Лабораторна робота №5

ПНЕВМАТИЧНІ ЗАСОБИ АВТОМАТИКИ

Мета роботи. Ознайомитися із пневматичними елементами автоматики, правилами побудови пневматичних схем і типовими для пневматики схемними рішеннями, розглянути умови виконання дій пневматичних елементів по положенню та за часом.

5.1 Короткі теоретичні відомості

Автоматика – галузь науки і техніки, що охоплює теорію і практику побудови систем управління технічними процесами, як здійснюються без безпосередньої участі людини.

Електропневмоавтоматика – розділ автоматики, що охоплює теорію і практику побудови систем управління технічними системами на базі комбінованих пристроїв, що забезпечують перетворення різноманітних неелектричних, фізичних величин (переміщення, тиск, механічні напруження та ін.) в фізичні величини електричної напруги, струму, частоти та ін.

Відповідно до загальних принципів управління технологічними процесами автоматичне управління здійснюється на основі інформації, що отримується від різноманітних засобів автоматики (датчики, реле тощо).

Електропневмоавтоматика займає значне місце в автоматизації різноманітних технологічних процесів особливо в харчовій промисловості та при складанні, сортуванні, пакуванні, клеймуванні, штампуванні виробів тощо.

Системи автоматики в залежності від виконуваних функцій поділяються на автоматичні системи контролю, управління і регулювання.

Технічні засоби автоматики слугують для отримання, передачі, перетворення і зберігання контрольної інформації, формування і передачі контрольної інформації, використання її для впливу на керований процес.

Електричні пристрої виконують в системах управління функції генерації і обробки сигналів.

Пневматичні пристрої виконують різноманітні завдання, пов’язані з поступальною або обертальною передачею навантаження, а саме, затиск, переміщення, позиціювання, орієнтація.

Незважаючи на надзвичайно велику сукупність різноманітних установок, автоматичних ліній побудованих на основі пневмоавтоматики всі вони можуть розглядатися як сукупність трьох окремих частин або блоків. Вони включають в себе вихідні пристрої, елементи, оброблювані сигнали і вхідні елементи, що забезпечують введення сигналів і зворотній зв’язок. В термінах апаратного забезпечення це означає, що для передачі сигналів повинні існувати вхідні, процесорні, керуючі і виконавчі пристрої.

Загальні відомості про пневмопривод. Пневмоприводом називають сукупність пристроїв, призначених для надання руху машинам і механізмам за допомогою стиснутого газу. До складу пневмопривода входять:

1) джерело енергії робочого газу (компресор, який перетворює механічну енергію приводного двигуна в енергію стиснутого газу);

2) об’ємний пневмодвигун (наприклад, пневмоциліндр, у якому енергія стиснутого газу перетворюється в механічну енергію вихідної ланки пневмопривода);

3) пневмоапарати – пристрої, призначені для зміни параметрів робочого газу (напрямку руху, тиску, витрати);

4) пневмолінії (всмоктувальна, напірна, вихлопна);

5) пневмомісткість (балон), призначена для зберігання робочого газу з метою його подальшого використання;

6) кондиціонери робочого газу (фільтри, вологовіддільники, холодильники).

Пневмоприводи широко застосовуються в усіх галузях народного господарства – верстатобудуванні, ливарному та ковальському виробництві, поліграфічній промисловості і на транспорті. В автомобілях, автогрейдерах, одноковшових навантажувачах, наприклад, застосовується пневматичний привод гальм, що пояснюється його перевагами перед гідроприводом:

1) невеликі втрати тиску в пневмолініях, внаслідок чого їх довжина може досягти кількох сот метрів;

2) стиснуте повітря не утворює горючих і вибухонебезпечних сумішей, внаслідок чого пневмопривод можна застосувати там, де потрібні підвищені вимоги до пожарної безпеки;

3) стиснуте повітря не забруднює навколишнього середовища.

Разом із тим пневмопривод має деякі недоліки:

1) необхідно передбачити спеціальні системи мащення;

2) висока стисливість повітря не забезпечує без додаткових заходів плавності і точності руху вихідної ланки пневмопривода, якщо навантаження нестабільне;

3) внаслідок великих витіків повітря ККД пневмопривода менший від ККД гідропривода;

4) за однакових габаритів пневмодвигуни мають меншу потужність, ніж гідравлічні двигуни, що можна пояснити невеликим тиском повітря.

Основні параметри газу. Основними параметрами робочого газу, які визначають його стан, є тиск, густина, термодинамічна температура.

Тиск, повітря в пневмоприводах, як правило, не перевищує 1 MПa, але в окремих випадках може досягати 10 МПа.

Густина повітря при температурі 20ºС й атмосферному тиску становить 1,253 кг/м³, а при підвищенні тиску до 0,4 МПа – 4,67 кг/м³.

Питомим об’ємом називають величину, обернену густині

[м³/кг].

Термодинамічна температура вимірюється в кельвінах:

ºС,

де – температура за шкалою Цельсія.

В’язкість газу, тобто здатність чинити опір силам зсуву, на відміну від рідини збільшується при підвищенні температури ( = 13,3 мм²/с;
= 15,1 мм²/с; = 17,8 мм²/с; = 23,2 мм²/с).

Умовні позначення основних елементів і принципові схеми пневмоприводів. Умовні позначення основних елементів пневмо- і гідроприводів дуже схожі. Є деякі відмінності в позначеннях насоса (Н) і компресора (КМ), а також специфічні позначення елементів, які застосовуються лише в пневмоприводах. На рис. 5.1 позначено: KM – компресор; МО – масловіддільник; PC – балон, ресивер; ВН1 і ВН2 – вентилі; ДК – дросель із зворотним клапаном; Р – пневморозподільник; Ц – пневмоциліндр.

Рис. 5.1. Схема пневмопривода

Компресори і пневмоциліндри. Компресором називають машину, призначену для стиснення і нагнітання газу. В пневмоприводах гальмівних систем автомобілів та дорожніх машин найчастіше застосовуються повітряні поршневі компресори. На рис. 5.2 зображено схему двоциліндрового компресора з пристроєм для його відключення, якщо тиск повітря в пневмосистемі стане більшим від максимально допустимого.

На. рис. 5.2 позначено: 1 – поршень компресора; 2 – циліндр; 3 – нагнітальний клапан; 4 – всмоктувальний клапан; 5 – пристрій для відключення компресора, в якому а – штанга; б – плунжер; в – канал, по якому надходить стиснуте повітря від регулятора тиску; г – пружина; 7 – колінчастий вал компресора.

При обертанні колінчастого вала 7 відбувається зворотно-поступальний рух поршнів 1 у циліндрах 2 компресора. Коли поршень рухається вниз, у циліндрі виникає вакуум, відкривається всмоктувальний клапан 4 і повітря заповнює порожнину циліндра. Якщо поршень рухається вгору, тиск у робочій камері циліндра зростає, внаслідок чого спочатку закривається впускний клапан 4, а потім відкривається випускний клапан 3 і повітря з порожнини циліндра виштовхується в нагнітальну пневмолінію (на рис. 5.2 не показано), а далі – в балон РС (див. рис. 5.1).

Між балоном і компресором встановлюють регулятор тиску (рис. 5.3), основними елементами якого є корпус 1, дві кульки 3 і 4 та пружина 6. Поки тиск повітря в балоні не перевищуватиме 0,7…0,75 МПа, пружина 6 за допомогою штанги 5 притискуватиме кульки 3 і 4 до отвору, через який повітря з балона може надходити по каналу 2.

Рис. 5.3. Регулятор тиску

Якщо тиск у балоні перевищуватиме 0,7...0,75 ПМа, то кульки 3 і 4 опустяться вниз, стискаючи пружину 6. Повітря з балона по каналах 2 і 8 через регулятор тиску надходитиме до компресора. Під дією тиску повітря плунжера б (див. рис. 5.2), стискаючи пружину г, опуститься вниз, штанги а натиснуть на впускні клапани 4 і триматимуть їх відкритими. Отже, компресор не нагнітатиме повітря в балон. Якщо тиск у пневмосистемі знизиться, то пружина 2 підніме штанги а, звільняючи впускні клапани 4. Компресор знову нагнітатиме повітря в балон.

У пневмориводах застосовуються мембранні та поршневі пневмоциліндри, будова яких така сама, як і гідроциліндрів.

Ресивер. Для стабілізації тиску повітря за компресором встановлюється ресивер. Ресивер стиснутого повітря вирівнює коливання тиску при доборі повітря із системи. Коли тиск у ресивері падає нижче заданого рівня, варто врахувати кількість пусків і зупинок приводного двигуна компресора. Через знос устаткування кількість таких включень обмежена і складає від 6 до 10 разів на годину. Для компресора об’єм ресивера в м³ розраховується по формулі:

,

де – ефективна подача в систему в м³/хв;

– робочий тиск в барах;

– кількість включень в годину;

– перепад тиску між переключеннями в барах.

5.2 Пристрої і обладнання

Устаткування, що використовується при побудові пневматичної принципової схеми (рис. 5.4):

1. Компресорна станція.

2. Пневматичний циліндр.

3. Клапан швидкого вихлопу.

4. Пневматичні розподільники 3/2 із кнопкою.

5. Пневматичний розподільник 5/2.

6. Клапан двох тисків («AND» – елемент).

7. Дросель із зворотним клапаном.

Устаткування, що використовується при побудові пневматичної принципової схеми (рис. 5.5), яка може використовуватися, наприклад, як пневматичний вузол установки напівавтоматичного зварювання:

1. Компресорна станція.

2. Пневматичні циліндри.

3. Клапан витримки часу.

4. Пневматичні розподільники 3/2 із кнопкою.

5. Пневматичні розподільники 5/2.

6. Пневматичні розподільники 3/2 із роликовим важелем.

Рис. 5.4. Пневматична принципова схема

Рис. 5.5. Пневматичний вузол установки напівавтоматичного зварювання