Гидравлический или пневматический привод для пресса

Пресс создаёт усилие прижимом поршня, и источником этого усилия служит либо сжатый воздух, либо масло под давлением. Выбор между двумя схемами определяется не предпочтением, а требуемым усилием, точностью остановки и тем, сколько циклов в минуту должна отрабатывать установка. Гидравлическая часть собрана в разделе гидроцилиндры и насосы, пневматическая — в разделе пневмоцилиндры.

Ниже разобрано, какое усилие даёт каждая схема при одинаковом диаметре цилиндра, из чего складываются затраты на эксплуатацию и в каких задачах одна схема вытесняет другую.

Откуда берётся разница в усилии

Усилие на штоке равно давлению, умноженному на площадь поршня. Рабочее давление заводской пневмосети составляет обычно 6–8 бар, гидравлической станции — 100–250 бар и выше. При одинаковом диаметре цилиндра гидравлика даёт усилие в десятки раз больше.

• Пневмоцилиндр диаметром 100 мм при давлении 6 бар развивает около 4,7 килоньютона — порядка 480 килограммов силы. Пример исполнения — Festo DSBC-100-700-PPVA-N3.
• Пневмоцилиндр диаметром 160 мм при том же давлении даёт около 12 килоньютонов. Это AirTac QGBZ160-500-MT4 и подобные позиции; дальнейший рост усилия в пневматике упирается в габарит цилиндра.
• Гидроцилиндр диаметром 140 мм при давлении 160 бар развивает около 246 килоньютонов — порядка 25 тонн. Пример — Bosch Rexroth CDH2MT4/140/90/1800A3X/B11HFEL.
• Гидроцилиндры больших диаметров, такие как Crun DN160/90 и DN280/180, применяются там, где требуются усилия в сотни тонн. Пневматикой такие величины не достигаются в разумных габаритах.

Практический вывод: до 1–2 тонн усилия пневматика конкурентоспособна, от 5 тонн и выше вопрос решён в пользу гидравлики. В промежутке сравнивают по остальным признакам.

Чем различаются схемы в эксплуатации

Из чего складываются затраты на эксплуатацию

• Электроэнергия на сжатие. Пневматика расходует энергию на каждый цикл независимо от полезной работы: воздух после срабатывания выпускается в атмосферу. Компрессор подбирается по разделу компрессоры и насосы, и его потребление составляет основную часть затрат на пневматическую схему.
• Утечки пневмосети. На участке с протяжённой разводкой потери на неплотностях соединений достигают заметной доли производительности компрессора и держатся постоянно, даже когда пресс не работает.
• Подготовка воздуха. Фильтр, регулятор и осушка обязательны: влага и масло из сети разрушают уплотнения цилиндра и распределителя. Блоки подготовки — исполнения вида Festo MS4-EE-1/4-10V24.
• Масло и фильтры гидростанции. Замена по наработке, с контролем чистоты. Это плановая статья расходов, но она не зависит от числа циклов так сильно, как потребление воздуха.
• Охлаждение гидравлики. Насос нагревает масло, и на интенсивных режимах станции нужен теплообменник. Без него вязкость падает, утечки по золотникам растут, точность уходит.
• Ресурс уплотнений. В пневматике уплотнения работают при низком давлении и изнашиваются от загрязнённого воздуха. В гидравлике давление высокое, и уплотнение становится расходным элементом с понятной периодичностью замены.
• Шум. Выпуск воздуха создаёт шум на каждом цикле, что на рабочем месте требует глушителей. Гидростанция шумит постоянно, но её можно вынести из зоны работы персонала.

Где пневматика остаётся уместнее

Пневматическая схема выигрывает в задачах с небольшим усилием и высокой частотой циклов: запрессовка мелких деталей, клеймение, вырубка тонкого материала, прижим в сборочной оснастке, подача заготовки в рабочую зону. Короткий ход и высокая скорость здесь важнее усилия, а отсутствие масла в зоне обработки — требование для пищевого и упаковочного производства.

Схема собирается из цилиндра, распределителя и блока подготовки воздуха. Распределители подбираются по разделу пневмораспределители: SMC SY9120-5DOD-02 на 5/2 с одиночным соленоидом, SMC VFN3120N-5D-02-D в исполнении NAMUR, IMI Norgren VCB22C511A-AE213J. Цилиндры с направляющими — Festo DFM-63-350-B-PPV-A-GF и DGSL-20-50-Y3A — применяются там, где нужна защита штока от боковой нагрузки. Группа целиком — раздел пневматика и гидравлика.

Где без гидравлики не обойтись

Гидравлическая схема обязательна при больших усилиях, при необходимости точной остановки в произвольной точке хода и при удержании усилия без расхода энергии. Это гибка и правка металла, глубокая вытяжка, прессование порошков и брикетирование, обрезка и правка крупных заготовок.

Состав схемы шире пневматической: насос, бак, фильтрация, предохранительный и распределительный аппарат. Насосы доступны исполнениями Bosch Rexroth AZPG-22-100RAX07KB-S0303, PVV42-1X/122-045RA15RRMC, Bucher Hydraulics QX62-100/52-050R140 и QX51-100R09, Oilgear PVWJ-076-A1UV-RDFS-P-K2LNN-AN-0315, Parker PGP511A0080CS4D3NJ7J5B1B1. Управляющая аппаратура — раздел гидрораспределители и клапаны: пропорциональный клапан Bosch Rexroth 4WRLE25E350SJ-4X/MXY/24A1, аппараты Eaton и Moog для задач с управлением по положению.

Управление ходом в обеих схемах строится на контроллере с обратной связью по положению — разделы программируемые логические контроллеры, датчики положения и приближения и позиционеры и энкодеры. Электромагниты клапанов — раздел электромагниты и катушки клапанов.

Когда рассматривают третий вариант

Между двумя схемами есть промежуточные решения. Пневмогидравлический усилитель повышает давление от пневмосети до гидравлического уровня в небольшом объёме — так получают усилие в несколько тонн без отдельной станции, сохраняя пневматическое управление. Электромеханический привод с сервомотором и винтовой передачей даёт точное позиционирование и усилие до нескольких тонн без рабочей жидкости вовсе; подбирается по разделам сервоприводы и сервомоторы, редукторы и мотор-редукторы и приводная техника. Такой вариант дороже на закупке, но исключает компрессор, масло и утечки.

Частые вопросы

Можно ли поднять усилие пневмопресса, повысив давление в сети? Практически нет. Заводская сеть рассчитана на 6–8 бар, и подъём давления затрагивает всё оборудование участка, а цилиндры имеют свой предел по паспорту. Усилие наращивают увеличением диаметра цилиндра или переходом на другую схему.

Почему пневмоцилиндр не держит положение в середине хода? Воздух сжимаем: при изменении нагрузки поршень смещается, даже если распределитель заперт. Для фиксации применяют механический стопор либо переходят на гидравлику, где масло практически несжимаемо.

Что дешевле в эксплуатации при одинаковом усилии? При малых усилиях и высокой частоте циклов — пневматика, за счёт простоты схемы и отсутствия станции. При больших усилиях пневматика нереализуема, а на средних величинах решает режим работы: при коротком цикле с паузами гидростанция может простаивать и расходовать меньше энергии, чем компрессор, непрерывно восполняющий утечки сети.

Нужна ли отдельная гидростанция на каждый пресс? Не обязательно. Одна станция обслуживает несколько потребителей, если их режимы не совпадают по времени и подача насоса покрывает суммарный расход. При одновременной работе всех потребителей это считается по расходу, а не по числу цилиндров.

Что прислать для расчёта? Требуемое усилие и ход штока, число циклов в минуту, нужна ли точная остановка в произвольной точке и удержание усилия, рабочее давление имеющейся пневмосети, наличие свободной электрической мощности, требования к чистоте зоны обработки и габаритные ограничения на установку.

Что мы делаем

Считаем усилие по диаметру цилиндра и доступному давлению, сравниваем две схемы по расходу энергии при вашем числе циклов, подбираем цилиндр, распределитель и насос согласованным комплектом, добавляем подготовку воздуха или фильтрацию масла, сверяем обратную связь по положению с контроллером, называем сроки поставки. Разделы — гидроцилиндры и насосы, гидрораспределители и клапаны, пневмоцилиндры, пневмораспределители и механика и корпуса. Подбор привода — подбор привода и двигателя, автоматика установки — сборка шкафов управления, запуск — программирование и наладка.

Пришлите требуемое усилие, ход и число циклов в минуту на prom@tkasiatorg.ru — посчитаем диаметр цилиндра для каждой схемы, сравним затраты на ваш режим работы и подберём комплект привода.