Czas skoku wyznacza wymagany przepływ chwilowy
Ten kalkulator odpowiada na pytanie, ile powietrza trzeba dostarczyć, aby siłownik wykonał pełny skok w zadanym czasie. Im krótszy wymagany ruch, tym większego przepływu chwilowego potrzebują zawór, przewód i przygotowanie powietrza.
Po wyliczeniu przepływu: sprawdź wymaganą przepustowość zaworu oraz średnicę przewodu.
Jeśli znasz przepływ i chcesz sprawdzić osiąganą prędkość, użyj kalkulatora prędkości siłownika. Całość zbiera kategoria Pneumatyka.
Jak obliczyć wymagany przepływ dla zadanego czasu skoku?
Najpierw oblicza się objętość komory, która musi zostać napełniona w czasie ruchu. Dla wysuwu czynna powierzchnia wynosi A₁ = πD²/4. Dla powrotu siłownika dwustronnego działania jest mniejsza: A₂ = π(D² − d²)/4, ponieważ część przekroju zajmuje tłoczysko.
Objętość geometryczna komory dla pełnego skoku to V = A × L. Aby wyrazić ją jako ilość powietrza w warunkach normalnych, kalkulator stosuje uproszczoną zależność z ciśnieniem bezwzględnym:
gdzie q jest ilością powietrza na skok w NL, A – powierzchnią w mm², L – skokiem w mm, a p – ciśnieniem względnym w bar. Następnie wymagany przepływ dla czasu t wynosi:
Ta druga zależność jest szczególnie użyteczna przy doborze zaworu, przewodów i przygotowania powietrza: im krótszy wymagany czas pełnego skoku, tym większy chwilowy przepływ musi dotrzeć do siłownika.
Dlaczego kalkulator liczy wysuw i powrót osobno?
W siłowniku dwustronnego działania obie komory mają inną objętość. Komora bez tłoczyska jest większa, ale wymagany przepływ nie zależy wyłącznie od objętości. Jeśli powrót ma być wykonany znacznie szybciej niż wysuw, mniejsza komora może mimo wszystko wymagać większego przepływu chwilowego.
Dlatego kalkulator nie sumuje przepływów wysuwu i powrotu. Ruchy typowego pojedynczego siłownika występują kolejno, więc do wstępnego doboru przyjmuje większą z dwóch wartości, a następnie dodaje ustawiony zapas. Sumowana jest natomiast ilość powietrza zużyta podczas pełnego cyklu.
Jeżeli kilka siłowników porusza się jednocześnie, przepływy ich aktywnych ruchów należy zsumować. To będzie szczególnie ważne przy późniejszym doborze wydajności głównej instalacji i sprężarki.
Wskazówka od KalkulatorXXL
Do doboru zaworu nie bierz wyłącznie średniego zużycia powietrza na minutę. Siłownik może zużywać niewiele powietrza w skali całej zmiany, ale jeśli ma wykonać 500 mm skoku w 0,5 s, potrzebuje wysokiego przepływu chwilowego. To właśnie ten przepływ decyduje, czy ruch osiągnie wymagany czas.
Co oznacza zapas przepływu?
Wynik teoretyczny dotyczy przede wszystkim objętości komory siłownika. W rzeczywistym układzie część dostępnej różnicy ciśnień jest tracona na filtrze, regulatorze, zaworze, złączkach i przewodach. Dodatkowo przepływ katalogowy elementu jest podawany dla określonych warunków pomiarowych i nie musi być identyczny z przepływem osiąganym przy konkretnym ruchu.
Pole „Zapas przepływu” pozwala zwiększyć większy z obliczonych przepływów o zadany procent. Domyślne 20% jest jedynie wartością roboczą do szybkiego oszacowania, a nie uniwersalną normą doborową. W instalacji z długimi przewodami, szybkim ruchem albo dużym spadkiem ciśnienia może być potrzebna dokładniejsza analiza.
Wartość z zapasem traktuj jako punkt startowy do sprawdzenia charakterystyk producenta. Ostatecznie zawór powinien zapewnić wymagany przepływ przy rzeczywistym ciśnieniu zasilania, przeciwciśnieniu na wydechu i konfiguracji całego toru.
Przykład: Ø50/20 mm, skok 500 mm, 6 bar
Dla wysuwu pole tłoka wynosi około 1963,5 mm². Komora o skoku 500 mm ma około 0,982 l objętości geometrycznej, a przy 6 bar względnych odpowiada to około 6,872 NL. Jeśli wysuw ma trwać 1,00 s, wymagany przepływ teoretyczny wynosi około 412,3 NL/min.
Po stronie tłoczyska Ø20 mm objętość jest mniejsza i odpowiada około 5,773 NL na skok. Jeżeli jednak powrót ma trwać tylko 0,80 s, przepływ potrzebny do osiągnięcia tego czasu wynosi około 433,0 NL/min. To powrót staje się kierunkiem ograniczającym.
Po dodaniu 20% zapasu kalkulator zaleca przyjąć około 519,5 NL/min, czyli około 31,17 Nm³/h, jako wartość roboczą do dalszego doboru elementów zasilających.
Czas skoku a czas całego cyklu maszyny
Wpisany czas dotyczy pełnego ruchu tłoka od jednego końca skoku do drugiego. Nie obejmuje czasu przełączenia sterowania, zwłoki zaworu, zatrzymania procesu, chwytania detalu ani innych operacji maszyny. Minimalny czas cyklu pokazany w wyniku jest więc tylko sumą czasu wysuwu i powrotu.
Dla krótkich czasów ruchu coraz większe znaczenie mają przyspieszenie i hamowanie. Siłownik nie osiąga natychmiast prędkości średniej wynikającej z podzielenia skoku przez czas. Przy wysokich prędkościach trzeba również sprawdzić dopuszczalną energię końca skoku oraz sposób amortyzacji.
Jeżeli czas cyklu jest krytyczny dla wydajności produkcji, wynik kalkulatora powinien być kolejnym krokiem przed doborem zaworu i średnicy przewodów, a następnie przed próbą ruchową na rzeczywistym układzie.
Dla ucznia technikum mechatronicznego, automatyka i studenta
Ten kalkulator pokazuje różnicę między zużyciem powietrza a wymaganym przepływem. Zużycie q mówi, ile NL potrzeba na pojedynczy skok. Przepływ Q mówi, jak szybko ta ilość musi zostać dostarczona. Ten sam siłownik wykonujący ten sam skok zużywa zbliżoną ilość powietrza, ale skrócenie czasu ruchu z 1 s do 0,5 s podwaja wymagany przepływ.
W zadaniach warto zapisywać jednostki na każdym etapie. Najpierw liczysz pole w mm², potem objętość i ilość powietrza na skok, a dopiero na końcu dzielisz przez czas i mnożysz przez 60, aby otrzymać NL/min. Dla powrotu siłownika dwustronnego nie zapomnij odjąć pola tłoczyska.
Przykładowe zadania z rozwiązaniami
Treść: Siłownik Ø40 mm ma skok 200 mm i pracuje przy 6 bar. Jaki przepływ normalny jest teoretycznie potrzebny, aby wysunąć go w 0,5 s?
Pokaż rozwiązanieUkryj rozwiązanie
Pole: A = π/4 × 40² ≈ 1256,64 mm².
Powietrze na skok: q = 1256,64 × 200 × 7 × 10⁻⁶ ≈ 1,759 NL.
Przepływ: Q = 1,759 / 0,5 × 60 ≈ 211,1 NL/min.
Treść: Ten sam ruch wymaga 300 NL/min przy czasie 1,0 s. Ile teoretycznie będzie potrzebne, jeśli czas skrócimy do 0,6 s?
Pokaż rozwiązanieUkryj rozwiązanie
Zużycie powietrza na skok się nie zmienia, więc przepływ jest odwrotnie proporcjonalny do czasu.
Q₂ = 300 × 1,0 / 0,6 = 500 NL/min.
Treść: Siłownik Ø50/20 mm, skok 500 mm, 6 bar ma wykonać wysuw w 1,0 s i powrót w 0,8 s. Który kierunek wymaga większego przepływu?
Pokaż rozwiązanieUkryj rozwiązanie
Wysuw: q₁ ≈ 6,872 NL, więc Q₁ ≈ 412,3 NL/min.
Powrót: q₂ ≈ 5,773 NL, więc Q₂ ≈ 433,0 NL/min.
Mimo mniejszej komory powrót ma krótszy wymagany czas.
Treść: Z obliczeń otrzymano 650 NL/min jako większy wymagany przepływ. Jaką wartość przyjąć po dodaniu 25% zapasu?
Pokaż rozwiązanieUkryj rozwiązanie
Qdobór = 650 × 1,25 = 812,5 NL/min.
W Nm³/h: 812,5 × 60 / 1000 = 48,75 Nm³/h.
Najczęstsze błędy przy doborze przepływu do czasu ruchu
- Dobieranie zaworu tylko z rocznego lub minutowego zużycia powietrza zamiast z przepływu chwilowego wymaganego podczas skoku.
- Sumowanie przepływu wysuwu i powrotu jednego siłownika, mimo że ruchy występują kolejno.
- Pomijanie tłoczyska przy powrocie, co zawyża objętość komory powrotnej.
- Traktowanie ustawionego zapasu jak gwarancji – rzeczywisty spadek ciśnienia trzeba sprawdzić dla całego toru.
- Mylenie NL/min z rzeczywistym l/min w sprężonej komorze.
Ciekawostka
Jeżeli geometria i ciśnienie pozostają bez zmian, zużycie powietrza na pojedynczy skok praktycznie nie zależy od tego, czy ruch trwa 2 s, 1 s czy 0,5 s. Zmienia się za to przepływ chwilowy: dwukrotne skrócenie czasu wymaga w prostym modelu około dwukrotnie większego NL/min. Dlatego szybka maszyna może potrzebować dużego zaworu mimo umiarkowanego średniego zużycia powietrza.
Źródła i założenia obliczeniowe
Festo podaje zależność zużycia powietrza cylindra opartą na powierzchni, skoku i czynniku (p + 1). SMC rozróżnia zużycie powietrza i wymagany przepływ oraz dla zadanego czasu pełnego skoku stosuje zależność odpowiadającą Q = q/t × 60. Kalkulator wykorzystuje te zależności dla objętości komór cylindra, bez dodatkowej objętości przewodów.
Wynik służy do obliczeń wstępnych. Przy doborze zaworu i przewodów należy uwzględnić ich rzeczywiste charakterystyki przepływowe, spadek ciśnienia, przeciwciśnienie i dopuszczalną prędkość konkretnego napędu.
Ostatnia aktualizacja: 25.08.2026