Розрахунок елементів вузла подачі пакета

1.1 Розрахункова схема пневмоциліндра.

Манометричний живильний тиск – 0,5 бар.

Схема пневмоциліндра представлена на рис.1

1.2. Розрахунок діаметра пневмоциліндра

Ефективна сила на штоку циліндра Р еф , Н:,

- при прямому ході:

- при зворотному ході:

де Р наг – надлишковий тиск нагнітання, за умовою - 0,5 МПа;

F1 – ефективна площа поршневої порожнини, ,

F2 – ефективна площа штокової порожнини, .

Вага транспортуючого вантажу М= 1 кг.

Знайдемо зусилля від сили тертя на штоку:

Р тертя = m*µ, где µ - коефіцієнт тертя, а m- маса рухомих частин.

Р тертя =10Н * 0,2=2Н

Запишу умову роботи пневмоциліндра:

де К1 – коефіцієнт, що враховує сили тертя в пневмоциліндрі.

приймаю К1 = 0,8 [1, ст.28] ;

К2 – коефіцієнт, що визначає запас зусилля,

оскільки, циліндр транспортний, то приймаю К2 = 0,6 [1, ст. 28].

Тоді:

Вибираю пневмоциліндр D=50мм, d=16мм за ГОСТ 15608-81, з позначенням:

Пневмоциліндр 2011 – 50 х 250 ГОСТ 15608-81.

Чи аналог фірми Festo:

DNC-50-250 PPV-A

Випишу дані пневмоциліндра:

Робоче середовище: стиснуте повітря з фільтрацією 10мкм.

Максимальний тиск: 1,5 МПа.

Температура: (-10…60) С.

Діаметр поршня: D = 50мм.

Діаметр штока: d =16мм.

Робочий хід поршня: S = 250мм.

Площа поршневої порожнини пневмоциліндра F1:

= 3.14*0.05²/4 = 0,00196 м².

Площа штока, м²:

F_шт = = 3.14*0,016²/4 = 0,0002 м².

Площа штокової порожнини пневмоциліндра :

=- F_шт=0.00196-0.0002=0.00176м²

2. ПАРАМЕТРИ ПНЕВМОАПАРАТУРИ

2.1 Розрахункова схема пневмопривода

Для управління швидкістю руху пневмопривода встановлюю дроселі з зворотнім клапаном. Регулювання швидкості пневмоциліндра здійснюється на лінії вихлопу. Тоді рівень тиску в приводі буде вищим, ніж при установці дроселя в лінію нагнітання.

Розрахункова схема пневмопривода одного з трьох виконавчих органів представлена на рис.2.

Рисунок 2.

2.2 Розрахунок ефективної площі

Для визначення потрібної ефективної площі прохідного січення лінії пневмопривода визначу максимальні масові витрати повітря Gmax, кг/с:

Gmax =S1*L*p /t = 0.00196*0.25*5.5/1 = 0.0027 кг/с

де – час зворотного ходу, втягування штока, за умовою = 1с;

– маса повітря, яке надходить в поршневу порожнину, кг

де Vп – об’єм поршневої порожнини пневмоциліндра, м3 ;

p – щільність повітря при тиску нагнітання, =5,5кг/м3 .

Рат – абсолютний атмосферний тиск, Рат = 0,101 МПа;

Рн – абсолютний тиск нагнітання, Рн = 0,63+0,101=0,731 МПа;

– щільність повітря при атмосферному тиску, при температуре:

Тоді:

Максимальні об’ємні витрати повітря, приведені до нормальних умов.

За відомою формулою визначаємо витрати повітря, які споживає пневмоциліндр при прямому ході:

де – швидкість руху поршня.

Vпоршня = L/t= 250мм/1c=250мм/с=0,25м/с.

Q=3.141 * 0.05м2 / 4 * 0,25м/с * 0,065МПа / 1 = 0,00245м3 – співпадає із значенням отриманим в програмі Festo ProPneu.

Потрібна ефективна площа прохідного січення ліній пневмопривода:

D== =0,0075м=7,5мм

де Q – об’ємні витрати повітря, /с;

– швидкість руху повітря в трубопроводі, м/с;

– густина повітря в трубопроводі, кг/;

густина повітря при технічних нормальних умовах, кг/

Значення швидкості руху стисненого повітря в магістральних трубопроводах рекомендується приймати в межах 6 – 12 м/с. В магістральних трубопроводах відносно невеликої протяжності (до 300 м) при тисках 0,6-0,7 МПа швидкість повітря може скласти 10-15 м/с.

D== =0,0075м=7,5мм

Приймаю внутрішній діаметр - 8мм.

2.3 Вибір і розрахунок пневморозподілювача

Для управління пневмоциліндром застосовую п’ятилінійний двохпозиційний розподільний із електричним управлінням і пружинним зворотом.

Вибираю пневморозподільник JMFH-5/2-D-1 C фірми Festo.

Дані пневморозподільника:

Робоче середовище: стиснуте повітря, відфільтрований через фільтр з тонкістю фільтрації 10 мкм із вмістом масла чи без нього.

Робочий тиск: (0,1…0,99) МПа.

Максимальний тиск: 1,5 МПа.

Температура: max 60 C.

Приєднана різьба: G 1/4”.

Тиск нагнітання 0,5 бар:

Втрати тиску: МПа.

Об’ємні витрати повітря, приведені до нормальних умов:

Визначаю масові витрати повітря розподільника кг/с:

Gmax =S1*L*p /t = 0.00196*0.25*5.5/1 = 0.0027 кг/с

2.4 Вибір пневмодроселя із зворотнім клапаном

Вибираю пневмодроселі із зворотнім клапаном GRLA-1/4-RS-B Дросель із зворотнім клапаном фірми Festo:

Дані дроселів із зворотнім клапаном:

Робоче середовище: стиснуте повітря, відфільтрований через фільтр з тонкістю 10 мкм із вмістом масла чи без нього.

Робочий тиск: (0,05…1,0) МПа.

Температура: (5…60) .

Приєднана різьба: G 1/4”

2.5 Вибір трубопроводу

Вибираю нейлонові трубки серії PUN- 8X1,25 SW Шланг Festo

Дані трубок:

Матеріал: нейлон 12.

Максимальний тиск: 1,5 МПа.

Температура: max 60 0 C.

Зовнішній діаметр: 9 мм.

Внутрішній діаметр: 8 мм.

2.6 Визначення ефективних площ.

Визначимо ефективну площу прохідного січення розподільника.

 

,

де

масові витрати повітря пневморозподільника.

 

,

 

Визначимо ефективну площу прохідного січення трубопроводу.

,

де

втрати тиску в трубопроводі.

Визначимо втрати тиску в трубопроводі.

,

де

l - коефіцієнт гідравлічного тертя;

L – довжина трубопроводу;

V_тр – швидкість течії повітря в трубопроводі.

Коефіцієнт гідравлічного тертя визначимо за формулою Альтшуля:

,

де

k – відносна шорсткість стінок;

Re – число Рейнольдса.

,

де

D - абсолютна еквівалентна шорсткість стінок, для поліетиленових труб D = 0,002 мм.

,

де

n - кінематичний коефіцієнт в’язкості, для повітря при температурі 20 °С n = ,

,

м/с.

.

3 зона зона гладкостінного опору, в якій при Re < 10⁵ використовується формула Блазіуса;

.

кПа.

Еквівалентна площа прохідного січення дроселя із зворотнім клапаном визначимо із характеристики витрат

Визначимо розташовану еквівалентну площу прохідного січення пневмолінії.

.

Розташована еквівалентна площа прохідного січення пневмолінії більша за потрібну ефективну площу прохідного січення:

.

Еквівалентна площа прохідних січень ліній fекв більша за потрібну ефективну площу прохідного січення, відповідно, керуюча пневмоапаратура вибрана правильно.