Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Уральский федеральный университет имени

первого Президента России Б.Н.Ельцина»

Механико-машиностроительный институт

Кафедра электронного машиностроения

УТВЕРЖДАЮ

Зав. кафедрой электронного машиностроения

_____________И.Н. Тихонов

подпись

_________________ 2012 г.

дата

Разработка и исследование дискретных систем пневмоавтоматики

Задания и методические указания к лабораторной работе № 1

по дисциплине «Технические средства автоматизации»

для студентов специальности

220301 – Автоматизация технологических процессов и производств

(в машиностроении)

Екатеринбург

2012

Задания и методические указания к лабораторной работе одобрены на заседании кафедры электронного машиностроения ___________ 2012 г., протокол № ____.

Общие сведения о пневмоавтоматике, лабораторном стенде и правилах выполнения лабораторной работы

Пневматика – отрасль, занимающаяся техническим применением сжатого воздуха. Пневматическая система управления состоит из управляющего и энергетического блока. Управляющий блок принимает и обрабатывает управляющие сигналы; энергетический блок содержит исполнительные элементы (вентили) и приводные механизмы (пневмоцилиндры, пневмодвигатели). Приводные механизмы приводят в движение рабочие органы машин с необходимой скоростью и усилием (крутящим моментом).

Лабораторный стенд производства компании Festo Didactic (Германия) предназначен для изучения систем пневмоавтоматики. Стенд состоит из двустороннего основания (с каждой стороны отдельное рабочее место), двусторонней монтажной плиты, двух компрессоров, двух тумбочек для хранения элементов. Монтажная плита имеет 14 параллельных пазов Т-образного профиля с шагом 50 мм. Пневматические элементы соединяются пластиковым шлангом (внешний диаметр 4 мм), который вставляется в цанговые штуцеры элементов. В лабораторной работе используется учебный комплект TP101, элементы которого рассмотрены ниже.

Система генерации и подготовки сжатого воздуха

Компрессор (рис.1) всасывает воздух из атмосферы и сжимает его. Сжатый воздух накапливается в воздухосборнике (ресивере). Перед подачей в пневмосистему воздух проходит через блок подготовки воздуха (рис.2), содержащий фильтр, регулятор давления с манометром и главный вентиль, подающий сжатый воздух в систему. Фильтр предназначен для удаления из сжатого воздуха твёрдых включений и конденсата. Регулятор давления предназначен для поддержания рабочего давления в системе независимо от колебаний давления в линии питания. Главный вентиль открывается и закрывается вручную. Максимальное давление в ресивере установлено равным 0,6 МПа (6 бар). Регулятор давления в устройстве подготовки воздуха поддерживает давление на входе в пневмосистему на уровне 0,4 МПа (4 бар).

Рис.1. Компрессор

Главный вентиль

Рукоятка регулятора

давления

Рис.2. Блок подготовки воздуха.

В лабораторной установке выход главного вентиля соединяется шлангом (диаметром 6 мм) с коллектором (рис.3). Коллектор имеет 8 выходных линий (для шланга диаметром 4 мм) для подачи сжатого воздуха к разным элементам системы. Линия открывается для прохождения сжатого воздуха только при подключении к ней пневмошланга.

К блоку подготовки воздуха

Рис.3. Коллектор.

Полная пневматическая принципиальная схема системы генерации и подготовки воздуха показана на рис.4.

Рис.4. Система генерации и подготовки сжатого воздуха

В дальнейшем на пневматических схемах не будем изображать подробную схему системы генерации и подготовки сжатого воздуха, а также схему коллектора. Будем использовать общий символ, показывающий подключение некоторой точки системы к источнику сжатого воздуха (рис.5).

Рис.5. Источник сжатого воздуха. Условное обозначение.

Приводные механизмы

В лабораторных работах используются два вида приводных механизмов - пневмоцилиндры одностороннего действия (рис.6) и двустороннего действия (рис.7).

Рис.6. Цилиндр одностороннего действия.

Рис.7. Цилиндр двустороннего действия.

Основными элементами цилиндра одностороннего действия являются корпус, поршень, шток и возвратная пружина. Условное обозначение цилиндра одностороннего действия на пневматических принципиальных схемах показано на рис.8.

Рис.8. Условное обозначение цилиндра одностороннего действия.

Поршень делит внутреннюю часть пневмоцилиндра на две полости (поршневую и штоковую). Сжатый воздух может подаваться только в одну из полостей (поршневую полость). Штоковая полость постоянно сообщается с атмосферой.

При подаче сжатого воздуха за счёт давления на поршень шток движется до упора в крышку цилиндра. При этом пружина сжимается и запасает энергию.

Рис.9. Пояснение принципа работы цилиндра одностороннего действия.

Если давление в поршневой полости цилиндра упадёт (это произойдёт при её отключении от источника сжатого воздуха и соединении с атмосферой), шток цилиндра возвращается в крайнее втянутое положение за счёт энергии пружины. При этом воздух выходит из поршневой полости в атмосферу.

У цилиндра двустороннего действия нет возвратной пружины, а сжатый воздух может подаваться как в поршневую, так и в штоковую полость (внешних линий две).

Условное обозначение цилиндра двустороннего действия на пневматических принципиальных схемах показано на рис.10.

Рис.10. Условное обозначение цилиндра двустороннего действия.

Для выдвижения штока давление должно быть подано в поршневую полость, а штоковая полость должна быть соединена с атмосферой. При этом шток движется до упора в крышку цилиндра (рис.11).

Для втягивания штока давление должно быть подано в штоковую полость, а поршневая полость должна быть соединена с атмосферой. При этом шток движется до упора в днище цилиндра (рис.12).

Рис.11. Пояснение принципа работы цилиндра двустороннего действия. Выдвижение штока.

Рис.12. Пояснение принципа работы цилиндра двустороннего действия. Втягивание штока

При подаче давления в обе полости цилиндра шток останется неподвижным. Сжатый воздух препятствует перемещению штока при воздействии на него внешней силы.