Пневматический и пневмогидравлический приводы

Категория:
Металлорежущие станки


Пневматический и пневмогидравлический приводы

Пневматический привод прямолинейного движения. Как указывалось выше, пневматический привод не обеспечивает возможности настройки и поддержания постоянства настроенной скорости движения, поэтому он применяется для перемещения вспомогательных рабочих органов и звеньев механизмов зажимных устройств.

Конструкция пневматических цилиндров аналогична конструкции гидравлических цилиндров, описанных выше. В ряде случаев в качестве пневматических двигателей прямолинейного движения применяются пневмокамеры, которые могут быть использованы при сравнительно небольшой длине хода.

Между корпусом. и крышкой пневмокамеры зажимается диафрагма, выполненная из специальной прорезиненной ткани. К диафрагме под действием пружины прижимается фланец штока. При подаче сжатого воздуха в полость диафрагма, перемещаясь вперед, сообщает движение штоку. После того как воздух будет выпущен в атмосферу, шток под действием пружины займет первоначальное положение.

В пневмокамерах двустороннего действия диафрагма зажимается между двумя фланцами, закрепленными на штоке. Для плотности и надежности соединения диафрагмы со штоком фланцы снабжаются кольцевыми канавками и выступом.

Специальные диафрагмы для пневмокамер изготовляются заводами резинотехнических изделий. Они также могут быть изготовлены из масло-стойкой резины группы VIII с пределом прочности при растяжении 45 кГ/см2.

Аппаратура пневматических приводов. Реверсивные золотники с пневматическим переключением. Сжатый воздух, поступающий от магистрали, подводится к отверстию, которое сообщается с верхней плоскостью основания. Отверстия служат для подачи воздуха к полостям рабочего цилиндра, а отверстие — для выпуска воздуха из полостей рабочего цилиндра в атмосферу. Отверстия также сообщаются с верхней плоскостью основания. Отверстия могут поочередно соединяться с отверстием с помощью плоского золотника, скользящего по плоскости основания. Золотник прижимается к основанию пружиной и давлением сжатого воздуха, поступающего по каналу полость золотника, чем обеспечивается надежное уплотнение стыковых поверхностей. При положении золотника, показанном на чертеже, сжатый воздух поступает из отверстия в камеру и направляется к отверстию. Отработанный сжатый воздух, поступающий через отверстие, проходит через полость плоского золотника и уходит в отверстие. При перемещении плоского золотника влево отверстие сообщается с камерой, а отверстие соединяется с отверстием и направление потока сжатого воздуха изменяется.

Перемещение плоского золотника осуществляется с помощью двустороннего поршня. Для переключения золотника сжатый воздух подается либо в цилиндр, либо двустороннего поршня. Подачей сжатого воздуха к цилиндрам поршня управляют вспомогательные золотники, которые направляют сжатый воздух поочередно либо в один, либо в другой цилиндр.

Золотник, представленный на рис. 2, б, отличается тем, что правый и левый поршни имеют разные диаметры. Левый цилиндр постоянно находится под давлением сжатого воздуха и золотник смещен вправо. При подаче сжатого воздуха в правую полость золотник смещается влево. Такая конструкция в ряде случаев позволяет упростить схему управления.

Реверсивные золотник выполняются также в одном блоке с вспомогательными золотниками, которые переключаются электромагнитами.

Конструкция золотника аналогична описанной выше. К торцам цилиндров переключающего поршня прикреплены вспомогательные золотники с толкающими электромагнитами. Сжатый воздух для переключения поршня поступает из камеры через отверстия малого диаметра в полости. Переключающие золотники сообщают одну из полостей или с атмосферой. Тогда давление в этой полости падает и золотник под действием давления во второй полости перемещается в соответствующем направлении. Полость цилиндра переключающего поршня сообщается с атмосферой через отверстия корпуса вспомогательного золотника и центральное отверстие, в котором перемещается толкатель. На конце толкателя имеются три лыски, создающие зазор для прохода воздуха к отверстию, связанному с атмосферой. Проход воздуха преграждается клапаном с резиновой прокладкой, которая под действием пружины прижимается к торцу центрального отверстия. При включении толкающего электромагнита толкатель отжимает клапан и открывает проход воздуха в атмосферу. Аналогичную конструкцию имеет клапан, расположенный в полости.

Рис. 1. Пкевмокамера.

Рис. 2. Реверсивные пневматические золотники с пневматическим переключением.

Рис. 3. Реверсивный пневматический золотник, выполненный в одном блоке с вспомогательным золотником.

После того как клапан закроется и сжатый воздух вновь заполнит соответствующую полость, главный золотник останется в смещенном положении, так как давление воздуха, действующее в правой и левой полостях, уравновешивается.

В одном блоке с вспомогательным золотником может быть также выполнен золотник со ступенчатым поршнем, показанный на рис. 2, б.

Вспомогательные золотники и краны. Вспомогательные золотники предназначены для переключения потоков сжатого воздуха в цепях управления и имеют небольшую пропускную способность. При небольшой емкости рабочих цилиндров они могут быть использованы и в основных цепях питания.

Сжатый воздух поступает к отверстию вспомогательного золотника и направляется к цилиндру через отверстие. Отработанный воздух уходит в атмосферу через отверстие. Проход сжатого воздуха от отверстия к отверстию преграждается клапаном с резиновой прокладкой, которая прижата к торцу проходного отверстия под действием пружины.

Переключение золотника происходит под действием путевых упоров, поворачивающих рычажок вокруг оси. Нижний конец рычажка воздействует на наклонное дно паза, профрезе-рованного в плунжере. При повороте рычажка из положения, показанного на чертеже сплошными линиями, в положение, показанное пунктирными линиями, плунжер опускается и переключает золотник. При этом внутренний канал золотника разобщается с отверстием, а нижний конец золотника опускает клапан и отверстия сообщаются между собой. При повороте рычажка в исходное положение золотник под действием пружины поднимается вверх и клапан 6 закрывается. Одновременно отверстие сообщается через внутренний канал золотника и поперечные отверстия золотника и втулки с каналом корпуса.

Вспомогательный золотник, представленный на рис. 4, выполняется также без качающегося рычага. При воздействии путевого упора непосредственно на шток плунжера золотник переключается, при прекращении воздействия упора золотник под действием пружины возвращается в исходное положение.

Вспомогательный золотник с переключающим электромагнитом отличается незначительными конструктивными особенностями. Сжатый воздух от магистрали подводится через отверстие, связанное с полостью, и подается к цилиндру через канал, связанный с отверстиями втулки. Проход сжатого воздуха из полости к отверстиям перекрывается клапаном с резиновой прокладкой под действием пружины. К отверстиям сжатый воздух проходит через зазоры, образованные лысками, имеющимися на конце золотника. Отработанный воздух уходит в атмосферу через центральный канал и поперечные отверстия золотника, сообщающиеся с отверстием корпуса. При включении толкающего электромагнита золотник перемещается влево и открывает клапан, сообщая отверстия с полостью. Одновременно резиновая прокладка, упираясь в торец золотника, закрывает центральный канал золотника. При выключении электромагнита пружина возвращает золотник в исходное положение, клапан разобщает полость с отверстиями, которые через центральный канал соединяются с атмосферой.

Рис. 4. Вспомогательные пневматические золотники.

Поворотные краны предназначаются для ручного управления потоком сжатого воздуха в основных цепях питания. Сжатый воздух поступает из магистрали через отверстие в камеру, в которой расположен золотник. Золотник прижимается к плоскости крышки пружиной и давлением сжатого воздуха в камере. К плоскости крышки подведены каналы, по которым сжатый воздух направляется либо к одной, либо к другой полости рабочего цилиндра, и канал, связанный с атмосферой. В золотнике имеется дуговая канавка, с помощью которой каналы поочередно связываются с каналом, и отверстия, с помощью которых каналы поочередно связываются с камерой. При переключении потока сжатого воздуха золотник поворачивается вручную рукояткой.

Рис. 5. Вспомогательный пневматический золотник с переключающим электромагнитом.

Тормозные устройства. При использовании пневматического привода в конце хода могут возникать значительные удары. Для уменьшения скорости в конце хода применяются цилиндры со встроенными дросселями, подобные описанным выше гидравлическим цилиндрам. Однако такое решение может быть использовано только в том случае, когда рабочий орган занимает в процессе работы только два крайних положения. Тормозной эффект, получаемый при этом, сравнительно незначителен. Для торможения рабочего органа в любом месте применяются путевые тормозные золотники с обратными клапанами. Отработанный воздух поступает из цилиндра через отверстие и попадает в полость. Из полости воздух проходит через зазоры, образованные лысками золотника, в полость, откуда через отверстие направляется к воздухораспределителю. В конце хода путевой кулачок, перемещающийся вместе с рабочим органом, воздействует на ролик рычага и, сжимая пружину, постепенно опускает золотник вниз. Конический поясок 6 золотника постепенно прикрывает проход воздуха в полость 9 и осуществляет торможение рабочего органа. После того как проход воздуха в полость будет перекрыт окончательно, воздух будет поступать в нее через регулируемый игольчатый дроссель и рабочий орган будет перемещаться в период, предшествующий остановке, с малой скоростью. При подаче воздуха в обратном направлении он поступает в полость через отверстие и, приподнимая втулку, прижатую пружиной, проходит непосредственно в полость, минуя дроссель, и направляется через отверстие к рабочему цилиндру.

Рис. 6. Поворотный кран.

Рис. 7. Тормозной золотник.

Обратный клапан, выполняемый в качестве отдельного элемента совместно со щелевым дросселем представлен на рис. 8.

В ряде случаев торможение достигается с помощью гидравлического цилиндра, подобного применяемым в пневмогидрав-лических приводах.

Аппаратура подготовки воздуха. Воздух, поступающий в систему от магистрали, должен пройти через влаго-пыле-отделитель, где производится отделение влаги, имеющейся в воздухе, и очистка воздуха от посторонних частиц. Для поддержания постоянства давления в системе после водо-пылеотде-лителя устанавливается редукционный клапан, поддерживающий постоянное настроенное давление. Для смазки всех аппаратов пневмопривода в воздух, прошедший через редукционный клапан, вводится в распыленном состоянии масло, которое подается маслораспылителем.

Влаго-пылеотделитель. Воздух, поступающий от магистрали, подается через отверстие и через винтовые щели отражателя 6 попадает в резервуар. При проходе через щели отражателя поток воздуха получает винтообразное движение и йоявляющиеся центробежные силы отбрасывают выделяющиеся частицы влаги на стенки резервуара. Частицы влаги стекают в нижнюю зону резервуара, отделенную от верхней заслонкой. Влага удаляется через отверстие в нижней части резервуара, которое закрывается шариком при повороте запорной пробки вручную.

Очищенный воздух проходит через фильтр к отверстию.

Редукционный клапан. Воздух, поступающий от влаго-пылеотделителя, попадает через отверстие в полость, которая отделяется клапаном от выходного отверстия. Клапан прижимается к седлу пружиной. Пружина, действующая на мембрану, связанную толкателем с клапаном, стремится открыть клапан. Снизу на мембрану действует давление воздуха, поступающего в камеру через дросселирующее отверстие. В случае повышения давления на выходе мембрана перемещается вверх и клапан прикрывает проход воздуха к выходному отверстию. При падении давления мембрана опускается вниз и, открывая клапан, увеличивает проход воздуха. Таким образом поддерживается постоянство давления.

Рис. 8. Обратный клапан.

Рис. 9. Влагоотделитель.

Рис. 10. Редукционный клапан.

Рис. 11. Маслораспылитель.

Маслораспылитель. Масло, предназначенное для смазки системы, находится в резервуаре. Сжатый воздух поступает в отверстие крышки проходит через каналы и через отверстие направляется в систему. Через отверстие воздух попадает в полость распылителя. Отросток распылителя и пробка образуют кольцевую щель, через которую воздух проходит в полость пробки, связанную отверстиями с масляным резервуаром. Полость масляного резервуара связана также отверстием, сечение которого регулируется с помощью игольчатого дросселя, с камерой. В камере устанавливается более низкое давление, чем в масляном резервуаре, благодаря чему масло из масляного резервуара поступает по трубе, через гильзу с обратным клапаном и трубку в камеру. Подача масла происходит каплями. Благодаря разрежению, образующемуся у отростка распылителя, масло из камеры засасывается рас-плылителем и в распыленном состоянии попадает в верхнюю часть полости масляного резервуара. Крупные частицы оседают на поверхности масла, а мелкие — через отверстие захватываются потоком воздуха и подвергаются дальнейшему распылению. В распыленном состоянии частицы масла вместе с воздухом поступают в аппаратуру.

Пневмогидравлические приводы. На рис. 12 представлены характерные схемы пневмогидравлических приводов. Как при быстрых, так и при рабочих ходах рабочий орган получает движение от пневматического цилиндра. При ходе вперед сжатый воздух, поступающий от трубопровода, направляется воздухораспределителем в полость рабочего цилиндра. Рабочий орган перемещается быстро до тех пор, пока регулируемый упор рабочего органа не придет в контакт со штоком гидравлического цилиндра. При дальнейшем движении происходит рабочий ход и масло, находящееся в полости гидравлического цилиндра, вытесняется в бак через дроссельный регулятор скорости описанной выше конструкции, состоящий из дросселя и редукционного клапана. Скорость движения рабочего органа на рабочем ходу определяется скоростью вытекания масла из полости, устанавливаемой с помощью дроссельного регулятора скорости.

Быстрый обратный ход осуществляется при подаче сжатого воздуха в полость пневматического цилиндра. Одновременно с подачей воздуха в полость 9 воздух подается по трубопроводу в бак через глушитель. Под давлением сжатого воздуха масло поступает из бака через обратный клапан в полость гидравлического цилиндра.

Рис. 12. Схемы пневмогидравлических приводов.

Схема, представленная на рис. 12, б, отличается тем, что масло перекачивается из полости в полость гидравлического цилиндра. Так как объем полости меньше объема полости, то избыток масла поступает в полость аккумулятора. При быстром обратном ходе упор рабочего органа приходит в контакт с кольцом, установленном на штоке поршня гидравлического цилиндра, и возвращает поршень в исходное положение. Масло из полости поступает через обратный калапан в полость. Недостаток масла пополняется за счет поступления масла из аккумулятора, поршень которого перемещается под давлением пружины. Величина хода регулируется установкой колец.

Если величина рабочего хода мала по сравнению с общим ходом рабочего органа, то обе рассмотренных схемы позволяют использовать короткий гидравлический цилиндр, что является их преимуществом.

В схеме, представленной на рис. 12, в, масло находится в полости пневматического цилиндра. При ходе вперед сжатый воздух направляется воздухораспределителем в полость цилиндра. При быстром ходе масло, вытесняемое из полости, проходит через трубопроводы, связанные проточкой залотника, и поступает в бак. В конце быстрого хода кулачок опускает золотник и разъединяет трубопровод с трубопроводом, соединяя последний с трубопроводом, через который масло направляется к дроссельному регулятору скорости. При обратном ходе сжатый воздух направляется воздухораспределителем в бак, откуда масло поступает через обратный клапан в полость, осуществляя быстрый обратный ход рабочего органа.

При расчете пневмогидравлического привода первоначально определяется площадь гидравлического цилиндра, которую с целью уменьшения диаметра пневматического цилиндра желательно принять возможно меньшей. Однако при этом следует помнить, что с уменьшением площади гидравлического цилиндра возрастают колебания скорости. Вместе с тем необходимо учитывать, что гидравлический цилиндр воспринимает разность между усилием, создаваемым пневматическим цилиндром и усилием, необходимым для перемещения рабочего органа. Если привод предназначается для использования в станке, предназначенном для выполнения ряда различных технологических операций, то усилия, необходимые для перемещения рабочего органа, могут изменяться в значительных пределах. Размеры пневматического цилиндра должны обеспечивать выполнение самых тяжелых операций, а при выполнении легких операций почти вся нагрузка, создаваемая пневматическим цилиндром, будет восприниматься гидравлическим цилиндром. Давления, возникающие в гидравлическом цилиндре, не должны выходить при этом за пределы, допускаемые характеристикой используемой гидравлической аппаратуры.

Для схемы, представленной на рис. 12, в, активная площадь штоковой полости определяется исходя из условий создания усилия, необходимого для перемещения рабочего органа на быстром обратном ходу.

При расчете площади пневматического цилиндра усилие, создаваемое гидравлическим цилиндром, определяют исходя из выбранной его площади и противодавления, которое находится как сумма потерь в гидравлической аппаратуре.

Размеры пневматического цилиндра определяют на основе уравнения равновесия поршня, подставляя выражения для сил трения в уплотнениях, найденные на основе методики, изложенной применительно к гидравлическим цилиндрам.

Пневмогидравлические приводы находят применение в агрегатных силовых головках.

Арматура пневматических и пневмогидравлических приводов аналогична араматуре гидравлических приводов.

Процесс разработки гидравлических, пневматических и пнемогидравли-ческих схем складывается из выбора вида привода, обеспечивающего изменение скорости в заданных пределах и поддержания стабильности скорости, и имеющего достаточно высокий к. п. д., а также позволяющего получить быстрые хода в требующихся направлениях и разработки схемы управления. При выборе вида привода следует руководствоваться соображениями, изложенными как в данной главе, так и в главе четвертой данного раздела.

Научные основы синтеза схем управления еще находятся в стадии разработки. Поэтому создание оптимальной схемы во многом зависит от искусства конструктора, которое определяется широким знакомством его с различными схемами управления, применяемыми в станкостроении.

При разработке схем представляется необходимым наметить несколько возможных вариантов применительно к заданной циклограмме и провести сравнительный их анализ.

Для одного или нескольких выбранных вариантов производятся все необходимые расчеты и окончательно уточняется рабочий вариант.


Читать далее:



Статьи по теме:


Реклама:




Главная → Справочник → Статьи → БлогФорум