Пневматические исполнительные механизмы

Пневматические устройства являются эффективным средством автоматизации и механизации технологического оборудования в машиностроении. Это вытекает из свойственных им принципиальных преимуществ и проявляется в наибольшей степени при выполнении операций зажима и фиксации деталей, их кантовании, контроле линейных размеров, выполнении операций сборки, при транспортировке, очистке базовых посадочных поверхностей инструмента и деталей и др.

Принципиальными достоинствами пневматических устройств, делающими их в отдельных случаях незаменимыми, являются:

• • простота конструкции и обслуживания;
• • надежность работы;
• • сохранение работоспособности в широком диапазоне температуры, влажности и запыленности;
• • большой срок службы, достигающий 10…20 тыс. ч;
• • высокие скорости перемещения исполнительных органов, достигающие для линейного движения 15 м/с, а для вращательного 20 тыс. об/мин;
• • простота передачи энергоносителя (сжатого воздуха) на значительные расстояния;
• • централизованный источник выработки энергии (обычно заводская компрессорная сеть);
• • возможность торможения и остановки без риска повреждения механизма.

Недостатками пневматических устройств являются:

• • невысокая скорость передачи сигналов, ограниченная скоростью звука в воздухе;
• • трудности обеспечения плавности перемещения рабочих органов при колебаниях нагрузки;
• • относительно высокая стоимость выработки сжатого воздуха.

В станкостроении и вообще в машиностроении используется пневматическая техника трех уровней давления: высокого (0,2… 1,0 МПа), среднего (0,1…0,25 МПа) и низкого (0,001…0,01 МПа).

Под параметрами управляющего воздействия понимаются характеристики сигнала управления, такие как усилие, давление, электрические напряжение, мощность, сила тока, частота и сдвиг фазы и др.

В пневматических исполнительных двигателях происходит преобразование потенциальной энергии сжатого воздуха в механическую энергию движения поршня или ротора двигателя.

Наиболее широко применяемые типы пневматических исполнительных двигателей сведены в классификационную схему, приведенную на рис. 12.6.

Поршневые пневмоцилиндры в принципе могут иметь весьма широкий диапазон параметров; существуют ряды их типоразмеров, отличающихся диаметром самого цилиндра и штока, а также усилием на штоке. Типовой пневмоцилиндр для смягчения ударов в крайних положениях поршня имеет встроенные в.

Рис. 12.6. Классификация основных типов п не вмодви гателей.

крышки пневматические демпферы. Для торможения штока в промежуточном положении предусматриваются специальные пневмоуправляемые тормозные устройства, обычно размещаемые в штоковой крышке пневмоцилиндра.

Наиболее распространенным типом пневмодвигателя вращения является пластинчатый пневмомотор. Его конструктивная схема представлена на рис. 12.7. Пневмодвигатель включает в.

Рис. 12.7. Конструктивная схема пластинчатого пневмодвигатсля вращения.

себя цилиндрические статор 1 и ротор 2, эксцентрично расположенный по отношению к статору. В пазах, выполненных параллельно оси ротора, перемещается несколько (в представленной схеме 4) пластин 3. Сжатый воздух подается внутрь статора через окно 4 и, отработав (переместив пластину J), выходит из статора через окно 5.

Подобный двигатель обычно развивает небольшой крутящий момент при значительной частоте вращения. Для увеличения выходного момента в него обычно встраивается одна или несколько ступеней планетарных редукторов. Для пневмодвигателей такого типа требуется обильная смазка, и в этом случае долговечность пластин может составлять 300…400 ч непрерывной работы. Диапазон скоростей вращения достаточно велик и лежит в пределах от 250 до 20 000 об/мин. Момент на валу при этом может лежать в пределах 0,12…20,0 Нм.

Мембранные пневмодвигатели применяются в зажимных, фиксирующих, тормозных, прессующих и т. п. устройствах станков и другого технологического оборудования. К преимуществам мембранных пневмоприводов следует отнести относительно небольшую трудоемкость изготовления, высокую герметичность, отсутствие необходимости в подаче распыленной смазки. К недостаткам мембранных пневмоприводов следует отнести относительно небольшую величину хода, непостоянство развиваемого таким приводом усилия по ходу, сравнительно низкую долго- 262.

вечность. Следует иметь в виду, что мембрана в таком приводе может быть не только круглой, но и прямоугольной или иной формы.

Для использования различных пневматических исполнительных устройств необходимы также различные пневмогидравлические и пневмоэлектрические преобразователи. К ним относятся:

• • пневмовытеснители_у предназначенные для передачи энергии сжатого воздуха рабочей гидравлической жидкости без измене-, ния давления;
• • пневмогидропреобразователи у предназначенные для передачи энергии сжатого воздуха рабочей гидравлической жидкости с другими величинами давления;
• • пневмогидронасосы у предназначенные для нагнетания рабочей жидкости в гидросистему, где она дальше работает, как это предусматривается гидросхемой;
• • пневмогидроаккумуляторы;
• • реле давления, предназначенные для выдачи электрического сигнала при достижении в пневматической системе заданного уровня давления (или разности давлений);
• • индикаторы давления.

Сжимаемость воздуха является существенным фактором, который следует учитывать при проектировании исполнительных механизмов, работающих в условиях переменных нагрузок, например, в устройствах подачи для сверления и фрезерования. Обычно сжимаемость воздуха компенсируется путем включения в пневмопривод подачи гидравлических регуляторов скорости, как это показано на схеме рис. 12.8.

Рис. 12.8. Схема пневмопривода с гидравлическим регулятором скорости.

Гидравлический регулятор представляет собой гидроцилиндр 1 с замкнутой циркуляцией рабочей жидкости (масла) и с регулируемым дросселем 3 в возвратном канале 2, служащим для регулирования расхода масла, однозначно определяющего скорость движения штока-толкателя 4у связанного со штоком 5 рабочего пневмоцилиндра 6.

Новые возможности использования пневматических устройств в качестве исполнительных механизмов возникают при их сочетании с устройствами переработки информации, основанными на микропроцессорной технике. Для таких устройств характерна тенденция к уменьшению объема преобразований информации, выполняемых собственно пневматической частью, и к перенесению максимума этих преобразований и соответствующих логических операций на переключательную цепь, реализованную на микроэлектронной схеме с высокой степенью интеграции.

Большинство из известных решений такого рода основано на применении тормозных устройств, обеспечивающих останов на заданной позиции. Имеются также решения, основанные на использовании следящих пневматических систем, где способность воздуха к сжатию так или иначе компенсируется.

Цифровой позиционный координатный пневмопривод может быть реализован различными способами. Например, он может быть построен на базе четырехкромочного следящего пневмораспределителя с шаговым управлением от системы ЧПУ. Цифровой следящий пневмопривод позволяет:

• • существенно расширить диапазон рабочих скоростей;
• • достичь точности позиционирования в 0,05 мм за счет охвата конечного исполнительного органа обратной связью по положению;
• • существенно повысить надежность за счет применения высоконадежных исполнительных механизмов (пневмоцилиндров), сквозной цифровой формы представления и обработки управляющих сигналов, а также исключения из привода промежуточных кинематических звеньев (например, винтовых передач), вносящих свои погрешности;
• • обеспечить выполнение требований к сохранению окружающей среды вследствие экологической чистоты выхлопа пневмосистемы.