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

Краткий ответ: усилие полного смятия пустой ПЭТ-бутылки определяют испытанием своей тары со снятой пробкой. Данные KHS об осевой прочности Factor 101 не являются таким испытанием. Для учебного расчёта примем требуемое усилие 0,66 кН: Ø50 при 0,40 МПа даёт около 707 Н только при условном коэффициенте 0,9. Для SC-50-400 расчёт двух полных ходов даёт около 7,8 л свободного воздуха при одинаковой температуре в цилиндре и при приведении; ход 400 мм и достаточность усилия для своей бутылки проверяют отдельно.

Подобрать и купить пневмоцилиндры в каталоге →

Товары из статьи

WAALPC SCот 1 860 ₽Поставка 3–5 недель · SC-32-25

В корзину

Введите код вашего изделияНайти

Какое усилие нужно, чтобы сплющить ПЭТ-бутылку?

Осевую прочность бутылки проверяют нагрузкой сверху (top load), чтобы оценить её устойчивость при штабелировании и перевозке. KHS описывает Factor 101: 591 мл, масса 5,89 г, осевая нагрузка свыше 220 Н; 200 Н названы распространённым отраслевым ориентиром. Дно этой бутылки при нагрузке вдавливается и повышает внутреннее давление. Эти данные не описывают полное смятие пустой открытой бутылки, не задают универсальный порог потери формы и не устанавливают верхнюю границу усилия для другой тары. Для подбора пресса нужна зависимость силы от перемещения своей бутылки вплоть до требуемой конечной высоты.

Свою пустую тару со снятой пробкой испытывают в ограждённом приспособлении с измерением силы до требуемой конечной высоты. Для расчёта ниже условно приняты 220 Н и коэффициент 3, то есть 660 Н. Это учебные исходные данные: коэффициент 3 не подтверждает достаточность усилия для смятия конкретной бутылки.

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?

Теоретическое усилие выдвижения при отсутствии противодавления — F = p × A, где p — избыточное давление в поршневой полости; при p в МПа и A в мм² сила получается в ньютонах. При 0,6 МПа теоретическое усилие толкающего хода цилиндра Ø40 — 754 Н, Ø50 — 1 178 Н. Реальное усилие зависит от трения и давления в обеих полостях. Для учебного расчёта возьмём условный коэффициент 0,9; это не паспортный КПД SC и не учёт всех сил в прессе. Для выдвижения общая схема расчёта: F = p₁ × A − p₂ × (A − Aшт) − Fтр, затем учитывают вес и инерцию плиты, трение направляющих. При возврате проверяют меньшую кольцевую площадь и подъём плиты.

1. Условная исходная сила. Для примера F₀ = 0,22 кН; это не замер смятия открытой бутылки.
2. Запас. × 3 ≈ 0,66 кН.
3. Диаметр. Ø40 при 0,6 МПа с условным коэффициентом 0,9 даёт 0,679 кН — лишь примерно на 2,8 % больше условных 0,66 кН. Для предварительного выбора требуемая площадь A = F / (p × 0,9), диаметр D = √(4A/π); затем выбирают подходящий типоразмер. Этот расчёт не подтверждает смятие более толстой бутылки.
4. Рабочее давление. p = 660 / (1 963 × 0,9) ≈ 0,37 МПа; округляем до 0,40 МПа: расчётная сила 1 963 × 0,40 × 0,9 ≈ 707 Н, выше условных 660 Н; давление проверяют у цилиндра под нагрузкой, а не только на манометре регулятора; предел 0,8 МПа по каталогу завода не превышен.

Как посчитать ход и расход воздуха на реальном артикуле?

Исходные данные: цилиндр SC-50-400, 4 710 ₽, Ø50, ход 400 мм, давление 0,40 МПа. Ход 400 мм здесь принят для расчёта двух полных перемещений. Высота бутылки плюс зазор определяет открытый просвет под плитой, а рабочий ход равен разности этого просвета и конечного просвета после смятия. Например, при условной высоте тары 330 мм, зазоре 70 мм и конечном просвете 30 мм получаем открытый просвет 400 мм и перемещение 370 мм. Эти размеры измеряют на своей таре и оснастке; объём 2 л сам по себе высоту не задаёт. При ограничении хода до 370 мм расход пересчитывают; паспортный ход 400 мм не требует использовать его целиком.

1. Площадь. A = π × 50² / 4 ≈ 1 963 мм².
2. Усилие при 0,40 МПа. 1 963 × 0,40 × 0,9 ≈ 707 Н — выше условной цели 660 Н; потери и нагрузки реального узла проверяют отдельно.
3. Расход на цикл. V₀ = (π·D²/4) × S × 2 × (P + p₀)/p₀ × 10⁻⁶ = 1 963 × 400 × 2 × (4,0 + 1,013)/1,013 × 10⁻⁶ ≈ 7,77 л свободного воздуха. Здесь D и S — в мм, P = 4,0 бар — избыточное давление в каждой наполняемой полости, p₀ = 1,013 бар — абсолютное давление приведения. Температура воздуха в цилиндре и при приведении принята одинаковой; это не определённые нормальные литры. При разных температурах нужен множитель T₀/T в кельвинах: например, при +20 °C в цилиндре и базе 0 °C получилось бы около 7,24 нл. Формула не вычитает объём штока и не учитывает трубки, мёртвые объёмы, утечки и продувки.
4. Производительность. Условный цикл вместе с загрузкой, обоими ходами и снятием примем равным 8 с. Арифметически это 7,5 цикла в минуту и 450 бутылок в час непрерывной работы без пауз, а расход по указанной модели — 58,3 л/мин на той же базе. Это не испытанная производительность SC-50-400 или готового пресса: длительность проверяют с учётом подачи воздуха, нагрузки, замедления и защитного цикла.

Отсутствие вычета штока завышает только геометрическую оценку двух рабочих объёмов. Полный расход установки может быть больше из-за трубок, мёртвых объёмов и утечек; 7,8 л не являются его верхней границей.

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 3 420 ₽. 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 1 060 ₽. Подвод и возврат ведёт пятилинейный распределитель 4V210-08, например 4V210-08-DC24V, 840 ₽; резьба портов — внутренняя G, 4V210-08 — G1/4. Скорость хода регулируют расходом воздуха с помощью дросселей AS на портах цилиндра, с дросселированием на выпуск, от 180 ₽. Шум сброса снижает глушитель PSL, от 30 ₽.

Для контроля положения поршня магнитным датчиком нужен магнит в поршне и подходящее крепление. В заводском коде SC магнит обозначен S, базовое исполнение — без магнита; реестр подтверждает SC-50-400, но не подтверждает магнит этого исполнения. На показанном в каталоге SC со стяжками нельзя автоматически предполагать профильный паз: крепление датчика проверяют по корпусу, для цилиндров с пазом — по статье про выбор датчика по пазу. Положение поршня не заменяет контроль фактического положения и закрепления плиты и не является само по себе защитной функцией. 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 и проверяют с реальной нагрузкой; дросселирование на выпуске создаёт противодавление и уменьшает доступное усилие. Само наличие дросселя не гарантирует безударный пуск.
• Камера загрузки. Бутылка стоит в трубе или рамке по оси штока: без неё сложенная бутылка выскакивает из-под плиты.
• Упор по высоте. Внешний упор задаёт конечный просвет; его, крепления и раму рассчитывают на наибольшую возможную силу привода и энергию остановки. Упор не заменяет замедление и проверку допустимой энергии демпфирования цилиндра.
• Боковая нагрузка. Плита должна идти по направляющим: допустимые поперечные силы и моменты цилиндра нельзя назначать без данных изготовителя. Для хода 400 мм отдельно проверяют продольную устойчивость штока с фактической схемой крепления.
• Отказ питания или воздуха. SC — цилиндр двустороннего действия; распределитель 4V210 — 5/2 с одной катушкой и пружинным возвратом золотника. Он не является замком штока. При отключении катушки направление движения зависит от подключения портов и наличия давления; при потере воздуха вертикальная плита может опуститься под своим весом. Защитную схему проектируют и испытывают отдельно, включая удержание плиты и предотвращение неожиданного повторного пуска. Перед обслуживанием плиту механически фиксируют, отключают и блокируют источники энергии, затем безопасно сбрасывают остаточное давление и проверяют отсутствие опасного движения.
• Защита рук. Руки в зоне плиты — это риск раздавливания. Нужны меры, исключающие доступ к опасному движению; состав ограждений, блокировок и управления выбирают по оценке рисков. ISO 13851:2019 сам не назначает каждому прессу двуручное управление и его тип. Если выбран тип III, разбежка нажатий должна быть не более 0,5 с; отпускание любой кнопки прекращает выходной сигнал, а повторный пуск требует отпускания обеих. Устройство защищает использующего его оператора; отдельно проверяют расстояние до опасной зоны, фактическое время остановки и защиту других людей. Две обычные кнопки сами по себе этих требований не выполняют.

Когда хватит пневмоцилиндра, а когда нужен другой привод?

Пример с ходом 400 мм можно рассматривать для пункта приёма, магазина, кафе или небольшого производства после испытания своей тары и узла. Сотни бутылок в час следуют только из условного цикла, а компрессор должен обеспечивать нужные давление и подачу с учётом всей линии. 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 влияет на усилие, скорость зависит также от расхода, нагрузки и противодавления. Регулятор должен выдерживать максимальное входное давление сети; диапазон настройки ARG 0,1–0,85 МПа не является его допустимым входным давлением. Проверяют предел каждого элемента линии, включая участок до регулятора.
• 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?

Силу полного смятия определяют испытанием своей пустой тары со снятой пробкой до требуемой конечной высоты. Данные KHS об осевой прочности Factor 101 не описывают такой опыт. В примере условно приняты 0,66 кН; достаточность этой силы нужно проверить.

Какой цилиндр взять для пресса под бутылки?

Предварительно площадь A = F / (p × η), затем диаметр D = √(4A/π), где η — условный коэффициент, а не паспортный КПД SC. При F = 660 Н, p = 0,40 МПа и η = 0,9 рассматривают Ø50. Потери, вес плиты, возврат и реальное усилие смятия проверяют отдельно.

Какой ход нужен?

Высота бутылки плюс зазор задаёт открытый просвет. Рабочее перемещение равно разности открытого и конечного просветов. При условных 330 + 70 − 30 мм это 370 мм; SC-50-400 имеет паспортный ход 400 мм, который необязательно использовать целиком.

Сколько воздуха расходует пресс?

Для Ø50, двух полных ходов по 400 мм и 0,40 МПа — около 7,8 л свободного воздуха при 1,013 бар абс. и одинаковой температуре в цилиндре и при приведении; при 7,5 цикла в минуту около 58 л/мин. Шток не вычтен, трубки и утечки не учтены; это не верхняя граница расхода установки.

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.