573

ГИДРОПНЕВМОАВТОМАТИКА

Омск 2012

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия (СибАДИ)»

Кафедра подъемно-транспортных, тяговых машин и гидропривода

ГИДРОПНЕВМОАВТОМАТИКА

Методические указания к лабораторным работам по дисциплинам «Гидроавтоматика», «Гидравлические системы управления и средства гидропневмоавтоматики»

Составители В. Н. Гудинов, Н. Г. Скабкин, И.А. Семенова

Омск Издательство СибАДИ

2012

2

УДК 532.542: 626.226 ББК 39.71-022.82

Рецензент к.т.н., доц. А.А.Руппель

Гидропневмоавтоматика: Методические указания для выполнения лабора-

торных работ по дисциплинам «Гидроавтоматика», «Гидравлические системы управления и средства гидропневмоавтоматики» / Сост. В. Н. Гудинов, Н. Г.

Скабкин, И.А. Семенова – Омск : СибАДИ, 2012. – 43 с.

Методические указания содержат общие сведения о пневматических приво-

дах машин-автоматов и элементах пневматических систем управления. Приве-

дены описания лабораторных стендов и правила выполнения лабораторных ра-

бот. Методические указания предназначены для студентов очной и заочной форм обучения по направлениям 190100 «Наземные транспортные системы», «Наземные транспортно-технологические комплексы», 220300 «Автоматизиро-

ванные технологии и производства», 190200 «Транспортные машины и транс-

портно-технологические комплексы», 220700 «Автоматизация технологических процессов и производств».

Ил. 37. Табл. 4. Библиогр.:6

©В.Н.Гудинов, Н. Г. Скабкин, И.А.Семенова 2012

©Издательство СибАДИ, 2012

3

ВВЕДЕНИЕ

Пневматические системы управления и приводы нашли широкое применение для механизации и автоматизации производственных процессов в различных отраслях машиностроения.

В последнее время реализация схем автоматики все чаще осуществляется на базе пневматических устройств высокого давления, особенно малогабаритных воздухораспределителей. Эти устройства предпочтительны для построения систем управления не очень большой сложности с относительно невысокими требованиями к быстродействию и долговечности и в этих условиях имеют по сравнению с устройствами низкого и среднего давления следующие основные преимущества: управление исполнительными механизмами без промежуточного усиления командных сигналов, менее тщательную очистку воздуха, простоту наладки и обслуживания.

Для построения более сложных систем управления технологическим оборудованием в машиностроении широко используются устройства универсальной системы элементов промышленной пневмоавтоматики (УСЭППА). УСЭППА включает в себя пневматические элементы непрерывного, дискретного и непрерывно-дискретного действия.

Целью работ является изучение студентами назначения, устройства и принципа действия пневматических аппаратов высокого и среднего давления, а также приобретение навыков собирания практических схем управления исполнительными устройствами, овладение методикой экспериментального исследования статических и динамических характеристик пневмореле, приобретение навыков монтажа схем, реализующих различные логические функции.

1.ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1.1.Общая структура пневматической системы

Пневматическая система машин-автоматов (рис. 1) состоит из ис-

полнительных устройств, задатчиков закона движения, распределительных устройств, узла подготовки воздуха, датчиков состояния и управляющего устройства.

4

Исполнительным устройством (ИУ) называется устройство, слу-

жащее для перемещения рабочих органов машины (например, пневматический цилиндр, мембранное ИУ, двигатель вращательного движения и т. д.).

Задатчиком закона движения называется устройство, позволяющее осуществить перемещение рабочего органа при помощи исполнительного устройства в соответствии с заданной зависимостью пути от времени, то есть с заданным законом движения (например, регулируемые дроссели, тормозные устройства).

Распределительным устройством или распределителем называ-

ется устройство, предназначенное для реверсирования ИУ путем изменения потоков воздуха, подаваемого из магистрали в рабочие полости, и связи выхлопных полостей с атмосферой.

Управляющие

устройства

Распределительные

устройства

Узел подготовки воздуха

Рис. 1. Структурная схема пневматической системы

Датчики состояния преобразуют механические или какие-либо другие виды сигналов, характеризующие состояние ИУ, внешней среды (давление, температуру и т. п.), в пневматические (а также электрические и др.) сигналы и подают их в управляющее устройство.

Управлявшее устройство или система управления осуществляет автоматическое (или полуавтоматическое) переключение распределителей в соответствии с заданными условиями работы, обеспечивая

5

требуемую последовательность работы исполнительных устройств (заданную циклограмму). Система управления вырабатывает управляющие сигналы в соответствии с состоянием рабочих органов машины и в зависимости от состояния внешней среды в данный и предыдущий моменты времени.

Взависимости от заданных условий работы выбирается вид управляющего устройства, например, командоаппарат, или же система, построенная на релейных пневматических логических элементах.

Узел подготовки воздуха включает в себя ряд специальных устройств, в которых осуществляется удаление влаги, твердых частиц и введение распыленного масла, если воздух подается в распределители

иисполнительные устройства с подвижными уплотнителями.

1.2.Пневмодвигатели

Вкачестве исполнительных устройств в пневматических системах используются пневмодвигатели, которые предназначены для преобразования энергии сжатого воздуха в энергию движения выходного звена. Они предназначены для приведения в движение рабочих органов машин, выполнения различных вспомогательных операций (например, зажима, фиксации, транспортирования, подъема и т. д.). По характеру движения выходного звена пневмодвигатели подразделяют на пневмоцилиндры (с поступательным движением выходного звена); поворотные пневмодвигатели (с ограниченным углом поворота выходного звена) и пневмомоторы (с неограниченным вращательным движением выходного звена). Наибольшее распространение получили пневмоцилиндры, в которых происходит преобразование потенциальной энергии сжатого воздуха в механическую энергию поршня.

На рисунке 2 приведены условные обозначения по ГОСТ 2782-68 основных типов пневмоцилиндров.

Впневмоцилиндрах одностороннего действия давление сжатого воздуха действует на поршень только в одном направлении, в другую сторону поршень перемещается под действием внешних сил (рис. 2, а) или пружины (рис. 2, б). Такие пневмоцилиндры с пружинным возвратом обычно используют для небольших перемещений.

Впневмоцилиндрах двустороннего действия перемещение поршня со штоком происходит в двух противоположных направлениях: (рис. 2, в) – с односторонним штоком, (рис. 2, г) – с двусторонним штоком.

6

Пневмоцилиндры этого типа нашли наибольшее применение в промышленности.

Сдвоенные пневмоцилиндры (рис. 2, д, е) рекомендуется использовать в тех случаях, когда диаметр пневмоцилиндра ограничен конструктивными особенностями механизма.

Телескопические пневмоцилиндры (рис. 2, ж) используются для устройств со значительной величиной перемещения рабочего органа при ограниченном осевом габарите цилиндра в исходном положении.

Мембранные пневмодвигатели (рис. 2, з) одностороннего и двустороннего действия применяют в случае тяжелых условий работы, обусловленных повышенной загрязненностью окружающей среды, а также в устройствах с ограниченной величиной перемещения.

Сильфонные пневмодвигатели (рис. 2, и) применяют, как правило, в датчиках и в специальных устройствах с небольшой величиной хода и усилий.

Камерные пневмодвигатели (рис. 2, к) используются для зажима деталей при необходимости зажима в нескольких точках.

Шланговые пневмодвигатели (рис. 2, л) применяются в транспортирующих устройствах со значительной величиной перемещений (до 10 м и более).

Многопозиционные пневмоцилиндры (рис. 2, м – сдвоенные цилиндры; рис. 2, н – однопоршневые с отверстиями в гильзе; рис, 2, с – многопоршневые) применяются в устройствах позиционирования, переключения передач и других механизмах, обеспечивающих несколько фиксированных положений рабочего органа.

Ударные пневмоцилиндры (рис. 2, п) используются в устройствах, где требуется высокая скорость перемещения рабочего органа, например, в штампах.

Пневмоцилиндры с гибким штоком (рис. 2, р) обеспечивают большие перемещения при минимальных размерах цилиндра, применяются для операций транспортирования, хонингования, полирования, шлифования и т. п.

Вращающиеся пневмоцилиндры (рис. 2, с, т) используются в зажимных устройствах станков для обработки пруткового материала и штучных заготовок.

7

1.3. Направляющая аппаратура

Направляющая аппаратура предназначена для изменения направления потока сжатого воздуха путем полного открытия или закрытия рабочего проходного сечения.

К этой группе относятся пневмораспределители, обратные пневмоклапаны, пневмоклапаны быстрого выхлопа, последовательности, выдержки времени, логические (ИЛИ; И).

Пневмораспределители предназначены для изменения направления или пуска и останова потоков сжатого воздуха в двух или более внешних пневмолиниях в зависимости от внешнего управляющего воздействия. На рисунке 3 приведены классификация основных видов пневмораспределителей и их условные обозначения в соответствии с ГОСТ 2.781-68.

Число внешних линий определяет линейность распределителя. Применяют в основном двух-, трех-, четырех- и пятилинейные распределители. Распределители для специальных целей, а также крановые применяют с большим числом линий.

п)

8

По числу фиксированных положений распределительного органа различают двух-, трех- и многопозиционные распределители.

Наибольшее применение получили двухпозиционные распределители, распределительный орган которых может занимать одно из двух крайних положений. Распределительный орган трехпозиционных пневмораспределителей при отсутствии управляющего воздействия занимает среднее положение. Двухпозиционные пневмораспределители могут иметь одностороннее и двустороннее управление (трехпозиционные – только двустороннее). Под односторонним понимают такой вид управления, при котором для переключения распределительного элемента управляющее воздействие прикладывается только к одному чувствительному элементу и в одном направлении, а возврат в исходное положение происходит после снятия управляющего воздействия под действием сил механической или пневматической пружины. При двустороннем управлении для приведения распределительного элемента в заданное состояние необходимо управляющее воздействие приложить к соответствующему чувствительному элементу.

Важным функциональным признаком распределителей является вид и способ управления. Схемы классификации основных видов и способов управления изображены на рисунках 3 и 4.

Обратные пневмоклапаны предназначены для пропускания сжатого воздуха только в одном направлении.

Пневмоклапаны быстрого выхлопа служат для повышения быст-

родействия пневмоприводов путем уменьшения сопротивления выхлопной линии.

Пневмоклапаны последовательности предназначены для контроля рабочего цикла по давлению в пневматических системах управления путем выдачи пневматического сигнала при возрастании контролируемого давления до заданной величины.

Логический пневмоклапан ИЛИ предназначен для выдачи выходного пневматического сигнала при подаче одного или двух выходных сигналов.

Логический клапан И предназначен для выдачи выходного пневматического сигнала только при наличии двух входных сигналов.

9

Воздухораспределители

Рис. 3. Классификация распределителей