POLITECHNIKA RADOMSKA im. K. PUŁASKIEGO IBM INSTYTUT BUDOWY MASZYN

LABORATORIUM NAPĘDÓW I STEROWAMIA HYDRAULICZNEGO I PNEUMATYCZNEGO. Ćw 5

Temat ćwiczenia: Sterowanie siłownikiem pneumatycznym w funkcji drogi, czasu i ciśnienia. Wydział: Mechaniczny Kierunek: MiBM Rok akad.: 2005/2006 Semestr: VI Grupa: A1

Ocena : Wykonawca ćwiczenia:

Domagała Marcin

1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z budowa, zasadą działania i zastosowaniem podstawowych elementów pneumatycznych oraz możliwościami praktycznego wykorzystania ich w układach sterujących w funkcji drogi, czasu i ciśnienia.

2. Wprowadzenie

Układy pneumatyczne znalazły szerokie zastosowanie w maszynach i urządzeniach przede wszystkim do napędu mechanizmów a ruchu prostoliniowym. Rzadziej stosowane są da napędu mechanizmów a ruchu obrotowym z wyjątkiem narzędzi z napędem pneumatycznym. Dzieje się tak dzięki charakterystycznym dla napędu pneumatycznego zaletom, z których najważniejszymi są;

- łatwość zabezpieczenia przed przeciążeniem,

- możliwość ciągłej kontroli poszczególnych zespołów maszyn technologicznych.

- możliwość montażu elementów sterujących w dogodnych dla operatora miejscach,

- łatwość sterowania z możliwością wprowadzania daleko posuniętej automatyzacji,

- możliwość prostej budowy układów ze znormalizowanych elementów i zespołów,

- wysoka trwałość i łatwość wymiany uszkodzonych elementów,

- łatwość realizacji ruchów obrotowych do 500 tys. obr/min bez dodatkowych przekładni,

- dostępność i ekologiczność czynnika roboczego (powietrza) oraz możliwość odprowadzania go do oloczenia po wykorzystaniu zawartej w nim energii.

Tego stanu rzeczy nie są w stanie zmienić wady układów do których zaliczamy:

- trudność ścisłego powiązania ruchów poszczególnych zespołów maszyn wywołana ściśliwością czynnika roboczego i jego zwiększonymi stratami (przeciekami) w wyniku małej lepkości,

- wpływ obciążeń zewnętrznych na prędkość elementów wykonawczych.

Elementy pneu1m.tyczne możemy podzielić na:

· urządzenia przygotowujące czynnik roboczy:

- filtry,

- reduktory,

- smarownice,

- tłumiki hałasu,

· elementy i zespoły przetwarzające energię sprężanego- powietrza na energię mechaniczna wśród których rozróżniamy:

- siłowniki pneumatyczne, - silniki pneumatyczne, · elementy sterujące:

- kierunkiem przepływu, - natężeniem przepływu, - ciśnieniem - o specjalnym przeznaczeniu

ELEMENTY I ZESPOŁY PRZE1WARZAJĄCE ENERGIĘ SPRĘŻONEGO POWIETRZA

Pneumatyczne układy napędowe wykorzystywane są do napędu mechanizmów i elementów maszyn. Służą do tego elementy wykonawcze przetwarzające energię sprężonego powietrza na energię mechaniczną, W grupie tej wyróżniamy silniki o ruchu liniowym (siłowniki) oraz obrotowym i obrotowym ograniczonym (silniki):

Siłowniki 'pneumatyczne dzielimy na:

-tłokowe (z tłoczyskiem jednostronnym (a,e,g,h) i dwustronnym(f).

- nurnikowe (b),

- teleskopowe jednostronnego (e) i dwustronnego (d) działania,

- membranowe (i, j )

- mieszkowe (k ,l )

- workowe i dętkowe (ł).

Ze względu na możliwość wywierania przez nie siły dzielimy je na:

- jednostronnego działania (a,b,ej,k,ł),

- dwustronnego działania (d,e,f,g,h,j,l,m)

Ze względu na liczbę położeń roboczych tłoczyska wyróżniamy siłowniki:

- dwupołożeniowe,

- wielopołożeniowe. np. krokowe (n ).

Ze względu na rodzaj realizowanego ruchu wyróżniamy siłowniki:

- z ruchem prostoliniowym tłoczyska (a-ł ).

- z wahadłowym ruchem wałka napędowego (m).

ELEMENTY STERUJĄCE

W celu sterowania parametrami wyjściowymi układu (kierunek ruchu, prędkość, siła, moment) układ napędowy musi być wyposażony w odpowiedni układ sterujący usytuowany na drodze sprężonego powielr2a do elementów wykonawczych (siłownika lub silnika).

Zadaniem układu sterującego jest doprowadzenie strumienia sprężonego powietrza do odbiornika zgodnie z wymaganym do realizacji danego ruchu kierunkiem oraz natężeniem przepływu i ciśnieniem.

Zawory powinny umożliwiać uruchomienie, zatrzymanie i zmianę kierunku ruchu silnika. Od wyboru tych elementów zależy funkcjonalność układu. Wybór typu i wielkości zaworu jest Zdeterminowany wymaganiami napędzanej maszyny lub urządzenia, a także wartościami natężeń przepływu i ciśnienia czynnika roboczego. Podział zaworów pneumatycznych, określa PN-ISQ-1219-1.

W grupie tej wyróżniamy zawory sterujące kierunkiem przepływu, natężeniem przepływu, ciśnieniem i zawory o specjalnym przeznaczeniu

Zawór rozdzielający dwudrogowy dwupołożeniowy

Tego typu zawory są najprostszymi zaworami pełniącymi pełniącymi funkcję zaworów odcinających (służących do zamknięcia-lub otwarcia dopływu powietrza do odbiorników). Mogą być sterowane mechanicznie, elektrycznie lub pneumatycznie.

Zawór rozdzielający trzydrogowy dwupołożeniowy

Służą do zmiany kierunku przepływu czynnika roboczego w przewodach pneumatycz1ych lub do odcinania tego przepływu. Najeżą do grupy tzw. zaworów pomocniczych.

Jest to bogata grupa zaworów stosowanych do połączenia odbiornika ze źródłem zasilania a następnie z atmosfera w celu opróżnienia go z czynnika roboczego, co umożliwia powrót organu roboczego, przesterowanie suwaka rozdzielacza lub innego zaworu sterującego.

Sterowany elektrycznie

Sterowanie elektryczne polega na zamknięciu obwodu elektrycznego cewki elektromagnesu powodującego przyciągnięcie zwory elektromagnesu do cewki j przesunięcie elementu sterującego zaworu (suwaka, grzybka).

Sterowany pneumatycznie

Sygnał sterujący, w formie strumienia sprężonego powietrza doprowadzonego poprzez przyłącze (X) do komory sterującej rozdzielacza, powoduje przesunięcie elementu sterującego zaworu (suwaka, grzybka).

Zawory zwrotne

Umożliwiają przepływ powietrza tylko w jednym kierunku.

Zbudowany najczęściej z gumowej kulki umieszczonej w obudowie.

W celu zmniejszenia oporów przepływu budowane są najczęściej bez sprężyny a kulka dociskana jest do gniazda własnym ciężarem.

Spotykane są również konstrukcje ze sprężyną dociskową.

W układach pneumatycznych stosowane są również zawory zwrotne sterowane (a) pozwalające na umożliwienie przepływu powietrza również w kierunku zaporowym (normalnie zamkniętym).

Stosowane są do zabezpieczenia siłowników jednostronnego działania przed opadaniem przy gwałtownym spadku ciśnienia zasilającego.

Zawory dławiąco-zwrotne

Zawory dławiąco-zwrotne stosowane są w pneumatycznych układach napędowych i sterujących do nastawiania wielkości natężenia przepływu czynnika roboczego w jednym kierunku i swobodnego przepływu w kierunku przeciwnym. Najczęściej stosowane są do regulacji prędkości ruchu tłoków siłowników pneumatycznych. Stosowane, są również w calu uzyskania stabilnego ruchu tloczyska i uniknięcia jego drgań.

Przekaźnik pneumo elektryczny

Przekaźnik pneumoelektryczny służy do zamiany sygnału pneumatycznego na sygnał elektryczny. Przeznaczony jest do w3 otwierania lub zamykania obwodu elektrycznego w zależności od ciśnienia panującego w układzie.

Czynnik roboczy doprowadzony do otworu wlotowego naciska za pośrednictwem membrany na popychacz, który przemieszczając się do góry powoduje przesterowanie łącznika miniaturowego podłączonego do układu elektryanego.

3. Stanowisko laboratoryjne

Stanowisko składa się z typowych elementów pneumatycznych zamocowanych na płycie montażowej w spos6b umożliwiający łączenie ich przewodami elastycznymi w dowolne układy sterujące.

Dla celów realizacji ćwiczenia laboratoryjnego z elementów tych należy zbudować układ sterowania sekwencyjnego dwóch siłowników dwustronnego działania w funkcji drogi wg schematu przedstawionego na rys.5A.

Układ powinien realizować cykl roboczy zgodnie z cyklogramem przedstawionym na rys.5.3 i zapewniać pracę siłowników w cyklu automatycznym i pojedynczym.

Stanowisko zasilane jest z agregatu sprężarkowego tłokowego ze zbiornikiem 200 I.

Czynnik roboczy doprowadzony jest do bloku przygotowania sprężonego powietrza (1). Stąd powietrze kierowane jest do pomOC1iczego zaworu rozdzielającego sterowanego przyciskiem pokrętnym (2), przełączającego układ na automatyczny lub pojedynczy cykl pracy.

W pozycji przedstawionej na schemacie układ pracuje w cyklu automatycznym. Zawór (2) znajduje się w pozycji zamkniętej tzn. powietrze nie przepływa przez niego do dalszej części układu.

Idąc dalej po dolnej linii zasilającej powietrze dopływa do przekaźnika czasowego (4), gdzie również jest zatrzymywane. Powietrze dopływa także do zaworu rozdzielającego (6) i przepływa do wyłącznika krańcowego (15) i (3) gdzie zostaje zatrzymane oraz do zaworu (8), przez kt6ry przepływa do pomocniczego zaworu rozdzielającego sterowanego przyciskiem krytym (9), na którym jest zatrzymywane.

W takim wysterowaniu jak na schemacie powietrze przepływa przez rozdzielacze (7) i (11) oraz zawory dławiąco-zwrotne (13) i (17), do prawych kom6r siłowników (A) i (B), powodując powrót tłoczysk siłowników do pozycji wyjściowej po zasileniu układu.

Po naciśnięciu przycisku 'start" zaworu (9) powietrze przepływa przez ten zawór i dalej przez przełącznik obiegu (10) do lewej komory sterującej zaworu rozdzielającego (11) przesterowuje go w lewe położenie. Dzięki temu powietrze z rozdzielacza (11) zasilać będzie poprzez zawór dławiąco-zwrotny (12) lewą komorę siłownika (A) powodując wysuw tłoczyska.

Tłoczysko siłownika (A) zaczyna się wysuwać zwalniając dźwignię wyłącznika krańcowego a. (5) przesterowując go w prawe położenie i odcinając dopływ powietrza do prawej komory sterującej rozdzielacza (6). Po dojściu tłoczyska siłownika (A) do wyłącznika krańcowego a, (15) przesterowuje go w lewe położenie doprowadzając powietrze do lewej komory sterującej rozdzielacza (7). Następuje jego przesterowanie w lewe położenie, dzięki czemu powietrze z rozdzielacza (7) zasilać będzie poprzez zawór dlawiąco-zwrotny (18) lewą komorę siłownika (B) powodując jego wysuw.

Siłownik (B) zaczyna się wysuwać zwalniając wyłącznik krańcowy b. (14), przesterowując go w prawe położenie i odcinając dopływ powietrza do prawej komory sterującej rozdzielacza (11). Po dojściu tłoczyska tego siłownika do wyłącznika krańcowego b, (3) przesterowuje go w lewe położenie otwierając dopływ powietrza do przekaźnika czasowego (4).

Powietrze napełnia zbiornik przekaźnika czasowego w czasie t. Po przekroczeniu wartości granicznej ciśnienia nastąpi przesterowanie pomocniczego zaworu rozdzielającego wchodzącego w skład przekaźnika czasowego, otwierając przepływ czynnika roboczego do lewej komory sterującej zaworu rozdzielającego (6) i jego przesterowanie w lewe położenie.

Powietrze dopływa do prawej komory sterującej rozdzielacza (7) przesterowując go w prawe położenie,· dzięki czemu powietrze z rozdzielacza (7) zasilać będzie poprzez zawór dławiąco-zwrotny (17) prawą komorę siłownika (B) powodując jego powrót.

Po dojściu tłoczyska do wyłącznika krańcowego bo (14), przesterowuje go w lewe położenie i doprowadza powietrze do prawej komory sterującej zaworu rozdzielającego (11) przesterowując go w prawe położenie. Powietrze z rozdzielacza (11) zasilać będzie poprzez zawór dławiąco-zwrotny (13) prawą komorę siłownika (Aj powodując jego powrót.

Po dojściu tłoczyska siłownika (A) do wyłącznika krańcowego ao (5) przesteruje go w lewe położenie i doprowadza powietrze do prawej komory sterującej zaworu rozdzielającego (6) przesterowując go w prawe położenie. Cykl został zakończony.

W czasie uruchamiania układu powietrze dopływa także do zaworu (8) przesterowując go w lewe położenie. Dzięki temu po zakończeniu cyklu pracy siłowników powietrze z rozdzielacza (6) dopływać będzie do przełącznika obiegu (10) od prawej strony a następnie do lewej komory sterującej zaworu rozdzielającego (11) uruchamiając kolejny cykl i pówodując pracę całego układu w cyklu automatycznym.

Zawór rozdzielający (2) służy do przełączenia trybu pracy układu z automatycznego na pojedynczy i odwrotnie. Przesterowanie rozdzielacza (2) w lewe położenie spowoduje, że układ będzie pracował w cyklu pojedynczym. Uruchomienie kolejnego cyklu w tym wypadku, będzie musiało być poprzedzone chwilowym przesterowaniem zaworu (9).

Rys.5.3 Cyklogram pracy układu

---