3. Пневмодвигатели

В большинстве случаев используют поршневые и мембранные исполнительные механизмы поступательного действия, так как они просты по конструкции, имеют высокую надежность и обеспечивают значительные усилия на штоке.

Скорости пневматических исполнительных механизмов при соответствующем выборе размеров проходных сечений достигают больших величин (порядка нескольких метров в секунду), тогда как скорости гидроприводов определяются часто производитель­ностью насосного агрегата.

Усилия, развиваемые пневмоприводом, обычно меньше уси­лий, развиваемых гидроприводом тех же размеров; это связано с тем, что силовое давление воздуха в промышленных пневмосетях составляет обычно 0,4... 0,6 МПа.

Пневматический вра­щательный привод целесообразно применять там, где необходи­мо обеспечить высокое число оборотов при сравнительно неболь­шой мощности (переносные шлифовальные круги, ручные дрели и т.п.). При необходимости плавно изменять число оборотов ис­пользуют гидравлический вращательный привод.

Преимуществом мембранного привода является отсутствие подвижных уплотнений, так как рабочим элементом служит мембрана с жестким центром; это обусловливает высокое качество уплотнения и совсем незначительное влияние сил трения. Недостаток мембран - в слишком коротком ходе и ограниченной передаче усилия с мембраны на шток. Последнее связано с тем, что усилие, развиваемое сжатым воздухом, затрачивается на преодоление сил упругости мембраны, поэтому в предельном положении шток не передает усилие.

Пневмоцилиндры конструктивно подобны гидроцилиндрам, за исключением того, что в них предусмотрена смазка скользящих пар, обычно путем установки по обе стороны уплотнительных колец 7, 8 (рис. 2) и сальниковых войлочных колец 1—4, пропитываемых специальными смазочными составами. Штоковая уплотнительная пара помимо этих колец снабжается дополнитель­ной набивкой 6, периодически подпитываемой смазочным соста­вом через канал 5.

Рис.2. Пневмоцилиндр:

1-4 - войлочные кольца; 5 - канал; 6 - набивка;

7, 8 – уплотнительные кольца

В качестве пневматических двигателей вращательного движе­ния (пневмомоторов) применяют преимущественно пластинча­тые (рис. 3) и поршневые (рис. 4) машины, реже - машины иных типов (шестеренные, винтовые и др.). Принцип их действия тот же, что и соответствующих типов гидромоторов, однако ха­рактеристики существенно отличаются, что обусловлено в основном сжимаемостью рабочей среды (воздуха) и в первую очередь сказывается на индикаторной диаграмме (рис. 4).

Рис. 3. Конструкция (а) и внешняя характеристика (б) пластинчатого

пневмомотора:

/ - канал корпуса; 2 - отверстия; 3 - каналы связи с атмосферой; 4 - ротор;

5 - статор; 6 - пластина; q₁ q₂ - степени заполнения рабочей камеры

На рис. 3, а приведена конструктивная схема пластинчатого пневмомотора вращательного движения. Сжатый воздух подводится через канал 1 корпуса и далее через отверстие 2 в статоре 5 в соответствующую рабочую камеру пневмомотора, образованную двумя смежными пластинами 6 и поверхностями стато­ра 5 и ротора 4. После того как рабочая камера будет отсечена при вращении ротора от каналов 3, заполнение ее сжатым воздухом прекратится, и при дальнейшем вращении объем камеры будет увеличиваться, воздух в ней расширяться, развивая неуравновешенное действие на ограничивающие камеру пластины и, следовательно, крутя­щий момент. При соединении камеры, заполненной расширив­шимся воздухом, с каналами 3 статора воздух удаляется в атмо­сферу.

Регулирование угловой скорости такого пневмомотора осуще­ствляется поворотом его статора 5 относительно оси симметрии корпуса; при этом изменяется продолжительность соединения ра­бочих камер с окном питания, а, следовательно, и степень их на­полнения сжатым воздухом.

На рис. 3, б приведена принципиальная зависимость крутя­щего момента М и мощности N на валу пластинчатого пневмомо­тора от частоты вращения его вала. Максимальная угловая ско­рость имеет место при нулевом крутящем моменте (при отсут­ствии нагрузки), с увеличением которого она снижается. В этом отношении пневмомотор подобен электродвигателю постоянного тока, однако в отличие от него допускает возможность неограни­ченной по времени перегрузки до полной остановки ротора без применения каких-либо защитных устройств.

Угловая скорость ротора обычно регулируется изменением рас­хода сжатого воздуха с помощью дросселя, включаемого обычно во входную магистраль, а величина крутящего момента - изме­нением давления, осуществляемым при помощи регулятора (ре­дуктора) давления.

Пластинчатые пневмомоторы допускают работу при частоте вращения до 10000 мин ^-1, что позволяет применять их в ручных дрелях и высокооборотных шлифовальных машинах.

Применяют нереверсивные и реверсивные пневмодвигатели, причем использование специальных автоматических регуляторов обеспечивает поддержание заданной постоянной мощности на валу двигателя.

На рис. 4 приведена теоретическая (расчетная) индикатор­ная диаграмма пневмодвигателя.

Рис. 4. Расчетная индикаторная диаграмма пневмодвигателя:

1-3, 3', 4 - 6 - граничные точки режимов пневмодвигателя; р - дав­ление в точках /, 2;

р₀ - давление выпуска (давление в точках 4, 5);

заштрихованная часть - фактическая диаграмма

Наполнение объёма между пластинами сжатым воздухом под давлением P происходит на участке 1 - 2 кривой; в точке 2 происходит отсечка окна питания и на участке 2 - 3 - расширение воздуха; в точке 3 объём соединяется с атмосфе­рой и давление мгновенно понижается до атмосферного (до дав­ления выпуска P₀ ); на участке 4 - 5 происходит выталкивание от­работавшего воздуха; в точке 5 происходит отсечка объёма от выпускного окна и далее, на участке 5 - 6 - сжатие оставшегося в объёме воздуха; в точке 6 объём соединяется с нагнета­тельной магистралью и давление в нем мгновенно повышается до P (точка 1), после чего процесс повторяется.

Расширение воздуха после отсечки теоретически может про­исходить как при адиабатном изменении состояния газа (кривая 2—3), так и при изотермном (кривая 2—3'). Фактический про­цесс будет протекать по политропе, которая расположится между кривыми 2—3' и 2—3.

Фактическая индикаторная диаграмма (заштрихованная часть) будет отличаться от рассмотренной. Поскольку при движении ротора объем между пластинами увеличивается, давление в нем снижается; в равной мере начало и конец сброса давления будут растянуты; выталкивание происходит при давлении выше атмосферного [6].