Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny Instytut Technologii Mechanicznej Laboratorium Napędów Hydraulicznych i Pneumatycznych
SPRAWOZDANIE Nr 1
Laboratorium nr 1
Nazwisko i Imię: Marcin Pietruszewski
Data wykonania ćwiczenia: 07.10.2010 r.
Prowadzący ćwiczenie Dr inż. Piotr Pawełko

1.Cel ćwiczenia: Zapoznanie się z charakterystyką pracy i sterowania siłownika pneumatycznego jednostronnego i dwustronnego działania w sterowaniu bezpośrednim.

2.Wnioski z wykonanego ćwiczenia

Siłowniki jednostronnego działania to siłowniki w których sprężone powietrze oddziałuje tylko i wyłącznie na jedną stronę tłoka, co umożliwia pracę podczas ruchu tylko w jednym kierunku. Zatem siłowniki jednostronnego działania mogą być siłownikami pchającymi lub ciągnącymi.

Siłowniki dwustronnego działania w porównaniu do siłowników jednostronnego działania zasilane są na zmianę powietrzem sprężonym z obu stron tłoka. Umożliwia to ruch tłoka w obie strony, bez hamowania go przez sprężynę hamującą.

Sterowanie bezpośrednie układów charakteryzuje się tym, że nie jest ono uzależnione od innych sygnałów (np. pneumatycznych, elektrycznych), a jedynie bezpośrednim oddziaływaniem na zawór roboczy tzn. sterowaniem za pomocą siły mięśni np. przyciski, dźwignie pedały. Sterowanie takie stosowane jest przeważnie gdy konieczne jest krótkie oddziaływanie na zawór roboczy, a po zakończeniu tego oddziaływania zawór powinien wrócić do położenia normalnego.

Punkt 2. Układ sterowania bezpośredniego siłownikiem jednostronnego działania

Wykorzystane zostały elementy w postaci siłownika pchającego jednostronnego działania z sprężyną zwrotną oraz zawór rozdzielający 3/2 sterowany za pomocą przycisku. Zasada działania jest następująca. Po wciśnięciu przycisku zawór jest otwierany i z przyłącza 1 przepływa powietrze do przyłącza 2, a następnie do komory siłownika. Tłok jest pchany i w efekcie wykonuje pracę. Po puszczeniu przycisku powietrze z komory w siłowniku jest wypychane przez sprężynę zwrotną (za pomocą tłoka) i wydostaje się za pomocą odpowietrzenia.

Rys. 1 Schemat wykonanego układu

Punkt 3.Nastawianie prędkości siłownika jednostronnego działania

Układ ten działa w sposób identyczny co układ powyższy z tą różnicą, że między zawór rozdzielający 3/2, a siłownikiem jednostronnego działania jest dodatkowo przyłączony zawór dławiąco-zwrotny. Umożliwia to ograniczenie natężenia przepływu powietrza do siłownika i pozwala na regulowanie prędkości jego wysuwania.

Rys. 2a Układ nastawiania prędkości wysuwu siłownika jednostronnego działania

Zasada działania tego układu jest identyczna jak układu z rys 2. a. Jedyna różnica polega na włączeniu zaworu dławiąco zwrotnego w sposób odwrotny co pozwala na kontrolowanie natężenia przepływu powietrza wydostającego się z siłownika przez to kontrolowanie prędkości powrotu tłoka siłownika.

Rys. 2.b Układ nastawiania prędkości powrotu siłownika jednostronnego działania

Układ ten jest połączeniem układów powyższych. Natężenie przepływu powietrza do komory siłownika jest regulowane w obu kierunkach co umożliwia pełną regulację prędkości wysuwu i powrotu siłownika.

Rys. 2.c Układ nastawiania prędkości siłownika jednostronnego działania w obie strony.

Punkt 4. Układ sterowania bezpośredniego.

W układzie z rys. 1.a zastosowano dwa zawory rozdzielające 3/2 sterowane przyciskiem oraz jeden siłownik dwustronnego działania. Zasada działanie układu jest następująca. Po wciśnięciu jednego z dwóch przycisków tłok będzie wysuwany lub wsuwany. Po zwolnieniu przycisku tłok pozostanie na osiągniętej pozycji (brak sprężyny zwrotnej).

Rys. 1.a Układ sterowania bezpośredniego z dwoma zaworami rozdzielającymi 3/2.

Zasada działania tego układu jest następująca. Powietrze dostarczane do przyłącza 1. w zależności od położenia przycisku przedostaje się przyłączem 4 lub 2 do siłownika. Jeśli powietrze dostaje się przez przyłącze 4 do siłownika to tłok będzie się wysuwał. Jeśli zmienimy położenie przycisku i przez przyłącze 2 popłynie powietrze do siłownika to tłok będzie wracał.

Rys. 1.b Układ sterowania bezpośredniego z zaworem rozdzielającym 5/2.

Punkt 5. Nastawianie prędkości siłownika dwustronnego działania.

W skład układu wchodzą dwa zawory rozdzielające 3/2 sterowane przyciskiem, jeden zawór dławiąco-zwrotny i jeden siłownik dwustronnego działania. Nastawianie prędkości na wlocie do komór siłownika następuje przez zawór dławiąco-zwrotny.

Rys.3.a Układ nastawienia prędkości z dławieniem na wlocie do komór siłownika.

Skład układu jest identyczny z układem z rys.3.a. Różnią się one sposobem i miejscem przyłączenia zaworu dławiąco-zwrotnego. Pozwala to na regulację prędkości na wylocie komór siłownika.

Rys.3.b Układ nastawiania prędkości z dławieniem na wylocie do komór siłownika.

Zadanie pkt.6.

Dane:

dw = 0, 02 m

P = 6 * 10⁵  Pa

Fs = 1, 11 N

η = 0, 97

Rozwiązanie:

$$Fsil = \left( \frac{\text{dw}}{2} \right)^{2}*\pi*P = 188,\ 49\ N$$

Fcalk = (Fsil−Fs) * η = 181, 67 N

Odp. Maksymalna siła statyczna jaką może wygenerować siłownik jednostronnego działania ze sprężyną zwrotną jest równa 181,73 N.

Zadanie pkt. 7.

Dane:

dw = 0, 02 m

dt = 0, 004 m

P = 4 * 10⁵  Pa

η = 0, 96

Rozwiązanie:

$$Fwys = \left( \frac{\text{dw}}{2} \right)^{2}*\pi*P*\eta = 120,57\ N$$

$$Fpow = \left( \left( \frac{\text{dw}}{2} \right)^{2} - \left( \frac{\text{dt}}{2} \right)^{2} \right)*\pi*P*\eta = 115,75\ N$$

Odp. Maksymalne siły statyczne (wysuwu i powrotu) jakie może wygenerować siłownik dwustronnego działania są równe 120,64 N dla wysuwu i 70,21 N dla powrotu.

Punkt. 9. Zadania do rozwiązania.

Zad. 1.

Dane:

V = 25 l = 25 * 10⁻³ m³

Q = 180 N

$$\gamma = \frac{m*g}{V} = 7200\ \frac{N}{m^{3}}\ $$

Odp. Ciężar właściwy cieczy z naczynia wynosi $7200\ \frac{N}{m^{3}}$.

Zad 2.

d₁₌30 cm

d₂=10 cm

Dane:

d1 = 0, 3 m

d2 = 0.1 m

h = 0, 3 m

G = 79 N

ρ$ol = 790\ \frac{\text{kg}}{m^{3}}$

ρ$w = 1000\ \frac{\text{kg}}{m^{3}}$

Pz = G

Rozwiązanie

Z prawa Pascala :

P1 = P2 _; na poziomie A-A’

P1=ρ*g * h + Pz = 3442, 59 Pa

$$P = P1*({\frac{d1}{2})}^{2}*\pi = 27,04\ N$$

Jeśli średnice lewego i prawego naczynia zamienimy uzyskamy wtedy następujące wyniki:

P1=12383,56 Pa

P=875,34 N

Odp. Siła wywierana przez górną część cieczy w lewym naczyniu na pokrywę jest równa 27,04 N dla średnicy 0.1 m i 875,34 N dla średnicy 0,3 m.