Глава-5_ПневмоПривод (Конспекты)

ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ И ПНЕВМАТИЧЕСКИЙПРИВОДЫДо настоящего момента нами рассматривались электромеханические приводы. В этих приводах источникидвижения (двигатели) использовали физическое явлениевзаимодействия электрического и магнитного полей.Приводы, в которых повышенное давление (точнее: разность давлений) жидкости или газа преобразуется в механическое перемещение, называют гидравлическими или пневматическими.На примере уже знакомой нам установки «Алмаз» длярезки слитков на пластины наглядно видны отличительныеособенности построения электромеханического и пневмогидравлического приводов.MMРис.1.

Установка резки слитка на пластины«Алмаз»Если, характеризуя тот или иной электромеханическийпривод, мы говорим о таких параметрах как мощность ичастота вращения (или скорость перемещения), то гидравлические и пневматические приводы отличают по давлению и расходу жидкости или газа.Усилие, развиваемое исполнительным устройством,напрямую зависит от давления p. Давление определяется1как отношение модуля внешней силы на площадь поперечного сечения поверхности, воспринимающей эту силу. Втехнической литературе установились обозначения в виделатинских букв: давление – p, сила – F, площадь – S. Такимобразом, давление рассчитывают по соотношению:Fp =S.В международной системе единиц СИ давление измеряется в ньютонах, делённых на квадратный метр [Н/м2],эта единица получила название паскаль [Па], то есть 1 Паравен 1 Н/м2. В источниках информации, в том числе, в Интернете, можно встретить производные от паскаля: килопаскаль (1кПа=103Па) или мегапаскаль (1МПа=106Па), а такжедругие единицы, в которых измеряется давление (см.

таблицу 1).Таблица 1. Единицы измерения давления и их отношение к ПаЕдиницаРусЛатСоотношения единицатмосферабаркилограмм-силана кв.сантиметрфунт на кв.дюйматм.барatm.bar1 атм = 1,01325⋅105Па1 бар = 1⋅105Па1Па = 0,9869⋅10-5 атм1Па = 1⋅10-5 баркгс/см2kgf/cm21кгс/см2 = 0,980665⋅105Па1Па = 1,01972⋅10-5кгс/см2-PSI= 0,06895⋅105Па1PSI1Па = 14,504⋅10-5PSIДругим важным параметром, влияющим на быстродействие исполнительного устройства гидро- или пневмопривода, является расход Q. Этот параметр определяется какотношением массы («массовый расход») или объёма («объёмный расход») вещества, равномерно перемещаемого через сечение, перпендикулярное направлению скорости потока, к промежутку времени, за который это перемещениепроисходитQv = Q = Vt 3где Qv (или Q) – объёмный расход [м /с];V – объём [м3];t – время [с].Объёмный расход газа, протекающего по трубопроводу, определяется также как произведение площади попе2речного сечения трубы на среднюю по сечению скоростьдвижения в ней газаQ = vSгде v – средняя по сечению скорость потока [м/с]; S – площадь поперечного сечения трубопровода [м2].В технической документации ещё встречаются внесистемные единицы: литры в секунду (1л/с = 1·10-3 м3/с; 1м3/с = 1000 л/с)или литры в минуту (1 л/мин = 1,667·10-5 м3/с; 1м3/с = 6·104 л/мин).В зависимости от способа использования энергии жидкости или газа для перемещения выходного звена гидро- ипневмоприводы разделяют на:- объёмные- динамические.Принцип действия объёмного привода состоит в том,что жидкость или газ под давлением изменяет объём камерисполнительного устройства.

В результате выходное звеноэтого устройства перемещается. В качестве исполнительного устройства используется цилиндр, выходным звеном является шток.Магистраль, подающая жидкость или сжатый воздух –напорная (или нагнетательная) магистраль. Магистраль,выводящая из привода потоки жидкости или газа – сливная(или выхлопная) магистраль.Гидроприводы делятся также по типу используемойжидкости:- обычного типа (используется масло);- магнитореологические или электрореологические: вмасло замешиваются мелкодисперсные частицы, изменяющие свойства жидкости в магнитном поле (магнитомягкиематериалы, например, Fe, CrO2) или электрическом поле(SiO2).3цилиндрштокнапорная магистральУправляющиеустройстваПред охранительныеустройстваНасоссливная магистральРис.2. Структурнаясхема гидроприводаФильтрБак с масломоткрытая схемазамкнутая схемаПараметрПневмоГидроСтабильностьперемещения-*+±**+Максимальное усилие, Н30 0003 000 000Максимальная скорость,/сСтабильностьсреды> 1,50,5+-ВыходсредыВакуумнаягигиенаТочностьсвободныйв бак+Утечкимасла±*+Долговечность•- из-за сжимаемости воздуха•** - при распылении масла в трубо-проводе4Сравнение пневматического и гидравлического приводов приведены в таблицеслева.

По ряду параметровгидравлическийприводпревосходит пневматический (по стабильности иточности перемещений, поразвиваемым усилиям ит.д.), однако простота икомпактность пневмопривода привлекают конструкторов, отдающим по указанным причинам предпочтение этому приводу.1.

ПневмоприводНа производство сжатого воздуха расходуется около 20%всей электроэнергии, потребляемой промышленностью. Напредприятиях, где пневматические системы занимают ведущее место в производственном процессе, обычно создаются централизованные сети питания сжатым воздухом.Как у нас в стране, так и за рубежом, в сетях создается давление 0,4 – 0,6 МПа (4 – 6 бар).Рис.3. Структурная схема пневмоприводаУправляющиеустройстваГлуш ительСистема подготовки воздухаместо подсоедине нияк источнику сжатоговоздухаПреобразование воздуха из окружающей среды в энергоноситель пневматического привода происходит в несколькоэтапов:- сжатие до требуемого давления;- удаление влаги;- очистка от частиц пыли.Для этого в системе энергообеспечения пневмопривода используются:- компрессор;- фильтр для очистки воздуха;- устройство осушки и охлаждения сжатого воздуха;- ресивер (ёмкость для создания резервного запаса воздуха)51.1.

КомпрессорыКОМПРЕССОРЫ- Давление р, МПа- Производительность Q, м3/чОбъёмного типаДинамического типар↑Q↑Возвратнопоступательногодействия• поршневыеРотационногодействия• пластинчатыепростого и двойногодействия(p=1,3МПа,Q=2⋅ 104 м3/час)двухступенчатый(до p=100 МПа)• мембранные(до p=0,3 МПа)шиберные(до p=0,8 МПа)• винтовые(p=2,5 МПа,Q=3⋅ 104 м3/час)• центробежные(Q=4⋅ 106 м3/час)• осевые(p=0,4 МПа,Q=5⋅ 104 м3/час)• РутсаРис.4. Классификация компрессоров1.1.1. Компрессоры объёмного типаПоршневые компрессоры находят наиболее широкое применение. Они бывают простого и двойного действия, одноступенчатые и двухступенчатые.Рис.5.

Поршневой компрессор6Рис. 6. Поршневойкомпрессор двойногодействияРис.7. Двухступенчатый поршневой компрессорПринцип их работы хорошо понятен из рисунков. Недостаток – наличие паров масла, которые в виде нагара осаждаются на полостях компрессора и трубопроводов, снижая ихэффективность.Мембранный компрессор не содержит масла, компактен.

Давление, создаваемое таким компрессором определяется прочностью мембраны (до 0,3 МПа или до 3 бар).Недостаток – необходимость периодической смены мембраны из-за выхода её изстроя.Рис.8. Мембранный компрессорРотационные компрессоры, также как поршневые,«выталкивают»сжатыйвоздух в нагнетательнуюмагистраль, но в их конструкции отсутствуют клапаны.Рис.9. Пластинчатый компрессор7Степень сжатия в таких устройствах ниже, чем в поршневых компрессорах и составляет менее 0,8 МПа.Рис.10. Винтовой компрессорВинтовые компрессоры, благодаря особой конструкциивинтовой поверхности, позволяют нагнетать воздух безпульсаций. Технические характеристики винтовых компрессоров делают их весьма востребованными в централизованных сетях сжатого воздуха предприятий. Недостаток –сложная технология изготовления винтов и, как следствие,высокая стоимость винтовых компрессоров.Рис.11.

Компрессор РутсаКомпрессор Рутса относится также к ротационным компрессорам. Рабочим органом такого компрессора служатдва синхронно вращающихся вытеснителя. Рабочие органыне находятся в зацеплении друг с другом. Синхронизацияих вращения осуществляется зубчатыми колёсами, размещёнными вне полости сжатия. Достоинством этого компрессора является возможность обеспечения высокой производительности благодаря высокой скорости вращения.При этом отсутствует трение, как между рабочими органами (вытеснителями), так и между ними и корпусом.

Но эта8конструктивная особенность компрессора не позволяет получать на выходе высокое давление.1.1.2. Динамические компрессорыВ центробежном компрессоре (турбокомпрессоре) воздух,поступающий в центр колеса, вовлекается вращающимисялопатками от центра к периферии, тем самым, создавая повышенное давление. Такие компрессоры обычно делаютсямногоступенчатыми: в каждой последующей ступени давление повышается.

Преимущество турбокомпрессора –обеспечение высочайшей производительности (до 400 тысяч кубометров в час или более 100 000 л/с (1 час=3600 с, 1 м =1000 л)).Это же преимущество следует отметить и для осевых компрессоров. Однако здесь производительность почти на порядок ниже, чем у турбокомпрессора.31.2.

Система подготовки воздухаНадёжность работы элементов пневмопривода во многомзависит от качества нагнетаемого в привод воздуха. Инородные частицы в виде пыли, окалины, сажи, влаги, приводят к интенсивному износу трущихся поверхностей. Накапливаясь в трубопроводах, снижают эффективность магистралей, увеличивают потери давления. Как показывает опыт,из общего числа отказов в 80% случаев пневмопривод вы1 2 3 4 5 6 7ходит из строя по перечисленным причинам.На пути движениявоздушного потока откомпрессора к управ8ляющим механизмамразмещают ряд устройств, осушающих иочищающих сжатыйвоздух.Фильтр-влагоотделительРис.12.Фильтр-влагоотделитель9Фильтр-влагоотделитель предназначен для сбора влаги ичастиц пыли.