Меню

Как регулировать скорость пневмоцилиндра



Камоцци Пневматика: пневмоприводы для управления массивными объектами

ЧАСТЬ 1.

Задачи перемещения массивных объектов часто актуальны в промышленности. В некоторых случаях подвижное массивное тело не имеет неразрывной механической связи со штоком пневмоцилиндра, когда привод выполняет функцию, например, толкателя. Такие задачи не требуют особого подхода в проектно-конструкторской работе. Но есть класс задач, где объект управления, обладающий большой массой, неразрывно связан выходным звеном пневматического привода. Такие исполнительные цилиндры всегда относятся к категории транспортных и решают две важные задачи – противодействие внешним силам и перемещение объекта в заданную точку с требуемой скоростью, ускорением разгона и с плавным торможением в конце хода. И производители, и потребители пневматического оборудования часто их называют «цилиндрами с демпфированием», подразумевая, что в конструкции таких цилиндров должна быть зона торможения в конце хода, которая способна существенно уменьшить или полностью свести к нулю весь запас кинетической энергии, который привод успел накопить. Торможение происходит на последнем участке движения поршня за 10… 50 мм до конца рабочего хода (длина тормозных втулок зависит от серии цилиндра и диаметра его поршня) и реализовано за счет уменьшения площади отверстия сброса воздуха в атмосферу при подходе поршня к крышке, когда тормозные втулки поршня В входят в зону работы тормозной манжеты А (рис.1). Система торможения реализована конструктивно и срабатывает автоматически, обеспечивая ступенчатое уменьшение площади сечения отверстия (канал С) для сброса воздуха в атмосферу. Регулирование положения дросселирующего винта в конструкции крышек цилиндра приводит к созданию воздушной подушки в конце хода, т.е. к увеличению давления в полости сброса воздуха и, как следствие, изменению знака ускорения и последующему уменьшению скорости.

Не всегда регулировка винта способна решить задачу эффективного рассеивания кинетической энергии. При затяжке винта может наблюдаться пневматический отскок поршня с дальнейшими затухающими колебаниями не только скорости, но и координаты поршня цилиндра. В этот момент давление в полости сброса мгновенно увеличивается в разы и десятки раз, существенно превышая допустимые для конструкции цилиндра значения. При откручивании же винта энергия превращается в удар поршня в крышку. Сила такого удара может быть существенна и в краткосрочном периоде работы приводить к разрушению или самого цилиндра, или технологического оборудования, составным элементом которого он является. В таких задачах сила инерции является добавочной силой к динамической нагрузке, а эффективность системы торможения в конце хода цилиндра ограничена значением перемещаемой массы и квадратом достигаемой в момент удара скорости. Для того чтобы гарантировать корректную работу цилиндров, Camozzi приводит графики для соответствующих их типоразмеров, ограничивающие массу объекта и/или его скорость (рис. 2). Приведем пример, в котором цилиндр в горизонтальной плоскости по направляющим с подшипниками качения (коэффициент трения 0,002) перемещает объект массой 100 кг со скоростью 600 мм/с. Если в этой задаче учитывать только силу противодействия движению – силу трения, то достаточно установить цилиндр самого маленького типоразмера. Но по графику видно, что потребуется цилиндр с диаметром поршня не менее 63 мм!

Другой пример, в котором масса объекта 500 кг и скорость движения 0.8 м/с дают нерабочую точку даже для цилиндра с диаметром 125 мм. В таких задачах при инженерном синтезе системы «привод – массивный объект» всегда требуется особый подход. Только в упаковочной отрасли, где производительность машин всегда высока, можно выделить несколько подобных задач: привод вертикальной подачи нагревательного элемента «утюга» для запайки платинки на автоматах розлива, привод подвижной плиты матрицы термофосовочного станка до точки рубки, привод подачи преформы в машинах выдува ПЭТ–тары и др.

Рассмотрим в качестве примера привод на базе пневмоцилиндра с диаметром поршня 50 мм и рабочим ходом 400 мм, перемещающий объект массой 50 кг. Известно, что устройством, определяющим скорость движения цилиндра, является дроссель, установленный в полость сброса воздуха в атмосферу, расход которого должен быть меньше расхода распределителя. В этой задаче расход распределителя составляет 700 Нл/мин, расход дросселя на выхлопе равен 300 Нл/мин, расход дросселя в крышке системы торможения равен 50 Нл/мин.

При выдвижении штока цилиндра (рис. 3) наблюдаются две важные проблемы – колебательность скорости на основном рабочем ходе и неспособность привода обеспечить эффективность в режиме торможения, режимы разделены вертикальной линией.

1 – скорость, м/с; 2 – ход, м; 3- давление в бесштоковой полости цилиндра, бар; 5 – давление в штоковой полости цилиндра, бар

Несмотря на то, что винт дросселя существенно затянут, и последний должен стабилизировать скорость движения, на графике в основной фазе движения видны существенные колебания скорости, привод движется рывкообразно, разгоняясь до 0.9 м/с и далее замедляясь до 0.5 м/с, пока не входит в зону торможения, где скорость резко падает до нуля и даже меняет свой вектор. В этот момент наблюдается пневматический отскок поршня, а давление в штоковой полости мгновенно достигает в первом колебании 25 бар! и во втором колебании 18 бар. Такой характер основного движения и торможения в конце хода не является допустимым как с точки зрения жизненного цикла пневмоцилиндра, так и технологического процесса, который он должен обеспечить.

Система торможения в конце хода цилиндра не всегда способна плавно гасить скорость движения и, как видно, не является средством демпфирования, т.е. средством предотвращения или гашения колебаний скорости. Поэтому цилиндры «с демпфированием» правильно называть цилиндрами «с системой торможения в конце хода».

Проблема 1. Колебательность скорости.

Колебательность скорости пневматических приводов на основном ходе связана со сжимаемостью воздуха, где подвижный поршень и механически связанный с ним массивный объект являются маятником, подвешенным на двух воздушных пружинах, функцию которых выполняют воздушные камеры пневмоцилиндра, а с точки зрения теории управления – колебательным звеном. Жесткость пневматических цилиндров в совокупности с массой перемещаемого объекта определяют частоту, где может наблюдаться колебательный всплеск. Жесткость определяется давлением, а также геометрическими размерами цилиндра: чем выше давления в полостях, чем больше площадь поршня и чем меньше длина хода, тем цилиндр пропорционально более жесткий, а значит более управляемый и устойчивый к внешним возмущениям. По этой причине в пневматике для высокоточных следящих приводов, работающих в замкнутом контуре и перемещающих массивные объекты, есть золотое правило – диаметр поршня цилиндра должен быть не меньше половины длины его хода. Первое и, возможно, одно из самых дешевых решений стабилизации скорости основного движения – увеличение рабочего давления и диаметра поршня цилиндра.

Рассмотрим тот же пример, что был описан выше, сохранив те же параметры привода и перемещаемого объекта, но заменив распределитель, наполняющий бесштоковую полость с расходом 700 Нл/мин (рис. 4а) на распределитель с расходом 330 Нл/мин, что всего на 10% больше, чем расход дросселя на сброс из штоковой полости (рис. 4б). Рабочая характеристика скорости цилиндра на основном ходе при этом сглаживается. Избыточный расход на наполнение при управлении инерционными объектами является не только бесполезным, но и вредным возмущением, склоняющим систему к колебаниям. При этом этот расход почти не влияет на результирующее время перемещения объекта, и при переключении распределителя от него не зависит время простоя цилиндра перед стартом, когда приводу противодействует существенная внешняя сила. Второе правило – расход распределителя должен быть всего 10-20% больше расхода дросселя.

Рис 4а. 1 – скорость, м/с; 2 – ход, м Рис 4б. 1 – скорость, м/с; 2 – ход, м

Рассмотрим пример, где линейный пневмоцилиндр с помощью рычажной передачи управляет вращением поворотного стола, на котором расположено массивное технологическое оборудование. Несмотря на невысокую скорость вращения, размеры стола и перемещаемая масса создают существенный момент инерции. Пространство под столом в таких системах ограничено, и не всегда есть возможность установки габаритного цилиндра. Для решения задач стабилизации скорости движения применяются гидродемпферы. Эти устройства подключаются параллельно с приводом и реализуют задачу, в которой силовое движение реализует пневмоцилиндр, а скорость настраивается и регулируется винтом гидродемпфера.

Гидравлический демпфер (рис. 5) представляет собой гидравлический цилиндр с компенсирующей последовательно или параллельно закрепленной емкостью. Масло в двух полостях находится в замкнутой системе, и при движении силового цилиндра перетекает из одного резервуара в другой через регулируемый дроссель. Настройка дросселя гидродемпфера позволяет регулировать скорость пневмоцилиндра в диапазоне от 15 мм/мин до 14 м/мин. Такие устройства могут стабилизировать скорость движения и обеспечить эффективное торможение инерционных объектов с массой до 500 кг.

Читайте также:  Киа рио отрегулировать бардачок

Рис. 5. Гидродемпферы Camozzi. Серия 43

Гидродемпферы способны сгладить возможное изменение скорости в том числе в задачах, где при движении внешняя нагрузка меняется ступенчато. Существует несколько модификаций гидродемпферов, расширяющие границы их применений. Кроме возможности выбора устройства с регулировкой скорости прямого или обратного хода (рис. 6. HI01), они могут быть снабжены пневматически управляемыми распределителями. HI03 — cхема с регулированием скорости и клапаном остановки позволяет жёстко удерживать шток цилиндра в промежуточном положении, в том числе в аварийных режимах. HI05 – схема с регулированием скорости и клапаном быстрого хода позволяет в части рабочего хода реализовать быстрое движение, а во второй части движение со стабильной скоростью, например, быстрая подача рабочего инструмента и дальнейшая реализация технологического процесса со стабильной скоростью. HI07 – схема с регулированием скорости, клапаном быстрого хода и клапаном остановки – обладает возможностями всех описанных схем. Третье правило – для реализации высокой стабильности скорости движения массивного объекта управления, для ступенчато изменяющейся внешней нагрузки при требованиях к плавности хода, для реализации медленных ползучих скоростей (от 15 мм/мин) необходимо применять гидродемпферы.

Проблема 2. Плавное торможение больших инерционных масс в конце хода.

Безусловно, гидродемпферы способны не только управлять скоростью на основном ходе, но и плавно притормаживать объект в завершающей фазе движения, гася и скорость, и колебания скорости. Но что делать, когда требуется безударно и без отскоков тормозить объект со скоростей более 0.3 м/с и решать задачу более дешевыми средствами?

Для решения таких задач есть 3 способа плавного рассеивания кинетической энергии:

— внешние амортизирующие устройства, которые ставятся в конце хода привода

— внешние блоки управления или конструктивные изменения в самом цилиндре, делающие систему торможения многоступенчатой

— схемотехнические решения для борьбы с колебаниями скорости за счет увеличения «мертвого» объема цилиндра и сглаживания пульсаций давления в фазе торможения.

Об этих и других решениях, предлагаемых Камоцци, мы поговорим в наших следующих публикациях.

Александр Николаевич Харченко

к.т.н., начальник Учебно-научного центра

ООО «Камоцци Пневматика»

+7 495 786 65 85

Вы можете прочитать Часть 2 данной статьи, перейдя по ссылке:

Источник

Управление работой одного пневмодвигателя

В пневматических устройствах с одним пневмодвигателем общепринятые схемы управления применяют в основном для: 1) регулирования скорости перемещения штока; 2) регулирования усилия на штоке; 3) торможения или остановки штока в нужном положении.

Регулирование скорости перемещения штока пневмодвигателя применяется с целью обеспечения плавного или, наоборот, прерывистого по скорости перемещения выходного элемента (штока) пневмоустройства на всей длине его хода. Эта скорость, при прочих равных условиях, прямо зависит от количества (объема) сжатого воздуха, поступающего в рабочую полость пневмодвигателя за единицу времени, и скорости выхлопа отработанного воздуха. Заметим, что из-за сжимаемости воздуха добиться точной регулировки скорости и высокой плавности перемещения выходного элемента пневмодвигателя довольно сложно, а при резких изменениях величины внешней нагрузки подчас и невозможно. Однако правильный выбор схемы регулирования и параметров пневмодвигателя позволяет обеспечить достаточную для многих механизмов плавность перемещения его выходного элемента с довольно широким диапазоном скоростей. Большую плавность можно обеспечить за счет применения пневмогидравлического управления [11].

Регулирование скорости заполнения сжатым воздухом полостей пневмодвигателей и выхлопа отработанного воздуха производят посредством дросселей, позволяющих регулировать скорость движения сжатого воздуха за счет сокращения или увеличения воздухопроводящего отверстия. Известны конструкции дросселей со встроенным обратным клапаном типа В77-1 и В77-2 [11] и без него (4]. Первые нормализованы и серийно выпускаются нашей промышленностью. Они обеспечивают дросселирование только в одном направлении, а в другом осуществляется свободный (быстрый) проход потока сжатого воздуха. Обратный клапан в таких дросселях аналогичен приведенному на рис. 4, а. В дросселях без обратного клапана скорость потока сжатого воздуха регулируется при прохождении его в обе стороны.

Регулировать скорость перемещения штока пневмодвигателя можно выключением дросселя на входе в рабочую полость или на выходе отработанного воздуха. Дросселирование на входе, как правило, применяется при относительно грубом регулировании скорости, так как не обеспечивает плавного перемещения штока по ряду причин, зависящих от типа пневмодвигателя (см. стр. 98).

Рассмотрим несколько схем регулирования скорости перемещения поршня в пневмодвигателях различного; типа и назначения.

Схема с ручным управлением (рис. 32, а) предусматривает регулирование скорости перемещения поршня пневмоцилиндра одностороннего действия с возвратной пружиной. Здесь применен дроссель с встроенным обратным клапаном (типа В77-1), включенный для дросселирования воздуха на входе в рабочую (бесштоковую) полость цилиндра. При переключении воздухораспределителя 2 (трехходовой двухпозиционный кран типа В71-2) из положения I в положение II сжатый воздух через отрегулированный на определенную скорость потока воздуха дроссельный канал попадает в бесштоковую полость, и поршень с заданной скоростью перемещается вправо (рабочий ход). В это время обратный клапан закрыт, что преграждает сжатому воздуху свободный проход мимо дроссельного канала.

По окончании рабочего цикла, когда воздухораспределитель переключен в положение I, выхлоп сжатого воздуха из рабочей полости цилиндра происходит беспрепятственно через открытый обратный клапан и, следовательно, дроссельный канал. Поршень совершит быстрый возврат в исходное положение (показано на схеме) под действием возвратной пружины или механизма, работающего от пневматического устройства (беспружинный возврат поршня).

Если дроссель с обратным клапаном включить в схему в обратном направлении, т. е. на выхлопе, то станет возможным регулирование скорости возврата поршня и штока двигателя в исходное положение. При этом скорость рабочего хода поршня регулироваться не будет.

Источник

Пневматическое и гидравлическое оборудование. Приводные системы.

Продукция

Подготовка сжатого воздуха

Пневмораспределители

Клапаны/ Фильтры

Пневмодроссели

Пневматические цилиндры/приводы

Резьбовые соединения / трубки

Контрольно-измерительная аппаратура

Вакуумное оборудование

Оборудование для смазки и обдува

Гидравлическое оборудование

Запорная арматура / шаровые краны

Электромеханический привод

Обратные клапаны

Управляющие и регулирующие устройства

К запорным элементам в пневмоавтоматике относятся устройства, обеспечивающие полное перекрытие потока сжатого воздуха, — обратные клапаны, пневмозамки, вентили.

Обратные клапаны устанавливают в тех линиях пневматической системы, где требуется обеспечить свободное протекание потока сжатого воздуха в одном направлении и полное его перекрытие — в обратном (рис . 1).

Рис. 1. Обратный клапан

Герметичное закрытие клапана при движении потока в обратном направлении обеспечивается не только встроенной пружиной, но и воздействием давления сжатого воздуха на его запорно-регулирующий элемент.

Символ пружины включают в условное графическое обозначение обратных клапанов в том случае, когда необходимо подчеркнуть следующее: клапан открывается при условии, что давление на входе превышает дав­ление на выходе и давление пружины.

Обратные клапаны, которые при подаче управляющего сигнала на встроенный в их корпус приводной меха­низм могут быть принудительно открыты, называются пневмозамками (рис . 2).

Рис. 2. Пневмозамок и примеры его применения

Через пневмозамок воздух свободно проходит из канала 1 в канал 2 (рис . 2, а), тогда как в обратном направ­лении — только при наличии сигнала в канале управления 21. При этом во втором случае шток 2 миницилиндра (площадь поршня 1 которого больше площади клапана 3 принудительно снимает клапан 3 с седла, тем самым обеспечивая возможность протекания воздуха из канала 2 в канал 1.

Обычно пневмозамки применяют в системах позиционирования, т. е. для останова и удержания пневмоцилиндров в любом промежуточном положении, а также для предотвращения самопроизвольного опускания што­ков вертикально установленных пневмоцилиндров. В схеме с 5/3-пневмораспределителем (рис . 2, б) оба пневмозамка в исходном состоянии закрыты, поскольку их каналы управления соединены с атмосферой через распределитель. При переключении распределителя один из пневмозамков (расположенный в линии сброса отработавшего воздуха) открывается автоматически, т. к. в его канал управления поступает сигнал из линии, по которой сжатый воздух подается к цилиндру.

Во фрагменте схемы с 5/2-пнемораспределителем, показанном на рис. 2, в, пневмозамки открываются при подаче внешнего управляющего сигнала.

Для запирания магистральных трубопроводов или отсечения отдельных ветвей пневмосистемы применяют различные вентили. В шаровых кранах (рис . 3) поток сжатого воздуха полностью перекрывается при пово­роте запорно-регулирующего элемента (шара с выполненным в нем сквозным отверстием) на 90°.

Читайте также:  Чем регулировать влажность в инкубаторе

Рис. 3. Шаровые краны:

а) с ручным управление; б) с пневматическим управлением

Запорная арматура с пневматическим управлением широко применяется в автоматизированных производствах, содер­жащих разветвленную сеть трубопроводов, например в пищевой, химической и других отраслях промышлен­ности.

2. Устройства регулирования расхода

Расход сжатого воздуха в пневмоприводах регулируют с целью управления скоростями движения выходных звеньев исполнительных механизмов.

Простейшим пневматическим элементом, позволяющим регулировать расход воздуха, является дроссель. Дроссель — это устройство, обеспечивающее существенное уменьшение площади проходного сечения кана­ла, по которому движется сжатый воздух. Установка дросселя в пневмолинии приводит к возникновению до­полнительного местного сопротивления движению потока воздуха, что и обусловливает снижение расхода.

По существу, дроссель представляет собой щель некоторой длины, имеющую определенные размеры про­ходного сечения. При этом площадь последнего в зависимости от конструктивного исполнения дросселя либо остается постоянной, либо может изменяться путем вращения регулировочного винта. Соответственно дроссель будет называться либо постоянным (рис . 4, а), либо регулируемым (рис . 4, б).

Рис. 4. Пневмодроссели:

а — постоянный; б — регулируемый

Если длина щели превышает ее диаметр, дроссель принято называть ламинарным, в противном случае — турбулентным.

При установке дросселя в трубопроводе расход воздуха будет снижаться при протекании потока в любом из двух возможных направлений. Если возникает необходимость регулировать расход только в одном из них и обеспечить свободное протекание потока сжатого воздуха в обратном, то в пневмолинию устанавливают дрос­сель с обратным клапаном (рис . 5).

Рис. 5. Пневмодроссель с обратным клапаном

В нормальном состоянии тарельчатый обратный клапан 5, в центральной части которого выполнено дрос­селирующее отверстие 3, прижат к седлу 4 пружиной 2. В случае, когда сжатый воздух поступает из канала А в канал В, он протекает только через это отверстие, проходное сечение которого (а следовательно, и расход) можно изменять посредством регулировочного винта 1. Движение воздуха в обратном направлении сопровож­дается подъемом обратного клапана с седла, что позволяет потоку беспрепятственно протекать из канала В в канал А.

Таким образом, поток воздуха дросселируется при движении через дроссель с обратным клапаном в одном направлении и свободно протекает через обратный клапан при движении в противоположном направлении.

Обычно на корпусах пневматических дросселей с обратным клапаном присутствует условное графическое обозначение, на котором расположение обратного клапана относительно присоединительных отверстий стро­го соответствует его позиции в реальной конструкции. Иногда обозначение заменяют стрелкой, указывающей направление дросселирования потока.

Рассмотрим примеры использования дросселей и дросселей с обратным клапаном для регулирования ско­рости движения штока пневмоцилиндра одностороннего действия (рис . 6).

Рис. 6. Регулирование скорости движения штока пневмоцилиндра одностороннего действия

При установке регулируемого дросселя без обратного клапана (рис . 6, а) скорости прямого и обратного ходов взаимосвязаны, поскольку и входящий в цилиндр, и исходящий из него потоки воздуха проходят через одно и то же сечение дросселирующей щели.

С целью регулирования скорости выдвижения штока (рис . 6, б) необходимо применять дроссель с обрат­ным клапаном, причем последний должен быть закрыт при поступлении воздуха в цилиндр. Для регулирования скорости втягивания штока (рис . 6, в) дроссель необходимо устанавливать таким образом, чтобы натекаю­щий воздух свободно поступал в цилиндр через обратный клапан и вытекал из него через дроссель.

Управлять скоростью выходного звена пневмоцилиндров двустороннего действия можно дросселировани­ем воздуха в линии нагнетания (регулирование на входе) или выхлопа (регулирование на выходе). Для приме­ра рассмотрим регулирование скорости прямого хода.

При дросселировании натекающего воздуха (регулирование на входе — рис. 7, а) рабочая полость за­полняется медленно, столь же медленно возрастает и давление в ней. В связи с этим давление в рабочей полости сильно зависит от колебаний значений нагружающего усилия, а восприятие цилиндром попутной на­грузки (направление действия которой совпадает с направлением движения штока) становится практически невозможным.

Рис. 7. Регулирование скорости движения штока пневмоцилиндра двустороннего действия

По этой причине скорость движения штока пневмоцилиндра двустороннего действия регулируется преиму­щественно дросселированием воздуха, вытекающего из исполнительного механизма (регулирование на выхо­де — рис. 7, б). Сжатый воздух при такой схеме включения дросселя с обратным клапаном свободно посту­пает в поршневую полость цилиндра, тогда как в штоковой создается «подпор », тормозящий поршень. При этом в обеих рабочих полостях поддерживается высокий уровень давления, что обеспечивает плавный ход поршня, практически не зависящий от колебаний значения нагружающего усилия.

Для независимого регулирования скоростей прямого и обратного ходов дроссели с обратными клапанами устанавливают в обеих пневмолиниях, подсоединенных к цилиндру (рис . 7, в). При такой схеме установки сжатый воздух свободно проходит в рабочие полости цилиндра через обратные клапаны и вытекает через дроссели, создающие сопротивление отработавшему воздуху.

На представленной схеме оба дросселя с обратным клапаном регулируют скорость прямого хода цилиндра, в то время как скорость обратного хода регулированию не поддается.

Часто дроссели, как устройства регулирования скорости движения выходного звена, устанавливают непосредственно на этом механизме либо на исполнительном распределителе. В таких случаях применяют вворачиваемые конструкции (рис . 8).

Рис. 8. Вворачиваемые дроссели:

а — дроссель с обратным клапаном;

б — выхлопной дроссель

Дроссели с обратным клапаном (рис . 8, а) ввинчивают в места установки пневматических соединений на исполнительных механизмах, а выхлопные дроссели (рис . 8, б), представляющие собой пневмоглушители с встроенной дроссельной иглой, — в выхлопные отверстия пневмораспределителей.

Применение выхлопных дросселей становится неэффективным, если линия подвода воздуха от пневмо-распределителя к исполнительному механизму имеет значительную длину. Этот факт объясняется тем, что объем, в котором сжимается воздух (выхлопная полость цилиндра и трубопровод), оказывается настолько большим, что перемещение поршня уже не вызывает в нем повышения давления в той мере, в какой это требуется для обеспечения эффективного регулирования скорости движения выходного звена.

На принципиальных пневмосхемах, при использовании позиционных обозначений в виде цифровых индек­сов, устройствам, регулирующим скорость, присваиваются трехзначные индексы. Разделенные точкой первые две цифры этих индексов указывают на исполнительный механизм, скорость движения которого регулируется (рис . 9). В индексе четная цифра после точки означает, что устройство задействуется в процессе выдвижения штока цилиндра, а нечетная — в процессе втягивания.

Рис. 9. Регулирование скорости движения штока пневмоцилиндров

На первый взгляд, можно сделать однозначный вывод о том, что исполнительный механизм будет двигаться с максимально возможной скоростью, если в его выхлопной магистрали отсутствуют дросселирующие устрой­ства. Однако нельзя забывать, что пневмолинии представляют собой «гидравлические » сопротивления на пути сжатого воздуха. Чтобы отработавший воздух был сброшен в атмосферу, его необходимо «продавить » как минимум через трубопроводы и исполнительный распределитель. Поэтому очевидно следующее: максималь­но возможную скорость исполнительный механизм разовьет лишь в том случае, если сброс воздуха в атмосфе­ру будет осуществляться непосредственно за его рабочей полостью. Реализовать этот вариант можно путем применения клапана быстрого выхлопа (рис . 10), который, с одной стороны, свободно пропускает сжатый воздух к исполнительному механизму, а с другой — сбрасывает отработавший воздух непосредственно в ат­мосферу.

Рис. 10. К лапан быстрого выхлопа

При подаче сжатого воздуха в канал А запорный элемент смещается в сторону отверстия выхлопа R и перекрывает его, освобождая путь в канал В. Подача воздуха в канал В сопровождается перекрытием канала А (т . е. отсечением присоединенных пневмолиний) и сбросом отработавшего воздуха в атмосферу через канал R. (Обратим внимание, что условное графическое обозначение клапана быстрого выхлопа четко отражает принцип его функционирования.)

Клапаны быстрого выхлопа на принципиальных пневматических схемах также обозначают трехзначными цифровыми индексами (рис . 11).

Рис. 11 Принципиальная пневматическая схема с клапанами быстрого выхлопа

Регулирование скорости движения исполнительных механизмов не ограничивается только использованием дросселей и клапанов быстрого выхлопа. Существует множество схемных решений с применением клапанов давления, дополнительных емкостей, внешних тормозных устройств и др.

Устройства регулирования давления

Поддер­жание заданного давления в рабочих полостях исполнительных механизмов обеспечивает постоянство разви­ваемого ими усилия либо скорости движения выходного звена, что является обязательным требованием при создании многих технологических установок.

Задачи регулирования давления в пневматических системах решаются посредством клапанов давления: предохранительных и редукционных

Назначение предохранительных клапанов (рис . 12, а) заключается в предотвращении по­вышения давления в контролируемых точках сверх заданного уровня путем автоматического сброса части сжатого воздуха в атмосферу. Предохранительные клапаны устанавливают на специальных патрубках, присо­единительных трубопроводах или непосредственно на пневматических емкостях в местах, удобных для осмот­ра, монтажа и эксплуатации. При установке в пневматических системах клапаны настраивают на заданное давление и пломбируют.

Читайте также:  Крепление для навесных полок с регулировкой инструкция

Назначение редукционных пневмоклапанов (рис . 12, б, в) — поддерживать относительно стабильный уро­вень давления на выходе (ниже величины давления питания) независимо от колебаний давления, имеющих место в системе подачи воздуха перед клапаном, а также при изменении расхода воздуха за клапаном. Редук­ционные клапаны монтируют, как правило, в конкретных точках производственных установок либо они входят в составе блоков подготовки воздуха.

Принципиальные отличия между двумя рассмотренными типами клапанов состоят в следующем: предохра­нительные клапаны контролируют давление «перед собой», а редукционные — «за собой»; предохранитель­ные клапаны являются нормально закрытыми, тогда как редукционные — нормально открытыми (рис . 12).

Рис. 12. Пневмоклапаны давления:

б) редукционный двухлинейный;

в) редукционный трехлинейный.

При выборе клапанов давления следует принимать во внимание следующие технические характеристики: диапазон рабочих давлений; диапазон температур; номинальный расход;

размеры присоединительных отверстий.

Традиционные варианты использования клапанов давления в пневматических системах представлены на рис. 13

Рис. 13. Пример использования пневмоклапанов давления

Предохранительный клапан 0.4 ограничивает уровень давления в ресивере 0.1, а клапаны 2.01 и 2.02 созда­ют «подпор » в рабочих полостях пневмоцилиндра 2.0. Посредством этих клапанов фактически регулируется скорость движения штока цилиндра 2.0. Подобная схема регулирования обеспечивает стабильность скорост­ных характеристик при изменении величины нагрузки.

Редукционный клапан 1.02 поддерживает на постоянном уровне усилие, развиваемое пневмоцилиндром 1.0 при прямом ходе. Чтобы обеспечить свободный возврат пневмоцилиндра 1.0 в исходную позицию, параллель­но редукционному клапану 1.02 устанавливают обратный клапан 1,01.

Обратим внимание, что предохранительные клапаны 2.01 и 2.02 отличаются по конструктивному исполне­нию от клапана 0.4, поскольку к их выхлопному отверстию можно присоединенить резьбовые соединения либо пневмоглушители (рис . 14).

Рис. 14 Предохранительный пневмоклапан

Предохранительный клапан ограничивает уровень давления сжатого воздуха, подводимого к каналу Р и воздействующего на подпружиненную мембрану 1 (рис . 14, б), в жестком центре которой установлен тарель­чатый клапан 2, перекрывающий проход к каналу А. Когда давление становится достаточным для преодоления усилия пружины, клапан открывается, пропуская сжатый воздух в канал А.

Кроме клапанов давления с ручной настройкой уровня контролируемого давления суще­ствуют также клапаны давления с внешним дистанционным управлением (рис . 15).

Рис. 15. Пневмоклапаны давления с внешним управлением

Управление может быть: 1) механическим — уровень давления зависит от положения некоторого технологи­ческого объекта, с которым орган управления клапаном связан кинематически (рис . 15, а); 2) пневматическим — уровень контролируемого давления задается значением давления в некоторой точке пневматической систе­мы (рис . 15, б); 3) пропорциональным — клапан регулирует давление пропорционально заданной силе тока или напряжению (рис . 15, в).

Клапаны с пропорциональным управлением являются наиболее универсальными с точки зрения возможно­стей автоматизации управления сложными технологическими объектами, поскольку в соответствующий анало­говый электрический сигнал можно преобразовать и перемещение, и давление (а также другие физические величины). Кроме того, применение клапанов давления с пропорциональным управлением позволяет осуще­ствлять программное управление уровнем давления в пневматической системе с помощью промышленных логических контроллеров.

В ряде случаев для уменьшения габаритов установок, оснащенных пневмоприводами, целесообразно пе­рейти на работу с давлением, уровень которого выше, чем в основной сети. С этой целью применяют усилите­ли давления (рис . 16).

Рис.16 Усилитель давления

Усилитель давления фактически представляет собой двухпоршневой компрессор с пневматическим приво­дом. Поршни перемещаются под действием сжатого воздуха, поступающего поочередно в одну из приводных (бесштоковых ) камер. Реверсирование движения поршней осуществляется при достижении ими «мертвых то­чек» посредством встроенного 4/2-пневмораспределителя с двусторонним механическим управлением. Уровень давления на выходе задается с помощью регулятора давления и контролируется через канал обратной связи.

Давление, развиваемое усилителем, как правило, не превышает давления в пневмосети более чем в два раза, при этом расход сжатого воздуха, затрачиваемого на работу усилителя, составляет около 120% от расхода на его выходе.

При необходимости для сглаживания пульсаций давления на выходе усилителя устанавливают ресивер (рис . 17, а).

Рис. 17. Установка усилителя давления с ресивером

Если усилитель работает на ресивер (замкнутый объем), то для ускорения наполнения последнего парал­лельно усилителю встраивают обратный клапан (рис . 17, б). При этом усилитель начинает работать в тот момент, когда давление в ресивере становится равным давлению в пневмосети.

Подача сжатого воздуха в пневматические подсистемы в момент их подключе­ния к сети сопровождается внезапным повышением давления. Это может привести к резкому перемещению исполнительных механизмов и ведомых частей механизма при их выходе в исходную позицию. В результате опорные конструкции воспринимают значительные ударные нагрузки, что может привести к выходу оборудования из строя. Для обеспечения плавного повышения давления в пневмосистемах до заданного уровня применяют специальные блоки (рис . 18).

Рис. 18. Блок плавного повышения давления

Блоки плавного повышения давления (рис . 18, а) могут быть выполнены на основе различных схемных решений в зависимости от условий функционирования конкретных установок. Так, блок, выполненный по схе­ме, показанной на рисунке 18, б позволяет осуществлять плавное нарастание давления в системе через регулируемый дроссель. При достижении заданного уровня давления срабатывает клапан последовательнос­ти, что обеспечивает дальнейшее свободное поступление воздуха в систему. Сброс воздуха из системы осуществляется резко (через обратный клапан).

Схемное решение, изображенное на рисунке 18, в, позволяет осуществлять плавное (нерегулируемое ) повышение давления в системе до требуемого уровня через нерегулируемый дроссель клапана последова­тельности и плавный сброс (через регулируемый дроссель) воздуха из системы.

Часто для удобства эксплуатации такие блоки монтируют в составе блоков подготовки воздуха.

Помимо контроля положения исполнительных механизмов либо кинематически связанных с ними подвиж­ных частей машин нередко требуется также формирование управляющих сигналов на ос­нове информации о значении давления в определенных точках пневматической системы. В таких случаях говорят об управлении по давлению.

Устройства, преобразующие аналогово-пневматический сигнал на входе при достижении им заданной вели­чины в дискретный пневматический сигнал на выходе, называют клапанами последовательности или реле давления с пневматическим выходом (рис . 19).

Рис. 19. Пневмоклапаны последовательности

Условные графические обозначения пневмоклапанов последовательности могут различаться в зависимос­ти от их конструктивного исполнения. Так, клапан последовательности, показанный на рис. 19, а, представля­ет собой комбинацию предохранительного клапана с внешним управлением 1 и 3/2-пневмораспределителя с пневматическим управлением 7, включенных последовательно, что находит отражение в его условном обозна­чении. Напомним: штрихпунктирная линия, охватывающая обозначения нескольких пневматических элемен­тов, указывает на то, что эти элементы не являются самостоятельными аппаратами, а входят в состав объеди­няющего их устройства.

Давление в канале управления X должно быть таким, чтобы усилие, возникающее на мембране 3, было достаточным для преодоления усилия настроечной пружины 2. Как только это условие выполняется, открыва­ется пилотный клапан 4 и сжатый воздух начинает поступать к мембране 5 переключающего элемента 6 рас­пределителя 7. При срабатывании данного элемента происходит переключение пневмораспределителя 7, в результате чего в канале А появляется сигнал. Усилие настроечной пружины можно изменить путем вращения регулировочного винта.

Клапан, изображенный на рис. 19, б, выполнен на базе 3/2-распределителя с пневматическим управлени­ем. Порог срабатывания клапана настраивают смещением регулировочной втулки 3, на которую опирается пружина 2 приводного поршня 1. Перемещение втулки 3 сопровождается изменением усилия предварительно­го сжатия пружины 2 и обеспечивается вращением регулировочной гайки 4.

Следует обратить внимание на то, что активная площадь приводного поршня 1 (на которую воздействует контролируемое давление) резко увеличивается при его трогании с места из исходной позиции. Это означает, что даже постепенное повышение давления в канале X до некоторого порогового значения (величины настрой­ки) приводит не к плавному перемещению управляющего поршня, а к его резкому переходу в выдвинутое поло­жение, что обеспечивает четкое переключение пневмораспределителя.

При выборе клапанов последовательности необходимо принимать во внимание следующие технические характеристики:

— диапазон воспринимаемых давлений (максимальная и минимальная величины давления);

— стабильность работы (способность сохранять настройку давления срабатывания при многократных переключениях);

— величина гистерезиса (разница между давлением включения и давлением отключения);

— номинальный расход воздуха, протекающего через клапан.

Источник

Adblock
detector