авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 |   ...   | 9 | 10 || 12 | 13 |   ...   | 16 |

«ПРЕДИСЛОВИЕ Гидравлические и пневматические приводы являются важ нейшими элементами современных транспортно технологических машин и оборудования: автомобилей, подъемно ...»

-- [ Страница 11 ] --

Пневмораспределитель с ломающимся рычагом КВ76 21 представляет собой трехлинейный двухпозиционный распределитель с путевым односторон ним управлением и пружинным возвратом в исходное положение. По конст рукции и принципу действия пневмораспределитель КВ76 21 аналогичен пнев мораспределителю В76 21. Их отличие в том, что в пневмораспределителе 10. ПНЕВМАТИЧЕСКИЕ ПРИВОДЫ КВ76 21 ролик расположен на ломающемся рычаге, который поджимается пружиной. Применение ломающегося рычага позволяет воздействовать на ролик только в одном направлении. При воздействии на ролик в противопо ложном направлении ломающийся рычаг, преодолевая сопротивление сла бой пружины, поворачивается вокруг своей оси, не нажимая на толкатель пневмораспределителя.

Пневмораспределители В74 1 и БВ74 1 — двухпозиционные, четырех линейные с путевым односторонним управлением и пружинным возвратом в исходное положение. Пневмораспределители состоят из корпуса, ролика, плунжера с плоским золотником и пружины. Если на ролик не оказывается механического воздействия, плунжер под действием пружины находится в одном из крайних положений. При этом через плоский золотник отверстие Ц1 сообщается с отверстием подвода воздуха П, а отверстие Ц2 — с атмосфе рой А. При механическом воздействии на ролик плунжер занимает другое крайнее положение. При этом отверстие Ц1 сообщается с атмосферой А, а от верстие Ц2 — с отверстием подвода воздуха П (см. рис. 4.18 [28]).

Отличие пневмораспределителей В74 1 и БВ74 1 заключается в том, что пневмораспределители В74 1 имеют горизонтально установленный ролик, а пневмораспределители БВ74 1 — вертикально расположенный ролик.

Пневмораспределители В74 2 и БВ74 2 — двухпозиционные, четырех линейные с путевым односторонним управлением и пневматическим возвра том в исходное положение. По конструкции и принципу действия пневморас пределители В74 2 и БВ74 2 аналогичны пневмораспределителям В74 1 и БВ74 1. Их отличие заключается в том, что в пневмораспределителях В74 2 и БВ74 2 возвращение плунжера в исходное положение, если нет механическо го воздействия на ролик, происходит не под воздействием пружины, а под давлением сжатого воздуха, подводимого к отверстию У (см. рис. 4.19 [28]).

Пневмораспределители с пневматическим управлением предназначены для изменения направления движения рабочей среды. Техническая харак теристика пневмораспределителей приведена в табл. П20 [28].

Пневматические распределители с электрическим управлением предна значены для изменения направления движения потоков рабочей среды. Тех ническая характеристика их приведена в табл. П21 [28].

К вспомогательным механизмам и аппаратуре управления можно отне сти: распределительные краны, при помощи которых осуществляются на полнение воздухом и выпуск его из полостей приводов;

регуляторы скорости истечения воздуха из полостей фильтров;

предохранительные устройства, манометры, фильтры, масленки, усилители и другую вспомогательную аппа ратуру. Распределительные краны бывают ручные и автоматические. По кон струкции они могут быть пробковыми, коническими, цилиндрическими зо лотниковыми, клапанными и плоскостными золотниковыми. Кроме того, рас пределительные краны бывают одноходовые, двухходовые и многоходовые [26]. На рис. 10.17а показана схема пробкового распределительного крана.

К одному из отверстий 7, 4, 5 или 6 в корпусе 1 крана подводится сжатый воздух. Пусть, например, питающая воздушная магистраль подведена к от верстию 7. Тогда рабочие полости пневматического привода можно соеди 370 ГИДРО И ПНЕВМОСИСТЕМЫ ТРАНСПОРТНО ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ МАШИН нить воздухопроводом с отверстиями и 6 в корпусе 1 крана. Поворотом ко нической пробки 3 с помощью рукоят ки 2 можно соединить через вырезы в пробке отверстия 7 и 6, 4 и 5 или, на оборот, 7 и 4, 5 и 6. Пусть отверстие соединено воздухопроводом с левой по лостью II (рис. 10.7а) пневматическо го поршневого привода двустороннего действия, а отверстие 4 — с правой его полостью I. Тогда, повернув пробку по часовой стрелке на 45°, соединим отверстия 7 и 6, 4 и 5. Сжатый воздух Рис. 10. Схемы крановых распределителей:

будет поступать через отверстие 7, вы рез в пробке 3 и отверстие 6 в левую а — пробкового;

б — с цилиндрическим золот ником.

полость II цилиндра привода, а из пра вой полости I через отверстие 4, вырез в пробке и отверстие 5 будет уходить в атмосферу. Поршень при этом будет двигаться вправо. При повороте проб ки 3 крана против часовой стрелки на 90° будет заполняться воздухом пра вая полость I цилиндра, а из левой полости II воздух будет уходить в атмо сферу. Поршень в этом случае будет перемещаться в обратном направлении, то есть справа налево.

На рис. 10.17б показана схема цилиндрического золотникового распре делительного крана. Сжатый воздух подводится к отверстию 6. Отверстия и 3 соединяются с рабочими полостями привода. На цилиндрическом золот нике 1 имеются три кольцевые выточки 8, 7, 5. Выточки 8 и 5 соединены между собой и с атмосферой. Через выточку 7 отверстие 6 соединяется с от верстием 2 или с отверстием 3 в зависимости от положения золотника 1. В по ложении, указанном на рис. 10.17б, сжатый воздух через отверстие 6, вы точку 7 золотника поступает в одну из полостей привода через отверстие 2.

Из второй полости привода через отверстие 3, выточку 5 и отверстие 4 воз дух уходит в атмосферу. При перемещении золотника вниз сжатый воздух через отверстие 6, выточку 7 и отверстие 3 поступает в рабочую полость при вода. В это время из другой полости привода через отверстие 2, выточку 8 и отверстие 4 воздух уходит в атмосферу.

10.2.4. СХЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ И РЕГУЛИРОВАНИЕ СКОРОСТИ ПНЕВМОДВИГАТЕЛЕЙ Регулирование скорости пневмодвигателя осуществляется устройства ми, аналогичными устройствам, применяемым в гидродвигателях. Скорость рабочего органа регулируется дроссельным регулятором скорости, устанав ливаемым так же, как и в случае гидравлического регулятора потока Г55 2, на выходе пневмодвигателя (рис. 4.46б). При колебаниях нагрузки, а следо вательно, и скорости перемещения выходного звена в этом случае изменяет ся противодавление в нерабочей (выпускной) полости, которое сглаживает колебание скорости (повышает плавность движения).

10. ПНЕВМАТИЧЕСКИЕ ПРИВОДЫ Рис. 10. Схема регулятора Рис. 10. Схемы регуляторов скорости последовательного включения Для поддержания заданного режима применяются как ручные, так и ав томатические устройства, регулирование которых осуществляется в боль шинстве случаев в функции давления или пути (перемещения);

реже приме няется управление в функции времени.

Регуляторы скорости истечения воздуха служат для регулирования пло щади истечения, соединяющей магистраль со сжатым воздухом с пневмати ческим приводом. Если по условиям работы пневматического привода вы пуск воздуха из рабочего пространства должен быть более интенсивным, чем впуск, регулятор скорости снабжается обратным клапаном.

На рис. 10.18 изображены простейшие схемы регулятора скорости: без обратного клапана а и с обратным клапаном б. У регулятора скорости с об ратным клапаном отверстие 2 соединяется с двигателем, а отверстие 5 — с пи тающей воздушной магистралью. При наполнении привода сжатым воздухом он поступает из сети по каналам 5, 4, 2 в рабочее пространство двигателя.

При выпуске воздуха из рабочего пространства воздух проходит по кана лам 2, 3, 4, 5. При этом шарик 1 отжимается воздухом, выходящим из рабо чего пространства. Площадь проходного сечения каналов 5 и 2 должна быть меньше или равна суммарной площади сечения каналов 3 и 5. Обратный кла пан у регуляторов скорости может быть также коническим или плоским в виде пластинки, а дроссель — не только коническим, но и цилиндрическим. Регули рование расхода воздуха (рис. 10.18а) осуществляется при помощи винта [26].

Для осуществления последовательного включения двух или нескольких приводов применяются различные регуляторы последовательного включения.

На рис. 10.19 изображена схема регулятора последовательного включе ния, при помощи которого второй цилиндр включается в зависимости от давления в первом цилиндре. Поступающий из сети воздух проходит через канал 5 в рабочую полость первого пневмоцилиндра. При достижении в нем определенного давления, регулируемого пружиной шарикового (или кониче ского) клапана 6, последний открывается и сжатый воздух по каналам 4, 3, поступает в отверстие 8 и далее в рабочую полость второго пневмоцилиндра.

Обратный выход воздуха из первого пневмоцилиндра происходит непо средственно через канал 5, а из второго пневмоцилиндра — за счет поджатия воздухом, находящимся во втором цилиндре, шарика 1, через отверстие 8, решетку 2 и каналы 4 и 5 — в атмосферу. При путевом управлении команды на срабатывание пневмоцилиндра поступают от управляющих клапанов, 372 ГИДРО И ПНЕВМОСИСТЕМЫ ТРАНСПОРТНО ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ МАШИН которые переключаются в соответствующем месте хода движущимся эле ментом пневмоцилиндра или иной подвижной частью машины.

Схема пневмопривода с таким управлением приведена на рис. 10.20а.

Элементы пневмосистемы показаны в исходном положении, то есть в поло жении, предшествующем началу цикла. Система имеет пусковой клапан 5 и два клапана 1 и 3, управляемые упором 2, расположенным на штоке пневмо цилиндра 4. Через эти клапаны производится питание сервопривода плоско го распределительного золотника 6. Перемещение последнего обеспечивает ся сбросом давления из соответствующей (правой или левой) полости цилин дров сервопривода. Для этого сжатый воздух постоянно подводится через дроссельные отверстия а в поршеньках плунжера золотника 6 в обе полости цилиндров (сервопривода) управления этим золотником.

Система приводится в действие вручную при помощи пускового клапа на 5, при перемещении которого вниз левая полость цилиндра золотника 6 со единяется через открывшийся клапан 5 и через открытый упором 2 на штоке клапан 3 с атмосферой. В результате давление в левой полости пневмоцилинд ра 4 понизится практически до атмосферного. Поскольку клапан 1 при этом остается закрытым, давление в правой полости цилиндра золотника 6 будет равно давлению в сети, и плунжер золотникового распределителя под действи ем перепада давления переместится влево. При этом сжатый воздух будет под водиться в левую полость пневмоцилиндра 4, а отработавший — удаляться в атмосферу. Под действием сил давления сжатого воздуха поршень силового пневмоцилиндра 4 будет перемещаться вправо. В этом случае при отходе упо ра 2 от клапана 3 он под действием внутренней пружины переместится вле во, отсоединив правую полость приводного цилиндра золотника 6 от линии питания и соединив эту полость с атмосферой. В конце прямого хода штока упор 2 приведет в действие клапан 1, открывая выход сжатому воздуху из пра вой полости цилиндра управления золотника 6, в результате произойдет пере ключение его в положение обратного хода штока пневмоцилиндра 4. По окон чании этого хода цикл повторится. Сопротивление дроссельных отверстий а Рис. 10. Пневмоприводы с управлением:

а — от пути;

б — от времени.

10. ПНЕВМАТИЧЕСКИЕ ПРИВОДЫ в поршеньках золотника 6 должно быть возможно большим (значительно выше сопротивления трубопровода и клапанов 1 и 3) [19].

Управление в функции времени. Управление пневмоприводом в функции времени характеризуется тем, что сигналы подаются через заданные в соот ветствии с технологическим процессом промежутки времени, что достигает ся с помощью командоаппаратов и устройств (реле), отсчитывающих дли тельность операций [19].

На рис. 10.20б показана схема пневмопривода станка, управляемого с помощью установленного на валу или иной части станка командоаппарата, вращающегося кулачка 3, скорость вращения которого определяет длитель ность цикла. При утапливании кулачком 3 клапана 1 сжатый воздух из сети поступает в правую полость распределителя 2 с дифференциальным привод ным поршнем (d1 d2), перемещая его в положение, соответствующее рабо чему ходу штока пневмоцилиндра 4. При снятии сигнала управления плун жер распределителя 2 давлением рабочей жидкости в левой его полости воз вращается в исходное (правое) положение.

Торможение пневмоприводов. Во многих случаях применения пневмо привода оказывается необходимым осуществить торможение поршня пнев моцилиндра в конце его движения для избежания удара, который нежелате лен или недопустим по условиям прочности механизмов или характера тех нологической операции.

Торможение осуществляется внутренними или внешними дроссельными тормозными устройствами, устанавливаемыми на пути отвода воздуха из выпускной полости (нерабочей полости). Эти устройства уменьшают про ходное сечение выходной (отводной) магистрали в некоторой точке хода поршня пневмоцилиндра, в результате в этой полости создается тормозное противодавление, снижающее скорость движения поршня.

На рис. 10.21а показана схема пневмоцилиндра с подобным устройст вом. Питание цилиндра и движение его поршня происходит по обычной схе ме до того, пока соответствующий выступ а на поршне 1 не перекроет одну из камер b.

Рис. 10. Пневмоцилиндры с тормозным устройством:

а — внутренним;

б — внешним.

374 ГИДРО И ПНЕВМОСИСТЕМЫ ТРАНСПОРТНО ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ МАШИН После того как поршень 1 пневмоцилиндра перекроет при движении, на пример влево, своим выступом а камеру b, диаметр d2 которой равен диамет ру d1 выступа, воздух сможет удаляться из выпускной полости (в данном случае — правой) лишь через регулируемый дроссель 3 малого сечения. В ре зультате воздух в этой полости сжимается, тормозя движение с интенсивно стью, определяемой регулировкой дросселя.

В исходное (левое) положение поршень возвращается после переключе ния управляющего пневмораспределителя под воздействием воздуха, проте кающего в правую полость в обход дросселя через обратный клапан 2. В кон це хода поршня вступает в действие тормозная система левой полости пнев моцилиндра. Кинетическая энергия движущихся масс привода преобразуется при торможении в работу сжатия воздуха. Эта работа определяется количе ством сжимаемого в полости цилиндра воздуха и степенью его сжатия (отно шением противодавления в цилиндре в конце и начале торможения), а так же характером процесса сжатия [19].

Недостатком внутренних тормозных устройств является трудность регу лировки момента включения их по ходу поршня, ввиду чего в случае необхо димости подобной регулировки применяют внешние тормозные устройства.

На рис. 10.21б показана схема привода с внешним тормозным устройством.

Система снабжена четырехлинейным, двухпозиционным распределителем и трехлинейным, двухпозиционным распределителем 5, управляемым с по мощью кулачка 6 на штоке поршня 1 пневмоцилиндра и снабженным регу лятором скорости. При перемещении поршня 1 вправо сжатый воздух отво дится через трехлинейный 5 и четырехлинейный 2 распределители в атмо сферу. В определенном (заданном) месте хода шток поршня при помощи кулачка 6 переключает (утапливает) распределитель 5, в результате воздух будет выходить через регулируемый дроссель 4, ввиду чего обеспечивается снижение скорости поршня до требуемой величины.

В начале обратного хода поршня (влево) подача сжатого воздуха проис ходит до того, как распределитель 5 еще не переключен (находится в утоп ленном положении), через распределитель 2 и обратный клапан 3 и после прекращения действия кулачка 6 на распределитель 5 — непосредственно минуя дроссель (регулятор скорости) 4. Распределитель 5, обратный клапан и дроссель 4 обычно комплектуются в одном агрегате, получившем название тормозного клапана. При помощи этого клапана могут быть обеспечены как требуемая степень дросселирования в конце хода поршня, так и изменение длины тормозного пути и скорости перемещения на любом участке пути.

Для торможения движения штока пневмоцилиндра путем дросселирова ния потока воздуха, удаляемого из выпускной полости цилиндра, применя ют также специальные тормозные золотниковые клапаны, которые позволя ют затормозить приводимый рабочий орган (по заданному закону) в любом месте его движения [19]. Схема подобного золотникового клапана показана на рис. 10.22. Он состоит из дроссельного плунжера 11 с конусным затвором, управляемого упором (кулачком) 3, расположенным на штоке 1 пневмоци линдра 2 привода, и свободно посаженного запорного клапана 9, нагру женного пружиной 10. Плунжер 11 в свободном состоянии удерживается 10. ПНЕВМАТИЧЕСКИЕ ПРИВОДЫ пружиной 7 в верхнем положении, в ко тором между конусным затвором плун жера 11 и гильзой клапана 9 образуется зазор, по которому воздух из выпускной (нерабочей) полости пневмоцилиндра сбрасывается через отверстия с, камеру b и распределительный кран 5 в атмосфе ру. В этом случае шток 1 пневмоцилин дра 2 перемещается со скоростью, опре деляемой начальным положением плун жера 11.

На соответствующем (заданном) уча стке пути упор 3, связанный со штоком пневмоцилиндра, воздействует на плун жер 11 и, сжав пружины 7, перемещает его вниз. При этом плунжер 11 своей ко нусной частью заходит в отверстие хво стовика клапана 9, в результате площадь Рис. 10. Схема тормозного проходного сечения щели при перемеще золотникового клапана нии плунжера 11 уменьшается, что вы зывает повышение противодавления в выпускной полости пневмоцилиндра и плавное затормаживание штока 1. После того как плунжер 11 полностью перекроет проходную щель, воздух из выпускной полости пневмоцилиндра вытесняется лишь через регулируемый дроссель 6, настройкой которого ре гулируется скорость штока 1.

При реверсировании распределительного крана 5 сжатый воздух из ма гистрали подается в полость b. Преодолевая усилие слабой пружины 10, воз дух откроет клапан 9 с уплотняющей прокладкой 8 и направится в верхнюю полость клапана, откуда через отверстие а поступит в левую полость пневмо цилиндра 2. Таким образом обеспечивается при реверсировании беспрепят ственное наполнение пневмоцилиндра сжатым воздухом, несмотря на то что дроссельный плунжер 11 еще остается в течение некоторого времени в утоп ленном положении. Плавность торможения и его продолжительность опре деляются длиной и профилем нажимного кулачка 3, воздействующего на дроссельный плунжер 11 [19].

10.2.5. ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ДЕМПФЕРЫ Вследствие сжимаемости воздуха обеспечить при пневматическом демп фере строго заданный закон торможения и гарантировать остановку поршня точно в крайнем положении практически невозможно. Ввиду этого в случае повышенных требований к торможению применяют гидравлический демпфер.

На рис. 10.23 показана схема одного из таких демпферов. Демпфер со стоит из конусного штока 1 с двумя поршнями, межпоршневая камера d которого заполнена тормозной жидкостью. Поршень давлением воздуха в левой полости b, соединенной с воздушной магистралью, постоянно удержи 376 ГИДРО И ПНЕВМОСИСТЕМЫ ТРАНСПОРТНО ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ МАШИН вается в крайнем правом положении. По скольку с этой же магистралью соединен и бачок 2 с тормозной жидкостью, под таким же давлением будет находиться до вступления демпфера в действие и тор мозная жидкость в камере d.

Поршень 4 силового пневмоцилинд ра, перемещаясь влево, контактирует с Рис. 10. правым тормозным поршнем и приведет Схема гидравлического демпфера его в движение в том же направлении, тормозная жидкость из камеры d вытесняется через дроссельное кольцевое проходное сечение, образованное штоком 1 и отверстием в перегородке с, в правую полость тормозного цилиндра 3 (в камеру а). Поршневой шток обычно выполняется в виде конуса, подбором конусности которого можно обеспечить требуемую эффективность и закон торможении. Расчеты пока зывают, что при конусном штоке 1 практически обеспечивается закон рав номерного замедления поршня 4.

Обратное движение поршня 4 пневмоцилиндра осуществляется под дей ствием тормозной жидкости, находящейся в бачке 5, в который для этого подводится с помощью распределителя воздух под давлением.

Рассматриваемая схема предотвращает также жесткий удар поршня при прямом ходе относительно правого поршня штока 1. Из схемы следует, что при движении поршня 4 влево он вытесняет через отверстия f тормозную жидкость из промежуточной камеры е в бачок 5. После того как первое из отверстий f будет перекрыто движущимся поршнем 4, эффективность демп фирования повысится, а после перекрытия и второго отверстия поршень 4 и шток 1 будут связаны тормозной жидкостью, запертой в камере е. Благодаря этому устройству обеспечивается плавность включения демпфирующего уст ройства [19].

10.2.6. ПНЕВМАТИЧЕСКИЙ РЕГУЛЯТОР В машиностроении широкое применение получили автоматические пнев матические регуляторы расхода, схема одного из которых приведена на рис. 10.24 [19].

Изменение регулируемого параметра (расхода воздуха, протекающего по магистрали 14) передается в виде сигнала (изменения давления) датчику 4, который перемещает заслонку 6 регулятора, изменяя расстояние (зазор) х между срезом сопла 5 и заслонкой. В результате изменяется давление p1 в предсопловой камере b и в камере с сильфона 8, причем при уменьшении расстояния х давление р1 повышается, и наоборот. В соответствии с этим изменяется также и давление р2 на выходе из регулятора, которое и служит давлением среды, питающей исполнительный механизм (в данном случае мембранный привод 15 вентиля, перекрывающего магистраль 14). Давле ние р2 действует также на второй сильфон 7, площадь которого меньше пло щади сильфона 8.

10. ПНЕВМАТИЧЕСКИЕ ПРИВОДЫ Рис. 10. Схема пневматического регулятора Для обеспечения равновесного состояния процесса при разных величи нах регулируемого параметра в схему регулятора включена обратная связь, состоящая из камеры а с сильфоном 1 и пружины 2. В камеру а передается давление р2 регулируемого (командного) потока воздуха, которое воздейст вует на сильфон 1 и перемещает с помощью штока 3 заслонку 6, снижая вход ной сигнал датчика 4.

В данной схеме элемент сопло заслонка (соответственно 5, 6) является усилителем сигнала, поступающего в сильфонный датчик а (усилитель пер вой ступени), а сильфонная коробка 10 — усилителем второй ступени, повы шающим с помощью регулируемого дросселя 11, 12 давление воздуха с р0 до р2 на входе в исполнительный механизм.

Рассмотрим действие сильфонной коробки 10, являющейся усилителем второй ступени. Сжатый воздух под давлением р0 через регулируемый дрос сель типа сопло заслонка (соответственно 9, 11) поступает в сильфонную ка меру d, соединенную с одной стороны с полостью мембранного привода 15 и 378 ГИДРО И ПНЕВМОСИСТЕМЫ ТРАНСПОРТНО ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ МАШИН одновременно через второй регулируемый дроссель, состоящий из той же заслонки 11 и трубки 12, — с атмосферой. Заслонка 11 стержнем связана с сильфонной коробкой, вследствие чего расстояние ее от среза сопла 9 и торца дренажной трубки 12 определяется давлением р1 усилителя первой ступени (давлением перед соплом 5). При перемещении заслонки 11 вниз увеличива ется проходное сечение между ней и соплом 9 и одновременно уменьшается сечение торцовой щели между заслонкой и трубкой 12. При полном пере крытии заслонкой 11 проходного сечения трубки 12 в камере d, а следова тельно, и в мембранном приводе 15 установится максимальное давление.

Равновесие сильфонного датчика определится равенством p1S1 = p2S2, где S1 и S2 — соответственно эффективные площади сильфонов 7 и 8. Ввиду того что S1 S2, будем иметь p2 p1.

Регуляторы этого типа обеспечивают с большой степенью точности ли нейную зависимость между изменением регулируемого параметра и выход ным давлением р2, т. е. за счет перемещения исполнительного мембранного привода вентиля, перекрывающего магистраль 14. Иначе говоря, каждому значению регулируемого параметра соответствует строго определенное зна чение давления р2 в мембранном приводе.

Для предотвращения аварий, связанных с падением давления в воздуш ной магистрали, применяются два основных типа предохранительных уст ройств: обратные и предохранительные клапаны.

Обратные клапаны закрывают выход воздуха из рабочей полости привода при падении давления в сети, а предохрани тельные клапаны воздействуют на пуско вое устройство станка. На рис. 10. изображена типовая схема обратного кла пана, аналогичного по конструкции гид Рис. 10. Схема пневматического равлическим обратным клапанам.

обратного клапана Из питающей воздушной магистра ли сжатый воздух поступает по каналу через отверстия 5 в корпусе 4 в канал 6 и далее в рабочее пространство привода.

При падении давления в сети пружина закрывает клапан 2 и прекращает доступ воздуха из рабочего пространства приво да в сеть.

Схема обратного клапана с резиновой заслонкой изображена на рис. 10.26. Из воздушной магистрали сжатый воздух поступает по каналу 4 через решетку 3, Рис. 10. отжимает заслонку 2 и далее через от Схема обратного клапана верстие 1 проходит в рабочую полость с резиновой заслонкой 10. ПНЕВМАТИЧЕСКИЕ ПРИВОДЫ привода. При падении давления в сети резиновая заслонка под действием упру гих сил распрямляется и закрывает окна решетки, прекращая доступ воздуха из полости привода в сеть [26].

На рис. 10.27 изображены две схе мы предохранителей, воздействующих на электрическую цепь станка. При паде нии давления в сети, а следовательно, и в полости 6 привода (рис. 10.27а), соединен ной с сетью посредством отверстия 5, пру жина 3 перемещает поршень 4 и ползун вправо и цепь 1 пускателя электроприво да размыкается. При повышении давления в сети ползун 2 перемещается в обратном порядке и замыкает цепь пускателя. Ана логично действует схема, изображенная на рис. 10.27б. При падении давления в по лости 7, связанной с сетью через отвер стие 1, пружина 3 перемещает поршень и рычаг 4 вместе с регулировочным вин том 5 влево. При этом винт 5 нажимает на Рис. 10. Схемы предохранительных кнопку 6 «Стоп» пускателя и выключает устройств станок. Включение станка осуществля ется нажатием на кнопку «Пуск». Если давление в сети не достигло рабочей ве личины, сопротивление пружины 3 не даст возможности включить станок.

Подобная схема предохранителя диа фрагменного типа изображена на рис.

10.28.

Отверстие 7 (или 8) соединено с рабо чей полостью привода. При падении дав ления в сети пружина 3 воздействует че рез шайбу на шток 2 и через рычаг 4 на регулировочный винт 5, контактирую щий с кнопкой 6 «Стоп» пускового уст ройства, вследствие чего станок выклю Рис.10. чается. При повышении давления в сети Схема предохранителя диафрагменного типа воздух воздействует на диафрагму 1, шток 2, рычаг 4 и винт 5, сжимает пру жину 3 и освобождает кнопку «Стоп». Включение станка, как и в предыду щем случае, осуществляется воздействием на кнопку «Пуск». Схемы предо хранителей, изображенные на рис. 10.27 и 10.28, не обеспечивают постоян ства давления в рабочем пространстве пневмопривода при падении давления в сети, так как его рабочее пространство непосредственно соединено с сетью.

380 ГИДРО И ПНЕВМОСИСТЕМЫ ТРАНСПОРТНО ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ МАШИН Если пневмоприводы снабдить обратными клапанами, установленными между предохранителем и приводом, то при падении давления в сети давле ние в рабочем пространстве привода будет некоторое время (необходимое для выключения станка) сохраняться в пределах допустимого. Рабочее уси лие пружины, при котором срабатывает предохранитель, изображенный на рис. 10.27а, можно определить по формуле Fпр = pS – T, где Fпр — рабочее усилие пружины;

p — избыточное давление в сети, при котором должен выключаться станок;

S — площадь поршня 4;

Т — сила тре ния в уплотнении поршня.

Для схемы, изображенной на рис. 10.27б:

Fпр = pS – Fк – T, где Fк — усилие на кнопке «Стоп» в момент выключения станка;

Т — сила трения в направляющих поршня 1 и детали 3.

Для предохранителя, изображенного на рис. 10.28, усилие пружины 3 в момент выключения станка можно приближенно подсчитать по формуле Fпр 2 p( D2 3 Dd 3 d2 ) 4 T 4 Fк, где D — внутренний диаметр цилиндра предохранителя;

d — диаметр шай бы;

Т — сила трения в направляющих штока 2;

Fк — усилие на кнопке «Стоп»

в момент выключения станка.

10.2.7. УСИЛИТЕЛИ Пневматические приводы могут быть использованы не только для пере мещения всевозможных подвижных деталей станков и механизмов, но и для зажима деталей в приспособлениях. В станочных приспособлениях для кре пления обрабатываемых деталей часто применяются усилители, позволяю щие получать большие зажимные усилия без увеличения габаритов приво да. Наиболее распространенными видами усилителей являются механиче ские и гидравлические усилители. В качестве механических усилителей применяются в основном рычажные, эксцентриковые, клиновые и копир ные усилители [26].

На рис. 10.29 приведены схемы механических рычажных усилите лей с жестким усиливающим плечом, на которых приняты обозначения (рис. 10.30):

Коэффициент усиления можно подсчитать по формуле Fу L Ky 1 1 2, Fп l где h — КПД усилителя, учитывающий трение в шарнирах.

При расчете величины рабочего хода плунжера привода следует учиты вать деформацию элементов усилителей и наименьшую толщину зажимае мой детали.

10. ПНЕВМАТИЧЕСКИЕ ПРИВОДЫ Рис. 10. Схемы механических рычажных усилителей:

Fп — усилие на штоке, развиваемое пневмоприводом;

L — наименьшее расстояние между линией действия силы и центром оси неподвижного шарнира;

l — наи меньшее расстояние между центром оси неподвиж ного шарнира и линией действия силы Fy;

Fy — сила, действующая на зажимаемую деталь.

Рис. 10. Схемы шарнирно рычажных механических усилителей На рис. 10.30 изображены несколько схем шарнирно рычажных усили телей. Используя комбинацию различных конструктивных элементов, мож но получить и другие схемы подобного типа с различным коэффициентом усиления.

Для схем, изображенных на рис. 10.30а–в, коэффициент усиления мож но подсчитать по формуле Ky 2.

tg 382 ГИДРО И ПНЕВМОСИСТЕМЫ ТРАНСПОРТНО ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ МАШИН Для схемы, изображенной на рис. 10.30г, коэффициент усиления можно легко вычислить по обычным правилам механики.

Для схемы, изображенной на рис. 10.30д, коэффициент усиления будет sin 1 l Kу 2 3.

sin 4 l В приведенных выше формулах КПД h, учитывающий трение элементов усилителей, зависит от взаимного конструктивного расположения элемен тов усилителя, диаметра шарниров в сочленении звеньев, а также от длины направляющих скользящих деталей и коэффициента трения. Коэффициент трения является функцией материала звеньев усилителя, состояния трущих ся поверхностей и других факторов. В каждом отдельном случае значение h может быть легко вычислено по обычным законам механики.

Для шарнирно рычажных усилителей величину КПД h в первом при ближении можно принять h = (0,8...0,9). Чем больше звеньев содержит уси литель, тем ниже его КПД. Эти замечания относятся и к другим видам усилителей.

На рис. 10.31 приведены схемы ряда клиновых усилителей. Для схем а...г коэффициент усиления рассчитывается по формуле Ky = hctga.

Для схемы д — по формуле L Kу 1 3 ctg2.

l Клин усилителя иногда выполняется в виде усеченного конуса или мно гогранной усеченной пирамиды. Эти конструктивные элементы часто упот ребляются для зажима с самоцентрированием. КПД клиновых усилителей h = 0,7...0,8.

Рис. 10. Схемы клиновых усилителей 10. ПНЕВМАТИЧЕСКИЕ ПРИВОДЫ Для увеличения КПД клиновых усилителей опоры под клин часто дела ют в виде роликов. Коэффициент усиления клинового усилителя тем выше, чем меньше угол наклона рабочей поверхности клина a. Клиновые усили тели характерны тем, что с их помощью можно получить самотормозя щийся зажим детали. Иногда поверхность клина состоит из двух углов наклона. Больший угол наклона способствует быстрому подводу упора к зажимаемой детали, а меньший угол позволяет получить большее усилие зажима и эффект самоторможения. Иногда вторую поверхность клина, об разованную малым углом, заменяют радиусной, позволяющей по мере хода клина увеличивать зажимное усилие и ликвидировать смятие поверхно сти клина в местах сопряжения рабочей поверхности, образованной двумя углами.

Гидравлические усилители нашли наибольшее применение в многомест ных приспособлениях при больших усилиях резания. Однако при наличии значительного количества гидравлических зажимных плунжеров требуется большой ход штока пневматического привода. Для уменьшения хода штока применяются гидравлические усилители последовательного действия, у ко торых выбор зазоров в передающей цепи и подвод зажимов к детали произ водятся при малом давлении, а зажим детали — при большом давлении [26].

На рис. 10.32 изображены две схемы усилителей гидравлического типа.

В схеме а шток 1 пневматического привода перемещается вправо и создает в полости 2 гидроусилителя давление на рабочую жидкость, передающееся поршню 3 и плунжеру 4 усилителя. Коэффициент усиления для такой схе мы усилителя рассчитывается по формуле [26] S Ky 1 2, S где S — площадь поршня 3 гидроусилителя;

S1 — площадь штока пневмати ческого привода.

Рис. 10. Схемы гидравлических усилителей 384 ГИДРО И ПНЕВМОСИСТЕМЫ ТРАНСПОРТНО ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ МАШИН 10.2.8. ОГРАНИЧИТЕЛИ ХОДА В быстроходных поршневых пневматических приводах и транспортирую щих механизмах иногда необходимо иметь ограничители хода для уменьше ния конечной скорости движения во избежание резких ударов движущихся частей в конце прямого или возвратного хода. В случае прерывистого цикла работы привода, т. е. когда подвижные детали имеют короткие и длитель ные остановки в конце хода, стремятся по возможности уменьшать отскок движущихся масс. Для этой цели служат специальные ограничители хода или буфера, обычно весьма энергоемкие, с малым ходом торможения [26].

Имеются три типа буферов: пневматические, гидравлические и механи ческие. Иногда используют также резиновые и комбинированные буфера.

Пневматические буфера могут быть вакуумными и напорными.

На рис. 10.33 изображена схема вакуумного пневматического буфера, в котором деталь 8 совершает поступательное движение в направлении, ука занном стрелкой А, с некоторой скоростью. Пройдя путь X, деталь 8 встреча ется с упором 7, который через шток соединен с поршнем 4, и благодаря это му происходит обмен скоростями между массой упора и штока с поршнем.

Общая масса подвижных деталей вместе с поршнем будет перемещаться вправо. При этом пружина 1 прижимает запорный элемент 10 к торцу насад ки, прикрывая отверстие 2. В процессе движения детали 8 и поршня 4 пру жина 9 сжимается, воздух из полости 5 цилиндра через отверстие 6 выходит в атмосферу, а в полости 3 создается вакуум, препятствующий движению детали 8. Торможение детали осуществляется на пути движения поршня X1, после чего торможение прекращается (если не считать пружину) в связи с тем, что полость 3 буфера через отверстие 6 начинает сообщаться с атмосфе рой и заполняться воздухом. Возвратное движение поршня 4 совершается под действием пружины 9. При этом сжимаемый в полости 3 воздух отжима ет клапан 10 и через отверстие 2 уходит снова в атмосферу.

На поршне 4 обычно ставятся уплотняющие устройства против засасыва ния воздуха в полость 3 при движении поршня по стрелке А. Плоскость за порного элемента клапана 10, примыкающая к торцу насадка, покрывается резиной. В крайнем левом положении поршня 4 объем полости должен быть как можно меньшим (в идеальном случае равным нулю), чтобы исключить влияние вредного объема на эффект тор можения. В идеальном случае макси мальное торможение буфера рассчиты вается по формуле Fт = (paтмS + Fпр)h, где S — площадь поршня;

Fпр — усилие пружины 9;

h — КПД, учитывающий по тери на трение.

Как видно из этой формулы, тормоз ное усилие вакуумного пневматическо Рис. 10. го буфера зависит в основном от площа Схема вакуумного ди поршня S и, в меньшей степени, от пневматического буфера 10. ПНЕВМАТИЧЕСКИЕ ПРИВОДЫ усилия пружины, так как пружина выбирается довольно слабой, способной возвратить поршень в исходное положение за время одного цикла с мини мальной конечной скоростью. Для изменения конечной скорости поршня, движущегося под действием пружины 9, усилие пружины 1 регулируется с помощью винта (не показанного на схеме). На практике такие буфера приме няются редко, так как дают сравнительно небольшое тормозное усилие. Уве личение эффекта торможения приводит к большим габаритам, в частности к большим диаметрам цилиндра буфера [26].

На рис. 10.34 изображена схема напорного пневматического буфера. При движении поршня 7 по стрелке А на пути X сжимается только пружина 2.

Воздух, находящийся в полости 10 цилиндра, сопротивления практически не оказывает, так как площадь отверстия 3 соизмерима с площадью поршня.

При дальнейшем движении поршня на пути X2 в полости 10 отсекается объ ем воздуха SL (S — площадь поршня), который сжимается движущимся влево поршнем. Давлением воздуха в полости 10 и усилием пружины 5 запорный элемент клапана 1 прижимается к торцу отверстия в поршне и препятствует выходу воздуха из полости 10 в атмосферу.

Таким образом, при движении поршня на пути Х2 влево происходит сжа тие воздуха в полости 10, благодаря чему на штоке 4 создается тормозное усилие, определяемое выражением Fт = [(р – ратм)S + Fпр]h, где p — абсолютное давление воздуха в полости 10.

Если в вакуумных пневматических буферах тормозное усилие на всем пути движения поршня остается примерно постоянным, то в напорных оно резко возрастает по экспоненциальному закону. После того как поршень прой дет путь от начала движения влево, равный Х1, сжатый в полости 10 воздух через перепускные окна 9 проходит на другую сторону поршня, в полость 6, и эффект торможения резко падает. Возвратное движение поршня вправо совершается под действием пружины 2. На пути поршня вправо, равном Х3, в результате образующегося в полости 10 вакуума клапан 1 открывается, и атмосферный воздух через канал 3 штока заполняет полость 10. Площадь проходного отверстия клапана 1 и усилие пружины 5 выбираются так, что Рис. 10. Схема напорного пневматического буфера 386 ГИДРО И ПНЕВМОСИСТЕМЫ ТРАНСПОРТНО ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ МАШИН Рис. 10. Механический буфер бы к началу следующего цикла торможения поршень пришел в исходное, т. е.

крайнее правое, положение с минимальной конечной скоростью. Продолжая дальнейшее движение вправо, поршень проходит за отверстие 5 и открыва ет доступ воздуху из атмосферы, который интенсивно заполняет полость 10.

Если по условиям торможения необходимо, чтобы давление в полости при достижении определенной величины оставалось постоянным, в дне ци линдра буфера устанавливается обратный клапан, подобный клапану, изо браженному на рис. 10.33. Напорные пневматические буфера более эффек тивны, чем вакуумные, и поэтому получили большее распространение.

Как для напорных, так и для вакуумных буферов возвратную пружину делают такой, чтобы ее усилие плавно менялось по пути движения поршня.

Меньшую обратимость и больший эффект дают гидравлические буфера, рас смотренные ранее.

В пневматических приводах применяются также механические буфера в виде всевозможных фрикционных устройств, схема одного из которых пред ставлена на рис. 10.35.

В цилиндрическом корпусе 2 размещаются следующие детали: набор пру жин 3, разрезные (обычно на три части под углом 120°) кольца 4, сплошные (реже — разрезные в одном месте) стальные кольца 5, конусные втулки 6 и стержень 7. При движении стержня в направлении по стрелке А конусные втулки разжимают разрезные кольца 4 и деформируют (растягивают) сталь ные кольца. В результате между кольцами 4 и втулками 6 возникает сила трения. Одновременно с силой трения перемещению стержня препятствуют сжимаемый набор пружин 3 и составляющая упругих сил деформации ко лец 5. Конусы деталей 4 и 6 делаются самотормозящимися с тем, чтобы при возвратном движении стержня 7 усилие пружин 3 было несколько больше или равно силе трения между деталями 4 и 6 за вычетом упругой составляющей силы от деформации колец 5. Таким образом, при движении стержня в на правлении по стрелке А тормозное усилие буфера равно сумме силы пружины, 10. ПНЕВМАТИЧЕСКИЕ ПРИВОДЫ силы трения и составляющей упругой силы деформации колец 5. При воз вратном движении сила отдачи равна разности между составляющей упругой силы деформированных колец 5 вместе с усилием пружины 3 и силой трения.

Набором из различного количества секций, состоящих из деталей 3, 4, и 6, а также изменением угла конусности втулки 6 и кольца 4 при данном наборе секций можно получить различную величину хода стержня 7.

Усилие на буфере можно изменять путем замены колец 5 одних размеров кольцами других размеров, эффект отдачи буфера — заменой пружин с од ними характеристиками пружинами с другими силовыми характеристика ми, а также изменением угла конусности колец 4 и втулок 6. Регулирование хода стержня 7, усилия торможения и эффекта отдачи буфера можно произ водить в весьма широком диапазоне в зависимости от конструктивных форм элементов привода. Детали буфера взаимозаменяемы и могут изготовляться в виде комплектов [26].

10.3. ПРИНЦИПИАЛЬНЫЕ СХЕМЫ ПНЕВМОПРИВОДОВ В компрессорном пневмоприводе сжатый воздух подается в пневмодвигатель компрессором, входящим в состав этого привода. На рис. 10.36 показана принципиальная схема компрессорного пневмопривода поступательного движения, в состав которого входит компрессор КМ с при водным электродвигателем ЭД, ресивер РС, пневмораспределитель Р, дрос Рис. 10. Принципиальная схема компрессорного пневмопривода поступательного движения 388 ГИДРО И ПНЕВМОСИСТЕМЫ ТРАНСПОРТНО ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ МАШИН Рис. 10. Принципиальная схема магистрального пневмопривода вращательного движения сель ДР и цилиндр Ц. Вентили ВН1 и ВН2 обеспечивают подключение к компрессорной установке потребителей.

Принцип работы компрессорного пневмопривода заключается в следую щем. Компрессором КМ сжатый воздух подается по напорной пневмолинии через маслоотделитель МО к ресиверу РС. Открытием вентиля ВН2 сжатый воздух подается через регулируемый дроссель ДР к распределителю Р. С по мощью распределителя Р сжатый воздух подается либо в полость А, либо в полость Б. Предохранительный клапан КП защищает систему от давления, превышающего допустимое [4].

В магистральных пневмоприводах сжатый воздух подается в пневмодви гатели из пневмомагистралей, не входящих в состав пневмоприводов. На рис. 10.37 показана принципиальная схема магистрального пневмопривода вращательного движения. Надежность этого пневмопривода повышена пу тем включения в его состав резервных элементов и обеспечения возможно сти автоматического подключения пневмопривода к резервной пневмомаги страли 2. Пневмопривод состоит из следующих основных элементов пневмо мотора М, редукционного пневмоклапана К1, клапанных направляющих пневмораспределителей Р1 и Р2 с управлением от электромагнитов тянущего 10. ПНЕВМАТИЧЕСКИЕ ПРИВОДЫ типа. Нерегулируемые дроссели ДР1 и ДР2 предназначены для обеспечения плавного вращения вала пневмомотора М.

В пневмоприводе имеются резервные элементы: редукционный клапан К2 и клапанные направляющие пневмораспределители Р4 и Р5. Пневмо распределители Р3 и Р6 с пневматическим управлением предназначены для автоматического переключения пневмопривода от основной пневмомагистра ли 1 к резервной 2. Принцип работы пневмопривода заключается в следую щем. Сжатый воздух от пневмомагистралей 1 и 2 под давлением р1 подводится к редукционным клапанам К1 и К2, а затем под редуцированным давлением р2 — к направляющим клапанным распределителям Р1, Р2, Р4 и Р5. Клапа ны этих распределителей при отсутствии сигналов управления находятся в исходных позициях, при которых напорные пневмолинии перекрыты.

При одновременном включении электромагнитов пневмораспределите лей Р1 и Р4 их клапаны перемещаются влево. При этом сжатый воздух под водится по пневмолиниям 3 и 4 к пневмораспределителю Р3, золотник кото рого под действием усилия пружины остается в исходной позиции, так как результирующая сила давления на торцы золотника равна нулю. Поэтому сжатый воздух поступает в рабочие камеры пневмомотора М только от ос новной пневмомагистрали 1. В результате процесса нагнетания вал пневмо мотора вращается по часовой стрелке. В процессе вытеснения сжатый воз дух вытесняется из рабочих камер пневмомотора и далее через распредели тели Р6 и Р2 поступает в атмосферу. Если подвод сжатого воздуха от основной пневмомагистрали 1 прекратится, то золотник распределителя Р3 под дей ствием давления сжатого воздуха, поступающего от резервного распредели теля Р4, переместится влево, сжимая пружину, и соединит рабочие камеры пневмомотора М с напорной пневмолинией 4 аварийной пневмомагистра ли 2. Для изменения направления вращения вала пневмомотора необходимо выключить электромагниты распредели телей Р1 и Р4 и включить электромагни ты распределителей Р2 и Р5 [4].

В газогенераторном пневмоприводе сжатый газ подается в пневмодвигатель от газогенератора. На рис. 10.38 показа на принципиальная схема следящего газо генераторного пневмопривода вращатель ного движения. Пневмопривод состоит из электронного усилителя 1, электропнев матического усилителя мощности ЭПУ, поршневого поворотного пневмодвига теля ПД, потенциометра обратной свя зи ПОС и источника сжатого газа. ЭПУ состоит из электромеханического пре образователя ЭМП с Ш образным сер Рис. 10. Принципиальная схема дечником 2 и пневмоусилителя типа со газогенераторного следящего пло заслонка. Якорь ЭМП центрируется пневмопривода поворотного с помощью проволочных тяг 3, которые движения 390 ГИДРО И ПНЕВМОСИСТЕМЫ ТРАНСПОРТНО ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ МАШИН одним концом закреплены на якоре, а другим — на плоской пружине 5. За слонка 4 укреплена непосредственно на якоре. Поворотный пневмодвигатель ПД подключен к диагонали пневмати ческого мостика ЭПУ. Источник сжа того газа состоит из газогенератора ГГ, редукционного пневмоклапана КР, пре дохранительного пневмоклапана КП, клапанного пневмораспределителя Р с электромагнитным управлением и га зового фильтра Ф.

Принцип работы следящего пневмо Рис. 10. привода заключается в следующем. При Принципиальная схема двухкаскадного золотникового подаче электрического сигнала на элек электропневмогидравлического трозапал ЭЗ происходит зажигание га усилителя мощности зогенератора ГГ. Образующийся горя чий газ под давлением поступает в ЭПУ и, проходя через постоянные дроссе ли ДР1 и ДР2 и сопла С1 и С2, выходит в атмосферу. При нулевом положении заслонки 4 вал пневмодвигателя неподвижен. При подаче на вход электрон ного усилителя входного сигнала в виде напряжения Uвх оно суммируется с напряжением обратной связи Uо. с. Разность токов в катушках ЭМП, обу словленная разностью напряжений Uвх и Uо. с, повернет якорь, а следова тельно, и заслонку 4 на некоторый угол y относительно нулевого положе ния. При повороте заслонки изменится сопротивление щелей между заслон кой и соплами, что приведет к изменению давлений в междроссельных каналах и возникновению перепада давлений Dp, под действием которого вал пневмодвигателя повернется на угол a. Изменение положения объекта регулирования приведет к изменению величины сигнала обратной связи Uо. с.

Вал пневмодвигателя будет поворачиваться до тех пор, пока сигнал рассо гласования не станет равен нулю, т. е. вал пневмодвигателя ПД отслеживает сигнал входного напряжения [4].

В ряде случаев применяют комбинированные пневмогидравлические при воды, в которых одновременно используются преимущества пневмоприво дов и гидроприводов. Простейшим примером является применение сжатого воздуха для перемещения золотников гидрораспределителей. На рис. 10. показана принципиальная схема электропневмогидравлического усилителя (ЭПГУ) мощности [4].

Рассматриваемый усилитель мощности является двухкаскадным. Пер вый каскад ЭПГУ представляет собой вспомогательный дросселирующий пневмораспределитель Р1 с управлением от электромагнитов ЭМ1 и ЭМ2.

Вторым каскадом ЭПГУ является основной дросселирующий гидрораспре делитель Р2 с управлением от сильфонных пневмоцилиндров Ц1 и Ц2, кото рые подсоединены пневмолиниями управления к пневмораспределителю Р1.

При подаче электрического сигнала управления на один из электромагнитов ЭМ1 и ЭМ2 золотник пневмораспределители Р1 перемещается в ту или иную 10. ПНЕВМАТИЧЕСКИЕ ПРИВОДЫ сторону. При этом сжатый воздух под давле нием поступает к одному из двух пневмоци линдров Ц1 или Ц2, благодаря которым и осу ществляется требуемое управление основным гидрораспределителем Р2 [4].

На рис. 10.40 показана принципиальная схема магистрального пневмогидропривода.

Привод состоит из направляющего пневморас пределителя Р, гидровытеснителей ВТ1 и ВТ2, гидроклапана К (клапан ИЛИ ИЛИ), гидро замка ЗМ и гидроцилиндра Ц. Пневмораспре делитель Р подключен к пневмомагистрали 1.

Пневматические полости Г и Д гидровытес нителей ВТ1 и ВТ2 подключены к пневморас пределителю Р, а их гидравлические полости Рис. 10. Принципиальная схема В и Е заполнены рабочей жидкостью. При рас магистрального положении золотника распределителя Р в ис пневмогидропривода поступательного ходной позиции пневмолинии подвода сжато движения го воздуха в гидровытеснители ВТ1 и ВТ2 пе рекрыты. При перемещении золотника пневмораспределителя Р вправо (позиция I) сжатый воздух подается в гидровытеснитель ВТ1, откуда он вы тесняет рабочую жидкость через гидрозамок ЗМ в поршневую полость Б и одновременно через клапан К в штоковую полость А цилиндра.

Из за разницы рабочих площадей поршень в этом случае перемещается вверх. При перемещении золотника пневмораспределителя Р влево (пози ция II) сжатый воздух поступает в гидровытеснитель ВТ2 и вытесняет из него рабочую жидкость через клапан К в штоковую полость А пневмоцилин дра. Одновременно с этим рабочая жидкость от линии 2 поступает в полость управления гидрозамка ЗМ, который, соединив поршневую полость Б гид роцилиндра Ц с гидровытеснителем ВТ1, дает возможность рабочей жидко сти вытесняться из этой полости в полость В вытеснителя ВТ1 [4].


10.4. ОСНОВЫ РАСЧЕТА ПНЕВМАТИЧЕСКИХ ПРИВОДОВ 10.4.1. ОСНОВНЫЕ РАСЧЕТНЫЕ ЗАВИСИМОСТИ ПНЕВМОПРИВОДОВ Уравнение состояния воздуха. Основные параметры воз духа — давление р, удельный объем u и абсолютная температура Т — свя заны между собой зависимостью, которая называется уравнением состоя ния воздуха:

pu = RT, где R — газовая постоянная, зависящая от физических свойств воздуха.

Газовая постоянная определяется как работа расширения 1 кг воздуха при нагревании на 1°С при постоянном давлении.

392 ГИДРО И ПНЕВМОСИСТЕМЫ ТРАНСПОРТНО ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ МАШИН Скорость истечения воздуха. Истечение воздуха из отверстия — необра тимый процесс, так как изменяется кинетическая энергия воздуха. Скорость истечения воздуха vист, м/с, определяется из уравнения 1 3 p 40,29 vист 5 44,4 T 71 6 9 2 8, p1  где Т — абсолютная температура воздуха в градусах Кельвина;

р1 — давле ние воздуха при входе в отверстие;

р2 — давление воздуха при выходе из отверстия.

Это уравнение справедливо для случаев, при которых отношение давлений не превышает критического отношения. Для воздуха оно равно eкр = р2/р1 = = 0,528. Для р2/р1 0,528 при p1 0,189 МПа (р2 = 0,1 МПа) можно пользо ваться выражением vист 1 18,3 T.

Расход воздуха. При истечении воздуха из отверстия его расход зависит от площади сечения отверстия, температуры и давления. Массовый расход G (кг/с) воздуха при истечении можно определить по формуле р G 1 Smin, где Smin — минимальная площадь сечения отверстия, м2;

р — давление сжа того воздуха, Па;

u — удельный объем воздуха, м3/кг.

Объемный расход Q, м3/с, воздуха определяется из уравнения GS Q1 1 p/2, где r — плотность воздуха, кг/м3.

Так же как и в случае течения капельной жидкости, различают два ос новных вида движения воздуха — ламинарное и турбулентное. Потери на трение и местные потери определяются по тем же формулам, что и для ка пельных жидкостей. В табл. П22 Приложения приведены значения коэффи циентов местных сопротивлений xм для различной пневмоаппаратуры. Так же как и в случае гидравлических расчетов полных потерь, используется принцип наложения потерь. При этом если местные сопротивления располо жены на расстоянии l/d 20, то такие сопротивления рассматриваются как одно местное сопротивление. Значения коэффициентов местных сопротив лений рассчитываются по тем же формулам, что и для капельной жидкости, и представлены в [2;

28].

Утечка воздуха в пневмосистемах. В пневматических системах воздух стремится перетечь из полости с повышенным давлением в полость с пони женным. Перетекает он, если нет достаточной герметичности, через щели с различными видами сечений (прямоугольные, трапецеидальные, кольцевые или серповидные). Объемный расход воздуха через плоскую щель определя ется выражением h3 12p Q3, 124l 10. ПНЕВМАТИЧЕСКИЕ ПРИВОДЫ где h — высота щели, м;

d — ширина щели, м;

Dp — перепад давления, МПа;

m — коэффициент динамической вязкости воздуха, (Нс)/м2;

l — дли на щели, м.

Объемный расход воздуха для кольцевого сечения рассчитывается по формуле h3 1dср 2p Q3, 124l dц 1 dп где dср — средний диаметр dср 2, м;

dц и dп — соответственно диаметр цилиндра и поршня.

При эксцентричном расположении поршня внутри цилиндра объемный расход воздуха определяют по формуле h3 1d2p Q3 (1 4 1,5e2 ), 125l где е — эксцентриситет.

При максимальном эксцентриситете, когда е = h, утечки через щель уве личиваются в 2,5 раза. Массовый расход воздуха для кольцевого сечения щели определяется по формуле h3 1d2p GВ 3 4, 125l ср где rср — средняя плотность воздуха, кг/м3.

Так как средняя плотность воздуха может быть определена из выраже ния rср = pср/RT (R — газовая постоянная, Дж/(кгК), Т — абсолютная тем пература, К), то массовый расход можно определить по формуле h3 1d2ppср GВ 3, 124lRT где рср — среднее давление воздуха, Па.

Давление сжатого воздуха, получаемого от индивидуального компрессо ра или из сети, должно быть достаточным для нормальной работы пневмати ческих устройств и приводов деревообрабатывающего оборудования. Так, для пневматических приборов и устройств автоматизации, систем контро ля, измерения, регулирования и управления оно составляет 0,02...0,16 МПа;

пневматических приводов систем механизации и автоматизации технологи ческих процессов — 0,6...1 МПа [28].

10.4.2. ДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ПНЕВМАТИЧЕСКИХ ПРИВОДОВ На практике применяются пневматические приводы двух видов: с регу ляторами скорости и редукторами или без них. В последнем, наиболее об щем случае расчет пневматических приводов значительно усложняется тем, что давление воздуха в переменном рабочем объеме приводов и его масса — величины, как правило, переменные, а режим течения — неустановивший ся. По условиям монтажа аппаратура управления (в частности, распредели 394 ГИДРО И ПНЕВМОСИСТЕМЫ ТРАНСПОРТНО ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ МАШИН тельные краны, регуляторы скорости, редукторы и др.) может располагать ся на любом расстоянии от рабочих полостей приводов, а воздухопроводы, соединяющие эту аппаратуру с рабочей полостью приводов, могут иметь са мые разнообразные длину, форму и конфигурацию. Пневматические приво ды как источники силы или источники энергии должны обеспечивать задан ные режимы работы и обладать определенными силовыми, кинематически ми и динамическими характеристиками. В качестве исходных параметров воздуха при расчете пневматического привода будем принимать параметры воздуха в непосредственной близости от самого привода, которые можно по лучить с помощью контрольно измерительной аппаратуры. Условимся, что в дальнейшем параметрами окружающей среды будем считать параметры воздуха, находящегося в непосредственной близости от насадка, соединяю щего эту среду с рабочей полостью привода. Параметрами воздуха, находя щегося в сети и питающего привод, будем считать параметры воздуха в на садке при его входе в рабочую полость привода.

Диаметром и площадью отверстия истечения являются конструктивный диаметр и геометрическая площадь проходного отверстия насадка. Влияние длины, формы и конфигурации отдельных участков воздухопроводов, со единяющих рабочую полость привода с атмосферой или компрессором, вви ду разнообразия и нестандартности этих участков здесь не рассматривается.

В каждом частном случае расчет элементов воздухопроводов можно произ вести общеизвестными методами гидравлики [26].

Рассмотрим динамический расчет наиболее распространенного однопорш невого пневматического привода двухстороннего действия [26]. В отли чие от однопоршневого пневматического привода одностороннего действия, в однопоршневом приводе двухстороннего действия прямое и возвратное дви жение поршня осуществляется под действием сжатого воздуха. На рис. 10. изображена расчетная схема однопоршневого пневматического цилиндра двустороннего действия. При движении штока в направлении, указанном стрелкой А, доступ сжатого воздуха из магистрали в полость II цилиндра закрыт, а выход для воздуха из этой полости открыт.

Подача сжатого воздуха через распределительный кран производится в полость I цилиндра. Сжатый воздух, заполняя полость I, создает давление на поршень, который перемещается в направлении по стрелке A, вытесняет воздух из полости II и совершает полез ную работу. Возвратное движение порш ня осуществляется в обратном поряд ке, т. е. за счет наполнения сжатым воз духом полости II цилиндра и выпуска воздуха в атмосферу из полости I ци линдра. Установим основные зависимо сти, связывающие рабочие параметры привода в процессе его работы без ре дукторов. Рассмотрим движение порш Рис. 10. Расчетная схема ня пневмоцилиндра в направлении по однопоршневого пневматического стрелке А. За начало отсчета времени цилиндра двустороннего действия 10. ПНЕВМАТИЧЕСКИЕ ПРИВОДЫ примем момент начала движения поршня, а за начало отсчета пути порш ня — его положение на расстоянии а от дна цилиндра. Уравнение движения поршня можно представить в виде d2 x M 2 1 p1 (S 2 S1 ) 3 p123 S1 2 T 2 p2 S (10.19) dt или p p dc 1 B2S 1 3 2, (10.20) Wc dx pатм pатм pатм S1 1 T где B pатм S M W3 5, (10.21) pатм S S 1 S S3 S М — масса деталей, участвующих в движении вместе с поршнем;

x, с — со ответственно путь поршня и его скорость;

p1, p2 — абсолютное давление соот ветственно в полости цилиндра, питаемой воздухом, и в полости, из которой воздух вытесняется поршнем;

S, S1 — соответственно площадь поршня и площадь сечения штока;

Т — сила сопротивления движения поршня, вклю чая полезные нагрузки на штоке пневмоцилиндра;

ратм — абсолютное давле ние в среде, окружающей привод.

Процесс изменения объема и давления воздуха в полостях I и II пневмо цилиндра будем считать политропным, что позволяет определить давления р1 и р2 в процессе движения поршня из уравнений политропы:

32 n р 57 1 8 ратм 9 2атм n , (10.22) 3 22 4 р ратм 7 2атм 8 9 где r1, r2, rатм — плотность воздуха соответственно при давлениях р1, р2, ратм.

Отношения плотностей, входящие в уравнения политропы, можно опре делить по формулам 11 G1 1атм V11атм 5, (10.23) 12 G2 1атм V21атм где V1 = (S – S1)(a + x);

V2 = S(L – a1 – d0 – x);

2 p1 3 n G1 4 G1 5  6G1 4 (S 7 S1 )a8атм 9 1 5  6G1;

pатм 396 ГИДРО И ПНЕВМОСИСТЕМЫ ТРАНСПОРТНО ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ МАШИН 2 p1 3 n G2 4 G2 6G2 4 S( L 5 a1 5 70 )8атм 9 2 6G2, pатм где G, p1 — соответственно масса воздуха и его давление в объеме a(S – S1) 1 в момент начала движения поршня;

G2 и p2 — то же для объема S(L – a1 – d0);


DG1 и DG — соответственно элементарный массовый приток воздуха в поло сть I пневмоцилиндра и элементарный массовый расход воздуха из полос ти II в атмосферу;

a — длина цилиндра, находящегося под поршнем к нача лу его движения;

L, d0 — соответственно длина внутренней полости цилинд ра и толщина его поршня;

a1 — длина цилиндра, заключенная под поршнем к началу движения, включая приведенную длину вредного пространства;

G1, G2, V1, V2 — массы и объемы воздуха соответственно в полостях I и II цилиндра пневматического привода.

При этом элементарные массовые притоки воздуха в зависимости от по ложения поршня определяются выражениями:

22xi 2G1i 4 ci 7 ci 11 1i 8;

(10.24) 22xi 2G2i ci 7 ci 11 2i n 31 5 n 7 p 8n 7 p 8 n 7p 8 n 2n p00 9 1i  4  1i  при 1   1i   1i 1f1 ;

n 41 n 9 p0  p0    p0    n 12 n 7p n 41 n 2 1i 1f1 n p0 0 при 0   1i   ;

n 31 p0  n 3  n 4 n 96 p2i 7 n 3 1 при 1  6 p2i 7  n 8 1 n 2n 2i 2 f2 pатм атм  ;

(10.25) 9 pатм  p  n 31   0   n n 12 n 5 p 6 2n 5 p 6 n 31 n n 72i 8 92 f2 pатм aтм 2i  при 0 2i , n n 31  pатм   pатм  где f1, f2 — площадь сечения насадков, питающих соответственно полости I и II цилиндра пневматического привода.

С учетом формул (10.23)...(10.25) уравнения (10.22) можно представить в виде n 22xi 31i 4 p1i 6n 8 N1i 11 7 (S 1 S1 )(ci 7 ci 11 ) атм 9 ;

(10.26) pатм Q1i n 22xi 32i 14 p2i 6 n 7 N2i 11 1, S(ci 9 ci 11 ) атм 8 (10.27) Q2i pатм 10. ПНЕВМАТИЧЕСКИЕ ПРИВОДЫ где Q1i 1 a 2 xi Q2i 1 L 5 a1 5 60 5 xi i  7G1 8 9 p1 n N1i 1 a 2 .

(10.28) (S 5 S1 )атм  pатм  i  7G2 9 p88 n N2i 1 ( L 5 a1 5 t0 ) 5 Sатм  pатм   Интегрируя левую часть уравнения (10.20) в пределах от сi до ci–1, а в пра вой части заменяя дифференциал перемещения dx его приращением Dxi, по лучим c2 1 ci211 p 2 p1i 11 p 2 p2i 3 B4xi 2 S 1i 4xi 1 2i 4xi.

Wi 2 2 pатм 2 pатм р2i Решение последнего уравнения относительно дает следующее выра ратм жение:

2 c2 1 ci211 2 p 4 p1i 11 p2i p2i 5 2B 4 6 1i 7S 1 p 1W6 i (10.29) 7.

9 8xi 9 pатм pатм атм Из уравнения (10.26) получаем выражение для скорости поршня:

22xi 31i сi 4 1 ci 11. (10.30) 5 i 8 p7 8p 9 n (S 1 S1 )атм Q1i 1i  1 a 1  1  2G n  pатм   pатм    Таким образом, получены расчетные формулы для определения парамет ров движения поршня пневмоцилиндра в направлении по стрелке А.

Порядок расчета.

1. Разбиваем полный путь поршня на ряд участков Dxi, где i = 0, 1, 2,..., k – 1, k — порядковый номер положения поршня.

р 2. Задаемся отношением давлений 1i и по формуле (10.30) находим ратм скорость поршня ci в данном положении i. Причем, как и в случае пневмоци p p p линдра одностороннего действия, 1i 1 1i, где 1 2 0.

p0 2pатм pатм p 3. Подставляя найденное значение ci и принятое отношение 1i в фор pатм p2 i мулу (10.29), находим величину отношения.

pатм p2i 4. Подставляем вычисленное значение и значение скорости сi в урав p нение (10.27). Если при этом уравнение (10.27) становится неверным, при 398 ГИДРО И ПНЕВМОСИСТЕМЫ ТРАНСПОРТНО ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ МАШИН p1i нимаем новое значение и повторяем вычисления до тех пор, пока левая pатм часть уравнения (10.27) не станет равна правой части.

Величины F1i и F2i вычисляются по формулам (10.25) и по значениям p1i p2i. Для облегчения вычислений по предварительно отношений и pатм pатм p p, а также j строятся графики произвольным значениям или pатм p 1 pi 2 n 1 pi 2 1 pi 2 1p 6 p 7 3 f 6 p 7;

4i 3 f (41 );

51i 3 f 6 p 7;

52i 3 f 6 p 7.

n 8 атм 9 8 атм 9 8 атм 9 8 атм Причем в обоих случаях ji определяется из выражения 22xi N3 ci 1 ci 11 i 5i 6.

Q Знак «+» относится к наполняемой воздухом полости пневмоцилиндра, а знак «–» — к полости пневмоцилиндра, из которой происходит утечка воздуха.

Рассмотрим несколько частных случаев.

p p Случай 1: 1i 1 const, f1 const, 2i 1 const, f2 = const.

pатм pатм В этом случае уравнение (10.26) можно представить в виде n 3 25x 6 i 9 a 7 p1 8 n  ci  cii11 1i p 9 2 9  атм   i p1i ;

(S 1 S1 )(a  xi )атм  a  xi  pатм n 1 или 6 a 4 p1 5 n 081i dt 9p 6 атм p1i 6 .

(S  S1 )(a  xi )атм  a  xi  pатм Решая последнее интегральное уравнение относительно интеграла, по лучим 2 i 7(a  xi ) 5 p1i 6 n a 5 p1 6 n 8, 910  1i 1i 1 f 1 dt (S S ) p  p  1 атм 7  атм   атм    где 110 2 ;

F1 — вычисляется по формулам (10.25);

21i и f1i — перемен 1 31f ные значения соответственно коэффициента расхода и площади проходного сечения насадка.

Дифференцируя предыдущее уравнение по t, получим следующее выра жение:

1 f 1 7 (S 2 S1 )3атм 4 p1i 5 c.

n 61i 1i 8p 9 i (10.31) 10 атм 10. ПНЕВМАТИЧЕСКИЕ ПРИВОДЫ p Таким образом, площадь f1 при 1i 1 const является функцией скоро pатм p сти поршня. При 1i 1 const уравнение движения (10.20) приводится к сле pатм дующему виду:

p dc 1 B0 2 2, Wc (10.32) dx pатм p где B0 1 B 2 S 1.

pатм Интегрирование этого уравнения дает следующее выражение:

p 2 p2i W2 (c 1 ci 11 ) 3 B0 4xi 1 2i 4xi, 2i 2 pатм откуда p 2 p2i 11 5 3xi ci 6 ci211 2 7 2B0 1 2i.

pатм 8 W (10.33) 9 p p Случай 2: 1i 1 const, f1 = const, 2i 1 const, f2 const.

pатм pатм В этом случае уравнение (10.27) можно записать в следующем виде:

n 1 4 6 ( L 8 a1 8 90 ) p2 n i 6 pатм p2i Sатм ( L 8 a1 8 90 8 xi )  2i 6  d9.

L 8 a1 8 90 8 xi pатм 6   o Откуда аналогично предыдущему случаю находим S2атм 3 p2i 4 n 51 i f21i 6 c, 920 7 pатм 8 i (10.34) , 21 и f2i — переменные значения коэффици где, как в и случае 1, 120 32 f2 2i ента расхода m2 и площади f2 проходного сечения насадка.

Уравнение движения (10.20) принимает вид p dc 2 B0 3 S 1.

Wс dx pатм Решение этого уравнения дает следующее выражение:

p 2 p1i 11 5 3xi ci 7 ci211 2 8 2B0 2 S 1i, pатм 9 W (10.35) p где B0 2 B 3 2.

pатм p p2i 1 const, f2 const, f1 const.

Случай 3: 1i 1 const, pатм pатм В данном случае значения 21i, f11i, f21i определяются по формулам (10.31) и (10.34), а уравнение движения (10.20) принимает следующий вид:

400 ГИДРО И ПНЕВМОСИСТЕМЫ ТРАНСПОРТНО ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ МАШИН dc 1 A0, Wc dx откуда 2 A c 1 c0 2 x, (10.36) W p1 p где A0 1 B 2 S 3 2.

pатм pатм Решение уравнения (10.36) относительно t дает следующее выражение:

W 2 2 A t1 c2 x 3 С1, A0 0 W где C1 — постоянная интегрирования, определяемая из начальных условий;

с0 — начальная скорость поршня;

х, t и с — текущие значения положения поршня, времени и скорости движения.

p Случай 4: f2 = 0, 1i 1 const, f1 = const.

pатм В этом случае уравнение (10.27) принимает следующий вид:

n 1 6 ( L 8 a1 8 90 ) 4 p2 5 n p 7 n 6 p2 4 L 8 a1 8 90 атм p2i 6 7  p La 8 9 8 x , (10.37)  L 8 a1 8 90 8 xi  атм i pатм 1 а уравнение (10.20) сохраняет свой вид.

p Случай 5: f2 = 0, 1i 1 const, f1 const.

pатм Для этого случая величина 21i, f11i определяется по уравнению (10.31), а скорость поршня — по формуле (10.33). Определение параметров движе ния поршня в случаях 1, 2 и 5 производится так же, как для однопоршневого пневмоцилиндра одностороннего действия при коэффициенте жесткости пру жины k, равном нулю.

Четвертый случай рассчитывается как общий случай однопоршневого пневмоцилиндра двустороннего действия. Однако давление р2i будет функ цией только перемещения поршня. В перечисленных выше частных случа ях максимально возможная величина хода клапана h определяется так же, как и для однопоршневого пневмоцилиндра одностороннего действия. Рас смотрим случай возвратного движения поршня, т. е. справа налево (против стрелки А, рис. 10.41). Отсчет перемещения поршня пневмоцилиндра про изводим в направлении против стрелки А. Обозначим величину полного ра бочего хода поршня буквой xк при его движении по стрелке А. В этом случае сжатым воздухом питается полость II цилиндра, а из полости I воздух вы тесняется поршнем в атмосферу. В соответствии с принятыми обозначения ми давление в полости II цилиндра будет р1, а в полости I — р2. В этом слу чае, как и при движении поршня в направлении по стрелке А, можно напи сать следующее выражение:

10. ПНЕВМАТИЧЕСКИЕ ПРИВОДЫ 32 f 24xi 31f1 1i сi 2 1 ci 11 ;

6 1 i 9 p8 n 9 p n S атм ( L 1 a1 1 0 1 xк 1 xi )  1i  1 ( L 1 a1 1 0 1 xк )  1   4Gi  pатм   pатм  i   (10.38) 1 4 p 2 p1i 11 5 p2i 11 W 3 2 p2i (c 1 ci 11 ) 1 2B3;

6 7 1i 1 pатм S pатм 8 pатм 9xi i (10.39) n 22xi 31f142i 15 p2i 7nN 1, (10.40) pатм Q3i 8 3i 11 (сi ci 11 )(S 1 S1) атм 32 f2 где p F 2T M W4 1, B4 1 aтм 1, (S 6 S1 ) pатм (S 6 S1 ) pатм i  8G2 (10.41) 4 n 9p Q3i 1 a 2 xк 6 xi, N3i 1 (a 2 xк ) 2 6 i 10. (S 6 S1 ) атм  pатм   Порядок решения возвратного движения поршня привода по предыду щим формулам тот же, что и для движения поршня по стрелке А. Анализ движения поршня против стрелки А приводит к тем же частным случаям и результатам, что и при движении поршня пневмоцилиндра в направлении по стрелке А. Величину давления p2 в наполняемой воздухом полости пнев моцилиндра в момент начала движения поршня для упрощения расчета мож но принять равной давлению р1i при i = 1. Давление р2 в полости пневмоци линдра, из которой воздух вытесняется в атмосферу в начальный момент движения поршня, определяется аналогично тому, как и давление р для однопоршневых пневмоцилиндров одностороннего действия [26].

10.5. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ИСПОЛЬЗОВАНИЮ ПНЕВМАТИЧЕСКИХ ПРИВОДОВ В современных машинах, в частности в системах автомати зации производственных процессов, наряду с гидромеханизмами применя ются пневмомеханизмы (пневмоприводы), основанные на использовании в качестве рабочей среды сжатого или разреженного воздуха (в настоящей рабо те рассматриваются лишь первые типы механизмов).

С помощью пневматиче ских устройств (приводов) решаются сложные задачи по автоматизации управ ления машин и производственных процессов. Применение их имеет преиму щества в тех случаях, когда требуется осуществить быстрые перемещения выходного звена, а также когда применение гидравлических приводов с мас ляной рабочей средой недопустимо по требованиям пожарной безопасности, 402 ГИДРО И ПНЕВМОСИСТЕМЫ ТРАНСПОРТНО ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ МАШИН как это имеет место в угольных шахтах и в ряде химических и деревообраба тывающих производств. Пневматические приводы применяются в станоч ных приспособлениях для крепления деталей, в качестве приводов подачи в станках, в пневматических прессах и ножницах, в пневматических подъем никах, паровоздушных, газовых и других машинах, транспортирующих ме ханизмах, тормозных системах и системах дистанционного управления.

Применение пневмоприводов позволяет решить целый ряд задач, свя занных с автоматизацией трудоемких процессов при монтажных работах, например пневмоприводы используют в механизированных пневматических инструментах (гайковертах, дрелях) и машинах ударного действия. Широ кое применение пневмоприводов объясняется их преимуществами по срав нению с другими средствами автоматизации. К основным преимуществам пневмоприводов по сравнению с гидроприводами относятся:

§ большие допускаемые скорости потоков сжатого воздуха (10 м/с и более) в пневмолиниях благодаря малой вязкости воздуха и соответственно вы сокие скорости срабатывания пневмодвигателей;

§ относительно небольшие потери в пневмосети, благодаря чему протяжен ность пневмолиний может достигать сотен метров и более;

§ сжатый воздух не образует горючих и взрывоопасных смесей, что позво ляет применять пневмоприводы в условиях с повышенными требования ми пожарной безопасности;

§ сжатый воздух не загрязняет окружающую среду, это преимущество по зволяет обходиться без возвратных трубопроводов, что обеспечивает уп рощение пневмосистем и снижение массы пневмосети;

§ возможность работы в широком диапазоне рабочих температур, в усло виях запыленности, радиации и вибрации;

§ возможность питания от централизованной пневмосети при относитель ной легкости передачи энергии сжатого воздуха на значительные рас стояния;

§ простота конструкции и высокая надежность, экономичность, обуслов ленная одноканальным питанием исполнительных пневмомеханизмов (отработавший воздух выпускается непосредственно в атмосферу без от водящих трубопроводов);

§ простота механического обслуживания и ухода;

§ быстрота срабатывания (быстродействие);

§ относительно низкая стоимость и быстрая окупаемость, дешевизна рабо чей среды — воздуха.

Наряду с положительными качествами пневмоприводы обладают рядом недостатков, вытекающих из природы рабочей среды — воздуха. Пневмо приводы, в отличие от гидроприводов, должны иметь смазочные системы или устройства, обеспечивающие непрерывную смазку движущихся частей пневмодвигателей. Вследствие высокой сжимаемости воздуха пневмодвига тели не обеспечивают плавность и точность движения выходных звеньев при переменных нагрузках без дополнительных средств.

С учетом сказанного можно выделить следующие основные недостатки пневматических приводов:

10. ПНЕВМАТИЧЕСКИЕ ПРИВОДЫ § плохие условия смазки трущихся поверхностей подвижных элементов;

§ невозможность без применения специальных устройств обеспечить за данный закон движения выходного звена пневмодвигателя;

§ сжимаемость воздуха исключает возможность непосредственной фикса ции перемещающихся частей пневматических устройств в заданных про межуточных положениях;

§ нестабильность скорости движения выходного звена пневмодвигателя, особенно при переменных нагрузках;

§ более низкий по сравнению с гидроприводами КПД из за повышенных утечек воздуха и пневматических устройств;

§ пневмодвигатели при равных габаритах с гидродвигателями развивают меньшую мощность, что объясняется невысоким давлением сжатого газа в пневмоприводах;

§ работа пневмодвигателя сопровождается большим шумом из за выброса отработавшего воздуха в атмосферу;

§ необходимость защиты элементов пневмопривода от коррозии;

§ сравнительно высокая стоимость получения сжатого воздуха, что повы шает эксплуатационные расходы, особенно при непрерывном потребле нии сжатого воздуха и больших его расходах.

Несмотря на эти недостатки, пневмоприводы с успехом применяют в тех случаях, когда наиболее существенное значение приобретают их преимуще ства. В настоящее время намечается следующая тенденция в развитии при водов и автоматизированных систем управления в машиностроении: в каче стве силовых систем применяют гидравлические, несколько реже — пнев матические, а для управления все чаще используют пневмосистемы, если их быстродействие удовлетворяет поставленным требованиям [4].

Большие перспективы применения пневмоприводы имеют в связи с раз витием робототехники. В настоящие время более 50% манипуляторов и робо тов первых поколений, используемых в промышленности, являются пневма тическими. Разработка конструкций пневматических позиционеров, шаговых и цифровых двигателей дает основание рассчитывать на конкурентоспособ ность пневматических приводов с электрическими и гидравлическими при водами и при создании роботов новых поколений.

10.6. ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДЕРЕВООБРАБАТЫВАЮЩИХ ПРЕДПРИЯТИЙ СЖАТЫМ ВОЗДУХОМ И ВАКУУМОМ 10.6.1. ПОДГОТОВКА ВОЗДУХА Для повышения надежности и долговечности пневмоприво дов и пневматических систем управления необходима качественная подго товка сжатого воздуха, включающая очистку его от загрязнений. Компонен ты загрязнений сжатого воздуха можно разделить на три группы: твердые загрязнения, влагу (вода и компрессорное масло в жидкой и паровой фазе, растворы кислот и щелочей) и газообразные загрязнения. Способы и средст 404 ГИДРО И ПНЕВМОСИСТЕМЫ ТРАНСПОРТНО ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ МАШИН ва очистки воздуха определяются в зависимости от вида и количества за грязнений, а также от требований к степени очистки воздуха, предъявляе мых пневматическими устройствами.

От твердых примесей сжатый воздух очищают, пропуская его через по ристую перегородку (процесс фильтрации) или применяя силовые поля (инер ционное гравитационное). В настоящее время в конструкциях очистителей используют комбинированный способ очистки воздуха, включающий фильт рацию и применение силовых полей. На первой ступени крупные частицы отделяются силами инерции и гравитации, а на второй ступени воздух про пускают через фильтрующий элемент, эффективность которого определяет ся размерами пор.

От влаги воздух очищают при помощи инерционных сил закручиваемым потоком воздуха, когда он движется по нисходящей спирали или резко из меняет свое направление. Под действием возникающих при этом сил инер ции капли влаги выходят из зоны потока и силой тяжести отводятся в резер вуар для сбора конденсата. В очистных устройствах гравитационного типа, представляющих собой удлиненную емкость, расположенную вдоль потока воздуха, для отделения капель влаги (и крупных твердых частиц) использу ют силу тяжести. Под ее действием частицы, перемещаясь через очиститель, должны выйти из потока воздуха, что возможно только при малых скоро стях воздуха (до 0,2 м/с) и больших габаритных размерах очистителя. Очи стка воздуха от влаги при помощи электростатических полей заключается в ионизации воздуха при его прохождении через поле высокого напряжения постоянного тока. Электростатический очиститель состоит из двух электро дов: положительного с большой поверхностью и симметрично расположен ного по отношению к нему отрицательного. Обтекая электроды, воздух ио низируется, при этом образуются положительные и отрицательные ионы.

Положительные ионы остаются у отрицательного электрода, а отрицатель ные, заряжая капельки жидкости, собираются с ними вместе на поверхно сти положительного электрода и отводятся из очистителя.

Очистку воздуха от паров влаги можно проводить также конденсацией, абсорбцией и адсорбцией. Конденсация достигается понижением температу ры воздуха в концевых охладителях. Метод абсорбции состоит в пропуска нии сжатого воздуха через вещества, способные поглощать влагу всем объе мом. Более широкое распространение для очистки сжатого воздуха получил метод адсорбции, так как используемые для осушки воздуха адсорбенты не вступают в химическую реакцию с влагой.

В зависимости от чувствительности к загрязнениям все пневматические устройства пневматической системы управления делятся на IV группы:

I. Коммуникации пневматических систем, емкости, оборудование сило вых приводов мембранного типа и сильфонные устройства, имеющие анти коррозионные покрытия, в которых трущиеся поверхности непосредствен но с воздухом не соприкасаются.

II. Пневматическое оборудование для систем механизации и автоматиза ции производственных процессов — пневмоцилиндры, пневмомоторы, пневма тический ручной инструмент, распределительная и контрольно регулирующая 10. ПНЕВМАТИЧЕСКИЕ ПРИВОДЫ пневматическая аппаратура и другие устройства с проходным сечением не менее 0,8 мм.

III. Пневматическое оборудование для систем механизации и автомати зации производственных процессов с повышенными требованиями к надеж ности: точные дроссельные и демпфирующие устройства, аппаратура с пре цизионными парами и условным проходом 0,5...2 мм.

IV. Пневматические системы управления с повышенными требованиями к надежности для станков, прессов, автоматических линий и другого обору дования, построенные на элементах струйной и релейной техники.

Требуемую степень очистки сжатого воздуха для различных групп пнев матических устройств и систем управления можно обеспечить установкой соответствующих очистных устройств перед пневматической системой по требителя и перед входящими в нее ответственными устройствами.



Pages:     | 1 |   ...   | 9 | 10 || 12 | 13 |   ...   | 16 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.