Przedmiot:
NAPĘDY PŁYNOWE
Prowadzący wykłady:
Dr inż. Tomasz Kuźmierowski
Sposób zaliczenia przedmiotu:
Ocena zaliczenia przedmiotu to średnia dwóch ocen:
pozytywnej oceny z zaliczenia ćwiczeń laboratoryjnych
pozytywnej oceny z pisemnego zaliczenia wykładów (ostatni wykład)
Obecności na wykładach (sprawdzane w losowo wybrane dni) mogą podwyższyć ocenę o 0,5.
Literatura:
Pozycje książkowe:
Szenajch W.: Napęd i sterowanie pneumatyczne. WNT Warszawa 1992, 1997, 2003.
Siemieniako F., Karpovich S., Huścio T., Dajniak I.: Ćwiczenia z automatyki. Napęd i sterowanie pneumatyczne. Wydawnictwa Politechniki Białostockiej. Białystok 2004
Szenajch W.: Pneumatyczne i hydrauliczne manipulatory przemysłowe. WNT Warszawa 1992.
Szenajch: Przyrządy, uchwyty i sterowanie pneumatyczne. WNT. Warszawa 1983.
Stawiarski D.: Urządzenia pneumatyczne w obrabiarkach i przyrządach. WNT Warszawa 1972.
Węsierski Ł.: Elementy i układy pneumatyczne. Skrypt AGH nr 827. Kraków 1981.
Węsierski Ł.: Podstawy pneumatyki. Skrypt AGH nr 1220. Kraków 1990.
Gerhard Vogel, Euglen Mühlberger: Fascynujący świat pneumatyki. Opracowanie wersji polskiej Mariusz Olszewski. Warszawa Festo Polska, Warszawa 2003.
Normy:
PN-73/M-73020 - Napędy i sterowania hydrauliczne i pneumatyczne. Elementy i zespoły hydrauliczne i pneumatyczne. Ogólny podział i oznaczenie.
PN-73/M-73022 - Napędy i sterowania hydrauliczne. Hydrauliczne elementy sterujące. Podział i oznaczenie.
PN-74/M-73702 - Napędy i sterowania pneumatyczne. Elementy sterujące (zawory) Podział i oznaczenie.
PN-87/M-73007 NEQ EN 982:1996 - Napędy i sterowania pneumatyczne. Ogólne wymagania bezpieczeństwa.
PN-91/M-73001 (1992 r.) (IDT ISO 5598 -1985) - Napędy i sterowania hydrauliczne i pneumatyczne. Terminologia.
PN-ISO 1219-1:1994 - Napędy i sterowania hydrauliczne i pneumatyczne - Symbole graficzne i schematy układów - Arkusz 1: Symbole graficzne
PN-ISO 1219-2:1998 - Napędy i sterowania hydrauliczne i pneumatyczne - Symbole graficzne i schematy układów - Arkusz 2: Schematy układów
Pojęcie napędu ma w technice dwa znaczenia:
Pierwsze z nich określa rodzaj energii wyjściowej zamienianej na energię mechaniczną. Ich istotą jest zamiana energii określonego rodzaju (elektrycznej, cieplnej, pneumatycznej) w silniku o odpowiedniej konstrukcji na energię ruchu obrotowego lub posuwistego.
W ramach tej grupy znaczeniowej można wyróżnić np. pojęcie napędu elektrycznego, napędu spalinowego czy napędu pneumatycznego.
Drugie odnosi się do zespołu elementów i części maszynowych, służących do przekazywania ruchu od silnika dowolnego typu do maszyny roboczej lub mechanizmu. Stanowią pośrednie ogniwo między silnikiem dowolnego typu, a napędzanym mechanizmem. Pod takim znaczeniem tego pojęcia można wymienić przykładowo napęd: zębaty, śrubowy, cięgnowy, cierny.
Tabela 1. Porównanie właściwości napędów różnego rodzaju
Właściwości |
Napędy elektryczne |
Napędy pneumatyczne |
Napędy hydrauliczne |
Rodzaje ruchów |
Głównie stosowane dla ruchu obrotowego, ruch postępowy uzyskiwany najczęściej przy pomocy przekładni mechanicznych. |
Stosowane głównie dla ruchu postępowego, ruch obrotowy realizowany przy pomocy silników rotacyjnych i wahliwych. |
Stosowane zarówno do realizacji ruchu obrotowego jak i postępowego. |
Moc, siła i sprawność napędu |
Duża siła dla ruchu obrotowego, a niewielka dla ruchu postępowego, sprawność 95%, duża masa na jednostkę mocy. |
Siła dla ruchu postępowego do 30 kN, mały moment dla ruchu obrotowego, sprawność 80%, mała masa na jednostkę mocy. |
Bardzo duża siła dla ruchu postępowego i duży moment obrotowy, sprawność 80 ÷ 90%, bardzo mała masa na jednostkę mocy. |
Zakresy prędkości ruchu |
Prędkość obrotowa 600 ÷ 3000 min-1, dla silników liniowych do 10 m/s, duży wpływ obciążenia na prędkość (poza układami z przekładniami). |
Prędkość obrotowa do 105 min-1, liniowa dla typowych siłowników liniowych 0.5 ÷ 1.5 m/s, dla siłowników szybkobieżnych do 15 m/s, a dla siłowników o wykonaniu specjalnym do 30 m/s, bardzo duża zależność od obciążenia. |
Prędkości obrotowe zbliżone do układów elektrycznych, a ruchu postępowego do pneumatycznych z możliwością uzyskania bardzo małych prędkości, niewielki wpływ obciążenia na prędkość ruchu. |
Zakresy osiąganych przesunięć liniowych |
Bez ograniczeń dla silników liniowych, ograniczone dla silników z przekładniami. |
Od kilku mm do 1 m, dla siłowników beztłoczyskowych do 5 m. |
Od kilkunastu mm do 1,5 m, w wykonaniach specjalnych do kilku, a nawet kilkunastu metrów. |
Możliwość sterowania prędkością |
Skomplikowane sterowanie metodami elektrycznymi i elektronicznymi, wykorzystanie przekładni mechanicznych obniża sprawność. |
Nastawianie prędkości poprzez elementy dławiące przepływ |
Szerokie możliwości sterowania prędkością poprzez dławienie i przez stosowanie pomp oraz silników o nastawianej objętości geometrycznej. |
Zasilanie energią |
Proste przy zasilaniu z sieci elektrycznej, złożone w przypadku stosowania dodatkowych źródeł. |
Proste z centralnej sieci zasilającej, złożone przy jej braku. Opłacalność sieci sprężonego powietrza rośnie wraz ze wzrostem liczby odbiorników pneumatycznych.
|
Realizowane najczęściej jako indywidualne dla jednej maszyny, a nawet dla poszczególnych mechanizmów, co zwiększa koszt urządzenia. |
Bezpieczeństwo pracy w atmosferach wybuchowych |
Wymaga zabezpieczeń przeciwiskrzeniowych. |
Całkowicie bezpieczne. |
Olej hydrauliczny jest palny. Niekiedy stosuje się ciecze niepalne lub trudno palne. Specjalnych zabezpieczeń nie stosuje się. |
Pewność eksploatacji i łatwość obsługi |
Względnie mała trwałość, głównie z powodu ograniczonego czasu pracy niektórych elementów, np. styczników. Wymaga zazwyczaj średnich lub wysokich kwalifikacji personelu. |
Bardzo duża niezawodność i trwałość, funkcjonowanie może być zakłócone przez źle oczyszczone powietrze. Obsługa polega na okresowym sprawdzaniu elementów oczyszczających i naolejających powietrze, usuwaniu uszkodzeń przewodów i nieszczelności. Wymagane są średnie kwalifikacje obsługi. |
Duża trwałość i pewność działania, prosta obsługa polegająca na okresowej wymianie oleju, oczyszczaniu lub wymianie filtrów, ewentualnie na usunięciu nieszczelności może być wykonywana przez obsługę o niskich kwalifikacjach. |
Praca w warunkach zawilgocenia |
W przypadku dużej wilgoci powietrza konieczne jest wykonanie specjalnych obudów. W przypadku awarii lub niewłaściwej obsługi nieszkodliwe dla środowiska. |
Szczególnej troski wymaga instalacja przygotowania sprężonego powietrza - elementy odwadniające i osuszające. |
Wymagane bardzo dokładne zabezpieczenie zbiornika oleju przed dostaniem się wody. |
Wprowadzane zagrożenie |
Możliwość wystąpienia porażeń prądem elektrycznym |
W związku ze ściśliwością powietrza możliwość wybuchu zbiorników w momencie ich uszkodzenia (korozja, uszkodzenie mechaniczne). Nieszkodliwe dla środowiska. |
Uszkodzenie przewodu powoduje wypływ cieczy roboczej pod znacznym ciśnieniem (niekiedy > 40 MPa). Większość cieczy hydraulicznych jest szkodliwa dla środowiska. |
Napęd pneumatyczny
Napęd, w którym czynnikiem roboczym jest sprężone powietrze, spełniające rolę nośnika energii pneumatycznej między źródłem tej energii, a jej odbiornikiem. W odbiorniku energia pneumatyczna zamieniona jest ponownie na energię mechaniczną. Napęd pneumatyczny tak jak napęd hydrauliczny należy do napędów płynowych.
Z pojęciem napędu pneumatycznego ściśle związane jest pojęcie sterowania pneumatycznego.
Sterowanie pneumatyczne
Dotyczy zastosowania sprężonego powietrza sterowania mechanizmami maszyn i urządzeń. Czynnik roboczy w postaci sprężonego powietrza spełnia funkcję nośnika informacji.
Pneumatyka - dziedzina nauki i techniki zajmująca się prawami rządzącymi przepływem sprężonego powietrza; w powszechnym rozumieniu także technika napędu i sterowania pneumatycznego.
Przepływ - ruch płynu (gazu lub cieczy) wywołany różnicą ciśnień.
Napęd pneumatyczny - technika wprawiania w ruch mechanizmów maszyn i urządzeń z wykorzystaniem energii sprężonego powietrza lub innego gazu.
Sterowanie pneumatyczne - w bardziej ogólnym ujęciu technika oddziaływania w określony sposób na parametry układu za pomocą sprężonego powietrza jako nośnika informacji; w ujęciu szczegółowym sterowanie ciśnieniem (jako rodzaj sterowania), w którym stosuje się powietrze w przewodzie sterowania.
Napęd i sterowanie pneumatyczne - napęd i sterowanie, w którym przekazywanie i sterowanie energii odbywa się za pośrednictwem powietrza pod ciśnieniem (lub innego gazu) jako jej nośnika.
Układ pneumatyczny - najkrócej można powiedzieć, że jest to układ, w którym nośnikiem energii i informacji jest sprężony gaz (najczęściej powietrze); nieco szerzej układem pneumatycznym nazwiemy zbiór wzajemnie połączonych elementów pneumatycznych przeznaczonych do przekazywania i sterowania energii za pośrednictwem gazu pod ciśnieniem jako jej nośnika w obwodzie zamkniętym.
Zespół pneumatyczny - zbiór wzajemnie połączonych elementów pneumatycznych przeznaczonych do wypełniania określonych funkcji.
Warunki nominalne - warunki stanu ustalonego, w których zaleca się użytkować element, zespół lub układ pneumatyczny określone na podstawie odpowiednich badań; są one na ogół podawane jako "wielkości nominalne" w katalogach i oznaczane symbolami literowymi, np.: qn, pn, Tn itd.
Natężenie przepływu - objętość lub masa płynu przepływającego przez rozpatrywany przekrój poprzeczny drogi przepływu w jednostce czasu; natężenie przepływu sprężonego powietrza należy odnosić do warunków znormalizowanej atmosfery odniesienia.
Atmosfera odniesienia - uzgodniona atmosfera, względem której koryguje się wyniki badań uzyskane w innych atmosferach, jeżeli istnieją odpowiednie współczynniki przepływowe.
ANR - symbol międzynarodowy znormalizowanej atmosfery odniesienia wg ISO 8778 z 1990 r. (PN-91/M-73703); symbol ten podaje się za wyrażeniem danej wielkości fizycznej.
Symbol graficzny - umowny abstrakcyjny rysunek przedstawiający cechy funkcjonalne elementu lub zespołu zgodnie z normą lub przepisami.
Symbole graficzne elementów pneumatycznych - symbole graficzne elementów pneumatycznych oraz wyposażenia dodatkowego stosowane w napędach i sterowaniach pneumatycznych (PN-ISO 1219-1).
Schemat - rysunek sporządzony przy zastosowaniu symboli graficznych, przedstawiający w sposób uproszczony zasady działania lub budowy zespołu, układu; schemat zawiera informacje dotyczące rozmieszczenia, połączeń, wymiarów, podstawowych wielkości charakterystycznych, sposobów sterowania elementów i zespołów.
Schemat funkcjonalny - rysunek sporządzony przy zastosowaniu symboli graficznych, przedstawiający funkcje zespołu, obwodu lub układu (pneumatycznego, hydraulicznego, hydrauliczno-pneumatycznego).