5.3. Устройства регулирования расхода

Расход сжатого воздуха в пневмоприводах обычно регулируют с целью управления скоростями движения выходных звеньев исполнительных механизмов. К примеру, чем больше расход воздуха, поступающего в пнев-моцилиндр, тем выше скорость перемещения штока.

Простейшим пневматическим элементом, позволяющим регулировать расход воздуха, является дроссель. Дроссель — это устройство, обеспечивающее существенное уменьшение площади проходного сечения кана­ла, по которому движется сжатый воздух. Установка дросселя в пневмолинии приводит к возникновению до­полнительного местного сопротивления движению потока воздуха, что и обусловливает снижение расхода.

По существу, дроссель представляет собой щель некоторой длины, имеющую определенные размеры про­ходного сечения. При этом площадь последнего в зависимости от конструктивного исполнения дросселя либо остается постоянной, либо может изменяться путем вращения регулировочного винта. Соответственно дроссель будет называться либо постоянным (рис. 5.34, а), либо регулируемым (рис. 5.34, б).

Рис. 5.34. Пневмодроссели: а — постоянный; б — регулируемый

Если длина щели превышает ее диаметр, дроссель принято называть ламинарным, в противном случае — турбулентным.

При установке дросселя в трубопроводе расход воздуха будет снижаться при протекании потока в любом из двух возможных направлений. Если возникает необходимость регулировать расход только в одном из них и обеспечить свободное протекание потока сжатого воздуха в обратном, то в пневмолинию устанавливают дрос­сель с обратным клапаном (рис. 5.35).

Рис. 5.35. Пневмодроссель с обратным клапаном

В нормальном состоянии тарельчатый обратный клапан 5, в центральной части которого выполнено дрос­селирующее отверстие 3, прижат к седлу 4 пружиной 2. В случае, когда сжатый воздух поступает из канала А в канал В, он протекает только через это отверстие, проходное сечение которого (а следовательно, и расход) можно изменять посредством регулировочного винта 1. Движение воздуха в обратном направлении сопровож­дается подъемом обратного клапана с седла, что позволяет потоку беспрепятственно протекать из канала В в канал А.

Таким образом, поток воздуха дросселируется при движении через дроссель с обратным клапаном в одном направлении и свободно протекает через обратный клапан при движении в противоположном направлении.

Обычно на корпусах пневматических дросселей с обратным клапаном присутствует условное графическое обозначение, на котором расположение обратного клапана относительно присоединительных отверстий стро­го соответствует его позиции в реальной конструкции. Иногда обозначение заменяют стрелкой, указывающей направление дросселирования потока. Это делается для предотвращения неправильной установки данного элемента в системе.

Рассмотрим примеры использования дросселей и дросселей с обратным клапаном для регулирования ско­рости движения штока пневмоцилиндра одностороннего действия (рис. 5.36).

Рис. 5.36. Регулирование скорости движения штока пневмоцилиндра одностороннего действия

При установке регулируемого дросселя без обратного клапана (рис. 5.36, а) скорости прямого и обратного ходов взаимосвязаны, поскольку и входящий в цилиндр, и исходящий из него потоки воздуха проходят через одно и то же сечение дросселирующей щели.

С целью регулирования скорости выдвижения штока (рис. 5.36, б) необходимо применять дроссель с обрат­ным клапаном, причем последний должен быть закрыт при поступлении воздуха в цилиндр. Для регулирования скорости втягивания штока (рис. 5.36, в) дроссель необходимо устанавливать таким образом, чтобы натекаю­щий воздух свободно поступал в цилиндр через обратный клапан и вытекал из него через дроссель.

Управлять скоростью выходного звена пневмоцилиндров двустороннего действия можно дросселировани­ем воздуха в линии нагнетания (регулирование на входе) или выхлопа (регулирование на выходе). Для приме­ра рассмотрим регулирование скорости прямого хода.

При дросселировании натекающего воздуха (регулирование на входе — рис. 5.37, а) рабочая полость за­полняется медленно, столь же медленно возрастает и давление в ней. В связи с этим давление в рабочей полости сильно зависит от колебаний значений нагружающего усилия, а восприятие цилиндром попутной на­грузки (направление действия которой совпадает с направлением движения штока) становится практически невозможным.

Рис. 5.37. Регулирование скорости движения штока пневмоцилиндра двустороннего действия

По этой причине скорость движения штока пневмоцилиндра двустороннего действия регулируется преиму­щественно дросселированием воздуха, вытекающего из исполнительного механизма (регулирование на выхо­де — рис. 5.37, б). Сжатый воздух при такой схеме включения дросселя с обратным клапаном свободно посту­пает в поршневую полость цилиндра, тогда как в штоковой создается «подпор», тормозящий поршень. При этом в обеих рабочих полостях поддерживается высокий уровень давления, что обеспечивает плавный ход поршня, практически не зависящий от колебаний значения нагружающего усилия.

Для независимого регулирования скоростей прямого и обратного ходов дроссели с обратными клапанами устанавливают в обеих пневмолиниях, подсоединенных к цилиндру (рис. 5.37, в). При такой схеме установки сжатый воздух свободно проходит в рабочие полости цилиндра через обратные клапаны и вытекает через дроссели, создающие сопротивление отработавшему воздуху.

На представленной схеме оба дросселя с обратным клапаном регулируют скорость прямого хода цилиндра, в то время как скорость обратного хода регулированию не поддается.

При установке дросселей с обратным клапаном (рис. 5.38, а) следует обращать особое внимание на на­правление, в котором дросселируется поток воздуха, поскольку из-за симметричного исполнения корпуса дрос­селя значительно увеличивается вероятность неверного монтажа (рис. 5.38, б).

Рис. 5.38. Дроссели с обратным клапаном и пример неправильной их установки

Часто дроссели, как устройства регулирования скорости движения выходного звена исполнительного меха­низма, устанавливают непосредственно на этом механизме либо на исполнительном распределителе. В таких случаях применяют ввертные конструкции (рис. 5.39).

Рис. 5.39. Ввертные дроссели: а - дроссель с обратным клапаном; б - выхлопной дроссель

Дроссели с обратным клапаном (рис. 5.39, а) ввинчивают в места установки пневматических соединений на исполнительных механизмах, а выхлопные дроссели (рис. 5.39, б), представляющие собой пневмоглушители с встроенной дроссельной иглой, — в выхлопные отверстия пневмораспределителей.

Применение выхлопных дросселей становится неэффективным, если линия подвода воздуха от пневмо-распределителя к исполнительному механизму имеет значительную длину. Этот факт объясняется тем, что объем, в котором сжимается воздух (выхлопная полость цилиндра и трубопровод), оказывается настолько большим, что перемещение поршня уже не вызывает в нем повышения давления в той мере, в какой это требуется для обеспечения эффективного регулирования скорости движения выходного звена.

Преимущество ввертных конструкций состоит в невозможности неправильной установки, поскольку един­ственное имеющееся в них резьбовое соединение однозначно определяет коммутацию с сопрягаемым устрой­ством.

На принципиальных пневмосхемах, при использовании позиционных обозначений в виде цифровых индек­сов, устройствам, регулирующим скорость, присваиваются трехзначные индексы (см. табл. 4). Разделенные точкой первые две цифры этих индексов указывают на исполнительный механизм, скорость движения которого регулируется (рис. 5.40). (Напомним, что в индексе четная цифра после точки означает, что устройство задей-ствуется в процессе выдвижения штока цилиндра, а нечетная — в процессе втягивания.)

Рис. 5.40. Регулирование скорости движения штока пневмоцилиндров

На первый взгляд, можно сделать однозначный вывод о том, что исполнительный механизм будет двигаться с максимально возможной скоростью, если в его выхлопной магистрали отсутствуют дросселирующие устрой­ства. Однако нельзя забывать, что пневмолинии представляют собой гидравлические сопротивления на пути сжатого воздуха. Чтобы отработавший воздух был сброшен в атмосферу, его необходимо «продавить» как минимум через трубопроводы и исполнительный распределитель. Поэтому очевидно следующее: максималь­но возможную скорость исполнительный механизм разовьет лишь в том случае, если сброс воздуха в атмосфе­ру будет осуществляться непосредственно за его рабочей полостью. Реализовать этот вариант можно путем применения клапана быстрого выхлопа (рис. 5.41), который, с одной стороны, свободно пропускает сжатый воздух к исполнительному механизму, а с другой — сбрасывает отработавший воздух непосредственно в ат­мосферу.

Рис. 5.41. Клапан быстрого выхлопа

При подаче сжатого воздуха в канал А запорный элемент смещается в сторону отверстия выхлопа R и перекрывает его, освобождая путь в канал В. Подача воздуха в канал В сопровождается перекрытием канала А (т. е. отсечением присоединенных пневмолиний) и сбросом отработавшего воздуха в атмосферу через канал R. (Обратим внимание, что условное графическое обозначение клапана быстрого выхлопа четко отражает принцип его функционирования.)

Клапаны быстрого выхлопа на принципиальных пневматических схемах также обозначают трехзначными цифровыми индексами (рис. 5.42).

Рис. 5.42. Принципиальная пневматическая схема с клапанами быстрого выхлопа

Регулирование скорости движения исполнительных механизмов не ограничивается только использованием дросселей и клапанов быстрого выхлопа. Существует множество схемных решений с применением клапанов давления, дополнительных емкостей, внешних тормозных устройств и др. Все указанные способы регулирова­ния, как правило, связаны с необходимостью размещения дополнительных устройств и вследствие этого обус­ловливают увеличение размеров, массы и стоимости привода.