Распределительная и регулирующая аппаратура пневмосистем

В пневмосистемах применяется распределительная и регулирующая аппа­ратура тех же типов и конструктивных исполнений, что и в гидросистемах, и лишь в отдельных случаях применяются дополнительные средства для повышения герметичности и обеспечения смазки. Так, например, повсе­местно применяются распределительные и прочие регулирующие клапаны с дополни­тельными средствами герметизации в виде резиновых уплотнительных колец, а также клапаны с эластичными затворами.

Распределительные клапаны. Для распре­деления воздуха применяются двухпозици-онные клапаны и золотники с плоскими распределительными элементами, которые обеспечивают высокую герметичность сое­динения.

На рис. 230 приведена принципиальная схема клапанного распределителя для управ­ления пневмоцилиндром одностороннего действия. Подвод сжатого воздуха произво­дится к каналу Ь, а отвод отработавшего воз­духа— через канал а. Рабочая полость сило­вого цилиндра / соединена с каналом с. При повороте рычага 4 утапливается тот или иной клапан 2 или 5, в результате воздух или подводится в рабочую полость цилиндра 1, или отводится из него в атмосферу. Герметизация затворов клапанов осу­ществляется плоскими или резиновыми фторопластовыми кольцами'З, заде­ланными в металлические части затворов.

Клапан управляется вручную различными рычагами и толкателями, а также электромагнитами и сжатым воздухом, причем при отсутствии управляющего воздействия затвор клапана обычно перекрывает под воздей­ствием пружины проход воздуха от подводящего к выходному отверстию.

На рис. 231 представлены клапаны с ручным воздействием на толкатель 2, осуществляемым через рычаг / (рис. 231, а), и механическим воздействием на этот толкатель (рис. 231, в).

Сжатый воздух (давление до 6 кГ1см^г) подводится к каналу Ъ (рис. 231, а). В положении затвора клапана 4, показанном на рис. 231, а (толкатель 2 не нажат), он усилием пружины 5 к давления сжатого воздуха прижимается к седлу втулки 6 и герметично перекрывает с помощью резиновой прокладки 3

проход воздуху от входного отверстия Ь к отверстию а, которое сообщается через осевое сверление толкателя 2 с атмосферой. При утапливании (переме­щении вправо) толкателя 2 он упирается сначала:своим торцом в резиновую прокладку 3 затвора, отключая отверстие а от атмосферы, и при дальнейшем перемещении отрывает затвор клапана 4 от седла, открывая при этом проход сжатому воздуху от входного отверстия b в отверстие а пневмодвигателя.

На рис. 231, б показан клапан с пневматическим воздействием на тол­катель 3 через поршень 2 пневмоциливдра 1. Сжатый воздух подается в ка­нал а.

В тех случаях, когда требуется обеспечить фиксирование затвора в обоих крайних его положениях, применяются различные механические средства. В клапане, представленном на рис. 231, г, это обеспечивается тем, что рычаг 1 воздействует на толкатель 4 через перемещающуюся в направляющих 2 косую шайбу 3, с помощью которой рычаг / фиксируется в обоих крайних своих положениях. Эта фиксация обеспечивается тем, что в обоих крайних поло­жениях рычага / усилие реакции подпружиненной косой шайбы 3 стремится удержать его в этом положении.

Пневмоклапаны с электромагнитным управлением. В системах пневмо­автоматики широко применяются распределительные клапаны с электро­магнитным управлением.

На рис. 232 приведена принципиальная схема пневмопривода с распреде­лением плоскими клапанами с резиновыми затворами. Открытие (утапли-вание) клапанов 1 и 3 осуществляется электромагнитом 4 через рычаг 2 и

закрытие — пружинами 7. При утапливании левого клапана / и освобожде­нии правого клапана 3 левая полость пневмоцюшндра 6 соединяется с маги­стралью 5 питания сжатым воздухом, а правая — с атмосферой и наоборот. Применяются клапаны прямого действия и с серводействием (двухсту­пенчатые клапаны).

На рис. 233, а приведена схема двухпозиционного клапанного распреде­лителя (пневмокрана) с электромагнитным сервоприводом.

Запорный узел этого распределителя со­стоит из двух клапанов (затворов), один из которых 2, нагруженный пружиной 1, является собственно распределителем, а вто­рой 3, связанный с якорем 6 электромагнита 5, — вспомогательным клапаном (клапаном-пилотом), управляющим основным клапа­ном 2.

При подаче напряжения на обмотку элек­тромагнита 5 его якорь 6 переместится, преодолевая усилие пружины 7 вправо, в ре­зультате правый затвор вспомогательного клапана 3 сядет на седло 4, отойдя от седла 8, выполненного в основном клапане 2 (рис. 233, а). При этом воздух под давлением поступит в камеру с и, действуя на пра­вый торец основного клапана 2, переместит

его влево, соединив канал питания а с каналом потребителя Ь и перекрыв одновременно проход к каналу d, ведущему в атмосферу.

После обесточивания обмоток электромагнита 5 его якорь 6 под действием пружины 7 переместится влево, в результате связанный с ним.затвор вспомо­гательного клапана 3 отойдет от седла 4 и соединит камеру с с атмосферой. Это позволит пружине 1 возвратить основной клапан 2 в исходное (правое) положение (рис. 233, б). При этом клапан 3 сядет на седло 8, перекрывая доступ воздуха из канала питания а в камеру с.

Золотники с плоским распределительным элементом. Распространены пневмораспределители с плоским распределительным элементом (золотни­ком), которые выполняются с различным (ручным, пневматическим и элек­трическим) управлением.

Конструктивно эти золотники подобны аналогичным золотникам гидро­систем.

Управление этими распределителями осуществляется, как правило, с по­мощью пневматических устройств или электромагнитов.

На рис. 234. показана принципиальная пневмосхема с электропневмати­ческим распределителем в виде плоского золотника 9 (см. также рис. 54),

приводимым связанным с ним дифференциальным плунжером 1 (диаметр D>d).

Командными элементами в этой схеме являются концевые выключа­тели 7 и 8, на которые воздействуют упоры, установленные на штоке сило­вого пневмоцилиндра 6. Исполнительным элементом является сердечник электромагнита 3, несущий управляющие пневмоклапаны 2 и 4, отжимаемые пружиной 5 в левое положение, в котором клапан 2 перекрывает канал d, соединенный с межпоршневой камерой b и вводным каналом а.

При втягивании сердечника в катушку пневмоклапан 4 отсоединяет камеру с от атмосферы, а клапан 2 соединяет ее с каналом пневмосети, в ре­зультате сжатый воздух, воздействуя на дифференциальный плунжер 1, перемещает плоский золотник 9 в левое положение, в соответствии с чем поршень пневмоцилиндра 6 переме­щается влево.

В конце хода штока пневмоцилин­дра 6 им приводится в действие выклю­чатель <§, который обесточивает элек­тромагнит 3, в результате клапан 4 соединяет камеру с с атмосферой, а клапан 2 перекрывает канал d, соеди­няющий ее с камерой Ъ между диффе­ренциальными поршнями распредели­тельного плунжера 1. При этом плун­жер вместе с золотником 9 в результате действия на его поршни неуравновешенного вследствие разности площадей давления в камере перемещается вправо (в положение, показанное на рис. 234), соединяя левую полость пневмоцилинд-ра 6 с каналом а питания. В резуль­тате шток пневмоцилиндра 6 возвратится в исходное положение, воздей­ствуя в конце своего хода на выключатель 7. Далее цикл повторится.

На рис. 235, а представлена конструкция золотника с двусторонним пнев­матическим управлением прямого действия.

Плоский золотник 5 перемещается из одного крайнего положения в дру­гое поршнями 1 и 4, общий шток 2 которых механически связан с золотни­ком. К зеркалу корпуса 6 распределителя золотник 5 прижимается усилием пружины 3 и давлением' воздуха в камере g, соединенной с каналом с питания.

Сжатый воздух подводится к каналу с и отводится в атмосферу через канал е. Перемещение золотника осуществляется давлением сжатого воз­духа,'подводимого поочередно в цилиндры двустороннего поршня от какого-либо источника через отверстия а и Ъ.

В одном из крайних положений золотника 5 сжатый воздух проходит к отверстию f, связанному с одной из полостей пневмоцилиндра, а отвер­стие d в это время сообщается с атмосферой. В другом крайнем положении золотника отверстие f сообщается с атмосферой, а отверстие d второй полости пневмопривода — с магистралью сжатого воздуха. Следовательно, отвер­стия f и d, соединенные с полостями силового пневмоцилиндра, сообщаются попеременно при перемещении золотника 5 либо с каналом питания, либо с атмосферой. Необходимо учесть, что золотник в этой схеме распределения будет нагружен давлением воздуха, действующим на всю омываемую им поверхность.

На рис. 235, б показана конструкция двухпозиционного четырехходо-вого воздухораспределителя этого типа с двусторонним электропневматиче­ским управлением. Сжатый воздух подводится к внутренней полости с воздухораспределителя через входное отверстие h и далее в зависимости

от положения золотника 5 поступает к соответствующим каналам е или g, свя­занным с полостями пневмоцилиндра.

На рис. 235, б правый электромагнит / показан во включенном поло­жении, а левый — в выключенном.

Якорь правого электромагнита, втягиваясь, нажимает на стержень 2 клапана управления, открывая затворы. Сжатый воздух из полости с через отверстие I малой площади сечения (дроссель) поступает в полости dub под торцы поршня 4. При включенном правом электромагните стержень 3 вместе с резиновой прокладкой отодвигается влево, открывая выход сжатому воздуху из полости b через отверстие а в атмосферу. В результате давление воздуха в полости b падает, тогда как в полости d оно равно подводимому, ввиду чего поршень 4 с золотником 5 перемещается в правое положение. В этом положении золотника сжатый воздух из полости с поступает в отвер­стие е, а отверстие g сообщается с атмосферой через отверстие f. При этом поршень 4 кольцевым выступом (рыльцем) упирается в резиновую про­кладку 6 и 'закрывает выход сжатому воздуху через отверстие а в атмосферу в течение всего времени, пока электромагнит включен.

При выключении правого электромагнита стержень (затвор клапана) 3 возвращается в исходное положение.

При включении левого электромагнита полость d соединяется с атмосфе­рой и поршень 4 вместе с золотником 5 переместится влево. При этом сжатый воздух из полости с поступает в отверстие g, а отверстие е сообщается с атмо­сферой через отверстие f.

Краны последовательного включения. Для последовательного включения двух силовых пневмоцилиндров при движении их штоков в одном направле­нии и для одновременного возвращения в другом направлении, что часто требуется в пневмоприводах станков и других машин, применяются много­позиционные поворотные золотники (краны) с плоским распределительным элементом. Распределитель (рис. 236) представляет собой трехпозиционный шестиходовой кран с ручным управлением. Сжатый воздух подводится к крану через канал а к внутренней полости b крана, образованной корпу­сом 4 и крышкой 3, и отводится в атмосферу через канал с. К зеркалу крышки 3 прижимается давлением сжатого воздуха ипружиной 6 плоский золотник 5, поворот которого производится с помощью валика 1 и ру­коятки 2, имеющей три фиксированных положения, в которых каналы рас­пределителя d, e, f и g, ведущие к полостям управляемых пневмоцилиндров (двигателей), сообщаются попеременно с полостью давления или с атмосфе­рой. В положении А входной канал а соединяется с каналами d и / и выход­ной канал с с каналами е и g; при повороте крана против часовой стрелки (в положение В) входной канал а соединен с каналами d и g, а при повороте крана по часовой стрелке (положение С) входной канал соединен с кана­лами g и е.

Регулирование скорости пневмодвигателя и схемы управления. Регули­рование скорости пневмодвигателя осуществляется устройствами, приме­няемыми в гидродвигателях.

Скорость рабочего органа обычно регулируется дроссельным регуля­тором скорости, устанавливаемым на выходе двигателя (см. рис. 102, б). При колебаниях нагрузки в этом случае, а следовательно, и скорости пере­мещения выхода изменяется противодавление в нерабочей (выпускной) полости, которое сглаживает колебание скорости (повышает плавность движения).

Для поддержания заданного режима применяются как ручные, так и автоматические устройства, регулирование которых осуществляется в боль­шинстве случаев в функции давления или пути; реже применяется управ­ление в функции времени.

При путевом управлении команды на срабатывание пневмоцилиндра поступают от управляющих клапанов, которые переключаются в соответствующем месте хода движущимся элементом пневмоцилиндра или иной подвижной частью машины.

Схема пневмопривода с таким управлением приведена на рис. 237, а. Элементы пневмосистемы показаны в исходном положении, т. е. в положе­нии, предшествующем началу цикла. Система имеет пусковой клапан 5 и два клапана 1 и 3, управляемые упором 2 на штоке пневмоцилиндра 4, через которые производится питание сервопривода плоского распределитель­ного золотника 6. Перемещение последнего обеспечивается сбросом давления из соответствующей (правой или левой) полости цилиндров сервопривода. Для этого сжатый воздух постоянно подводится через дроссельные отвер­стия а в поршеньках плунжера золотника 6 в обе полости цилиндров (серво­привода) управления этим золотником.

Система приводится в действие вручную при помощи пускового кла­пана 5, при перемещении которого вниз левая полость цилиндра золот­ника 6 соединяется через открывшийся клапан 5 и через открытый упором 2 на штоке клапан 3 с атмосферой, в результате давление в левой полости пневмоцилиндра 4 понизится практически до атмосферного. Поскольку же клапан 1 при этом остается закрытым, давление в правой полости цилиндра золотника 6 будет равно давлению в сети, и плунжер золотника под действием перепада давления переместится влево. При этом сжатый воздух будет под­водиться в левую полость пневмоцилиндра 4, а отработавший — удаляться в атмосферу. Под действием сил давления сжатого воздуха поршень сило­вого пневмоцилиндра 4 будет перемещаться вправо. При этом при отходе упора 2 от клапана 3 последний под действием внутренней пружины пере­местится влево, отсоединив правую полость приводного цилиндра золот­ника 6 от линии питания и соединив эту полость с атмосферой.

В конце прямого хода штока упор 2 приведет в действие клапан 1, откры­вая выход сжатому воздуху из правой полости цилиндра управления золот­ника 6, в результате произойдет переключение его в положение обратного хода штода пневмоцилиндра 4. По окончании этого хода цикл повторится. Сопротивление дроссельных отверстий а в поршеньках золотника 6 должно быть возможно большим (значительно выше сопротивления трубопровода и клапанов 1 и 3).

Управление в функции времени. Управление пневмоприводом в функции времени характеризуется тем, что сигналы подаются через заданные в соот­ветствии с технологическим процессом промежутки времени, что дости­гается с помощью командоаппаратов и устройств (реле), отсчитывающих длительность операций.

На рис. 237, б показана схема пневмопривода станка, управляемого с помощью установленного на валу командоаппарата или иной части станка, вращающегося кулачка 3, скорость вращения которого определяет длитель­ность цикла. При утапливании кулачком 3 клапана / сжатый воздух из сети поступает в правую полость распределителя 2 с дифференциальным привод­ным поршнем (d₁ >> d₂), перемещая его в положение, соответствующее рабо­чему ходу штока пневмоцилиндра 4. При снятии сигнала управления плун­жер распределителя 2 давлением жидкости в левой его полости возвращается в исходное (правое) положение.

Торможение пневмоприводов. Во многих случаях применения пневмо­привода оказывается необходимым осуществить торможение поршня пневмо-

цилиндра в конце его движения для избежания удара, который нежела­телен или недопустим по условиям прочности механизмов или характера технологической операции.

Торможение осуществляется внутренним или внешними дроссельными тормозными устройствами, устанавливаемыми на пути отвода воздуха из полости опорожнения (нерабочей полости). Эти устройства уменьшают проходное сечение выходной (отводной) магистрали в некоторой точке хода поршня пневмоцилиндра, в результате в этой полости создается тормозное противодавление, снижающее скорость движения поршня.

На рис. 238, а показана схема пневмоцилиндра с подобным устрой­ством. Питание цилиндра и движение его поршня происходит по обычной схеме до того, пока соответствующий выступ а на поршне / не перекроет одну из камер Ь. После же того как поршень 1 цилиндра перекроет при движении, например влево, своим выступом а камеру Ь, диаметр d₂ которой равен диаметру &_х выступа, воздух сможет удаляться из выпускной полости (в данном случае — правой) лишь через регулируемый дроссель 3 малого сечения, в результате воздух в этой полости сжимается, тормозя движение с интенсивностью, определяемой регулировкой дросселя.

В исходное (левое) положение поршень возвращается после переключе­ния управляющего пневмораспределителя под воздействием воздуха, про­текающего в правую полость в обход дросселя через обратный клапан 2. В конце хода поршня вступает в действие тормозная система левой полости цилиндра. Кинетическая энергия движущихся масс привода преобразуется при торможении в работу сжатия воздуха. Эта работа определяется коли­чеством сжимаемого в полости цилиндра воздуха и степенью его сжатия (отношением противодавления в цилиндре в конце и начале торможения), а также характером процесса сжатия (см. стр. 260).

Недостатком внутренних тормозных устройств является трудность регу­лировки момента включения их по ходу поршня, ввиду чего в случае необ­ходимости подобной регулировки применяют внешние тормозные устрой­ства. На рис. 238, б показана схема привода с внешним тормозным устройством. Система снабжена четырехходовым распределителем 2 и трехходовым распределителем 5, управляемым с помощью кулачка 6 на штоке поршня 1 пневмоцилиндра и снабженным регулятором скорости. При перемещении поршня 1 вправо сжатый воздух отводится через трехходовой 5 и четырех-ходовой 2 распределители в атмосферу. В определенном (заданном) месте хода шток поршня при помощи кулачка 6 переключает (утапливает) распре­делитель 5, в результате воздух будет выходить лишь через регулируемый дроссель 4, ввиду чего обеспечивается снижение скорости поршня до тре­буемой величины.

В начале обратного хода поршня (влево) подача сжатого воздуха проис­ходит до того, как распределитель 5 еще не переключен (находится в утоп­ленном положении), через распределитель 2 и обратный клапан 3 и после

прекращения действия кулачка 6 на рас­пределитель 5 — непосредственно минуя дроссель (регулятор скорости) 4. Распре­делитель 5, обратный клапан 3 и дрос­сель 4 обычно комплектуются в одном агрегате, получившем название тормоз­ного клапана. При помощи этого клапана могут быть обеспечены как требуемая степень дросселирования в конце хода по­ршня, так и изменение длины тормозного пути и скорости перемещения на любом участке пути.

Для торможения движения штока пнев­моцилиндра путем дросселирования пото­ка воздуха, удаляемого из опоражнивае­мой полости цилиндра, применяют также специальные тормозные золотники, кото­рые позволяют затормозить приводимый рабочий орган (по заданному закону) в любом месте его пути.

Схема подобного золотника пока­зана на рис. 239. Золотник состоит из дроссельного плунжера 11 с конусным

затвором, управляемого упором (кулачком) 3 на движущейся части (штоке 1 пневмоцилиндра 2) машины, и свободно посаженного запорного клапана 9, нагруженного пружиной 10. Плунжер И в свободном состоя­нии удерживается пружиной 7 в верхнем положении, в котором между конусным затвором плунжера 11 и гильзой клапана 9 образуется щель, ло которой воздух из опоражнивающейся (нерабочей) полости пневмоци­линдра 2 сбрасывается через отверстия с, камеру Ь и распределительный кран 5 в атмосферу. В этом случае шток 1 пневмоцилиндра 2 пере­мещается со скоростью, определяемой начальным положением плун­жера 11.

На соответствующем (заданном) участке пути упор 3, связанный со што­ком 1 пневмоцилиндра, нажимает на плунжер 11 и, сжав пружины 7, пере­мещает его вниз. При этом плунжер И своей конусной частью заходит в отверстие хвостовика клапана 9, в результате площадь проходного сечения щели d с перемещением плунжера И уменьшается, что вызывает повышение противодавления в опоражниваемой полости пневмоцилиндра 2 и плавное затормаживание штока /. После того как плунжер 11 полностью перекроет проходную щель, воздух из опорожняемой полости пневмоцилиндра 2 вы­тесняется лишь через регулируемый дроссель 6, настройкой которого регулируется скорость штока /.

При реверсировании распределительного крана 5 сжатый воздух из маги­страли подается в полость Ь. Преодолевая усилие слабой пружины 16, воздух откроет клапан 9 с уплотняющей прокладкой 8 и направится в пек лость, откуда через отверстие а поступит в левую полость пневмоцилиндра 2. Таким образом обеспечивается при реверсировании беспрепятственное напол­нение пневмоцилиндра сжатым воздухом, несмотря на то, что дроссельный плунжер 11 еще остается в течение некоторого времени в утопленном поло­жении.

Плавность торможения и его продолжительность определяются длиной и профилем нажимного кулачка 3, воздействующего на дроссельный плун­жер 11.

Гидравлические демпферы. Вследствие сжимаемости воздуха обеспечить при пневматическом демпфере строго заданный закон торможения и гаран­тировать остановку поршня точно в крайнем положении практически невозможно. Ввиду этого в случае повышенных требований к тормо­жению применяют гидравлический демпфер.

На рис. 240 показана схема од­ного из таких демпферов. Демпфер состоитиз конусного штока 1 сдвумя поршнями, межпоршневая камера d которого заполнена тормозной жидкостью. Поршень давлением воздуха в левой полости Ъ, соеди­ненной с воздушной магистралью, постоянно удерживается в крайнем правом положении. Поскольку с этой же магистралью соединен и бачок 2, под таким же давлением будет нахо­диться до вступления демпфера в действие и тормозная жидкость в камере d.

После того как поршень 4 силового пневмоцилиндра при перемещении влево придет в контакт с правым тормозным поршнем и приведет его в дви­жение в том же направлении, жидкость из камеры d вытесняется через дрос­сельное кольцевое проходное сечение, образованное штоком 1 и отверстием в перегородке с, в правую полость тормозного цилиндра 3 (в камеру а). Поршневой шток 1 обычно выполняется в виде конуса, подбором конусности которого можно обеспечить требуемую эффективность и закон торможения. Расчеты показывают, что при конусном штоке / практически обеспечивается закон равномерного замедления поршня 4.

Обратное движение поршня 4 пневмоцилиндра осуществляется через жидкость, находящуюся в бачке 5, в который для этого подводится через распределитель воздух под давлением.

Рассматриваемая схема предотвращает также жесткий удар поршня 4 при подходе его при прямом ходе к правому поршню штока 1. Из схемы сле­дует, что при движении поршня 4 влево он вытесняет через отверстия / жидкость из промежуточной камеры е в бачок 5. После того как первое из отверстий / будет перекрыто движущимся поршнем 4, эффективность демпфирования повысится, а после перекрытия и второго отверстия поршень 4 и шток 1 будут связаны жидкостью, запертой в камере е. Благодаря этому устройству обеспечивается плавность включения демпфирующего устрой­ства.

Пневматический регулятор. В машиностроении широкое применение получили автоматические пневматические регуляторы расхода, схема одного из которых приведена на рис. 241.

Изменение регулируемого параметра (расхода воздуха, протекающего по магистрали 14) передается в виде сигнала (изменения давления) датчику 4, который перемещает заслонку 6 регулятора, изменяя расстояние (зазор) х между срезом сопла 5 и заслонкой. В результате изменяется давление р₁

в предсопловой камере Ь и в камере с сильфона 8, причем при уменьшении расстояния х давление р₁ повышается и наоборот. В соответствии с этим изменяется также и давление р₂ на выходе из регулятора, которое и служит давлением среды, питающей исполнительный механизм (в данном случае мембранный привод 15 перекрывного вентиля магистрали 14). Давление р₂ действует также на второй сильфон 7, площадь которого меньше площади сильфона 8.

Для обеспечения равновесного состояния процесса при разных величинах регулируемого параметра в схему регулятора включена обратная связь, состоящая из камеры а с сильфоном 1 и пружины 2. В камеру а передается

давление р₂ регулируемого (команд­ного) потока воздуха, которое воз­действует на сильфон / и перемещает с помощью штока 3 заслонку 6, сни­жая входной сигнал датчика 4.

В данной схеме сопло—заслонка 5— 6 является усилителем сигнала, поступающего в сильфонный датчик а (усилитель первой ступени), а силь-фонная коробка 10 — усилителем второй ступени, повышающим с по­мощью регулируемого дросселя И — 12 давление воздуха с р_г до р₂ на входе в исполнительный механизм.

Рассмотрим действие сильфонной коробки 10, являющейся усилителем второй ступени. Сжатый воздух под давлением р₀ через регулируемый дроссель типа сопло—заслонка 9 —// поступает в сильфонную камеру d, соединенную с одной стороны с поло­стью мембранного привода 15 и одно­временно через второй регулируе­мый дроссель, состоящий из той же заслонки // и трубки 12, с атмос­ферой. Заслонка // стержнем связана с сильфонной коробкой, вследствие чего расстояние ее от среза сопла 9 и торца дренажной трубки 12 опреде­ляется давлением р_г усилителя первой ступени (давлением перед соплом 5). При перемещении заслонки 11 вниз увеличивается проходное сечение между ею и соплом 9 и одновременно уменьшается сечение торцовой щели между заслонкой и трубкой 12. При полном перекрытии заслонкой 11 проходного сечения трубки 12 в камере d, а следовательно, и в мембран­ном приводе 15 установится максимальное давление.

Равновесие сильфонного датчика определится равенством

где F₁ и F₂ — эффективные площади сильфонов 7 и 8. Ввиду того что F₁>F₂ будем иметь р₂ > р₁.

Регулятором этого типа обеспечивается с большой степенью точности линейная зависимость между изменением регулируемого параметра и выход­ным давлением р₂, т. е. перемещением исполнительного мембранного при­вода перекрывного вентиля магистрали 14. Иначе говоря, каждому значе­нию регулируемого параметра соответствует строго определенное значение давления р₂ в мембранном приводе.

Аппараты регулирования давления воздуха. Для нормальной работы пневмосистемы питание ее должно производиться воздухом с постоянным давлением, которое обеспечивается специальными регуляторами давления (редукторами давления или редукционными клапанами).

Редуктор давления — регулятор, служащий для автоматического пони­жения давления сжатого воздуха и автоматического поддержания его на заданном уровне.

В качестве редукторов применяются преимущественно диафрагменные (см. рис. 72, 6) и сильфонные (см. рис. 73) их типы. Эти редукторы исполь­зуются для получения относительно невысоких давлений (до 30—40 кГ/см²) вследствие ограниченной прочности диафрагмы и сильфона.

Затвор в клапанах, предназначенных для работы с газами, выполняют обычно в виде плоского (пластинчатого) обрезиненного или изготовленного из эластичного материала клапана, сажаемого на гнездо с закругленными выступающими кромками (реже применяются шариковые затворы).

На рис. 242, а показан один из аппаратов этого назначения, который в практике получил название стабилизатора (редуктора) давления (см. также рис. 72, б). Принцип его работы основан на автоматическом изменении проход­ного сечения потока воздуха при изменении давления и расхода воздуха в питающей сети и поддержании, таким образом, постоянства давления воз­духа на выходе стабилизатора (в линии потребителей). Постоянство давле­ния обеспечивается автоматическим изменением положения дроссельного клапана, регулирующего проходное сечение потока воздуха при колеба­ниях давления в камере а, связанной с выходом.

Для установки требуемого рабочего давления на выходе стабилизатора служит регулировочный (дроссельный) винт /, с помощью которого изме­няют усилие пружины 2, воздействующей на мембрану 3, связанную с кла­паном 4, который удерживается в седле пружиной 5. Изменение давления и расхода воздуха в сети вызывает перемещение мембраны 3 и клапана 4, вследствие чего изменяется проходное сечение потока воздуха до тех пор, пока силы, воздействующие на мембрану 3, не уравновесятся и давление в камере а не стабилизируется.

При уменьшении давления в камере а, что может быть вызвано уменьше­нием давления в подводящей сети или увеличением расхода воздуха потре­бителями, мембрана 3 под действием пружины 2 опустится и, переместив

вниз клапан 4, увеличит проходное сечение потока воздуха, что обеспечит выравнивание давления в камере а до заданного.

Увеличение давления в камере а вызовет обратное действие указанных частей стабилизатора. Малейшее изменение давления в камере а вызовет мгновенное изменение положения клапана 4.

На рис. 242, б изображена схема пневмосистемы с диафрагменным регу­лятором, установленным в магистрали питания щтоковой (нижней) полости пневмоцилиндра 5, давление в которой должно быть ниже давления р_пит

в магистрали питания (р_ред < р_пит).

При повышении давления р_ред воздуха на выходе из регулятора (в камере а) мембрана 3 прогибается вверх, и, преодо­левая усилие пружины 2 и перемещая вверх плоский затвор клапана 4, уменьшает проходное его сечение. При понижении же давления на выходе проходное сечение клапана увеличи­вается. Настройка регулятора на требуемое давление осуществляется винтом 1, сжимающим пружину 2.

Пропорциональное редуцирование давления. В системах пневмоавтома­тики применяют также приборы регулирования давления, обладающие свой­ством пропорционального редуцирования (редуцирования давления в задан­ном отношении), которое достигается применением последовательно соеди­ненных двух и более дросселей в сочетании с редукционным клапаном.

Принципиальная схема подобного регулятора приведена на рис. 243, а. Регулятор состоит из двух камер аи Ь, разделенных мембраной 2, связанной с редукционным клапаном 5, установленным в верхней камере Ь. На входе в нижнюю проточную камеру а и на выходе из нее установлены дроссели / и 3 постоянного сопротивления. На выходе из верхней камеры установлен дроссель 4.

В нижней камере действует давление р₁ определяемое неравенством Po>Pi>P2, где Р_о — давление перед дросселем 1 и р₈ — давление после дросселя 3.

Выбором сечений этих дросселей f_t и f ₃ устанавливается требуемое дав­ление р! в нижней камере а, которое поддерживается также и в верхней надмембранной камере (считаем мембрану абсолютно эластичной), выбо­ром же сечения f ₄ Дросселя на выходе из верхней камеры регулируется рас­ход воздуха через редукционный клапан 5.

Расчет рассматриваемого регулятора сводится к расчету заполнения и опорожнения камер (емкостей) а и Ь через дроссели /, 3, 4. Анализ пока­зывает, что отношение р_г/р₀ давлений р_х в камере а и р₀ — на входе в эту камеру определится отношением площадей дросселей /₃//_lt причем при над­критическом процессе истечения в обоих дросселях имеем

По аналогии с электрическим потенциометром рассмотренную камеру обычно называют пневматическим потенциометром.

На этом же принципе построен также и аналогичный датчик отношения давления p₀/p₁, схема которого представлена на рис. 243, б.

Проточная камера с выходным регулируемым дросселем типа сопло— заслонка широко применяется, в частности, в пневмогидравлических сле­дящих приводах в качестве первой ступени усиления (рис. 244, а; см. также рис. 127). Изменяя перемещением заслонки а расстояние х, т. е. изменяя проходное сечение выходного регулируемого дросселя, можем управлять давлением р₁ в проточной (междроссельной) камере и в соединенном с ней пневмоцилиндре. На рис. 244, 6 показана экспериментальная кривая функ­ции p₁ = f (x) этой системы.

При малых давлениях питания (р₀ ≤0,5 кГ/см²) пневматическое устрой­ство этого типа можно приближенно рассчитывать как гидравлическое, используя уравнение постоянства расхода Q через оба дросселя.

В этом случае имеем, согласно уравнению (19),

откуда (полагая коэффициенты сопротивления дросселей ζ₁ = ζ₂)

или

где

Электропневматическое реле и индикатор давления. Для контроля давле­ния в пневмосистемах, осуществляемого воздействием на контакты микро­переключателя, включенного в электрическую цепь управления, приме­няют реле давления. Реле представляет собой нагруженную пружиной мембрану /, на которую действует рабочее давление воздуха (рис. 245; см. также рис. 84, в).

Давление воздуха, подводимого к каналу а, действует через мембрану 1 на грибок 2 и толкатель 5. Если усилие, развиваемое давлением воздуха, превышает усилие противодействующей пружины 3 (усилие пружины регу­лируется винтом 4), то толкатель 5 перемещается и воздействует на штифт микропереключателя 6.

Аналогичное по принципу действия устройство, называемое индикатором давления, применяют для подачи сигнала о наличии давления на определенных участках пневмосистем. Этот индикатор представляет собой миниатюр­ный силовой пневмоцилиндр одностороннего действия (рис. 246). В корпусе 1 цилиндра перемещается поршенек 3, уплотняемый резиновой манжетой 4. При отсутствии давления на контролируемом участке пневмосистемы поршенек 3 под действием пружины 2 удерживается в крайнем правом поло­жении. При появлении же давления он, сжимая пружину 2, перемещается влево. Выдвинутый шток 5 сигнализует с помощью механических или элек­трических устройств о наличии давления на том участке пневмоцепи, к кото­рому подключен индикатор давления.

Электропневматический вентиль. В системах пневмоавтоматики приме­няются для дистанционного управления воздушными магистралями вентили (рис. 247), в которых проходные каналы закрываются и открываются конусными клапанами, управляемыми электромаг­нитом. При включении электротока, подводимого через клеммную коробку /, якорь 9 перемещается вниз и с помощью толкателя 8 и клапана 6 перекры­вает отверстие в верхнем седле клапана 2 и, одновременно нажимая через толкатель 5 на нижний клапан 3, открывает нижнее отверстие этого седла. При этом сжатый воздух, поступающий из магистрали в отверстие Ь, направ­ляется через отверстие с к потребителю.

При обесточивании катушки 7 пружина 4 перемещает вверх нижний кла­пан 3, перекрывая поступление воздуха из магистрали. Одновременно с этим перемещается вверх верхний клапан 6, обеспечивая сброс через канал в седле клапана 2 и выпускное отверотие а воздуха из системы потребителя в атмо­сферу.

Гидропневматические преобразователи давления. В тех случаях, когда располагаемое давление воздуха недостаточно для получения при рацио­нальных размерах пневмоагрегатов требуемых усилий, применяют пневмо-гидравлические преобразователи, в которых относительно невысокое давле­ние воздуха преобразовывается в высокое давление жидкости, являющейся рабочей средой гидравлической части системы. В частности, такие усили­тели применяют в механизмах подачи металлообрабатывающих станков, причем при применении их представляется возможным получить значи­тельные усилия подачи при небольших давлениях воздуха.

На рис. 248, а показана схема распространенного пневмогидравлического преобразователя давления. Сжатый воздух под давлением р_е подается в левую полость а цилиндра преобразователя и, действуя на дифференциаль­ный поршень 1, вытесняет жидкость под повышенным давлением в камеру Ь. Это давление действует на пор­шень 3, развивая усилие на што­ке 2.

Давление жидкости в камере Ь

Усилие на штоке 2

На рис. 248, б приведена схема механизма подачи сверлильного станка, включающая преобразо­ватель давления, пневмоцилиндр 4 большого диаметра которого приводит в движение два гидро­цилиндра 1 и 7 малого диаметра, питающие жидкостью исполни­тельный силовой гидроцилиндр 3 механизма подачи станка.

Давление р₂ ^в полостях гидро­цилиндров / и 7 выше давления воздуха р_ъ подводимого в пнев­моцилиндр 4. Оно пропорцио­нально отношению большой F и малой f площади дифференциаль­ного поршня:

Сжатый воздух распределяется плоским золотником 9 с электромагнит­ным приводом. При подаче воздуха в правую полость пневмоцилиндра 4 поршень его перемещается влево, в результате поршень гидроцилиндра / преобразователя подает жидкость в силовой гидроцилиндр 3 механизма подачи станка.

Одновременно жидкость из правой полости гидроцилиндра 3 вытесняется через регулятор скорости, состоящий из дросселя 6 и обратного клапана 5, в правую полость гидроцилиндра 7 преобразователя.

Регулятор скорости имеет регулируемый дроссель б, обратный клапан 5 и обводный золотник (перепускной клапан) 8 с электромагнитным управле­нием по сигналам датчика 2. В начале хода поршня силового гидроцилин­дра 3 жидкость вытесняется им через открытый в исходном положении канал золотника 8 в обход дросселя 6 и после включения приводного электрома­гнита золотника и перекрытия его плунжером сливного канала — через дроссель 6.

Первая часть хода является нерегулируемым ускоренным подводом ин­струмента к изделию и вторая — регулируемым рабочим ходом.

При обратном ходе поршня пневмоцилиндра 4 вправо жидкость из гидро­цилиндра 7 преобразователя поступает через обратный клапан 5 в правую полость гидроцилиндра 3, в результате шпиндель станка ускоренно пере­мещается в исходное положение.

Поиск по сайту: