CZYNNIK ROBOCZY

Czynnik roboczy (obiegowy) służy do przekazywania energii i informacji od źródła do elementów wykonawczych poprzez elementy sterujące tym układem. W układach pneumatycznych czynnikiem roboczym najczęściej jest sprężone powietrze. Pod względem funkcjonalnym jego rola jest podobna do tej jaką spełniają cięgna w napędzie cięgnowym, popychacze w napędach krzywkowych, ciecz robocza w układach hydraulicznych.

Dlatego też sprężone powietrze należy uważać za element, którego właściwości wywierają zasadniczy wpływ na pracę układu pneumatycznego, a więc na jego charakterystyki i sprawności, a także na trwałość innych elementów i zespołów tworzących taki układ.

To z kolei oznacza, że sprężone powietrze w układach pneumatycznych musi spełniać kilka podstawowych funkcji, takich jak:

• przenoszenie energii i sygnałów sterujących,

• odprowadzanie ciepła,

• w niektórych zastosowaniach smarowanie powierzchni ruchowych

(powietrze naolejone),

• w niektórych zastosowaniach zmniejszenie zużycia ruchomych części

układu pneumatycznego (powietrze naolejone).

Aby uzyskać niezawodne i długotrwałe działanie urządzeń pneumatycznych, należy odpowiednio przygotować sprężone powietrze.

Przygotowanie sprężonego powietrza polega na:

• usunięciu różnego rodzaju zanieczyszczeń,

• redukcji ciśnienia do wymaganej wartości,

• wprowadzeniu do powietrza czynnika smarnego w przypadku urządzeń,

które tego wymagają.

Oczyszczone powietrze stosowane w układach pneumatycznych powinno charakteryzować się:

• brakiem wody w postaci kropel; woda w postaci pary jest dopuszczalna, gdy punkt rosy występuje przy temperaturze niższej o 5 ÷ 10°C od najniższej temperatury pracy układu,

• zawartością zanieczyszczeń mechanicznych (o wymiarach cząstek poniżej określonej wartości) nie przekraczającą dopuszczalnego udziału masowego w warunkach znormalizowanej atmosfery odniesienia,

• brakiem olejów (dla układów pneumatycznych bezsmarowych) oraz innych cieczy w postaci kropel.

Źródłem energii w układach pneumatycznych jest sprężone powietrze, które jest wytwarzane w sprężarkach stacjonarnych lub ruchomych.

Napęd sprężarek jest realizowany silnikiem elektrycznym lub spalinowym.

Istnieje natomiast możliwość łatwego magazynowania dużych ilości powietrza w zbiornikach stałych lub ruchomych.

Zalety sprężonego powietrza jako nośnika energii:

• powietrze jest ogólnodostępne,

• sprężone powietrze jest łatwe do transportu przewodowego na dość znaczne odległości (do 1000 m),

• po wykorzystaniu energii zawartej w sprężonym powietrzu nie trzeba go zwracać do sieci i ewentualnie wymieniać,

• powietrze jest bezpieczne i czyste w eksploatacji (nie grozi porażeniem i nie zanieczyszcza otoczenia w razie uszkodzenia instalacji),

• sprężone powietrze jest odporne na wahania temperatury, dlatego gwarantuje niezawodną pracę również w skrajnych temperaturach otoczenia,

• sprężone powietrze (zwykle o ciśnieniu 0,4 ÷ 0,7 MPa, żadko przekraczające 1,5 MPa) jest bardzo dobrym źródłem energii do wytwarzania sił w granicach do 30 kN, przy stosunkowo małym poborze mocy,

• powietrze jest bezpieczne i czyste w eksploatacji,.

Wady sprężonego powietrza:

• duża ściśliwość, która bardzo utrudnia uzyskiwanie powolnych i płynnych ruchów mechanizmów pneumatycznych.

• hałas powstający przy wypływie powietrza do otoczenia, można go w znacznym stopniu wyeliminować stosując odpowiednie tłumiki.

Zalety układów pneumatycznych:

• łatwa sterowalność siły przez sterowanie ciśnieniem,

• sterowanie prędkością przez dławienie przepływu

• łatwe zabezpieczenie całego układu przed przeciążeniem

• łatwe nastawianie obciążenia maksymalnego,

• narzędzia i pneumatyczne elementy wykonawcze mogą być obciążane aż do zatrzymania,

• możliwość ciągłej kontroli obciążeń poszczególnych zespołów maszyn technologicznych,

• łatwa obsługa elementów sterowniczych, gdyż potrzebne są małe siły nawet do obsługi najcięższych maszyn, zaś elementy sterowania (obsługi) mogą być umieszczone w miejscach najbardziej dogodnych dla operatora,

• możliwość wprowadzenia daleko posuniętej automatyzacji,

• łatwa przestawialność parametrów bez potrzeby np. wymiany krzywek lub innych elementów mechanicznych,

• możliwość składania urządzeń ze znormalizowanych elementów i zespołów oraz tworzenia typowych układów powtarzających się w różnych maszynach technologicznych, dzięki czemu zakłady produkujące elementy (mechanizmy) pneumatyczne i pneumohydrauliczne mogą osiągać wysoką specjalizację - co jest bardzo ważne ze względu na duże wymagania wykonawcze tych elementów i związane z tym trudności technologiczne,

• duża trwałość urządzeń przy prawidłowej ich eksploatacji oraz łatwość wymiany zużytych części lub całych zespołów.

Wady urządzeń pneumatycznych i pneumohydraulicznych:

• utrudnione jest ścisłe powiązanie ruchów poszczególnych zespołów maszyn i urządzeń (przeszkodą jest ściśliwość czynnika roboczego i jego straty w wyniku przecieków),

• wpływ zmian wartości sił zewnętrznych na prędkość przesuwania się napędzanych elementów,

• ograniczona długość przemieszczeń prostoliniowych.

Obszar zastosowań urządzeń pneumatycznych

Pomimo wypierania pneumatyki z niektórych zastosowań przez napędy elektryczne (rozwój elektroniki i informatyki), pneumatyka wciąż znajduje nowe dziedziny zastosowań.

Najbardziej typowe dla pneumatyki przykłady zastosowań:

• Układy hamulcowe maszyn wyciągowych w górnictwie,

• Prasy wulkanizacyjne,

• Obrabiarki do stolarki okiennej,

• Układy zawieszenia pojazdów, wagonów, maszyn roboczych itp.,

• Maszyny pakujące,

• Maszyny do profilowania i łączenia przewodów samochodowych,

• Palety i płyty transportowe do przemieszczania ciężkich przedmiotów w halach fabrycznych,

• Układy do otwierania i zamykania drzwi w autobusach, tramwajach, wagonach kolei linowych terenowych itp.,

• Urządzenia mocujące,

• Urządzenia sortujące,

• Maszyny przemysłu tekstylnego,

• Maszyny obuwnicze,

• Maszyny do produkcji butelek z tworzyw sztucznych,

• Wtryskarki,

• Zgrzewarki,

• Rozlewarki,

• Urządzenia testujące w przemyśle samochodowym,

• Manipulatory montażowe obwodów scalonych na płytach obwodów drukowanych,

• Urządzenia montażowe silników elektrycznych, elementów elektromechanicznych, klawiatur komputerowych.

PODZIAŁ ELEMNTÓW PNEUMATYCZNYCH

wg PN-73/M-73020

1. ELEMENTY WYKONAWCZE (NAPĘDOWE) PRZETWARZAJĄCE ENERGIĘ SPRĘŻONEGO POWIETRZA NA ENERGIĘ MECHANICZNĄ (ODBIORNIKI PNEUMATYCZNE)

• Siłowniki pneumatyczne (o ruchu postępowo-zwrotnym i wahadłowym)

• Silniki pneumatyczne (o ruchu obrotowym)

• Przetworniki, wzmacniacze, pompy pneumohydrauliczne i siłowniki hydrauliczne

2. ELEMENTY STERUJĄCE PRZEPŁYWEM ENERGII SPRĘŻONEGO POWIETRZA

• zawory rozdzielające sprężone powietrze (rozdzielacze)

• zawory zwrotne

• zawory sterujące natężeniem przepływu (dławiące)

• zawory o specjalnym przeznaczeniu (zawory realizujące funkcje logiczne, zawory szybkiego spusty, zawory zabezpieczające, zawory kolejności przepływu itd.)

3. ELEMENTY PRZYGOTOWANIA, PRZESYŁANIA, MAGAZYNOWANIA I ODPROWADZANIA DO ATMOSFERY SPRĘŻONEGO POWIETRZA

• smarownice sprężonego powietrza

• przewody

• złącza

• zbiorniki

• elementy odprowadzające do atmosfery sprężone powietrze (tłumiki hałasu)

4. ELEMENTY POMOCNICZE

• przyłącza

• płyty montażowe

• mierniki (ciśnienia, temperatury, itp.)

W literaturze podaje się także inne podziały elementów, które wynikają np. ze struktury pneumatycznych układów napędowo-sterujących i funkcji pełnionych w tych układach przez poszczególne elementy lub grupy elementów.

Strukturę takich układów przedstawiono za pomocą schematu blokowego pokazanego na rys. 1.

Rysunek 1. Struktura pneumatycznego układu napędowo - sterującego.

Niektóre rodzaje zaworów, w zależności od rozmieszczenia w układzie, mogą być elementami wejściowymi, elementami przetwarzania informacji lub elementami sterującymi pracą elementów napędowych.

Różnica między stosowanymi podziałami elementów pneumatycznych dotyczy więc głównie zaworów W dalszej części wykładów omawiane elementy stosowane w układach pneumatycznych będą pogrupowane według prostszego podziału, przyjętego na podstawie normy PN-73/M-73020.

---