4. Розрахунок часу спрацювання пневмоциліндра

Час робочого ходу (час спрацювання) циліндра - це час переміщення поршня тільки в одному напрямку. У двохсторонньому приводі інтервали часу спрацювання циліндра можуть суттєво відрізнятись.

Розрахунок часу спрацювання пневмоциліндра складний і потребує значних затрат часу, тому на практиці використовують спрощений розрахунок.

Такий розрахунок здійснюють у наступній послідовності:

1. Визначення безрозмірного навантаження χ., яке визначає відношення результуючого зусилля, яку діє на поршень до максимальної можливої сили і виражає ефективність передачі зусилля під дією тиску стиснутого повітря до виконавчого органу .

,

(1)

де F - результуюча всіх сил, які діють на поршень;

р_{м –} тиск у пневмомережі;

S₁ – площа поршня;

Результуюча сила, яка діє на поршень

F = F_кор + F_т + F_в,

де F_кор – корисне зусилля, яке циліндр передає виконавчому органу, і яке визначає навантаження на нього;

F_т – сила тертя всіх рухомих елементів;

F_в – сила ваги всіх рухомих елементів – враховується лише при вертикальному розташуванні циліндра (!), у даній роботі не враховується.

Тоді рівновагу сил відносно поршня можна записати

Розрахунок пневмоциліндрів: вибір діаметру поршня циліндра та тиску стиснутого повітря здійснюється за корисним зусиллям . Корисне зусилля може бути прикладене до поршня циліндра на протязі всього ходу поршня, наприклад, переміщення деталей, переміщення інструмента, або в кінці ходу , наприклад, затис деталей, склеювання.

У даній лабораторній роботі дослідження пневмоциліндра здійснюється під час переміщення вантажу різної ваги на протязі всього ходу поршня, а корисне зусилля визначається зусилля необхідним для переміщення всіх рухомих мас . Наведені вирази враховують зусилля тертя.

2. Визначення безрозмірного конструктивного параметру N, який враховує співвідношення конструктивних параметрів і навантаження на циліндр

;

(2)

де μ₁ – коефіцієнт витрат у вхідній пневмолінії, який враховує втрати масових витрат повітря між пневмомережею та пневмоциліндром;

d₁ – діаметр вхідної пневмолінії

G – вага всіх рухомих елементів;

L - довжина ходу циліндра.

3. Визначення коефіцієнта П, який характеризує пропускну здатність пневмолінії підведення та вихлопу:

;

(3)

μ_1, μ₂ - коефіцієнт витрат підвідної та вихлопної пневмоліній;

f₁, f₂ – площа прохідного перерізу підвідної та вихлопної пневмоліній.

4.Визначення безрозмірний час τ переміщення поршня.

Безрозмірний час переміщення поршня визначається за виразом

,

де t, t_m – час переміщення поршня на всю довжину ходу та час заповнення стиснутим повітрям всього об’єму циліндра.

Для практичних розрахунків τ розраховують за виразом

(4)

5. Дійсне значення часу спрацювання циліндра визначають -

(5)

6. Тоді швидкість переміщення поршня циліндра розраховують за виразом

(6)

5. Схема і робота лабораторної установки

Описана нижче лабораторна установка дозволяє експериментально отримати осцилограму роботи силового циліндра при прямому ході і експериментально визначити швидкість переміщення поршня . Установка (рис. 6) складається з силового циліндра 4, шарнірно закріпленого до основи. До штока циліндра приєднана каретка 5 з трьома вантажами. . На каретці закріплена планка з олівцем 9, встановленим на барабані 7, який обертається електродвигуном 8. Вмикання електричної мережі та обертання барабану здійснюється двома тумблерами на табло.

Підведення стиснутого повітря до установки здійснюється вхідним розподільником 1, через регулятор тиску 2 та трьохпозиційний розподільник.

Рис.6. Експериментальна установка для дослідження пневмоциліндра: 1- вхідний розподільник; 2- редукційний клапан; 3- керуючий розподільник;4- пневмоциліндр; 5 – каретка; 6 – вантажі; 7 – барабан; 8 – електродвигун; 9 – олівець; 10 – табло.

Працює установка в наступний чином. Для забезпечення робочого стану установка під’єднується до пневматичної та електричної мережі. Пневматична мережа під’єднується до пневмоциліндра через вхідний розподільник 1, а електрична - до барабану тумблером на табло.

У вихідному проложені пневмоциліндр має знаходитись у крайньому зліва . На барабані має бути встановлена стрічка міліметрового паперу розміром 125x400 мм з допомогою двох затискачів, з урахуванням напрямку обертання барабану.

З допомогою редукційного клапана 2 встановлюється значення тиску підведеного до пневмоциліндра повітря. Після вмикання тумблера забезпечується обертання барабана. Керуючий розподільник перемикається в право - поршень циліндра здійснює прямий хід. Цей рух записується на стрічці обертового барабана у вигляді осцилограми в координатах час-переміщення, причому вісь абсцис (час) розташовується за колом барабана вздовж стрічки, а вісь ординат (переміщення) - по твірній барабана поперек стрічки. Після завершенням переміщення штока олівець буде описувати пряму лінію на іншому кінці барабана.

Масштаб переміщень на отриманій осцилограмі буде натуральним, тобто .Масштаб часу визначають за виразом:

(7)

де D = 120 мм - діаметр барабана, n- частота обертання барабана.

При частоті обертового двигуна n_Д = 1200 об/хв і передавальному відношенні редуктора

(8)

Тоді

(9)

Дійсний час розраховується за виразом

,

(10)

де ℓ- відстань між початком та кінцем руху поршня в мм.