Условия размещения и площадки для размещения статей смотрите здесь
Глава П. Гидравлические приводы
14. Пневматические и пневмогидравлические приводы
В пневматических приводах в качестве рабочей среды используется
сжатый воздух или газ. Пневмогидравлические приводы представляют собой
различные сочетания пневматических и гидравлических приводов. Сжатый
воздух может быть использован в качестве управляющей среды для
переключения золотниковых распределителей системы гидропривода. При
использовании воздуха в качестве энергоносителя его энергия в
пневмогидропреобразовате лях и пневмогидро-вытеснителях может
преобразовываться в энергию гидравлического потока. В другом варианте
пневмогидравлического привода жидкость используется для регулирования и
стабилизации скорости выходного звена в пневматических исполнительных
механизмах.
Достоинствами пневмопривода являются: высокая экономичность,
обусловленная дешевизной рабочей среды и однопроводностью системы,
благодаря чему отработавший воздух выпускается в окружающую среду,
поэтому не требуется обратная пневмолиния; быстродействие пневмопривода
связано с быстрым нарастанием давления и малым временем разгона пневм о
двигателей; пожар о безопасность рабочей среды дает возможность
использовать пневмопривод в помещениях с высокой температурой или
взрывоопасной средой; пневмопривод надежен и прост в управлении.
Вместе с тем пневмопривод имеет ряд недостатков, обусловленных
свойствами рабочей среды. Способность воздуха сжиматься под давлением
приводит к быстрому преобразованию потенциальной энергии в кинетическую,
разгону поршня с ускорением и остановке с ударом при достижении
конечного положения. С этим свойством связаны отсутствие плавности и
точности хода. При расширении воздуха его температура может понизиться
ниже точки росы, а выпавшая влага замерзнуть. Лед, оседающий на
поверхностях исполнительного механизма, может его повредить. Поэтому у
большинства пневмоприводов рабочее давление не превышает 6,7-0,8 MJIa.
Невозможность использовать высокие давления обусловливает увеличение
размеров конструктивных элементов. Поскольку рабочая среда
пневмоприводов не является самосмазывающей, они снабжаются смазывающими
устройствами.
Рис. 41. Пневмоцилиндр
В системах пневмопривода используется сжатый воздух, получаемый в
судовых компрессорах. Воздухохранители выполняют функцию аккумуляторов
силовой среды. Здесь выравнивается давление и происходит очистка воздуха
от масла и воды. Подача воздуха в пневмосистему осуществляется через
приемные станции, включающие водомаслоотделитель, редукционный клапан,
манометр и запорный клапан. Очистку воздуха от пыли и продуктов
коррозии, способствующих изнашиванию и засорению элементов системы,
производят с помощью воздушных фильтров, устанавливаемых после
компрессора и перед распределительной арматурой привода. Фильтрующие
элементы выполняются из фетра- волокнистых электризующих синтетических
материалов: капрона, лавсана, пропиленового штапельного волокна и
укладываются между металлическими сетками. В некоторых случаях
устанавливается автоматизированный блок осушения и очистки с
адсорбционными осушителями и фильтрами.
Пневмоаппараты и пневмодвигатели сходны с гидравлическими. Некоторые
конструктивные особенности их связаны со свойствами рабочей среды.
Запорно-регулирующие пневмоаппараты могут быть золотниковыми, крановыми
или клапанными. По характеру движения выходного звена различают
пневмоприводы поступательного движения - с пневмоцилиндром и мембранным
двигателем, поворотного движения - с поворотным пневмодвигателем и
вращательного движения - с пневмомотором.
Пневмоцилиндр (рис. 41) отличается от гидроцилиндра тем, что по обе
стороны уплотнения 2 поршня и штока устанавливаются войлочные кольца 5,
пропитываемые специальным смазочным составом. Уплотнение штока имеет
дополнительную набивку 4 с фланцем 3. К набивке периодически подается
смазка через канал а. В нижней части показано уплотнение штока без
смазочных колец, а набивка 4 установлена с нажимной втулкой 5 и
грунд-буксой 6.
Рис. 42. Схема пневмоцилиндра с дроссельным
регулятором
Рис. 43. Схема пневмоцилиндра с гидравлическим
демпфером
Рис. 44. Пневмоцилиндр с гидравлическим
демпфером в поршневом штоке
Воздух, поступающий в пневмоцилиндр, заполняет его при постоянном
объеме до тех пор, пока силы давления не превысят силы сопротивления
поршня. После втягивания поршня заполнение происходит при
увеличивающемся объеме. Для того чтобы предотвратить остановку поршня с
ударом, применяют тормозные устройства.
В пневмоцилиндре с дроссельным регулятором (рис. 42) при движении поршня
вправо его выступ 1 входит в камеру 2, перекрыв; свободный выход воздуха
через нее. Воздух будет удаляться через регулируемый дроссельный клапан
3. Подвод воздуха происходит через пневмолинию 5 и невозвратный клапан
4.
Ввиду высокой сжимаемости воздуха пневматические тормозные устройства
являются менее эффективными, чем гидравлический. Пневмопривод с
гидравлическим демпфером (рис. 43) состоит из силового пневмоцилиндра J,
гидроцилиндра 2 и двух поршней, установленных на общем штоке. Снижение
скорости выходного звена происходит при дросселировании масла через
канал поршня 3.
Более компактен пневмоцилиндр с гидравлическим демпфером, расположенным
в штоке поршня (рис. 44). При подаче воздуха в гидроцилиндр 3 через
канал б поршень 2 перемещается вправо. Пустотелый шток 1 поршня набегает
на плунжер 5, консольно установлении
Рис. 45. Мембранные двигатели
Рис. 46. Пневмодвигатель с реечным приводом
на крышке цилиндра 3. Из полости а штока масло через дроссель в
вытесняется в полость д плунжера. Скорость перемещения поршня 2 зависит
от сопротивления дросселя е. Разница в объемах полостей о и 5,
обусловленная неравенством площадей сечений, компенсируется перемещением
герметичного поршенька 4 вправо. При подаче воздуха через канал г
поршень 2 перемещается влево, совершая холостой ход. Скорость при этом
не регулируется. Шток 1 сходит с плунжера 5, масло из полости д
вытесняется в полость о поршеньком 4, который движется влево под
давлением воздуха. При этом компенсируется разность объемов полостей д и
а и полость а заряжается для рабочего хода.
В тех случаях, когда в исполнительном устройстве не нужен большой ход,
применяются мембранные двигатели однократного (рис. 45, а) и двукратного
(рис. 45, б) действия. Двигатель состоит из корпуса 1, между половинами
которого защемлена мембрана 3, изготавливаемая из прорезиненной или
синтетической ткани, бронзы и других материалов. К мембране с помощью
жестких дисков 2 крепится шток 4. В двигателях однократного действия
бесштоковая полость является рабочей. В штоковой полости размещается
пружина 5. Эта полость находится под атмосферным давлением. В двигателе
двукратного действия обе полости являются рабочими. Шток в нижней
полости имеет уплотнение 6. Мембраны выполняются плоскими с небольшим
ходом; тарельчатыми, имеющими несколько больший ход (до 50 мм);
чулкообразные мембраны имеют ход, равный 2-3 диаметрам. Мембранные
двигатели имеют малую массу мембраны, обладают высокой чувствительностью
и быстродействием и поэтому находят применение в системах управления и
регулирования.
Поступательное движение выходного звена пневмодвигателя может быть
преобразовано с помощью рычажной, шатунной или зубчатой передачи.
Пневмодвигатель с реечным приводом (рис. 46) предназначен для
дистанционного управления закрытием вентиляционной головки. В
цилиндровых втулках 2 корпуса привода перемещается поршень-рейка 4. В
крышки 1 ввернуты упорные винты, ограничивающие ход поршня-рейки, а в
штуцерах 5 установлены демпфирующие дроссели. Поршень-рейка находится в
зацеплении с шестерней 3 приводного вала. Двигатели поступательного
движения используются для дистанционного привода судовой арматуры,
подъемников, стопорных устройств и т. п.
Рис. 47. Пневмопреобразователь и
пневмовытеснитель
Рис. 48. Схема пластинчатого пневмомотора
Пневмоцилиндры могут выполнять функции пневмопреобразователей, в
которых энергия потока воздуха преобразуется в энергию потока жидкой
среды с увеличением или уменьшением ее давления. Преобразователь с
увеличением давления или бустер (рис. 47, а), состоящий из
пневмоцилиндра 1 и гидроцилиндра 2, поршни которых жестко связаны между
собой, применяется, когда необходимо развить большие давления при малых
расходах жидкости. Давление pj подводимого воздуха действует на площадь
Fj. Давление pj, получаемое в гидроцилиндре 2, увеличивается
пропорционально отношению площадей Fj /Р2.
Пневмовытеснитель (рис. 47, б) преобразует энергию потока воздуха в
энергию потока жидкости без изменения давления. Сжатый воздух,
используемый как силовая среда, поступает в левую полость цилиндра 5 и,
перемещая поршень 4, вытесняет жидкость из правой полости в гидросистему
к исполнительным механизмам. В крайнем правом положении поршень
воздействует на конечный выключатель 3, который включает насос,
нагнетающий жидкость на зарядку вытеснителя и в гидросистему. При
перемещении поршня в левое крайнее положение конечный выключатель 6
выключает насос.
Пневмодвигатели вращательного движения - пневмомоторы пластинчатые,
шестеренные и радиально-поршневые имеют аналогичный с гидромоторами
принцип действия. Наиболее распространены
пластинчатые пневмомоторы, применяемые в приводах талей, тельферов,
домкратов, переносного инструмента и др.
Пластинчатый пневмомотор (рис. 48) состоит из статора 3, установленного
в корпусе /, и эксцентрично расположенного ротора 2. Пластины 4,
перемещаясь в пазах ротора под действием центробежных сил, прижимаются
торцами к внутренней поверхности статора и образуют рабочие камеры,
ограниченные двумя смежными пластинами, поверхностями статора, ротора и
торцовых крышек. Воздух, поступающий через канал корпуса 1 и каналы а
статора, попадает в рабочую камеру, которая при вращении ротора
отсекается от каналов о. При дальнейшем вращении объем камеры
увеличивается, воздух расширяется и воздействует на пластины 4, создавая
крутящий момент из-за разности их площадей. Во второй половине оборота
ротора объем рабочих камер уменьшается и через каналы б происходит
выпуск воздуха. Поворотом статора 3 в корпусе 1 влево можно увеличить
степень наполнения рабочих камер и частоту вращения ротора.
Регулирование частоты вращения производится также регулируемым
дроссельным клапаном, устанавливаемым на входе в пневмомотор. Частота
вращения пневмо-мотора может превышать 10" об/мин. Крутящий момент
регулируется изменением давления воздуха с помощью редукционного
клапана. При увеличении нагрузки частота вращения ротора снижается, а
крутящий момент возрастает. Пневмомотор может работать с перегрузкой,
приводящей к полной остановке ротора без ограничения по времени. При
этом не требуется установка предохранительного клапана.
На рис. 49 показана пневматическая шлифовальная машинка ШР-2 с
пластинчатым пневмомотором, размещенным между фланцами хобота 2 и
рукоятки 13, соединенными болтами 3. Воздух подводится через кран 10,
захватывает капли масла, поступающего через дроссель 14, и по двум
каналам статора 5 подводится к пластинам ротора, вал 1 которого
вращается в четырех шарикоподшипниках. Масло, поступающее с воздухом,
предназначено для смазывания пластин. Его заливают через пробку 9 в
масленку 11, заполненную набивочным материалом. Отсюда масло
выдавливается через дроссель 14 сжатым воздухом, поступающим через
ниппель 12.
Для предотвращения разноса шлифовального крута 16 на холостом ходу
частота его вращения снижается с помощью центробежного регулятора. Грузы
7 при увеличении частоты вращения расходятся, нажимают на головку 15
стержня 6, который в свою очередь передвигает золотник 8, уменьшающий
проходное сечение и дросселирующий воздух, поступающий к ротору.
Отработавший воздух отводится через каналы в статоре 5 и прорезь в
кожухе 4.
При эксплуатации систем пневмоприводов необходимо следить за давлением
воздуха в воздухохранителях и системе пневмоприводов. Предохранительные
клапаны воздухохранителей настраиваются на 110-120 % рабочего давления.
В корпусах воздухохранителей предусматриваются пробки из легкоплавкого
металла с температурой плавления менее 100 "С. Они предохраняют
воздухохранитель от взрыва при повышении давления во время пожара.
Выпуск воздуха происходит в атмосферу.
На магистральном трубопроводе устанавливаются редукционный клапан и
манометр. Давление в системе не должно превышать допустимого значения.
На ответвлениях от магистрального трубопровода устанавливаются запорные
клапаны. Подвод сжатого воздуха к амортизированным механизмам
производится по гибким шлангам. Трубопроводы, прокладываемые на открытых
палубах и в помещениях, где температура может опускаться ниже 5 °С,
рекомендуется изолировать.
Рис. 49. Пневматическая шлифовальная машина ШР-2
Большое значение имеет очистка воздуха от влаги и загрязнений. Влага
вызывает коррозию, продукты которой загрязняют аппаратуру и приводят к
ее преждевременному износу. Проведение периодических осмотров, чистка
фильтров, трубопроводов и аппаратуры предотвращают отказы в работе
пневмоприводов.
Для осушения и очистки сжатого воздуха применяются специальные блоки
адсорбционной сушки. Используемые в них адсорбенты -силикагель,
алюмогель и цеолиты - обладают свойством впитывать влагу, не вступая с
ней в химическую реакцию. Влагоемкость силикагелей различных марок
составляет 10-25 % их массы. Более стойкими и влагоемкими являются
цеолиты.
Блоки очистки и осушки включают водомаслоотделители для удаления
капельной влаги, от контакта с которой сорбенты разрушаются и переходят
в пылеобразное состояние. В адсорбере воздух осушается, проходит через
фильтр, где очищается от пылеобразного сорбента, и через редукционный
клапан поступает к потребителям. В блоках обычно предусматривается два
адсорбера, в одном из которых сорбент подвергается регенерации путем
осушки чистым воздухом, нагретым до 150-250 °С в течение нескольких
часов. Судовые блоки осушки и очистки сжатого воздуха обеспечивают
очистку от масла до содержания не более 0,08 мг/л, от механических
примесей с размером частиц более 5 мкм и осушку от влаги до
влагосодержания, соответствующего точке росы не выше -55 °С.
При подготовке к работе переносных пневматических машинок необходимо
проверить наличие масла в смазочных устройствах. Перед присоединением
машинки воздушный шланг следует продуть воздухом. После работы шланг
отсоединить, во входное отверстие машинки заправить немного масла и,
подсоединив шланг, кратковременно продуть масло воздухом. Это
предотвратит коррозию в период до следующего включения. После
длительного перерыва в работе во входное отверстие для промывки заливают
керосин, продувают воздухом, затем повторяют операцию с продувкой
маслом. На входе в пневмомашинку устанавливается сетчатый фильтр,
состояние которого следует периодически проверять.
Перед выполнением ремонтно-профилактических работ в системе
пневмопривода необходимо отключить питание магистрального трубопровода и
пневмопривода, спустить воздух из магистрали и системы управления и
вывесить табличку: "Не включать! Работают люди".
