This paper presents a simulation model of a double-acting high-speed pneumatic cylinder with a relief valve type cushion mechanism. The model predicts piston motion, mass flow rate, pressure and temperature time histories of cushion chamber. Of interest here is to investigate the cushioning effect of varying the piston and piston-rod diameter, cushion ring diameter and length, and stoke in cushion mechanism. As a result, this cushion mechanism is found to be adequate under high-speed driving of pneumatic cylinders. The simulation model proposed here will be very useful to analyze the dynamic characteristics and to improve or design the better cushion mechanism in high-speed pneumatic cushion cylinders.
A pneumatic control system of compressed air as a working fluid has a variety of advantages such as low price, high respondence, non-explosion and good control performance and thus has many applications in the field of automobile, electronic and semiconductor industry. However, it has a difficulty in contolling a precise position due to quick response of system and compressibility of working fluid and. in particular, shock stress may occur due to an external load, resulting in fracture of a cylinder cap unless cushion device is equipped in the linear actuator. To avoid this, a cushion device should be installed for damping effect of the external load and the supply pressure as well as for decreasing shock stress and vibration caused by high speed rotation. Previous studies include dimensionless analyses and computer simulations of cushion capability and experiments of horizontally-mounted cylinder performances. A new attempt is experimentally made in this study using a vertically-mounted cylinder under an operation condition of 4, 5 and 6 (bar) as supply pressure and 40, 70 and 100 (kgf) as external load. It turns out that the cushion pressure is mainly a function of the external load rather than the supply pressure. The cushion characteristics was also revealed in the meter-in circuit.
In this study, a linearized model of pneumatic cylinder position control system including transmission line is proposed. The transmission line using compressible fluid has a nonlinear transfer characteristics because that the frequency response of it is changed by the flowing state of the fluid. But, when the pressure difference between both sides of transmission line is low, the effect of resonance characteristics of it under high frequency range can be neglected because of the friction force and low pass characteristics of the position control system. Therefore, the transmission line can be modeled by second order transfer function and the natural frequency, damping ratio and gain are changed by the diameter and length of it. The effectiveness of the proposed model is proved by comparison of simulation results using proposed model with experimental results and simulation results using conventional model.
An adaptive controller for trajectory tracking control of a pneumatic cylinder is proposed. The controller is directly derived by using Lyapunov function, and very simple and computationally efficient since it does not require the mathematical model or the parameter values of a pneumatic system. It is also shown that the system is bounded stable with the controller, and the size of tracking errors can be made arbitrarily small. The stability and the performance of the controller is also verified experimentally. The results of the experiments demonstrate that the proposed controller achieves more accurate trajectory tracking performance than a PD controller.
A proposed pneumatic cylinder-driven roll feeder and an air press were designed to be operated automatically by a PLC. The accuracy of the intermittent feed pitch of the roll feeder was evaluated by measuring lengths of cut-offs of a strip stock by a digimatic vernier caliper. At each predetermined feed pitch, the proposed roll feeder was tested 100 times by varying the feed/cut intervals as 2.0/1.5, 3.0/2.0, and 3.5/2.5 s as test sets. The lengths of the cutoffs of the strip stock ranged from 9.89-10.34, 12.1-12.65, and 15.21-15.67 mm at the predetermined 10, 12, and 15 mm feed pitch, respectively, among the total of 300 samples in each feed pitch, regardless of the feed/shear interval. Therefore, the feed/cut interval at each selected feed pitch was found to have no effect on the accuracy of the intermittent advancing of the strip stock.
Pneumatic equipments are widely used in factory automation. Compressed air has many merits, but because of compressibility pneumatic actuators are used limitedly where requires an exact intermediate stopping positions and very slow constant speed. This paper shows the application example of multi-position cylinder to the forming machine.
In recent automated manufacturing systems, compressed air-based pneumatic cylinders have been widely used for basic perpetration including picking up and moving a target object. They are relatively categorized as small machines, but many linear or rotary cylinders play an important role in discrete manufacturing systems. Therefore, sudden operation stop or interruption due to a fault occurrence in pneumatic cylinders leads to a decrease in repair costs and production and even threatens the safety of workers. In this regard, this study proposed a fault detection technique by developing a time-variant deep learning model from multivariate sensor data analysis for estimating a current health state as four levels. In addition, it aims to establish a real-time fault detection system that allows workers to immediately identify and manage the cylinder's status in either an actual shop floor or a remote management situation. To validate and verify the performance of the proposed system, we collected multivariate sensor signals from a rotary cylinder and it was successful in detecting the health state of the pneumatic cylinder with four severity levels. Furthermore, the optimal sensor location and signal type were analyzed through statistical inferences.
Pneumatic system has been mainly used as main equipment for actuation and control of compressed air force in manufacturing industry, pneumatic circuit for the most part is used in Meter-Out circuit. Meter-Out circuit method is Flow Control Valve to fit in exhaust part of cylinder port. In the reverse, Meter-In circuit is Flow Control Valve to fit in input part of cylinder port. This study examines the dynamic characteristics comparison of Meter-In and Meter-Out Circuits in the pneumatic circuits. The results of the experimental research are obtained to the followings: i ) System Response is Meter-In Circuit more than Meter-Out one before cushion zone. ii) we conjectured that the collision of piston and head cover is ease to collide Meter-In Circuit more than Meter-Out one at the stroke end part.
This paper describes a Neural Network based PID control scheme for pneumatic NC axes. Pneumatic systems have inherent nonlinearities such as compressibility of air and nonlinear frictions present in cylinder. The conventional PID controller is limited in some applications where the affection of nonlinear factor is dominant. A self-excited oscillation method is applied to derive the dynamic design parameters of linear model. The gains of PID controller are determined using a self tuning scheme. The experiments of a trajectory tracking control using the proposed control scheme are performed and a significant reduction in tracking error is achieved by comparing with those of a PID control.
Recently, Improving the energy efficiency of a pneumatic system and reducing the consumption of compressed air were a concern of scholars at domestic and abroad. The using fields of a pneumatic system are widely used in factory automation of manufacturing line, chemical factories with explosiveness danger and petroleum industries etc. In particular, Pneumatic cylinder is applied to feeding work of workpiece, jig tools and press mechanism, reciprocation and rotary motion with rack and pinion. In this study, The experimental apparatus consisted to pneumatic cylinder, dual supply pressure regulator and solenoid valve. The dual supply pressure regulator connected to outlet port of solenoid valve. The supply pressure (4.5kgf/cm$\^$2/) of compressed air goes into the rodless chamber 1 to drive the pistion rod forward which is named working stage. The supply pressure(2kgf/cm$\^$2/) of compressed air goes into the rod chamber 2 to drive the piston rod backward which is named no-working stage. Accordingly, The research results of this study can be obtained to Energy-Saving Effects of the compressed air about 35%.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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