Основы гидравлики





Пневматический и пневмогидравлический приводы



В современной технике наряду с объемными гидроприводами широко применяют объемные пневмоприводы. Объемным пневмоприводом называют совокупность устройств, в число которых входит один или несколько пневматических двигателей, предназначенных для приведения в движение механизмов и машин посредством использования энергии сжатого газа.
Так как рабочим телом в пневмоприводе является сжатый газ (воздух), то расчет его основывается на законах термо- и газодинамики.

***

Достоинства и недостатки пневмопривода

Пневмопривод надежен и долговечен, быстро действует (срабатывает), прост и экономичен в эксплуатации, так как отработавший воздух выходит непосредственно в атмосферу. Использование воздуха в качестве рабочего тела положительно сказывается на стоимости эксплуатации таких приводов. Кроме того, скорость движения рабочих органов в пневмоприводах значительно больше, чем в гидроприводах.

пневматический привод

Немаловажен и экологический фактор в сравнении двух типов приводов - гидравлического и пневматического. Пневматический привод несравненно меньше загрязняет окружающую среду, чем гидравлический, допускающий возможность утечки масел и рабочих жидкостей на почву и в воду.

К недостаткам пневмоприводов можно отнести сравнительно низкий КПД, недостаточную плавность и точность хода исполнительных органов без специальных дополнительных устройств, что связано со способностью газов сжиматься. Некоторая запоздалость срабатывания пневматических приводов даже легла в основу шутки водителей грузовиков, оборудованных пневмотормозами: "КамАЗ сначала задавит курицу на дороге, а после этого говорит ей "Кыш-ш-ш!".
К отрицательным свойствам пневмоприводов следует отнести, также, появление конденсата в рабочем веществе при использовании в качестве такового атмосферного воздуха. Влага (водяные пары), присутствующая в воздухе скапливается в пневмоприводе и может вызывать неисправности и сбои в его работе.

***

Типы пневматического привода

По конструкции и принципу работы элементы пневматического привода подобны (за исключением источников питания) соответствующим элементам гидравлического привода, а часто в обоих применяются одни и те же элементы.

Различают двухпозиционные и многопозиционные пневмоприводы.
Двухпозиционный пневмопривод характерен тем, что шток исполнительного поршня может занимать только два крайних положения. Такие приводы применяются, например, в зажимных и подающих устройствах, пневматических ножницах для резки металла, в пневмоприводных прессовых установках и подобных механизмах, где от рабочего органа требуется только два крайних перемещения.

Многопозиционный (следящий) пневмопривод позволяет исполнительному органу занимать не только крайние положения, но и любое промежуточное положение. Такие приводы применяются в системах управления многих машин, в том числе и автоматизированных. Все элементы пневмопривода делятся на две основные группы (помимо источников питания - компрессоров): пневматические двигатели (пневмодвигатели) и управляющие устройства.

***

Пневматические двигатели

Пневматические двигатели – это устройства, предназначенные для преобразования энергии сжатого воздуха в механическую работу. Пневмодвигатели могут быть вращательного действия (пневмомоторы), прямолинейного (пневмоцилиндры и мембранные аппараты) и поворотного движения.

Пневмомоторы подразделяют на пластинчатые и шестеренчатые. Наиболее широкое применение в машиностроении получили пластинчатые пневмомоторы.
Пневмомоторами оснащают ручные дрели и ручные высокооборотные шлифовальные машины.
пневматические приводы Основными достоинствами инструментов с пластинчатыми пневмомоторами являются безопасность их эксплуатации, простота конструкции, сравнительно низкая стоимость.
Частоту вращения ротора превмомотора регулируют изменением расхода сжатого воздуха с помощью дроссельных устройств, подключаемых в питающую магистраль.
Крутящий момент регулируют изменением давления при помощи регуляторов (понижающих или повышающих редукторов).

Пневмоцилиндры обычно используют для получения линейных или небольшой величины угловых перемещений. Если требуется получать возвратно-поворотные движения приводимых узлов на угол, меньший 360˚, то иногда применяют моментные (лопастные или поршневые) пневмоцилиндры.

Мембранные аппараты широко используют, когда требуется небольшой ход исполнительных механизмов при малом давлении (обычно не более 1 МПа). Они выполняют роль как исполнительного механизма, так и чувствительных элементов.
Мембранные аппараты выгодно отличает простота устройства и хорошая герметизация объемов рабочих камер.

***



Пневматические управляющие устройства

Пневматические управляющие устройства предназначены для распределения потоков воздуха и управления пневматическими двигателями. В качестве управляющих пневматических устройств широко применяют распределительные клапаны, струйные трубки, сопла-заслонки и золотники.

Распределительные клапаны применяют для распределения воздуха. По принципу действия они подразделяются на клапаны однопозиционные и двухпозиционные; по способу включения – с ручным, электромагнитным и электропневматическим включением; в зависимости от воздействия включающих устройств – прямого и непрямого действия.
Однопозиционные клапаны применяют для пневмоцилиндров одностороннего действия, а двухпозиционные – для пневмоцилиндров двустороннего действия.

Струйные трубки обычно применяют в пневматических приводах небольшой мощности и сравнительно невысокого быстродействия.

Сопла-заслонки применяют в пневматических приводах, работающих при высоких температурах рабочего тела (обычно генераторного газа). Это обусловливается пониженной чувствительностью сопл-заслонок к содержанию твердых частиц в газах.

Золотники – наилучшие управляющие устройства пневматических приводов, в которых в качестве рабочего тела используется чистый воздух. Подобно гидравлическим, пневматические золотники могут быть цилиндрическими и плоскими, одно-, двух- и четырехщелевыми, с ручным, пневматическим, электрическим или электропневматическим управлением.

***

Пневмогидравлические приводы

"Мягкотелость" пневматических приводов, особенно проявляющаяся в результате действия переменных нагрузок, накладывает некоторые ограничения на применяемость "чистой" пневматики в качестве привода рабочих органов машин и механизмов.
Чтобы избежать этого недостатка, присущего пневмоприводам, используют комбинацию объемных приводов - пневматического и гидравлического. Такой "гибридный" привод может быть выполнен по двум схемам - управляющим звеном является пневматика, а исполнительным - гидравлика, либо (что бывает чаще) наоборот - гидравлика управляет пневматическим приводом.

пневматический и гидропневматический привод

Пневмогидравлические приводы являются весьма эффективным средством подвода большой мощности к исполнительному органу, поскольку при этом используется дешевая и доступная энергия сжатого воздуха, позволяющая при относительно невысоких давлениях в системе получать на выходе значительную механическую энергию.
Кроме того, использование пневматики, как усилителя для гидравлического привода, позволяет устранить такой недостаток пневматического привода, как его "податливость", обусловленную большой сжимаемостью газов по сравнению с жидкостями.
Если же управление пневматикой в следящих пневмоприводах "поручается" гидравлике, то исключается инерционность подачи команд приводу, имеющую место в пневматических управляющих устройствах, опять же, из-за сжимаемости газов.

Пневмогидравлические приводы по сравнению с гидравлическими имеют ряд существенных преимуществ:

  • простота и компактность по сравнению с аналогичными гидравлическими приводами;
  • отсутствие вращающихся узлов и деталей в приводе, что увеличивает его ресурс;
  • управление гидросистемой производится в пневмосистеме усиления давления, что позволяет сократить использование дорогостоящих гидрораспределителей и регулирующей аппаратуры;
  • высокое давление масла в системе может поддерживаться без работы гидронасоса, за счет накопленной в ресиверах энергии сжатого воздуха, который расходуется только при перемещениях рабочих органов (например, поршней гидроцилиндров).

Пневмогидравлические приводы находят применение в металлообрабатывающих производствах (различные приводы механизмов станков, подающие устройства и т. п.), в различных системах автомобильной, дорожной и сельскохозяйственной техники (пневмогидроусилители сцепления - ПГУ, рулевого управления, вакуумные и пневматические усилители гидравлических тормозных приводов и т. п.), а также во многих других областях машиностроения и промышленного производства.

***

Жидкость и ее свойства