Реферат Курсовая Конспект
Тема 1: ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ГИДРОПРИВОДАХ.. 6 - раздел Образование, Оглавление ...
|
Оглавление
Оглавление. 1
ВВЕДЕНИЕ.. 4
Тема 1: ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ГИДРОПРИВОДАХ.. 6
§ 1.1 Достоинства и недостатки гидроприводов. 6
§ 1.2 Давление в жидкости.. 7
§ 1.3 Характеристики жидкостей.Рабочие жидкости гидроприводов станков 8
Лекция 2. 15
§ 1.4 Режимы течения жидкости в трубах. 15
§ 1.5 Гидравлические потери.. 16
§ 1.6 Расход жидкости через отверстия. 18
§ 1.7 Гидравлический удар. 19
§ 1.8 Утечки. 19
§ 1.9 Виды и структура гидроприводов. Исполнения гидроаппаратуры.. 21
Лекция 3. 24
Тема: 2 Насосы.. 24
§ 2.1 Шестерённые насосы.. 25
§ 2.2 Аксиально-поршневые насосы.. 26
§ 2.3 Радиально-поршневые насосы.. 27
§ 2.4 Пластинчатые насосы двойного действия. 28
Лекции 4. 30
Тема 3: Гидродвигатели.. 30
§ 3.1 Гидромоторы.. 30
§ 3.2 Гидроцилиндры и поворотные гидродвигатели. 32
§ 3.3 Дифференциальное включение цилиндра с односторонним штоком.. 35
§ 3.4 Вариант конструкции гидроцилиндра и рекомендации по расчёту размеров цилиндров 35
Лекция 5. 39
Тема 4 Направляющая гидроаппаратура.. 39
§ 4.1 Направляющие гидрораспределители.. 39
§ 4.2 Обратные клапаны.. 41
§ 4.3 Гидравлические замки. 42
Лекция 6. 44
ТЕМА 5 Регулиpующая гидpоаппаpатуpа.. 44
§ 5.1 Клапаны давления. 44
Лекция 7. 49
§ 5.2 Дроссели. 52
§ 5.3 Гидропанели. 53
Лекция 8. 56
Тема 6 Типовые функциональные гидросхемы.. 56
§ 6.1 Реверсирование движения рабочего органа. 56
§ 6.2 Регулирование скорости рабочего органа. 56
Лекция 9. 61
§ 6.3 Синхронизация работы гидродвигателей с помощью делителей потока (расхода) 65
Лекция 10. 67
Тема 7 Вспомогательные элементы гидpопpиводов. 67
§ 7.1 Аппараты и приборы для контроля давления. 67
§ 7.2 Уплотнения. 68
§ 7.3 Аккумуляторы.. 70
Лекция 11. 73
§ 7.4 Фильтры.. 73
§ 7.5 гидробаки. 75
§ 7.6 Насосные установки. 76
Лекция 12. 78
Тема: 8 РасчЁт гидросистем... 78
Тема 9 Гидpавлические следящие системы.. 78
§ 9.1 Привод с четырёхщелевым дpосселиpующим pаспpеделителем.. 78
§ 9.2 Погpешность воспpоизведения, нечувствительность и устойчивость следящей системы 81
Лекция 13. 84
§ 9.3 Привод с двухщелевым дросселирующим распределителем (рис. 8.4) 84
§ 9.4 Привод с однощелевым дросселирующим распределителем (рис. 8.5) 84
§ 9.5 Следящие приводы с постоянной скоpостью копиpования. 85
§ 9.6 Многокаскадные гидроусилители. 87
§ 9.7 Электрогидравлические следящие и шаговые приводы.. 88
§ 9.8. Гидроаппаратура с пропорциональным управлением. Гидроаппаратура с цифровым управлением 90
Лекция 14. 91
Тема 10 ПОСТРОЕНИЕ ГИДРОКИНЕМАТИЧЕСКИХ СХЕМ СТАНКОВ. 91
§ 10.1 Гидрокинематика круглошлифовального станка модели 3152М (рис. 7.1) 91
§ 10.2 Силовая головка с гидропанелью подач типа 5У4242. 93
10.3 Гидросистема обрабатывающего центра модели ИР-500МФ4 (рис.7.3) 96
Лекция 15. 107
11 ЭЛЕМЕНТЫ ПНЕВМОПРИВОДОВ И СИСТЕМ ПНЕВМОАВТОМАТИКИ 107
11.1 Общие сведения. 107
§11.2 Пневмодвигатели. 110
§ 11.3 Пневмопpеобpазователи. 112
§11.4 Регулирующая пневмоаппаратура. 113
§ 11.5 Направляющая пневмоаппаратура. 115
§11.6 Реализация некоторых функциональных устройств посредством трёхмембранных реле УСЭППА 121
§11.7 Элементы струйной пневмоавтоматики (пневмоники) 123
§11.8 Примеры пневмоавтоматизации с использованием логических элементов 124
Лекция 1
ВВЕДЕНИЕ
Гидравлические приводы (гидроприводы) в силу хорошей управляемости и простоты регулирования, а также высокой плотности энергии (примерно в 20 раз выше, чем в электромеханизмах) получили широкое распространение в машиностроении.
Гидропривод – совокупность устройств для передачи движения механизмам станка или иной технологической машины посредством рабочей среды, которой является жидкость, находящаяся в приводе под давлением. Существует более узкое понятие – объёмный гидропривод – совокупность объёмных гидромашин*, гидроаппаратуры, вспомогательных устройств, предназначенная для передачи энергии и преобразования движения посредством жидкости. В дальнейшем под словом "гидропривод" будет подразумеваться объёмный гидропривод.
Жидкостью называют вещество, находящееся в таком агрегатном состоянии, которое сочетает в себе черты твёрдого состояния (весьма малая сжимаемость) и газообразного (текучесть)**.
Раздел механики, называемый механикой жидкости или гидромеханикой, представляющий по сути самостоятельную науку, занимается исследованием вопросов, связанных с покоем или равновесием жидкости (раздел науки - гидростатика) и с её движением (гидродинамика).
Если в науке помимо жидкостей изучают движение газов и обтекание ими тел, то её называют аэрогидродинамикой.
Главное внимание в гидромеханике сосредотачивается на решении двух, связанных между собой задач: определении распределения скоростей и давлений внутри жидкости и определении силового взаимодействия между жидкостью и окружающими ее твердыми телами.
В теории этой науки изначально рассматривалась невязкая (или "идеальная") жидкость, т.е. такая, внутри которой при её перемещении не возникает внутреннее трение. Реально таких жидкостей не существует.
Закономерности теории можно с достаточной степенью точности отнести лишь к той части потока вязкой (реальной) жидкости, которая не прилегает к стенкам и обтекаемым поверхностям.
В пограничном (пристенном) слое жидкости имеет место внутреннее трение, т.к. скорость жидкости в нем увеличивается от нуля (на стенке) до некоторого значения, не зависящего от наличия в потоке обтекаемой поверхности.
Теория пограничного слоя была разработана в начале 20 века (автор – Людвиг Прандтль).
Применением законов равновесия и движения жидкостей к решению практических задач занимается техническая гидромеханика или гидравлика.
В гидравлике рассматриваются в основном осредненные характеристики потока (средние скорости, среднее давление), что позволяет создавать упрощенные модели потоков и упрощать математический аппарат.
Началом гидрофикации металлорежущих станков в СССР можно считать 1925 г., когда впервые появились гидрофицированные шлифовальные станки. В 1934-5 гг. в ЭНИМСе были спроектированы агрегатные сверлильные гидрофицированные станки для работы с малыми рабочими скоростями и большими усилиями. В дальнейшем этим же НИИ была проделана большая работа по нормализации гидравлической аппаратуры, а также разработаны гидравлические схемы для станков различных типов. После второй мировой войны производство гидрофицированных станков стало интенсивно развиваться. Было создано несколько специализированных заводов для производства гидронасосов, гидродвигателей, гидроаппаратуры. Налаживался выпуск гидрофицированных станков шлифовальных, протяжных, строгальных, долбёжных, токарных, агрегатных, сверлильных, фрезерных, копировальных и других, в т.ч. автоматов и полуавтоматов.
Примерно 25% гидрооборудования устанавливается в сборочных агрегатах, манипуляторах и промышленных роботах, в транспортирующих и управляющих системах станков. Однако в области регулируемых приводов подач станков с ЧПУ гидроприводы оказались вытесненными электроприводами, и в частности, тиристорными приводами постоянного тока, несмотря на то, что энергетические и динамические характеристики последних хуже, чем современных электрогидравлических приводов.
Из-за имеющихся недостатков гидроприводов (утечек, шума, возможности засорения) многие потребители предпочитают использовать электричество в качестве единственного вида энергии для управления и привода.
Фирмы, выпускающие гидрооборудование, постоянно проводят широкие теоретические исследования и осуществляют конструкторские разработки с целью повышения эффективности работы гидроприводов.
Тема 1: ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ГИДРОПРИВОДАХ
Гидравлический удар
Гидравлическим ударом обычно называют резкое повышение давления, возникающее в напорном трубопроводе при внезапном торможении потока жидкости. Точнее говоря, гидравлический удар представляет собой колебательный процесс, возникающий в упругом трубопроводе с жидкостью при внезапном изменении её скорости. Этот процесс является очень быстротечным и характеризуется чередованием резких повышений и понижений давления. Изменение давления при этом тесно связано с упругими деформациями жидкости и стенок трубопровода.
Гидравлический удар чаще всего возникает при быстром закрытии или открытии крана или иного устройства управления потоком. Однако могут быть и другие причины его возникновения.
Теоретическое и экспериментальное исследование гидравлического удара в трубах было впервые выполнено Н.Е.Жуковским и опубликовано в его фундаментальной работе "О гидравлическом ударе", вышедшей в свет в 1898 г.
Утечки
Наличие утечек масла в гидросистеме уменьшает его подачу и увеличивает потери мощности. Утечки оказывают значительное влияние на характеристики работы гидросистемы, снижают равномерность скорости рабочих движений и ограничивают диапазон регулирования скоростей.
Утечки обычно происходят через зазоры, представляющие узкие (капиллярные) щели. Для них Reкр = 1000-1200. Число Рейнольдса зависит от величины щели× , а поскольку размеры щели в гидроагрегатах не превышают 10-15мкм, поток жидкости для распространенных условий работы (давлений и вязкости жидкостей) носит обычно ламинарный характер.
Утечки через кольцевой зазор
Утечки масла через концентричный кольцевой зазор (рис. А4,а) между поршнем или плунжером и корпусом аппарата определяется по формуле:
где d – внутренний диаметр кольцевого зазора (диаметр поршня, золотника, плунжера), мм;
– радиальный зазор, мкм;
= p1 – p2 - перепад давления в зазоре, МПа;
– абсолютная вязкость масла, Па·с;
l – длина зазора вдоль оси, мм.
Если на поверхности поршня (плунжера) имеются кольцевые проточки (канавки), то в расчёт принимается длина поршня за вычетом длины кольцевых проточек (для примера по рис. А5 l = L – 2с).
Рис. А4 Рис. А5
Утечки в эксцентричной кольцевой щели (рис. А4,б) больше, чем в концентричной. При максимальном эксцентриситете е: Qут.э.к.з = 2,5 × Q ут.к.к.з.
Утечки через зазор между плоскими стенками
Утечки жидкости через капиллярную щель между неподвижными плоскими стенками можно определить по формуле:
где b – ширина щели, мм;
– зазор между плоскими стенками щели, мкм;
l– длина щели в направлении тока жидкости, мм.
Тема 4 Направляющая гидроаппаратура
Направляющие гидроаппараты изменяют направление потока масла путем полного открытия или полного закрытия рабочего проходного сечения. В зависимости от типа применяемого для этой цели запорно-регулирующего элемента различают аппараты золотниковые, крановые и клапанные. К направляющим аппаратам относятся направляющие распределители, обратные клапаны, гидрозамки и некоторые другие аппараты (клапаны выдержки времени, клапаны последовательности и пр.). В функции направляющих аппаратов также могут использоваться некоторые гидроклапаны давления.
Направляющие гидрораспределители
Распределители предназначены для изменения направления, а также пуска и останова потока масла в двух или более линиях в зависимости от наличия внешнего управляющего воздействия.
Крановые распределители
В таких распределителях запорно-регулирующими элементами являются поворотные краны. На рис. 3.4 показан распределитель 4/2 с ручным управлением (кран управления). Направление потока жидкости изменяется при повороте крана на 45°. Поворотные краны управляются, как правило, вручную или от подвижных упоров.
Обратные клапаны
Предназначены для свободного пропускания масла только в одном направлении. Варианты конструкций и условное обозначение клапанов приведены на рис. 3.5. Несколько типовых случаев применения обратных клапанов в гидросистемах показано на рис. 3.6.
ТЕМА 5 Регулиpующая гидpоаппаpатуpа
Регулирующие аппараты управляют давлением, расходом и направлением потока масла путём частичного открытия рабочего проходного сечения. К ним относятся клапаны давления, дроссели, регуляторы и синхронизаторы расходов, дросселирующие распределители.
§ 5.1
Общие сведения
Клапаны давления – это аппараты, предназначенные для управления давлением рабочей среды.
Различают клапаны прямого и непрямого действия. У первых размеры рабочего проходного сечения изменяются в результате непосредственного воздействия потока масла на запорно-регулирующий элемент, у вторых эти размеры изменяются основным запорно-регулирующим элементом в результате воздействия потока масла на вспомогательный запорно-регулирующий элемент. Клапаны прямого действия применяют при небольших расходах масла и рабочих давлениях.
По назначению клапаны давления разделяют следующим образом:
1) напорные гидроклапаны (предохранительные и переливные),
2) редукционные клапаны,
3) клапаны соотношения давлений (или пропорциональные),
4) клапаны разности давлений (или дифференциальные).
Существуют также комбинированные аппараты, которые могут выполнять в гидросистемах одновременно функции редукционного и переливного клапанов (в зависимости от направления потока), редукционного клапана и реле давления.
Тема 6 Типовые функциональные гидросхемы
Реверсирование движения рабочего органа
Изменение направления движения рабочих органов обеспечивается:
а) с помощью направляющих распределителей (см., например, рис. 3.1-3.4). Варианты гидросхем с распределителями – см. рис. 3.6,а,в, 3.7,г,д, 4.7,б, а также 5.1,в, 5.3, 5.5, 5.7,в и др.
б) при использовании гидронасосов с переменным направлением потока (см., например, рис. 1.3, обозначение – рис. 1.5,в). Варианты гидросхем с такими насосами – рис. 5.1,б, 7.4 (насос Н2)
Стабилизация скорости рабочего органа при машинном регулировании
Рассмотрим некоторые гидросистемы, обеспечивающие постоянство v независимо от R при машинном регулировании.
6.2.4.1 Гидросистема, автоматически компенсирующая утечки (рис. 5.2,а)
С увеличением R повышается p. Это вызывает увеличение утечек и уменьшение v. Но с увеличением p плунжер Ц2, сжимая пружину 1, сдвигает статорную обойму 2 насоса, увеличивая эксцентриситет е, а значит и подачу насоса. Тем самым компенсируются утечки, и скорость поршня остается постоянной.
6.2.4.2 Гидросистема с постоянным рабочим давлением (рис. 5.2,б)
Сохранение постоянного давления p при колебаниях R достигается за счет соответствующего изменения противодавления pпр, что обеспечивается изменением проходного сечения, а значит и сопротивления щели А специального клапана при перемещении его поршня П. При p=сonst утечки не изменяются, а значит и скорость остается постоянной.
Синхронизация работы гидродвигателей с помощью делителей потока (расхода)
Синхронизация движений нескольких гидродвигателей (т.е. обеспечение равенства скоростей) может обеспечиваться различными способами и устройствами. Наиболее распространены устройства, называемые делителями потока или расхода [с. 141-143].
Рассмотрим возможный вариант делителя потока (рис. 5.7,а,б).
Деление потока осуществляется с помощью двух нерегулируемых дросселей ДР1 и ДР2 и плавающего плунжера П регулируемого дросселя, который при равных давлениях p1 и p2 в линиях, ведущих к гидродвигателям, например, к цилиндрам Ц1 и Ц2 (рис. 5.7,в) будет находиться в среднем положении между выходными каналами, устанавливая одинаковые проходные сечения А и Б регулируемого дросселя.
При изменении нагрузки на одном из двигателей, приводящем к изменению его скорости, давления p1 и p2 станут разными и плунжер, в результате создавшейся разности давлений масла в камерах В и Г, переместится в направлении камеры с меньшим давлением и частично перекроет соответствующую щель (А или Б), при этом подача через щели станет разной, но этообеспечит выравнивание скоростей гидродвигателей.
В том случае, если движение одного гидродвигателя по какой-либо причине прекратится, плунжер П полностью перекроет щель, через которую происходит питание другого двигателя и в результате его движение также прекратится.
Схемы синхронизации движения нескольких (более 2) гидродвигателей проектируются с последовательным делением потока (рис. 5.7,г).
Лекция 10
Тема 7 Вспомогательные элементы гидpопpиводов
Привод с двухщелевым дросселирующим распределителем (рис. 8.4)
Масло от насоса Н подается по линии 1 в штоковую полость цилиндра Ц, а через полость А, щель h1 дросселирующего распределителя Р и далее по линии 2 – в поршневую полость цилиндра. Цилиндр, таким образом, оказывается включенным по дифференциальной схеме. Через щель h2 распределителя поршневая полость цилиндра соединяется со сливной линией 3. Давление масла в штоковой полости цилиндра постоянно, а значит, постоянна и сила, действующая на поршень снизу. При перемещении управляющего золотника изменяются размеры щелей h1 и h2, давление масла в поршневой полости цилиндра и сила, действующая на поршень сверху, изменяются. Нарушение равновесия сил на поршне обуславливает перемещение его каретки В с инструментом и корпуса дросселирующего распределителя в направлении, соответствующем знаку разности сил.
Достоинством привода является относительная простота изготовления золотника и корпуса распределителя, недостатком, по сравнению с предыдущим приводом, – меньшие возможности варьирования схемы и меньшая развиваемая сила при равных диаметрах цилиндров.
Привод с однощелевым дросселирующим распределителем (рис. 8.5)
Масло от насоса Н по линии 1 подается в штоковую полость цилиндра Ц дифференциального действия, из которой через встроенный в поршень дроссель ДР проходит в поршневую полость. Из поршневой полости масло идет по линии 2, через щель h дросселирующего распределителя Р в сливную линию 3. Давление в штоковой полости и сила, действующая на поршень снизу, постоянны.
Давление в поршневой полости цилиндра, а значит и сила, действующая сверху, зависят от величины щели h. При нарушении равновесия сил на поршне он будет перемешаться в направлении, определяемом знаком разности сил.
В таком приводе конструкция распределителя максимально упрощена, но привод уступает другим следящим приводам по точности копирования, а также по скорости слежения, величина которой ограничена из-за небольшой пропускной способности дросселя цилиндра.
Рис. А11
Рассмотрим вариант такого привода со специальным регулятором (рис. 8.6).
В нем vз и vc обеспечиваются цилиндрами Ц1 и Ц2, которые управляются распределителями, соответственно: направляющим Р1 и четырёхщелевым дросселирующим Р2. Для обеспечения регулирования vз и vc применены квадратичные дроссели ДР1 и ДР2. К дросселям масло подходит под давлениями р1 и р2 соответственно и под этими же давлениями масло поступает в верхние полости Г и В автоматического регулятора К2, действуя на его поршень сверху с силой . Снизу на поршень действует пружина с силой Рпр, которую можно считать постоянной. При изменении vc изменяется р2, это нарушает равновесие сил на поршне, он смещается, щель А, а значит и давление р1, изменяются (например, если р2 растёт при больших открытиях щелей дросселирующего распределителя Р2 и увеличении vc, то р1 уменьшается). Это вызывает изменение vз (vз уменьшается, если vc возрастает). Перемещение поршня регулятора прекращается при восстановлении равновесия сил на нем
При равенстве f1 и f2 обеспечивается р1+р2=сonst. А так как используемые в системе дроссели ДР1 и ДР2 являются квадратичными, расход через которые или , то сумма квадратов расходов через них будет постоянной:
Это, в свою очередь, будет обеспечивать
,
т. е. постоянство скорости копирования vк.
Тема 10 ПОСТРОЕНИЕ ГИДРОКИНЕМАТИЧЕСКИХ СХЕМ СТАНКОВ
Гидрокинематика круглошлифовального станка модели 3152М (рис. 7.1)
10.1.1 Привод главного движения (вращения шлифовального круга): , об/мин
10.1.2 Привод окружной подачи (вращения детали): , об/мин
Гидросистема обрабатывающего центра модели ИР-500МФ4 (рис.7.3)
Все формообразующие и некоторые вспомогательные движения на станке осуществляются с помощью высокомоментных электродвигателей постоянного тока. Остальные вспомогательные движения выполняются посредством гидропривода, питаемого от гидростанции с регулируемым пластинчатым насосом.
Насос позволяет производить механическую настройку на необходимые рабочий объем и рабочее давление. При росте давления в системе сверх давления настройки насоса, величина эксцентриситета, а следовательно, и подача насоса резко уменьшаются, доходя практически до нуля. Реле давления РД1 контролирует давление масла в линии нагнетания. При падении давления масла реле давления дает сигнал на отключение гидросистемы станка. Все масло, нагнетаемое в гидросистему, очищается, проходя последовательно через приемный фильтр Ф1 и фильтр тонкой очистки Ф2. Отработавшее масло сливается в бак через фильтр Ф3. В гидросистеме имеется 14 цилиндров, назначение которых следующее:
Ц1 – переключение ступеней коробки скоростей;
Ц2 – разжим оправки инструмента;
Ц3 – фиксация шпинделя в определенном положении;
Ц4 – выдвижение руки манипулятора;
Ц5 – вертикальное перемещение манипулятора;
Ц6 – поворот руки манипулятора;
Ц7 – фиксация положения инструментального магазина;
Ц8 – уравновешивание шпиндельной бабки;
Ц9 – подъем стола перед поворотом;
Ц10 – зажим спутника на столе;
Ц11, Ц12 – перемещение спутников;
Ц13, Ц14 – поворот платформы смены спутников.
Гидросистема станка выполнена на аппаратуре модульного монтажа – распределителях с электроуправлением, сдвоенных дросселях с обратными клапанами, редукционных клапанах.
Уравновешивающий цилиндр Ц8 подключен через клапан К8.
Разжим и зажим спутника на столе контролируется с помощью реле давления РД3 и РД4.
На схеме станка позиции распределителей не пронумерованы, поэтому будем обозначать их:
нижняя – I; средняя – 0; верхняя – II.
Элементы кинематики и гидросистемы станка на схеме показаны в исходных положениях. Электромагниты отключены.
Рассмотрим, как осуществляются на станке вспомогательные движения, приняв к сведению следующее:
начало всех гидропотоков общее: и в приводимых далее записях гидропотоков повторяться не будет, так же как и общее их окончание, а именно: …9(Ф3)11(Бк), где 11(Бк) – сливная линия и бак.
Гидравлическое уравновешивание шпиндельной бабки
Гидравлическое уравновешивание шпиндельной бабки осуществляется гидроцилиндром Ц8, который монтируется на верхнем торце стойки 2. Нижний конец штока цилиндра жёстко крепится к шпиндельной бабке 3. Масло подается в штоковую полость цилиндра Ц8 от насоса, если привод перемещений и подач (высокомоментный электродвигатель с шариковинтовой парой) перемещает бабку вверх, и вытесняется из штоковой полости в сливную линию, если - вниз. Клапан давления К8 поддерживает постоянное давление в штоковой полости гидроцилиндра Ц8 независимо от направления и скорости движения шпиндельной бабки, определяемых приводом подач. Шпиндельная бабка уравновешивается потоками:
- при движении бабки вверх – ,
- при движении бабки вниз – .
Аккумулятор А позволяет обеспечить требуемую подачу масла в цилиндр при больших скоростях перемещения бабки вверх, а так же сглаживает колебания давления в системе при переходных режимах.
ЭЛЕМЕНТЫ ПНЕВМОПРИВОДОВ И СИСТЕМ ПНЕВМОАВТОМАТИКИ
Общие сведения
Пневматические системы, представляющие собой технические системы, состоящие из устройств, находящихся в непосредственном контакте с рабочим газом (воздухом), получили широкое применение в самых различных отраслях промышленности.
Энергию сжатого воздуха промышленных пневмосистем используют для приведения в движение механизмов и машин, автоматического управления технологическими процессами и машинами, пескоструйной очистки, перемешивания растворов, распыления красок, транспортирования сыпучих материалов, дутья в доменные печи и т.д.
Наибольшее применение энергия сжатого воздуха получила в пневмоприводах, обеспечивающих работу технологических машин.
Применение пневмоприводов особенно эффективно при механизации и автоматизации таких операций, как зажим деталей, сборка, контроль, транспортирование, упаковка и т. п. тяжёлых и монотонных работ.
Широкому внедрению пневмосистем способствуют их положительные качества: относительная простота конструкции и обслуживания, а следовательно, низкая стоимость и быстрая окупаемость затрат; надежность работы в широком диапазоне температуры, высокой влажности и запыленности окружающей среды; пожаро- и взрывобезопасность; большой срок службы, достигающий 10 000-20 000 ч (10-50 млн. циклов); высокая скорость перемещения выходного звена пневматических исполнительных устройств (линейного до 15 м/с, вращательного до 100 000 об/мин); легкость получения и относительная простота передачи энергоносителя (сжатого воздуха).
К основным недостаткам пневмосистем следует отнести сравнительно малую скорость передачи сигнала на значительные расстояния, сложность обеспечения плавного перемещения рабочих органов при колебаниях нагрузки и относительно высокую стоимость сжатого воздуха.
Пневматические системы управления (ПСУ) наряду с электрическими и гидравлическими системами являются одним из наиболее эффективных средств автоматизации и механизации производственных процессов. Средства пневмоавтоматики, используемые для построения систем управления, применяют как отдельно, так и в сочетании с гидравлическими и электрическими устройствами.
Таким образом, пневматические устройства используются не только в силовых приводах, но и в системах управления - для программирования, контроля и управления рабочими процессами в автоматических линиях, манипуляторах и других машинах.
Пневмосистемы реализуются на устройствах трех уровней давления:
- высокого - 0,4-1,6 МПа,
- среднего - 0,1-0,25 МПа,
- низкого - 0,001-0,01 Мпа.
Пневмоустройства высокого давления применяют в силовых приводах и для построения систем автоматизации малой сложности. На основании опыта эксплуатации и технических характеристик пневматических устройств рекомендуются следующие значения давления на входе: для пневмоприводов различных машин и систем механизации станков, прессов и т. д. - 0,6-1 МПа, для пневматических систем автоматического управления, построенных на устройствах высокого давления - 0,4-0,6 МПа, для ручного инструмента - 0,4-0,6 МПа. В правильно построенных пневмосетях предприятий колебания давления обычно не превышают 0,05 МПа, а потери давления 5-10% от рабочего давления.
Пневмоустройства среднего давления применяют в относительно сложных системах автоматизации (например, в системах управления автолиний); низкого, в сочетании с усилительными устройствами - для автоматизации сложных систем (например станков с программным управлением).
Под пневматической системой управления понимают совокупность связанных определенным образом пневматических устройств, обеспечивающих формирование заданной последовательности и (или) величины выходных сигналов в зависимости от состояния объекта управления и внешних управляющих воздействий. Носителем информации в них обычно является давление сжатого воздуха.
По источнику рабочей среды промышленные пневмоприводы подразделяются на компрессорные, аккумуляторные и магистральные. В компрессорном пневмоприводе воздух подается в пневмодвигатель компрессором. В аккумуляторном приводе сжатый воздух поступает в пневмодвигатель из пневмоаккумулятора, предварительно заряженного от внешнего источника, не входящего в состав привода. Широкое распространение в промышленности нашли магистральные пневмоприводы, в которых сжатый воздух подается в пневмодвигатели от пневмомагистрали (заводской, цеховой и т.п.), не входящей в состав привода.
По сравнению с гидравлическими пневматические системы имеют преимущества: отсутствие возвратных линий, централизованное снабжение всех пневматических устройств из заводской магистрали, безопасность в пожарном отношении, малая чувствительность к изменению температуры окружающей среды.
Однако по сравнению с гидравлическими пневматические устройства обладают и недостатками: сравнительно низкое давление в пневматических системах обуславливает увеличение размеров исполнительных устройств, пневматические устройства вследствие сильной сжимаемости воздуха не всегда обеспечивают заданный закон перемещения исполнительных органов.
Для обеспечения надежной работы пневматических устройств необходимо проводить комплекс мероприятий по очистке и сушке сжатого воздуха, внесению смазочных материалов для подачи их с потоком воздуха к трущимся поверхностям пневматических устройств, борьбе с шумом и загрязнением окружающей среды при выхлопе сжатого воздуха в атмосферу.
Компонентами загрязнений сжатого воздуха являются вода и компрессорное масло в жидком и парообразном состоянии, твердые и газообразные загрязнения.
Источником содержащейся в сжатом воздухе воды является водяной пар, всасываемый компрессором в систему вместе с воздухом.
Источниками загрязнения сжатого воздуха маслом могут являться смазка компрессоров и пневматических устройств, масляные фильтры на линии всасывания компрессоров, пары и распыленное в окружающем воздухе масло.
Основное количество твердых загрязнений вносится в пневмосистему при передаче сжатого воздуха по трубопроводам и соединениям.
Основную часть газообразных загрязнений, попадающих в систему вместе с атмосферным воздухом, составляют дымовые газы от сжигания топлива; газы, образующиеся от химических процессов; пары кислот и щелочей, растворители и др. Наиболее часто в сжатом воздухе содержится сернистый газ, который при соединении с конденсатом образует серную кислоту и сернистый ангидрид, разрушающий поверхности устройств и уплотнений.
В промышленности для очистки сжатого воздуха нашли применение силовые поля, фильтрация и осушка.
Обычно фильтрацию воздуха и выделение из него влаги производят в одном устройстве, называемом фильтром-влагоотделителем. Фильтрующие материалы условно разделяют на два вида: поверхностные (частицы удерживаются поверхностью фильтрующего материала) и объёмные (частицы удерживаются не только на поверхности, но и в толще фильтрующего материала). К поверхностным фильтрующим материалам относятся сетки, бумага, ткани, к объёмным – картон, металлокерамика, керамика, войлок и т.д. Наибольшее применение получили металлокерамические и волокнистые фильтрующие материалы.
Одним из важнейших средств повышения надежности пневматических устройств является обеспечение оптимального режима смазывания их трущихся поверхностей. Смазка трущихся поверхностей снижает трение покоя и движения в 2-5 раз, скорость износа в 1,5-2,5 раза, а коррозии – в десятки раз.
Из смазочных аппаратов наиболее широкое распространение получили маслораспылители. Они обеспечивают подачу в пневматические устройства распыленного жидкого смазочного материала.
Увеличение быстродействия пневматических устройств привело к резкому возрастанию интенсивности шума и загрязнению окружающей среды масляными парами, выносимыми с отработанным воздухом.
Для снижения уровня шума при выхлопе сжатого воздуха и улавливания масляных аэрозолей используют специальные глушители комбинированного типа, построенные на базе некоторых типов фильтров-влагоотделителей. При поступлении в такой фильтр-глушитель сжатый воздух проходит через пористые элементы, расширяется, из него выпадают капельки масла и собираются в нижней части резервуара.
В состав пневмосистем, кроме источников рабочей среды и устройств для кондиционирования сжатого воздуха, входят пневмодвигатели, пневмопребразователи, направляющая аппаратура, регулирующая аппаратура, уплотнительные устройства, пневмолинии.
Память
Для примера рассмотрим триггер с двумя входами (рис. 9.13,б). Работа триггера поясняется диаграммой срабатываний:
* в исходном состоянии х1 = 0, х2 = 0, f = 0,
* при включении х1 (т.е. х1 = 1), f = 1,
* при отключении х1 ( т.е. х1 = 0), f = 1 (память),
* при включении х2 (т.е. х2 = 1), f = 0,
* при отключении х2 ( т.е. х2 = 0), f = 0 (память),
* при включении х1 (т.е. х1 = 1), f = 1 и т.д.
Схема состоит из двух реле: Р1 и Р2.
Исходное состояние:
х1 = 0, Р1; х2 = 0, Р2¯,
f–2(Р2)1(Р1)–х1-А и f = 0.
Работа реле:
х1 = 1, х1–(Р1)1(Р2)2–f и f =1,
f – 2(Р1¯), в результате пневмоконтакт х1-1 закрывается и х1 отсекается, но открывается контакт П-1, соединяющий канал питания со схемой.
П–(Р1)1(Р2)2–f, т.е. остаётся f = 1 при отсечённом х1.
х2 = 1, х2–(Р2) и контакты: 1-2 закрывается, 2-А открывается, в результате воздух под давлением на выход триггера не подается и выход соединяется с атмосферой: f–2(Р2)–А, т.е. f = 0.
Таким образом, триггер возвращается в исходное состояние до нового включения х1.
Примеры пневмоавтоматизации с использованием логических элементов
Автоматизация и комплексная механизация производственных процессов обуславливает широкое применение в машинах-автоматах пневматических приводов как весьма надежных, простых и дешевых видов передач.
Пневмосистемы по типу управления могут быть подразделены на три принципиально отличные группы: централизованные системы с временным управлением, централизованные системы с путевым управлением, децентрализованные системы с путевым управлением.
В первых управляющим устройством является командоаппарат с кулачковым валом. Вал вращается с постоянной скоростью, при этом кулачки нажимают на соответствующие кнопки, подавая сигналы (команды) к распределителям.
Достоинство временного способа управления заключается в простоте системы в целом; недостаток - в подаче сигналов на переключение распределителей через определенные промежутки времени, независимо от того, выполнены ли действия, соответствующие предыдущему такту или нет.
При централизованном путевом управлении также используется командоаппарат с кулачковым валом. Но вал поворачивается лишь периодически на некоторый угол и только после того, как поступит сигнал о выполнении операции предыдущего такта. Такое управляющее устройство носит название шагового командоаппарата.
При децентрализованном путевом управлении каждый рабочий орган после окончания своего движения включает следующий орган. Управляющее устройство представляет собой определенным образом организованную систему взаимосвязанных двухпозиционных устройств (реле, клапаны и т.п.).
По условиям работы системы управления разделяются на однотактные и многотактные.
Тактами называются отдельные составляющие цикла.
Циклом работы считается промежуток времени, по истечении которого все действия начинают повторяться.
Однотактными называются такие системы, у которых комбинация выходных сигналов в любой промежуток времени определяется комбинацией сигналов, поступающих на вход в течение этого же промежутка времени и не зависит от комбинаций сигналов, поступивших на вход в предыдущие промежутки времени. Подобные системы называются иногда автоматами без памяти, или же системами без обратных связей.
Многотактными называются такие системы, у которых комбинация выходных сигналов определяется не только состояниями входов в данный момент времени, но и зависит также от значений входных сигналов в предыдущих тактах. Подобные системы называются иногда автоматами с памятью, или же системами с обратными связями. Поведение такой машины определяется поступившей в данном такте комбинацией входных сигналов и внутренним состоянием системы управления в данный момент времени, причем внутреннее состояние системы обусловлено комбинациями сигналов, поступивших в предыдущих тактах. Сигналы о внутреннем состоянии системы подаются как самими исполнительными устройствами через конечные переключатели (кнопки), так и специальными элементами, которые называют элементами обратной связи, элементами памяти или триггерами.
В связи с широким применением систем пневмоавтоматики вопросы проектирования рациональных структурных схем (структурного синтеза) систем управления пневмоприводами станков, промышленных роботов и других автоматизированных машин имеют весьма актуальное значение.
Для структурного синтеза сложных систем целесообразно использовать методы, основанные на применении аппарата математической логики. При этом основным требованием является выбор оптимальной схемы, прежде всего, с точки зрения, количества её составных элементов, что связано с задачей упрощения логических функций, описывающих условия работы системы управления.
Ниже рассматриваются в качестве примеров две автоматизированные системы управления – относительно простая и более сложная.
11.8.1 Система управления прессом (рис. 9.15)
Для предотвращения травматизма движение пуансона должно включаться только при нажатии на две кнопки Р1 и Р2 (т.е. х1=1; х2=1), расположенных далеко друг то друга.
Введение в схему элемента И (К1) на входе f1 распределителя Р3 (канал 7) позволяет решить эту задачу (f1 = x1× x2).
Чтобы рабочий не заклинивал одну из кнопок в нажатом состоянии, схема должна обеспечивать отвод пуансона только при отпущенных кнопках. Это обеспечивается введением инверторов НЕ (К2 и К3) и элемента И (К4) на входе распределителя Р3 (канал 6: ).
11.8.2 Автоматизация работы пневмоподъёмника(рис. 9.16)
Должен обеспечиваться цикл: подъём детали – сталкивание – отвод толкателя – опускание подъемника. В данном случае стоит задача проведения структурного синтеза многотактной децентрализованной пневмосистемы с путевым управлением.
Для синтеза системы управления следует выполнить такие этапы:
* составление формализованного описания работы системы по циклограмме или словесному описанию;
* составление логических уравнений;
* упрощение логических уравнений (минимизация системы);
* построение принципиальной схемы).
Формализованные описания могут быть выполнены с помощью таблиц переходов и графов.
Подробно методика структурного синтеза и минимизации пневматических систем управления рассмотрены в методических указаниях каф. АСС ТулГУ по лабораторной работе "Пневмоавтоматизация макета металлорежущего станка с использованием логических элементов" и в книгах:
- Герц Е.В. Синтез пневматических приводов / Е.В. Герц, В.П. Зенченко, Г.В. Крейнин. - М.: Машиностроение, 1966;
- Наземцев А.С. Пневматические приводы и средства автоматизации: учеб. пособие. -М.: Форум, 2004.
* - объёмной называется гидромашина, рабочий процесс которой основан на попеременном заполнении рабочей камеры жидкостью и вытеснении её из рабочей камеры;
** - термину "жидкость" в гидромеханике часто придают более широкий смысл, включая в него все тела, для которых свойственна текучесть, а именно, жидкости обычные, называемые капельными, и газообразные или, просто, газы. Далее термин жидкость будет использоваться в узком смысле, т.е. в смысле – капельная жидкость (масло, вода, керосин и т.д.)
– Конец работы –
Используемые теги: Тема, общие, сведения, гидро, водах0.081
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Тема 1: ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ГИДРОПРИВОДАХ.. 6
Если этот материал оказался полезным для Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
Твитнуть |
Новости и инфо для студентов