Пневмоприводы.

Отличительной особенностью современного производства является повсеместное использование в оборудовании высокотехнологичных, однотипных по функциональному назначению и конструкции компонентов общепромышленного применения. Прежде всего, такими компонентами являются различного рода приводы и системы.

Пневматическая система (пневмосистема) - это совокупность взаимосвязанных технических устройств, объединенных единой целью и общим ал­горитмом функционирования, взаимодействие которых осуществляется посредством воздуха. Используемая в системе жидкость называют рабочей средой (энергоносителем).

По своему функциональному назначению пневмосистемы делят на системы управления —(используются для управления разного рода объектов ) и системы, обеспечивающие рабочий процесс в этих объектах (системы смазки, охлаждения, газоснабжения, топливные системы, теплосистемы и др..).

Пневматический привод - это система управления, в состав которой входит комплекс устройств, предназначенных для получения уси­лий и перемещений в машинах и механизмах, рабочей средой которых служит сжатый воздух.

 

Оборудование с пневмоприводами, характеризуется про­стотой конструкции, легкостью обслуживания и эксплуатации, высоким быстродействием, надежностью и дол­говечностью работы, функциональной гибкостью, небольшой стоимостью, а также возможностью работы в аг­рессивных средах, взрыво-, пожаро- и влагоопасных условиях. Сжатый воздух легко аккумулируется и транс­портируется, а в случае его утечки не создается опасности для окружающей среды и производимой, что играет большую роль в пищевой, медицинской, электронной промышленности, а так же при производстве косметики и парфюмерии.

Отличие пневмоприводов от электроприводов состоит в возможности воспроизведения линейных и поворотных движений без помощи преобразующих механизмов, а так же в большей мощности. При этом сохраняется работоспособность при перегрузках. Заметим, что скорость срабатывания и максимальная выходная мощность пнев­матических исполнительных механизмов, питаемых от промышленных пневмомагистралей, меньше.

По сравнению с гидроприводами, пневмоприводы имеют ряд преимуществ, а именно: возможность использо­вания единого источника сжатого воздуха; отсутствие возвратных линий и коммуникаций; более мягкие требования к герметичности; экологическая чистота; большие скорости движе­ния выходного звена. Для пневматических приводов характерны простота управления, свобода выбора мес­та установки, низкая чувствительность к изменениям температуры окружающей среды.

Вместе с тем, область применения пневмоприводов ограничена, в связи с некоторыми недостатками этих устройств. Например, так как, давление воздуха в пневмомагистралях составляет 0,4-1,0 МПа (4-10 бар), что значительно ниже давления в гидросистемах - до 60 МПа (600 бар), пневмо­приводы имеют более низкую энергоемкость и худшие массогабаритные показатели. Из-за сжи­маемости воздуха становится сложно технически реализовать плавность движения выходных звеньев ис­полнительных механизмов при колебаниях нагрузки, а также их точную остановку в любом промежуточном поло­жении (позиционирование) и осуществление заданного закона движения.

 

 

Табл. 1. Сравнение приводов по виду используемой энергии

 

Критерий	Электроприводы	Гидроприводы	Пневмоприводы
Затраты на энергоснабжение	Низкие 1	Высокие 3...5	Очень высокие 7...10
Передача энергии	На неограниченное расстояние со скоростью света с=300 км/с	На расстояния до 100 м, скорость — до 6 м/с, передача сигналов — до 100 м/с	На расстояния до 1000 м, скорость — до 40 м/с, передача сигналов — до 40 м/с
Накопление энергии	Затруднено	Ограничено	Легко осуществимо
Линейное перемещение	Затруднительно, дорого, малые усилия	Просто, большие усилия, хорошее регулирование скорости	Просто, небольшие усилия, скорость зависит от нагрузки
Вращательное движение	Просто, высокая мощность	Просто, высокий крутящий момент, невысокая частота вращения	Просто, невысокий крутящий момент, высокая частота вращения
Рабочая скорость исполнительного механизма	Зависит от конкретных условий	До 0,5 м/с	1,5 м/с и выше
Усилия	Большие усилия, не допускаются перегрузки	Усилия до 3000 кН, защищены от перегрузок	Усилия до 30 кН, защищены от перегрузок
Точность позиционирования	+1 мкм и выше	До +1 мкм	До 0,1 мм
Жесткость	Высокая (используются механические промежу-точные элементы)	Высокая (гидравлические масла практически несжимаемы)	Низкая (воздух сжимаем)
Утечки	Нет	Создают загрязнения	Нет вреда, кроме потерь энергии
Влияние окружающей среды	Нечувствительны к изменениям температуры	Чувствительны к изменениям температуры, пожароопасны при наличии утечек	Практически нечувствительны к колебаниям температуры, взрывобезопасны

 

 

1. Управление пневмоприводами.

 

Любой пневматический привод состоит из двух взаимо­связанных основных частей:

силовой, в которой осуществляются энергетические процессы;

управляющей, реализующей информационные процессы

Управление энергией полученного сжатого воздуха (регулирование давления и расхода, распределение и направление потоков сжатого воздуха), осуществляется через клапаны давления, дроссели, распределители и прочие элементы направляющей и регулирующей подсистемы привода.

В простейших приводах функциями управления занимается человек.

Осуществление функций управления и контроля связано с постоянной необходимостью выполнения целого ряда логических и вычислительных операций. В связи с тем, что физиологические возможности человека как системы управления ограничены, эффективное использование и разработка вы­сокопроизводительных систем возможны лишь при передаче функций управления машинам. Поэтому, задачей автоматического управления - это осуществление процесса управления без прямого участия человека.

Используются разомкнутые и замкнутые системы автоматического управления (САУ). В разомкнутых систе­мах состояние управляемого объекта не контролируется, управляющее воздействие генерируется исходя из цели управления и свойств объекта управления. В замкнутых же САУ управляющее воздействие произ­водится на основе результата сравнения текущего состояния с требуемым, либо по сравнению состояний в контрольных точках.

Управляющие устройства замкнутой системы управления, по своему функциональному назначению делятся на две подсистемы:

информационную (сенсорную);

логико-вычислительную (процессорную).

В информационную подсистему включаются различные устройства ввода внешних управляющих сигна­лов, датчики и индикаторы.

Процессорная подсистема—обработка введенных управляющих сигна­лов в соответствии с заданной программой и вывод их на устройства управления энергией в силовой части привода.

Реализация управляющей части возможна через использование пневматических, электрических или электронных средств автоматизации, в зависимости от условий эксплуатации, требований безопасности или степени сложности силовой части привода.

Практически всегда исполнительные механизмы приводов машин имеют же­сткую или кинематическую связь с объектом управления, что дает возможность оценивать состояние объекта по состоянию их выходных звеньев.

В системах автоматического управления сигналы передаются по замкнутому контуру. Применяется обратная связь, обеспечивающая передачу информации об изменении состояния исполнительного механизма в систему управления, что является основным принципом построения САУ.

Наиболее распространенными САУ являются дискретные системы управ­ления, т. е. системы с принудительным пошаговым процессом. Переход от текущего шага к последующим в таких системах производится программой только по сигналам, поступающим от управляемой системы. САУ, работающие по такой схеме, классифицируют по типу управления, характеру формирования и виду передаваемых сигналов и т. д.

Если управляющая часть пневмопривода реализована не на пневматической элементной базе, то говорят о гибридной САУ. Например, если система управления выполнена на основе электрических релейно-контактных, система управления является электропневматической

Так как электронные системы управления имеют преимущества у пневматических по быстродействию, габаритам и простоте перепрограммирования, а собирать информацию в общем случае удобнее посредством электронных датчиков, то для автоматизации различных технологических процессов все более широко при­меняют электропневматические САУ.