Конспект лекций основы гидро и пневмо приводов. Осн.гидропр. Консп.. Конспект. Часть Гидропривод Введение Гидравлика наука о жидкостях, законах их равновесия и движения

• Название: Конспект. Часть Гидропривод Введение Гидравлика наука о жидкостях, законах их равновесия и движения
• Анкор: Конспект лекций основы гидро и пневмо приводов
• Дата: 24.01.2022
• Размер: 0.75 Mb.
• Имя файла: Осн.гидропр. Консп..docx
• Тип: Конспект; #340674
• страница: 8 из 9

Часть 2. Пневматические и комбинированные приводы

2.1 Рабочая среда пневмоприводов и ее подготовка

Гидропривод при всех его достоинствах имеет ряд эксплуатационных недостатков: сложность герметизации, необходимость высокого давления, использование специальных жидкостей, большая масса и проч. Во многих случаях нет необходимости в высокой жесткости привода и других присущих гидроприводу качеств.

Пневмопривод способен преодолеть подобные недостатки. Он используется очень широко, например, в роботооехнике.

Рабочей средой пневмоприводов является воздух. Поэтому отпадает необходимость хранения его, возможен выхлоп непосредственно в атмосферу, исключаются некоторые сложные элементы.

Воздух при использовании в пневмоприводах должен обладать минимальным содержанием пыли, влаги, охлаждаться до необходимой температуры, иметь заданное давление и т.д. Воздух для использования в пневмоприводах проходит специальную подготовку в компрессорных установках

На рис. пока­зана одна из возможных схем узла подготовки воздуха. Воздух поступа­ет в компрессор 3из воздухозаборника 1, через фильтр 2. (Воздухозаборник рекомендуется устанавливать в местах, где нет источников заг­рязнения воздуха). При работе компрессоров происходит значительный нагрев сжа­того воздуха (до 100°С) и возникают колебания давления, особенно при работе поршневого компрессора, широко используемого в маши­ностроительных пневмоприводах. В таком виде сжатый воздух пода­вать к исполнительным органам пневмосистем нельзя. Пройдя процесс сжатия в компрессоре, воздух пос­тупает в теплообменник (холодильник) 4, где охлаждается до темпера­туры окружающей среды. Из холодильника он идет во влагоотделитель 5, в котором осуществляется сушка воздуха (удаление воды, выделившейся при охлаждении сжатого воздуха), а далее в воздухос­борник 6, называемый ресивером. Он служит для создания запаса сжа­того воздуха и сглаживания пульсаций давления, создаваемых при ра­боте компрессора. К ресиверу 6 подключается предохранительный клапан 7, ограничивающий величину давления сжатого воздуха в ресивере, электроконтактный манометр 8, автоматически отключающий работу компрессора при достижении необходимого давления и вклю­чающий компрессор, если давление упадет ниже допустимого уровня. Распределитель 11служит для включения подачисжатого воздуха из ресивера 6к потребителю.

Поскольку сжатый воздух имеет очень низкую смазывающую спо­собность, в ответственных приводах с целью предотвращения воз­можного заклинивания подвижных элементов пневматических уст­ройств на пути сжатого воздуха из ресивера устанавливают маслораспылитель 9. В неответственных пневмоприводах он обычно не уста­навливается.




.

В пневмопроводе сжатого воздуха уста­навливается редукционный клапан 12, который обеспечивает подачу к потребителю сжатого воздуха при постоянном давлении, понижен­ном по сравнению с давлением в ресивере. Манометр 10служит для контроля настройки необходимого давления в пневмосети. При на­хождении сжатого воздуха в ресивере происходит осаждение на его дно влаги и загрязнений, которые можно удалить в емкость 14, открыв вентиль 13.

Наиболее используемые давления воздуха 0,5…0,6 МПа.
2.2 Основные элементы пневмоприводов

2.2.1 Основные элементы пневмоприводов

К элементам пневмопривода относятся пневмоаппараты, логические пневмоэлементы, исполнительные устройства.

К пневмоаппаратам относятся распределители и усилители мощности, обратные клапаны, регуляторы расхода, клапаны давления, запорные вентили, логические элементы и др.

Распределители запирают, открывают или изменяют направление движения сжатого воздуха. Их назначение и обозначение такое же, как в гидравлике. Имеются линии, позиции. В каждой позиции указываются каналы и направление хода жидкости в них, на торцах указываются элементы воздействия. Пример распределителя показан на рисунке.

Р аспределитель трехлинейный, двухпозиционный ( ) с кнопочным управлением, с возвратной пружиной. Стрелками показаны каналы распределителя и направление жидкости в них. Распределителем можно управлять с помощью более низкого давления (показывается по торцам распределителя). Тогда он может выступать в роли усилителя мощности.

О братный клапан (ОК) обеспечивает прохождение воздуха только в одном направлении. Обозначение ОК показано на рис. ОК как базовые элементы используются в других устройствах (клапанах быстрого выхлопа, логических элементах, других видах клапанов).

Р егуляторы расхода или дроссели управляют расходом сжатого воздуха. Обозначение дросселя показано на рис. Дроссель должен устанавливаться в непосредственной близости от управляемого исполнительного устройства. Если параллельно дросселю подключить ОК, в одном направлении воздух будет проходить беспрепятственно, в другом—дросселироваться.

Клапаны давления бывают трех видов: предохранительные клапаны, редукционные клапаны, реле давления.

Предохранительные клапаны устанавливают в напорных магистралях для того, чтобы д авление не превосходило допустимого. Этим обеспечивается безопасность работы. На условно-графическом обозначении видно, что регулируемая пружина нажимает на запорный элемент, на который с противоположной стороны действует давление р. Если действие давления превосходит действие пружины, клапан открывается, лишний воздух уходит в линию А, которая может быть и выходом в атмосферу.

Р едукционный клапан служит для регулирования выходного давления (в полости А). На обозначении показано, что выходное давление действует на регулируемую пружину, призакрывая или приоткрывая сечение протока. От этого давление в полости А уменьшается или увеличивается. Отличие редукционного клапана от предохранительного заключается в том, что предохранительный клапан закрыт, если давление в предохраняемой полости меньше настройки. Он открывается эпизодически. Редукционный клапан все время открыт и открываясь больше или меньше регулирует давление в области А.

Реле давления (клапаны последовательности) содержит в своем составе два элемента: элемент настройки и распределитель , на который подано основное давление. Если давление на входе элемента настройки достигает уровня настройки, элемент настройки выдает сигнал, который переключает распределитель. При уменьшении уровня входного сигнала, распределитель возвращается в старое состояние.

Логические элементы имеют в своем составе элементы И и ИЛИ. Схема элемента ИЛИ объясняет его работу. Подача давления на любой из входов открывает клапан и давление подается на выход. При подаче давления на оба входа шарик перемещается в среднее положение и давление подается на выход. Только при отсутствии давления на обоих входах на выходе давление равно нулю.

Э лемент И реализует соответствующую логическую функцию. Подача давления на любой из входов закрывает один из внутренних и один из входных клапанов. На выход давление подается лишь в случае подачи давления на оба входа. Тогда блок клапанов перемещается в среднее положение и давление поступает на выход.

Исполнительные устройства разделяются на устройства поступательного действия (пневмоцилиндры) и устройства вращательного действия.

Пневмоцилиндры одностороннего действия имеют рабочий ход в одном направлении. Возврат осуществляется за счет пружины. Длина хода таких цилиндров ограничена длиной пружины и бывает до 80 мм. Пневмоцилиндры двустороннего действия имеют рабочий ход в двух нарправлениях. Если цилиндр одноштоковый, его усилие в одном направлении больше усилия в другом направлении.

В конце хода поршня пневмоцилиндры имеют демпферы для предотвращения удара в конце хода.

Конструкция пневмомоторов определяется их названием. Поршневые пневмомоторы (радиально-поршневые и аксиально-поршневые) приводятся во вращение поршнями пневмоцилиндров, срабатывающих по очереди. Максимальная скорость составляет 5000 , мощность достигает 20 квт.

Пластинчатые пневмомоторы используются в ручных пневмоинструментов. Их конструкция похожа на конструкцию пластинчатых насосов.

Динамические моторы (турбины) используются только там, где требуется небольшая мощность (например, в бормашинах). Скорость вращения достигает 500 .

Шестеренные пневмомоторы по конструкции схожи с гидравлическими и используются при необходимости большой мощности (до 44 кВт).

Достоинствами гидродвигателей являются: небольшие размеры и масса; большой диапазон скоростей; защищенность от перегрузки; слабая зависимость от внешней температуры; взрывобезопасность; простота обслуживания.

Недостатки: мягкие характеристики; необходимость компрессоров вблизи рабочего участка; зависимость от рабочего давления воздуха; высокая стоимость рабочего тела—воздуха; низкий КПД.
2 .2.2 Типовая схема пневмопривода

На рис. показана типовая схема гидропривода для оборудования, установленного в цехах с центральным воздухообеспечением. Воздух поступает к оборудованию по магистрали. В качестве двигателя показан пневмоцилиндр (хотя может быть и любой другой двигатель).

Гидропривод присоединяют к цеховой сети посредством штуцера 4. Подачу воздуха осуществляют, открыв вентиль 5. Вентиль может иметь как ручное, так и автоматическое управление. Воздух проходит через влагоотделитель 6 и редукционный клапан 7, устанавливающий рабочее давление р. С помощью маслораспылителя 8 в воздух поступают пары масла, служащего для смазки трущихся частей. Распределитель 7, управляемый любым подходящим устройством (на схеме изображен электромагнит) осуществляет управление движением гидроцилиндра 1, подавая давление р₁ в правую или левую полости пневмоцилиндра. На поршне развивается усилие F₁, посредством которого выталкивается воздух из второй полости пневмоцилиндра, находящийся под давлением р₂. Для стабилизации скорости штока вытесненный воздух проходит через регулируемый дроссель 10, который оказывая сопротивление выходящему воздуху, поддерживает давление р₂ на постоянном уровне. Шток 2 преодолевает усилие F₂ механизма, одновременно перемещая массуm (или момент инерции) движущихся звеньев.

Если нужна какая-нибудь логика, то она осуществляется электрическим путем, если пневмоэлементы не позволяют это сделать.
2.2.3 Области применения пневмоприода

Область и масштабы применения пневматического привода обусловлены его достоинствами и недостатками, вытекающими из особенностей свойств воздуха. В отличие от жидкостей, применяемых в гидроприводах, воздух, как и все газы, обладает высокой сжимаемостью и малой плотностью в исходном атмосферном состоянии (около 125 Н/м ³), значительно меньшей вязкостью и большей текучестью, причем его вязкость существенно возрастает при повышении давления. Отсутствие смазочных свойств воздуха и наличие некоторого количества водяного пара, который может конденсироваться на рабочих поверхностях пневмомашин, препятствует использованию воздуха без придания ему дополнительных смазочных свойств и влагопонижения. В связи с этим в пневмоприводах имеется потребность кондиционирования воздуха, т.е. придания ему свойств, обеспечивающих работоспособность и продляющих срок службы элементов привода.

С учетом вышеописанных отличительных особенностей воздуха достоинства пневмопривода в сравнении с его конкурентами ( гидро- и электроприводом) показаны ниже.

1. Простота конструкции и технического обслуживания. Изготовление деталей пневмомашин и пневмоаппаратов не требует такой высокой точности изготовления и герметизации соединений, как в гидроприводе, т.к. возможные утечки воздуха не столь существенно снижают эффективность работы и КПД системы. Внешние утечки воздуха экологически безвредны и относительно легко устраняются. Затраты на монтаж и обслуживание пневмопривода несколько меньше из-за отсутствия возвратных пневмолиний и применения в ряде случаев более гибких и дешевых пластмассовых или резиновых (резинотканевых) труб. В этом отношении пневмопривод не уступает электроприводу. Кроме того, пневмопривод не требует дифецитных материалов, таких как медь или алюминий, хотя в ряде случаев они используются исключительно для снижения веса или трения в подвижных элементах.

2. Пожаро- и взрывобезопасность. Благодаря этому достоинству пневмопривод не имеет конкурентов для механизации работ в условиях, опасных по воспламенению и взрыву газа и пыли, например в шахтах с обильным выделением метана, в некоторых химических производствах, на мукомольных предприятиях, т.е. там, где недопустимо искрообразование. Применение гидропривода в этих условиях возможно только при наличии централизованного источника питания с передачей гидроэнергии на относительно большое расстояние, что в большинстве случаев экономически нецелесообразно.

3. Надежность работы в широком диапазоне температур, в условиях пыльной и влажной окружающей среды. В таких условиях гидро- и электропривод требуют значительно больших затрат на эксплуатацию, т.к. при температурных перепадах нарушается герметичность гидросистем из-за изменения зазоров; нарушаются изолирующие свойства электротехнических материалов, что в совокупности с пыльной, влажной и нередко агрессивной окружающей средой приводит к частым отказам. По этой причине пневмопривод является единственным надежным источником энергии для механизации работ в литейном и сварочном производстве, в кузнечно-прессовых цехах, в некоторых производствах по добыче и переработке сырья и др. Благодаря высокой надежности пневмопривод часто используется в тормозных системах мобильных и стационарных машин.

4. Значительно больший срок службы, чем гидро- и электропривода. Для пневматических устройств циклического действия ресурс составляет от 5 до 20 млн. циклов в зависимости от назначения и конструкции, а для устройств нециклического действия около 10-20 тыс. часов. Это в 2 - 4 раза больше, чем у гидропривода, и в 10-20 раз больше, чем у электропривода.

5. Высокое быстродействие Поступательное движение штока пневмоцилиндра возможно до 15 м/с и более, а частота вращения выходного вала некоторых пневмомоторов (пневмотурбин) до 100 000 об/мин. Это достоинство в полной мере реализуется в приводах циклического действия, особенно для высокопроизводительного оборудования, например в манипуляторах, прессах, машинах точечной сварки, в тормозных и фиксирующих устройствах, в приводах сепараторов, центрифуг, шлифовальных машин, бормашин и др., причем увеличение количества одновременно срабатывающих пневмоцилиндров (например в многоместных приспособлениях для зажима деталей) практически не снижает времени срабатывания. Реализация больших скоростей в гидроприводе и электроприводе ограничивается их большей инерционностью (масса жидкости и инерция роторов) и отсутствием демпфирующего эффекта, которым обладает воздух.

6. Возможность передачи пневмоэнергии на относительно большие расстояния по магистральным трубопроводам и снабжение сжатым воздухом многих потребителей. В этом отношении пневмопривод уступает электроприводу, но значительно превосходит гидропривод, благодаря меньшим потерям напора в протяженных магистральных линиях. Электрическая энергия может передаваться по линиям электропередач на многие сотни и тысячи километров без ощутимых потерь, а расстояние передачи пневмоэнергии экономически целесообразно до нескольких десятков километров, что реализуется в пневмосистемах крупных горных и промышленных предприятий с централизованным питанием от компрессорной станции.

7. Отсутствие необходимости в защитных устройствах от перегрузки давлением у потребителей. Требуемый предел давления воздуха устанавливается общим предохранительным клапаном, находящимся на источниках пневмоэнергии. Пневмодвигатели могут быть полностью заторможены без опасности повреждения и находиться в этом состоянии длительное время.

8.