Устройство и принцип работы элементов, входящих в пневмопривод (пневматический привод)

УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП РАБОТЫ ЭЛЕМЕНТОВ, ВХОДЯЩИХ В ПНЕВМОПРИВОД

Пневматический привод (рис. 1) состоит из пневмоцилиндра 1, пневмораспределителя 2, регулируемого дросселя с обратным клапаном 3 и, непосредственно, трубопровода 4.

Рис. 1. Элементы пневматического привода

Рис. 2. Конструкция пневматического цилиндра

По конструкции этот пневматический цилиндр (рис. 2) будет двухстороннего действия с односторонним штоком, включающий в себя следующие детали: шток 1, поршень 2, гайку для поршня 3, гильзу 4, переднюю 5 и заднюю 6 крышки, грязесъемное кольцо 7, штоковые 8 и поршневые 9 манжеты, направляющую втулку 10, резиновые кольца 11, шпильки 12 и гайки 13.

Шток 1 предназначен для передачи усилий от поршня 2 для перемещения объекта, прикрепленного к нему. В качестве опоры он имеет направляющую втулку 10, а для предотвращения попадания загрязняющих частиц в полость цилиндра снабжен грязесъемным кольцом 7.

Поршень закреплен на штоке при помощи гайки 3 и служит для разделения полости пневмоцилиндра. Он двигается в гильзе 4 ─ цилиндрической камере, ─ диаметр и длина которой зависит от диаметра и расстояния перемещения поршня. Передняя 5 и задняя 6 крышки замыкают с обеих сторон гильзу и, вместе с резиновыми кольцами 11, обеспечивают ее герметичность. Для фиксации крышки стягиваются шпильками 12 и закручиваются гайками 13.

Штоковая манжета 8 используется для герметичного разделения между окружающей средой и штоковой камерой, а поршневые 9 ─ между поршневой и штоковой полостями.

Каждая из этих деталей выполняет свою функцию, и отсутствие хотя бы одной из них скажется на работоспособности и эффективности всего пневматического цилиндра в целом.

Принцип действия этого элемента относительно прост: сжатый воздух подается от компрессорной установки или из емкости в штоковую полость, в результате чего давление сжатого воздуха воздействует на поршень, заставляя его перемещаться, до тех пор, пока он не упрется в заднюю крышку (рис. 3). Затем, для осуществления движения поршня в обратном направлении, происходит подача сжатого воздуха в поршневую полость, пока поршень не упрется в переднюю крышку пневмоцилиндра (рис. 4). В результате этих манипуляций шток будет выдвигаться и задвигаться в зависимости от расположения поршня в данный момент. Опустошение поршневой полости пневмоцилиндра будет заметно медленнее из-за установки после него регулируемого дросселя с обратным клапаном, о котором речь пойдет позже.

Рис. 3. Процесс заполнения штоковой полости сжатым воздухом

Рис. 4. Процесс заполнения поршневой полости сжатым воздухом

Направление потоков сжатого воздуха в поршневую и штоковую полости осуществляется с помощью специального устройства ─ пневмораспределителя.

Рис. 5. Конструкция пневматического распределителя

Данный пневматический распределитель (рис. 5) имеет 4 подводимые линии и 2 положения золотника, из-за чего его обозначение 4/2. В его конструкцию входят следующие детали: корпус 1, крышка 2, винты 3, золотник 4, электромагнит 5, пружина 6 и уплотнение 7.

В корпусе 1 имеется несколько каналов и отверстий, по которым происходит циркуляция сжатого воздуха при его подаче. С помощью винтов 3, к корпусу пневмораспределителя крепится крышка 2, сняв которую можно произвести чистку или замену комплектующих, и смазку каналов. Внутри распределителя находится золотник 4, имеющий несколько шеек и позволяющий соединять выбранные каналы между собой. Он способен перемещаться в корпусе и тем самым менять схему соединения каналов пневмораспределителя. Для изменения положения золотника здесь применяется электромагнит 5 и пружина 6. Электромагнит находится на одном конце золотника и используется для его смещения в первом направлении, а пружина, расположенная на другом конце, в обратном. Электромагнит и отверстие под него оснащены резьбой, благодаря чему при поломке электромагнита его можно будет быстро заменить. Также между ним и корпусом находится уплотнение 7, препятствуещее сжатому воздуху выходить наружу.

При подаче электрического тока на электромагнит (рис. 6), верхняя часть его штока начинает двигаться в сторону действия катушек, на которые в данный момент подан ток. Шток, расположенный в небольшом углублении золотника, меняя свое положение, начинает воздействовать на сам золотник, тем самым меняя и его положение тоже. А в свою очередь золотник, все дальше отдаляясь от электромагнита, воздействует на пружину и сжимает ее. Благодаря перемещению золотника происходит соединение между собой каналов 1 и 2, и 3 и 4, соответственно, позволяя сжатому воздуху двигаться в нужном нам направлении. При прекращении подачи электрического тока на катушки (рис. 7), шток расслабляется, давая пружине вернуться в свободное состояние. Так она толкает золотник и возвращает его в исходное положение, который уже соединяет каналы 1 и 4, и 2 и 3. Таким образом, имея один электромагнит и пружину, этот пневматический распределитель имеет одно стабильное состояние, поэтому и называется моностабильным.

Рис. 6. Движение сжатого воздуха по каналам пневматического распределителя

при подаче тока на электромагнит

Рис. 7. Движение сжатого воздуха по каналам пневматического распределителя

при прекращении подачи тока на электромагнит

Говоря конкретно про пневматический распределитель 4/2 следует отметить, что большого использования в пневматике он не получил, т.к. отработавший сжатый воздух в большинстве случаев сбрасывается в атмосферу. В результате чего ему на замену пришел пневматический распределитель 5/2, в котором имеются две раздельные линии для сброса сжатого воздуха.

На одной части трубопровода между пневмоцилиндром и пневмораспределителем находится регулируемый дроссель с обратным клапаном, объединяющий в себе функции, с одной стороны, регулирование расхода сжатого воздуха, а с другой ─ протекание большего объема сжатого воздуха в одном направлении и меньшего в противоположном. Он содержит в себе (рис. 8): корпус 1, крышку 2, регулировочный винт 3, пружину 4, тарельчатый обратный клапан 5 и уплотнение 6.

Рис. 8. Конструкция регулируемого дросселя с обратным клапаном

Принцип его действия заключается в следующем: сжатый воздух поступает по каналу, расположенному в корпусе 1, в сторону пневматического распределителя и протекает только через дросселирующее отверстие, проходное сечение (а, следовательно, и расход), которого можно изменять посредством регулировочного винта 3, ввинчиваемого в крышку 2 (рис. 9). В этот момент обратный клапан 5 прижат пружиной 4 к корпусу. Движение воздуха в обратном направлении сопровождается подъемом обратного клапана с седла, что позволяет ему беспрепятственно протекать в сторону пневматического цилиндра (рис. 10). Скорость протекания воздуха в первом случае меньше, чем во втором, поэтому некоторый объем воздуха, не успевший выйти, остается в поршневой полости пневмоцилиндра и тем самым затормаживает поршень со штоком.

Уплотнение 6 не допускает выходить сжатому воздуху между корпусом и крышкой элемента.

Рис. 9. Протекание сжатого воздуха в регулируемом дросселе с обратным клапаном

в сторону пневматического распределителя

Рис. 10. Протекание сжатого воздуха в регулируемом дросселе с обратным клапаном

от пневматического распределителя

ПОПРАВКА: Регулируемый дроссель с обратным клапаном в этом пневмоприводе расположен «на входе», но самой функции «на входе» по настоящему не выполняет, т.к. поступление сжатого воздуха из пневмораспределителя через него в пневмоцилиндр должно осуществляться ТОЛЬКО через дросселирующее отверстие, а движение в обратном направлении  с поднятием тарелочки обратного клапана. Поэтому для корректного выполнения функции «на входе» следует регулируемый дроссель с обратным клапаном переподключить, как показано ниже (поправка 1).

Поправка 1. Подключение «на входе»

Все элементы пневматического привода соединены между собой трубопроводом, который крепится к каждому из них при помощи штуцерного соединения (рис. 11). Сам штуцер 1, оснащенный резьбой с обеих сторон, одним концом ввинчивается в резьбовое отверстие оборудования 2, а вторым, при помощи накидной гайки 3, крепится к трубопроводу 4. Для герметичности создаваемого соединения, между элементом пневматической линии и штуцером располагают уплотнительное кольцо 5.

Рис. 11. Штуцерное соединение при помощи переходного штуцера

Рис. 12. Штуцерное соединение при помощи проходного штуцера

В соединении компонентов пневмопривода принимают участие два типа штуцеров: переходной и проходной (рис.12), выполненные по ГОСТ 21857-78 и ГОСТ 21856-78 соответственно.

Переходные штуцера используются для перехода с оборудования на трубопровод и наоборот, а проходной ─ для перехода с пневматического цилиндра сразу на регулируемый дроссель с обратным клапаном, минуя переход через трубопровод.