Пневматический толкатель на конвейер: усилие, ход, скорость

Краткий ответ: пневматический толкатель для конвейера — это пневмоцилиндр с толкающей планкой на штоке, который сталкивает изделие с ленты на соседний участок. Усилие считают так: F = m × (f × g + a), где m — масса изделия, f — коэффициент трения изделия о поверхность, a — ускорение при старте, g = 9,81 м/с².

Вступление полностью

Берите запас 2: цилиндр должен давать вдвое больше расчётного. Пример: ящик 15 кг даёт по расчёту 107 Н, с запасом 214 Н; это с большим резервом закрывает цилиндр SC-32-300, 17 100 ₸, при 0,5 МПа (402 Н). Ход берут по ширине ленты, скорость задают дросселями на выхлопе, крайние точки подтверждают датчиками.

Из чего состоит толкатель и где он нужен

Толкатель ставят сбоку от ленты. По сигналу датчика изделия шток выдвигается поперёк ленты, планка сдвигает изделие на отводящий лоток, склиз или другой конвейер и возвращается. Так сортируют коробки по направлениям, снимают брак, раскладывают продукцию по ячейкам. Работа короткая и повторяющаяся: туда и обратно на несколько сотен миллиметров.

Привод простой: двусторонний пневмоцилиндр, распределитель 5/2, два дросселя и регулятор давления. Для лёгких и средних изделий, от сотен граммов до нескольких десятков килограммов, этого хватает. Тяжёлые поддоны и сплошные потоки без разрывов между изделиями — уже не наш класс привода: там нужны другие решения, и мы не берёмся считать их по этой схеме.

Как посчитать усилие выталкивания

Изделие скользит по поверхности, значит, цилиндр преодолевает силу трения и разгоняет массу. Две составляющие складываются: F = m × f × g + m × a, то есть F = m × (f × g + a). Первое слагаемое — трение, второе — разгон. Для медленной подачи второе слагаемое мало, для быстрого выталкивания с резким стартом растёт.

Ускорение берут из желаемой скорости v и пути разгона s: a = v² / (2 × s). Если изделие нужно разогнать до 0,5 м/с на 100 мм, a = 0,25 / 0,2 = 1,25 м/с².

Коэффициент трения f зависит от пары материалов, чистоты, влаги и пыли. Справочные значения для сухих и чистых поверхностей: дерево по чистому сухому металлу 0,2–0,6. Для пары «изделие — конвейерная лента» таблицы общего справочника не годятся: у лент разный верхний слой. Возьмите значение в листе производителя ленты или измерьте сами: потяните изделие по ленте динамометром и разделите показание на вес изделия.

Здесь честная оговорка. Если лента во время выталкивания движется, трение действует против относительного движения изделия по ленте, и направлено не строго поперёк. Расчёт по полному значению f × m × g даёт оценку «с запасом» для движения поперёк ленты. Для точного подбора на непрерывной линии пробуют на образце: тянут изделие по движущейся ленте динамометром под нужным углом.

Пример: ящик 15 кг, сталкиваем по стальной плите

Допущения: ящик из дерева массой m = 15 кг, поверхность — чистая стальная плита, f = 0,6 (верхняя граница справочного диапазона, выбираем её для запаса), разгон до v = 0,5 м/с на пути 100 мм, выталкивание на 300 мм. Давление за регулятором 0,5 МПа.

1. Ускорение. a = v² / (2 × s) = 0,5² / (2 × 0,1) = 1,25 м/с².
2. Сила трения. m × f × g = 15 × 0,6 × 9,81 ≈ 88,3 Н.
3. Сила разгона. m × a = 15 × 1,25 = 18,75 Н.
4. Полное усилие. F = 88,3 + 18,75 ≈ 107 Н.
5. Запас 2. 107 × 2 ≈ 214 Н — наш инженерный выбор: на разброс трения, загрязнение, потери в тракте и неполное давление в конце хода.
6. Цилиндр. Ø32 при 0,5 МПа: F = 0,5 × π × 32² / 4 ≈ 402 Н (выдвижение, без учёта трения поршня). Значит, цилиндр Ø32 закрывает 214 Н почти вдвое, а расчётная нагрузка 107 Н — около 27 % от его теоретического усилия.

Ход берём по ширине ленты: ящик нужно сместить на 300 мм, так что подходит SC-32-300, 17 100 ₸. Порт цилиндра — внутренняя резьба G1/8, давление до 0,8 МПа по каталогу завода, скорость штока 50–800 мм/с, на обоих концах регулируемое демпфирование, магнитное кольцо на поршне стоит в стандартном исполнении. Время хода при заданном профиле: 0,4 с разгон на 100 мм и ещё 0,4 с на оставшиеся 200 мм при 0,5 м/с — около 0,8 с на выталкивание.

листайте таблицу вбок →

Таблица показывает порядок величин, а не подбор: под ваше изделие пересчитайте с вашим f и ускорением. Проверить усилие для других диаметров и давлений можно в калькуляторе усилия цилиндра, а скорость и время хода — в калькуляторе скорости цилиндра.

Ход, скорость и остановка изделия

Ход выбирайте по ширине ленты плюс небольшой запас: шток должен вывести изделие за кромку, а планка — не зацепить следующее. Исполнения SC-32 идут с шагом 25 мм в диапазоне до 300 мм и дальше (350, 400, 450, 500 мм и больше), берите ближайший больший. Если планка широкая или изделие толкают не по оси штока, ставят DFM-GF-32-100-P, 94 680 ₸: у направляющего цилиндра два штока и блок, он держит планку ровно и не проворачивается при нагрузке не по оси.

Скорость задают дросселями с обратным клапаном на выхлоп цилиндра: так шток идёт ровно, без рывка в начале хода. Для порта G1/8 цилиндра SC-32 подходит дроссель AS2201F-01-06A, 1 080 ₸: исполнение AS2201F регулирует выхлоп, код 01 — резьба 1/8″, 06A — цанговое присоединение трубки Ø6. Крайнее положение смягчает регулируемое демпфирование цилиндра: настройте его так, чтобы шток замедлялся в последние миллиметры и не бил в крышку.

После остановки штока изделие по инерции проедет ещё: путь s = v² / (2 × f × g) = 0,25 / (2 × 0,6 × 9,81) ≈ 0,021 м, то есть около 21 мм. Учитывайте это при расчёте положения приёмного лотка.

Датчики, пневмосхема и безопасность

Для управления нужны два сигнала: изделие подошло к толкателю и шток вернулся. Сигнал подхода даёт датчик на ленте, а возвращение подтверждает магнитный датчик на цилиндре с магнитом на поршне. Наш геркон HX-65R-2M, 3 360 ₸, рассчитан на цилиндры с Т-образным пазом (серии DSBC, DFM по карточке). SC — шпильчатый цилиндр, поэтому способ крепления датчика на нём сверьте с карточкой до заказа.

Подвод и возврат ведёт распределитель 5/2 4V210-08-DC24V, 7 200 ₸. Рабочее давление толкателя задаёт регулятор ARG (цена от 20 520 ₸): он настраивается в диапазоне 0,1–0,85 МПа на выходе. Распределитель 4V работает при 0,15–0,8 МПа, поэтому сеть 10 бар к нему напрямую не подключают — только через регулятор. Присоединительная резьба распределителей и регуляторов — внутренняя G. Выхлоп распределителя гасит глушитель PSL-01, 180 ₸: он ввинчивается в порт наружной резьбой R.

Толкатель сдвигает изделие вблизи людей, поэтому оградите зону хода и поставьте кнопку аварийного останова. Поведение цилиндра при пропадании воздуха и питания определите заранее и проверьте на стенде: например, нужно ли, чтобы планка вернулась в исходное положение или осталась на месте.

Типичные ошибки

• Коэффициент трения взят «из головы» или для другой пары материалов. Для ленты берите значение у производителя ленты или измеряйте динамометром.
• Нет запаса. Цилиндр, работающий на пределе, к концу смены с загрязнённой лентой выталкивает ненадёжно. Закладывайте запас 2.
• Нет дросселей. Шток бьёт по изделию в начале хода, ящик опрокидывается. Дроссель на выхлоп решает это.
• Планка выше центра масс изделия. Ящик заваливается. Планка бьёт на уровне центра масс или чуть ниже.
• Нагрузка не по оси штока. Если толкаете за край или длинную планку, шток изгибает и клинит: ставьте направляющий цилиндр или направляющую.
• Давление сети 10 бар без регулятора. Распределитель 4V рассчитан до 0,8 МПа, цилиндр SC по каталогу завода — тоже до 0,8 МПа.

Рубрики каталога

• Пневмоприводы — цилиндры и направляющие цилиндры;
• Пневмоцилиндр SC — стандартный цилиндр двустороннего действия;
• Калькулятор усилия цилиндра;
• Калькулятор скорости цилиндра.