Лабораторная работа №3

«Изучение регулирования давления в пневмоприводах»

Цель работы:

1. Ознакомиться с аппаратурой для регулирования давления в пневмоприводе.

2. Изучить схему дроссельного регулирования пневмопривода.

3. Собрать изученную схему.

РЕГУЛИРОВКА ДАВЛЕНИЯ

Регулировать давление в пневмосистеме необходимо, так как его повышенный уровень вызывает ускоренный износ пневматического оборудования при совсем незначительном или вовсе нулевом увеличении производительности. Слишком малое давление экономически неоправданно, так как оно резко снижает КПД оборудования.

СТАНДАРТНЫЙ РЕГУЛЯТОР

В конструкцию регуляторов давления (рис. 1) входит поршень или диафрагма, позволяющие изменять величину выходного давления за счет уравновешивания усилия со стороны пружины, которое можно регулировать.

Давление на выходе задается при помощи регулировочного винта, который создает нагрузку на установочную пружину с целью удержания главного клапана в открытом положении, благодаря чему поток воздуха из входного отверстия с начальным давлением р_f подается на выходное отверстие с конечным давлением р₂. Тогда давление в контуре, подсоединенном к выходу, повышается и воздействует на диафрагму. Возникает подъемная сила, противодействующая усилию пружины.

Рассмотрим момент начала работы пневматической системы. Как только начнется потребление сжатого воздуха, давление р₂, в первый момент снизится и усилие установочной пружины на мгновение станет больше чем подъемная сила, которая зависит от величины давления р₂ и воздействует на диафрагму. В результате чего клапан откроется.

Если в процессе работы пневмосистемы потребление сжатого воздуха сократится, давление р₂ незначительно увеличится, благодаря чему возрастет подъемная сила, действующая на диафрагму и противодействующая усилию пружины. Диафрагма и клапан начнут подниматься до тех пор, пока усилие пружины и подъемная сила не будут снова уравновешены. Расход воздуха, проходящего через клапан, будет снижаться до тех пор, пока он не придет в соответствие с интенсивностью потребления сжатого воздуха, и не установится необходимое выходное давление.

Если в процессе работы пневмосистемы потребление сжатого воздуха возрастет, давление р₂ незначительно снизится. В результате этого уменьшится величина усилия, действующего на диафрагму и противодействующего усилию пружины. Диафрагма и клапан станут опускаться до тех пор, пока усилие пружины и подъемная сила не уравновесятся снова. Благодаря этому, расход воздуха, проходящего через клапан, будет увеличиваться, пока не придет в соответствие с интенсивностью потребления сжатого воздуха.

При отсутствии потребления сжатого воздуха, клапан закрыт. Выходное давление может превысить настроенную с помощью регулятора величину по следующим причинам:

- при перенастройке регулятора на более низкое выходное давление по желанию потребителя;

- из-за возникновения встречного усилия со стороны одного из исполнительных механизмов.

В этом случае диафрагма 1 начнет подниматься и откроет клапан 2 сброса давления, чтобы излишнее давление могло быть сброшено в атмосферу через выпускное отверстие 3 в корпусе регулятора (рис. 2).

При очень большом расходе потребляемого воздуха клапан широко открывается. В результате пружина значительно растягивается и, следовательно, значительно ослабляется, из-за чего равновесие между усилием, равным произведению величины давления р₂, на площадь диафрагмы и усилием пружины (вспомним, что это усилие и определяет желаемый уровень выходного давления) наступает при более низких значениях р₂.

Возникает проблема низкой точности поддержания заданного уровня давления. Эту проблему можно устранить за счет создания третьей камеры, сообщающейся с выходным каналом (рис.3). В этом канале всегда поддерживается высокая скорость потока воздуха. Как уже было сказано в разделе 3, в этом случае статическое давление в потоке всегда будет низким (закон Бернулли), и его величина не будет сильно меняться даже при значительных изменениях выходного давления. Именно это статическое давление и подается в третью камеру.

Таким образом, непосредственно па диафрагму теперь будет воздействовать не давление р₂ а статическое давление р₃. Это позволяет обеспечить достаточную точность поддержания выходного давления даже при больших расходах.

Точность регулирования можно повысить, если в соединительный канал вставить трубку, которая срезана под углом и отверстием ориентирована на выходной канал (рис. 4).

В регуляторе, показанном на рис. 3, имеется определенный недостаток: если входное давление p₁ будет возрастать, на дно клапана будет воздействовать большее усилие, которое будет стремиться закрыть клапан. Это означает, что увеличение входного давления вызовет снижение выходного давления и наоборот. Этого можно избежать, установив клапан, имеющий одинаковые площади поверхностей, па которые воздействую как входное, так и выходное давления в обоих направлениях. Этот принцип реализован в регуляторе, изображенном на рис. 4.

Наиболее важными конструктивными элементами такого клапана являются элементы, показанные на рис. 4.

РЕГУЛЯТОР НЕПРЯМОГО ДЕЙСТВИЯ (С ПИЛОТНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ)

Эта точность достигается за счет замены усилия установочной пружины в стандартном регуляторе на усилие, создаваемое управляющим давлением от небольшого вспомогательного или управляющего регулятора (пилота), который монтируется в верхней части основного устройства.

Вспомогательный регулятор подает или сбрасывает управляющий поток воздуха только во время корректировки выходного давления. Благодаря этому регулятор может работать с очень большими значениями расхода, сохраняя при этом минимальную длину установочной пружины.

Устройство используется как стабилизатор выходного давления.

ФИЛЬТР РЕГУЛЯТОР

ХАРАКТЕРИСТИКИ

Размер регулятора выбирается таким образом, чтобы необходимый для конкретного вида оборудования расход сжатого воздуха обеспечивался при минимальных колебаниях установленной величины давления в пределах всего диапазона изменения величины расхода, обеспечиваемого устройством.

Изготовители предоставляют графическую информацию в виде расходных характеристик своего оборудования. Наиболее важной является диаграмма расход Q - давление р₂, (рис. 7).

Она показывает, как уменьшается давление р₂, с увеличением расхода (рис. 7). Данная кривая имеет три отчетливо выраженных

I — резкое падение давления, соответствующее небольшому «окну» в клапане, в пределах которого пока еще не удается по-настоящему обеспечить необходимое регулирование

II — диапазон регулирования

III — диапазон насыщения: клапан широко открыт и дальнейшее регулирование невозможно.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗМЕРОВ РЕГУЛЯТОРОВ И ФИЛЬТРОВ

Размеры элементов, входящих в комбинацию «фильтр-регулятор-маслораспылитель» (ФРМ) должны соответствовать требуемой производительности. Для регуляторов величина среднего объемного расхода должна приходиться на середину диапазона регулирования (диапазон II на рис.7 а). Размер фильтра определяется допустимой величиной перепада давления на нем. Для работы стандартного фильтра-влагоотделителя (не путать с магистральным фильтром) требуемый минимальный перепад давления составляет около 0,2 бар. Однако, в любом случае при максимальном расходе перепад давления следует поддерживать на уровне менее 1 бар.

Таким образом, размер ФРМ определяется расходом, а не присоединительными размерами составляющих компонентов данного пневматического узла. В модульных системах всегда есть возможность подобрать переходник в соответствии с имеющимся размером трубы.

СМАЗКА ПНЕВМАТИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ

На сегодняшний день для основной массы современного пневматического оборудования смазка не требуется, поскольку заложенной на стадии изготовления смазки хватает на весь срок службы.

Срок службы и технические характеристики таких пневматических устройств полностью удовлетворяют требованиям, которые предъявляются к современному производственному оборудованию, работающему с высокой интенсивностью.

Преимущества «несмазываемого» оборудования заключаются в следующем:

а) экономия затрат на смазочное оборудование, смазочное масло, а также на обслуживание смазочных систем;

б) пневматические системы становятся более чистыми и, следовательно, более гигиеничными, что особенно важно для пищевой и фармацевтической промышленности;

в) воздух в рабочем помещении становится более чистым, а значит, представляет меньшую угрозу для здоровья и безопасности обслуживающего персонала.

Тем не менее, некоторые пневматические элементы все-таки требуют смазки. Для обеспечения постоянной смазки такого оборудования в сжатый воздух при помощи маслораспылителей добавляют определенное количество смазочного масла.

ПРОПОРЦИОНАЛЬНЫЕ МАСЛОРАСПЫЛИТЕЛИ

Принцип работы маслораспылителя заключается в том, что создаваемый в нем перепад давления, величина которого прямо пропорциональна величине расхода, заставляет масло подниматься из стакана маслораспылителя в прозрачный колпачок подачи масла.

При строго фиксированной степени сужения потока (использовании постоянного дросселя) слишком высокий расход вызвал бы чрезмерно большой перепад давления и привел бы к тому, что в составе воздушно-масляной смеси оказалось бы слишком много масла.

И наоборот, пониженный расход не смог бы обеспечить достаточный перепад давления, в результате чего воздушно-масляная смесь оказалась бы обедненной.

Для решения этой проблемы необходимо, чтобы маслораспылители имели специальные устройства автоматического регулирования величины поперечного сечения дросселя для поддержания постоянного соотношения компонентов в смеси.

Воздух, поступающий через входное отверстие А (рис.8), расходится по двум направлениям: часть его проходит через гибкую перегородку и выводится наружу, а другая часть попадает в стакан маслораспылителя через обратный клапан.

При отсутствии потока воздуха давление будет одинаковым над поверхностью масла в стакане, в масляной трубке и в прозрачном колпачке подачи масла. Соответственно, при этом никакого перемещения масла не наблюдается.

Как только воздух начнет проходить через устройство, препятствие в виде гибкой перегородки вызовет перепад давления между входом и выходом маслораспылителя. Чем выше расход, тем больше будет перепад давления.

Поскольку прозрачный колпачок подачи масла через капиллярный канал сообщается с зоной низкого давления, начинающейся сразу за перегородкой, давление в колпачке будет меньше, чем давление в стакане.

Эта разность давлений заставит масло подниматься по трубке в колпачок через обратный клапан и регулятор расхода.

Как только масло окажется в колпачке, оно начнет через капиллярный канал просачиваться в главный воздушный поток в том месте, где сжатый воздух имеет наибольшую скорость. Здесь масло разбивается на мельчайшие частицы до состояния мелкодисперсной пыли и равномерно смешивается с воздухом за счет турбулентности в вихревой зоне за гибкой перегородкой.

Перегородка изготавливается из эластичного материала, позволяющего ей тем больше изгибаться, чем выше расход. В результате этого поперечное сечение воздушной струи может уменьшаться и увеличиваться, обеспечивая пропорциональное регулирование перепада давления и поддерживая, тем самым постоянное соотношение воздуха и масла в смеси.

Регулируемый дроссель в линии подачи масла позволяет регулировать количество масла с учетом конкретной величины перепада давления. Если поток сжатого воздуха будет временно остановлен, обратный клапан в системе подачи масла «запрет» масло в верхней части трубки.

Воздушный обратный клапан позволяет доливать масло в маслораспылитель при наличии давления is системе, которая при этом может продолжать нормально работать.

Требуемая величина подачи масла зависит от режима работы, однако, обычно следует ориентироваться па одну или две капли на цикл работы машины.

Рекомендуется применять чистое минеральное масло (без присадок) с вязкостью 32 сСт. Некоторые компании по производству смазочных масел предлагают специальные марки для пневматического оборудования, обладающие высокой способностью впитывать влагу без утраты смазочных свойств.

БЛОКИ ПОДГОТОВКИ ВОЗДУХА (ФРМ)

Фильтр, регулятор давления и маслораспылитель могут быть соединены в единый рабочий блок (рис. 9) при помощи переходников и крепежных элементов.

РАЗМЕРЫ И МОНТАЖ

Размеры сборного блока, должны выбираться исходя из величины максимального расхода, предусмотренного для системы. Необходимая информация обычно предоставляется изготовителями.

Контрольные вопросы:

1. Регулировка давления, основные элементы регулировки, конструкции, применение.

2. Стандартный регулятор, принцип работы, применение.

3. Регулятор непрямого действия (с пилотным управлением), принцип работы, применение.

4. Фильтр регулятор, принцип работы, применение.

5. Характеристики регуляторов.

6. Определение размеров регуляторов и фильтров.

7. Смазка пневматического оборудования.

8. Пропорциональные маслораспылители, конструкции, применение.

9. Блоки подготовки воздуха, размеры и монтаж.

Поиск по сайту: