Пневматические исполнительные механизмы.

Пневматический привод состоит из тех же элементов, что и гидравлический привод. Далее рассматриваются лишь особенности, характерные для этого типа привода, отличающие его от гидравлического.

В пневматическом приводе рабочее тело – воздух, иногда азот. Воздух подвергается предварительной подготовке: очистке от влаги и пыли, масляных брызг.

Обычно давление воздуха в сети промышленных предприятий составляет 0,4…0,63 МПа. Для сжатия воздуха используются воздушные насосы (компрессоры) поршневого типа или ротационные.

Применение низкого давления обеспечивает сравнительную безопасность эксплуатации сосудов (цилиндров, ресиверов), находящихся под избыточным газовым давлением, а также позволяет осуществлять сжатие воздуха в одной ступени компрессора.

В систему пневматического привода, помимо компрессоров, входят коммуникационные линии, воздухосборники (ресиверы), фильтры, охладители, различные распределительные, регулирующие и контрольные устройства, по принципу действия аналогичные используемым в гидроприводе, а также исполнительные механизмы – пневматические цилиндры.

Наибольшее распространение в машинах-автоматах химических производств получили пневматические исполнительные механизмы с поступательно перемещающимся рабочим органом. В пневматическом цилиндре двойного действия (рис, а) прямой и обратный ход поршня осуществляется под действием сжатого воздуха, поступающего попеременно то в левую, то в правую полости цилиндра. В пневматическом цилиндре простого действия (рис., б) ход поршня влево происходит под воздействием сжатого воздуха, который не только преодолевает силу внешнего сопротивления, но и сжимает пружину. Ход поршня вправо осуществляется возвратной пружиной.

Мембранный исполнительный механизм (рис., в) позволяет обойтись без уплотнительных манжет. Мембрана обычно изготовляется из резинотканевых материалов и зажимается между фланцами корпуса. Ход штока мембранного исполнительного механизма незначителен.

Рис.14. Пневматические исполнительные механизмы:

а – пневматический цилиндр двойного действия с односторонним штоком; б – пневматический цилиндр простого действия; в – мембранный пневматический исполнительный механизм

Пневматический привод, как и гидравлический, прост по конструкции, компонуется из стандартных элементов, удобен в управлении. В отличие от гидравлического привода ему свойственны легкость реверсирования движения ведомых звеньев и большая скорость срабатывания. Это обусловлено тем, что не приходиться перемещать значительных масс жидкости в трубопроводах системы.

Использование воздуха в качестве рабочего тела делает пневматический привод взрыво- и пожаробезопасным, обеспечивает надежность работы его систем управления в запыленных помещениях, где контакты электрогидравлических систем управления быстро выходят из строя.

Характерные недостатки пневматического привода – колебания скорости движения поршня, вследствие сжимаемости воздуха, наличие ударов при работе механизмов. Из-за ограничения рабочего давления воздуха пневматический привод не используется для преодоления значительных по величине сил сопротивления: габариты пневматических цилиндров получаются большими, а вся конструкция – металлоемкой.

Указанные обстоятельства ограничивают область использования пневматического привода в машинах-автоматах; он применяется в большинстве случаев для выполнения вспомогательных операций, например, в механизмах фиксации объектов обработки, для их транспортировки и т.п. Иногда пневматический привод в машинах-автоматах используется в сочетании с гидравлическим.

Проектирование пневматических цилиндров выполняется методами, изложенными в разделе 9. 2. При расчете цилиндров двойного действия следует учитывать противодавление в полости, противоположной той, в которую подается рабочее тело; оно обычно находится в пределах р ₂ = (0,25…0,35) р ­₁, где р ₁ – рабочее давление воздуха. При расчете пневматического цилиндра простого действия следует учитывать не только силу внешнего сопротивления, но и максимальное усилие, возникающее при деформации пружины.

Коэффициент трения в манжетных уплотнениях пневматических цилиндров f = 0,09…0,15.

В пневматическом приводе обычно используются трубы диаметром 5…25 мм; рекомендуемые скорости движения воздуха в трубах 10…15 м/c, хотя в отдельных случаях могут иметь место значительные превышения рекомендованных значений.

Расчет времени срабатывания исполнительного механизма пневматического привода связан с большими трудностями, чем расчет гидравлического механизма. Это обусловлено сжимаемостью применяемого в пневматическом приводе рабочего тела и изменением массы воздуха в процессе заполнения или опорожнения полостей пневматического цилиндра. Условия теплообмена и теплопередачи в упомянутых процессах недостаточно хорошо изучены. Исследованию динамики пневматического привода посвящены специальные монографии.

.

Лекция 12