Politechnika Śląska w Gliwicach

Katedra Budowy Maszyn

ZAUTOMATYZOWANE MASZYNY I SYSTEMY WYTWÓRCZE

Laboratorium:

Pneumatyczne środki transportu i manipulacji

AiR grupa I

sekcja 2

semestr V

Gliwice, 23.01.2007r.

Zastosowanie sprężonego powietrza w urządzeniach pneumatycznych do napędu i sterowania mechanizmami maszyn i urządzeń określa się najczęściej dwoma pojęciami, a mianowicie: napęd pneumatyczny, sterowanie pneumatyczne.

Rozróżnienie tych dwóch pojęć wynika z faktu, iż czynnik roboczy w postaci sprężonego powietrza może pełnić zarówno funkcję nośnika energii, jak i nośnika informacji. Najczęściej mamy do czynienia z układami pneumatycznymi spełniającymi obydwie wymienione funkcje jednocześnie, chociaż spotyka się układy pneumatyczne tylko napędowe lub tylko sterujące.

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.

Powszechne zastosowanie napędów pneumatycznych wynika z zalet czynnika roboczego, jakim jest najczęściej powietrze oraz z zalet urządzeń napędzanych tym czynnikiem.

Zalety sprężonego powietrza jako nośnika energii są następujące:

• powietrze jest ogólnodostępne,

• sprężone powietrze jest łatwe do transportu przewodowego na dość znaczne odległości,

• 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) jest bardzo dobrym źródłem energii do wytwarzania sił w granicach do kilkunastu kN,

• powietrze jest bezpieczne i czyste w eksploatacji,

Wadą sprężonego powietrza jest jego duża ściśliwość, która bardzo utrudnia uzyskiwanie powolnych i płynnych ruchów mechanizmów pneumatycznych.

Nośnikiem energii w napędzie pneumatycznym jest najczęściej sprężone powietrze, nazywane także czynnikiem roboczym lub obiegowym. Jego rola jest podobna pod względem funkcjonalnym do tej, jaką spełnia ciecz robocza w napędach hydraulicznych czy cięgno w napędach cięgnowych. 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) nieprzekraczającą 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. Możliwość przewodowego transportu powietrza jest ograniczona na ogół do około 1000 m ze względu na spadek ciśnienia. Istnieje natomiast możliwość łatwego magazynowania dużych ilości powietrza w zbiornikach stałych lub ruchomych. Uzyskiwana siła w elementach napędowych mieści się w zakresie do 30 kN, przy stosunkowo małym poborze mocy, gdyż stosowane ciśnienie powietrza zwykle nie przekracza 1,5 MPa. W układach pneumatycznych sterowalność siły można w łatwy sposób uzyskać przez sterowanie ciśnieniem, natomiast sterowanie prędkości przez dławienie strumienia sprężonego powietrza doprowadzanego lub odprowadzanego z odbiornika. Czynnik roboczy, jakim jest sprężone powietrze, jest praktycznie nieczuły na wahania temperatury otoczenia, samo zaś nie wpływa szkodliwie na otoczenie. Istotną zaletą napędu pneumatycznego jest również to, że może on być stosowany w pomieszczeniach, w których możliwy jest samozapłon. Pewną uciążliwością jest hałas powstający przy wypływie powietrza do otoczenia, lecz można go w znacznym stopniu wyeliminować stosując odpowiednie tłumiki.

Podstawowym urządzeniem, służącym do wytworzenia sprężonego powietrza, jest sprężarka. Zgodnie z definicją sprężarka jest maszyną, która zwiększa ciśnienie czynnika sprężanego powyżej ciśnienia początkowego, równego lub bliskiego ciśnieniu atmosferycznemu. Głównym kryterium podziału sprężarek jest ich konstrukcja i zasada działania. Zgodnie z podziałem przyjętym w normie PN-89/M-43100 można wyróżnić dwie podstawowe grupy sprężarek: sprężarki wyporowe i sprężarki przepływowe.

W sprężarkach wyporowych zwiększenie ciśnienia statycznego uzyskuje się przez zasysanie i wypieranie kolejnych objętości gazu w zamkniętej przestrzeni za pomocą elementu wyporowego członu napędzanego. Sprężarki przepływowe umożliwiają sprężanie gazu dzięki przemianie energii kinetycznej w energię potencjalną ciśnienia przy ciągłym przepływie gazu przez sprężarkę.

Ze względu na rodzaj wykonywanego ruchu przez element wyporowy, sprężarki wyporowe można podzielić na posuwisto-zwrotne i obrotowe. W sprężarkach posuwisto-zwrotnych zasysanie i sprężanie gazu osiąga się przez ruch posuwisto-zwrotny elementu roboczego poruszającego się w przestrzeni tworzącej komorę sprężania. Natomiast w sprężarkach obrotowych elementem roboczym jest obracający się w obudowie jeden lub kilka wirników, a wypieranie gazu uzyskuje się za pomocą łopatek, elementów zazębiających się lub za pomocą ruchu obrotowego samego wirnika.

Schemat połączenia układu sprężania: 1, 5 - filtr, 2 - sprężarka, 3 - silnik elektryczny, 4 - chłodnica, 6 - osuszacz, 7 - zbiornik pneumatyczny.

Cyklogram sterowania robota

Liczba operacji

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

Zamknięcie chwytaka

W1

X

X

X

X

X

X

X

X

Ruch w lewo

W2

X

X

X

X

X

X

X

Ruch w prawo

W3

X

X

X

X

X

X

X

X

Ruch w dół

W4

X

X

X

X

X

X

X

X

Ruch w górę

W5

X

X

X

X

X

X

X

---