Пневматические приводы

В массовом и крупносерийном производстве наибольшее применение получили пневматические приводы. Они имеют простую конструкцию, являются быстродействую­щими, просты в управлении и обладают надежностью. Общие технические требования на пневмоприводы определены в ГОСТ 18460-91.

Силовые пневматические приводы состоят из пневмодвигателей, пневматической аппаратуры и воздуховодов.

Силовые пневмоприводы разделяют по виду пневмодвигателя на пневматические цилиндры с поршнем и пневматические камеры с диафрагмой.

По способу компоновки с приспособлениями пневмоприводы разделяют на встро­енные (в корпусе приспособления), прикрепляемые (устанавливаемые на корпусе приспо­собления) и универсальные (приставные пневмоагрегаты).

Поршневые и диафрагменные пневмодвигатели бывают одно- и двустороннего дей­ствия. Пневмоприводы одностороннего действия применяют в тех случаях, когда при за­жиме детали требуется сила, большая, чем при разжиме; пневмоприводы двустороннего действия - когда при зажиме и разжиме детали в приспособлении требуется одинаковая сила.

Пневмоприводы по виду установки делятся на невращающиеся (в стационарных приспособлениях сверлильных и фрезерных станков) и вращающиеся (патроны токарных станков).

Преимущества пневматического привода относительно ручного механического:

- значительное сокращение времени на зажим и разжим обрабатываемых деталей (в 4...8 раз) вследствие быстроты действия (0, 5...1, 2 с) пневмопривода;

- постоянство силы зажима детали в приспособлении;

- возможность регулирования силы зажима детали;

- простота управления зажимными устройствами приспособлений;

- бесперебойность работы пневмопривода при изменениях температуры окружаю­щего воздуха.

Недостатки пневматического привода:

- нестабильная плавность перемещения рабочих элементов из-за сжимаемости воз­духа, особенно при переменной нагрузке;

- небольшое давление сжатого воздуха в полостях пневмоцилиндра и пневмокамеры (0, 4...0, 5 МПа);

- относительно большие размеры пневмоприводов для получения значительных сил на штоке пневмодвигателя.

Пневматические поршневые приводы. В поршневых пневмоприводах односто­роннего действия (рисунок 1, а) сжатый воздух подается только в одну бесштоковую по­лость 1 пневмоцилиндра и перемещает поршень 2 со штоком 4 вправо при зажиме детали. При разжиме детали поршень 2 со штоком 4 отводится влево пружиной 3, установленной на штоке, а воздух через золотник 5 крана 6 уходит в атмосферу. В поршневых пневмо­приводах двустороннего действия (рисунок 1, б) сжатый воздух поочередно подается в по­лость 1 и 3 пневмоцилиндра и перемещает поршень 2 со штоком 4 при зажиме и разжиме деталей. Золотник распределительного крана при повороте рукоятки производит последо­вательную подачу сжатого воздуха в полость 1 или 3 пневмоцилиндра и выпуск воздуха из полостей 1 или 3 в атмосферу.

При расчете пневмоприводов определяют осевую силу на штоке поршня, завися­щую от диаметра пневмоцилиндра и давления сжатого воздуха в его полостях. Исходя из заданной силы на штоке поршня и давления сжатого воздуха, можно определить диаметр пневмоцилиндра. В приспособлениях с пневмоприводом следует определять время его срабатывания.

Расчет осевой силы Q на штоке поршневого привода производится по формулам:

- для пневмоцилиндров одностороннего действия

(1)

- для пневмоприводов двустороннего действия при давлении сжатого воздуха на поршень в бесштоковой полости

(2)

и штоковой полости

(3)

где D - диаметр пневмоцилиндра (поршня), мм; d - диаметр штока поршня, мм; p - давление сжатого воздуха, р = 0, 4 МПа; η - КПД, учитывающий потери в пневмоцилиндре, η = 0, 85..0, 9; Q₁ - сила сопротивления возвратной пружины в конце рабочего хода поршня, Н.

При больших диаметрах пневмоцилиндра возвратная пружина на штоке при ее пре­дельном сжатии (в конце рабочего хода поршня) должна оказывать сопротивление Q₁> 0, 05Q, а при малых диаметрах Q₁< 0, 2Q в момент зажима детали в приспособлении.

а) б)

Рисунок 1 Пневмоцилиндры одностороннего (а) и двустороннего действия (б)

По ГОСТ 6540-68 рекомендуется применять следующие размеры диаметров D рабо­чей полости цилиндров: 80, 100, 125, 200, 250, 320, 400 мм.

Диаметр пневмоцилиндра двустороннего действия определяем по силе Q и давле­нию сжатого воздуха p. В формуле для упрощения расчета опускаем КПД η, но для надежности зажима найденную силу Q на штоке увеличиваем в 1, 5 раза. Тогда формула для Q примет вид

(4)

откуда

(5)

Принимая р = 0, 4 МПа, найдем диаметр

(6)

Найденный размер диаметра пневмоцилиндра округляют до рекомендуемого значе­ния и по принятому диаметру определяют действительную осевую силу Q на штоке.

Общее время (с) срабатывания пневмоцилиндра можно определить по упрощенной формуле

(7)

где L - длина хода поршня, м;

D - диаметр пневмоцилиндра, м;

d₀ - диаметр воздуховода, м;

v - скорость перемещения воздуха (v = 180 м/с при p = 0, 5 МПа).

Расход сжатого воздуха (м³/ч) за час работы пневмоцилиндра:

одностороннего действия

(8)

двухстороннего действия

(9)

где V- рабочий объем в бесштоковой полости пневмоцилиндра, м³;

V₁ - рабочий объем в штоковой полости, м³;

n - число рабочих ходов поршня пневмоцилиндра в час.

Уплотнения пневмоцилиндров. Основным условием нормальной работы пневмоци­линдра является его полная герметичность. Пневмоцилиндр герметичен, если сжатый воз­дух, поступающий в его полости, не утекает в атмосферу и не просачивается из одной по­лости в другую. Для герметизации пневмоцилиндров применяют уплотнения кольцевых зазоров в сопряжениях поршней с цилиндрами, штоков с отверстиями.

В пневмоцилиндрах применяются два типа уплотнений:

1) манжеты V-образного сечения из маслостойкой резины по ГОСТ 8752-79* для уп­лотнения поршней и штоков пневмоцилиндров;

2) кольца круглого сечения из маслостойкой резины для уплотнения поршней и што­ков пневмоцилиндров.

К пневматическим цилиндрам предъявляют определенные технические требования.

Они должны быть:

- герметичны и не допускать утечки сжатого воздуха при давлении 0, 6 МПа;

- проверены на прочность при давлении сжатого воздуха 0, 9 МПа;

- проверены на работоспособность;

- перемещение поршня со штоком из одного крайнего положения в другое в диапа­зоне рабочих давлений 0, 2..0, 6 МПа должно происходить плавно, без рывков, также обеспечивать: осевую силу, развиваемую поршнем со штоком цилиндра при его переме­щении с давлением сжатого воздуха 0, 6 МПа, не менее 85% от расчетной силы Q.

На основные размеры стандартных пневмоцилиндров двустороннего действия име­ется ГОСТ 15608-81*.

Цилиндры всех типов и диаметров имеют унифицированные детали (гильзы, штоки) и отличаются только крышками.

Поршни изготавливают сборными и цельными из чугуна или алюминиевого сплава.

Штоки стальные на одном конце имеют шейку, на которую устанавливают поршень и закрепляют гайкой, а на втором конце - наружную или внутреннюю резьбу для соедине­ния штока через тягу и промежуточные звенья с зажимным устройством приспособления.