ГидроПневмоПривод (1053486), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

Раздаточный материал: условные обозначения

Исполнительные устройства подразделяются на устройства:

• поступательного движения;

• вращательного движения.

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.

Одним из исполнительных устройств вращательного действия является шестерёнчатый пневмомотор, содержащий два зубчатых колеса 1 и 2. 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.

На слайде представлены два вида пневмоцилиндров (их конструкция и особенности 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 на слайде конструкции 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 шток 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.

Следует обратить внимание на то, что в поршневых пневмоцилиндрах 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 (см. слайд). 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

СЛАЙД: виды пневмоцилиндров

Раздаточный материал: нет

В 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 соответствующую 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 соответствующем рисунке слайда.) 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 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 крышках. 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

Традиционные 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. Путём механического удержания штока специальным устройством можно получить фактически неограниченное число точек позиционирования. В приведённой на слайде 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.

Строго говоря, шток является промежуточным звеном в пневматическом исполнительном устройстве. Он предназначен для передачи усилия от поршня к объекту. Убрав шток, и получив бесштоковую конструкцию, это усилие будет передаваться непосредственно объекту от поршня, в результате почти вдвое уменьшатся продольные габаритные размеры устройства.

Одним из конструктивных решений, позволяющих отказаться от традиционного штока, является пневмоцилиндр с гибким штоком. В этом устройстве роль штока возложена на покрытый полимерной пленкой (например, из нейлона) металлический трос 3 (или ленту). Трос охватывает ролики 1. Внутри гильзы 4 трос 3 связан с поршнем 5, а снаружи – с кареткой 2, которая воздействует на объект. Несмотря на свою простоту данная конструкция не получила широкого распространения.

В пневмоцилиндрах с магнитной муфтой усилие от поршня передаётся на внешнюю каретку за счёт сил магнитного взаимодействия. Оно осуществляется с помощью кольцевых постоянных магнитов, часть из них (магнитная полумуфта 2) размещена внутри цилиндра в поршне 1, другая часть (магнитная полумуфта 3) – снаружи в каретке 4, охватывающей цилиндрическую гильзу 5 (изготавливается из немагнитных материалов). При движении поршня 1 магнитное поле нижней полумуфты 2 захватывает верхнюю полумуфту 3, которая перемещает каретку 4 с объектом. При этом развиваемые усилия на выходном звене (внешней полумуфте 3) на 20 % ниже, чем у аналогичных пневмоцилиндров с механической передачей усилия от поршня. Кроме того, случайные перегрузки могут явиться причиной «разрыва» муфты. Вместе с тем, пневмоцилиндры с магнитной муфтой незаменимы при использовании в технологическом оборудовании с контролируемой средой, например в вакуумных установках.

В настоящее время наиболее распространены бесштоковые пневмоцилиндры с ленточным уплотнением, у которых усилие внешнему объекту передаётся непосредственно поршнем 3 через сквозной продольный пар в гильзе цилиндра 2. Герметизация гильзы осуществляется металлической или синтетической лентой 4, закреплённой в крышках и проходящей через узкую часть поршня. При движении поршень 3 отводит ленту 4 от паза, а верхняя его часть перемешает каретку, жестко связанную с поршнем. Как видно из рисунка, паз открывается только в месте нахождения поршня. Вне поршня лента 4 плотно прижимается к пазу, герметизируя полости пневмоцилиндра. Лента 5, пропущенная через каретку 1, предназначена для предотвращения попадания загрязнений внутрь цилиндра.

Характеристики

Список файлов лекций