ДОКЛАД

на тему:

Система пневмопривода

Линейные исполнительные устройства или цилиндры изображаются в виде, близком к их конструктивной форме.

Цилиндры одностороннего действия, двустороннего действия и бесштоковые служат основой других вариантов конструкций. Применение демпфирования в конце хода способствует увеличению долговечнос­ти, что достигается за счет снижения нагрузки в конечном положении путем уменьшения скорости движения поршня. Если условное обозна­чение цилиндра включает стрелку, то это означает, что демпфирова­ние в конце хода является регулируемым.

Таблица 1. Линейные исполнительные устройства

Различают вращательные приводы в виде моторов с неограниченным углом поворота и поворотные приводы с ограниченным углом поворо­та.

Пневмомоторы вращаются обычно с очень большим числом оборотов, которое может быть постоянным или регулируемым. Поворотные ци­линдры имеют или нерегулируемый, или регулируемый угол поворота, а также могут иметь демпфирование в зависимости от нагрузки или скорости вращения.

Таблица2. Исполнительные устройства вращательного действия

Имеется целый ряд важных дополнительных узлов, которые применя­ются совместно с упомянутыми устройствами.

Таблица3. Вспомогательные условные обозначения

Исполнительные устройства

и выходные приборы

Исполнительные устройства предназначены для преобразования энергии сжатого воздуха в работу. Сигнал на перемещение исполни­тельного устройства вырабатывается логико-вычислительной подсис­темой и передается ему через управляющий распределитель. Испол­нительные устройства относятся к выходным элементам пневматичес­кой системы. К выходным элементам относятся также индикаторы -приборы, которые показывают состояние системы управления или ее исполнительных устройств.

Пневматические исполнительные устройства разделяются на две группы - устройства с поступательным и с вращательным движением выходного звена:

•    устройства с поступательным (линейным) движением:

-  цилиндры одностороннего действия,

-  цилиндры двустороннего действия;

•    устройства с вращательным (ротационным) движением:

-  пневмомоторы,

-  пневмоцилиндры с вращательным движением выходного звена,

-  поворотные пневмоцилиндры.

В цилиндре одностороннего действия сжатый воздух воздействует на поршень только с одной стороны, с другой стороны полость цилиндра всегда соединена с атмосферой. Такой цилиндр может совершать ра­боту только в одном направлении. Возврат поршня в исходное положе­ние осуществляется под действием упругого элемента (обычно пружи­ны) или внешней силы. Сила упругости встроенной в цилиндр пружины подбирается таким образом, чтобы поршень без нагрузки возвращался в исходное положение с относительно большой скоростью, приблизи­тельно равной скорости рабочего хода при отсутствии нагрузки.

Ход цилиндров одностороннего действия со встроенной пружиной ог­раничен длиной пружины в свободном состоянии. Поэтому такие ци­линдры имеют длину хода, равную примерно 80 мм.

Благодаря простой конструкции цилиндры одностороннего действия применяются там, где нужны компактность и небольшие перемещения:

•     подача заготовок,

•    обрезка,

•     соединение деталей,

•     зажим заготовок,

•     извлечение деталей,

•     штамповка.

Поршни цилиндров одностороннего действия имеют всего одно уплот­нение, обращенное рабочей стороной к поршневой полости, в которую подается сжатый воздух. Уплотнение изготавливается из упругого ма­териала (пербунан), устанавливаемого в металлический или пластмас­совый поршень. При движении уплотнения его кромки скользят по внутренней поверхности цилиндра, при этом воздух из штоковой по­лости свободно выходит в атмосферу через вентиляционное отвер­стие, защищенное фильтром или сетчатой крышкой от попадания за­грязнений извне.

К цилиндрам одностороннего действия также относятся мембранные цилиндры:

•     цилиндры с плоской мембраной,

•     цилиндры с чулочной мембраной.

В мембранных цилиндрах в зависимости от их назначения применяют­ся встроенные мембраны, выполненные из резины, пластмассы или металла. Шток поршня закреплен концентрично на мембране. Посколь­ку в мембранных цилиндрах отсутствуют трущиеся части, то силы тре­ния в них минимальные. Такие цилиндры имеют совсем небольшой ход, и поэтому используются для зажима, тиснения и подъема деталей.

Конструкция цилиндра двустороннего действия аналогична конструк­ции цилиндра одностороннего действия. Однако здесь уже нет воз­вратной пружины, так как теперь два присоединительных отверстия используются для подвода воздуха к рабочим полостям цилиндра и его отвода. Цилиндр двустороннего действия позволяет совершать работу в двух направлениях движения штока. Это делает его более универсальным. При прямом ходе, когда шток цилиндра выдвигается, развиваемое им усилие несколько больше, чем при обратном ходе, когда шток втягивается, так как площадь поршня, на которую действу­ет сжатый воздух со стороны поршневой полости, больше, чем со сто­роны штоковои полости, на величину площади поперечного сечения штока.

Совершенствование пневматических цилиндров идет в следующих на­правлениях:

•    установка магнитов на поршни цилиндров для управления бескон­тактными датчиками положения (пневматическими и электричес­кими),

•    демпфирование поршня в конце его хода при больших нагрузках на штоке,

•     применение бесштоковых цилиндров в условиях ограниченного пространства,

•     использование новых конструктивных материалов, например, пластмасс,

•     применение защитных покрытий от вредного влияния окружаю­щей среды, например антикислотное покрытие,

•    увеличение развиваемого усилия,

•     совершенствование цилиндров с непроворачивающимся штоком, а также цилиндров с полым поршнем и штоком для вакуумных за­хватов роботов с пневматическим приводом.

Чтобы избежать сильных ударов поршня о крышки цилиндра и полом­ки цилиндра в случае перемещения больших масс, применяют дем­пфирование в конечных положениях.

На некотором расстоянии от упора демпфирующий поршень перекры­вает отверстие, по которому воздух свободно выходит из полости ци­линдра. Теперь воздух вытекает через очень маленькое отверстие, проходное сечение которого может изменяться с помощью регулиро­вочного винта. При этом увеличивается сопротивление протоку возду­ха и повышается давление перед поршнем. На последней (тормозной) части хода поршня его скорость значительно снижается. Однако при чрезмерном уменьшении сечения поршень может не дойти до крайне­го положения.

При значительных передаваемых усилиях и больших ускорениях дви­жения поршня следует принимать дополнительные меры предосто­рожности. Для того, чтобы усилить эффект торможения, устанавлива­ются внешние тормозные демпферы.

Настройка замедления поршня в конце хода осуществляется следую­щим образом:

•     регулировочный винт полностью закрывается,

•     регулировочный винт вновь постепенно открывается до тех пор, пока не будет получен желаемый эффект торможения поршня (отсутствие удара и остановка в конце хода).

Этот цилиндр представляет собой два цилиндра двустороннего дейст­вия с общим штоком, объединенные в одном корпусе. При одновре­менной подаче сжатого воздуха под оба поршня такой цилиндр разви­вает почти вдвое большее усилие, чем обычный цилиндр с таким же диаметром поршня и штока. Тандем-цилиндры применяются там, где при ограниченных поперечных размерах цилиндра (диаметре) необхо­димо развивать значительные усилия.

Этот цилиндр имеет шток с обеих сторон поршня, т.е. шток является проходным. В такой конструкции цилиндра улучшаются условия рабо­ты трущихся поверхностей поршня и штока, так как шток опирается на две опоры. Усилия, развиваемые цилиндром, являются одинаковыми в обоих направлениях движения.

Проходной шток может быть полым и через него можно пропускать сжатый воздух. Кроме того, к нему можно присоединять вакуумные присоски.

Многопозиционные цилиндры состоят из двух или более цилиндров двустороннего действия. Цилиндры соединены соосно один с другим. Воздух может подаваться независимо в различные полости цилинд­ров, что обеспечивает выдвижение или втягивание отдельных цилинд­ров. При двух цилиндрах с различными ходами получается четыре раз­личных конечных положения.

Сила давления пневматического цилиндра ограничена. Цилиндр, в ко­тором формируется большая кинетическая энергия, называется удар­ным цилиндром. Большое значение кинетической энергии получается за счет повышения скорости поршня. Скорость поршня ударного ци­линдра лежит в диапазоне 7,5...10 м/с. Однако при большом ходе ско­рость движения штока значительно меньше. Поэтому при больших хо­дах ударные цилиндры не находят применения.

При срабатывании управляющего распределителя давление подается в полость, а поршень сдвигается в направлении Z, открывается вся пло­щадь торцевой поверхности поршня. Воздух через большое проходное сечение С может почти без сопротивления поступать в поршневую по­лость цилиндра. Поршень эффективно ускоряется, приобретая боль­шую кинетическую энергию. При взаимодействии с преградой дефор­мируемым или разрушаемым предметом из-за резкого торможения поршня его кинетическая энергия преобразуется в потенциальную энергию, создавая большую силу. В рассматриваемой конструкции этого типа цилиндров шток цилиндра двустороннего действия соеди­нен с зубчатой рейкой, посредством которой он вращает зубчатое ко­лесо, преобразуя линейное движение во вращательное. Диапазон по­ворота зубчатого колеса различен: от 45° до 360°. Вращательный мо­мент зависит от давления, площади поршня и коэффициента преоб­разования пары рейка-шестерня и может достигать 150 Нм.

В поворотном цилиндре сила на выходной вал передается непо­средственно через поворотную лопасть. Угол поворота может бессту­пенчато изменяться от 0° до почти 180° . Вращающий момент обычно не превышает 10 Нм.

Свойства поворотного цилиндра:

•     компактность и надежность,

•     совместимость с бесконтактными датчиками,

•     регулируемость угла поворота,

•     простота монтажа.

При разработке бесштоковых цилиндров используется три различных принципа построения конструкции:

•     ленточные или тросовые цилиндры,

•     цилиндры с ленточным уплотнением продольного шлица цилинд­рической трубы,

•     цилиндры с магнитной связью.

По сравнению с обычным цилиндром двустороннего действия бесшто-ковый цилиндр обладает меньшей длиной конструкции. Случаи полом­ки штока поршня исключаются полностью. Бесштоковый цилиндр мо­жет применяться при больших ходах: вплоть до Юм. Приспособления, нагрузка и другие устройства могут крепиться непосредственно на монтажной поверхности каретки или на внешних салазках.

Ленточный цилиндр передает силу от поршня на каретку с помощью охватывающей его ленты. При выходе из рабочего объема цилиндра лента проходит через уплотнения в крышках цилиндра. Очистительное устройство предназначено для того, чтобы никакие загрязнения не пе­реносились лентой к направляющему ролику.

В этом типе цилиндров вдоль всей длины корпуса выполнен сквозной шлиц (прорезь). Внешняя сила передается на каретку, которая жестко соединена с поршнем. Это соединение осуществляется с помощью элемента, скользящего в шлице корпусной трубы цилиндра. Уплотне­ние шлица обеспечивается стальной лентой, которая прилегает к внут­ренней стороне шлица. Каждая полость цилиндра герметизирована своими уплотнениями, установленными на поршне. Между этими уп­лотнениями лента изгибается и проходит под элементом, соединяю­щим поршень с кареткой. Вторая лента уплотняет шлиц снаружи, что защищает цилиндр от попадания загрязнений извне.

Такой пневматический цилиндр двустороннего действия состоит из цилиндрического корпуса, бесштокового поршня и подвижной внеш­ней каретки, скользящей по внешней поверхности корпуса цилиндра, имеющей в поперечном сечении форму круга. На поршне и на карет­ке размещены постоянные магниты, взаимодействующие между со­бой, т.е. передача усилия для перемещения нагрузки от поршня к ка­ретке осуществляется с помощью магнитной муфты. После подачи воздуха в полость цилиндра синхронно с поршнем перемещается ка­ретка. Полость цилиндра выполнена герметичной и не имеет никаких подвижных уплотнений, граничащих с окружающей средой, что полно­стью исключает возможность утечек воздуха из цилиндра.

Устройство цилиндра

Цилиндр состоит из корпуса, глухой и сквозной крышек, поршня с уплотнениями, штока, уплотнения штока (сальник или манжета в сквозной крышке), направляющей втулки, грязесъемного кольца и соедини­тельных деталей.

Корпус цилиндра (1) обычно изготавливается из цельнотянутой сталь­ной трубы. Чтобы продлить срок службы уплотнений поршня, внутрен­нюю поверхность трубы подвергают механической обработке с доста­точно высокой чистотой поверхности. В отдельных случаях корпус ци­линдра может быть изготовлен из алюминия, бронзы или стали с хро­мированием внутренней поверхности. Такие цилиндры применяются при нерегулярном режиме работы и в тех случаях, когда есть опас­ность коррозии.

Глухая (2) и сквозная (3) крышки цилиндра обычно изготавливаются литьем из алюминия или ковкого чугуна с последующей механической обработкой. Присоединяются они к корпусу с помощью резьбовых шпилек, фланцев или просто резьбы.

Шток (4) чаще всего изготавливается из закаленной стали с добавле­нием небольшого количества хрома против коррозии. Резьба на конце штока обычно накатывается во избежание появления трещин и изло­мов.

Для уплотнения по штоку в сквозной крышке цилиндра устанавлива­ется манжета (5) из упругого материала. Втулка (6), служащая на­правляющей для штока, может быть изготовлена из бронзы или ме­талла с пластиковым покрытием.

Перед втулкой в сквозную крышку вставлено грязесъемное кольцо (7), которое предотвращает попадание внутрь цилиндра пыли и мелких твердых частиц. Складывающийся защитный кожух в промышленных пневмоцилиндрах общего назначения обычно не используется.

Рис. 1. Устройство пневматического цилиндра