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.