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

УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП РАБОТЫ ЭЛЕМЕНТОВ, ВХОДЯЩИХ В ПНЕВМОПРИВОД

Пневматический привод, спроектированный в данной курсовой работе, имеет: пневмоцилиндр двустороннего действия с демпфированием в конце хода 1; бистабильный 5/2-пневмораспределитель с электропневматическим управлением 2; нерегулируемые (постоянные) дроссели 3; трубопровод 4. На выхлопных отверстиях пневмораспределителя 2 установлены глушители 5. Элементы пневмопривода соединены между собой трубопроводом, который крепится к каждому из них штуцерным соединением 6.

Рис. 1. Элементы пневматического привода

Рассмотрим отдельно каждый элемент пневмопривода. Конструктивно пневмоцилиндр состоит (рис. 2) из гильзы 1; передней и задней крышки 3 и 2; поршня 5, закрепленного с двух сторон

Рис. 2. Конструкция пневмоцилиндра

демпфирующими втулками 6 на штоке 4; на поршне 5 установлены поршневые манжеты 7 для герметичного разделения поршневой штоковой полости; в крышках цилиндра 3 и 2 установлены уплотнительные кольца 8 и дроссельный винт 9; для герметичного уплотнения между крышками 3 и 2 и гильзой 1 устанавливается резиновое кольцо 10; в передней крышке 3 устанавливается направляющая втулка 11, которая служит опорой для штока пневмоцилиндра; также в передней крышке 3: установлены штоковая манжета 12 для герметичности штоковой полости и грязесъёмное кольцо 13 для предотвращения попадания загрязняющих частиц в штоковую полость. Гильза 1, крышки 3 и 2 скреплены шпильками 14 и гайками 15.

Принцип действия пневмоцилиндра основан на преобразовании энергии сжатого воздуха в механическое усилие. Пневмоцилиндр двойного действия вырабатывает рабочее усилие при прямом и обратном ходе.

Работа пневмоцилиндра выглядит так: сжатый воздух поступает в одно из двух входных отверстий на крышке пневмоцилиндра и заставляет поршень двигаться вперед и назад, чередуя эти отверстия. Таким образом, поршень совершает возвратно-поступательное движение. Когда сжатый воздух поступает в отверстие задней крышки и заполняет поршневую полость, поршень отходит от крышки и «толкает» шток наружу. Это движение называется прямым ходом или «толкающим» движением (рис. 3).

Рис. 3. Работа пневматического цилиндра на «толкание»

Когда сжатый воздух поступает в отверстие на передней крышке, сжатый воздух заполняет штоковую полость. Это движение называется обратным ходом или «втягивающим» движением (рис. 4).

Рис. 4. Работа пневматического цилиндра на «втягивание»

Данная конструкция позволяет цилиндру иметь возможность совершать торможение без наличия дополнительных устройств. Такая возможность появляется из-за введения в традиционную конструкцию дополнительных элементов. По обе стороны поршня устанавливаются втулки демпфера 6, а в крышках цилиндра 3 и 2 – уплотнительные манжеты 8 и дроссель 9.

Принцип торможения таков: поршень движется от удаленной от него в этот момент крышке с максимальной скоростью. При подходе поршня к крышке цилиндра втулки демпфера 6 входят в уплотнительные манжеты 8, происходит «запирание» некоторого объема отводимого из цилиндра воздуха в полости А, которая только что была соединена с атмосферой (рис. 5).

Рис. 5. Процесс торможения поршня

Теперь воздух из этой полости может вытесняться в атмосферу лишь через отверстие малого диаметра в дросселе 9, величину проходного сечения которого можно изменять.

Между крышкой и поршнем образуется «воздушная подушка». При дальнейшем движении поршня воздух в запертом объеме начинает сжиматься, давление возрастает, что приводит к торможению поршня. Регулированием дросселя подбирается его постоянное сечение таким образом, чтобы торможение происходило без ударов о крышку и без резкой остановки поршня при входе манжеты в полость крышки.

При изменении направления движения сжатый воздух свободно поступает под поршень через дроссель, что обеспечивает быстрое трогание цилиндра с места (рис.6).

Рис. 6. Процесс «разгона» поршня в начале хода

В конструкциях такого типа важно правильно отрегулировать проходное сечение дроссельного винта, так как сильная затяжка винта может привести к полной остановке поршня, что может привести к неисправности всей пневмосистемы или же при откручивании винта, наоборот, может увеличить силу удара поршня об крышку, что даже при краткосрочном периоде работы это может привести к разрушению самого цилиндра, или технологического оборудования, составным элементом, которого, он является.

Для направления потоков сжатого воздуха в поршневую и штоковую полости, а также соединения их с атмосферой или линией сброса осуществляется с помощью специального устройства - пневматического распределителя.

В этом пневмоприводе используется бистабильный 5/2-пневмораспределитель с электропневматическим управлением (рис. 7).

Рис. 7. Бистабильный 5/2-пневмораспределитель

с электропневматическим управлением

Распределитель на рис. 7 представляет собой базовый распределитель с двусторонним пневматическим управлением 1 и комбинацию двух пилотных электромагнитных 3/2 пневмораспределителей 2 расположенных на концах базового распределителя. Сжатый воздух подводится к пилотным распределителям, располагающимся, как правило, на торцах базового распределителя, по специальным каналам 3, выполненным в корпусе последнего и соединенным с входным отверстием. Запорно-регулирующим элементом (ЗРЭ) в данном распределителе является золотник 4, который движется в базовом распределителе. Пилотные электромагнитные 3/2 пневмораспределители 2 скреплены с базовым распределителем 1 винтами 5.

Принцип работы бистабильного 5/2-пневмораспределителя с электропневматическим управлением: при подаче напряжения на одну из катушек срабатывает соответствующий пилотный распределитель, и сжатый воздух движется по каналам 3 к торцу золотника 4 и направляет его в нужную позицию.

Вследствие этого, при подаче напряжения на правую катушку золотник движется влево. Таким образом, напорная магистраль через отверстие 1 и 2 соединена со штоковой полостью пневмоцилиндра, а поршневая полость через отверстия 4 и 5 соединена с атмосферой (рис. 8).

Рис. 8. Работа распределителя при подаче напряжения на правую катушку

Аналогичным образом, при подаче напряжения на левую катушку, золотник движется вправо; напорная магистраль через отверстия 1 и 4 соединена с поршневой полостью пневмоцилиндра, а штоковая полость через отверстия 2 и 3 соединена с атмосферой (рис. 9).

Рис. 9. Работа распределителя при подаче напряжения на левую катушку

Отдельно рассмотрим конструкцию и принцип работы пилотных электромагнитных 3/2 пневмораспределителей, находящихся на торцах базового распределителя. В более широком понимании, он известен как электромагнитный (соленоидный) клапан.

В такой конструкции пневмораспределителя (рис. 10) роль запорно-регулирующего элемента играют специальные клапана 5 и 11, которые расположены на торцах якоря 3 и удерживаются пружиной 4 в нем, а якорь соответственно помещается в гильзу 7, ввинченную в корпус 1.

Рис. 10. Конструкция и принцип работы 3/2 пневмораспределителя

Снаружи гильза 7 охватывается приводной электромагнитной катушкой 8.  Если электромагнитная катушка обесточена, якорь 3 прижат пружиной 10 к седлу клапана 12, перекрывая канал Р, по которому подводится сжатый воздух; выходной канал А соединен с атмосферой через пазы на наружной поверхности якоря. Напряжение на катушку 8 подается через присоединительный элемент — коннектор 9, при этом якорь 3, преодолевая усилие пружины 10, поднимается до седла клапана 6, закрывая канал R выхода воздуха в атмосферу и открывая канал, соединенный с отверстием для  подведения сжатого воздуха. Сжатый воздух подается в линию потребителя (канал А).

Данный пилотный распределитель имеет ручное дублирование. В нашем случае это специальное поворотное устройство 2. Обычно он используется при  пусконаладочных работах или при поиске неисправности, если распределитель срабатывает от элемента ручного управления, это свидетельствует о том, что не работает катушка. Включают пневмораспределитель проворотом специального устройства, механически поднимающего якорь с седла клапана (рис. 11).

Рис. 11. Использование поворотного устройства

при нерабочей электромагнитной катушке

После проверки работоспособности распределителя элемент ручного управления необходимо выставить в положение, не препятствующее свободному перемещению якоря.

Бистабильный 5/2-пневмораспределитель благодаря своему устройству обеспечивает более быстрое срабатывание и стабильную работу. Иногда распределители такого типа называют импульсными, поскольку для их срабатывания достаточно подать кратковременный (импульсный) управляющий сигнал.

Для регулирования скорости поршня между пневмоцилиндром и распределителем установлены нерегулируемые (постоянные) дроссели (рис.12).

Рис. 12. Нерегулируемый (постоянный) дроссель

Пневматические дроссели – это устройства, предназначенные для регулирования расхода сжатого воздуха за счет изменения площади проходного сечения канала, с целью, изменения скорости движения выходных звеньев исполнительных элементов. В нашем случае используется нерегулируемый (постоянный) дроссель, площадь проходного сечения изменить нельзя. По сути, дроссель представляет собой щель некоторой длины, имеющую определенные размеры проходного сечения.

На выхлопных отверстиях распределителя расположены глушители (рис. 13). Глушитель – это устройство для снижения уровня шума от выходящих в атмосферу газов или воздуха.

Рис. 13. Глушитель

Конструктивно глушитель состоит из корпуса 1 на конце, которого имеется наружная присоединительная резьба и шестигранник под ключ и шумогасящего пористого материала 2. При прохождении воздуха через пористый материал происходит изменение воздушного потока и значительное снижение его скорости. Часть потоков, отражаясь от внутренней поверхности, и двигаясь в противоположных направлениях, полностью или частично компенсируют друг друга. Снижение скорости приведет к уменьшению давления воздуха, выходящего из глушителя, и как следствие, звука.

Все элементы данного пневматического привода соединены между собой штуцерными соединениями. В нашем случае используется переходной штуцер по ГОСТ 21857-78 «Соединения трубопроводов резьбовые. Штуцера переходные». Пример штуцерного соединения показан на рис. 14.

Рис. 14. Пример штуцерного соединения

Сам штуцер 1 со стоит из двух присоединительных концов, выполненных по ГОСТ 22525-77 «Соединения трубопроводов резьбовые. Концы корпусных деталей под накидные гайки». С одной стороны, один конец ввинчивается в резьбовое отверстие корпуса 4, а с другой – крепится к трубопроводу 3 при помощи накидной гайки 2. Для герметичного соединения между штуцером 1 и корпусом 4 располагается уплотнительное кольцо 5.