3. Динаміка роботи пневмоциліндра

Пневмоциліндр призначений для виконання технологічних операцій прямолінійним переміщенням.

Вихідними даними для розрахунку пневмоциліндра є навантаження, яке повинен передавати шток пневмоциліндра виконавчому органу.

Суттєвий вплив на роботу пневмоциліндра має навантаження, яке може діяти:

- на протязі ходу циліндра, наприклад при переміщені виконавчих органів або деталей;

• в кінці ходу поршня (затискання деталей, склеювання тощо).

У даній роботі досліджується робота циліндра при дії навантаження на протязі всього ходу поршня.

На рис.4 наведена схема пневмопривода призначеного для приведення у рух виконавчого органу 3, що складається з пневмоциліндра 2 та керуючого розподільника 1, які з’єднані пневмолініями 1 і 4. Стиснуте повітря підводиться від мережі по пневмолінії 5. Вихід в атмосферу здійснюється через вихідний отвір 6.

Рис. 4. Схема пневмоприводу: 1- керуючий розподільник; 2 – пневмоциліндр; 3 – виконавчий орган; 4 – пневмолінії; 5 – пневмолінія зєднана з пневмомережею; 6 – вихід в атмосферу.

Робочим циклом пневматичного приводу є період його роботи, після виконання якого всі елементи повертаються у вихідне положення.

Прямий хід циліндра, або робочий хід, за яким вважається переміщення поршня циліндра у напрямку дії на поршень найбільшого зусилля, яке виникає під дією стиснутого повітря враховуючи, що активна площа поршня за переміщення зліва на право ( ) більша ніж у зворотному напрямку ( площа менша на величину площі торця приєднаного до поршня штока).

Зворотний хід – переміщення поршня циліндра у зворотному напрямку (холостий хід). Під час зворотного ходу зусилля зменшується (зменшується активна площа), а швидкість збільшується за рахунок зменшення об’єму правої порожнини на величину об’єму штока.

Робоча порожнина або порожнина наповнення - об’єм , у який подається стиснуте повітря при переміщені поршня циліндра з ліва на правою.

Порожнина вихлопу – порожнина протилежна порожнині наповнення і за прямого ходу з’єднана з атмосферою для виходу повітря, треба враховувати що у ній виникає протитиск під час переміщення поршня, що зменшує корисне зусилля на штоку.

Якісна характеристика зміни тиску в порожнинах наповнення і вихлопу наведена ​​на рис. 4.

Тривалість робочого циклу Т_ц складається з суми інтервалів прямого та зворотного ходів.

Рис. 5. Діаграма зміни тиску в двохсторонньому пневмоциліндрі (пунктирною лінією вказано зміни тиску у вихлопній порожнині (правій).

Вихідна позиція.

За вихідну позицію приймемо момент t = 0 коли поршень знаходиться у крайньому лівому положенні:

- ліва порожнина займає мінімальний об’єм, який з’єднаний через розподільник з атмосферою;

- права порожнина знаходиться під тиском (рис.3,а), під дією якого на останньому етані попереднього циклу був здійснений зворотний рух поршня.

Початок робочого циклу здійснюється в результаті перемикання розподільника:

- поширення по трубопроводу від розподільника до порожнини наповнення пневмоциліндра хвилі тиску, а з порожнини вихлопу витікання повітря по трубопроводу 4 через вихід 6 в атмосферу. Тривалість переміщення хвилі тиску незначна, тому у практичних розрахунках нею нехтують.

Перший етап .

надходження повітря під тиском до порожнини наповнення і зростання його до значення, за якого почне рухатись поршень.

Порожнина вихлопу з’єднується з атмосферою, тиск у правій порожнині спадає, але перевищує атмосферний і тому буде чинити опір переміщенню поршня циліндра діючи на площину S₂,

Другий етап.

Рух поршня циліндра.

- рух поршня циліндра почнеться в момент коли у порожнині наповнення тиск р зросте до величини достатньої для його переміщення, тобто на поршень циліндра буде діяти зусилля pS₁ ;

- для початку руху необхідно щоб зусилля pS₁ урівноважило всі сили, які діють на поршень з правої сторони

;

де - корисне зусилля, яке передається виконавчому органу і для якого призначений пневмопривод;

- сила тертя, яка виникає при русі всіх рухомих елементах (поршня, штока, виконавчого органу);

- сила протитиску pS₂ (з огляду незначної величини у практичних розрахунках не враховується);

- сила інерції, виникає лише на етапі розгону (коли прискорення а для всіх рухомих мас m не рівна нулю ( ), при швидкостях які використовуються у пневмоприводі не враховуються;

• при робочому ході всі маси рухаються з практично з усталеною швидкістю.

• при зрушені з місця поршня різко зростає об’єм лівої порожнини, що на короткий проміжок часу частково знижує тиск на незначну величину;

• при русі поршня з усталеною швидкістю у лівій порожнині циліндра тиск завжди менший магістрального з огляду на постійне збільшення об’єму порожнини наповнення;

• швидкістю заповнення лівої порожнини циліндра регулюють швидкість переміщення поршня;

• зниження потоку повітря може призвести до коливань швидкості, тобто до нестабільного переміщення рухомих мас;

• регулюванням виходу повітря з правої порожнини (дроселюванням)

зручно керувати швидкістю поршня;

• рух поршня при прямому та зворотному ході може суттєво відрізнятись за рахунок заповнення правої штокової порожнини штоком.

Третій етап.

Поршень завершує рух і впирається у правий фланець:

- тиск стиснутого повітря у лівій порожнині зростає до вхідного;

- права порожнина зменшується до мінімального об’єму і тиск у ній знижується до атмосферного;

- при значних швидкостях руху мас в кінці ходу може виникнути недопустимий удар, для запобіганню цього в кінці ходу пневмоциліндрів передбачають гальмування.