7-1_Пневмо_Введенине (Лекции ОПиЭНТО), страница 2

М

Рис.13. Маслораспылители:

а) однократного распыления;

б) двукратного распыления

аслораспылитель предназначен для подачи смазывающей жидкости в трубопровод (только не компрессорное масло!). Подача масла происходит за счёт разряжения, создаваемого потоком сжатого воздуха при прохождении вблизи эжектирующей трубки 6. Здесь происходит «подсос» масла в воздушный поток. В маслораспылителе предусмотрена регулировка подачи масла. Она осуществляется регулируемым дросселем 2, установленным в капилляре, соединяющем масляную ёмкость с областью эжектирования.

Воздушный редуктор или регулятор давления является третьим устройством, входящим в состав системы подгот овки воздуха. Он предназначен для поддержания в нагнетательной магистрали требуемого давления. Работа регулятора хорошо понятна из рисунка 13.

Рис.13. Регулятор давления

1. Управляющие устройства

В качестве управляющих устройств используются воздушные распределители. Они имеют обозначения в виде дроби,

н апример, 2/2-пневмораспределитель: числитель указывает на количество коммутирующих линий, знаменатель – число возможных положений распределителя. На рис.14 показана графическая модель и условное обозначение 3/2-распределителя. Приведены схемы двух типов нормально закрытых пневмораспределителей: первый – со сбросом воздуха в окружающую среду (на условном обозначении это отражено треугольником, примыкающим вплотную к обозначению распределителя), второй – с выходом воздуха через подключаемый трубопровод (на условном изображении треугольник, обозначающий выход сжатого воздуха в атмосферу, соединён с распределителем вертикальной чертой). Нормально открытый 3/2-пневмораспределитель представлен в одном варианте.

Рис.15. Условные обозначения

1.4. Исполнительные устройства

Исполнительные устройства подразделяются на устройства:

• вращательного движения;

• поступательного движения.

О дним из исполнительных устройств вращательного действия является шестерёнчатый пневмомотор, содержащий два зубчатых колеса 1 и 2 (рис.16). Сжатый воздух, поступая в камеру, действует на боковые поверхности зубьев. Возникающая при этом сила приводит во вращение колёса, при этом одно из них будет вращаться по часовой стрелке, другое – в противоположном направлении.

Рис.16. Шестерёнчатый пневмомотор

В качестве исполнительных устройств поступательного движения используются пневмоцилиндры и мембранные пневмокамеры.

В корпусе мембранной пневмокамеры закреплена мембрана 1, изготавливаемая из резины, прорезиненной ткани или пластика. Ход штока 2 ограничен габаритами полостей. Исполнительные устройства этого типа компактны, развивают значительные (до 25000 Н) усилия и не имеют подвижных уплотнений.

Рис.17. Мембранная камера одностороннего действия

Конструкции пневматических цилиндров рассматриваются в подразделах 1.4.1 и 1.4.2.

Выбор пневмоцилиндра опирается на расчёт, где обычно в качестве исходных принимают следующие данные:

р_м – магистральное давление [МПа, бар];

P_т – рабочее (технологическое) усилие [Н];

s – ход исполнительного механизма [м, мм];

Определяемые величины:

D – диаметр цилиндра [м, мм];

d – диаметр штока [м, мм];

D_y – диаметр воздухопроводов [м, мм];

t_cp – время срабатывания привода [с].

Расчёт пневмоцилиндра сводится к определению диаметра поршня на основе равенства сил, действующих на поршень:

где а – параметр нагрузки (при s << D то a=1)

р_м – магистральное давление (в нагнетательной ветви);

р_в – давление на выхлопной ветви;

Р₁ – суммарная нагрузка, включая технологическое усилие.

Отсюда диаметр поршня, а, следовательно, и внутренний диаметр цилиндра

Что такое Р₁? Это сумма всех сил, которые преодолевает поршень

Р₁ = Р_Т + Р₂ + Р₄ + Р₅ ,

где Р_Т – технологическое (рабочее) усилие на штоке;

Р₂ = Р₃ + с·s - усилие от пружины возврата (используется в односторонних пневмоцилиндрах):

Р₃ – начальное усилие пружины;

с – жесткость пружины;

Р₄ = (р_в – р_о ) · S – усилие противодавления:

р_о – давление окружающей среды (атмосферное давление),

S – площадь поршня со стороны выхлопа;

Р₅ - силы сопротивления в уплотнениях.

Рассчитанное значение диаметра пневмоцилиндра сравнивается со стандартными значениями. Для пневмоцилиндров, изготавливаемых серийно, международная организация по стандартизации (ISO) рекомендует принимать значения диаметров из приведённого стандартного ряда [мм]:

8-10-12-16-20-25-32-40-50-63-80-100-125-140-160-200-250-320.

Пневмоцилиндры бывают:

• одностороннего действия;

• двухстороннего действия.

1.4.1. Пневмоцилиндры одностороннего действия

Рабочий ход в пневмоцилиндрах одностороннего действия осуществляется под действием сжатого воздуха. В исходное положение поршень возвращается с помощью встроенной пружины и от внешней нагрузки. В представленной конструкции (рис.18) корпус пневмоцилиндра 5 с обеих сторон закрыт крышками 1 и 8. В задней крышке 1 имеется отверстие для подвода сжатого воздуха, а в передней крышке 8 предусмотрено выхлопное (декомпрессионное) отверстие с фильтром 7. Внутреннее пространство цилиндра делится поршнем 2 на штоковую полость, в которой находится ш ток 4, и бесштоковую (поршневую) полость. Манжета 3, расположенная в проточке штока, герметизирует полости. В пневмоцилиндрах одностороннего действия толкающего типа (как на рисунке) в передней крышке 8 герметизация не требуется. Поэтому в ней предусмотрено место лишь для направляющей втулки 9, являющейся опорой скольжения для штока 4. Такая особенность пневмоцилиндра позволяет снизить потери на трение в уплотнениях. Возвратная пружина 6 вмонтирована в цилиндр и охватывает шток. К недостаткам пневмоцилиндров одностороннего действия следует отнести ограниченное перемещение (до 100 мм). Увеличенный продольный габаритный размер – это другой недостаток, также связанный с длиной сжатой пружины.

1.4.2. Пневмоцилиндры двухстороннего действия

Пневмоцилиндры двухстороннего действия используются в тех случаях, когда рабочее усилие передается на объект в обоих направлениях. При этом прямой и обратный ход поршня осуществляется под действием сжатого воздуха. Для предотвращения утечек воздуха из штоковой полости на передней крышке устанавливаются дополнительные уплотнения.

Рис.19. Пневмоцилиндр двустороннего действия

Следует обратить внимание на то, что в поршневых цилиндрах одностороннего и двухстороннего действия все конструктивные элементы и способы их крепления одинаковы и унифицированы.

Одним из преимуществ пневмоцилиндров является высокая (до 1,5 м/с) скорость перемещения выходного звена. Однако в конечных положениях поршень развивает значительные усилия, при этом слышен звук удара поршня о крышку. Избежать возможных поломок от ударов позволяет закреплённый на поршне эластичный резиновый демпфер. Вместе с тем при значительных динамических нагрузках такой способ гашения ударов недостаточно эффективен. В этих случаях применяются пневмоцилиндры двухстороннего действия с воздушным демпфированием.

1.4.3. Пневмоцилиндры с демпфированием в конце хода

В

Рис.20. Пневмоцилиндр двустороннего действия с демпфированием в конце хода

пневмоцилиндр вводят дополнительные элементы. По обе стороны поршня устанавливают втулки 2. В крышках цилиндра – уплотнительные манжеты 1 и дроссели 5 с обратным клапаном 6. Демпфирование происходит следующим образом. Сжатый воздух свободно поступает в соответств ующую полость, в том числе и через встроенный обратный клапан 6. Поршень движется к крышке с максимальной скоростью до тех пор, пока втулка 2 не дойдет до уплотнительной манжеты 1. (Именно это положение изображено на рис. 20.) В этот момент свободный выход воздуха через выхлопной канал перекрывается. Теперь воздух начинает вытесняться лишь через маленькое отверстие в дросселе 5. Таким образом, перед движущимся влево поршнем создаётся «воздушная подушка» повышенного давления, которое приводит к торможению поршня. В итоге поршень упирается в крышку без удара, мягко. При изменении направления движения сжатый воздух свободно поступает в поршневую полость цилиндра через обратный клапан 6, что позволяет поршню быстро трогаться с места.

На примере пневмоцилиндра с демпфированием показано возможное размещение в поршне кольцевого постоянного магнита 3. Выходящее за пределы гильзы магнитное поле может регистрироваться специальными датчиками, контролирующими необходимые параметры движения поршня.

Кроме этого, здесь же показано грязесъёмное кольцо 4, которое устанавливается практически на всех проходных крышках пневмоцилиндров.

1.4.4. Пневмоцилиндр с проходным штоком

Пневмоцилиндры двухстороннего действия имеют ряд недостатков, ограничивающих область из применения:

• усилия при прямом и образном ходе поршня различны (из-за неравенства его площадей в поршневой и в штоковой полостях);

• шток имеет консольное расположение, причём размер консоли имеет разные значения в выдвинутом или во втянутом положении;

• и как следствие предыдущего недостатка - шток хорошо воспринимает только осевую нагрузку, тогда как радиальную плохо.

В

Рис.21. Цилиндр двустороннего действия с проходным штоком

пневмоцилиндрах с проходным (или двухсторонним) штоком обе полости штоковые, следовательно, площади поршня равны в обеих полостях, что позволяет осуществлять рабочие перемещения с обоих торцов пневмоцилиндра. Срок службы у рассматриваемого исполнительного устройства выше, так как шток опирается на две опоры в двух к рышках. К недостаткам пневмоцилиндров с проходным штоком является увеличенный почти вдвое продольный габаритный размер за счёт увеличения длины штока.

1.4.5. Пневмоцилиндры с фиксатором штока

Т

Рис.22. Цилиндр двустороннего действия с фиксатором штока

радиционные конструкции пневмоцилиндров позволяют обеспечить две точки позиционирования перемещаемых объектов. Это точки соответствуют положениям «шток втянут» и «шток выдвинут». Область применения пневмоцилиндров значительно расширяется, если останов и фиксация выходного звена реализуется в некоторых заданных точках. П утём механического удержания штока специальным устройством можно получить фактически неограниченное число точек позиционирования. В приведённой на рис.22 конструкции шток 6 удерживается разрезным тормозным башмаком 4, который обжимает его под действием пружины 1. Освобождение штока 6 происходит при подаче сжатого воздуха в рабочую полость 5 фиксатора. В результате поршень 2, сжимая пружину 1, освобождает ролики на рычагах 3, и тормозные башмаки 4 отходят от штока 6.

Фиксаторы надёжно удерживают шток даже при внезапном падении давления в пневмосети.

1.4.6. Бесштоковые пневмоцилиндры

Применение пневмоцилиндров традиционного исполнения для перемещения объектов на значительные (до нескольких метров) расстояния весьма затруднительно, а порой и невозможно. Ведь для большого хода необходим шток соответствующей длины, а это влечёт за собой такое же увеличение продольного размера исполнительного устройства. Длинный шток теряет устойчивость под нагрузкой.