Siłownik pneumatyczny ze sprężyną zwrotną przeznaczony jest do podnoszenia masy (ruch powolny, obciążenie na całym skoku). Ciśnienie robocze w instalacji pneumatycznej wynosi 6·105 N/m2. Obliczona średnica cylindra, z uwzględnieniem sprawności siłownika η = 0,75 oraz stwierdzonych w instalacji pneumatycznej wahań ciśnienia roboczego rzędu 5% wartości nominalnej, wynosi 65 mm. Z zamieszczonego w tabeli typoszeregu siłowników dobierz średnicę cylindra spełniającą powyższe warunki.
| Tabl. 1. Parametry siłowników | ||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| średnica cylindra w mm | 12 | 16 | 20 | 25 | 32 | 40 | 50 | 63 | 80 | 100 | 125 | 160 | 200 | |
| średnica tłoczyska w mm | 6 | 8 | 8 | 10 | 12 | 16 | 20 | 20 | 25 | 25 | 32 | 40 | 40 | |
| gwinty otworów przyłączeniowych | M5 | M5 | G⅛ | G⅛ | G⅛ | G¼ | G¼ | G⅜ | G⅜ | G⅜ | G½ | G¾ | G¾ | |
| siła pchająca przy po = 6 bar w N | siłownik jednostron. dział. | 50 | 96 | 151 | 241 | 375 | 644 | 968 | 1560 | 2530 | 4010 | -- | -- | -- |
| siłownik dwustron. dział. | 58 | 106 | 164 | 259 | 422 | 665 | 1040 | 1650 | 2660 | 4150 | 6450 | 10600 | 16600 | |
| siła ciągnąca przy po = 6 bar w N | siłownik dwustronnego działania | 54 | 79 | 137 | 216 | 364 | 550 | 870 | 1480 | 2400 | 3890 | 6060 | 9960 | 15900 |
| siłownik jednostron. dział. | 10, 25, 50 | 25, 50, 80, 100 | -- | |||||||||||
| skoki w mm | siłownik dwustron. dział. | do 160 | do 200 | do 320 | 10, 25, 50, 80, 100, 160, 200, 250, 320, 400, 500........2000 | |||||||||
Średnica 80 mm jest właściwym doborem, bo obliczona wymagana średnica cylindra wynosi 65 mm, a z typoszeregu zawsze wybiera się najbliższą większą średnicę nominalną, a nie mniejszą. W tabeli widać, że dostępne średnice w tym zakresie to 63 mm oraz 80 mm. Wartość 63 mm jest minimalnie mniejsza od obliczonych 65 mm, więc nie daje pewności uzyskania wymaganej siły przy najgorszych warunkach pracy. A tu mamy siłownik jednostronnego działania ze sprężyną zwrotną, który ma podnosić masę powoli, ale przez cały skok jest obciążony. To oznacza, że siła musi być zapewniona stale, nie tylko chwilowo na początku ruchu. Moim zdaniem to jest typowy przykład, gdzie zaokrąglanie „w dół, bo prawie pasuje” jest kiepską praktyką warsztatową. Przy doborze siłowników pneumatycznych uwzględnia się sprawność, opory uszczelnień, siłę sprężyny oraz spadki ciśnienia w instalacji. Ogólną zależność można zapisać jako $D=\sqrt{\frac{4F}{\pi p \eta}}$, ale w zadaniu średnica 65 mm została już policzona z poprawkami. Dlatego zostaje dobór katalogowy. Zgodnie z dobrą praktyką branżową i typowymi typoszeregami siłowników, dobiera się najmniejszy element spełniający warunki, czyli 80 mm. Większy siłownik zużywałby więcej powietrza, byłby droższy i cięższy, więc 100 mm nie jest tu optymalny.
W tym zadaniu najważniejsze jest to, że średnica 65 mm nie jest średnicą dostępną w tabeli, tylko wynikiem obliczeń projektowych. Takiej wartości nie da się po prostu zamówić z podanego typoszeregu, więc trzeba przejść na średnicę normalną katalogową. Zasada jest prosta: dla elementu wykonawczego, który ma przenosić obciążenie, nie wolno zaokrąglać średnicy w dół. Siłownik o średnicy 63 mm wygląda kusząco, bo jest bardzo blisko 65 mm, ale technicznie jest za mały. Różnica 2 mm przy średnicy cylindra daje mniejszą powierzchnię tłoka, a siła pneumatyczna zależy właśnie od pola powierzchni, nie liniowo od średnicy. Dodatkowo instalacja ma wahania ciśnienia około 5% wartości nominalnej, więc przy chwilowym spadku ciśnienia zapas siły może zniknąć. W siłowniku ze sprężyną zwrotną część energii idzie też na pokonanie sprężyny i oporów ruchu, nawet jeśli ruch jest powolny. Średnica 50 mm jest jeszcze bardziej niekorzystna, bo daje znacznie mniejszą powierzchnię tłoka i w praktyce taki siłownik mógłby nie podnieść masy albo zatrzymywać się w trakcie skoku. To częsty błąd: ktoś patrzy tylko na nominalne 6 bar i zapomina o sprawności, tarciu, sprężynie oraz spadkach ciśnienia na przewodach i zaworach. Z kolei 100 mm zapewne miałby wystarczającą siłę, ale nie jest najlepszym doborem, bo zadanie wymaga dobrania średnicy spełniającej warunki z typoszeregu, czyli w praktyce najmniejszej większej od obliczonej. Przewymiarowany siłownik zużywa więcej sprężonego powietrza, wolniej reaguje przy tej samej przepustowości zaworów, zajmuje więcej miejsca i podnosi koszt układu. W automatyce pneumatycznej dobry dobór to nie „jak największy”, tylko rozsądny zapas i zgodność z katalogiem producenta.