Пневматический привод

Структурно пневматический привод сходен с гидроприводом и отличается от него тем, что в пневмоприводе механическая энергия силовой установки преобразуется в энергию движения рабочего газа (обычно атмосферного воздуха, сжатого до 0,5 ... 0,8 МПа) и обратно - в движение исполнительных механизмов машины. Пневматические передачи используют в приводах пневматических молотов, ручных пневматических машин, вибраторов и других машин, а также в системах управления машинами для плавного включения механизмов в работу и их торможения. Пневматические передачи надежны и просты в обслуживании, мало чувствительны к динамическим нагрузкам и способны переносить длительные перегрузки вплоть до полного стопорения. Они удобны в управлении, обеспечивают простоту преобразования вращательного движения в поступательное, могут состоять из независимо расположенных сборочных единиц. К недостаткам относятся: обусловленная высокой сжимаемостью воздуха трудность точного регулирования, низкий КПД, повышенная шумность в работе.

Пример пневматической передачи представлен на приводимом ранее рис. 2.50. Ее основными частями являются: компрессор, воздухосборник (ресивер), пневматические двигатели, соединительные воздухопроводы, регуляторы давления и предохранительные клапаны, воздушные фильтры и масловлагоотделители.

Компрессоры предназначены для выработки сжатого воздуха. Они приводятся электродвигателями или ДВС, вместе с которыми, а также с системой воздухоподготовки образуют переносные или передвижные компрессорные установки (компрессорные станции). Легкие переносные станции небольшой производительности монтируют обычно на раме с колесами для перевозки вручную в пределах строительной площадки. Станции на двухосной пневмоколесной тележке перевозят автомобилем или трактором. Самоходные станции монтируют обычно на шасси грузовых автомобилей.

По принципу действия компрессоры подразделяют на поршневые, ротационные, турбинные, диафрагменные и винтовые. Принцип действия компрессоров всех типов заключается во всасывании воздуха из атмосферы в рабочую камеру, его сжатии и нагнетании в воздухосборник движением вытеснителей (поршней, пластин, зубьев шестерен, диафрагм, винтов). Наибольшее распространение в строительстве получили поршневые компрессоры.

Поршневой компрессор (рис. 2.64) представляет собой цилиндр 2, в котором перемещается поршень 1. Возвратно-поступательное движение поршня обеспечивается приводимым от двигателя коленчатым валом б и шатуном 5. При движении поршня вниз от "мертвой" точки в цилиндре создается разрежение, вследствие чего автоматически открывается клапан 3, и в рабочую камеру из атмосферы всасывается воздух. При движении поршня вверх клапан 3 закрывается, и воздух в цилиндре сжимается. Когда давление воздуха в рабочей камере достигнет определенного значения (обычно 0,8 МПа), откроется клапан 4 и воздух вы-толкнется из цилиндра в воздухосборник. За один оборот коленчатого вала происходит полный цикл работы компрессора - всасывание воздуха, его сжатие и нагнетание.

Поршневые компрессоры бывают одно- и многоцилиндровыми с одно- и многоступенчатым сжатием. В последнем случае воздух, сжатый в одном цилиндре, поступает в другой цилиндр для большего сжатия, чем обеспечивается более высокий КПД (на 10 ... 15% больше КПД компрессоров с одноступенчатым сжатием). Компрессоры производительностью до 1 м3 изготовляют обычно одноступенчатыми, а большей производительности - двухступенчатыми.

Воздухосборники (ресиверы) предназначены для накопления сжатого рабочего воздуха, уменьшения пульсации давления в нагнетательной пневмолинии потребителя, а также для охлаждения и очистки рабочего воздуха от воды и масла.

Система воздухоподготовки (рис. 2.65) включает фильтр / для очистки атмосферного воздуха от механических примесей, масляный охладитель 14 и масловлагоотделитель //. Фильтр / устанавливают на всасывающем воздуховоде 2 компрессора 15, ,11 а масляный охладитель - на выходе из компрессора, где в нагретый сжатый воздух насосом 4 по трубопроводам 3 впрыскивается охлажденное масло. Охлажденная масловоздушная смесь через обратный клапан 13 поступает по нагнетательному трубопроводу 12 в воздухосборник 5, где воздух очищается от влаги и масла фильтром //, откуда очищенный воздух через регулирующий минимальное давление клапан 6 поступает в раздаточную колонку 9 с вентилями 8 для подсоединения потребителей и клапаном 7 для стравливания воздуха. Кроме того, на воздухосборнике установлен предохранительный клапан 10 для аварийного сброса масловоздушной смеси.

Пневматические двигатели предназначены для преобразования энергии сжатого воздуха в возвратно-поступательное или вращательное движение выходного звена. Они подразделяются на пневмомоторы и пневмоцилиндры. Конструктивно они подобны гидромоторам и гидроцилиндрам (см. п. 2.16).

Для изменения направления движения рабочего воздуха к пневмодвигателям, изменения или поддержания на постоянном заданном уровне расхода и давления в пневматической передаче служат пневмоаппараты (пневмораспределители, предохранительные, редукционные, обратные клапаны, пневмодроссели), по принципу действия сходные с аналогичными гидроаппаратами.

Отработавший рабочий воздух из пневмодвигателей выбрасывается непосредственно в атмосферу.

Контрольные вопросы к главе 2

1. Что такое привод машины? Из чего он состоит? Обоснуйте преимущественное применение строительных машин с автономными двигателями перед машинами, работающими от внешней энергетической сети. В каких производственных условиях для привода строительных машин используют энергию электро- и пневмосети? В каких случаях для привода малых машин применяют компрессоры? Какими основными показателями оценивают эффективность привода строительных машин?

2. Что такое силовая установка машины? Из чего она состоит? Приведите пример.

3. Перечислите виды механических трансмиссий. Какие трансмиссии передают движение с преобразованием энергии в другие формы, отличные от механической? Какие устройства обеспечивают эти преобразования? Приведите классификацию трансмиссий для привода нескольких рабочих органов или исполнительных механизмов. Какой вид привода имеет преимущественное передаточное отношение и коэффициент полезного действия для трансмиссии, составленной из последовательно соединенных передач?

16. Чем определяется сопротивление на ведомом звене трансмиссии? Какому условию должны удовлетворять активное усилие или момент на ведущем звене трансмиссии для возможности ее функционирования? Приведите пример. Изложите особенности расчетов движущего момента в передачах (трансмиссиях) вращения при переменной скорости движения. Что такое приведенные к ведущему звену момент на ведомом звене и моменты инерции звеньев передачи? Что такое коэффициент динамичности? В каких случаях допустимо не учитывать его в расчетах?

17. Перечислите виды механических передач. Какие из них относятся к передачам движения трением? зацеплением? Какие передачи имеют в своем составе гибкие связи?

18. Опишите устройство и принцип работы фрикционной передачи. Что такое упругое проскальзывание, на какие параметры передачи оно влияет? Как определяют передаточное отношение фрикционной передачи? коэффициент полезного действия передачи? При каком условии обеспечивается функционирование фрикционной передачи? Как определяют передаточное отношение конической фрикционной передачи? Для чего в фрикционных передачах применяют клинчатые катки? Что такое приведенный коэффициент трения? Для чего применяют вариаторы? Как определяют передаточное отношение вариатора?

19. Опишите устройство и принцип работы ременной передачи. Что такое угол обхвата? Какой функциональной зависимостью связаны между собой усилия в набегающей и сбегающей ветвях ременной передачи? Как определяют передаточное отношение ременной передачи? Чем отличается упругое скольжение от буксования? Какие виды ремней применяют в ременных передачах? Каковы области их применения? Какими преимуществами и недостатками обладают клиновые ремни (в т. ч. многорядные) по сравнению с плоскими? Каково оптимальное значение межосевого расстояния для плоскоременной передачи? Каковы минимальное и максимальное значения межосевого расстояния для клиноременной передачи? Для чего и какими способами осуществляют натяжение ременной передачи? Что такое приведенный коэффициент трения в клиноременной передаче? Какими преимуществами и недостатками обладают ременные передачи?

20. Опишите устройство и принцип работы зубчатой передачи. Как называют сопрягаемые колеса зубчатой передачи? Перечислите виды зубчатых колес и охарактеризуйте их устройство и области применения. Что такое передача внутреннего зацепления, чем она отличается от передачи внешнего зацепления? Какими основными факторами предопределено преимущественное применение зубчатых передач в трансмиссиях строительных машин?

21. Как определяют межосевое расстояние в цилиндрической зубчатой передаче? в конической передаче? Что такое делительная окружность? основная окружность? окружность вершин зубьев? окружность впадин? Что такое шаг и модуль зубьев? Как определяют диаметры делительных окружностей зацепляющихся колес в цилиндрической зубчатой паре? Чем ограничено число зубьев меньшего колеса? Как определяют межосевое расстояние цилиндрической зубчатой пары через модуль и числа зубьев колес? Что такое линия зацепления? полюс зацепления? угол зацепления? Каковы его значения для стандартных колес?

22. За счет чего косозубые передачи работают более плавно по сравнению с прямозубыми? Что такое окружной и нормальный шаг? окружной и нормальный модуль? Как они связаны между собой? Каковы преимущества и недостатки шевронных зубчатых колес по сравнению с ко-созубыми?

23. Какими параметрами характеризуется коническое зубчатое колесо? Как определяют передаточное число цилиндрической и конической зубчатых передач?

24. Опишите устройство и принцип работы червячной передачи. Как определяют диаметр делительного цилиндра червяка? Назовите виды червяков. Чем они характеризуются? Каковы их применение в строительных машинах? Обоснуйте ответ.

4. От чего зависит внешнее сопротивление на рабочем органе? Каков характер этого сопротивления? Приведите примеры. Что является источником динамического сопротивления? Как влияет на его формирование механическая характеристика привода? Как влияет динамическая составляющая на общее внешнее сопротивление? Какими показателями пользуются для характеристики режимов работы машин и их механизмов? Приведите классификацию режимов.

5. Что такое жесткость механической характеристики привода? Какие характеристики называют жесткими? мягкими? Что такое коэффициент перегрузочной способности привода?

6. Какую энергию преобразуют двигатели внутреннего сгорания в механическое движение? Какие типы двигателей внутреннего сгорания применяют в приводах строительных машин? На каких видах топлива они работают? Что такое рабочий цикл или рабочий процесс двигателя внутреннего сгорания? Что такое такт? Опишите рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя. Чем отличается от него рабочий цикл дизеля? Для чего в конструкциях двигателей внутреннего сгорания применяют несколько рабочих цилиндров? Каков порядок их работы? Каково назначение маховика в конструкции двигателя внутреннего сгорания?

7. Назовите способы запуска двигателей внутреннего сгорания. Какие для этого применяют устройства? Чем обусловлен затрудненный запуск двигателей внутреннего сгорания при низкой температуре окружающего воздуха? Какие устройства применяют для его облегчения?

8. Какими основными показателями характеризуют работу двигателей внутреннего сгорания? Что такое удельный расход топлива? эффективный КПД? Каковы значения этих величин для дизелей и карбюраторных двигателей?

9. Что такое механическая характеристика двигателя внутреннего сгорания? Из каких ветвей она состоит? Как получаются промежуточные скоростные характеристики? Назовите характерные точки внешней механической характеристики. Что такое коэффициент перегрузочной способности, каково его значение для дизелей? Какая ветвь механической характеристики двигателя внутреннего сгорания является рабочей? К какому виду по жесткости она относится? Как влияет характер изменения внешней нагрузки во времени на положение текущей точки на механической характеристике? Какие участки механической характеристики предпочтительны и почему?

10. Какие типы электрических двигателей применяют в приводах строительных машин? Назовите параметры электрической сети для питания двигателей переменного тока.

11. Какими преимуществами и недостатками обладают асинхронные двигатели? Приведите механическую характеристику асинхронного электродвигателя и опишите ее характерные точки. Что такое естественная и искусственная механические характеристики? Какой участок механической характеристики считается рабочим, к какому виду по жесткости он относится? Каковы значения коэффициента перегрузочной способности асинхронных двигателей? Что такое пусковой момент асинхронного двигателя? Каковы его значения для двигателей короткозамкнутых и с фазным ротором? Для чего в цепь ротора фазного двигателя включают дополнительные сопротивления? Какие механические характеристики им соответствуют? Опишите запуск электродвигателя с фазным ротором с использованием пусковых сопротивлений.

12. Для чего в приводах грузоподъемных машин применяют двухскоростные электродвигатели? Какие электродвигатели применяют в приводах ручных машин? Каковы их особенности?

13. Какие типы двигателей постоянного тока применяют в приводах строительных машин? Каковы их механические характеристики? Чем ограничено их применение?

14. Приведите краткие сведения из истории создания электрического привода.

15. Что такое трансмиссия? передача? Приведите примеры. Какими параметрами характеризуется передача? Как они связаны между собой? Что такое передаточное отношение, как его определяют при одинаковых формах движения на входном и выходном звеньях передачи? Что такое коэффициент полезного действия, какие сопротивления движению он учитывает? Как определяпреимущества и недостатки? Опишите устройство червячного колеса. Какими параметрами оно характеризуется? Как определяют межосевое расстояние червячной передачи? Что такое угол подъема винтовой линии червяка, как он влияет на работу передачи? Что такое многозаходный червяк, как определяют число заходов, чем отличается многозаходный червяк от однозаходного конструктивно и функционально? Что такое самотормозящийся червяк? Как определяют передаточное число червячной передачи? Какими достоинствами и недостатками обладают червячные передачи?

25. Опишите устройство и принцип работы цепной передачи. Какие типы приводных цепей применяют в цепных передачах? Каковы особенности их работы и области применения? Каким главным параметром характеризуются приводные цепи? Чем ограничено минимальное число зубьев звездочек? Как определяют диаметр делительной окружности звездочки? Каковы минимальные, максимальные и оптимальные значения межосевых расстояний в цепных передачах? Чем обусловлено непостоянство линейной скорости движения цепи? Как определяют передаточное число цепной передачи? Дайте сравнительную оценку цепных и ременных передач.

26. Для чего предназначены валы и оси? Чем они различаются? Как соединены с валами и осями посаженные на них колеса, шкивы и т. п.? Перечислите конструктивные формы валов. Приведите примеры их применения. Что такое цапфа? Перечислите виды цапф в зависимости от их назначения.

27. Для чего служат подшипники? Что такое подпятник? Перечислите типы подшипников по способу передачи нагрузок. Каковы их функциональные и конструктивные различия?

28. Опишите устройство и принцип работы подшипника скольжения. Из каких материалов изготовляют антифрикционные вкладыши? Для чего нужно смазывать подшипники? Какие виды смазок применяют для этого? Опишите смазочные устройства. Перечислите виды подпятников скольжения.

29. Как устроен подшипник качения? Приведите классификацию подшипников качения. Чем объясняется большая нагрузочная способность роликовых подшипников по сравнению с шариковыми? В каких случаях применяют игольчатые подшипники? игольчатые подшипники без внутренних колец? Каковы их достоинства и недостатки? Что такое самоустанавливающийся подшипник? Дайте сравнительную оценку подшипников качения и скольжения.

30. Для чего в трансмиссиях машин применяют муфты? Приведите их классификацию. Какие виды нерасцепляющихся муфт применяют в трансмиссиях строительных машин? Опишите устройство каждого вида, их достоинства, недостатки и особенности, определяющие области их применения.

31. Для чего служат сцепные муфты? Перечислите основные типы сцепных муфт. Перечислите типы фрикционных муфт. Как устроены дисковые, конические и пневмокамерные муфты? Опишите принцип их действия. Как устроены кулачковые и зубчатые муфты сцепления? Перечислите виды самоуправляемых сцепных муфт.

32. Для чего в строительных машинах применяют тормоза? Каковы их основные типы? Как устроены и как работают колодочные, ленточные и дисковые тормоза? Какие тормоза называют нормально замкнутыми и нормально разомкнутыми?

33. Для чего применяют редукторы? Перечислите виды наиболее распространенных схем редукторов. Чем отличаются специальные редукторы от универсальных? Опишите устройство цилиндрического редуктора. Как соединены зубчатые колеса с валами? Что такое вал-шестерня? Для чего в корпус редуктора заливают масло? Как проверяют его уровень? Каким способом предотвращают вытекание масла через зазоры между валами и крышками? Для чего предназначен обратный клапан в корпусе редуктора? Как сливают отработавшее масло?

34. В чем заключается сущность управления машиной? Приведите классификацию систем управления строительными машинами.

35. Изложите структуру управления в эрготической системе. Приведите примеры устройства и принципа работы рычажно-механических, рычажно-гидравлических систем управления, систем с пневмо- и гидроусилителями. В каких случаях для управления машинами используют системы с электрическими, электронными и электромагнитными усилителями? Для чего применяют следящие системы управления? Изложите принцип их действия.

36. Каков состав гидравлического привода? Для чего в его составе предназначена механическая передача? Что такое гидропередача? Перечислите ее составные элементы. Каково их назначение? Каков порядок преобразования энергии в гидропередачах?

37. Перечислите типы насосов, применяемых в гидроприводах строительных машин. Как они устроены и как работают? Что означает обратимость насоса? Перечислите основные параметры насосов и гидромоторов, дайте им определение и приведите основные зависимости между ними.

38. Как устроен и как работает гидроцилиндр? Какие типы гидроцилиндров применяют в гидроприводах строительных машин? Как определяют усилие на штоке гидроцилиндра?

39. Какие типы и виды гидравлических аппаратов применяют в гидроприводах строительных машин? Охарактеризуйте их назначение, устройство и принцип работы.

40. Для чего служат кондиционеры рабочей жидкости, какие устройства они включают? Охарактеризуйте их назначение, особенности устройства и принципа работы.

41. Для чего предназначены гидролинии? Как их классифицируют по функциональному признаку? Для чего предназначены жесткие и гибкие участки гидролиний?

42. Изложите требования, предъявляемые к рабочим жидкостям гидропередач. Какие виды присадок применяют в рабочих жидкостях? Назовите марки масел, применяемых в качестве рабочих жидкостей. Для каких условий их используют?

43. Изложите принцип действия гидромуфты и гидротрансформатора. Для чего используют эти устройства в приводах строительных машин? Что такое коэффициент трансформации? Как изменяется КПД гидротрансформатора в функции угловой скорости турбинного колеса? Какая точка на механической характеристике гидротрансформатора является оптимальной? Для чего реакторное колесо устанавливают на обгонной муфте?

44. В каких строительных машинах используют пневмопривод? Перечислите его преимущества и недостатки. Из каких составных частей состоит пневматическая передача?

45. Для чего предназначены компрессоры? Что входит в состав компрессорной станции? Приведите классификацию компрессорных станций по способу их передвижения. Перечислите типы компрессоров. Изложите принцип работы поршневого компрессора одноступенчатого сжатия. Что такое компрессор многоступенчатого сжатия? Для чего предназначены воздухосборники?

46. Какие аппараты включает система воздухоподготовки? Как они взаимосвязаны? Изложите принцип работы системы.

47. Какие виды пневмодвигателей, распределительных и регулирующих аппаратов применяют в пневмопередачах?