6.6. Пневматичні виконавчі механізми

Повітря для пневматичних приладів

У пневмоавтоматиці основним джерелом енергії є стиснене повітря.

Робочий діапазон зміни вхідних і вихідних пневматичних сигналів приладів і засобів автоматизації звичайно перебуває в межах 20... 100 кПа.

Номінальний нормальний живильний тиск стисненого повітря становить 140 кПа ±10 %.

Крім нормального діапазону тисків обчислювальні пневматичні прилади працюють також у низькому діапазоні робочих тисків 0... 1000 Па.

Робота приладів у низькому діапазоні тисків має наступні переваги:

• стає можливим використання лінійних дроселів, необхідних для реалізації точних математичних операцій;

• споживання повітря знижується в 10... 100 раз;

• потужність, споживана пневматичними агрегатами, у порівнянні з потужністю, споживаної при роботі в нормальному діапазоні тисків, менше в 1000... 10000 раз;

• розміри прохідних перетинів дроселів збільшуються, що запобігає їхньому засміченню.

Низький тиск доцільний у приладах обчислювальні операції, що здійснюють.

Для живлення виконавчих механізмів необхідні високі тиски.

Стиснене повітря для живлення пневматичних пристроїв повинен бути очищений від пилу, вологи й масла; відносна вологість повітря при 20"З не повинна перевищувати 50...60 %.

Системи автоматизації при мінусових температурах, а також точні пневматичні обчислювальні прилади вимагають зниження вологості живильного повітря до 2...3%, що запобігає випаданню в них вологи при низьких температурах навколишнього повітря (-30...-40°С). Для такого глибокого осушування повітря застосовують двоступінчасті дегідраторы.

Повітря являє собою суміш газів, головним чином азоту й кисню, що становлять по вазі відповідно 75,6 і 23,1%.

Стан повітря визначається двома величинами: його питомою вагою в і температурою t, від яких залежать усі інші його параметри, у тому числі й тиск p, щільність, питомий обсяг v і ін.

Основні параметри, що характеризують стан повітря, а також формули для їхнього розрахунків наведені у відповідній довідковій літературі.

Пневматичні дроселі й розподільники

Дросельні органи призначені для створення опору плину повітря. Вони діляться на постійні, регульовані й змінні. Опір постійних дроселів не змінюється під час роботи пневматичного пристрою; опір регульованих дроселів перенастроюється вручну, а змінних - змінюється без участі людини під час роботи пневматичних пристроїв.

По характеру плину повітря в каналах дроселі підрозділяють на турбулентні й ламінарні. Для турбулентних дроселів характерні малі відносини довжини каналу до діаметра. Плин у дроселях такого типу звичайно ухвалюють адіабатичним. Ламінарні дроселі характеризуються більшими відносинами їх довжини до діаметра.

Розподільники стисненого повітря (повітророзподільники, пневморозподільники) - це пристрої для включення/відключення подачі повітря або зміни напрямку потоку повітря, що подавати до різних пристроїв пневматичної системи. По конструкції механізмів, що відкривають і закриваючих впускні й вихлопні отвору, розрізняють розподільники клапанні, золотникові й кранові. При дистанційному керуванні на розподільники подається електричний або пневматичний сигнал.

У поршневих, що стежать пневмоприводах у якості розподільників найчастіше використовуються циліндричні золотники, конструкції яких аналогічні гідравлічним.

Пневматичні підсилювачі

Пневматичні підсилювачі (ПП) призначені для посилення сигналів по потужності й тиску. ПП діляться на два класи:дросельні й струминні. Найпоширеніші дросельні ПП типу сопло-заслінка й золотники. Підсилювач типу сопло-заслінка є окремий випадок міждросельної камери. До струминних підсилювачів ставиться струминна трубка.

Золотникові ПП по своїй конструкції й принципу дії практично не відрізняються від аналогічних гідравлічних золотникових підсилювачів.

Через малу в'язкість повітря витоку в пневматичних золотниках великі, тому зазор між штоком і втулкою золотника необхідно робити якнайменше ( для золотників з діаметрами 10...25 мм не більш 0,010 мм).

Тому що повітря не має змащувальну здатність, слід уникати конструкцій пневматичних золотників з більшим числом тертьових поверхонь і поєднувати матеріали з гарними антифрикційними властивостями при відсутності змащення.

Перевага пневматичних золотників полягає в тому, що масова витрата повітря, а отже, і гідродинамічні сили, що діють на них, порівняно невеликі. Тому для привода пневматичних золотників можна використовувати малопотужну систему.

Пневматичні приводи

Пневматичний мембранний виконавчий механізм (ПМВМ) - ЇМ, у якому переміщення вихідного органа (штока) досягається зміною тиску повітря на мембрані.

Завдяки простоті пристрою, швидкодії й надійності ці ЇМ одержали широке поширення в промисловості головним чином для переміщення РО в системах автоматичного регулювання й дистанційного керування запірними пристроями, а також для приведення в дію реле різних захисних пристроїв (реле спрацьовує, коли тиск, що діє на мембрану ПМВМ, досягає заданого значення). Основні параметри, що характеризують ПМВМ: діапазон зміни командного тиску повітря, що діє на мембрану, ефективна площа мембрани й хід штока.

Пружним елементом ПМВМ звичайно служить еластична гумовотканинна мембрана. При визначенні зусилля мембрани необхідно враховувати її твердість, збільшення якої зменшує чутливість ПМВМ.

Якість роботи ПМВМ залежить від їхніх статичних і динамічних характеристик.

Статична характеристика визначає залежність ходу штока ПМВМ від зміни тиску, що діє на мембрану; динамічна характеристика - час і характер спрацьовування при зміні вхідного командного тиску.

Динамічні параметри ПМВМ залежать головним чином від часуК наповнення й спорожнювання мембранної камери й задаються звичайно разом з характеристиками трубопроводів, що підводять.

Пневматичний поршневий виконавчий механізм (ППВМ) - виконавчий механізм, у якому переміщення вихідного органа (штока) досягається подачею стисненого повітря в циліндр, постачений поршнем.

ППВМ широко застосовуються в якості приводів у системах пневмоавтоматики, верстатобудуванні для приведення в дію затискних пристроїв і механізмів подачі для гальмування й ін. По конструкції ППВМ аналогічні силовим гідроциліндрам.

Пневмопривод поршневий автоматизований (ППА) - автоматичний керований пневматичний поршневий механізм. ППА широко поширені в металургійній промисловості, машинобудуванні й інших галузях виробництва. Необхідна умова автоматизації пневмоприводіов - оснащення їх розподільниками стисненого повітря з дистанційним керуванням.

При автоматизації верстатів і верстатних ліній застосовують розподільники із пневматичним керуванням, команди на перемикання яких подаються, наприклад від пневматичних шляхових вимикачів. ППА підрозділяються на короткоходові й довгоходовіе.

У короткоходові ППА повітря подається у порожнину, яка розширяється, протягом усього часу їх ходу з одного крайнього положення в інше.

Плавність ходу при необхідності досягається застосуванням пневматичного дроселя. Схеми автоматики короткоходових пневмоприводів порівняно прості й складаються з урахуванням графіка роботи механізмів у технологічному потоці. Командні імпульси в схеми подаються від датчиків автоматики, шляхових вимикачів і т.п.

Для запобігання удару в процесі руху необхідно з високою точністю подавати команди на початок і кінець гальмування протитиском. Такі пневмоприводи автоматизують за допомогою спеціальних мікропроцесорних засобів, які обчислюють для кожного ходу шлях гальмування залежно від швидкості руху поршня й тиску повітря в магістралі.