Основы пневмоавтоматики. Лабораторная работа 04. Прямое управление цилиндром


МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ, НАУКИ И МОЛОДЕЖИ РЕСПУБЛИКИ КРЫМ
ГБОУ ВО РК
«КРЫМСКИЙ ИНЖЕНЕРНО-ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Кафедра «Автомобильного транспорта»
Основы пневмоавтоматики
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4
Прямое управление цилиндром

Работу выполнил студент группы ________
____________________________________
Симферополь, 2017 г.
ПЛАН
ПРАКТИЧЕСКОЙ (ЛАБОРАТОРНОЙ) РАБОТЫ № 4
По дисциплине:Основы пневмоавтоматики.
Тема занятия:Прямое управление цилиндром одностороннего действия.
Цель занятия: Научить студентов анализировать простейшие инженерные задачи, позволяющие применять для своего решения цилиндр одностороннего действия и 3/2-распределитель. Изучить структуру и состав пневмосхемы. Научить студентов анализировать пневмосхемы и самостоятельно создавать схемы простейших устройств с применением цилиндра одностороннего действия и 3/2-распределителя. Научить студентов самостоятельно собирать реальные элементарные пневматические схемы.
Количество часов:4
Содержание работы:
1. Ознакомиться с теоретической частью лабораторной работы, которая содержит такие вопросы:
- пневмоцилиндр – назначение, конструкция, принцип действия;
- 3/2-пневмораспределитель – назначение, конструкция, принцип действия;
- обозначения пневмоэлементов на пневмосхемах.
2. Проанализировать постановку задачи, предложить способ ее решения с помощью пневмоэлементов, структуру пневмосхемы.
3. Нарисовать пневмосхему и проанализировать ее работоспособность .
4. Собрать пневмосхему на учебном стенде из реальных пневмоэлементов и проверить ее работоспособность и соответствие решению поставленной задачи.
Теоретическая часть:
Конструктивные элементы пневмоцилиндров.
Термины, используемые для описания компонентов цилиндра и их функций.
Корпус, цилиндр - выбор цилиндра определяется внутренним диаметром. Его длина определяется ходом поршня.
Поршень - перемещается в пределах цилиндра, разделяя полости с уплотнениями, основная функция - воспринимать давление - энергию сжатого воздуха и преобразовывать ее в силу и перемещение.
Шток поршня - соединен с поршнем и располагается внутри и вне цилиндра, чтобы передать развиваемую силу.
Передняя крышка - гарантирует пневматическое уплотнение и направляет шток поршня.
Задняя крышка - уплотняет цилиндр в бесштоковой полости.
Входное отверстие и отверстие выхода располагаются в передней и задней крышках цилиндра.
ОПРЕДЕЛЕНИЯ
Мертвая зона - пространство, остающееся между передней и задней крышками и поршнем в конце хода.
Безштоковая камера - пространство между поршнем и задней крышкой. Ее объем меняется в зависимости от положения поршня.
Штоковая камера - пространство между поршнем и передней крышкой. Ее объем меняется в зависимости от положения поршня.
Активная камера - камера под давлением.
Положительный ход - направление движения поршня, при подаче давления в безштоковую полость.
Отрицательный ход - направление движения поршня при опорожнении безштоковой полости.
Цилиндры одностороннего действия.
В цилиндре одностороннего действия воздух воздействует только с одной стороны. Воздух подается в безштоковую полость, направляя шток поршня к его максимально удаленному от задней крышки положению. Обратный ход (реверс) обеспечивается пружиной в штоковой полости (или внешними нагрузками). Наличие пружины возврата удерживает поршень в фиксированном положении. При этом штоковая полость всегда соединяется с атмосферой и никогда не герметизируется. Такой цилиндр может совершать работу только в одном направлении.
Ход цилиндров одностороннего действия со встроенной пружиной ограничен длиной пружины в свободном состоянии. Поэтому такие цилиндры, как правило, имеют длину хода до 100 мм.
Благодаря простоте конструкции, цилиндры одностороннего действия применяются там, где нужны компактность и небольшие перемещения:
подача заготовки;
обрезка;
соединение деталей;
зажим заготовки;
извлечение деталей;
штамповка.
Поршни цилиндров одностороннего действия имеют всего одно уплотнение, обращенное рабочей стороной к поршневой полости, в которую подается сжатый воздух. Уплотнение изготавливается из упругого материала (пербутан), устанавливаемого в металлический или пластмассовый поршень. При движении уплотнения его кромки скользят по внутренней поверхности цилиндра, при этом воздух из штоковой полости свободно выходит в атмосферу через отверстие.
Цилиндры двустороннего действия.
Конструкция цилиндра двустороннего действия аналогична конструкции цилиндра одностороннего действия. Но здесь уже нет возвратной пружины, так отверстия в полостях цилиндра используются и для подвода воздуха, и для его отвода. Цилиндр двустороннего действия позволяет совершать работу в двух направлениях движения штока. Это делает его более универсальным.
Совершенствование пневматических цилиндров идет в следующих направлениях:
установка магнитов на поршни цилиндров для управления бесконтактными датчиками положения;
демпфирование поршня в конце его хода при больших нагрузках на штоке;
применение бесштоковых цилиндров в условиях ограниченного пространства;
использование новых конструкционных материалов, например, пластмасс;
применение защитных покрытий от вредного влияния окружающей среды, например, антикислотное покрытие;
увеличение развивающего усилия;
совершенствование цилиндров с непроворачивающимся штоком, а также цилиндров с полым поршнем и штоком для вакуумных захватов роботов с пневматическим приводом.
Поскольку цилиндры часто работают в достаточно агрессивной окружающей среде и при таких условиях, в которых они могут получить повреждение, то должны быть предусмотрены все возможные отрицательные факторы. Стандартные цилиндры изготовлены для нормальной эксплуатации, то есть для окружающей среды цеха с рабочими температурами не выше, чем 50оC, с применением воздуха со смазкой и с минимальным наличием конденсата. В ситуации, отличной от оптимальной, возможно получить цилиндр из специальных материалов и соответствующей обработкой.
Крышки цилиндра, как правило, изготавливаются из алюминиевого литья. Они поставляются обработанными или лакированными в случае морской окружающей среды или в присутствии агрессивных элементов
Шток - из хромированной стали для нормального использования и из нержавеющей стали для использования на открытом воздухе или в агрессивной окружающей среде.
Корпус цилиндра наиболее подвержен обоим типам воздействий среды: из воздуха (конденсат) и внешней окружающей среды. Поэтому цилиндры изготавливают из следующих материалов для корректного применения в каждой конкретной ситуации:
сталь (обработанная и лакированная снаружи)
латунь (обработанная и лакированная снаружи)
прочный анодированный алюминий
Уплотнения: геометрическая форма и используемый материал имеют большое значение, потому что они должны гарантировать уплотнение жидкости также хорошо как:
химически сопротивляются эффектам любого состава для смазки;
имеют низкую характеристику трения и уменьшают прилипание (адгезию);
сопротивляются разрыву (износу);
передают любое образовавшееся тепло.

Рис. 1. Устройство пневмоцилиндра
Устройство пневмоцилиндра.
Цилиндр состоит из корпуса, глухой и сквозной крышек, поршня с уплотнениями, штока, уплотнения штока (сальник или манжета в сквозной крышке), направляющей втулки, грязесъемного кольца и соединительных деталей (рис. 1).
Корпус цилиндра (1) обычно изготавливается из цельнотянутой стальной трубы. Чтобы продлить срок службы уплотнений поршня, внутреннюю поверхность трубы подвергают механической обработке с достаточно высокой чистотой поверхности. В отдельных случаях корпус цилиндра может быть изготовлен из алюминия, бронзы или стали с хромированием внутренней поверхности. Такие цилиндры применяются при нерегулярном режиме работы и в тех случаях, когда есть опасность коррозии.
Глухая (2) и сквозная (3) крышки цилиндра обычно изготавливаются литьем из алюминия или ковкого чугуна с последующей механической обработкой. Присоединяются они к корпусу при помощи резьбовых шпилек, фланцев или просто резьбы.
Шток (4) чаще всего изготавливается из закаленной стали с добавлением небольшого количества хрома против коррозии. Резьба на конце штока обычно накатывается во избежание появления трещин и изломов.
Для уплотнения по штоку в сквозной крышке цилиндра устанавливается манжета (5) из упругого материала. Втулка (6), служащая направляющей для штока, может быть изготовлена из бронзы или металла с пластиковым покрытием.
Перед втулкой в сквозную крышку вставлено грязесъемное кольцо (7), которое предотвращает попадание внутрь цилиндра пыли и мелких твердых частиц.
Для уплотнения неподвижных соединений используются кольцевые манжеты (8) из упругого или мягкого материала (рис. 2).
Распределители.
Распределители управляют процессом прохождения пневматического сигнала давления или расхода воздуха. Он запирает, открывает или изменяет направление движения сжатого воздуха.
Функции управления могут быть разделены на три категории:
Изменение направления потока: Эти клапаны имеют цель открытия, закрытия или отклонения потока сжатого воздуха без того, чтобы изменить его расход и характеристики давления. Чтобы изменять положение поршня в пределах хода цилиндра, необходимо воздух поочередно подать в каждую полость и одновременно из противоположной полости воздух должен быть выпущен в атмосферу.
Управление расходом потока или давлением: Эти клапаны имеют цель изменения физических характеристик сжатого воздуха. Другая характеристика - расход, регулируется клапаном управления потоком. Он может использоваться так, как показано в примере b), чтобы регулировать скорость цилиндра, нужно уменьшать поток воздуха из полости выхлопа или наполнения цилиндра.
Клапаны быстрого выхлопа: Эти клапаны блокируют или изменяют путь сжатого воздуха. Иллюстрация c) показывает пример, в котором движение цилиндра ускорено за счет быстрого выпуска воздуха в атмосферу, блокируя проход к распределительному клапану, и открывая соседний канал выхлопа.
Распределители различаются:
по числу присоединенных линий 2-х линейные, 3-х линейные, 4-х линейные и т.д.
по числу позиций переключения 2-х позиционные, 3-х позиционные и т.д.
по способу приведения в движение с мускульным управлением;с механическим управлением;с пневматическим управлением;с электрическим управлением;
по способу возврата в исходное положение с пружинным возвратом;
с возвратом при помощи давления
Пневматическая система
В общем случае управление цилиндром осуществляется с помощью управляющего распределителя. При этом выбор распределителя (число линий, число положений переключения и способ управления перемещениями) зависит от каждой конкретной задачи.
Пневматическая система - это ряд распределителей, соединенных друг с другом для коммутации подачи сжатого воздуха к цилиндрам в заданной последовательности.
Чтобы пневмораспределитель прямого действия мог выполнять свои функции, он должен изменять направление потока воздуха, который проходит через него. На рис. 3 показан цилиндр двустороннего действия, у которого под давлением находится безштоковая полость, а из штоковой полости воздух стравливается через распределитель (рис. 3 а). Управление цилиндром одностороннего действия осуществляется от 3/2-распределителя с ручным приводом. Если пневмокнопка нажата, то распределитель переключается из исходного положения в положение "Питание включено".
Когда поршень достигает крайнего выдвинутого положения, он будет оставаться неподвижным, если распределитель не управляется каким либо способом. Чтобы изменить направление потока воздуха к цилиндру, подвижный элемент внутри распределителя должен изменить свое положение (рис. 3 b).
Пневмосистема состоит из:
• цилиндра одностороннего действия с пружинным возвратом,

Рис. 2. Уплотнения пневмоцилиндров
• 3/2-распределителя с ручным управлением и пружинным возвратом,
• линии питания, присоединенной к 3/2-распределителю,
• пневмолинии между распределителем и цилиндром.
3/2-распределитель имеет три линии (канала): линию питания, рабочую (выходную) линию и линию выхлопа (сброса). Коммутация между этими линиями определяется позицией (положением) распределителя.
Второй элемент в классификации пневмораспределителей прямого действия - это число позиций подвижной части элемента внутри него, которые он может занимать. В обычном простом распределителе число позиций - две. В некоторых распределителях бывают три позиции, но никогда не бывает только одна. Число каналов у распределителя проиллюстрировано на рис. a) и b).
Выход к полости наполнения.
Выход к полости опорожнения.
Входное отверстие воздуха в клапан.
Выпускной канал из полости опорожнения.
Выпускной канал из полости наполнения.

Рис. 3. Пневмораспределитель
Пособия и инструменты
1. Лабораторный стол для монтажа пневмоэлементов с компрессором.
2. Пневмоцилиндр одностороннего действия – 1 шт.
3. 3/2-распределитель с пружинным возвратом, управлением от кнопки, нормально закрытый с глушителем – 1 шт.
4. Комплект пневмошлангов.
Методические указания по выполнению:
1. Изучив условие задачи, предложить пути ее решения, применив цилиндр одностороннего действия и 3/2-распределитель.
2. Нарисовать пневмосхему устройства и проанализировать ее работоспособность.
3. Собрать пневмосхему из реальных элементов на лабораторном столе и проверить ее работоспособность.
4. Убедиться, что предложенная пневмосхема удовлетворяет условию задачи.
Задача

Рис. 4. Проектируемое устройство
Цилиндр одностороннего действия с диаметром поршня 25 мм при нажатии на пневмокнопку должен зажимать деталь. Пока кнопка удерживается в нажатом положении, шток цилиндра остается в крайнем выдвинутом положении. При отпускании кнопки, шток возвращается в исходное положение и деталь освобождается.
Выполнение работы

Рис. 5. Принципиальная схема системы
Примечание.
На этой и последующих принципиальных схемах блок подготовки воздуха обозначается как элемент 0.1, а запорный вентиль системы питания сжатым воздухом - 0.2.
Описание работы системы
При нажатии на кнопку воздух проходит через управляющий распределитель 1.1 от канала питания 1(Р) к выходному каналу 2(A) и, поступая в полость цилиндра 1.0, заставляет его поршень двигаться, преодолевая усилие пружины. При отпускании кнопки возвратная пружина распределителя приводит его в исходное состояние, при котором полость цилиндра сообщается посредством канала 3(R) с атмосферой. Возвратная пружина цилиндра перемещает его шток в исходное положение. Так как в данной схеме исполнительный элемент представлен цилиндром, то он обозначается номером 1.0, а его управляющий распределитель - номером 1.1.
Выводы
Контрольные вопросы для защиты лабораторной работы
1. Демпфирующее устройство пневмоцилиндра. Опишите принцип действия и нарисуйте конструкцию.
2. Что принимается за позицию покоя и исходную позицию пневмораспределителя.
____________________________________________________________
____________________________________________________________
____________________________________________________________
____________________________________________________________
____________________________________________________________
____________________________________________________________
____________________________________________________________
____________________________________________________________
3. По заданию преподавателя изобразите элемент пневмосхемы

Приложенные файлы

  • docx 7299324
    Размер файла: 622 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий