Пневматическое и гидравлическое оборудование. Приводные системы.

Продукция

Подготовка сжатого воздуха

Пневмораспределители

Клапаны/ Фильтры

Пневмодроссели

Пневматические цилиндры/приводы

Резьбовые соединения / трубки

Контрольно-измерительная аппаратура

Вакуумное оборудование

Оборудование для смазки и обдува

Гидравлическое оборудование

Запорная арматура / шаровые краны

Электромеханический привод

Обратные клапаны

Пневмомоторы

Поворотные пневматические двигатели

В конструкциях путевых и некоторых других мобильных машин существует круг задач, в которых требуется не линейное перемещение выход­ного звена исполнительного механизма, а поворот его на заданный угол в диапазоне от 0 до 360 градусов. Для этого применяют поворотные пневматические двигатели (пневмодвигатели ), чаще всего поршневые или шиберные — пластинчатые.

Рис. 7.1. Поворотные пневмодвигатели

Поршневой поворотный пневмодвигатель с реечной передачей (рис . 7.1, а) выполняют на базе передачи «шестерня — рейка». Шестерня 3 устанавливается на выходном валу 4, входит в зацепление со штоком-рей­кой 2, который жестко связан с поршнями 1 двух разнонаправленных цилиндров одностороннего действия.

При подаче сжатого воздуха в рабочую полость одного из пневмоцилиндров поршни вместе со штоком-рейкой совершают прямолинейное движение, которое посредством реечной передачи преобразуется во вра­щательное (в пределах одного оборота) движение вала. Вал связан с объектом, который необходимо повернуть на некоторый угол (например , с захватным устройством промышленного робота).

Очевидно, что поршневые пневмодвигатели можно выполнить таким образом, чтобы в конце рабочего хода происходило демпфирование, а поршни были снабжены магнитными вставками с целью обеспечения возмож­ности бесконтактного опроса их положения. В некоторых конструкциях предусматривается также регулирова­ние угла поворота.

Максимальный крутящий момент, развиваемый поршневыми поворотными пневмодвигателями, кака правило не превышает 150 Н-м (при диаметре поршней 100 мм).

Пластинчатый (шиберный ) поворотный пневмодвигатель (рис . 7.1, б) устроен таким образом, что сжатый воздух воз­действует на жестко закрепленную на выходном валу 2 пластину 1 (шибер ), расположенную внутри цилиндри­ческой расточки 3 в корпусе 4. Чтобы предотвратить перетекание воздуха из одной рабочей полости двигателя в другую пластину выполняют с резиновым либо пластмассовым покрытием. Угол поворота шибера зависит от размеров корпусного ограничителя 5 и в стандартных конструкциях составляет 90, 180 или 270 градусов. Для установки произвольного угла поворота такие пневмодвигатели снабжают внешними передвижными упо­рами. Они развивают крутящий момент до 250 Н-м.

На принципиальных пневматических схемах поршневые и пластинчатые (шиберные ) пневмодвигатели обозначаются оди­наковыми символами (рис . 7.2).

Рис. 7.2. Условное графическое обозначение поворотных пневмодвигателей:

а — общее; б — с демпфированием в конце хода

Поскольку останов вращающейся массы без демпфирования или при наличии перегрузок создает опас­ность повреждения шестерни или лопасти, то, выбирая подходящий поворотный двигатель, очень важно пра­вильно учесть моменты инерции приводимых во вращательное движение технологических объектов. Значения их должны быть меньше указываемых в промышленных каталогах предельно допустимых значений для выб­ранного типоразмера пневмодвигателя.

Пневмодвигатели вращательного действия, или пневмомоторы, предназначены для преобразования потен­циальной энергии сжатого воздуха в механическую работу и обеспечивают неограниченное вращательное дви­жение выходного вала. Как и другие устройства, работающие на сжатом воздухе, пневмомоторы имеют ряд преимуществ, которые во многих случаях делают их использование предпочтительным с экономи­ческой и технической точек зрения. К этим преимуществам отно­сятся:

простота регулирования скорости вращения и крутящего момента;

возможность полного торможения под нагрузкой без ущерба для конструкции и рабочих качеств пневмомотора;

большой ресурс работы;

нечувствительность к неблагоприятным факторам внешней среды (пыль , влага и др.);

Существует довольно много вариантов конструктивного исполнения пневмомоторов (рис . 7.3), однако не все они нашли широкое применение.

Рис. 7.3. Классификация пневмомоторов

При эксплуатации пневмомоторов существенное значение имеет такой установившийся режим, при кото­ром достигается максимальная производительность машины. Этому режиму соответствуют статические харак­теристики крутящего момента М, мощности N и общего КПД, определяемые теоретически или эксперимен­тально при постоянной частоте вращения п (рис . 7.4).

Как видно на рис. 7 4 мощность пневмомотора достигает максимального значения Nтах при частоте враще­ния п0

0,5пх х (где n x x — частота вращения при холостом ходе), крутящий момент имеет наибольшее значе­ние Мтах при частоте вращения, близкой к нулю.

Номинальной частотой вращения пневмомотора считают такое ее значение, при котором имеет место мак­симум КПД мотора. Для объемных двигателей общего назначения ин= (0 ,30…0,35) n x x. аибольшая экономичность работы пневмомотора достигается именно при номинальной частоте враще­ния, а наибольшая техническая эффективность — при максимальной мощности.

Рис.7 4. Основные рабочие характеристики пневмомоторов

В паспортных характеристиках пневмомоторов обычно указывают максимальную мощность и соответству­ющую ей частоту вращения при рабочем давлении сжатого воздуха, а также номинальную частоту вращения.

Рабочий процесс любого пневмомотора является обратным по отношению к рабочему процессу компрессо­ра соответствующего типа. Если в компрессоре осуществляется процесс преобразования механической энер­гии вращательного движения приводного вала в потенциальную энергию сжатого воздуха на выходе, то в пнев-момоторе, наоборот, энергия сжатого воздуха, поступающего на вход, преобразуется в механическую энергию вращения вала.

Пластинчатые (шиберные ) пневмомоторы

Принципиальная конструктивная схема шиберного (пластинчатого ) пневмомотора (рис . 7.5) практически не отличается от ранее рассмотренной конструктивной схемы пластинчатого компрессора.

Рис. 7.5. Шиберный пневмомотор

При подаче сжатого воздуха в рабочую камеру пневмомотора возникают силы, которые действуют на плас­тины 3, ограничивающие объем камеры. Вследствие эксцентричного расположения ротора 1 относительно статора 2 площади пластин различны, поэтому различаются по величине и действующие на них силы. В точке, после прохождения которой объемы рабочих камер начинают уменьшаться, выполнено отверстие для сброса отработавшего воздуха. От равнодействующей всех приложенных сил возникает крутящий момент, приводя­щий к повороту ротора, в процессе которого увеличиваются объемы части рабочих камер, благодаря чему содержащийся в этих камерах сжатый воздух расширяется. Совершаемая при этом работа расширения преоб­разуется в дополнительную механическую энергию вращения ротора.

От числа пластин пневмомотора зависят его коэффициент полезного действия (КПД ), условия пуска и быстрота разгона (приемистость ), а также равномерность вращения. Стандартные конструкции имеют 3 — 5 пластин, в специальных случаях их число увеличивают до 10. Выпускаются как реверсивные, так и нереверсивные пластинчатые пневмомоторы.

К недостаткам шиберных пневмомоторов относятся необходимость обильной смазки и невысокая герме­тичность рабочих камер, что приводит к возникновению утечек воздуха, а следовательно, к снижению КПД. Диапазон мощностей пластинчатых пневмомоторов составляет 0,05 — 20 кВт, диапазон частот вращения — 30 — 20000 об/мин.

Часто в конструкцию пластинчатого пневмомотора входят дополнительные узлы: редуктор (обычно плане­тарный), обеспечивающий необходимую потребителю частоту вращения, и центробежный регулятор. После­дний позволяет ограничить частоту вращения на холостом ходу и обеспечить в определенных пределах ее постоянство при колебаниях нагрузки.

Пластинчатые пневмомоторы широко применяют в разнообразных специальных устройствах и приспособлениях, работающих на сжатом воздухе.

В корпусе 3 шестеренного пневмомотора расположены две находящиеся в зацеплении шестерни 1 и 2 (зубчатые колеса), причем одна из них закреплена на выходном валу или выполнена заодно с ним, а другая свободно вращается на опорах, установленных в корпусе (рис .7.6).

Рис. 7.6. Шестеренный пневмомотор

Сжатый воздух, подаваемый в рабочую камеру, действует на боковые поверхности зубьев шестерен. Возника­ющие при этом силы, равные произведению давления сжатого воздуха на площадь боковой поверхности зуба, вызывают поворот шестерен, одна из которых вращается по часовой стрелке, а другая — в противоположном направлении. Шестерни могут иметь прямые, косые или шевронные зубья. В случае применения косозубых или шевронных шестерен объемы рабочих камер изменяются в процессе поворота, в связи с чем появляется воз­можность использовать работу расширения сжатого воздуха.

Максимальная номинальная мощность шестеренных пневмомоторов достигает 70 кВт (для моторов с шев­ронными шестернями — 330 кВт), номинальная частота вращения обычно не превышает 1000 — 3000 об/мин.

Область применения шестеренных пневмомоторов достаточно широка.

Радиально-поршневые пневмомоторы довольно сложны по конструктивному исполнению, тихоходны (20 — 700 об/мин), имеют большие габариты и массу по сравнению с другими типами двигателей. При этом они обеспечивают значительную величину крутящего момента, а следовательно, как нельзя лучше подходят в тех случаях, когда требуется преодолевать большие нагрузки. Обычно они имеют от 4 до 6 поршней, а диапазон мощностей составляет 1 — 20 кВт.

Рис. 7.7. Радиально-поршневой пневмомотор

В поршневых пневмомоторах поршню за счет энергии давления сжатого воздуха сообщается поступатель­ное движение, которое затем преобразуется механическим путем во вращательное движение выходного вала (рис . 7.7).

Сжатый воздух одновременно подается в две рабочие камеры пневмомотора, например 1 и 2, через крано­вый распределитель 5, установленный на выходном валу. При этом соответствующие поршни, перемещаясь к нижней «мертвой точке», передают усилие на коленчатый вал через свои шатуны. После поворота вала, а вместе с ним и распределителя на некоторый угол сжатый воздух подается в рабочие камеры 2 и 3, а отрабо­тавший воздух из камер 4 и 1 сбрасывается в атмосферу также через крановый распределитель. Далее этот цикл повторяется.

Радиально-поршневые пневмомоторы применяют в больших подъемниках, в приводах различных транс­портных средств.

В турбинных пневмомоторах кинетическая энергия потока сжатого воздуха преобразуется в механическую энергию вращения выходного вала.

Турбинные пневмомоторы позволяют получать очень высокие частоты вращения (80000 — 400000 об/мин) выходного вала и небольшие крутящие моменты на нем по сравнению со частотами и моментами, достигаемы­ми при использовании, например, поршневых пневмомоторов. Турбинные моторы применяют для реализации высокоско­ростного движения.

В путевых и строительных машинах широкого применения не нашли.

Пневмомоторы, вне зависимости от их конструктивного типа, обозначают на принципиальных пневматичес­ких схемах как показано в таблице 7.1

Пневмомоторы	Нерегулируемые	Регулируемые
Нереверсивные
Реверсивные

Специальные пневматические исполнительные устройства

Существует целый ряд пневматических исполнительных устройств, которые нельзя однозначно отнести к одному из ранее описанных типов, в связи с чем такие устройства называют специальными. Рассмотрим наи­более распространенные конструкции.

Цанговые зажимы широко используют в автоматизированном станочном и другом оборудовании для надежного за­жатия и удержания тел вращения в процессе работы с ними (рис .7.8).

Рис. 7.8. Пневматический цанговый зажим

Цанговый зажим состоит из следующих основных деталей: цанги 1, обжимной втулки 2, кольцевого поршня 3 с пружинным возвратом, шариков 4 и корпуса 5.

При подаче сжатого воздуха в зажим поршень 3, сжимая возвратную пружину, перемещается влево и вдав­ливает шарики 4 в клиновой зазор между корпусом 5 и обжимной втулкой 2, которая, в свою очередь, смещает­ся вправо, сжимая лепестки цанги 1 и осуществляя зажатие детали.

Для разжатия заготовки сжатый воздух из поршневой полости сбрасывают в атмосферу, при этом поршень возвращается в исходное положение, освобождая шарики. В результате цанга разжимается, смещая обжим­ную втулку в исходную позицию.

Практически любой робот-манипулятор снабжен захватным устройством, предназначенным для того, что­бы захватить какой-либо объект, удерживать его при перемещении и ориентации в пространстве, после чего отпустить в нужной точке. На рис. 7.9 показана конструкция пневматического захвата с параллельным движе­нием захватных пальцев.

Рис. 7.9. Пневматический захват с параллельным движением пальцев

При подаче сжатого воздуха в поршневую полость пневмоцилиндра двустороннего действия шток выдвига­ется и через кулисный механизм разводит захватывающие пальцы (рис . 7.9, а). При обратном ходе поршня пальцы сводятся (рис . 7.9, б).

По конструктивному исполнению захваты подразделяются на параллельные (рис . 7.10, а), поворотные (рис . 7.10, б) и кулачковые (рис . 7.10, в).

Рис. 7.10 Пневматические захваты

Как правило, конструкции захватов реализуют удержание объекта как по внешним, так и по внутренним поверхностям, а их приводные поршни с целью обеспечения контроля срабатывания захвата снабжают посто­янным магнитом.

В вакуумных захватах объект удерживается вследствие разрежения, создаваемого в полости между элас­тичным захватом (присоской ) и поверхностью самого объекта (рис . 4.31, а), при этом для получения вакуума в захвате важно, чтобы последняя была достаточно гладкой и плотной. В заводских сетях для создания вакуума используют вакуум-насосы. В этих условиях присоска вакуумного захвата должна управляться аппаратурой, способной работать с давлениями ниже атмосферного.

Рис. 7.11. Вакуумный захват

В случаях, когда необходимо обеспечить вакуум на конкретном участке технологического оборудования, применяют эжекторы (рис . 7.11, б), которые позволяют создавать вакуум в рабочем канале до -0,09 МПа ( -0,9 бар) при давлении на входе 0,7 МПа (7 бар). Принцип действия эжектора заключается в понижении давления на тех участках трубопровода, где воздух движется с большими скоростями (в соответствии с уравнением Бернулли). При протекании по каналу 2 сжатый воздух эжектирует (вовлекает в поток) воздух из камеры 1, в результате чего в ней возникает разрежение.

Помимо типовых конструкций эжекторов (рис . 7.12, а) производители элементов промышленной пневмоав­томатики выпускают эжекторные головки с принудительным отталкиванием детали от присоски с помощью сжатого воздуха после завершения операции захвата (рис . 7.12, б), а также компактные эжекторы с электро­магнитным управлением процессом захвата и отталкивания заготовки (рис . 7.12, в).

Рис. 7.12. Эжекторы

Очевидно, что усилие с которым объект удерживается в вакуумных захватах, зависит не только от глубины вакуума, но и от площади присоски (или суммарной площади нескольких присосок).

Для поддержания вакуума в системе при выходе из строя одного или даже нескольких вакуумных захватов применяют ограничители расхода сжатого воздуха — вакуумные клапаны (рис . 7.13).

Рис. 7.13. Вакуумный клапан

При повреждении присоски или ее контакте с неочищенной поверхностью захватываемого объекта подпру­жиненный запорный элемент 2 прижимается к седлу 1 клапана, образующимся воздушным потоком, тем са­мым резко ограничивая возможность попадания воздуха в вакуумную систему. В результате в систему через дроссельное отверстие запорного элемента 2 проникает только небольшая часть воздуха, благодаря чему вакуум в других захватах сохраняется.

В целях обеспечения надежного функционирования нескольких присосок, установленных на одной линии, каждая из них должна быть снабжена вакуумным клапаном.