Пневмомускулы. 
Пневматические системы автоматики

Пневмомускулы являются линейными пневматическими приводами, которые могут воспроизводить движения, аналогичные естественным мускулам. По сравнению с силовыми цилиндрами они развивают большие начальные усилия на тех же рабочих диаметрах. Различают удлиняющиеся и сокращающиеся пневмомускулы. Характер движения определяет геометрия оплетки пневмомускула. Схема удлиняющегося пневмомускула приведена на рис. 4.30.

Рис. 4.30. Схема пневмомускула:

I — эластичная трубка: 2 — оплетка; 3, 4- крышки; 5 — канал питания

Внутренняя эластичная трубка имеет оплетку с трехмерной ячеистой структурой. Ячейки имеют ромбовидную форму. Когда в канал питания подается давление, трубка начинает удлиняться в обе стороны, как это показано на рисунке, если обе крышки не закреплены. Если одна из крышек закреплена, то выходным звеном этого привода будет являться другая крышка. Конструкция не имеет движущихся механических частей и обладает повышенной надежностью. Рабочий ход выходного звена составляет до 25% от длины пневмомускула.

Развиваемое приводом усилие имеет максимальную величину в начале рабочего хода и далее практически линейно уменьшается. Это позволяет реализовывать значительные ускорения выходного звена в сочетании с плавным и точным подходом к желаемой конечной позиции.

На рис. 4.31 приведены сравнительные характеристики выходных усилий силового цилиндра и пневмомускула для одного и того же рабочего диаметра и давления питания в функции рабочего хода.

Рис. 4.31. Сравнительные характеристики выходных усилий пневмомускула и силового цилиндра:

I — пневмомускул; 2 — силовой цилиндр

В отличие от удлиняющихся пневмомускулов сокращающиеся пневмомускулы имеют оплетку в виде ячеек, образующих сетку из пантографов, преобразующих давление на внутреннюю поверхность эластичной трубки в ее сокращение по длине (рис. 4.32).

Рис. 4.32. Геометрические параметры сокращающегося пневмомускула:

I — оплетка; 2 — эластичная трубка; 3 -ячейка пантографа

Благодаря симметрии оплетки пневмомускул всегда сохраняет цилиндрическую форму. Начальный угол а определяется как угол между продольной осью пневмомускула и стороной ячейки при отсутствии рабочего давления. Параметры г₀ и 1₀ являются начальными радиусом и длиной пневмомускула.

Статическое усилие, развиваемое пневмомускулом, вычисляется как.

где Р — давление питания, / - текущая длина пневмомускула. При этом.

Пневмомускул массой в 50 г может развивать усилия более 1000 Н при давлении питания 5 бар и изменении внешнего радиуса от 1,5 до 3 см.

Если внешняя сила, действующая на выходное звено, меняется, то пневмомускул ведет себя как пружина. При этом он прогибается в направлении действия внешней силы. Это свойство является положительным во многих применениях, где требуется адаптивность к нагрузке.