Пресс для ПЭТ-бутылок на пневмоцилиндре: усилие, ход и расход воздуха

Краткий ответ: пустую ПЭТ-бутылку сминают вдоль оси, а ориентир по нагрузке даёт испытание бутылки на осевое сжатие: порог в отрасли около 200 Н, у облегчённой бутылки 591 мл замерено 220 Н. Для пресса берём запас втрое, то есть около 0,66 кН. Дальше расчёт простой: F = p × A. Это даёт цилиндр Ø50 серии SC при давлении около 0,4 МПа. Ход под бутылку 2 л — 400 мм, расход воздуха на цикл — около 7,8 нл.

Подобрать и купить пневмоцилиндры в каталоге →

Какое усилие нужно, чтобы сплющить ПЭТ-бутылку?

Бутылку делают так, чтобы она держала вес штабеля на горловине: это испытание на осевое сжатие (top load). В отрасли порогом считают около 200 Н, а у облегчённой бутылки на 591 мл массой 5,89 г производитель замерил 220 Н. Это нагрузка, при которой бутылка начинает терять форму; сколько нужно, чтобы довести её до плоского листа, в открытых источниках мы не нашли. Эта цифра — ориентир, а не паспорт вашей бутылки: у 0,5 л и 2 л стенка, масса и профиль разные, а сила зависит ещё от того, закручена ли пробка и заполнена ли бутылка воздухом под давлением.

Поэтому усилие берём с запасом, а свою тару проверяем динамометром или весами: давим бутылку вдоль оси и смотрим пик. Запас втрое в примере — допущение на дожатие сложенных слоёв, перекос и динамику.

Бутылку ставят вертикально, горловиной к плите, и сжимают вдоль оси: на боку она уходит из-под плиты. Пробку лучше снять: в закрытой бутылке сжимается воздух, усилие растёт, бутылку может разорвать или сорвать пробку. Плиту делают с центрирующим углублением.

Как перейти от усилия к диаметру цилиндра?

Усилие на штоке — произведение давления на площадь поршня: F = p × A. При 0,6 МПа теоретическое усилие толкающего хода цилиндра Ø40 — 754 Н, Ø50 — 1 178 Н. Трение уменьшает эти значения; возьмём КПД цилиндра 0,9.

1. Усилие по ориентиру. Fбутылки = 0,22 кН.
2. Запас. × 3 ≈ 0,66 кН.
3. Диаметр. Ø40 при 0,6 МПа с КПД 0,9 даёт 0,68 кН: формально хватает, но без резерва и на пределе давления сети. Ø50 берёт те же 0,66 кН уже при низком давлении и оставляет запас на толстую бутылку.
4. Рабочее давление. p = 660 / (1 963 × 0,9) ≈ 0,37 МПа; округляем до 0,40 МПа: усилие 1 963 × 0,40 × 0,9 ≈ 707 Н, выше нужных 660 Н; предел 0,8 МПа по каталогу завода не превышен.

Как посчитать ход и расход воздуха на реальном артикуле?

Исходные данные: цилиндр SC-50-400, 28 260 ₸, Ø50, ход 400 мм, давление 0,40 МПа. Ход складывается из высоты бутылки и зазора, чтобы вставить её и убрать плиту: бутылка 2 л высотой около 330 мм плюс 70 мм запаса. Эту высоту возьмите со своей тары: бутылки 0,5 и 1 л ниже, ход 400 мм для них с запасом, но сделает цикл дольше, поэтому для мелкой тары берут ход короче.

1. Площадь. A = π × 50² / 4 ≈ 1 963 мм².
2. Усилие при 0,40 МПа. 1 963 × 0,40 × 0,9 ≈ 707 Н — выше 660 Н нужных.
3. Расход на цикл. V = (π·D²/4) × S × 2 × (P + 1,013)/1,013 × 10⁻⁶ = 1 963 × 400 × 2 × (4,0 + 1,013)/1,013 × 10⁻⁶ ≈ 7,8 нл. Это верхняя оценка: в формуле не вычтен объём штока.
4. Производительность. Цикл — загрузка, ход вниз, ход вверх, снятие — примем 8 с: это 450 бутылок в час, а расход воздуха около 58 нл/мин (7,8 × 7,5 цикла в минуту). Значение пересчитайте под ваш темп.

Для другого темпа или диаметра посчитайте усилие и расход в калькуляторах усилия цилиндра и расхода воздуха.

Что поставить рядом с цилиндром в пневмолинии?

Усилие задаёт давление, поэтому нужен регулятор с манометром: ARG, от 20 520 ₸. Его диапазон 0,1–0,85 МПа покрывает 0,40 МПа. Воздух в цилиндре SC фильтруют до 40 мкм, поэтому на вводе ставят фильтр-регулятор AW, от 6 360 ₸. Подвод и возврат ведёт пятилинейный распределитель 4V210-08, например 4V210-08-DC24V, 7 200 ₸; резьба портов — внутренняя G, 4V210-08 — G1/4. Скорость хода настраивают дросселями AS на портах цилиндра, с дросселированием на выпуск, от 1 080 ₸. Шум сброса убирает глушитель PSL, от 180 ₸.

Если нужен контроль нижнего положения плиты, на корпус ставят датчик по типу паза, как разобрано в статье про выбор датчика по пазу. Расчёт расхода на линию целиком — в статье про расход воздуха пневмосистемы. Та же формула усилия для металла разобрана в статье про пресс для алюминиевых банок, а для крупных отходов — в статье про пресс-компактор для мусора; здесь формулы не повторяем.

Что учесть в конструкции пресса?

• Ровный подвод. Плита должна встать на бутылку без удара: подвод настраивают дросселями.
• Камера загрузки. Бутылка стоит в трубе или рамке по оси штока: без неё сложенная бутылка выскакивает из-под плиты.
• Упор по высоте. Жёсткий упор ограничивает ход, когда бутылка уже плоская; иначе плита бьёт по основанию.
• Боковая нагрузка. Плита должна идти по направляющим: шток цилиндра не рассчитан на поперечную силу от смещённой бутылки.
• Защита рук. Руки в зоне плиты — это риск раздавливания. Нужны ограждение, закрытая зона загрузки и пуск двумя руками: двуручное управление типа III по ISO 13851:2019 требует нажатия обеих кнопок с разбежкой не более 0,5 с.

Когда хватит пневмоцилиндра, а когда нужен другой привод?

Пневмоцилиндр с ходом 400 мм справляется с пунктом приёма, магазином, кафе, небольшим производством: сотни бутылок в час, давление 0,40 МПа от обычного компрессора. Бытовому ручному прессу-рычагу привод не нужен. Если бутылки нужно спрессовывать в тюки по сотне килограммов, нужен промышленный тюкователь с гидравликой: пневмоцилиндр здесь по усилию и объёму тюка не подходит.

Типичные ошибки

• Усилие «на глаз». Начинайте с замера своей бутылки и добавляйте запас, а не берите цилиндр «побольше».
• Перенос цифр с банки. Для алюминиевой банки около 1 кН, для бутылки в разы меньше: формулы те же, исходные данные другие.
• Сеть 10 бар напрямую. Давление определяет усилие и скорость: регулятор обязателен.
• Бутылка с пробкой. В закрытой бутылке сжатый воздух повышает усилие, бутылку может разорвать или сорвать пробку: пробку снимают.
• Ход «с большим запасом». Лишний ход удлиняет цикл и расход воздуха: ход берут по самой высокой бутылке в потоке плюс зазор на загрузку.
• Открытая зона плиты. Пресс, в зону которого могут попасть руки, нужно ограждать; соответствие требованиям безопасности подтверждается отдельной оценкой рисков, эту статью заменой ей считать нельзя.

Рубрики каталога

• Пневмоприводы — цилиндры;
• Регуляторы давления AR;
• Калькулятор усилия цилиндра;
• Калькулятор расхода воздуха.

Частые вопросы

Какое усилие нужно, чтобы сплющить ПЭТ-бутылку?

Ориентир — осевая нагрузка около 200–220 Н, при которой бутылка теряет форму. Для пресса берут запас: в примере втрое, около 0,66 кН. Свою бутылку лучше замерить динамометром.

Какой цилиндр взять для пресса под бутылки?

По формуле F = p × A: нужное усилие с запасом делят на давление и КПД. В примере подошёл Ø50 серии SC при давлении около 0,40 МПа.

Какой ход нужен?

Высота самой высокой бутылки плюс зазор для укладки и снятия. Для бутылки 2 л высотой около 330 мм в примере взят ход 400 мм.

Сколько воздуха расходует пресс?

Для Ø50 и хода 400 мм при 0,40 МПа около 7,8 нл на цикл по верхней оценке; при 7,5 цикла в минуту около 58 нл/мин.

Нужно ли снимать пробку?

Да: в закрытой бутылке сжимается воздух, сила сжатия растёт, бутылку может разорвать или сорвать пробку.

Когда пневмоцилиндр не подходит?

Для тюков в сотни килограммов нужен промышленный тюкователь с гидравликой. Бытовому ручному прессу привод не нужен.