Тема: Изучение конструкции и принципа действия пневматических и гидравлических регуляторов.

Цель работы: изучить конструкцию и принцип действия пневматических и гидравлических регуляторов.

Общие положения:

В пневматических приводах для осуществления вращательных, поступательных и качательных движений применяются двигатели, аналогичные двигателям для гидроприводов.

Так, для получения вращательных движений в пневмоприводах применяются различного рода пневмомоторы: шестеренные (рис.1), пластинчатые (рис.2) и поршневые (рис.3).

Принцип действия шестеренного пневмомотора (рис.1) анало­гичен гидравлическому шестеренному мотору. Однако отличительной особенностью такого пневмомотора является применение устройства торможения противодавлением.

При подаче сжатого воздуха по каналу А он воздействует на боко­вые поверхности зубьев шестерен. Последние начинают вращаться, преодолевая нагрузочный момент на одном из валов шестерен. Во впа­динах зубьев сжатый воздух в полость В, а оттуда проходит через отк­рытый клапан 3 на выход Б. При необходимости затормозить враще­ние пневмомотора рычагом 1 закрывается клапан 3, вследствие чего закрывается свободный выход сжатого воздуха. Он накапливается в полости В, создавая растущее противодавление на зубья шестерен и тормозя пневмомотор. При этом растет сила сжатого воздуха на клапан 2. Когда эта сила превысит силу, действующую на клапан 2 со стороны давления управления P_у, клапан 2 поднимется вверх и откро­ет выход воздуха из полости В. Очень часто давление управления P_у берется равным давлению питания пневмомотора.

Рис.1. Шестеренный пневмомотор

Принцип действия пластинчатых пневмомоторов аналогичен ра­боте пластинчатых гидравлических машин.

На рис.2 показана конструктивная схема пластинчатого пнев­момотора. При подаче сжатого воздуха по каналу А он проходит че­рез распределитель 3 в полость Б корпуса 1 и воздействует на пласти­ны 5. Ротор 4, установленный эксцентрично по отношению к статору 2 начинает вращаться, а отработанный сжатый воздух выходит из стато­ра 2 через нижнее отверстие в полость Г и далее в атмосферу. Реверс пневмомотора осуществляется поворотом затвора распределителя 3 на 90°, тогда сжатый воздух будет поступать в полость В, вследствие чего ротор начнет вращаться в другую сторону. Такие пневмомоторы мо­гут обеспечивать частоту вращения до 30000 1/мин, а вес их значитель­но меньше электромоторов, что дает возможность использовать их в качестве привода различного рода ручных пневматических инструмен­тов (гайковерты, пневматические шлифовальные и полировальные ма­шины, пневматические дрели) и небольших настольных обрабатываю­щих устройств.

Рис.2. Пластинчатый пневмомотор

Поршневой пневмомотор с зубчатым редуктором представлен на рис.3. Сжатый воздух подводится по каналам А и Б в зависимости от направления вращения и проходит к поршням 3 цилиндрового блока 2. При воздействии сжатого воздуха на поршни 3 его сила передается че­рез штоки 4 на наклонную планшайбу 5. Вследствие этого возникает окружная сила и вращающий момент, приводящий во вращение через карданный шарнир 9 шлицевый вал 8. Далее вращение передается на шестерни 6 и связанный с ними фланец выходного вала 7.

Прост по конструкции турбинный пневмомотор 1, представлен­ный на рис.4. Подаваемый через сопла А в корпус 1 сжатый воздух приводит во вращение турбинное колесо 3, находящееся в обойме 4 и связанный с нею вал 2. Такие пневмомоторы компактны и могут вра­щаться с частотой в несколько тысяч оборотов в минуту, поэтому ши­роко применяются в пневмоинструменте.

С помощью мембранного пневмомотора (рис.5) можно полу­чить шаговое (импульсное) вращение исполнительного органа. Работа его происходит следующим образом. При подаче сжатого воздуха во входной канал А мембрана 5 прогибается вправо и перемещает толка­тель 6, который проворачивает зубчатое колесо 7 исполнительного ме­ханизма на определенный угол. Вместе с мембраной 4 перемещается связанный с ней шток 3. Последний соединен также и с плунжером 2, который в конце хода мембраны перекрывает канал А и открывает вы­ходной канал Б, выпускающий воздух в атмосферу. Вследствие связи полости слева от мембраны с атмосферой давление сжатого воздуха падает до нуля, под действием пружины 5 шток 3, толкатель 6 и плун­жер 2 возвращаются назад, снова открывая канал А и закрывая ка­нал Б. Под мембрану 4 опять начнет поступать сжатый воздух, и цикл поворота повторится.

Большое разнообразие представляют собой и пневматические двигатели, обеспечивающие получение возвратно-вращательных дви­жений. Они называются пневматическими цилиндрами (пневмоцилиндрами).

На рис.6 показан пневматический цилиндр двустороннего дей­ствия с двусторонним штоком и устройством торможения в виде изго­товленного в крышках 3 и 8 демпфера 4, представляющего собой от­верстие малого диаметра (до 1,5 мм).

При подаче сжатого воздуха, например, в канал Б он воздействует на поршень 7 и перемещает его влево. При этом воздух из левой полос­ти цилиндра 5 вытесняется в расточку В и далее на выход в канал А. Как только ступица 6 поршня войдет в расточку В, воздух начнет вы­тесняться из левой полости уже через демпфер 4, который создает сопро­тивление выходу воздуха и тем самым тормозит поршень.

Рис.3. Аксиально-поршневой пневмомотор

Рис.4. Турбинный пневмомотор

Рис.5. Мембранный пневмомотор

В крышках цилиндра установлены уплотнительные блоки 2, пре­дотвращающие утечки воздуха из цилиндра и попадание загрязнений, находящихся на штоке 1, внутрь цилиндра при втягивании штоков. С помощью стяжных шпилек 9 собирается весь пневмоцилиндр.

 

Рис.6. Пневмоцилиндр двухстороннего действия с двухсторонним штоком

Более прост пневмоцилиндр двустороннего действия с односто­ронним штоком (рис.7), в котором нет тормозных устройств. При подаче сжатого воздуха в канал Б в крышке 1 поршень 2 со штоком 4 перемещаются влево, вытесняя воздух свободно в канал А, выполненный в крышке 6. Для реверса поршня воздух подают в канал А, тогда шток втягивается. Для предотвращения перекосов штоков при его ра­боте установлена направляющая втулка 5. Сборка цилиндра произво­дится с помощью шпилек 7.

Пневматический мембранный цилиндр (рис.8) имеет малый ход штока 1, но, благодаря большой эффективной площади мембраны 3, развивает значительные усилия. Подача сжатого воздуха осуществля­ется по каналам А и Б в корпусе 2 и крышке 3, благодаря чему описыва­емый мембранный цилиндр может преодолевать нагрузку в обоих нап­равлениях движения штока 1. Часто применяются мембранные пневмоцилиндры (иногда их называют мембранными пневмокамерами) одностороннего действия, в которых движение в одну сторону осуществляется с помощью рабочей среды, а возврат штока—с помощью пру­жины сжатия, размещенной в одной из полостей такого цилиндра.

Сильфонные пневмоцилиндры (рис.9) тоже могут быть как двус­тороннего действия, так и одностороннего.

При подаче сжатого воздуха по каналу А в корпусе 1 (рис.9 а) он воздействует на торец сильфона 2 снаружи. Происходит выдвижение штока 3. При подаче же воздуха в канал Б он действует на торец сильфона 2 внутри его самого, и происходит втягивание штока 3.

Сильфонный цилиндр одностороннего действия (рис.9 б) дол­жен оснащаться устройством возврата, например, в виде пружины сжа­тия или растяжения (на рис.9 б не показаны).

Для зажима вращающихся деталей широко используются так на­зываемые вращающиеся пневмоцилиндры (рис.10).

Сжатый воздух подводится к вращающемуся цилиндру 1 через не­подвижный коллектор 6 по каналам А или Б и распределительное уст­ройство 3, жестко соединенное с цилиндром. Внутри распределительно­го устройства 3 находится пневмозамок, состоящий из поршня 5 и об­ратных шариковых клапанов 4 и 7 с пружинами. Если подать рабочую среду, например, в канал А, то она открывает обратный клапан 7 и сме­щает поршень 5, который своим штоком открывает обратный клапан 4. Сжатый воздух проходит через клапан 7 и поступает в правую полость цилиндра 1. Происходит перемещение поршня 2 влево и вытеснение воздуха из левой полости через открытый клапан 4 в канал Б. В случае внезапного отключения подачи сжатого воздуха обратные клапаны за­пирают выход воздуха из обеих полостей и предотвращают несанкцио­нированное падение давления в цилиндре и возможную аварийную си­туацию в работе пневмопривода.

Рис.7. Пневмоцилиндр двухстороннего действия с односторонним штоком

Рис.8. Мембранный пневмоцилиндр

Рис.9. Сильфонные пневмоцилиндры: а – двустороннего действия; б – одностороннего действия

Для получения возвратно-вращательных движений (поворотов в обе стороны на ограниченный угол) применяются пневмодвигатели, аналогичные по принципу действия гидравлическим двигателям, обес­печивающим качательные движения. Обычно это неполноповоротные пневмомоторы и пневмоцилиндры с механизмами преобразования поступательных движений во вращательные.

Неполноповоротный пневмомотор 1 (рис.11) содержит две плас­тины, установленные в роторе 2,иобеспечивает поворот на угол, мень­ший 150°. Сжатый воздух подается в полости пневмомотора по кана­лам А и Б через разделители 3 и наклонные каналы В в роторе 2.

Рис.10. Вращающийся пневмоцилиндр

Рис.11. Неполноповоротный двухпластинчатый пневмомотор

Качательные движения обеспечивают и пневматические цилинд­ры, показанные на рис.12–13, которые содержат преобразователи поступательных движений во вращательные.

Цепной цилиндр (рис.12) содержит в себе два поршня 5 и 3 разно­го диаметра, цепную передачу со звездочками 1 и 4 и цепью 2.

При подаче сжатого воздуха по каналам А или Б в полости цилин­дра создаются две разные по величине силы, действующие на поршни и 3, и вращающий момент на звездочках 1 или 4, вследствие чего они обеспечивают поворот на угол, зависящий от длины хода поршня 5 и диаметра звездочек. Наличие малого поршня обеспечивает создание натяга цепной передачи.

Рис.12. Пневмоцилиндр с цепной передачей

На рис.13 показан пневматический цилиндр с рычажным меха­низмом. Поступающий в полость А или Б сжатый воздух перемещает поршень 1 в ту или другую сторону и поворачивает связанный с ним рычаг 3. Последний поворачивает выходной вал 2 на угол, зависящий от величины хода поршня и длины рычага.

Представленный на рис.14 винтовой пневмоцилиндр содержит поршень 2, являющийся одновременно гайкой, и шток в виде винта 1. При подаче рабочей среды в полость цилиндра, например, по каналу А поршень 2 смещается вправо по винту 1, приводя его во вращение. Угол поворота винта будет зависеть от шага винта и длины хода поршня. В этом цилиндре предусмотрена также возможность торможения за счет размещения в крышке 4 дросселя в виде винта 3, с помощью кото­рого можно изменять площадь проходного сечения дросселя и настра­ивать интенсивность гашения скорости. Для предотвращения самоп­роизвольного проворота поршня (гайки) 2 при прохождении по вин­ту 1 установлен стержень 5.

Рис.13. Рычажный пневмоцилиндр

 

Порядок работы:

1. Ознакомиться с руководством по выполнению практической работы,

получить задание у преподавателя.

2. Изучить материалы методических указаний и литературы.

3. Подготовить отчет.

Отчет по работе должен содержать:

1.Тему и цель работы.

2. Выполненное задание

Рекомендуемая литература:

Основная литература:

1. Иванов, А.А. Автоматизация технологических процессов и производств: Учебное пособие [Текст] / А.А. Иванов. - 2-e изд., испр. и доп. - М.: Форум: НИЦ ИНФРА-М, 2015. - 224 с.

2. Пантелеев, В.Н. Основы автоматизации производства: учебник для СПО [Текст] / В.Н. Пантелеев, В.М. Прошин. – 6-е изд., стер. – М.: ИЦ Академия, 2014. – 208с.

 

Интернет-ресурсы:

Источник http://mehatron.ru/main/6-chto-takoe-mexatronika.html

Источник http://www.snr.com.ru/mechatronics/sol_mech.htm

Источник сайт МФТИ http://faki.fizteh.ru/pub/a_3mhdk9.html

Практическая работа №14