Гидравлические и пневматические элементы

и приводы

 

Учебное пособие

Часть 1

Пневматические приводы

 

 

ВЕЛИКИЙ НОВГОРОД

2016

УДК 621-85(075.8)                                         Печатается по решению

ББК 31.291я73                                                  РИС НовГУ

Г 46

 

Рецензенты:

кандидат технических наук, доцент Е.И. Никитин

кандидат технических наук, доцент Н.П. Кузнецов

               

Г 46 Гидравлические и пневматитические элементы и приводы: учеб. пособие. Ч. 1: Пневматические приводы / авт.-сост.: В. Ю. Клюкин, В. С. Харитонов, А. М. Абрамов; НовГУ им. Ярослава       Мудрого. – Великий Новгород, 2016. – 104 с.

       Учебное пособие соответствует дисциплине «Гидравлические и пневматические элементы и приводы», направления подготовки бакалавров 15.03.06 “Мехатроника и робототехника”.

В пособии излагаются принципы построения и использования пневматических приводов. Приведены материалы, иллюстрирующие построение и использование пневматических систем автоматизации в различных отраслях промышленности. Дано описание конструкции и принципов работы различных элементов пневматических систем, отражены особенности их использования. Представлены методики синтеза систем управления электропневматическими приводами, проиллюстрированные примерами. Представлены зависимости, позволяющие оценить динамические процессы в пневматических приводах.

Пособие также может быть полезно для студентов старших курсов, обучающихся по направлению «Мехатроника и робототехника», аспирантов, а также для научных и инженерно-технических работников, работающих в этой области.

 

УДК 621-85(075.8)

ББК 31.291я73                                                  

 

 

ã Новгородский государственный

                                                       университет им. Ярослава Мудрого, 2016

ã В. Ю. Клюкин, В.С. Харитонов, А.М.Абрамов, составители, 2016

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение……………………………………………………………………….4

1.Физические свойства сжатого воздуха…………………………………….5

2. Получение сжатого воздуха………………………………………...........12

3. Осушители………………………………………………………… … …..18

4. Компрессорные станции и организация заводской пневматической                          сети…………………………………………………………………………….18

5. Структура пневматических систем………………………………………..21

5.1. Классификация элементов пневматических систем………………..….22

6. Устройства подготовки сжатого воздуха…………………………......... 25

6.1 Блок подготовки воздуха…………………………………………………25

6.2 Фильтры-влагоотделители……………………………………………….26

6.3 Регуляторы давления………………………………………………..........27

6.4 Маслораспылитель………………………………………………………..29

7. Исполнительные устройства………………………..……………………..32

7.1. Линейные исполнительные устройства пневматических систем……..33

8. Распределительные устройства…………………………………………...45

8.1. Принцип работы распределительных устройств………………………45

8.2. Основные конструктивные схемы пневматических распределителей46

8.3 Пневматические распределители с электрическим управлением……50

9. Регулирование скорости исполнительных устройств………………….58

10. Управление работой электропневматических распределителей…….62

10.1 Прямое и непрямое управление ………………………………………..62

10.2 Управление с использованием реле времени……………………….66

10.3. Управление с использованием реле давления……………………… 67

11. Режимы работы пневматического привода………………………….... 69

12. Термодинамические процессы при постоянном количестве газа…….. 74

13. Движение воздуха в трубопроводах……………………………………..84

14. Моделирование динамики пневматического исполнительного поршневого механизма……………………………………………………………………..94

14.1. Работа пневматического исполнительного механизма………………94

14.2. Нагрузка на шток пневматического цилиндра………………………..94

14.3. Оценка «вредного» объема пневмосистемы………………………..95

14.4.Математические модели пневматических исполнительных устройств…………………………………………………………………….96

Литература…………………………………………………………………..100

                                                    

ВВЕДЕНИЕ

В современных промышленных системах автоматизации пневматические приводы получили очень широкое распространение. Их использование в таких системах может достигать 80% от общего числа приводов.

Такое широкое использование пневматических приводов обусловлено рядом существенных преимуществ, которыми они обладают.

Прежде всего, необходимо отметь инновационный характер развития промышленной пневматики. Разработаны и начинают активно использоваться пневматические позиционеры. Появились, так называемые, пневматические мускулы. Большое число предприятий в мире серийно выпускают комплектующие элементы пневматических систем.

Пневматические системы позволяют достаточно просто реализовывать относительно небольшие возвратно-поступательные движения, выполнение которых наиболее часто приходится осуществлять при автоматизации производственных процессов. Они не требуют сложных передаточных механизмов, как электрические приводы, и не так дороги как гидравлические. Высокая скорость перемещения и лёгкость реверсирования движения также характерны для пневматических систем.

К числу преимуществ, следует также отнести нечувствительность к перегрузкам, так как пневматические инструменты и исполнительные устройства не боятся перегрузки и могут нагружаться вплоть до полной остановки. Например, двери общественного транспорта, в большинстве, имеют пневматический привод. Это позволяет обеспечить высокую надёжность работы дверей, даже при интенсивной работе в часы «пик».

Ещё одним из достоинств пневматических приводов является их пожаро- и взрывобезопасность. Это определяет то, что в горном деле, деревообработке, полиграфии пневматические приводы являются основными. На подводных лодках и плавучих буровых платформах также достаточно много пневматических устройств.

Экологическая чистота характеризует современные пневматические системы, которые используют сжатый воздух без специально распылённого в нём масла. Сжатый воздух обладает способностью к аккумулированию (это используется, например, в пневматическом оружии), легко транспортируется по трубопроводам.

Однако основным недостатком, ограничивающим использование пневматических систем, является сжимаемость воздуха. Это не позволяет в большинстве случаев, получить равномерную и постоянную скорость движения исполнительных органов.

Возникают трудности при получении малых скоростей перемещения. Это также связано со сжимаемостью воздуха.

Кроме того, использование сжатого воздуха является экономически выгодным только до определённых давлений. Стоимость производства сжатого воздуха резко возрастает при давлении в системе свыше 8..10бар. Это определяет ограничения по создаваемым с помощью пневматических приводов усилиям.

Необходимо также отметить то, что сжатый воздух, используемый в производственных условиях, требует хорошей подготовки. Воздух должен быть очищен от механических примесей и от влаги.

Однако, несмотря на это, пневматический привод нашел широкое применение в самых различных областях человеческой деятельности.

Современное развитие пневматических систем привело к созданию пневматических позиционеров, позволяющих обеспечить остановку штока как в крайних, так и в промежуточных точках. Созданы и начинают использоваться в промышленности пневматические системы, позволяющие управлять скоростью перемещения поршня пневматического привода.

Значительный вклад в теорию и практику пневматических приводов внесли ученые Б.Н. Бежанов, Е.В. Герц, Г.В. Крейнии, А.П.Кукушкин и другие.