Розрахунок пневмоцилiндра з пружинним зворотом

МЕТА РОБОТИ

Контрольна робота виконується з метою вивчення та засвоєння:

- основних принципів та етапів проектування пнемо та гідроприводу;

- розрахунку пневмодвигунiв;

- умовних позначень елементів пнемо та гідроприводу;

- складання принципових схем пневматичних та гідравлічних систем.

2. ПОСЛIДОВНIСТЬ ВИКОНАННЯ КОНТРОЛЬНОЇ РОБОТИ

1. Вивчити принцип роботи та розрахунок пневмодвигунiв.

2. Здійснити розрахунок пневмодвигунiв згідно заданого варіанту.

3.Вивчити функціональне призначення та умовні позначення пневмоелементiв.

4. Вивчити принципи складання пневматичних схем за заданою циклограмою.

5. Скласти принципову пневматичну схему пневмосистеми згідно заданого варіанту циклограми.

РОЗРАХУНОК ПНЕВМОДВИГУНIВ

Для проведення у рух робочих органів автоматизованого обладнання з допомогою пневмопривода, у більшості випадків, використовують пневмодвигуни, розрахунок яких наведено нижче.

РОЗРАХУНОК ДВОСТОРОННЬОГО ПНЕВМОЦИЛIНДРА

Рис.1

У двостороннього одноштокового пневмоцилiндра (рис.1) прямий (зліва направо) та зворотний хід здійснюється з допомогою стиснутого повітря, а до поршня закріплений один шток.

Вихідні дані для розрахунку:

Р_м - тиск стиснутого повітря у пневмомережі ( Р_м = 0,4 МПа );

F_кор - корисна сила на штоку циліндра, яку необхідно прикласти до робочого органу машини, Н;

L - величина ходу штока, мм.

Необхідно визначити:

D - діаметр поршня, мм;

d - діаметр штока, мм;

D_У - діаметр умовного проходу (внутрішнього прохідного січення підвідної магістралі), мм;

Величина ходу штока L визначає конструктивні розміри циліндра (у даній роботі не визначається).

3.1.1. Визначення діаметра поршня і штока циліндра здійснюється за виразом

,

де К_зап - коефіцієнт запасу, К_зап = 1,2...1,3;

h_ц - коефіцієнт корисної дії циліндра, h_ц = 0, 85-0,95.

За отриманим розрахунковим діаметром поршня (D) вибирається найближче більше значення з нормалізованого ряду та діаметр штока (d).

Діаметр поршня (D), мм
Діаметр штока (d), мм

3.1.2. Визначення діаметра умовного проходу (D_У).

Умовний прохід (D_У) визначає внутрішнє прохідне січення пневматичних пристроїв та трубопроводів, які їх з`єднують. Прохідні отвори пневмопристроїв та трубопроводів в основному виготовляють круглими, тому умовний прохід обумовлюється діаметром отворів

D_У = ( 0,055...0,09 )D

Умовний прохід визначає швидкість проходження стиснутого повітря до пневмодвигунів і відповідно - швидкість їх спрацьовування.

За розрахунковим значенням D_У вибирають найближче з нормалізованого ряду (в мм): 6, 8, 10, 13, 15, 20.

РОЗРАХУНОК ПНЕВМОЦИЛIНДРА З ПРУЖИННИМ ЗВОРОТОМ

У пневмоцилiндра з пружинним зворотом (рис.2) прямий хід здійснюється з допомогою стиснутого повітря, а зворотний - пружиною.

Вихідні дані для розрахунку:

Р_м - тиск стиснутого повітря у пневмомережі, (Р_м = 0,4 МПа);

Рис.2

F_кор - корисна сила на штоку циліндра, Н;

L - хід штока циліндра, мм.

Необхідно визначити:

D - діаметр поршня, мм;

d - діаметр штока, мм;

с - жорсткість пружини, Н/мм;

D_у- діаметр умовного проходу, мм.

Хід штока циліндра L рівний ходу стискання пружини.

3.2.1. Визначення діаметра поршня і штока циліндра здійснюється за виразом

,

де К_зап і h_ц - визначається за п.3.1.1.

F_к - кінцеве значення зусилля стискання пружини, яке необхідно прикласти до неї при крайньому правому розташуванні поршня.

Зворотний рух поршня здійснюється під дією пружини коли ліва порожнина циліндра сполучена з атмосферою. Отже, дія пружини на поршень (сила попереднього стискання F_n) у крайньому лівому його положенні повинна забезпечувати повернення штока у вихідне положення.

Тоді

F_n = K_зап (1 - h_ц) F_кор

Згідно рекомендацій F_k = 1,3 F_n

За розрахунковим значенням діаметра поршня вибирається найближче більше з нормалізованого ряду та, відповідно, діаметр штока згідно п.3.1.1.

3.2.2. Діаметр умовного проходу визначається за п.3.1.2.

3.2.3. Жорсткість пружини визначається за виразом

, Н/мм.

РОЗРАХУНОК ПНЕВМОКАМЕРИ

Рис.3

У пневмокамерi стиснуте повітря передає зусилля штоку через еластичну мембрану защемлену двома дисками, зворотний хід штока може здійснюватись стиснутим повітрям, або пружиною, у даній роботі - тільки пружиною (рис.3).

Вихідні дані:

Р_м - тиск у пневмомережi, Р_м=0,4 МПа.

F_кор - корисна сила на штоку, яку необхідно прикласти до робочого органу обладнання, Н;

L - хід штока, мм.

Необхідно визначити:

D_к - діаметр защемлення мембрани у корпусі, мм;

D_д - діаметр защемлення мембрани дисками, мм;

с - жорсткість пружини, Н/мм.

D_у - діаметр умовного проходу.

3.3.1. Визначення діаметра защемлення мембрани у корпусi D_к та дисками D_д.

,

де b₁ = D_д/D_к = 0,6...0,8.

Діаметр защемлення мембрани у корпусі коректується згідно нормалізованого ряду.

3.3.2. Жорсткість пружини визначається за п.3.2.3.

3.3.3. Діаметр умовного проходу визначається за п.3.1.2.

ПНЕВМОРОЗПОДIЛЮВАЧI

Пневморозподілювачі - пневматичні пристрої призначені для зміни напрямку потоку стиснутого повітря. За допомогою пневморозподiлювачiв пiд’єднують i від’єднують пневмосистему від пневмомережi, керують прямими та зворотними ходами пневмоцилиндрiв згідно циклів роботи пневмосистеми. В залежності від зовнішньої керуючої дії пневморозподiлювачi можуть займати декілька стійких положень (у більшості випадків два або три), під час яких певним чином з’єднуються вхідні та вихідні канали (пневмолінії).

У конструкторській документації умовне графічне позначення пневморозподілювачів виконують за наступними основними правилами:

	1.Число позицій розподілювача зображують числом прямокутників одного розміру. Випускаються пневморозподiлювачi двох i трьох позицiйнi, чотирьох i більше позиційні - спецiальнi i виготовляються разом з автоматизованим обладнанням
	2. До однієї з позицій (робочої) підводяться пневмолiнiї. За кількістю вхідних та вихідних пневмолiнiй пневморозподiлювачi підрозділяють на двох-, трьох-, чотирьох- та пятилінійні.
	3. Лініями зі стрілками у прямокутниках вказують спосіб сполучення (комутації) пневмоліній для кожної з позицій. Закритий прохід в розподілювачі показують перериванням лінії поперечною рискою .
	4. Розподілювачі на принципових схемах показують у вихідній позиції пневмосистеми, до якої підводяться пневмолінії.

5.Для визначення способу з’єднання пневмолінії необхідно уявно перемістити відповідний прямокутник на місце робочої позиції, при цьому точки, що позначають початок і кінець ліній в середині кожного з квадратів, повинні співпадати з лініями підводу.

6. Зі сторони кожного торця позицій вказують спосіб керування зміною позицій розподілювача:

Рис.4. Умовні позначення способів керування зміною позицій розподілювача

Наприклад:

Рис.5. Умовні позначення розподілювачів з вказаним способом керування

5. Регулювання швидкості переміщення поршня пневмоциліндра

Одним із важливих параметрів пневмоприводу є швидкість переміщення робочого органу, з’єднаного зі штоком пневмоциліндра. Швидкість переміщення поршня зі штоком залежить від масових витрат стиснутого повітря, при зростанні яких швидкість поршня зростає.

Найбільш розповсюджене дросельне регулювання швидкості.

Пневмодроселі - це пневмоапарати, які шляхом зміни прохідного січення потоку стиснутого повітря змінюють його масові витрати.

Розрізняють дроселі постійного (нерегульовані) та змінного (регульовані) прохідного січення.

В залежності від заданих умов функціонування пневмоприводу регулювання швидкості поршня може здійснюватись в обох напрямках руху поршня (прямому та зворотному), або в одному з них.

Дроселі можуть встановлюватись на вхідний або вихідний пневмолiнiях.

Для запобігання взаємовпливу дроселів, які регулюють швидкість прямого та зворотних ходiв, паралельно ним встановлюються зворотні клапани

У даній роботі швидкість поршня циліндра не регламентується, однак, при побудові принципової схеми пневмоприводу необхідно передбачити регулювання швидкості поршня для двох циліндрів за однією з п’яти (згідно варіанту) наведених схем (рис.6).

Рис. 6. Схеми регулювання швидкості поршня: а) - регулювання швидкості при прямому ході на виході повітря; б) - незалежне регулювання швидкості поршня при прямому та зворотному ході; в) - незалежне регулювання швидкості при прямому та зворотному ході без використання зворотних клапанів; г) - регулювання швидкості при прямому ході; д) - незалежне регулювання швидкості поршня при прямому та зворотному ході.

БЛОК ПIДГОТОВКИ ПОВIТРЯ

Стиснуте повітря подається до пневмосистеми від компресора, який створює потік стиснутого повітря i може розташовуватись безпосередньо біля автоматизованого обладнання або на значній відстані у іншому приміщенні (компресорній станції). По периметру виробничого приміщення розташовують пневмомережу (трубопровід) з штуцерами для пiд’єднання пневмосистем автоматизованого обладнання.

Від компресора у пневмомережу потрапляє вода, компресорне мастило в рідкому та пароподібному стані, тверді та газоподібні забруднення, які можуть викликати вихід з ладу елементів пневмосистеми.

Для усунення перелічених забруднень пневмосистема оснащується блоком підготовки повітря (рис.7).

Рис. 7. Блок підготовки повітря: 1- пневморозподілювач під’єднання пневмосистеми до пневмомережі; 2 - фiльтр з вологовiддiлювачем; 3 - запобіжний клапан; 4 - редукційний клапан (регулятор тиску, редуктор); 5 - манометр; 6 - ресивер; 7 - мастилорозпилювач; 8 - реле тиску.