Дослідження експлуатаційних характеристик пневматичних приводів затискних механізмів пристроїв
Мета роботи
Дослідити робочі характеристики пневматичних приводів пристроїв. Вивчити конструкції поршневих і мембранних приводів, отримати навички їх розрахунку і конструювання.
Обладнання, прилади та інструменти
5.2.1 Стенд для випробовування пневматичних пристроїв.
5.2.2 Гайкові ключі.
5.2.3 Динамометричний ключ.
5.2.4 Динамометр.
Методичні вказівки
Механізація силових механізмів пристроїв дає змогу підвищити продуктивність технологічного обладнання та полегшити працю робітників, можливість регулювати швидкість і сили для виконання того чи іншого елементу операції технологічного процесу.
З цією метою у серійному та масовому виробництвах застосовують приводи, у яких використовується для приведення їх у дію енергія стиснутого повітря. До них належать пневматичні приводи. Вони відрізняються швидкодією, відносною простотою конструкції, легкістю і простотою керування, надійністю і стабільністю в роботі, можливістю автоматизованого керування.
Залежно від виду енергії, що використовується, їх поділяють на динамічні (кінетичні) і об’ємні (потенційні). Об’ємні пневматичні приводи широко застосовуються в металорізальних верстатах, промислових роботах, допоміжному устаткуванні роботизованих технологічних комплексів (РТК) і гнучких виробничих систем (ГВС).
Об’ємний пневматичний привод – це сукупність елементів і пристроїв, за допомогою яких потенційна енергія стиснутого повітря перетворюється у механічну роботу, виконувану пневмодвигуном.
Пневматичні приводи складаються з пневмодвигуна (пневмоциліндра з поршнем або пневматичної камери з діафрагмою), пневматичної апаратури та повітропроводів.
На рисунку 5.1 показана схема пневматичного привода зворотно-поступальної дії.
 |
 |
Рисунок 5.1 – Схема пневматичного привода зворотно-поступальної дії
У пневмоприводі з циліндропоршневим двигуном зворотно-поступальної дії (рис. 5.1) стиснуте повітря від джерела живлення 1 (це може бути пневмомережа чи індивідуальний компресор) підводиться на вхід пневморозподільника 6. Потік повітря, проходячи через фільтр-вологовідділювач 2, очищується від механічних частинок (бруд, продукти корозії) і водяної пари. За допомогою редукційного клапана 3 регулюється і підтримується на встановленому рівні тиск повітря, який контролюється манометром 4, а оливорозпилювач 5 насичує повітряний потік дрібними крапельками оливи для змащення робочих поверхонь рухомих елементів пневмопривода. Пневмоапарати 2, 3 і 5 у сукупності називають системою приладів підготовки повітря.
Двопозиційний пневморозподільник 6 з ручним керуванням у кожній із позицій встановлює напрямок руху поршня пневмоциліндра. У положенні на схемі вхід розподільника з’єднується з штоковою камерою 8 пневмоциліндра, а вихід в атмосферу 9 – з поршневою камерою 7, що відповідає напрямку руху поршня вліво. Оскільки поршень уже займає крайнє ліве положення, то ніякого руху не буде. При переключенні розподільника камери поміняються ролями і стиснуте повітря буде підводитись в камеру 7, тиск у якій по мірі її наповнення зростатиме, а камера 8 з’єднається через канал розподільника з виходом в атмосферу і тиск у ній поступово знижуватиметься. Коли сила тиску, діюча на поверхню поршня F1, стане достатньою, щоб подолати навантаження P (сила протидії руху) і силу тиску, що діє на поверхню F2 у камері 8, поршень почне рухатись праворуч. Швидкість руху залежить від маси рухомих частин конструкції, величини та стабільності навантаження P, габаритів пневмоциліндра, інтенсивності підводу повітря у робочу камеру та випуску його з камери вихлопу. Інтенсивність підводу і випуску залежить від пропускної здатності відповідних пневмопроводів.
Якщо положення розподільника не змінювати, то поршень зробить повний хід і зупиниться в крайній правій позиції. При зворотному переключенні розподільника поршень повернеться у початкову позицію.
Пневматичні приводи поділяються за видом пневмодвигуна на пневматичні циліндри з поршнем – поршневі і пневматичні камери з діафрагмами.
Типові пневмодвигуни дискретної дії.Пневматичні циліндри – найбільш розповсюджені у верстатобудуванні та робототехніці пневматичні двигуни. За конструкцією та робочими параметрами вони дуже різноманітні. Їх поділяють на два типи: одно- і двосторонньої дії. У пневмоциліндрах односторонньої дії рухомий елемент – поршень із штоком чи плунжер – переміщується під дією зусилля, що виникає завдяки тиску повітря, тільки в одному напрямку, а зворотній рух у вихідне положення виконується за рахунок пружини, дії сили тяжіння або за допомогою іншого двигуна. У пневмоциліндрах односторонньої дії рухомий елемент – поршень із штоком чи плунжер – повітря, тільки в одному напрямку, а зворотній рух у початкове положення виконується за рахунок пружини, дії сили тяжіння або за допомогою іншого двигуна. У пневмоциліндрах двосторонньої дії прямий і зворотний ходи рухомого елемента забезпечуються дією тиску повітря.
У механізмах верстатів та маніпуляторів промислових роботів найчастіше використовуються пневмоциліндри односторонньої дії із зворотною пружиною (механізми затискні, фіксації, орієнтації, періодичної подачі) і пневмоциліндри двосторонньої дії з одностороннім штоком (механізми транспортування, подачі, переключення тощо). Пневмоциліндри із зворотною пружиною мають обмеження по довжині ходу (1..1,5)D, (D – діаметр поршня). Найбільший хід для пневмоциліндрів двосторонньої дії – (8..10)D. Діаметр поршнів (ГОСТ 15608–81) знаходяться в діапазоні 25..320 мм.
Конструктивна схема пневмоциліндра двосторонньої дії показана на рис. 5.2. В гільзі 15, що закрита з двох боків кришками 1 і 14, на штоці 7 встановлено поршень 8. Кришки стягуються шпильками 3. Подовжені шпильки використовуються одночасно і для кріплення пневмоциліндра при монтуванні. Передбачено й інші види кріплення: на лапах, передній або задній кришці, цапфах. Відповідно до способу кріплення змінюється і конфігурація кришок.
Рисунок 5.2 – Типова конструкція пневмоциліндра
Кришки мають різьбові отвори 4 і 13 для приєднання трубопроводів, через які виконується підвід-відвід стиснутого повітря з камер пневмоциліндра. В передній кришці 1 запресована напрямна втулка 6, яка підтримує і напрямляє шток 7, і встановлені манжетне ущільнення 5, що герметизує штокову камеру циліндра, і спеціальна манжета 2 для захисту від попадання в циліндр пилу та бруду із зовнішнього середовища. Нерухомі з’єднання кришка-гільза і поршень-шток ущільнені гумовими кільцями 5, 12 і 11 круглого перерізу. Поршень ущільнюється двома зустрічно встановленими манжетами 9 U-подібного профілю. Він має центрувальний поясок з капроновим наплавленням 10, завдяки якому виключається прямий контакт металевих поверхонь і гільзи, зменшуються сили тертя і збільшується тривалість роботи пневмоциліндра. Неметалеве наплавлення сприяє також швидкому припрацюванню центрувального пояска до гільзи, яка завжди має деякі похибки механічної обробки.
У конструкціях пневмоциліндрів із значною довжиною ходу і високими швидкостями руху поршня передбачено вмонтовані гальмові пристрої для зменшення або ж виключення ударів у кінці ходу.
Рисунок 5.3 – Пневмоциліндр з гальмівними втулками
| |
Обертові пневмоциліндри застосовуються як приводи кулачкових і цангових патронів для закріплення штучних заготовок та прутків при обробці на токарних, токарно-револьверних та на інших верстатах. Вони можуть бути одно- та двосторонньої дії, з суцільним чи з порожнистим штоком.
Рисунок 5.4 – Обертовий пневмоциліндр
Обертовий пневмоциліндр (рис. 5.4) монтується у хвостовій частині шпинделя і обертається разом з ним. Стиснуте повітря підводиться через спеціальну муфту. Корпус 2 муфти і кришка 1, в яких зроблені отвори для приєднання повітропроводів, залишаються нерухомими при обертанні циліндра. Зусилля, створюване на поршні 4 тиском повітря, яке підводиться в одну з камер 3 або 5, передається затискному патронові через шток 6 і штангу, що загвинчується в різьбовий отвір штока. Залежно від конструкції патрона, затискне зусилля може бути тяговим або штовхаючим. Патрон розтискується при зворотному ході поршня пневмоциліндра.
Статичний розрахунок пневмоциліндрів. Конструктивні розміри пневмоциліндра на стадії проектування встановлюється статичним розрахунком, при якому знаходять і вибирають внутрішній діаметр циліндра D (діаметр поршня), діаметр штока d та діаметр dy умовного проходу отворів для приєднання трубопроводів.
Початкові дані для статичного розрахунку: робочий тиск повітря (абсолютний) у підвідній лінії pм, технологічне навантаження Pт, довжина ходу S, маса приєднуваних до пневмоциліндра рухомих елементів m1, положення пневмоциліндра в просторі при роботі, потрібний (або допустимий) час спрацьовування чи середня швидкість руху на всій довжині ходу. Дані можуть доповнюватись, наприклад, габаритними обмеженнями, уточненням характеру навантаження, температурними умовами під час експлуатації тощо.
Для пневмоциліндрів затискних пристроїв, у яких технологічне навантаження діє в кінці ходу (безпосередньо при закріпленні), діаметр поршня розраховується за формулою
, (5.1)
де m – маса всіх рухомих елементів, з’єднаних з поршнем, включаючи масу самого поршня та штока (беруться приблизно з подальшим уточненням). Вага рухомих частин ±mg враховується при вертикальному або нахиленому під кутом до горизонту положенні пневмоциліндра. В останньому випадку враховується її вертикальна складова. Знак “+” ставиться тоді, коли сила тяжіння протидіє рухові поршня. У розрахунковій формулі прийнято, що потрібне затискне зусилля досягається при тисові 0,9pм, чим забезпечується деякий його запас.
Для затискних пневмоциліндрів із зворотною пружиною
, (5.2)
де P0 – сила попереднього натягу пружини; c – жорсткість пружини.
Для пневмоциліндрів транспортуючих та інших пристроїв, у яких технологічне навантаження діє на всій довжині ходу або на значній його частині, наприклад, приводів транспортуючих пристроїв, діаметр циліндра знаходять за розрахунковим значенням безрозмірного параметра навантаження 
з наближеним урахуванням сил тертя через коефіцієнт 
. (5.3)
Значення вибирається залежно від тиску pм (табл. 5.1). Менші значення у рекомендованому діапазоні відповідають більшим діаметрам поршня і вищим швидкостям спрацювання пневмоциліндра (через його недовантаження).
Коефіцієнт для пневмоциліндрів з типовими манжетними ущільненнями поршня вибирають залежно від технологічного навантаження Pt (табл. 5.2). Значення справедливі для діапазону тисків pm=0,5..0,6 МПа. Для інших тисків потрібна корекція цих значень. Вважається, що змінюється пропорційно тискові у робочій камері. Знак “+” перед у розрахунковій формулі береться у тому випадку, коли сила тертя доповнює зусилля, створюване тиском повітря, наприклад, у випадку транспортування (опускання) вантажу з пневматичним гальмуванням.
Знайдений діаметр потрібно округлити до найближчого значення із нормального ряду діаметрів циліндрів за ГОСТ 6540-68: 16, 20, 25, 32, 40, 50, 63, 80, 100, 125, 160, 200, 250, 320 мм.
Таблиця 5.1 – Значення параметра навантаження 
| Рм, МПа | 0,3 | 0,4 | 0,5 | 0,6 | 0,7 |
|
| 0,25…0,6 | 0,3…0,65 | 0,35…0,7 | 0,4…0,75 | 0,45…0,8 |
Таблиця 5.2 – Значення коефіцієнта 
| Рт, кН | До 0,6 | 0,6…6,0 | 6…25 | 25…60 |
| 0,5…0,2 | 0,2…0,12 | 0,12…0,08 | 0,08…0,05 |
Діаметр штока 
(5.4)
Його заокруглюють до найближчого значення, взятого з такого ряду:10, 12, 16, 25, 32, 40, 50, 63, 80, 90 мм. При значній довжині ходу поршня бажана перевірка штока на стійкість при поздовжньому згині з врахуванням його з’єднання із зовнішніми рухомими елементами, до яких прикладено навантаження.
Умовний прохід отворів для приєднання трубопроводів 
узгоджують з проходами трубопроводів і встановлених на них пневмоапаратів. Приведене співвідношення справедливе при значній довжині ходу поршня пневмоциліндра, але при малих ходах воно дає завищені значення 
. Тому бажано узгоджувати з очікуваним часом спрацьовування пневмоциліндра. Можна рекомендувати для визначення таку формулу:
, (5.5)
у якій враховуються не тільки габарити пневмоциліндра, але й очікуваний час спрацьовування 
і середня швидкість потоку стиснутого повітря в лінії підводу 
17 м/с.
Рисунок 5.5 – Мембранний пневмоциліндр
односторонньої дії
Мембранні пневмоциліндри також належать до пневмодвигунів дискретної дії з лінійним зворотно-поступальним рухом штока. В порівнянні з поршневими пневмоциліндрами вони простіші у виготовленні (не мають точних контактних поверхонь), мають високу герметичність робочої камери, не потребують змащення і якісного очищення стиснутого повітря. Проте їм притаманні й недоліки: обмеженість довжини ходу, змінне зусилля на штоці, що залежить від прогину мембрани, мала довговічність.
Найбільш поширені мембранні пневмоциліндри односторонньої дії із зворотною пружиною. Вони використовуються у пристроях, які виконують технологічні операції, що потребують значних зусиль при відносно малих ходах (затискування, фіксація, переключення, гальмування тощо).
Мембрани виготовляють із гумотканинних та синтетичних матеріалів, еластичних і міцних. Вони можуть бути плоскими і фігурними (з гофром).
У мембранному пневмоциліндрі односторонньої дії (рис. 5.5) плоска мембрана 2 защемлена по контуру між корпусом 3 і кришкою 1. Внутрішній діаметр защемлення D називають діаметром заправки мембрани. Сила, що створюється дією тиску повітря у робочій камері на поверхні опорного диска 4, передається безпосередньо вихідному штокові. Цей же тиск діє на відкриту частину мембрани, але створювана тиском сила лише частково передається на шток, інша ж її частина сприймається защемленням мембрани, викликаючи в ньому відповідну реакцію. Отже, зусилля на штоці мембранного пневмоциліндра діаметром заправки мембрани D менше, ніж зусилля, створюване поршневим пневмоциліндром з поршнем такого ж діаметра при однаковому тиску повітря. Більш того, це зусилля залежить від діаметра опорного диска d і від прогину мембрани. Тому його розраховують не за фактичною площею, на яку діє тиск повітря в робочій камері, а за ефективною площею 
. Це площа умовного поршня діаметром 
, на якому створюється при даному тиску повітря таке ж зусилля, як і на реальній мембрані. При малих прогинах мембрани
, (5.5а)
де 
.
Аналіз цієї формули показує, що з ростом 
збільшується і . Врешті-решт, коли 
, ефективна площа мембрани досягає максимуму 
, тобто мембрана замінена поршнем з діаметром 
, котрий, проте, має кругове защемлення і зовсім не може рухатись. Якщо 
, то 
, але при цьому мембрана має значний прогин. Оптимальне співвідношення діаметрів опорного диска і заправки мембрани 
при невеликих прогинах мембрани. При значних прогинах ефективна площа мембрани знаходиться за формулою Ліктана [1]:
, (5.6)
де 
– прогин мембрани (хід штока мембранного пневмоциліндра), 
– фіктивний прогин мембрани, при якому вона прийняла б форму зрізаного конуса. Величина залежить від конструктивних розмірів і опорного диска, а також від механічних властивостей матеріалу мембрани, які враховуються статичною характеристикою мембрани 
. (5.7)
Статична характеристика – це величина вільного прогину мембрани під дією даного тиску повітря. Встановлюється експериментально. Якщо мембрана нова, то необхідно попередньо її “натренувати”, тобто декілька разів “навантажити” тиском повітря для стабілізації витяжки .
Залежність (5.5а) – це окремий випадок формули Ліктана (5.6), коли прогин мембрани нульовий, тобто при 
. На практиці цю залежність використовують у більшості розрахунків за умови, що робочий хід мембрани S не перевищує (0,5…0,6) (з урахуванням витяжки мембрани).
При статичних розрахунках мембранних пневмоциліндрів знаходять діаметр умовного поршня за тими ж формулами, що і для поршневих пневмоциліндрів. Наприклад, для затискного мембранного пневмоциліндра із зворотною пружиною
. (5.8)
Якщо ж мембранний пневмоциліндр використовується в ролі транспортуючого і технологічне навантаження діє на всій довжині ходу або на більшій його частині, то
. (5.9)
Остання залежність, на відміну від формули (5.2) для поршневих пневмоциліндрів, не враховує сил тертя, відсутність яких – одна із переваг мембранних пристроїв.
Знайшовши , обчислюють ефективну площу 
і, задаючись величиною 
, знаходять діаметр заправки мембрани , користуючись формулою (5.8) або (5.9), і діаметр опорного диска.
Хід штока S мембранного пневмоциліндра рекомендується вибирати [1] для діапазону тисків 
МПа із співвідношення 
. Більші значення S вибираються для більшого тиску. Для мембран з гофром величина ходу може бути значно більшою 
.
Апаратура системи підготовки стиснутого повітря. Для забезпечення надійної роботи пневматичних приводів живлення повинно бути старанно очищене від водяної пари, пилу та інших механічних домішок, які попадають у мережу зі стиснутим повітрям із навколишнього середовища через компресори. Крім того, потрібно стабілізувати тиск повітря, а також ввести у повітряний потік оливи для змащення поверхонь тертя пневматичних двигунів та інших елементів пневматичних приводів. Ці функції виконує група апаратів системи підготовки повітря [1]. До неї належать (див. рис. 5.1) фільтр-вологовідділювач, редукційний клапан і оливорозпилювач. Саме в такій послідовності вони розміщуються на лінії підводу стиснутого повітря.
Фільтри-вологовідділювачі (рис. 5.6) служать для очищення стиснутого повітря від механічних домішок та крапель води. Стиснуте повітря підводиться до вхідного отвору 1 корпусу і, обтікаючи гвинтові лопатки напрямного апарата 2, створює вихровий обертовий потік у стакані 4.
Рисунок 5.6 – Фільтр - вологовідділювач
Частинки водяної пари і дрібні краплі оливи, завислі в потоці, дією відцентрової сили відкидаються до стінок стакана, при ударі конденсуються, збираються в краплі і стікають по стінках вниз у зону, захищену від вихрового руху відбивачем 6. Повітряний же потік проходить через металокерамічний фільтр 5, де відфільтровуються механічні частки з розмірами понад 0,05 мм, і направляється до вихідного отвору 3.
Конденсат, що збирається в нижній частині стакана, періодично випускають, відкриваючи кульковий клапан 7. Якщо в пневмомережі є тиск повітря, то при цьому через клапан 7 виноситься не тільки конденсат, але і механічні частинки, затримані фільтром, тобто проходить очищення фільтра 5. Стакан 4 виготовляється прозорим, що дає змогу контролювати наявність конденсату і своєчасного його випускати. Середній коефіцієнт вологовідділення становить 85%. Монтується апарат безпосередньо на повітропроводі у вертикальному положенні.
Тиск повітря регулюється редукційним клапаном (рис. 5.7). Потреба в регулюванні зумовлена значними змінами тиску в пневмомережах промислових підприємств з великою кількістю споживачів. При проектуванні пневмоприводів виходять з мінімального наявного тиску в пневмомережі, який приймають за розрахунковий. Редукційний клапан регулюється на цей тиск і забезпечує його стабільність.
Рисунок 5.7 – Редукційний клапан
Тиск на виході 9 редукційного клапана (рис. 5.7) регулюють змінами сили стиснення пружини 5 за допомогою гвинта 6. Пружина прогинає мембрану 4 і через шток 3 відводить від сідла запірно-регулюючий елемент 1, відкриваючи прохід для потоку повітря, що підводиться із пневмомережі на вхід 2 редукційного клапана. Вихідний канал клапана через отвір 8 з’єднано з камерою 7 зворотного зв’язку. Зі збільшенням тиску повітря на виході клапана збільшується також тиск у камері 7. Діючи на поверхню мембрани, він створює додаткову силу, направлену проти зусилля пружини 5. При цьому прогин мембрани зменшується і запірно-регулюючий елемент 1 під дією пружини 10 наближається до сідла, обмежуючи прохід для повітряного потоку. Кожній даній витраті стиснутого повітря в пневмомережі відповідає певна величина проходу. Стабільність тиску на виході пневмоклапана досягається тим, що вхідний отвір 8 камери зворотного зв’язку розташований у звуженні вихідного каналу, в якому з ростом витрати повітря зростає швидкість потоку і падає тиск. Зниження тиску в камері 7 викликає додаткове відкриття проходу і інтенсивнішу подачу повітря. Якщо ж витрати повітря немає, елемент 1 повністю перекриває прохід.
Для подачі в стиснуте повітря дрібно розпиленої оливи, яка служить для змащування поверхонь тертя пневмоциліндрів, застосовують оливорозпилювачі (рис. 5.8). Оливорозпилювачі не використовують в мережі стиснутого повітря з мембранними пневмоциліндрами, тому що олива сприятиме розкладанню гуми. Він виконує свої функції тільки під час руху повітряного потоку, який підводиться на вхід 5 апарата і забирається споживачем з виходу 9. Якщо витрати стиснутого повітря немає, в усіх внутрішніх порожнинах апарата встановлюється однаковий тиск повітря. З появою потоку повітря в оливорозпилювачі створюються два повітряні потоки. Основний потік із входу 5 через вікна 12 проходить безпосередньо на вихід 9, а допоміжний через отвір 6, кільцевий прохід 4 і канали 3 – в камеру 2 і далі через отвір 8 з’єднується з основним потоком завдяки його підсмоктуючій дії. Проходячи через кільцевий прохід 4, допоміжний потік обтікає сопло 13 і відсмоктує через нього частину повітря з камери 7, знижуючи в ній тиск. Під дією вищого тиску в камері 2 олива, залита у прозорий стакан 1, піднімається трубкою 10, проходить через зворотний клапан 11 і з виходу трубкою 14 краплями падає на конусну поверхню камери 7. Частота падіння крапель оливи регулюється дроселем 15, встановленим на лінії зв’язку між камерами 2 і 7. Через дросель у камеру 7 надходить деяка кількість повітря, а через сопло 13 витікає, тобто камера є проточною і рівень тиску в ній залежить від інтенсивності притоку повітря, яке регулюється дроселем, та інтенсивності його витікання, що залежить від витрати повітря через оливорозпилювач. Отже, прикриваючи дросель 15, зменшують тиск у камері 7 і посилюють подачу оливи. При незмінному налагодженні дроселя частота краплепадіння змінюється лише зі зміною витрати повітря.
Краплі оливи через сопло 13 вносяться у допоміжний потік, де проходить їхнє первинне розпилення. У камері 2 недостатньо розпилені часточки осідають на поверхню оливи, а дрібні краплі вносяться допоміжним потоком в основний і розпилюються додатково, тому апарат носить назву оливорозпилювач двократної дії.
Рисунок 5.8 – Оливо розпилювач
Якщо витрата повітря через оливорозпилювач припиняється і тиск у камерах вирівнюється, зворотний клапан 11 перешкоджає зниженню рівня оливи в трубках 10 і 14 з тим, щоб при відновленні витрати повітря зразу ж починалось краплепадіння і розпилення.
Оливорозпилювач монтується безпосередньо на повітропроводі у вертикальному положенні. Рекомендується ставити його якомога ближче до об’єктів змащення. Слід враховувати, що будь-які місцеві опори, через які проходить потік із розпиленою оливою, зменшують ефективність роботи оливорозпилювача через часткову конденсацію оливи. Для змащування пневмоприводів використовується очищена олива з в’язкістю (0,2...0,3)×10-4 м2/с.
Повітророзподільна та запобіжна апаратура.До неї належать: крани ручного керування, дроселі, розподільні клапани, зворотні клапани, реле тиску.
Найбільш поширеною конструкцією кранів ручного керування є чотириходові крани з плоским золотником. Ці крани призначені для керування пневматичними приводами двосторонньої дії.
Крани з плоскими золотниками конструктивно нескладні, притирання золотників у них просте, герметичність по мірі спрацювання вони не втрачають, тому надійні в роботі.
Підвід стиснутого повітря (рис 5.9) здійснюється через приєднувальний різьбовий отвір , через який повітря попадає в порожнину, яка утворена між корпусом 2 та кришкою 1.
За допомогою плоского золотника 3 повітря може бути направленим в канали, що зв’язані з вихідними різьбовими отворами в корпусі Ц1 і Ц2, а відпрацьоване – випущене в атмосферу через нахилений отвір А у кришці. Поворот золотника здійснюється ручкою, яка закріплена на валику 5, кінець валика 5 входить у шліц золотника. Контакт притертої площини золотника 3 з торцем кришки 1 забезпечується пружиною 4 і тиском стиснутого повітря, яке поступає в порожнину крана. Золотник може займати два крайніх положення. В одному із них отвір Ц1 сполучається з отвором П, а отвір Ц2 – з атмосферою через отвір А.
Рисунок 5.9 – Чотириходовий розподільний кран і схема його роботи
В другому крайньому положенні золотника отвір Ц1 сполучається з атмосферою, а отвір Ц2 – з отвором П через який подається повітря.
Якщо кран використовується для керування пневмодвигуном односторонньої дії, тоді в один із отворів Ц1 або Ц2 загвинчується конічна різьбова заглушка і таким чином кран із чотириходового перетворюється в триходовий.
Зворотні клапани призначені для проходження повітря тільки в одному напрямку. Особливо важливе значення зворотні клапани мають для запобігання аваріям і травматизму при роботі пристроїв з пневматичним приводом.
Зворотній клапан встановлюється у повітряній магістралі перед розподільчим краном i у випадку зменшення заданого тиску повітря, або при розриві гумового шланга, який живить пристрій повітрям, перекриває шлях витiканню повiтря iз приводу. Завдяки цьому, сила закрiплення деталi утримується протягом достатнього часу, щоб закiнчити обробку.
Iснує декiлька конструктивних рiзновидів зворотніх клапанiв.
Кульковий зворотний клапан (рис. 5.10) має ступінчатий отвiр. Отвір перекривається кулькою, притиснутою до конiчного сiдла пружиною. До корпуса клапана зліва приєднується приймальний штуцер повiтромережі, а правою частиною клапан закручується у приймальний отвiр розподiльного крана.
Рисунок 5.10 – Кульковий зворотній клапан
При вiдкриттi розподiльного крана повiтря стискає пружину клапана i кулька вiдходить вiд сiдла, забезпечуючи доступ повiтря у пристрiй. У випадку зменшення тиску у системi кулька пружиною буде притиснута до сiдла i перекриє вихiд для витоку повiтря за рахунок надлишкового тиску повiтря, яке знаходиться в цилiндрi пневматичного приводу.
Зворотний клапан з конiчним сiдлом (рис. 5.11) складається iз корпуса 2, у якому є цилiндричний отвiр. У цей отвiр запресовано сiдло клапана 4, яке має конiчну робочу поверхню. У конiчну робочу поверхню сiдла входить клапан 3, виконаний у виглядi пустотiлого цилiндра, що закінчується конусом. Для забезпечення герметичностi конус клапана 3 i сiдло 4 взаємно притирають. Приймальний штуцер закручують у нижнiй отвiр, а боковою частиною корпус клапана приєднується до розподiльчого крану пристрою.
Принцип роботи зворотного клапану iз конiчним сiдлом такий самий як кулькового.
Рисунок 5.11 – Зворотний клапан з конічним сідлом
Недолiком цих конструкцiй зворотних клапанiв є неможливiсть створення надiйного ущiльнення мiж кулькою або конiчною частиною клапана та сідлом.
Надійнішою є конструкцiя клапана, зображена на рис.5.12.
Клапан складається з корпуса 1 i втулки 6, мiж якими через мiдне ущiльнювальне кiльце 3 затиснена сталева решітка 5. Отвори у решiтцi перекриваються гумовою шайбою 4. Повiтря, яке поступає з магістралі через отвори у втулцi 6, огинає гумову шайбу i вiльно переходить у циліндр пневматичного приводу пристрою (див. рис 5.12, а). Зворотний рух повiтря неможливий, оскільки змiна напрямку повiтряного потоку зумовлює миттєве притискання гумової шайби до решiтки (див. рис. 5.12, б). Конус 2 утримує гумову шайбу та забезпечує її швидке розпрямлення при витiканнi повiтря iз пристрою.
|
|
Рисунок 5.12 – Зворотний клапан з гумовою шайбою
а - клапан вiдкритий;
б - клапан закритий
Перевагою цiєї конструкцiї є простота виготовлення, надiйна герметичність при повнiй вiдсутностi притирання частин, низька чутливiсть до якостi повiтря (пiдвищеної вологостi, наявностi пилу та iн.).
Важливим етапом в оснащенні виробництва пневматичними пристроями є випробування та налагодження цього оснащення. На цьому етапі визначається якість конструкції, її надійність. Тому дуже важливо здійснювати випробування оснащення до експлуатації.
Випробування пневмоприводів здійснюється на стенді (рис. 5.13). Стенд, змонтований за даною схемою, використовується для випробування як поршневих пневмоциліндрів, так і мембранних пневмоциліндрів одно- і двосторонньої дії.
Під час випробування пневматичного приводу перевіряється герметичність виконання, працездатність при різних тисках стиснутого повітря, початкове зусилля та міцність конструкції.
При випробуванні на герметичність пневмоциліндр під’єднується двома гнучкими шлангами 13. Для перевірки лівої порожнини пневциліндра стиснуте повітря подається в неї за допомогою розподільного крана 7. В момент подачі повітря обидва вентилі 11 і 12 відкриті. Ліва і права порожнини заповнюються стиснутим повітрям до тиску, який є у мережі (0,39...0,58 МПа), після чого вентиль 11 закривають. Якщо протягом 1 хвилини у досліджуваній порожнині не відбувається спаду тиску більше, ніж на 0,19 МПа, то така герметичність вважається задовільною. Контроль тиску здійснюється зразковим манометром.
 |
Рисунок 5.13 – Схема стенду для випробування пневматичних пристроїв
Про працездатність пневматичного циліндра, якість виконання його деталей та якість складання можна зробити висновок по плавності руху штока із одного крайнього положення у друге, який повинен переміщуватися без ривків та заїдань. Велику увагу при дослідженні працездатності слід надавати зусиллю, яке витрачається на зсув поршня в циліндрі. Це зусилля, якщо воно надто велике свідчить про неякісне виконання посадок в спряженні поршень-циліндр, наявність ексцентриситету між внутрішнім діаметром циліндра та діаметром штока, негерметичність ущільнень. Суттєвий вплив на збільшення зусилля, яке витрачається на переміщення поршня, спричиняє низька якість виконання поверхонь тертя пари поршень-циліндр.
Працездатність досліджують на стенді (рис. 5.13). Випробування здійснюють при різних тисках: від найбільшого в мережі (0,49...0,59) МПа і до зниженого до 0,19 МПа. При випробуванні слідкують за ступенем рівномірності переміщення штока з одного крайнього положення в друге.
Керування пневматичним циліндром здійснюють розподільним краном 7; обидва крани 11 і 12 відкриті; зниження тиску регулюють регулятором тиску 3.
Одночасно із цим випробуванням при тиску 0,39 МПа за допомогою динамометра вимірюють зусилля на штоці пневматичного циліндра, яке не повинно бути менше розрахункового.
Випробування на міцність здійснюється при тисках (0,88..0,98)МПа. Випробовуються на міцність тільки ті пневмоциліндри, які за конструктивними параметрами мають зменшення розмірів та ваги.
Експериментально силу на штоці пневмоциліндра вимірюють за допомогою динамометра.
Коефіцієнт корисної дії пневмоциліндра розраховують за формулою
, (5.10)
де: 
- експериментальне значення сили на штоці пневмоциліндра, Н;
- розрахункове значення сили на штоці пневмоциліндра, Н
Порядок виконання роботи
5.4.1 Вивчити конструкції пневматичних приводів, виконати їх ескізи.
5.4.2 Вивчити апаратуру системи підготовки стиснутого повітря.
5.4.3 Вивчити повітророзподільну та запобіжну апаратуру.
5.4.4 Випробувати пневматичний циліндр на герметичність.
5.4.5 Перевірити працездатність пневматичного циліндра при різному тиску в мережі (в межах 0,19...0,58 МПа).
5.4.6 Визначити хід штока L при різних значеннях тиску в мережі (в межах 0,19...0,58 МПа).
5.4.7 Побудувати графік залежності сили на штоці від переміщення штока.
5.4.8 Розрахувати значення початкової сили на штоці пневматичного циліндра (величина тиску задається викладачем).
5.4.9 Визначити дійсні значення початкової сили на штоці пневматичного циліндра за допомогою динамометра при тиску за п. 5.4.8.
5.4.10 Розрахувати коефіцієнт корисної дії пневматичного циліндра.
Зміст звіту
У звіт входить:
5.5.1 Назва лабораторної роботи.
5.5.2 Номер групи, прізвище та ініціали студента.
5.5.3 Ескіз експериментального стенду.
5.5.4 Ескізи досліджуваних пневматичних приводів.
5.5.5 Розрахункові значення початкової сили пневматичних приводів.
5.5.7 Результати випробувань та досліджень характеристик пневмоциліндрів.
5.5.8 Висновки по роботі.
5.5.9 Дату і підписи студента і викладача.
Запитання для самоконтролю
5.6.1 Класифікація приводів.
5.6.2 Розрахунок початкової сили для пневматичних приводів.
5.6.3 Методика випробування на герметичність.
5.6.4 Методика випробування на працездатність.
5.6.5 Методика випробування на міцність.
5.6.6 Апаратура системи підготовки стиснутого повітря. Принцип роботи.
5.6.7 Повітророзподільна і запобіжна апаратура.
5.6.8 Конструктивні параметри пневматичних циліндрі. Розрахунок початкової сили. Область застосування.
5.6.9 Конструктивні параметри пневматичних діафрагмових приводів. Розрахунок початкової сили. Область застосування.
5.6.10 Як визначається коефіцієнт корисної дії пневматичних приводів?
Література
[1], с. 112...120;
[2], с. 69...74;
[3], с. 425...458.
Лабораторна робота №6