Пневмоцилиндры

Автор:Машков А.Н.
Источник:Пневмоцилиндры

Пневмоцилиндры

В пневмосистемах энергия давления сжатого воздуха преобразуется в механическую энергию исполнительных механизмов при воздействии воздуха на их рабочие органы, которыми могут служить поршень, лопатка или мембрана. Усилие, развиваемое исполнительным механизмом, пропорционально давлению в нем, а скорость движения выходного звена определяется расходом сжатого воздуха.

Широкая гамма конструктивных решений исполнительных механизмов дает возможность осуществлять множество разнообразных операций. которые могут выполнять следующие виды движения: линейное (возвратно-поступательное); поворотное (в ограниченном угловом диапазоне); вращательное.

По реализуемому виду движения исполнительные механизмы подразделяются на три основных типа: -линейные пневмодвигатели — пневматические цилиндры; -поворотные пневмодвигатели; -пневмодвигатели вращательного действия — пневматические моторы. В отдельную группу можно выделить специальные пневматические исполнительные механизмы — вакуумные захваты, цанговые зажимы и т. п. Все перечисленные типы механизмов имеют свои преимущества и недостатки, и соответственно характеризуются некоторой предпочтительной областью применения.

Пневматические цилиндры

Пневматические цилиндры (пневмоцилиндры) являются наиболее часто применяемой конструкцией и имеют широкий диапазон основных параметров. По функциональным возможностям пневмоцилиндры подразделяют на два базовых типа: пневмоцилиндры одностороннего действия — подача сжатого воздуха в них осуществляется для выполнения рабочего хода в одном направлении; пневмоцилиндры двустороннего действия: полезная работа совершается ими как при прямом, так и приобратном ходе поршня.Пневмоцилиндры В пневмосистемах энергия давления сжатого воздуха преобразуется в механическую энергию исполнительных механизмов при воздействии воздуха на их рабочие органы, которыми могут служить поршень, лопатка или мембрана. Усилие, развиваемое исполнительным механизмом, пропорционально давлению в нем, а скорость движения выходного звена определяется расходом сжатого воздуха.

Пневматические цилиндры

Пневмоцилиндры одностороннего действия

Пневмоцилиндры одностороннего действия применяют в выталкивателях, отсекателях, в зажимных, конструкциях и т.п. Рабочий ход в них осуществляется под действием сжатого воздуха, а в исходную позицию шток возвращается встроенной пружиной либо от внешней нагрузки.

Пневмоцилиндры двустороннего действия

Пневмоцилиндры двустороннего действия применяют в тех случаях, когда требуется передавать рабочее усилие при линейных перемещениях в обоих направлениях, например при перемещении, установке, подъеме и опускании рабочих органов машин и других производственно-технологических операциях. Принципиальное отличие пневмоцилиндров двустороннего действия от рассмотренных выше заключается в том, что в них как прямой, так и обратный ходы поршня осуществляются под действием сжатого воздуха при попеременной его подаче в одну из полостей, в то время как другая соединена с атмосферой.

Перемещение штока в любом направлении является рабочим и может осуществляться под нагрузкой. При обратном ходе поршня штоковая полость находится под избыточным давлением, что связано с необходимостью установки дополнительных уплотнений на поршне и в передней крышке для предотвращения утечек сжатого воздуха по штоку. В поршневых пневмоцилиндрах одностороннего и двустороннего действия практически все элементы, а также способы их крепления одинаковы. Конструктивное исполнение пневмоцилиндров может быть различным в зависимости от их типоразмера и области применения. Наиболее распространенным способом крепления корпусных деталей пневмоцилиндров с диаметром поршня до 25 мм (иногда — до 63 мм) является завальцовка гильзы в крышках. Такая конструкция имеет существенный недостаток — пневмоцилиндры не подлежат ремонту. Если диаметр поршня свыше 32 мм, то традиционным способом крепления остается стягивание крышек и гильзы шпильками. Удобны в эксплуатации и фактически не имеют ограничений по диаметру поршня пневмоцилиндры, крышки которых присоединены болтами к цельнотянутой спрофилированной гильзе. Технология производства цельнотянутых гильз-корпусов позволяет при необходимости выполнять в них каналы для подвода воздуха, пазы для датчиков положения поршня; придавать конфигурацию, удобную для монтажа и обслуживания.

Пневмоцилиндры с демпфированием в конце хода

Одним из преимуществ пневмоцилиндров является высокая — до 1,5 м/с (а в ударных цилиндрах до 10 м/с) — скорость движения выходного звена. При достижении конечного положения, когда поршень «садится» на крышку, развиваются значительные ударные усилия, что сопровождается характерным стуком. Такие удары не только являются причиной возникновения шума, но и приводят к преждевременному износу и даже поломке элементов конструкции. Избежать преждевременного выхода из строя пневмоцилиндра можно путем установки на поршне эластичных (например, резиновых) демпферов (рис. 6.4). Однако такой способ демпфирования оказывается недостаточно эффективным, если имеют место значительные инерционные нагрузки. В таких случаях применяют пневмоцилиндры двустороннего действия с воздушным демпфированием в конце хода.

Наличие в пневмоцилиндре регулируемых демпфирующих устройств отображается в условном графическом обозначении стилизованным изображением втулок демпферов, пересеченных стрелкой, а наличие постоянного магнита — жирной линией на изображении поршня. Описанная конструкция пневмоцилиндров благодаря своей простоте и функциональным возможностям является наиболее распространенной, и ее можно назвать типовой или даже традиционной. Ппневмоцилиндрам двустороннего действия присущ ряд недостатков, ограничивающих область их применения: усилия при прямом и обратном ходах поршня различны вследствие неодинаковости его площадей в штоковой и поршневой полостях; шток расположен консольно, причем размер консоли различен во втянутом и выдвинутом положении; шток хорошо воспринимает только осевую нагрузку, а радиальную — плохо.

Пневмоцилиндры с проходным штоком

В пневмоцилиндрах с проходным, или двусторонним, штоком обе рабочие полости штоковые, а площади поршня равны с обеих сторон. Шток опирается не на одну опору в крышке, как в ранее рассмотренных конструкциях, а на две — в каждой из крышек. Подобная конструкция имеет ряд преимуществ: возможность осуществления рабочих перемещений со стороны обоих торцов пневмоцилиндра; нагрузка на шток воспринимается двумя опорами, что увеличивает срок службы пневмоцилиндра; равенство площадей поршня в обеих рабочих полостях, что обеспечивает равные рабочие усилия при движении его в любом направлении. К недостаткам пневмоцилиндров с проходным штоком относят увеличенный почти вдвое по сравнению с традиционной конструкцией продольный габарит пневмоцилиндра за счет увеличения длины штока. Применяют также пневмоцилиндры, в которых проходной шток выполнен полым, что позволяет использовать его как часть трубопровода, что в некоторых случаях является удобным конструктивным решением.

Тандем-пневмоцилиндры

В случаях, когда требуется получение значительных усилий, а поперечный размер монтажного пространства недостаточен для установки пневмоцилиндра соответствующего диаметра, применяют тандем-пневмоцилиндры (рис. 6.8). Тандем-пневмо-цилиндр, или сдвоенный пневмоцилиндр, — это, по существу, два пневмоцилиндра двустороннего действия, объединенные в одном корпусе и имеющие общий шток. По сравнению с традиционными пневмоцилиндрами того же диаметра усилия, развиваемые тандем-пневмоцилиндрами, фактически в два раза больше вследствие суммирования усилий, получаемых одновременно на двух поршнях. Если необходимо увеличить развиваемое пневмоцилиндром толкающее усилие в три-четыре раза, применяют секционные пневмоцилиндры, которые последовательно стыкуются между собой. Наличие в их корпусах распределительных каналов позволяет подводить сжатый воздух в полости всех пневмоцилиндров всего через два внешних подсоединения. Продольный габарит тандем-пневмоцилиндров как минимум в два раза больше, чем традиционных пневмоцилиндров.

Позиционирование пневмоцилиндров

Традиционные конструкции пневмоцилиндров позволяют обеспечить две точки позиционирования штока и соотвественно, связанных с ними объектов — «шток втянут» и «шток выдвинут». Область эффективного применения пневмоцилиндров значительно расширяется, если реализуются останов и удержание их выходных звеньев в некоторых заданных промежуточных точках с допустимыми позиционными ошибками. В зависимости от предъявляемых требований — числа точек позиционирования выходного звена, частоты их смены (режима работы), необходимой точности отработки приводом заданного перемещения — используют пневматические механизмы различной структуры и с различными принципами управления движением выходного звена. Чтобы обеспечить некоторое ограниченное число точек позиционирования (более двух), применяют многопозиционные пневмоцилиндры, состоящие из двух или более пневмоцилиндров с различными рабочими ходами. Во время работы корпус четырех-позиционного пневмоцилиндра перемещается, и следовательно, пневмоцилиндр должен быть укомплектован при монтаже подвижными соединениями для пневмошлангов. Число точек позиционирования можно увеличить, если скомбинировать таким же образом не два, а большее число пневмоцилиндров. При этом следует учитывать, что подобные конструкции могут функционировать нестабильно, когда штоки разных цилиндров движутся в противоположных направлениях.

Бесштоковые пневмоцилиндры

Там, где требуются значительные (до нескольких метров) перемещения объектов, применение пневмоцилиндров традиционного исполнения затруднительно или невозможно. Для обеспечения большого хода необходим шток соответствующей длины, что обусловливает резкое увеличение продольного габарита пневмоцилиндра; значительные размеры консольной части штока в выдвинутом положении могут стать причиной потери устойчивости под нагрузкой. Задачу осуществления значительных по величине перемещений при ограничениях в габаритах можно было бы решить посредством телескопических цилиндров. Однако такие цилиндры, широко используемые в гидрофицированных строительных и подъемно-транспортных машинах (например, для подъема кузовов самосвалов), практически не нашли применения в пневмоприводах по состоянию на сегодняшний день. Так как шток предназначен только для передачи усилия от поршня к внешнему объекту, то бесштоковые конструкции, в которых усилие передается непосредственно от поршня, имеют очевидные преимущества, главное из которых заключается в как минимум двукратном уменьшении продольного габарита по сравнению с пневмоцилиндром традиционной конструкции с той же величиной хода. Очевидно, что преимущества бесштоковых пневмоцилиндров проявляются в значительной степени при больших величинах рабочего хода.

Список использованной литературы

1. "http://kampm.ru/articles/111/114/829/"