Обеспечение заданного режима работы пневмопривода
DESCRIPTION
В статье приводятся способы и устройства для регулирования скорости пневмопривода, давления воздуха подаваемого в пневмопривод, перемеще-ния выходного звена пневмопривода.TRANSCRIPT
Обеспечение заданного режима работы пневмопривода
Эффективность работы любого пневмопривода, особенно работающего в составе
оборудования со сложным технологическим циклом, в значительной степени определяет-
ся его стабильной работой при изменении скорости и усилия развиваемого выходным зве-
ном, например штоком пневмоцилиндра. В общем случае режим работы пневмопривода в
течении цикла должен обеспечивать:
перемещение выходных звеньев пневмодвигателей с заданной скоростью, которая
в течении цикла работы может меняться (разгон в начале хода и торможение в конце),
давление в рабочих полостях пневмодвигателя, позволяющее развивать требуемые
усилия на его выходном звене (штоке пневмоцилиндра, валу пневмоповоротника),
необходимое количество и величину перемещений выходного звена пневмоприво-
да с требуемой точностью.
Скорость перемещения выходного звена пневмодвигателя регулируется с помощью
дросселей, обычно устанавливаемых в магистрали по которой воздух сбрасывается в ат-
мосферу при рабочем ходе. Однако такой спо-
соб регулирования скорости перемещения,
например штока пневмоцилиндра, не обеспечи-
вает достаточного уровня плавности особенно
при изменении усилия действующего на шток.
Наиболее простым и надежным способом обес-
печения заданной скорости перемещения штока
пневмоцилиндра, которая не зависит от измене-
ния величины усилия действующего на шток яв-
ляется замены воздуха как рабочего тела подава-
емого в рабочую полость пневмоцилиндра на
жидкость (масло) низкого давления. Принципи-
альная схема такого привода показана на Рис 1.
Рис. 2. Схема использования жидкости низкого
давления для обеспечения плавного перемеще-
ния штока пневмоцилиндра
Рис 1 Общий вид пневмопривода
Она состоит из пневмоцилиндра Ц, воздухораспределителя ВР, с электромагнитным
управлением, пневмогидроаккумулятора А и двух гидравлических дросселей с обратным
клапаном Д1 и Д2, установленных навстречу друг другу в магистрали соединяющей
пневмогидроаккумулятор А с поршневой полостью пневмоцилиндра Ц. При включении
электромагнита Э1 (воздухораспределитель ВР находится в положении показанном на
Рис) воздух от воздухораспределителя ВР поступает в штоковую полость пневмоцилин-
дра Ц, а из его поршневой полости масло вытесняется через обратный клапан дросселя
Д1 и дроссель Д2 в пневмогидроаккумулятор А. При этом скорость втягивания штока
пневмоцилиндра Ц регулируется величиной настройки гидравлического дросселя Д2. При
включении электромагнита Э2 (воздухораспределитель ВР переключается в правое поло-
жение) воздух от воздухораспределителя ВР поступает в пневмогидроаккумулятор А и за-
ставляет находящееся в нем масло через обратный клапан дросселя Д2 и дроссель Д1 по-
ступать в поршневую полость пневмоцилиндра Ц, а воздух из его штоковой полости в это
время сбрасывается в атмосферу. При этом скорость выдвижения штока пневмоцилиндра Ц
регулируется величиной настройки гидравлического дросселя Д1.
На Рис 3 показана конструкция малогабаритного пневмогидравлического поворот-
ного привода с торможением выходного вала в крайних положениях. Он содержит корпус
1 с каналами для подвода воздуха 8 и 9, в котором расположены гидрополость 2, рабочие
пневмополости, 3 – прямого хода и 4 обратного хода и связанные общим штоком 5, поршни 6
и 7. Гидроемкость 2 расположена кооксиально пневмополости обратного хода 4 и соединена
с последней посредствам каналов 10,11,12,13. В верхней части гидроемкости 2 установлен
сепаратор 14 предназначенный для уменьшения скорости входящего в него потока воздуха. В
поршень 6 встроен плавающий плунжер 15, поджатый пружиной 16. На штоке 5 закреплена
зубчатая рейка 17 находящаяся в зацеплении с шестерней 18 и поджатая к ней роликами 19
для разгрузки штока 5 от радиальных усилий, возникающих при передаче крутящего момента
в зубчато – реечной передаче. В поршень 6 встроен плавающий плунжер 20 поджатый пру-
жиной 21. Плунжеры 15 и 21 при нахождении поршней 6 и 7 в крайних положениях перекры-
вают соответственно каналы 12 и 22. Истечение масла через канал 13 регулируется клапаном
23, а воздуха через канал 9 величиной дросселирующего отверстия 24. В исходном положе-
нии (как показано на Рис) пневмополость прямого хода 3 соединена с атмосферой посред-
ствам воздухораспределителя (на Рис не показан), а пневмополость обратного хода 4 запол-
нена маслом, при этом гидрополость 2 частично заполнена маслом, находящимся под давле-
нием сжатого воздуха подаваемого через тот же воздухораспределитель. Работает поворот-
ный пневмопривод следующим образом. Сжатый воздух через канал 9 и 22 поступает в пнев-
Рис. 3. Конструкция пневмогидравлического
поворотного привода
мополость прямого хода 3, а канал 8 при этом соединен с атмосферой. Под действием сжато-
го воздуха плунжер 20 перемещается влево, открывая канал 22 и поршень 7 перемещается
влево со скоростью определяемой перетеканием масла из полости обратного хода 4 по кана-
лам 12, 10, 11 в гидроемкость 2. При этом рейка 17, перемещаясь вместе со штоком 5, враща-
ет шестерню 18. В конце хода плунжер 15 перекрывает канал 12 и дальнейшее перетекание
масла из пневмополости 4 и гидрополость 2 происходит через канал 13 и клапан 23, что при-
водит к замедлению скорости движения поршней 6 и 7 в конце хода влево. При обратном хо-
де пневмопривода сжатый возжух поступает в канал 8, а канал 9 соединяется с атмосферой,
при этом, торможение в конце хода происходит после перекрытия канала 22 плунжером 20 и
дросселирования воздуха через отверстия 24.
На Рис 4 показана конструкция пневмоцилиндра обеспечивающая плавное торможе-
ние в конце хода независимо от внешней нагрузки на его шток за счет использования для торможения давления вытесняемого воздуха из нерабочей полости пневмоцилиндра. Кон-струкция предлагаемого пневмоцилиндра содержит корпус 1, поршень 2 со штоком 3, и устройство для торможения поршня 2 в конце его хода в виде втулки 4 с кольцевой про-точкой 5 и каналами 6 и 7 для сообщения последней со штоковой полостью 8 и полостью 9 штока 3. Устройство снабжено стержнем 10 соединенным с корпусом 1, который прохо-дит через втулку 4 во внутрь полости 9 штока 3 и имеет на наружной поверхности две продольные канавки, канавка 11 для соединения поршневой полости 13 с кольцевой про-точкой 5 во втулке 4 и канавка 12 для соединения полостей пневмоцилинра 8 и 9. При этом воздух поступает через штуцера 14 и 15 с установленными в них дроссельными шайбами, а втулка 4 установлена одновременно в полости 9 штока 3 и полости 16 поршня 2. Пневмо-цилндр работает следующим образом. Воздух под давлением через штуцер 14 поступает в полость 13 и далее через продольную канавку 11 проточку 5 и канал 6 в полость 9, заполняя ее. Под действием давления воздуха в поршневой полости 13 поршень 2 со штоком 3 начина-ет перемещаться относительно корпуса 1 пневмоцилиндра и стержня 10. В результате этого, сообщение между полостями 13 и 5 через продольную канавку 11 прекращается и воздух под давлением находится в полости 5. При подходе поршня 2 со штоком 3 к положению соответ-ствующему, например 0,8 от его полного рабочего хода, продольная канавка 12 на стержне 10 сообщается с каналом 7 во втулке 4 и воздух из полости штока 9 через канал 7 поступает в
Рис. 3. Конструкцияпневмоцилиндра с торможе-
ниемне зависящим от внешней нагрузки
штоковую полость 8, создавая противодавление на поршень 2. При дальнейшем движении поршня 2 со штоком 3 к конечному положению сообщение между полостями 8 и 9 прекраща-ется, а воздух в штоковой полости 8 под действием движения поршня 2 сжимается, оказывая дополнительное сопротивление перемещению поршня 2 и одновременно медленно стравли-вается через дроссельную шайбу в штуцере 15 в атмосферу. Таким же образом происходит демпфирование при обратном ходе поршня 2, только при этом полость 9 заполняется возду-хом через канал 7 и канавку 12, а сбрасывает воздух в поршневую полость 13 через канал 6 и канавку 11.
Перечисленные способы торможения пневмоцилиндра обладают одним общим не-достатком, который заключается в том, что торможение осуществляется в определенный момент его хода, а изменение величины участка торможения и места его расположения, что бывает необходимо при наладке исполнительного механизма, приводит к значитель-ному снижению эффективности торможения. Регулирование скорости перемещения штока пневмоцилиндра и эффективности торможения на любом участке его пути может быть до-стигнуто за счет сброса воздуха в атмосферу из нерабочей полости пневмоцилиндра через регулятор давление (редукционный клапан), при его соединении с магистралью сброса возду-ха по команде от системы пневмоавтоматики. Для понимания такого способа регулирования скорости рассмотрим конструкцию регулятора давления, и способ его подключения к нера-бочей полости пневмоцилиндра которые показаны на Рис 4.
Он состоит из сборного корпуса состоящего из нижней части в которой выполнены
воздухоподводящие магистрали и клапан 4 с пружиной 5 и верхней части, в которой уста-новлены регулировочный винт 1, пружина 2 и мембрана 3. Принцип работы регулятора давления основан на автоматическом изменении проходного сечения отверстия для потока воздуха на входе при изменении его давления и поддержания, таким образом, постоянства давления на выходе. Это обеспечивается за счет автоматического изменения положения длос-селирующего клапана 4, регулирующего проходное сечение отверстия для прохода воздуха на входе при колебании давления в камере а, связанной с выходом, величина которого настраивается за счет регулирования усилия пружины 2 винтом 1. Показанная на Рис. 5 схе-ма подключения редукционного клапана при колебании давления в штоковой полости пнев-моцилиндра происходящим при изменении внешней нагрузки на штоке, позволяет за счет автоматической регулировки проходного сечения дросселирующего клапана 4 обеспечить постоянство пониженной скорости перемещения штока при торможении. Она состоит их пневмоцилинндра Ц, двух воздухораспределителей, управляющего пневмоцилиндром ВР1 и управляющего торможение его штока ВР2, регулятора давления Р, установленного в маги-страли сброса в атмосферу воздуха из штоковой полости пневмоцилиндра, а также конечного выключателя ВК, управляющего, через систему электроавтоматики, электромагнитом Э3,
Рис. 5. Конструкция и схема работы
регулятора давления
воздухораспределителя ВР2. При нахождении воздухораспределителей ВР1 и ВР2 в положе-нии указанном на Рис воздух от воздухораспраделителя ВР1 поступает в поршневую полость пневмоцилиндра Ц, а из штоковой полости проходя через выключенный воздухораспредели-тель ВР2 сбрасывается в атмосферу через воздухораспределитель ВР1. В определенном месте рабочего хода штока пневмоцилиндра Ц срабатывает конечный выключатель ВК, который через систему электроавтоматики включает электромагнит Э3, переключающий воздухорас-пределитель ВР2 в правое положение и воздух из штоковой полости начинает сбрасываться в атмосферу через регулятор давления Р, с определенным противодавлением, что тормозит движение штока. Эффективность торможения определяется настойкой редукционного кла-пана Р.
Достаточо эффективный способ торможения пневмоцилинра в конце хода его штока
заключается в применении гидроамортизаторов, которые в частности успешно применя-
ются в автоматических манипуляторах с пневмоприводом. Конструкция гидроамортиза-
тора и его общий вид показаны на Рис 6.
Гидроамортизатор состоит из корпуса, который выполнен из двух труб наружной 2 и
внутренней 10 и отверстиями 4 для перетекания тормозной жидкости 7, образующими за-
мкнутую полость 3, выполняющую функцию аккумулятора, поршня 8, жестко соединен-
ного со штоком 6, не конце которого установлен наконечник 1, возвратной пружины 5 и
обратного клапана 9 встроенного в поршень 8. Работает гидроамортизатор следующим
Рис 16.8.14 Конструкция и общий
вид гидроамортизатора
Рис. 5. Схема применения регулятора давления
для регулирования скорости
Рис. 6. Конструкция и общий вид
гидроамортизатора
образом. При ударном воздействии нагрузки на шток 6 с наконечником 1 пружина 5 сжи-
мается и перемещающийся при этом вниз поршень 8 вытесняет тормозную жидкость из
поршневой полости через отверстия 4 в камеру аккумулятора 3, при этом скорость удар-
ного воздействия резко снижается. При снятии нагрузки шток 6 возвращается в исходное
положение пружиной 5, при этом тормозная жидкость из камеры аккумулятора перетекает
в поршневую полость намного быстрее за счет открытия обратного клапана 9.
При проектировании пневмопривода оборудования автоматического действия, зача-
стую, для обеспечения его максимальной производительности возникает необходимость
увеличения скорости перемещения, особенно в начальный момент движения исполни-
тельного механизма. Для увеличения скорости перемещения поршня пневмоцилиндра
необходимо увеличить расход воздуха поступающего в полость находящуюся под давле-
нием (например поршневую полость) и ускорить сброс воздуха в атмосферу из противо-
положной полости (например из штоковой полости). Для увеличения расхода воздуха по-
ступающего в поршневую полость пневмоцилиндра ее дополнительно соединяют с ресси-
вером и увеличивают проходное сечение воздухоподводящего трубопровода. Для обеспе-
чения ускоренного сброса воздуха из штоковой полости в месте ее соединения с возду-
хоподводящим трубопроводом устанавливают клапан быстрого выхлопа.
На Рис 7 показана пневмосхема управления пневмоповоротником обеспечивающая
быстрый поворот его вала против часовой стрелки и торможение в конце поворота, а за-тем быстрый поворот в исходное положение. Она состоит из пневмоповоротника Ц1, вал которого через обгонную муфту соединен с поворотным столом, ресивера Р, клапана быстрого выхлопа КБВ, управляющего воздухораспределителя ВР1, воздухораспредели-теля управляющего торможением ВР3, воздухораспределителя ВР4, работающего как элемент «ПАМЯТЬ», воздухораспределителя ВР2, обеспечивающего подключение реси-вера Р к левой полости пневмоповоротника, а также контролирующих пневмоаппаратов ВК1, ВК2, логического элемента «ИЛИ», обратных клапанов КО и КО2, редукционного клапана РК и конпки 𝑲н, обеспечивающей начало цикла работы пневмопривода. Работает пневмопривод следующим образом. При включении кнопки 𝑲н воздух поступает к П2ВР1 и П1ВР4, что приводит к переключению ВР1 в правое положение, а ВР4 в левое
Рис 16.8.15 Схема управле-
ния пневмоповоротником
Рис. 7. Схема управления пневмоповоротником
положение. Переключение ВР1 в правое положение приводит к тому, что воздух из пнев-мосети поступает в левую полость пневмвоповоротника (в это время клапан быстрого вы-хлопа КБВ перекрывает сброс воздуха в атмосферу), а из правой полости пневмоповорот-ника сбрасывается в атмосферу проходя через воздухораспределитель ВР3, находящийся в левом положении и вал пневмоповоротника, соединенный посредствам зубчато-реечной передачи со штоком начинает вращаться против часовой стрелки. Переключение воздухо-распределителя ВР2 в левое положение обеспечивает подачу воздуха из ресивера Р также в левую полость пневмоповоротника, что увеличивает общий расход поступающего воз-духа и соответственно скорость вращения вала. После поворота стола на определенный угол срабатывает ВК2 и воздух от него поступает к П2ВР4, в результате чего, при вклю-ченной кнопке КН, воздухораспределитель ВР4 переключается в правое положение и к П2ВР3, в результате чего, при выключенном ВК1 воздухораспределитель ВР3 также пе-реключается в правое положение. При переключении воздухораспределителя ВР4 в пра-вое положение воздух перестает поступать к П1ВР2 и воздухораспределитель ВР2 под действием пружины переключается в правое положение, что приводит к отключению по-тока воздуха подаваемого от ресивера Р в левую полость пневмоповоротника. При пере-ключении воздухораспределителя ВР3 в правое положение воздух из правой полости пневмоповоротника начинает сбрасываться в атмосферу через редукционный клапан РК, что создает определенный подпор, величина которого определяется настройкой клапана. Все это приводит к снижению скорости вращения вала пневмоповоротника и обеспечива-ет его плавную остановку в крайней точке. Затем срабатывает ВК1 и воздух от него по-ступает к П1ВР3, переключая воздухораспределитель ВР3 в левое положение, и к П1ВР1, переключая воздухораспределитель ВР1 также в левое положение. При этом, воздух от воз-духораспределителя ВР1 поступает в правую полость пневмоповоротника, а из левой сбра-сывается в атмосферу через клапан быстрого выхлопа КБВ, что приводит к быстрому вра-щению по часовой стрелке вала пневмоповоротника и быстрому его возврату в исходное положении. Поскольку обратное вращение вала пневмоповоротника происходит практиче-ски без нагрузки, торможение в конце хода не предусмотрено.
Наиболее часто пневмопривод используется в нестандартном оборудовании, а также в качестве привода для различного вида механизированных приспособлений для механи-ческой обработки, в которых для обеспечения необходимого усилия зажима детали при давлении сжатого воздуха 0,5 – 0,6 МПа диаметр пнемоцилндра становится недопустимо большим. Поэтому в приспособлениях для механической обработки нашли широкое при-менение пневмогидравлические усилители, которые, получая привод от пневмосети, обеспечивают подачу масла в зажимные гидроцилиндры с давлением 2,5 – 5,0 МПа, что позволяет уменьшить диаметр цилиндра в 2 – 3 раза, и при этом нет необходимости иметь дорогостоящую гидростанцию в качестве привода. На Рис 8 приведена конструкция та-кого пневмогидроусилителя. Он состоит из сборного корпуса, который содержит крышку 1, гильзу 2 и проставку 15, образующие пневмоцилиндр низкого давления, стакан 5, кор-пус гидроцилиндра высокого давления 4, образующие вместе с проставкой 15 и стаканом 5 емкость для масла, а также порщень пневмоцилиндра низкого давления 16 и шток 3, ко-торый является еще и плунжером цилиндра высокого давления. На верхнем торце корпуса 4 гидроцилиндра высокого давления 4 установлена клапанная коробка в которой распо-ложены, крышка 10 со штуцером 9, поршень 11 и манометр. При этом пневмосеть через штуцер 20 трубку 14, камеру А, трубку 6, штуцер 7 трубопровод 8 и штуцер 9 и клапан-ную коробку 12 соединена с рабочим цилиндром, а подвод воздуха в поршневую полость В пневмоцилиндра низкого давления осуществляется через штуцер 21, а в штоковую по-лость Г через штуцер 23.
Работает пневмогидроусилитель следующим образом. Сначала для осуществления
предварительного зажима в рабочий гидроцилиндр подается масло под давлением 0,4-0,6
МПа (давление воздуха в заводской пневмосети). При этом воздух от пневмосети подает-
ся через штуцер 20 и трубку 14, в верхнюю часть камеры А, что заставляет находящееся в
ней масло через трубку 6, штуцер 7 трубопровод 8 и штуцер 9 и клапанную коробку 12
поступать в рабочий цилиндр. Окончательный зажим осуществляется при переключении
пневмокрана (на Рис не показан) в соответствующее положение при котором воздух через
штуцер 21 поступает в поршневую полость В пневмоцилиндра низкого давления, а из его
штоковой полости Г сбрасывается в атмосферу, что приводит к перемещению поршня 16
со штоком-плунжером 3 вверх. Под давлением плунжера 3 масло из полости Б через отвер-
стие Д в клапанной коробке 12, поступает в ее центральную расточку, в которой располо-
жен поршень 11 и смещает его влево, что приводит к тому, что он своим левым конусным
торцем перекрывает поступление в рабочий цилиндр масла низкого давления и соединяет
правую полость расточки с каналом соединенным с рабочим цилиндром. При этом образу-
ется замкнутая гидравлическая система соединяющая гидроцилиндр высокого давления с
поршневой полостью рабочего гидроцилиндра, давление в которой мгновенно возрастает
пропорционально отношению квадрата диаметров поршня пневмоцилиндра низкого давле-
ния 16 и плунжера гидроцилиндра высокого давления 3. Разжим осуществляется при соот-
ветствующем переключении пнемокрана, что приводит к сбросу в атмосферу воздуха из
полости В пневмоцилиндра низкого давления, к подаче воздуха в его штоковую полость Г,
и подаче воздуха в штоковую полость рабочего гидроцилиндра и соединения с атмосферой
штуцера 20. При этом поршень 11, клапанной коробки 12 под действием пружины возвра-
щается в исходное положение, масло из поршневой полости рабочего гидроцилиндра пере-
текает в полость А и поршень 16 пневмоцилиндра низкого давления опускается вниз. В ре-
зультате этого шток рабочего цилиндра возвращается в исходное положение.
На Рис. 9 показана оригинальная конструкция двухступенчатого пневмогидроусили-
теля Он содержит полый шток 1, закрепленный на нем поршень 2, образующий две пнев-
мополости 3 и 4, поршень 5, установленный на штоке свободно и образующий две пнев-
мополости 6 и 7, каналы 8 и 9, сообщающие рабочую полость 10, свободно насаженного
поршня 5 с полостью 11 высокого давления, размещенной в полом штоке 1 и связанной с
рабочим цилиндром через канал 12. Шток 1 снабжен дополнительным поршнем 13, разме-
щающимся в рабочей полости 10 свободно насаженного поршня 5, установленного в рас-
точке 14, выполненной в поршне 5 со стороны его верхнего торца 15, кроме того в отвер-
стии дополнительного поршня 13 установлен плунжер 16, жеско соединенный с корпусом
17 пневмогидроусилителя.
Работает пневмогидроусилитель следующим образом. Полость 6 заполняется возду-
хом, при этом полости 3 и 7 соединены с атмосферой, а полость 4 находится под давлени-
ем. Поршень 5 поднимается вверх, вытесняя масло с увеличенным давлением (давление
Рис. 8. Конструкция пневмогидроусилителя
маслапропорционально отношению квадратов площади поршней 5 и 13) из полости 10 че-
рез каналы 8 и 9 и канал 12 к рабочему цилиндру. Затем заполняется воздухом полость 3, а
полость 4 в это время соединяется с атмосферой. При этом поршень 2 начинает перемещать-
ся вверх и масло из полости 11 высокого давления вытесняется через канал 12 в рабочий ци-
линдр, при этом часть масла поступает в полость 10 до тех пор, пока каналы 8 и 9 не пере-
кроются штоком 1. После этого масло из полости 11 с еще большим давлением (давление
масла пропорционально отношению квадратов диаметров плунжера 16 и поршня 2) поступа-
ет только в рабочий цилиндр, а поршни 2 и 5 одновременно поднимаются, образуя одно це-
лое, поскольку каналы 8 и 9 перекрыты. Возврат поршней 2 и 5 в исходное положение обес-
печивается подачей воздуха в полость 4 и соединением полостей 3 и 6 с атмосферой. При
этом масло из рабочего цилиндра выталкивается в полость 10 и 11 пружиной или воздухом.
Последним элементом режима работы пневмопривода является обеспечение требуе-
мого перемещения выходного звена пневмопривода (штока пневмоцилиндра, вала пнев-
моповоротника) с заданной точностью. Если необходимо получить два положения пнев-
модвигателя, то это обеспечивается введением в конструкцию исполнительного механиз-
ма механических регулируемых упоров (обычно винтов или болтов с точной резьбой и
контргайкой). Но если приводимый пневмоприводом исполнительный механизм должен
иметь несколько фиксированных положений, то для этого применяются пневмоцилиндры
особой конструкции и специальные системы управления ими.
На Рис 10 показана конструкция пневмоцилиндра позволяющая осуществлять шаговое
перемещение штока пневмоцилиндра и соответственно иметь множество его положений в
процессе совершения полного рабочего хода. Он состоит из корпуса 1, имеющего форму
стакана, нижней крышки 2, неподвижного диска 10, верхней крышки 3, поршня 4 со што-
ком 5, образующих полости 6 и 7, напраляющей 8, электромагнита 9, управляющего
фрикционной муфтой состоящей из подвижного диска 11 и неподвижного диска 10, оп-
тронного датчика состоящего из источника света 13 и фотоприемника 14. При этом по-
движный диск 11 имеет радиальные отверстия 12 (пазы) совмещенные с оптронным дат-
Рис. 9. Конструкция двухступенчатого пневмогидроусилителя
чиком и зуб 15 входящий в зацепление с винтовым пазом 16 выполненным на штоке 5,
которые образуют несамотормозящуюся винтовую пару. Подвод и отвод воздуха в поло-
сти 6 и 7 пневмоцилиндра осуществляется через штуцера 17 и 18. Работает пневмоци-
линдр следующим образом. В исходном положении поршень 4 находится в крайнем ниж-
нем положении, электромагнит 9 отключен. Под действием сжатого воздуха подаваемого
в через штуцер 17 в поршневую полость 6 поршень 4 перемещается вверх. При этом под
действием винтовой канавки 16, взаимодействующей с зубом 15, подвижный диск 11
начинает вращаться, а оптронный датчик при этом фиксирует количество совмещенных с
его осью радиальных отверстия 12 на подвижном диске 11, выдавая в систему электроав-
томатики, управляющую работой пневмоцилиндра модулированные импульсы. В опреде-
ленный момент после получения необходимого количества импульсов от оптронного датчика
система электроавтоматики включает электромагнит 9, который фиксирует подвижный диск
11 и поршень 4 останавливается. Через некоторое время, определяемое программой работы
пневмоцилиндра электромагнит 9 выключается и поршень продолжает движение до следую-
щего фиксированного положения и так пока не придет в крайнее выдвинутое положение. Для
возврата поршня в исходное положение воздух подается через штуцер 18 в штоковую по-
лость 7, а из поршневой полости 6 через штуцер 17 сбрасывается в атмосферу, что приводит к
опусканию вниз поршня 4 со штоком 5.
На Рис 11 показана пневмосхема и конструкция пневмопривода, в котором исполнитель-
ный цилиндр осуществляет шаговое перемещения на фиксированную величину, что необхо-димо для стопелирования плоских изделий с малой толщиной. Он содержит исполнительный цилиндр 1 с поршнем 4 и штоком 5 образующими поршневую полостью 2 и штоковую 3, об-ратные клапаны 6 и 7, регулируемый подпорный клапан 8, воздухораспределители ВР1 и ВР2, регулируемые гидродроссели 11 и 12, блок подготовки воздуха 13. Соосно с исполни-тельным цилиндром, охватывая его снаружи, расположен вспомогательный цилиндр 14 с разделителем сред 15, образующим две полости 16 и 17. Кроме того, устройство содержит дозатор 18 с упором 19 и поршнем 20 разделяющим его на две полости 21 и 22, причем по-лость 21 соединена через воздухораспределитель ВР1 с блоком подготовки воздуха 13 и пневмомагистралью. Полость 22 через подпорный клапан 8 связана с полостью 16 вспомога-тельного цилиндра 14, а последняя через гидродроссели 11, 12 и обратные клапаны 6, 7 с
Рис. 10. Пневмоцилиндр с шаговым
перемещением штока
поршневой полостью 2 исполнительного цилиндра 1 и полостью 22 дозатора 18 с образова-нием замкнутого гидравлического контура циркуляции масла. Полость 17 вспомогательного цилиндра 14 через воздухораспределитель ВР2 и штоковая полость 3 исполнительного ци-линдра соединены с блоком подготовки воздуха 13 и пневмомагистралью. На штоке 5 испол-нительного цилиндра 1 установлен столик 23 с возможностью взаимодействия с конечными выключателями 24 и 25.
Работа пневмопривода по стопелированию изделий малой толщины осуществляется
следующим образом. В исходном положении полость 17 вспомогательного цилиндра 14
соединена через воздухораспределитель ВР2 с атмосферой, а полость 21 дозатора 18 со-
единена с пневмо-сетью через воздухораспределитель ВР1 и блок подготовки воздуха 13.
При поступлении изделия (плитки) на приемный столик 23, срабатывает конечный вы-
ключатель 24, сигнал от которого через систему электроавтоматики включает электромаг-
нит воздухораспределителя ВР1, который переключает воздухораспределитель в правое
положение и полость 21 дозатора соединяется с атмосферой. А масло из поршневой поло-
сти 2 исполнительного цилиндра 1 под действием поршня 4, столика 23 с плиткой, а также
под воздействием воздуха в его штоковой полости 3 перетекает через гидродроссель 11 и
обратный клапан 6 в полость 22 дозатора 18. При этом полость 22 разобщена с полостью
16, поскольку подпорный клапан 8 настроен на большее давление, чем возникшее в дан-
ный момент в полости 22. Поршень 20 дозатора 18 перемешается вправо до контакта с
регулируемым упором 19. Величина хода поршня 20 дозатора определяет величину фик-
сированного перемещения штока 5 с приемным столиком 23 на шаг. Опускание столика
23 с плиткой вызывает выключение конечного выключателя 24, что приводит к выключе-
нию электромагнита и возврату воздухораспределителя ВР1 в исходное положение и как
следствие сообщению полости 21 дозатора 18 с пневмомагистралью. Под действием сжа-
того воздуха поршень 20 дозатора 18 перемещается влево, вытесняя масло из полости 22
через подпорный клапан 8 в полость 16 вспомогательного цилиндра 14, при этом полость
Рис. 11. Пневмоцилиндр с шаговымперемещением што-
ка на фиксированную величину
22 посредствам обратного клапана 6 разобщена с поршневой полость 2 исполнительного
цилиндра 1. После того как приемный столик 23 вместе со штоком 5 исполнительного ци-
линдра опустились на один шаг пневмопривод готов к выполнению следующего цикла
работы, который начнется с поступлением следующей плитки и срабатывания конечного
выключателя 24. После выполнения последнего шага образовавшаяся стопа плитки сни-
мается, вызывая срабатывание конечного выключателя 25, которое приводит к включе-
нию электормагнита воздухораспределителя ВР2 и его переключению в правое положе-
ние. При этом полость 17 соединяется с пневмомагистралью и разделитель сред 15 пере-
мещаясь вниз вытесняет масло из полости 16 вспомогательного цилиндра 14 через гидро-
дроссель 12 и обратный клапан 7 в поршневую полость 2 исполнительного цилиндра 16,
устанавливая тем самым поршень 4 со штоком 5 в исходное верхнее положение.
Еще одним способом получения определенного количества фиксированных переме-
щений штока пневмоцилиндра является использование комплекта, сосно расположенных
пневмоцилиндров, соединенных друг с другом посредствам последовательного крепления
их передних и задних крышек в тандем.
На Рис 12 показан пневмопривод, имеющий четыре фиксированных положений што-
ка, состоящий из четырех пневмоцилиндров Ц1 – Ц4, которые управляются четырьмя воз-
духораспределителями ВР1 – ВР4, при этом поршневая полость последнего пневмоцилин-
дра с максимальным ходом поршня постоянно соединена с пневмомагистралью. Величина
ходов пневмоцилиндров Ц1 – Ц4 имеет соотношение: 1-2-4-8. Работает пневмопривод сле-
дующим образом. При переключении воздухораспределителя ВР1 в левое положение сжа-
тый воздух из пневмомагистрали поступает в поршневую полость пневмоцилиндра Ц1, а
также в постоянно подключенную к ней штоковую полость пневмоцилиндра Ц4. При этом
из-за разности площадей поршневой и штоковой полостей произойдет перемещение всего
тандема поршней со штоками на величину хода пневмоцилиндра Ц1. Последовательное
включение остальных воздухораспределителей в различных вариантах позволит получить
различные величины хода штока пневмоцилиндра Ц4. На Рис. 13 показана схема многопозиционного пневмопривода с повышенным быст-
родействием и точностью перемещения. Пневмопривод содержит исполнительный ци-линдр 1, состоящий из гильзы 2 в которой расположены плавающие поршни 4 – 7 и до-полнительный поршень 8, ограничители хода 9 – 13 и шток 3, системы управления пере-мешением поршней состоящей из трехлинейных двухпозиционных воздухораспределите-лей 21 – 25 с управляющими электромагнитами 26 – 30 и устройство для фиксации поло-
Рис. 12. Схема управления тандемом пневмоцилиндров
жения штока 36 состоящее из гидроцилиндра 38 с двустороннем штоком 39, жестко свя-занного со штоком 3. При этом полости 40 и 41 гидроцилиндра 38 связаны между собой через двухлинейный двухпозиционный гидроклапан 42 управляемый электромагнитом 43 и соединены с аккумулятором 44 через обратные клапаны 45 и 46. Поршень 8 образует в гильзе 2 дополнительную камеру 14, а поршни 4 – 7 – замкнутые камеры 15 – 18, соединя-емые с линией высокого давления 19 и линией низкого давления посредствам воздухорас-пределителей 21 – 25, а штоковая полость 47 гидроцилиндра 1 постоянно связана с линией высокого давления 19. Дополнительная камера 14 соединена с пневмораспределителем 25 через регулируемые дроссели 31 и 32 и пневмогидроаккумулятор 33, причем паралельно дросселям 31 и 32 подключены соединенные входами обратные клапаны 34 и 35 и двухпо-зиционный двухлинейный клапан 36 управляемый электомагнитом 37.
Работает привод следующим образом. В исходном положении поршни 4 – 7 нахо-
дятся в крайнем левом положении, а дополнительный поршень 8 в крайнем правом поло-
жении, т. е. камера 14 полностью заполнена маслом и гидроклапан 42 закрыт. На первом
этапе подаются команды на включение воздураспределителей, обеспечивающих переме-
щения соответствующих поршней, суммарная величина которого соответствует необхо-
димой координате, но выключенный гидроклапан 42 и жесткое соединение штока 3 со
штоком 39 фиксирующего гидроцилиндра 38 не позволяют выполнить перемещение. При
этом под действием давления воздуха и при включенном клапане 36 масло из полости 14
перетекает в пневмогидроаккумулятор 33. На втором этапе происходит отработка коорди-
наты. Для этого включается электромагнит 43, что приводит к открытию клапана 42 и
быстрому перемещению штока 3 с демпфированим в конце хода, которое обеспечивается
медленным заполнением каметы 14 маслом проходящим через дроссель 32 (при этом кла-
пан 36 отключен). На третьем этапе осуществляется фиксация штока 3 пневмоцилиндра 1
гидроцилиндром 38, шток 39 которого связанный со штоком 3 и останавливается при отклю-
чении клапана 42 электромагнитом 43. Для исключения появления ошибки в координате пе-
Рис. 13. Схема многопозиционного пневмопривода
ремещение дополнительного поршня 8 оно должно быть точно равно ходу одного из плава-
ющих поршней 4-7. Привод обеспечивает высокую точность перемещения штока 3 за счет
исключения его ложных перемещений при переходных процессах и за счет демпфирова-
ния в конце отработки координат. Высокая скорость отработки координат обеспечивается
за счет того, что плавающие поршни 4-7 работают с насыщением по расходу, а демпфиро-
вание обеспечивается дополнительным поршнем 8.
Статья написана на основе соответствующего раздела учебного пособия Игна-
тьева Н. П. «Основы проектирования, часть 2. Методика проектирования механиз-
мов и систем» Азов 2011 г. В пособии, помимо способов и устройств для обеспечение
заданного режима работы пневмопривода также содержится:
описание основных элементов пневмопривода, в том числе, пневмодвигателей
и аппаратуры управления,
расчеты пневмопривода,
порядок разработки принципиальной пневмосхемы,
методика и примеры проектирования пневмопривода.
Рис 16.8.20 Схема управления танде-
мом пневмоцилиндров