Обеспечение заданного режима работы пневмопривода

Эффективность работы любого пневмопривода, особенно работающего в составе

оборудования со сложным технологическим циклом, в значительной степени определяет-

ся его стабильной работой при изменении скорости и усилия развиваемого выходным зве-

ном, например штоком пневмоцилиндра. В общем случае режим работы пневмопривода в

течении цикла должен обеспечивать:

перемещение выходных звеньев пневмодвигателей с заданной скоростью, которая

в течении цикла работы может меняться (разгон в начале хода и торможение в конце),

давление в рабочих полостях пневмодвигателя, позволяющее развивать требуемые

усилия на его выходном звене (штоке пневмоцилиндра, валу пневмоповоротника),

необходимое количество и величину перемещений выходного звена пневмоприво-

да с требуемой точностью.

Скорость перемещения выходного звена пневмодвигателя регулируется с помощью

дросселей, обычно устанавливаемых в магистрали по которой воздух сбрасывается в ат-

мосферу при рабочем ходе. Однако такой спо-

соб регулирования скорости перемещения,

например штока пневмоцилиндра, не обеспечи-

вает достаточного уровня плавности особенно

при изменении усилия действующего на шток.

Наиболее простым и надежным способом обес-

печения заданной скорости перемещения штока

пневмоцилиндра, которая не зависит от измене-

ния величины усилия действующего на шток яв-

ляется замены воздуха как рабочего тела подава-

емого в рабочую полость пневмоцилиндра на

жидкость (масло) низкого давления. Принципи-

альная схема такого привода показана на Рис 1.

Рис. 2. Схема использования жидкости низкого

давления для обеспечения плавного перемеще-

ния штока пневмоцилиндра

Рис 1 Общий вид пневмопривода

Она состоит из пневмоцилиндра Ц, воздухораспределителя ВР, с электромагнитным

управлением, пневмогидроаккумулятора А и двух гидравлических дросселей с обратным

клапаном Д1 и Д2, установленных навстречу друг другу в магистрали соединяющей

пневмогидроаккумулятор А с поршневой полостью пневмоцилиндра Ц. При включении

электромагнита Э1 (воздухораспределитель ВР находится в положении показанном на

Рис) воздух от воздухораспределителя ВР поступает в штоковую полость пневмоцилин-

дра Ц, а из его поршневой полости масло вытесняется через обратный клапан дросселя

Д1 и дроссель Д2 в пневмогидроаккумулятор А. При этом скорость втягивания штока

пневмоцилиндра Ц регулируется величиной настройки гидравлического дросселя Д2. При

включении электромагнита Э2 (воздухораспределитель ВР переключается в правое поло-

жение) воздух от воздухораспределителя ВР поступает в пневмогидроаккумулятор А и за-

ставляет находящееся в нем масло через обратный клапан дросселя Д2 и дроссель Д1 по-

ступать в поршневую полость пневмоцилиндра Ц, а воздух из его штоковой полости в это

время сбрасывается в атмосферу. При этом скорость выдвижения штока пневмоцилиндра Ц

регулируется величиной настройки гидравлического дросселя Д1.

На Рис 3 показана конструкция малогабаритного пневмогидравлического поворот-

ного привода с торможением выходного вала в крайних положениях. Он содержит корпус

1 с каналами для подвода воздуха 8 и 9, в котором расположены гидрополость 2, рабочие

пневмополости, 3 – прямого хода и 4 обратного хода и связанные общим штоком 5, поршни 6

и 7. Гидроемкость 2 расположена кооксиально пневмополости обратного хода 4 и соединена

с последней посредствам каналов 10,11,12,13. В верхней части гидроемкости 2 установлен

сепаратор 14 предназначенный для уменьшения скорости входящего в него потока воздуха. В

поршень 6 встроен плавающий плунжер 15, поджатый пружиной 16. На штоке 5 закреплена

зубчатая рейка 17 находящаяся в зацеплении с шестерней 18 и поджатая к ней роликами 19

для разгрузки штока 5 от радиальных усилий, возникающих при передаче крутящего момента

в зубчато – реечной передаче. В поршень 6 встроен плавающий плунжер 20 поджатый пру-

жиной 21. Плунжеры 15 и 21 при нахождении поршней 6 и 7 в крайних положениях перекры-

вают соответственно каналы 12 и 22. Истечение масла через канал 13 регулируется клапаном

23, а воздуха через канал 9 величиной дросселирующего отверстия 24. В исходном положе-

нии (как показано на Рис) пневмополость прямого хода 3 соединена с атмосферой посред-

ствам воздухораспределителя (на Рис не показан), а пневмополость обратного хода 4 запол-

нена маслом, при этом гидрополость 2 частично заполнена маслом, находящимся под давле-

нием сжатого воздуха подаваемого через тот же воздухораспределитель. Работает поворот-

ный пневмопривод следующим образом. Сжатый воздух через канал 9 и 22 поступает в пнев-

Рис. 3. Конструкция пневмогидравлического

поворотного привода

мополость прямого хода 3, а канал 8 при этом соединен с атмосферой. Под действием сжато-

го воздуха плунжер 20 перемещается влево, открывая канал 22 и поршень 7 перемещается

влево со скоростью определяемой перетеканием масла из полости обратного хода 4 по кана-

лам 12, 10, 11 в гидроемкость 2. При этом рейка 17, перемещаясь вместе со штоком 5, враща-

ет шестерню 18. В конце хода плунжер 15 перекрывает канал 12 и дальнейшее перетекание

масла из пневмополости 4 и гидрополость 2 происходит через канал 13 и клапан 23, что при-

водит к замедлению скорости движения поршней 6 и 7 в конце хода влево. При обратном хо-

де пневмопривода сжатый возжух поступает в канал 8, а канал 9 соединяется с атмосферой,

при этом, торможение в конце хода происходит после перекрытия канала 22 плунжером 20 и

дросселирования воздуха через отверстия 24.

На Рис 4 показана конструкция пневмоцилиндра обеспечивающая плавное торможе-

ние в конце хода независимо от внешней нагрузки на его шток за счет использования для торможения давления вытесняемого воздуха из нерабочей полости пневмоцилиндра. Кон-струкция предлагаемого пневмоцилиндра содержит корпус 1, поршень 2 со штоком 3, и устройство для торможения поршня 2 в конце его хода в виде втулки 4 с кольцевой про-точкой 5 и каналами 6 и 7 для сообщения последней со штоковой полостью 8 и полостью 9 штока 3. Устройство снабжено стержнем 10 соединенным с корпусом 1, который прохо-дит через втулку 4 во внутрь полости 9 штока 3 и имеет на наружной поверхности две продольные канавки, канавка 11 для соединения поршневой полости 13 с кольцевой про-точкой 5 во втулке 4 и канавка 12 для соединения полостей пневмоцилинра 8 и 9. При этом воздух поступает через штуцера 14 и 15 с установленными в них дроссельными шайбами, а втулка 4 установлена одновременно в полости 9 штока 3 и полости 16 поршня 2. Пневмо-цилндр работает следующим образом. Воздух под давлением через штуцер 14 поступает в полость 13 и далее через продольную канавку 11 проточку 5 и канал 6 в полость 9, заполняя ее. Под действием давления воздуха в поршневой полости 13 поршень 2 со штоком 3 начина-ет перемещаться относительно корпуса 1 пневмоцилиндра и стержня 10. В результате этого, сообщение между полостями 13 и 5 через продольную канавку 11 прекращается и воздух под давлением находится в полости 5. При подходе поршня 2 со штоком 3 к положению соответ-ствующему, например 0,8 от его полного рабочего хода, продольная канавка 12 на стержне 10 сообщается с каналом 7 во втулке 4 и воздух из полости штока 9 через канал 7 поступает в

Рис. 3. Конструкцияпневмоцилиндра с торможе-

ниемне зависящим от внешней нагрузки

штоковую полость 8, создавая противодавление на поршень 2. При дальнейшем движении поршня 2 со штоком 3 к конечному положению сообщение между полостями 8 и 9 прекраща-ется, а воздух в штоковой полости 8 под действием движения поршня 2 сжимается, оказывая дополнительное сопротивление перемещению поршня 2 и одновременно медленно стравли-вается через дроссельную шайбу в штуцере 15 в атмосферу. Таким же образом происходит демпфирование при обратном ходе поршня 2, только при этом полость 9 заполняется возду-хом через канал 7 и канавку 12, а сбрасывает воздух в поршневую полость 13 через канал 6 и канавку 11.

Перечисленные способы торможения пневмоцилиндра обладают одним общим не-достатком, который заключается в том, что торможение осуществляется в определенный момент его хода, а изменение величины участка торможения и места его расположения, что бывает необходимо при наладке исполнительного механизма, приводит к значитель-ному снижению эффективности торможения. Регулирование скорости перемещения штока пневмоцилиндра и эффективности торможения на любом участке его пути может быть до-стигнуто за счет сброса воздуха в атмосферу из нерабочей полости пневмоцилиндра через регулятор давление (редукционный клапан), при его соединении с магистралью сброса возду-ха по команде от системы пневмоавтоматики. Для понимания такого способа регулирования скорости рассмотрим конструкцию регулятора давления, и способ его подключения к нера-бочей полости пневмоцилиндра которые показаны на Рис 4.

Он состоит из сборного корпуса состоящего из нижней части в которой выполнены

воздухоподводящие магистрали и клапан 4 с пружиной 5 и верхней части, в которой уста-новлены регулировочный винт 1, пружина 2 и мембрана 3. Принцип работы регулятора давления основан на автоматическом изменении проходного сечения отверстия для потока воздуха на входе при изменении его давления и поддержания, таким образом, постоянства давления на выходе. Это обеспечивается за счет автоматического изменения положения длос-селирующего клапана 4, регулирующего проходное сечение отверстия для прохода воздуха на входе при колебании давления в камере а, связанной с выходом, величина которого настраивается за счет регулирования усилия пружины 2 винтом 1. Показанная на Рис. 5 схе-ма подключения редукционного клапана при колебании давления в штоковой полости пнев-моцилиндра происходящим при изменении внешней нагрузки на штоке, позволяет за счет автоматической регулировки проходного сечения дросселирующего клапана 4 обеспечить постоянство пониженной скорости перемещения штока при торможении. Она состоит их пневмоцилинндра Ц, двух воздухораспределителей, управляющего пневмоцилиндром ВР1 и управляющего торможение его штока ВР2, регулятора давления Р, установленного в маги-страли сброса в атмосферу воздуха из штоковой полости пневмоцилиндра, а также конечного выключателя ВК, управляющего, через систему электроавтоматики, электромагнитом Э3,

Рис. 5. Конструкция и схема работы

регулятора давления

воздухораспределителя ВР2. При нахождении воздухораспределителей ВР1 и ВР2 в положе-нии указанном на Рис воздух от воздухораспраделителя ВР1 поступает в поршневую полость пневмоцилиндра Ц, а из штоковой полости проходя через выключенный воздухораспредели-тель ВР2 сбрасывается в атмосферу через воздухораспределитель ВР1. В определенном месте рабочего хода штока пневмоцилиндра Ц срабатывает конечный выключатель ВК, который через систему электроавтоматики включает электромагнит Э3, переключающий воздухорас-пределитель ВР2 в правое положение и воздух из штоковой полости начинает сбрасываться в атмосферу через регулятор давления Р, с определенным противодавлением, что тормозит движение штока. Эффективность торможения определяется настойкой редукционного кла-пана Р.

Достаточо эффективный способ торможения пневмоцилинра в конце хода его штока

заключается в применении гидроамортизаторов, которые в частности успешно применя-

ются в автоматических манипуляторах с пневмоприводом. Конструкция гидроамортиза-

тора и его общий вид показаны на Рис 6.

Гидроамортизатор состоит из корпуса, который выполнен из двух труб наружной 2 и

внутренней 10 и отверстиями 4 для перетекания тормозной жидкости 7, образующими за-

мкнутую полость 3, выполняющую функцию аккумулятора, поршня 8, жестко соединен-

ного со штоком 6, не конце которого установлен наконечник 1, возвратной пружины 5 и

обратного клапана 9 встроенного в поршень 8. Работает гидроамортизатор следующим

Рис 16.8.14 Конструкция и общий

вид гидроамортизатора

Рис. 5. Схема применения регулятора давления

для регулирования скорости

Рис. 6. Конструкция и общий вид

гидроамортизатора

образом. При ударном воздействии нагрузки на шток 6 с наконечником 1 пружина 5 сжи-

мается и перемещающийся при этом вниз поршень 8 вытесняет тормозную жидкость из

поршневой полости через отверстия 4 в камеру аккумулятора 3, при этом скорость удар-

ного воздействия резко снижается. При снятии нагрузки шток 6 возвращается в исходное

положение пружиной 5, при этом тормозная жидкость из камеры аккумулятора перетекает

в поршневую полость намного быстрее за счет открытия обратного клапана 9.

При проектировании пневмопривода оборудования автоматического действия, зача-

стую, для обеспечения его максимальной производительности возникает необходимость

увеличения скорости перемещения, особенно в начальный момент движения исполни-

тельного механизма. Для увеличения скорости перемещения поршня пневмоцилиндра

необходимо увеличить расход воздуха поступающего в полость находящуюся под давле-

нием (например поршневую полость) и ускорить сброс воздуха в атмосферу из противо-

положной полости (например из штоковой полости). Для увеличения расхода воздуха по-

ступающего в поршневую полость пневмоцилиндра ее дополнительно соединяют с ресси-

вером и увеличивают проходное сечение воздухоподводящего трубопровода. Для обеспе-

чения ускоренного сброса воздуха из штоковой полости в месте ее соединения с возду-

хоподводящим трубопроводом устанавливают клапан быстрого выхлопа.

На Рис 7 показана пневмосхема управления пневмоповоротником обеспечивающая

быстрый поворот его вала против часовой стрелки и торможение в конце поворота, а за-тем быстрый поворот в исходное положение. Она состоит из пневмоповоротника Ц1, вал которого через обгонную муфту соединен с поворотным столом, ресивера Р, клапана быстрого выхлопа КБВ, управляющего воздухораспределителя ВР1, воздухораспредели-теля управляющего торможением ВР3, воздухораспределителя ВР4, работающего как элемент «ПАМЯТЬ», воздухораспределителя ВР2, обеспечивающего подключение реси-вера Р к левой полости пневмоповоротника, а также контролирующих пневмоаппаратов ВК1, ВК2, логического элемента «ИЛИ», обратных клапанов КО и КО2, редукционного клапана РК и конпки 𝑲н, обеспечивающей начало цикла работы пневмопривода. Работает пневмопривод следующим образом. При включении кнопки 𝑲н воздух поступает к П2ВР1 и П1ВР4, что приводит к переключению ВР1 в правое положение, а ВР4 в левое

Рис 16.8.15 Схема управле-

ния пневмоповоротником

Рис. 7. Схема управления пневмоповоротником

положение. Переключение ВР1 в правое положение приводит к тому, что воздух из пнев-мосети поступает в левую полость пневмвоповоротника (в это время клапан быстрого вы-хлопа КБВ перекрывает сброс воздуха в атмосферу), а из правой полости пневмоповорот-ника сбрасывается в атмосферу проходя через воздухораспределитель ВР3, находящийся в левом положении и вал пневмоповоротника, соединенный посредствам зубчато-реечной передачи со штоком начинает вращаться против часовой стрелки. Переключение воздухо-распределителя ВР2 в левое положение обеспечивает подачу воздуха из ресивера Р также в левую полость пневмоповоротника, что увеличивает общий расход поступающего воз-духа и соответственно скорость вращения вала. После поворота стола на определенный угол срабатывает ВК2 и воздух от него поступает к П2ВР4, в результате чего, при вклю-ченной кнопке КН, воздухораспределитель ВР4 переключается в правое положение и к П2ВР3, в результате чего, при выключенном ВК1 воздухораспределитель ВР3 также пе-реключается в правое положение. При переключении воздухораспределителя ВР4 в пра-вое положение воздух перестает поступать к П1ВР2 и воздухораспределитель ВР2 под действием пружины переключается в правое положение, что приводит к отключению по-тока воздуха подаваемого от ресивера Р в левую полость пневмоповоротника. При пере-ключении воздухораспределителя ВР3 в правое положение воздух из правой полости пневмоповоротника начинает сбрасываться в атмосферу через редукционный клапан РК, что создает определенный подпор, величина которого определяется настройкой клапана. Все это приводит к снижению скорости вращения вала пневмоповоротника и обеспечива-ет его плавную остановку в крайней точке. Затем срабатывает ВК1 и воздух от него по-ступает к П1ВР3, переключая воздухораспределитель ВР3 в левое положение, и к П1ВР1, переключая воздухораспределитель ВР1 также в левое положение. При этом, воздух от воз-духораспределителя ВР1 поступает в правую полость пневмоповоротника, а из левой сбра-сывается в атмосферу через клапан быстрого выхлопа КБВ, что приводит к быстрому вра-щению по часовой стрелке вала пневмоповоротника и быстрому его возврату в исходное положении. Поскольку обратное вращение вала пневмоповоротника происходит практиче-ски без нагрузки, торможение в конце хода не предусмотрено.

Наиболее часто пневмопривод используется в нестандартном оборудовании, а также в качестве привода для различного вида механизированных приспособлений для механи-ческой обработки, в которых для обеспечения необходимого усилия зажима детали при давлении сжатого воздуха 0,5 – 0,6 МПа диаметр пнемоцилндра становится недопустимо большим. Поэтому в приспособлениях для механической обработки нашли широкое при-менение пневмогидравлические усилители, которые, получая привод от пневмосети, обеспечивают подачу масла в зажимные гидроцилиндры с давлением 2,5 – 5,0 МПа, что позволяет уменьшить диаметр цилиндра в 2 – 3 раза, и при этом нет необходимости иметь дорогостоящую гидростанцию в качестве привода. На Рис 8 приведена конструкция та-кого пневмогидроусилителя. Он состоит из сборного корпуса, который содержит крышку 1, гильзу 2 и проставку 15, образующие пневмоцилиндр низкого давления, стакан 5, кор-пус гидроцилиндра высокого давления 4, образующие вместе с проставкой 15 и стаканом 5 емкость для масла, а также порщень пневмоцилиндра низкого давления 16 и шток 3, ко-торый является еще и плунжером цилиндра высокого давления. На верхнем торце корпуса 4 гидроцилиндра высокого давления 4 установлена клапанная коробка в которой распо-ложены, крышка 10 со штуцером 9, поршень 11 и манометр. При этом пневмосеть через штуцер 20 трубку 14, камеру А, трубку 6, штуцер 7 трубопровод 8 и штуцер 9 и клапан-ную коробку 12 соединена с рабочим цилиндром, а подвод воздуха в поршневую полость В пневмоцилиндра низкого давления осуществляется через штуцер 21, а в штоковую по-лость Г через штуцер 23.

Работает пневмогидроусилитель следующим образом. Сначала для осуществления

предварительного зажима в рабочий гидроцилиндр подается масло под давлением 0,4-0,6

МПа (давление воздуха в заводской пневмосети). При этом воздух от пневмосети подает-

ся через штуцер 20 и трубку 14, в верхнюю часть камеры А, что заставляет находящееся в

ней масло через трубку 6, штуцер 7 трубопровод 8 и штуцер 9 и клапанную коробку 12

поступать в рабочий цилиндр. Окончательный зажим осуществляется при переключении

пневмокрана (на Рис не показан) в соответствующее положение при котором воздух через

штуцер 21 поступает в поршневую полость В пневмоцилиндра низкого давления, а из его

штоковой полости Г сбрасывается в атмосферу, что приводит к перемещению поршня 16

со штоком-плунжером 3 вверх. Под давлением плунжера 3 масло из полости Б через отвер-

стие Д в клапанной коробке 12, поступает в ее центральную расточку, в которой располо-

жен поршень 11 и смещает его влево, что приводит к тому, что он своим левым конусным

торцем перекрывает поступление в рабочий цилиндр масла низкого давления и соединяет

правую полость расточки с каналом соединенным с рабочим цилиндром. При этом образу-

ется замкнутая гидравлическая система соединяющая гидроцилиндр высокого давления с

поршневой полостью рабочего гидроцилиндра, давление в которой мгновенно возрастает

пропорционально отношению квадрата диаметров поршня пневмоцилиндра низкого давле-

ния 16 и плунжера гидроцилиндра высокого давления 3. Разжим осуществляется при соот-

ветствующем переключении пнемокрана, что приводит к сбросу в атмосферу воздуха из

полости В пневмоцилиндра низкого давления, к подаче воздуха в его штоковую полость Г,

и подаче воздуха в штоковую полость рабочего гидроцилиндра и соединения с атмосферой

штуцера 20. При этом поршень 11, клапанной коробки 12 под действием пружины возвра-

щается в исходное положение, масло из поршневой полости рабочего гидроцилиндра пере-

текает в полость А и поршень 16 пневмоцилиндра низкого давления опускается вниз. В ре-

зультате этого шток рабочего цилиндра возвращается в исходное положение.

На Рис. 9 показана оригинальная конструкция двухступенчатого пневмогидроусили-

теля Он содержит полый шток 1, закрепленный на нем поршень 2, образующий две пнев-

мополости 3 и 4, поршень 5, установленный на штоке свободно и образующий две пнев-

мополости 6 и 7, каналы 8 и 9, сообщающие рабочую полость 10, свободно насаженного

поршня 5 с полостью 11 высокого давления, размещенной в полом штоке 1 и связанной с

рабочим цилиндром через канал 12. Шток 1 снабжен дополнительным поршнем 13, разме-

щающимся в рабочей полости 10 свободно насаженного поршня 5, установленного в рас-

точке 14, выполненной в поршне 5 со стороны его верхнего торца 15, кроме того в отвер-

стии дополнительного поршня 13 установлен плунжер 16, жеско соединенный с корпусом

17 пневмогидроусилителя.

Работает пневмогидроусилитель следующим образом. Полость 6 заполняется возду-

хом, при этом полости 3 и 7 соединены с атмосферой, а полость 4 находится под давлени-

ем. Поршень 5 поднимается вверх, вытесняя масло с увеличенным давлением (давление

Рис. 8. Конструкция пневмогидроусилителя

маслапропорционально отношению квадратов площади поршней 5 и 13) из полости 10 че-

рез каналы 8 и 9 и канал 12 к рабочему цилиндру. Затем заполняется воздухом полость 3, а

полость 4 в это время соединяется с атмосферой. При этом поршень 2 начинает перемещать-

ся вверх и масло из полости 11 высокого давления вытесняется через канал 12 в рабочий ци-

линдр, при этом часть масла поступает в полость 10 до тех пор, пока каналы 8 и 9 не пере-

кроются штоком 1. После этого масло из полости 11 с еще большим давлением (давление

масла пропорционально отношению квадратов диаметров плунжера 16 и поршня 2) поступа-

ет только в рабочий цилиндр, а поршни 2 и 5 одновременно поднимаются, образуя одно це-

лое, поскольку каналы 8 и 9 перекрыты. Возврат поршней 2 и 5 в исходное положение обес-

печивается подачей воздуха в полость 4 и соединением полостей 3 и 6 с атмосферой. При

этом масло из рабочего цилиндра выталкивается в полость 10 и 11 пружиной или воздухом.

Последним элементом режима работы пневмопривода является обеспечение требуе-

мого перемещения выходного звена пневмопривода (штока пневмоцилиндра, вала пнев-

моповоротника) с заданной точностью. Если необходимо получить два положения пнев-

модвигателя, то это обеспечивается введением в конструкцию исполнительного механиз-

ма механических регулируемых упоров (обычно винтов или болтов с точной резьбой и

контргайкой). Но если приводимый пневмоприводом исполнительный механизм должен

иметь несколько фиксированных положений, то для этого применяются пневмоцилиндры

особой конструкции и специальные системы управления ими.

На Рис 10 показана конструкция пневмоцилиндра позволяющая осуществлять шаговое

перемещение штока пневмоцилиндра и соответственно иметь множество его положений в

процессе совершения полного рабочего хода. Он состоит из корпуса 1, имеющего форму

стакана, нижней крышки 2, неподвижного диска 10, верхней крышки 3, поршня 4 со што-

ком 5, образующих полости 6 и 7, напраляющей 8, электромагнита 9, управляющего

фрикционной муфтой состоящей из подвижного диска 11 и неподвижного диска 10, оп-

тронного датчика состоящего из источника света 13 и фотоприемника 14. При этом по-

движный диск 11 имеет радиальные отверстия 12 (пазы) совмещенные с оптронным дат-

Рис. 9. Конструкция двухступенчатого пневмогидроусилителя

чиком и зуб 15 входящий в зацепление с винтовым пазом 16 выполненным на штоке 5,

которые образуют несамотормозящуюся винтовую пару. Подвод и отвод воздуха в поло-

сти 6 и 7 пневмоцилиндра осуществляется через штуцера 17 и 18. Работает пневмоци-

линдр следующим образом. В исходном положении поршень 4 находится в крайнем ниж-

нем положении, электромагнит 9 отключен. Под действием сжатого воздуха подаваемого

в через штуцер 17 в поршневую полость 6 поршень 4 перемещается вверх. При этом под

действием винтовой канавки 16, взаимодействующей с зубом 15, подвижный диск 11

начинает вращаться, а оптронный датчик при этом фиксирует количество совмещенных с

его осью радиальных отверстия 12 на подвижном диске 11, выдавая в систему электроав-

томатики, управляющую работой пневмоцилиндра модулированные импульсы. В опреде-

ленный момент после получения необходимого количества импульсов от оптронного датчика

система электроавтоматики включает электромагнит 9, который фиксирует подвижный диск

11 и поршень 4 останавливается. Через некоторое время, определяемое программой работы

пневмоцилиндра электромагнит 9 выключается и поршень продолжает движение до следую-

щего фиксированного положения и так пока не придет в крайнее выдвинутое положение. Для

возврата поршня в исходное положение воздух подается через штуцер 18 в штоковую по-

лость 7, а из поршневой полости 6 через штуцер 17 сбрасывается в атмосферу, что приводит к

опусканию вниз поршня 4 со штоком 5.

На Рис 11 показана пневмосхема и конструкция пневмопривода, в котором исполнитель-

ный цилиндр осуществляет шаговое перемещения на фиксированную величину, что необхо-димо для стопелирования плоских изделий с малой толщиной. Он содержит исполнительный цилиндр 1 с поршнем 4 и штоком 5 образующими поршневую полостью 2 и штоковую 3, об-ратные клапаны 6 и 7, регулируемый подпорный клапан 8, воздухораспределители ВР1 и ВР2, регулируемые гидродроссели 11 и 12, блок подготовки воздуха 13. Соосно с исполни-тельным цилиндром, охватывая его снаружи, расположен вспомогательный цилиндр 14 с разделителем сред 15, образующим две полости 16 и 17. Кроме того, устройство содержит дозатор 18 с упором 19 и поршнем 20 разделяющим его на две полости 21 и 22, причем по-лость 21 соединена через воздухораспределитель ВР1 с блоком подготовки воздуха 13 и пневмомагистралью. Полость 22 через подпорный клапан 8 связана с полостью 16 вспомога-тельного цилиндра 14, а последняя через гидродроссели 11, 12 и обратные клапаны 6, 7 с

Рис. 10. Пневмоцилиндр с шаговым

перемещением штока

поршневой полостью 2 исполнительного цилиндра 1 и полостью 22 дозатора 18 с образова-нием замкнутого гидравлического контура циркуляции масла. Полость 17 вспомогательного цилиндра 14 через воздухораспределитель ВР2 и штоковая полость 3 исполнительного ци-линдра соединены с блоком подготовки воздуха 13 и пневмомагистралью. На штоке 5 испол-нительного цилиндра 1 установлен столик 23 с возможностью взаимодействия с конечными выключателями 24 и 25.

Работа пневмопривода по стопелированию изделий малой толщины осуществляется

следующим образом. В исходном положении полость 17 вспомогательного цилиндра 14

соединена через воздухораспределитель ВР2 с атмосферой, а полость 21 дозатора 18 со-

единена с пневмо-сетью через воздухораспределитель ВР1 и блок подготовки воздуха 13.

При поступлении изделия (плитки) на приемный столик 23, срабатывает конечный вы-

ключатель 24, сигнал от которого через систему электроавтоматики включает электромаг-

нит воздухораспределителя ВР1, который переключает воздухораспределитель в правое

положение и полость 21 дозатора соединяется с атмосферой. А масло из поршневой поло-

сти 2 исполнительного цилиндра 1 под действием поршня 4, столика 23 с плиткой, а также

под воздействием воздуха в его штоковой полости 3 перетекает через гидродроссель 11 и

обратный клапан 6 в полость 22 дозатора 18. При этом полость 22 разобщена с полостью

16, поскольку подпорный клапан 8 настроен на большее давление, чем возникшее в дан-

ный момент в полости 22. Поршень 20 дозатора 18 перемешается вправо до контакта с

регулируемым упором 19. Величина хода поршня 20 дозатора определяет величину фик-

сированного перемещения штока 5 с приемным столиком 23 на шаг. Опускание столика

23 с плиткой вызывает выключение конечного выключателя 24, что приводит к выключе-

нию электромагнита и возврату воздухораспределителя ВР1 в исходное положение и как

следствие сообщению полости 21 дозатора 18 с пневмомагистралью. Под действием сжа-

того воздуха поршень 20 дозатора 18 перемещается влево, вытесняя масло из полости 22

через подпорный клапан 8 в полость 16 вспомогательного цилиндра 14, при этом полость

Рис. 11. Пневмоцилиндр с шаговымперемещением што-

ка на фиксированную величину

22 посредствам обратного клапана 6 разобщена с поршневой полость 2 исполнительного

цилиндра 1. После того как приемный столик 23 вместе со штоком 5 исполнительного ци-

линдра опустились на один шаг пневмопривод готов к выполнению следующего цикла

работы, который начнется с поступлением следующей плитки и срабатывания конечного

выключателя 24. После выполнения последнего шага образовавшаяся стопа плитки сни-

мается, вызывая срабатывание конечного выключателя 25, которое приводит к включе-

нию электормагнита воздухораспределителя ВР2 и его переключению в правое положе-

ние. При этом полость 17 соединяется с пневмомагистралью и разделитель сред 15 пере-

мещаясь вниз вытесняет масло из полости 16 вспомогательного цилиндра 14 через гидро-

дроссель 12 и обратный клапан 7 в поршневую полость 2 исполнительного цилиндра 16,

устанавливая тем самым поршень 4 со штоком 5 в исходное верхнее положение.

Еще одним способом получения определенного количества фиксированных переме-

щений штока пневмоцилиндра является использование комплекта, сосно расположенных

пневмоцилиндров, соединенных друг с другом посредствам последовательного крепления

их передних и задних крышек в тандем.

На Рис 12 показан пневмопривод, имеющий четыре фиксированных положений што-

ка, состоящий из четырех пневмоцилиндров Ц1 – Ц4, которые управляются четырьмя воз-

духораспределителями ВР1 – ВР4, при этом поршневая полость последнего пневмоцилин-

дра с максимальным ходом поршня постоянно соединена с пневмомагистралью. Величина

ходов пневмоцилиндров Ц1 – Ц4 имеет соотношение: 1-2-4-8. Работает пневмопривод сле-

дующим образом. При переключении воздухораспределителя ВР1 в левое положение сжа-

тый воздух из пневмомагистрали поступает в поршневую полость пневмоцилиндра Ц1, а

также в постоянно подключенную к ней штоковую полость пневмоцилиндра Ц4. При этом

из-за разности площадей поршневой и штоковой полостей произойдет перемещение всего

тандема поршней со штоками на величину хода пневмоцилиндра Ц1. Последовательное

включение остальных воздухораспределителей в различных вариантах позволит получить

различные величины хода штока пневмоцилиндра Ц4. На Рис. 13 показана схема многопозиционного пневмопривода с повышенным быст-

родействием и точностью перемещения. Пневмопривод содержит исполнительный ци-линдр 1, состоящий из гильзы 2 в которой расположены плавающие поршни 4 – 7 и до-полнительный поршень 8, ограничители хода 9 – 13 и шток 3, системы управления пере-мешением поршней состоящей из трехлинейных двухпозиционных воздухораспределите-лей 21 – 25 с управляющими электромагнитами 26 – 30 и устройство для фиксации поло-

Рис. 12. Схема управления тандемом пневмоцилиндров

жения штока 36 состоящее из гидроцилиндра 38 с двустороннем штоком 39, жестко свя-занного со штоком 3. При этом полости 40 и 41 гидроцилиндра 38 связаны между собой через двухлинейный двухпозиционный гидроклапан 42 управляемый электромагнитом 43 и соединены с аккумулятором 44 через обратные клапаны 45 и 46. Поршень 8 образует в гильзе 2 дополнительную камеру 14, а поршни 4 – 7 – замкнутые камеры 15 – 18, соединя-емые с линией высокого давления 19 и линией низкого давления посредствам воздухорас-пределителей 21 – 25, а штоковая полость 47 гидроцилиндра 1 постоянно связана с линией высокого давления 19. Дополнительная камера 14 соединена с пневмораспределителем 25 через регулируемые дроссели 31 и 32 и пневмогидроаккумулятор 33, причем паралельно дросселям 31 и 32 подключены соединенные входами обратные клапаны 34 и 35 и двухпо-зиционный двухлинейный клапан 36 управляемый электомагнитом 37.

Работает привод следующим образом. В исходном положении поршни 4 – 7 нахо-

дятся в крайнем левом положении, а дополнительный поршень 8 в крайнем правом поло-

жении, т. е. камера 14 полностью заполнена маслом и гидроклапан 42 закрыт. На первом

этапе подаются команды на включение воздураспределителей, обеспечивающих переме-

щения соответствующих поршней, суммарная величина которого соответствует необхо-

димой координате, но выключенный гидроклапан 42 и жесткое соединение штока 3 со

штоком 39 фиксирующего гидроцилиндра 38 не позволяют выполнить перемещение. При

этом под действием давления воздуха и при включенном клапане 36 масло из полости 14

перетекает в пневмогидроаккумулятор 33. На втором этапе происходит отработка коорди-

наты. Для этого включается электромагнит 43, что приводит к открытию клапана 42 и

быстрому перемещению штока 3 с демпфированим в конце хода, которое обеспечивается

медленным заполнением каметы 14 маслом проходящим через дроссель 32 (при этом кла-

пан 36 отключен). На третьем этапе осуществляется фиксация штока 3 пневмоцилиндра 1

гидроцилиндром 38, шток 39 которого связанный со штоком 3 и останавливается при отклю-

чении клапана 42 электромагнитом 43. Для исключения появления ошибки в координате пе-

Рис. 13. Схема многопозиционного пневмопривода

ремещение дополнительного поршня 8 оно должно быть точно равно ходу одного из плава-

ющих поршней 4-7. Привод обеспечивает высокую точность перемещения штока 3 за счет

исключения его ложных перемещений при переходных процессах и за счет демпфирова-

ния в конце отработки координат. Высокая скорость отработки координат обеспечивается

за счет того, что плавающие поршни 4-7 работают с насыщением по расходу, а демпфиро-

вание обеспечивается дополнительным поршнем 8.

Статья написана на основе соответствующего раздела учебного пособия Игна-

тьева Н. П. «Основы проектирования, часть 2. Методика проектирования механиз-

мов и систем» Азов 2011 г. В пособии, помимо способов и устройств для обеспечение

заданного режима работы пневмопривода также содержится:

описание основных элементов пневмопривода, в том числе, пневмодвигателей

и аппаратуры управления,

расчеты пневмопривода,

порядок разработки принципиальной пневмосхемы,

методика и примеры проектирования пневмопривода.

Рис 16.8.20 Схема управления танде-

мом пневмоцилиндров