Как дроссель меняет движение
Скорость пневмоцилиндра регулируют изменением проходного сечения на подаче или выпуске. Дроссель с обратным клапаном ограничивает поток в одном направлении, а в противоположном пропускает его через обходной путь. Поэтому ориентация аппарата определяет функцию схемы. Регулирование на впуске называют meter-in, на выпуске — meter-out. Положение регулировочного элемента само по себе не задаёт скорость: расход газа зависит от давлений по обе стороны прохода и температуры.
При meter-in давление активной полости формируется ограниченным притоком. Если внешняя нагрузка помогает движению, поршень может ускоряться быстрее, чем поступает масса воздуха; давление падает и устойчивость ухудшается. При meter-out выпускная полость создаёт противодействующую силу, обычно улучшающую равномерность движения в типичных двухсторонних цилиндрах. Однако этот эффект уменьшает полезное усилие и зависит от уже имеющегося давления в выпускной полости.
| Способ | Полезный эффект | Что ограничивает результат |
|---|---|---|
| Дроссель на впуске | Ограничение заполнения | Попутная нагрузка, сжимаемость |
| Дроссель на выпуске | Противодавление тормозит движение | Запуск из разряженной полости, потери силы |
| Концевое демпфирование | Поглощение энергии в конце хода | Паспортная энергия и длина зоны |
| Обратная связь | Коррекция скорости или положения | Динамика датчика, клапана и нагрузки |
Таблицу можно прокручивать по горизонтали →
Условный расход на выпуске
Рассмотрим поршень без штока на расчётной стороне с диаметром 40 мм и установившейся скоростью 0,1 м/с. Уменьшение объёма выпускной полости составляет π·0,04²/4·0,1 = 0,000125664 м³/с, или 7,54 л/мин при её текущем состоянии. Если давление полости равно 3 бар абсолютного, температура 293,15 K, а сухой опорный воздух задан при 1 бар абсолютного и 293,15 K, расход составляет 22,62 приведённых л/мин. Подбирать дроссель по 7,54 приведённых л/мин было бы ошибкой: это рабочий объёмный расход.
Расчёт предполагает постоянное давление и температуру выпускной полости. Во время разгона, заполнения и концевого торможения они изменяются, поэтому нужен массовый баланс газа, а не только геометрия. Для цилиндра со штоком используют кольцевую площадь именно выпускной стороны. Паспортная расходная характеристика клапана задаётся при определённых давлениях; пересчитанная потребность должна быть сопоставлена с этой характеристикой, включая режим критического течения.
Почему meter-out не решает всё
Если перед стартом выпускная полость разряжена, необходимое противодавление ещё не сформировалось и возможен начальный рывок. При малых скоростях сухое трение и разница между трением покоя и движения создают прерывистое перемещение. Изменение массы, температуры, ориентации и давления питания также меняет результат. Для вертикальных и попутных нагрузок один дроссель не является средством гарантированного удержания: остановка и удержание требуют отдельного решения, подходящего к оценённому риску машины.
Концевой демпфер работает на ограниченном участке и не заменяет регулирование основной скорости. Энергия массы пропорциональна квадрату скорости: для условных 10 кг при 0,1 м/с она равна 0,05 Дж, а при 0,2 м/с — 0,20 Дж. Возможности демпфирования проверяют по паспорту с учётом внешней работы сил на участке торможения. Глушитель и длинный выхлопной трубопровод добавляют сопротивление; загрязнение меняет его со временем. Критерием пригодности становятся повторяемый профиль движения, достаточное усилие и допустимая энергия остановки во всём заданном диапазоне условий.
Первичные источники
- SMC: Flow Control Valves — Раздельные средства регулирования скорости, замедления и выхлопа.
- ISO 4414:2010 — Общие требования к пневмосистемам машин, без назначения универсальных настроек.