lub wielosekcyjne (teleskopowe)

• ​siłowniki beztłoczyskowe , w których po śrubie napędowej przemieszcza się wózek, do którego mocuje się poruszany element

​

​Siłowniki o ruchu obrotowym

​Ponadto, można też spotkać siłowniki o ruchu obrotowym , w których element wyjściowy obraca się zamiast wysuwać lub chować.

​Siłowniki takie, często są stosowane przy bramach skrzydłowych, na szerokich słupkach. Każda z wymienionych grup siłowników, może być zasilana silnikami prądu stałego lub przemiennego. Ponadto, siłowniki elektryczne mogą mieć wbudowane styki krańcowe lub być wykonywane bez nich. Mogą być także wykonane w wersji ze sprzężeniem zwrotnym (potencjometr, impulsator) lub bez tych dodatków

​

​

​Budowa liniowego tłokowego siłownika elektrycznego

​Siłownik elektryczny (zwany także jako siłownik liniowy, aktuator liniowy) zbudowany jest z silnika i przekładni zamieniającej ruch obrotowy wirnika, na ruch liniowy tłoka.

Aby można było osiągać odpowiednio duże siły na końcówce tłoka, z reguły stosowane są przekładnie wielostopniowe. Siłowniki elektryczne różnią się w budowie od pneumatycznych lub hydraulicznych i to dość znacznie. Nie napędza ich sprężone powietrze lub olej tłoczony pompą, a energia elektryczna. Dzięki temu sterowanie i obsługa, takiego siłownika, są dużo prostsze i tańsze. Nie trzeba się obawiać o nieszczelności, które mogłyby się pojawić w przypadku siłownika hydraulicznego, czy pneumatycznego. Dodatkowo, nie trzeba wymieniać drogich pomp, czy sprężarek, które naturalnie się zużywają. Instalacja sterująca siłownikiem elektrycznym, jest więc znacznie na mniej skomplikowana, a przez to tańsza i prostsza w montażu.

​

​Budowa liniowego tłokowego siłownika elektrycznego

​Budowa siłownika elektrycznego

​Zasada działania takiego siłownika jest banalnie prosta. Silnik elektryczny za pomocą przekładni obraca śrubą napędową, po której przesuwa się nakrętka. Do nakrętki przymocowany jest tłok. Ruch nakrętki po śrubie napędowej w konsekwencji daje ruch całego tłoka (wysuwa się on lub chowa do korpusu siłownika). Taka budowa siłownika sprawia też, że siłownik jest w stanie utrzymać włożony na niego ciężar nawet wtedy, kiedy odłączone jest od niego zasilanie. Wielostopniowa przekładnia, a najbardziej śruba napędowa i nakrętka, która się po niej porusza, powodują, że układ jest „samohamowny”. Chodzi o to, że nie można wcisnąć, albo wyciągnąć tłoka, kiedy nie działa silnik.

Oczywiście, gdy na siłownik postawi się zbyt duży ciężar, przekładnia „przestanie być samohamowna”, bo siłownik

po prostu ulegnie uszkodzeniu.​

​

Multiple Choice

Co porusza tłok w siłowniku elektrycznym?

• Energia elektryczna pchająca tłok

• Ruch obrotowy silnika elektrycznego

​Największe zalety siłownika elektrycznego

​1. Prostota utrzymania siłownika

2. Niska cena​

3. Bezpieczeństwo​

​4. Ekologia

5. Mniej skomplikowana konstrukcja i łatwy montaż​

​Prostota utrzymania siłownika

​Siłowniki elektryczne stały się niemal bezobsługowe. Są znacznie mniej skomplikowane, niż ich odpowiedniki pneumatyczne i hydrauliczne. Zwykle składają się z silnika, przekładni i śruby, co czyni je łatwiejszymi do utrzymania. Bywa, że wymagają one tylko odrobinę smaru. W systemach hydraulicznych, płyn musi być sprawdzany i ewentualnie dodany lub zmieniany regularnie, aby zapewnić prawidłowe działanie. Co więcej, wiele sekcji (np. osi) może być sterowane przez jeden układ hydrauliczny. Przez to, na pozór niewielki problem, może potencjalnie wpływać na unieruchomienie wielu czynności systemu. Siłowniki elektryczne, są łatwiejsze do rozwiązywania problemów. Jest tak, chociażby ze względu na ich autonomiczność i brak ścisłego związku, z całym systemem sterowania.

​

​Niska cena

​Niskie koszty utrzymania przekładają się na obniżenie kosztów eksploatacji. Istnieją dwa główne czynniki, które należy rozważyć, jeżeli chodzi o cenę: zakup i eksploatacja. Zazwyczaj w technice są one odwrotnie proporcjonalne. Oznacza to, że jeśli coś jest tańsze w zakupie, to zazwyczaj później okazuje się droższe w eksploatacji i odwrotnie. Jednak w przypadku siłowników elektrycznych, oba te koszty są niskie w porównaniu do alternatywnych rozwiązań hydraulicznych czy pneumatycznych. Ogólną zasadą jest to, że system hydrauliczny pracuje na jednej, dwóch lub trzech osiach. Może być zastąpiony równoważnym elektromechanicznym za mniejsze pieniądze. Drugim czynnikiem jest to, że w porównaniu z układami hydraulicznymi, ruch liniowy na bazie siłowników elektrycznych jest mniej kosztowny w obsłudze. Wynika to przede wszystkim z faktu, że wykonują pracę tylko, gdy są w ruchu. Systemy pneumatyczne wymagają ruchu powietrza, nawet gdy nie pracują. Takie rozwiązanie, w zasadzie, jest marnowaniem energii. stąd szacuje się, że siłownik elektryczny może zaoferować nawet do 90 procent oszczędności. Przekonanie, że siłowniki elektryczne mogą kosztować więcej, niż konkurencyjne technologie, jest zdecydowanie błędne. To nie prawda, ponieważ nierzadko pracują dłużej i dają oszczędności, które zwracają się z perspektywy całego życia produktu. Inwestycja w siłowniki elektryczne okazuję się być bardziej ekonomiczna.

​

​Bezpieczeństwo

​Siłowniki hydrauliczne i pneumatyczne, są podatne na nieszczelności i pęknięcia, a systemy elektromechaniczne

nie. Jest to z pewnością duża zaleta. Dotyczy ona zdrowia i bezpieczeństwa, nie wspominając o ewentualnych

kosztach, naprawy zwykłych usterek, związanych z tymi technologiami. Siłowniki elektryczne nie mają tych

problemów.

​Ekologia

​W przeciwieństwie do pneumatyki i hydrauliki, siłowniki elektryczne liniowe, działają dzięki energii elektrycznej, czyli technologii czystego przesyłu . Ze względu na nią, występuje niewielkie ryzyko zanieczyszczenia produktu. Jest to wykorzystywane, w wielu gałęziach przemysłu, takich jak w farmaceutyka, przemysł spożywczy, wodny i medyczny. Zwiększona wydajność i czyste korzyści technologii, przyczyniają się do zmniejszenia negatywnego oddziaływania na środowisko. Napędy elektryczne, działają także o wiele ciszej niż hydrauliczne i pneumatyczne. Zapewniają bezpieczniejsze i bardziej przyjemne środowisko pracy. W rzeczywistości, wytyczne bezpieczeństwa i ochrony zdrowia twierdzą, że maszyny powinny pracować na maksymalnie 85 decybeli z odległości 1 m. Technologia ta, z pewnością spełnia ten wymóg.

​

​Mniej skomplikowana konstrukcja i łatwy montaż

​Ten ostatni walor jest chyba najważniejszy. Elektryczne siłowniki liniowe mają prostą konstrukcję. Dzięki temu,

są łatwiejsze do zintegrowania z różnymi zastosowaniami. Technologia ta, łatwo harmonizuje się z innymi

systemami i urządzeniami.

Multiple Choice

Jaką przewagę mają siłowniki PNEUMATYCZNE nad elektrycznymi

• Są tańsze

• Mają mniej skomplikowaną konstrukcję

• Są szybsze

• Są bardziej ekologiczne

​Podsumowanie

​Jak widać, każdy z siłowników ma swoje wady i zalety, które sprawiają, że akurat taki, a nie inny siłownik, będzie najlepszym rozwiązaniem do wykonania konkretnego zadania.

Czasami jednak, możemy być zmuszeni do zamiany oryginalnych siłowników na inne, np. z powodu braku dostępu do oryginalnych siłowników lub części zamiennych. Kiedy indziej, może nami powodować troska o środowisko naturalne, bo chcemy zastosować rozwiązanie cichsze i przede wszystkim takie, które nie niesie ze sobą ryzyka uwolnienia do środowiska substancji szkodliwych. Innym czynnikiem może być cena, ponieważ rozwiązania elektryczne, są po prostu tańsze. Bez względu na to, jaka jest przyczyna zamiany hydrauliki / pneumatyki, na elektrykę, jak widzimy korzyści może być wiele. Mogą być to spore oszczędności, cicha praca, ekologia jak i inne zalety.

​