Робоча програма на тему: робоча програма "гідравлічні та пневматичні системи" база.

16.04.2019

Гальмівна система

ЗАТВЕРДЖУЮ

Перший зам. директора

ПІБ

«__»___________ 20__ р.

Фонд оціночних засобів

основної освітньої програми

середнього професійної освіти(ППССЗ, ППКРС)

Форма навчання: очна

Кваліфікація: технік-технолог

Спеціальність: 15.02.01Монтаж та технічна експлуатаціяпромислового обладнання

Курс: 2

Гр.251

м. Улан-Уде, 2016

ЗМІСТ

З.

Паспорт
фонду оціночних коштів
з дисципліни ГІДРАВЛІЧНІ ТА ПНЕВМАТИЧНІ СИСТЕМИ
1.Фонд оціночних засобів дозволяє оцінювати:
Освоєння професійних компетенції (ПК), що відповідають виду професійної діяльності, та загальних компетенції:
ПК 1.2. Виробляти забій худоби, птиці та кроликів.
1. Вміння застосовувати різні види машин та механізмів та їх принцип дії,
Придбання під час освоєння навчальної дисципліни «Технічна механіка» практичного досвіду
Оцінювати за встановленими показниками ефективність, надійність та простоту конструкції гідравлічних та пневматичних приводів різного верстатного обладнання.
1. Оцінка ефективності, надійності та простоти конструкції гідравлічних та пневматичних приводів різного верстатного обладнання.
Освоєння умінь та засвоєння знань
Оцінювання за встановленими показниками ефективність, надійність та простоту конструкції гідравлічних та пневматичних приводів різного верстатного обладнання.
1. - здатністьзабезпечувати контроль робіт з монтажу та ремонту промислового обладнання з використанням контрольно-вимірювальних приладів;
1.2. Система контролю та оцінки освоєння програми навчальної дисципліни
«Гідравлічні та пневматичні системи»
Форми проміжної атестації з ОПОП під час освоєння навчальної дисципліни
Поточний контроль за освоєнням програми навчальної дисципліни проводиться в межах навчального часу, відведеного на вивчення навчальної дисципліни з використанням таких методів як усний, письмовий, практичний, самоконтроль.
Предметом оцінки освоєння навчальної дисципліни є вміння та знання. Диференційований залік з навчальної дисциплінипровадиться з урахуванням результатів поточного контролю. Поточний контроль включає оцінку виконання практичних робіт, виконання самостійної роботи студента та тестів з розділів навчальної дисципліни.
Контроль та оцінка за виробничій практиціпроводиться на основі атестаційного листа учня з місця проходження практики, складеного та завізованого представником освітньої установи або відповідальною особою організації (бази практики). В атестаційному листі відображаються види робіт, виконані учням під час практики, якість виконання відповідно до технології або вимог організації, в якій проходила практика, характеристика навчальної та професійної діяльності учня під час практики.
Підсумковий контроль освоєння виду професійної діяльності Виконання робіт з організації та проведення проф.задач здійснюється на диф.заліку.
Умовою допуску до заліку є здавання всіх практичних робіт.
Диф.зачет проводиться як виконання компетентностноориентированного практичного завдання, яке носить професійний і комплексний характер. Завдання спрямовані на перевірку освоєння виду професійної діяльності в цілому.
Умовою позитивної атестації (вид проф. діяльності освоєно) на кваліфікаційному іспиті є позитивна оцінка освоєння всіх професійних компетенцій за всіма контрольованими показниками.
При негативному висновку хоча б по одній із проф. Компетенції приймається рішення «вид професійної діяльності не освоєно»
Найменування

оцінного засобу**

Код контрольованої компетенції (або її частини)

Гідравліка

Індивідуальне завдання

ОК-1 ... 9,

ПК-1.1-1.5, 2.1-2.4, 3.1-3.4

Пневмопривід

Індивідуальне завдання

ОК-1 ... 9,

ПК-1.1-1.5, 2.1-2.4, 3.1-3.4

Динаміка

Індивідуальне завдання

ОК-1 ... 9,

ПК-1.1-1.5, 2.1-2.4, 3.1-3.4

4.2. Типові завдання для поточної атестації з навчальної дисципліни
Комплект лекційного матеріалу
ГІДРАВЛІЧНІ ТА ПНЕВМАТИЧНІ СИСТЕМИ
Додані в електронному вигляді
1. 1. 1. 1. Вступ
        Фізичні засади функціонування
        Поняття про гідропривод
        Закони газів
        Поняття про пневмопривід
        Гідро- та пневмосистеми
        Основи газової динаміки
1. Практичні роботи
  1.Розрахунок параметрів гідравлічної системи
  2. Визначення основних розмірів та параметрів компресора
  3. Побудова індикаторних діаграм
  4. Розрахунок споживаної потужності та вибір електродвигуна
  5. Вибір електродвигуна
  6. Силовий розрахунок приводу
  7. Силовий розрахунок приводу
  8. Розрахунок пневмосистеми
  9. Розрахунок витрати повітря
  10. Розрахунок часу спрацьовування приводу
  11. Розрахунок циліндра
  12. Розрахунок потужності приводу
  13. Розрахунок пневмосистеми
  14. Розрахунок часу спрацьовування приводу
3. Запитання для підсумкового контролю
  1. Структурна схема гідроприводу
  2. Класифікація та принцип роботи гідроприводів
  3. Переваги та недоліки гідроприводу
  4. Характеристика робочих рідин
  5. Вибір та експлуатація робочих рідин
  6. Гідравлічні лінії
  7. З'єднання
  8. Розрахунок гідроліній
  9. Гідравлічні машини шестеренного типу
  10. Пластинчасті насоси та гідромотори
  11. Радіально-поршневі насоси та гідромотори
  12. Аксіально-поршневі насоси та гідромотори
  13. Механізми з гнучкими роздільниками
  14. Класифікація гідроциліндрів
  15. Гідроциліндри прямолінійної дії
  16. Розрахунок гідроциліндрів
  17. Поворотні гідроциліндри
  18. Золотникові гідророзподільники
  19. Кранові гідророзподільники
  20. Клапані гідророзподільники
  21. Напірні гідроклапани
  22. Редукційний клапан
  23. Зворотні гідроклапани
  24. Обмежувачі витрати
  25. Дільники (суматори) потоку
  26. Дроселі та регулятори витрати
  27. Гідробаки та теплообмінники
  28. Фільтри
  29. Ущільнювальні пристрої
  30. Гідравлічні акумулятори
  31. Гідрозамки
  32. Гідравлічні реле тиску та часу
  33. Засоби виміру
  34. Класифікація гідропідсилювачів
  35. Гідропідсилювач золотникового типу
  36. Гідропідсилювач з соплом та заслінкою
  37. Гідропідсилювач із струминною трубкою
  38. Двокаскадні підсилювачі
  39. Способи розвантаження насосів від тиску
  40. Дросельне регулювання
  41. Об'ємне регулювання
  42. Комбіноване регулювання
  43. Порівняння способів регулювання
  44. Гідросистеми з регульованим насосом та дроселем
  45. Гідросистеми з двоступеневим посиленням
  46. Гідросистеми безперервного (коливального) руху
  47. Електрогідравлічні системи з регульованим насосом
  48. Гідросистеми з двома спареними насосами
  49. Живлення одним насосом двох та кілька гідродвигунів
  50. Загальні відомості про застосування газів у техніці
  51. Особливості пневматичного приводу, гідності та недоліки
  52. Перебіг повітря
  53. Підготовка стисненого повітря
  54. Виконавчі пневматичні пристрої
  55. Монтаж об'ємних гідроприводів
  56. Експлуатація об'ємних гідроприводів за умов низьких температур
  57. Основні неполадки в гідросистемах та способи їх усунення

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ РОСІЙСЬКОЇ ФЕДЕРАЦІЇ

ФЕДЕРАЛЬНЕ АГЕНТСТВО З ОСВІТИ

Державне освітня установавищої професійної освіти

«Південно-Російський державний університет економіки та сервісу» (ГОУ ВПО «ЮРГУЕС»)

ГІДРАВЛІКА. ГІДРАВЛІЧНІ ТА ПНЕВМАТИЧНІ

СИСТЕМИ В АВТОМОБІЛЯХ І ГАРАЖНОМУ ОБЛАДНАННІ

Практикум

для студентів очної та заочної форм навчання спеціальностей 190603 «Сервіс транспортних та технологічних машин та обладнання»

(Автомобільний транспорт), 190601 «Автомобілі та автомобільне господарство»

УДК 629.3.01(076) ББК 39.33-08я73 Г464

Укладачі:

к.т.н., доцент кафедри «Енергетика та безпека життєдіяльності»

В.І. Тимченко

І.К. Гугуєв

доцент кафедри " Автомобільний сервіс, організація та безпека руху»

А.І. Шилін

асистент кафедри «Енергетика та безпека життєдіяльності»

А.Г. Ілієв

Рецензенти:

д.т.н., професор кафедри «Енергетика та безпека життєдіяльності»

к.т.н., доцент кафедри «Автомобільний сервіс, організація та безпека руху»

С.Г. Соловйов

Г464 Гідравліка. Гідравлічні та пневматичні системи в автомобілях та гаражному устаткуванні: практикум / укладачі В.І. Тимченко, І.К. Гугуєв, А.І. Шилін, А.Г. Ілієв. - Шахти: Вид-

у ЮРГУЕС, 2007. - 57 с.

Практикум складається з восьми науково-дослідних лабораторних робіт, коротких пояснень щодо виконання цих робіт та основних теоретичних положень курсу «Гідравліка. Гідравлічні та пневматичні системи в автомобілях та гаражному обладнанні» та бібліографічного списку.

УДК 629.3.01(076) ББК 39.33-08я73


ВСТУП................................................. .................................................. .
Лабораторна робота №1
Дослідження процесів охолодження в автомобільних двигунах.........
Лабораторна робота №2
Дослідження системи мастила автомобіля.............................................. ....
Лабораторна робота №3
Дослідження процесів карбюрації в системі живлення автомобіля...
Лабораторна робота №4
Дослідження гідравлічних процесів у гальмівній системі
автомобіля................................................. .................................................. ..
Лабораторна робота №5
Вивчення шестеренних гідромашин............................................... .............
Лабораторна робота №6
Дослідження роторно-пластинчастих гідромашин.....................................
Лабораторна робота №7
Випробування відцентрових вентиляторів............................................... ......
Лабораторна робота №8
Вимірювання витрати рідини в інженерних мережах .....................................
БІБЛІОГРАФІЧНИЙ СПИСОК................................................ ...........

ВСТУП

Лабораторний практикум розроблено з метою надання методичної допомоги під час виконання лабораторних робіт з дисципліни «Гідравліка. Гідравлічні та пневматичні системи в автомобілях та гаражному обладнанні» студентами спеціальностей 190603 «Сервіс транспортних та технологічних машин та обладнання (Автомобільний транспорт), 190601 «Автомобілі та автомобільне господарство» очної та заочної форм навчання.

До початку занять студенти повинні зробити наступну роботу:

1. Вивчити інструкцію щодо відповідної лабораторної роботи.

2. Підготувати «заділ», який включає:

− Назва роботи;

− мета роботи;

− основні теоретичні положення;

− схему та опис експериментальної установки (натурного вузла автомобіля або гаражного обладнання);

− опис принципу дії гідравлічної чи пневматичної системи, порядок проведення експерименту;

− таблицю дослідних даних;

− таблицю результатів розрахунку.

Після роботи викладач підписує таблицю досвідчених даних. У письмовому вигляді наводиться розрахунок одного досвіду. Обчислення кожної величини наводиться за такою формулою: шукана величина, розрахункова формула, чисельні значення, чисельний результат, розмірність.

По лабораторній роботі студент складає звіт, який включає

− заповнені таблиці спостережень та обчислень;

− докладний розрахунок одного досвіду;

− графіки залежностей функціональних величин;

− висновки.

Для захисту звіту з лабораторної роботи студент повинен знати:

− необхідний теоретичний матеріал;

− будову експериментальної установки (натурного вузла автомобіля або гаражного обладнання);

− необхідні розрахункові формули;

− відповіді контрольні питання.

Студент, який не прозвітував за трьом попереднім лабораторним роботамдо виконання наступних робіт не допускається.

Лабораторна робота № 1 ДОСЛІДЖЕННЯ ПРОЦЕСІВ ОХОЛОДЖЕННЯ В АВТОМОБІЛЬНИХ ДВИГУНАХ

Цілі і завдання:

1) Вивчити залежність гідродинамічних параметрів – витрати, тиску, температури охолоджуючої рідини залежно від частоти обертів колінчастого валу, швидкості руху автомобіля.

2) Розробити принципові схеми процесів охолодження по малому та великому колу.

3) Провести експериментальні випробування на автомобілі, що рухається.

4) Розробити гідравлічну схему охолодження.

Короткі відомості з теорії

1) Призначення систем охолодження.

2) Основні елементи гідродинамічної системи охолодження.

3) Властивості застосовуваних охолодних рідин: щільність, температура кристалізації, питома вага, коефіцієнти кінематичної в'язкості, температурного та об'ємного розширення, теплоємність.

6) Визначення основних параметрів гідродинамічної системи охолодження: витрати, швидкості, тиску, температури.

7) Вимірювальні прилади для контролю оптимального режимуроботи системи охолодження

Малюнок 1.1 – Система охолодження двигуна ВАЗ 2106

Пояснення до малюнка:

1. Трубка відведення рідини від радіатора обігрівача до насоса рідини, що охолоджує.

2. Шланг відведення охолоджувальної рідини від впускної труби.

3. Шланг відведення охолоджуючої рідини з радіатора обігрівача.

4. Шланг підведення рідини в радіатор обігрівача.

5. Перепускний шланг термостату.

6. Випускний патрубок сорочки охолодження.

7. Підводний шланг радіатора.

8. Розширювальний бачок.

9. Корок бачка.

10. Шланг від радіатора до розширювального бака.

11. Корок радіатора.

12. Випускний (паровий) клапан пробки.

13. Впускний клапан.

14. Верхній бачок радіатора

15. Заливна горловина радіатора.

16. Трубка радіатора

17. Охолоджувальні пластини радіатора.

18. Кожух вентилятора.

19. Вентилятор.

20. Шків приводу насоса рідини, що охолоджує.

21. Гумова опора.

22. Вікно з боку блоку циліндрів для подачі рідини, що охолоджує.

23. Обойма сальника.

24. Підшипник валика насоса рідини, що охолоджує.

25. Кришка насоса.

26. Ступиця шківа вентилятора.

27. Валик насосу.

28. Стопорний гвинт.

29. Манжета сальника.

30. Корпус насосу.

31. Крильчатка помпи.

32. Приймальний насос патрубок.

33. Нижній радіатор бачок.

34. Шланг радіатора, що відводить.

35. Ремінь вентилятора.

36. Насос охолоджувальної рідини.

37. Шланг подачі рідини, що охолоджує, в насос.

38. Термостат.

39. Гумова вставка.

40. Вхідний патрубок.

41. Основний клапан.

42. Перепускний клапан.

43. Корпус термостату.

44. Патрубок перепускного шлангу.

45. Патрубок шланга для подачі рідини, що охолоджує, в насос.

46. Кришка термостату.

47. Поршень робочого елемента.

Теоретичні відомості. Система охолодження призначена для примусового відведення від деталей двигуна зайвого тепла та передачі його навколишньому повітрі. Завдяки цьому створюється певний температурний режим, у якому двигун не перегрівається і переохолоджується. Тепло в двигунах відводиться двома способами: рідиною чи повітрям. Ці системи поглинають 25-35% тепла, що виділяється під час згоряння палива. Температура охолоджувальної рідини, що знаходиться в головці блоку циліндрів, повинна дорівнювати 80–95º. Такий температурний режим найбільш вигідний, забезпечує нормальну роботу двигуна і не повинен змінюватися в залежності від температури навколишнього повітря та навантаження двигуна. Температура протягом робочого циклу двигуна змінюється від 80-120 º в кінці спуску до 2000-2200 º в кінці згоряння суміші.

Якщо двигун не охолоджувати, то гази, що мають високу температуру, сильно нагрівають деталі двигуна і вони розширюються. Олія на циліндрах і поршнях вигоряє, і тертя і зношування зростають, а від надмірного розширення деталей відбувається заклинювання поршнів в циліндрах двигуна, і двигун може вийти з ладу. Щоб уникнути негативних впливів, що викликаються перегріванням двигуна, його необхідно охолоджувати.

Однак надмірне охолодження двигуна шкідливо відбивається на його роботі. При переохолодженні двигуна на стінках циліндрів конденсуються пари палива, змиваючи мастило, розріджують масло в картері. У цих умовах відбувається інтенсивне зношування поршневих кілець, поршнів, циліндрів і знижується економічність і потужність двигуна. Нормальна роботасистеми охолодження сприяє отриманню найбільшої потужності, зниженню витрати палива та збільшенню терміну служби двигуна без ремонту.

Більшість двигунів мають рідинні системи охолодження (відкриті чи закриті). У відкритої системи охолодження внутрішній простірбезпосередньо повідомляється з навколишньою атмосферою. Розповсюдження отримали закриті системи охолодження, у яких внутрішній простір лише періодично повідомляється з навколишнім середовищем за допомогою спеціальних клапанів. У цих системах охолодження підвищується температура кипіння рідини, що охолоджує, і зменшується її википання.

Електричний термоімпульсний манометр

Термоімпульсний електричний манометр складається з датчика та покажчика, в яких використовується властивість біметалічної платівки деформуватися при зміні температури. У датчику манометра активний метал розташований знизу, тобто. з боку контактів. Біметалічна пластинка має П-подібну форму, на одному плечі пластинки розташована нагрівальна обмотка. Інше плече пластинки ізольоване від «маси» та закріплено на рухомому кронштейні. У корпусі датчика закріплено діафрагму. При зміні тиску вона прогинається та змінює зусилля пружної пластинки, що замикає контакти.

У покажчику біметалічна пластинка з обмоткою має також П-подібну форму. Одне плече платівки закріплено на опорі, а інше шарнірно пов'язане з сережкою, що представляє одне зі стрілкою. Сережки шарнірно пов'язані з пружним гачком опори.

Принцип дії

Працює термоімпульсний манометр в такий спосіб. До включення замка запалення рухомий контакт датчика притиснутий до нерухомого контакту з малим зусиллям, і стрілка вказівника знаходиться ліворуч

"нуля". При включеному запалюванні, до пуску двигуна, в ланцюгу датчика та покажчика з'являються короткочасні імпульсиструму, при цьому активний метал пластинки покажчика, розширюючись, деформує пластинку, і стрілка приладу відходить вправо до поділу "нуль". Це дозволяє водієві судити про справність приладу. Імпульси струму короткочасні, оскільки при нагріванні біметалічної платівки датчика відбувається розмикання контактів при незначному прогину пластинки.

Таблиця 1.1 - Експериментальні дані

Вимірювані величини

Визначаються величини

t охл,

t нагр,

Vж ,

∆P ,

t | 2,

t ||2,

вентилятора

Примітка. ∆P – втрата тиску; V – швидкість руху автомобіля; n – число оборотів колінчастого валу; V ж – швидкість охолоджувальної рідини; t охл – початкова температура охолоджуючої рідини; 2, 0 С - кінцева температура охолоджуючої рідини у варіанті з малим колом охолодження; t | 2, 0 С – кінцева температура охолоджуючої рідини у великому колі охолодження.

Слід провести порівняння експериментальних даних з теоретичними та зробити висновки щодо оптимізації робочого режиму систем охолодження в автомобілях, що забезпечують безпеку руху.

Контрольні питання:

1) Перелічити елементи місцевих опорів у системі охолодження.

2) Дати характеристики радіаторів та осьового вентилятора.

3) Показати принципову схему руху рідини, що охолоджує, в системі.

4) Перелічити види рідин, що охолоджують.

5) Як визначити втрати напору насоса у системі.

6) Від чого залежить тиск і температура рідини, що охолоджує, в системі.

Лабораторна робота № 2 ДОСЛІДЖЕННЯ СИСТЕМИ ЗМАЩЕННЯ АВТОМОБІЛЯ

Цілі і завдання:

1) Вивчити режими руху та властивості рідини (автомобільні, моторні, трансмісійні олії), призначення мастила.

2) Вивчити гідравлічні характеристикисистеми мастила: витрата, тиск, місцеві опори – у системі мастила (фільтр, магістраль, канали).

3) Показати залежності параметрів мастила від температури двигуна.

Короткі відомості з теорії:

1) Призначення системи мастила.

2) Основні елементи гідросистеми мастила.

3) Властивості робочої рідини: щільність, температура замерзання, питома вага, коефіцієнти кінематичної в'язкості, температурного розширення та об'ємного розширення.

4) Принцип дії системи, несправності, причини, усунення несправностей.

5) Види місцевих опорів у системі.

6) Визначення основних параметрів гідродинамічної системи змащення: витрати, швидкості, тиску.

7) Вимірювальні прилади, застосовувані контролю оптимального режиму роботи системи мастила.

Система змащення двигуна служить для подачі масла до поверхонь деталей, що труться, що зменшує тертя між ними та їх знос, а також дозволяє знизити втрати потужності двигуна на подолання сил тертя. Під час роботи двигуна масло, що вводиться між деталями, безперервно циркулює, охолоджуючи деталі, і забирає продукти їхнього зносу. Тонкий шар олії, що знаходиться на поршнях, поршневих кільцяхі циліндрах не тільки знижує їх знос, а й покращує компресію двигуна.

Система мастила являє собою ряд приладів та агрегатів для зберігання, підведення, очищення та охолодження масла:

− піддон картера двигуна;

− маслозабірник;

− масляний фільтр грубої очистки;

− масляний фільтр тонкого очищення;

− масляний насос;

− маслопроводи;

− масляний радіатор;

− контрольно-вимірювальніприлади та датчики.

Лінійні приводипризначені для приведення в рух частин машин і механізмів лінійного поступального руху. Приводи перетворюють електричну, гідравлічну енергію чи енергію стиснутого газу рух чи силу. У цій статті представлено аналіз лінійних приводів, їх переваг та недоліків.

Як працюють лінійні приводи

У зв'язку з відсутністю рідин немає ризику забруднення навколишнього середовища.

Недоліки

Початкова вартість електричних приводів вища ніж пневматичні та гідравлічні.

На відміну від пневматичних приводів електричні приводи (без додаткових коштів) не підходять для застосування у вибухонебезпечних місцях.

При тривалій роботі електродвигун може перегріватись, збільшуючи зношування редуктора. Електродвигун може мати великі розміри, що може призвести до труднощів установки.

Сила електроприводу, допустимі осьові навантаженнята швидкісні параметри електроприводу визначаються вибраним електродвигуном. У разі зміни заданих параметрів необхідно змінювати електродвигун.

Лінійний електропривод, що включає електродвигун, що обертається і механічний перетворювач

Пневматичні приводи

Переваги

Простота та економічність. Більшість пневматичних алюмінієвих приводів мають максимальний тиск до 1 МПа з робочим діаметром циліндра від 12,5 до 200 мм, що приблизно відповідає силі в 133 - 33000 Н. Сталеві пневматичні приводи зазвичай мають максимальний тиск до 1,7 МПа з робочим діаметром циліндра ,5 до 350 мм і створюють чинність від 220 до 171000 Н .

Пневматичні приводи дозволяють точно керувати переміщенням забезпечуючи точність у межах 2,5 мм та повторюваність у межах 0,25 мм.

Пневматичні приводи можуть застосовуватись у районах з екстремальними температурами. Стандартний діапазон температур від -40 до 120 ˚C. У плані безпеки використання повітря у пневматичних приводах позбавляє необхідності використання небезпечних матеріалів. Дані приводу задовольняють вимогам вибухозахищеності та безпеки, оскільки вони не створюють магнітного поля у зв'язку з відсутністю електродвигуна.

В останні роки в галузі пневматики досягнуто успіхів у мініатюризації, матеріалах та інтеграції з електронікою. Вартість пневматичних приводів низька порівняно з іншими приводами. Пневматичні приводи мають невелику вагу, вимагають мінімального обслуговування та мають надійні компоненти.

Недоліки

Втрата тиску та стисливість повітря робить пневматичні приводи менш ефективними, ніж інші способи створення лінійного переміщення. Обмеження компресора та системи подачі означає, що робота на низькому тиску призведе до невеликих сил і швидкостей. Компресор повинен працювати весь час, навіть якщо приводи нічого не переміщують.

Для дійсно ефективної роботипневматичні приводи повинні мати певні розміри для кожного завдання. Через це вони не можуть використовуватись для інших завдань. Точне управління та ефективність вимагають розподільники та вентилі відповідного розміру для кожного випадку, що збільшує вартість та складність.

Незважаючи на те, що повітря легко доступне, воно може бути забруднене маслом або мастилом, що призводить до простою та необхідності обслуговування.

Гідравлічні приводи

Переваги

Гідравлічні приводи підходять для завдань, які потребують великих сил. Вони можуть створювати силу в 25 разів більше, ніж пневматичні приводи того ж розміру. Вони працюють при тиску до 27 МПа.

Гідравлічні двигунимають високий показникпотужність обсягом.

Гідравлічні приводи можуть тримати силу і момент постійним без подачі насосом додаткової рідини або тиску, оскільки рідини, на відміну від газу, практично не стискаються.

Гідравлічні приводи можуть розташовуватися на значній відстані від насосів та двигунів з мінімальною втратою потужності.

Недоліки

Подібно до пневматичних приводів втрата рідини в гідравлічних приводах призводить до меншої ефективності. Крім цього витік рідини призводить до забруднення та потенційних пошкоджень рядом розташованих компонентів.

Гідравлічні приводи вимагають багато супроводжуючих компонентів, що включають резервуар для рідини, двигуни, насоси, клапан, що стравлює, теплообмінник та ін У зв'язку з чим такі приводи складно розмістити.

^ Пневматичний привід
11.1. Загальні відомості про застосування газів у техніці

Будь-який об'єкт, в якому використовується газоподібна речовина, можна віднести до газовим системам. Оскільки найбільш доступним газом є повітря, що складається з суміші безлічі газів, його широке застосування для виконання різних процесів обумовлено самою природою. У перекладі з грецької pneumatikos - повітряний, чим пояснюється етимологічне походження назви пневматичні системи. У технічній літературі часто використовується більш короткий термін пневматика.

Пневматичні пристрої почали застосовувати ще в давнину (вітряні двигуни, музичні інструменти, ковальські хутра та ін.), але найширше поширення вони набули внаслідок створення надійних джерел пневматичної енергії - нагнітачів, здатних надавати газам необхідний запас потенційної та (або) кінетичної енергії.

Пневматичний привід , Що складається з комплексу пристроїв для приведення в дію машин і механізмів, є далеко не єдиним напрямом використання повітря ( загальному випадкугазу) у техніці та життєдіяльності людини. На підтвердження цього положення коротко розглянемо основні види пневматичних систем, що відрізняються як за призначенням, так і за способом використання газоподібної речовини.

За наявності та причини руху газу всі системи можна поділити на три групи.

До першої групи віднесемо системи з природною конвекцією (циркуляцією) газу (найчастіше повітря), де рух та його напрямок обумовлено градієнтами температури та щільності природного характеру, наприклад, атмосферна оболонка планети, вентиляційні системи приміщень, гірничих виробок, газоходів тощо.

До другої групи віднесемо системи з замкнутими камерами , що не повідомляються з атмосферою, в яких може змінюватися стан газу внаслідок зміни температури, об'єму камери, наддуву або відсмоктування газу. До них відносяться різні ємності, що акумулюють (пневмобалони), пневматичні гальмівні пристрої (пневмобуфери), всілякі еластичні надувні пристрої, пневмогідравлічні системи паливних баків літальних апаратів і багато інших. Прикладом пристроїв з використанням вакууму в замкнутій камері можуть бути пневмозахоплення (пневмоприсоски), які найбільш ефективні для переміщення штучних листових виробів (папір, метал, пластмаса тощо) в умовах автоматизованого та роботизованого виробництва.

До третьої групи слід зарахувати такі системи, де використовується енергія попередньо стисненого газу для виконання різних робіт. У таких системах газ переміщається магістралями з відносно великою швидкістюі має значний запас енергії. Вони можуть бути циркуляційними (замкнутими) та безциркуляційними . У циркуляційних системах відпрацьований газ повертається магістралями до нагнітача для повторного використання (як у гідроприводі). Застосування систем дуже специфічне, наприклад, коли неприпустимі витоку газу в навколишній простір або неможливе застосування повітря через його окисні властивості. Приклади таких систем можна знайти в кріогенній техніці, де як енергоносій використовуються агресивні, токсичні гази або леткі рідини (аміак, пропан, сірководень, гелій, фреони та ін.).

У безциркуляційних системах газ може бути використаний споживачем як хімічний реагент (наприклад, зварювальне виробництво, хімічна промисловість) або як джерело пневматичної енергії. В останньому випадку як енергоносій зазвичай служить повітря. Виділяють три основні напрямки застосування стиснутого повітря.

До першого напряму відносяться технологічні процеси, де повітря виконує безпосередньо операції обдування, осушення, розпилення, охолодження, вентиляції, очищення і т.п. Дуже широкого поширення набули системи пневмотранспортування трубопроводами, особливо у легкій, харчовій, гірничодобувній галузях промисловості. Штучні та шматкові матеріали транспортуються в спеціальних судинах (капсулах), а пилоподібні в суміші з повітрям переміщаються на відносно великі відстані аналогічно до текучих речовин.

Другий напрямок - Використання стисненого повітря в пневматичних системах управління (ПСУ) для автоматичного управління технологічними процесами (системи пневмоавтоматики). Цей напрямок отримав інтенсивний розвиток з 60-х років завдяки створенню універсальної системи елементів промислової пневмоавтоматики (УСЕППА). Широка номенклатура УСЕПА (пневматичні датчики, перемикачі, перетворювачі, реле, логічні елементи, підсилювачі, струменеві пристрої, командоапарати тощо) дозволяє реалізувати на її базі релейні, аналогові та аналого-релейні схеми, які за своїми параметрами близькі до електротехнічних систем . Завдяки високій надійності вони широко використовуються для циклового програмного керування різними машинами, роботами у великосерійному виробництві, в системах керування рухом мобільних об'єктів.

Третім напрямком застосування пневмоенергії, найбільш масштабним за потужністю, є пневматичний привід, який у науковому плані є одним із розділів загальної механіки машин. Біля джерел теорії пневматичних систем стояв І.І. Артоболевський. Він був керівником Інституту машинознавства (ІМАШ) у Ленінграді, де під його керівництвом у 40 – 60-х роках систематизувалися та узагальнювались накопичені відомості з теорії та проектування пневмосистем. Однією з перших робіт з теорії пневмосистем була стаття А.П. Германа "Застосування стисненого повітря в гірській справі", опублікована в 1933 р., де вперше рух робочого органу пневмоустрою вирішується спільно з термодинамічного рівняння стану параметрів повітря.

Значний внесок у теорію та практику пневмоприводів зробили вчені Б.М. Бежанов, К.С. Борисенко, І.А. Бухарін, А.І. Вощинін, Є.В. Герц, Г.В. Крейнії, А.І. Кудрявцев, В.А. Марутов, В.І. Мостков, Ю.А. Цейтлін та інші.

^ 11.2. Особливості пневматичного приводу, переваги та недоліки

Область та масштаби застосування пневматичного приводу обумовлені його достоїнствами та недоліками, що випливають із особливостей властивостей повітря. На відміну від рідин, що застосовуються в гідроприводах, повітря, як і всі гази, має високу стисливість і малу щільність у вихідному атмосферному стані (близько 1,25 кг/м 3 ), значно меншою в'язкістю і більшою плинністю, причому його в'язкість істотно зростає при підвищення температури та тиску. Відсутність мастильних властивостей повітря та наявність деякої кількості водяної пари, яка при інтенсивних термодинамічних процесах у змінних обсягах робочих камер пневмомашин може конденсуватися на їх робочих поверхнях, перешкоджає використанню повітря без надання йому додаткових мастильних властивостей та вологопониження. У зв'язку з цим пневмоприводах є потреба кондиціонування повітря, тобто. надання йому властивостей, що забезпечують працездатність та продовжують термін служби елементів приводу.

З урахуванням вищеописаних відмінних рис повітря розглянемо переваги пневмоприводу в порівнянні з його конкурентами - гідро-і електроприводом.

1. ^ Простота конструкції та технічне обслуговування . Виготовлення деталей пневмомашин і пневмоапаратів не потребує такої високої точності виготовлення та герметизації з'єднань, як у гідроприводі, т.к. можливі витоку повітря менш істотно знижують ефективність роботи і ККД системи. Зовнішні витоки повітря екологічно нешкідливі і легко усуваються. Витрати на монтаж та обслуговування пневмоприводу дещо менші через відсутність зворотних пневмоліній та застосування в ряді випадків більш гнучких та дешевих пластмасових або гумових (гумових) труб. У цьому плані пневмопривод не поступається електроприводу. Крім того, пневмопривід не вимагає спеціальних матеріалів для виготовлення деталей, таких як мідь, алюміній і т.п., хоча в ряді випадків вони використовуються виключно для зниження ваги або тертя рухомих елементів.

2. ^ Пожежо- та вибухобезпека . Завдяки цій гідності пневмопривід немає конкурентів для механізації робіт за умов, небезпечних із займання і вибуху газу та пилу, наприклад у шахтах з рясним виділенням метану, у деяких хімічних виробництвах, на борошномельних підприємствах, тобто. там, де неприпустиме іскроутворення. Застосування гідроприводу в цих умовах можливе лише за наявності централізованого джерела живлення з передачею гідроенергії на відносну відстань, що в більшості випадків економічно недоцільно.

3. ^ Надійність роботи в широкому діапазоні температур, в умовах курного та вологого навколишнього середовища . У разі гідро- і електропривод вимагають значно більших витрат за експлуатацію, т.к. при температурних перепадах порушується герметичність гідросистем через зміну зазорів та ізолюючих властивостей електротехнічних матеріалів, що в сукупності з курним, вологим і нерідко агресивним навколишнім середовищем призводить до частих відмов. З цієї причини пневмопривід є єдиним надійним джерелом енергії для механізації робіт у ливарному та зварювальному виробництві, у ковальсько-пресових цехах, у деяких виробництвах з видобутку та переробки сировини та ін. Завдяки високій надійності пневмопривід часто використовується в гальмівних системахмобільних та стаціонарних машин.

4. ^ Значно більший термін служби , Чим гідро-і електроприводу. Термін служби оцінюють двома показниками надійності: гамма-відсотковим напрацюванням на відмову та гамма-відсотковим ресурсом. Для пневматичних пристроїв циклічного впливу ресурс становить від 5 до 20 млн. циклів залежно від призначення та конструкції, а для пристроїв нециклічної дії близько 10-20 тис. годин. Це у 2 - 4 рази більше, ніж у гідроприводу, і у 10-20 разів більше, ніж у електроприводу.

5. ^ Висока швидкодія . Тут мають на увазі швидкість передачі сигналу (керуючого впливу), а реалізовані швидкості робочих рухів, що забезпечуються високими швидкостями руху повітря. Поступальний рухштока пневмоциліндра можливо до 15 м/с і більше, а частота обертання вихідного валу деяких пневмомоторів (пневмотурбін) до 100 000 об/хв. Ця перевага повною мірою реалізується в приводах циклічної дії, особливо для високопродуктивного обладнання, наприклад в маніпуляторах, пресах, машинах точкового зварювання, в гальмівних і фіксуючих пристроях, причому збільшення кількості пневмоциліндрів, що одночасно спрацьовують (наприклад, у багатомісних пристосуваннях для затиску деталей) практично не знижує час спрацьовування. Велика швидкість обертального руху використовується в приводах сепараторів, центрифуг, шліфувальних машин, бормашин та ін. Реалізація великих швидкостей у гідроприводі та електроприводі обмежується їх більшою інерційністю (маса рідини та інерція роторів) та відсутністю демпфуючого ефекту, яким володіє повітря.

6. ^ Можливість передачі пневмоенергії на відносно великі відстані по магістральних трубопроводах та постачання стисненим повітрям багатьох споживачів. У цьому відношенні пневмопривід поступається електроприводу, але значно перевершує гідропривід завдяки меншим втратам напору в протяжних магістральних лініях. Електрична енергія може передаватися лініями електропередач на багато сотень і тисяч кілометрів без відчутних втрат, а відстань передачі пневмоенергії економічно доцільно до кількох десятків кілометрів, що реалізується в пневмосистемах великих гірничих і промислових підприємств з централізованим живленням від компресорної станції.

Відомий досвід створення міської компресорної станції у 1888 р. одним із промисловців у Парижі. Вона постачала заводи та фабрики магістралями довжиною 48 км при тиску 0,6 МПа і мала потужність до 18500 кВт. З появою надійних електропередач її експлуатація стала невигідною.

Максимальна довжина гідросистем становить близько 250-300 м у механізованих комплексах шахт для видобутку вугілля, причому в них використовується зазвичай менш в'язка водно-масляна емульсія.

7. ^ Відсутність необхідності в захисні пристроївід навантаження тиском у споживачів . Необхідна межа тиску повітря встановлюється загальним запобіжним клапаном, що знаходиться на джерелах пневмоенергії. Пневмодвигуни можуть бути повністю загальмовані без небезпеки пошкодження та перебувати в цьому стані тривалий час.

8. ^ Безпека для обслуговуючого персоналу за дотримання загальних правил, що виключають механічний травматизм. У гідро- та електроприводах можлива поразка електричним струмомабо рідиною у разі порушення ізоляції або розгерметизації трубопроводів.

9. ^ Поліпшення провітрювання робочого простору за рахунок відпрацьованого повітря. Ця властивість особливо корисна у гірничих виробках та приміщеннях хімічних та металообробних виробництв.

10. ^ Нечутливість до радіаційного та електромагнітного випромінювання . За таких умов електрогідравлічні системи практично непридатні. Ця перевага широко використовується в системах управління космічною, військовою технікою, атомних реакторах і т.п.

Незважаючи на вищеописані переваги, застосування пневмоприводу обмежується в основному економічними міркуваннями через великих втратенергії в компресорах та пневмодвигунах, а також інших недоліків, описаних нижче.

1. ^ Висока вартість пневмоенергії . Якщо гідро- та електропривод мають ККД, відповідно, близько 70 % та 90 %, то ККД пневмоприводу зазвичай 5-15 % і дуже рідко до 30 %. У багатьох випадках ККД може бути 1% і менше. З цієї причини пневмопривід не застосовується в машинах з тривалим режимом роботи та великої потужностікрім умов, що виключають застосування електроенергії (наприклад, гірничодобувні машини в шахтах, небезпечних по газу).

2. ^ Відносно велика вага та габарити пневмомашин через низький робочий тиск. Якщо питома вага гідромашин, що припадає на одиницю потужності, в 5-10 разів менша за вагу електромашин, то пневмомашини мають приблизно таку ж вагу та габарити, як останні.

3. ^ Проблема забезпечення стабільної швидкості руху вихідної ланки при змінному зовнішньому навантаженні та його фіксації у проміжному положенні. Водночас м'які механічні характеристикиПневмоприводу в деяких випадках є і його перевагою.

4. ^ Високий рівеньшуму , що досягає 95-130 дБ за відсутності коштів на його зниження. Найбільш галасливими є поршневі компресорита пневмодвигуни, особливо пневмомолоти та інші механізми ударно-циклічної дії. Найбільш шумні гідроприводи (до них відносяться приводи з шестеренними машинами) створюють шум на рівні 85-104 дБ, а зазвичай рівень шуму значно нижчий, приблизно як у електромашин, що дозволяє працювати без спеціальних засобів шумопониження.

5. Мінімальна швидкістьпередачі сигналу (керуючого імпульсу), що призводить до запізнення виконання операцій. Швидкість проходження сигналу дорівнює швидкості звуку і залежно від тиску повітря становить приблизно від 150 до 360 м/с. У гідроприводі та електроприводі, відповідно, близько 1000 та 300 000 м/с.

Перелічені недоліки можуть бути усунені застосуванням комбінованих пневмоелектричних або пневмогідравлічних приводів.

^ 11.3. Перебіг повітря

Інженерні розрахунки пневмосистем зводяться до визначення швидкостей та витрат повітря при наповненні та випорожненні резервуарів (робочих камер двигунів), а також з його перебігом трубопроводами через місцеві опори. Внаслідок стисливості повітря ці розрахунки значно складніші, ніж розрахунки. гідравлічних систем, і повною мірою виконуються лише для особливо відповідальних випадків. Повний опис процесів перебігу повітря можна знайти у спеціальних курсах газодинаміки.

Основні закономірності течії повітря (газу) такі самі, як й у рідин, тобто. мають місце ламінарнийі турбулентнийрежими течії, встановився і неусталений характер течії, рівномірний і нерівномірний перебіг через змінного перерізу трубопроводу та інші кінематичні і динамічні характеристики потоків. Внаслідок низької в'язкості повітря і щодо великих швидкостей режим течії здебільшого турбулентний.

Для промислових пневмоприводів досить знати закономірності характеру течії повітря, що встановився. Залежно від інтенсивності теплообміну з довкіллям розрахунки параметрів повітря виконуються з урахуванням виду термодинамічного процесу, який може бути від ізотермічного (з повним теплообміном та виконанням умови Т= const) до адіабатичного (без теплообміну).

При великих швидкостях виконавчих механізмівта перебігу газу через опори процес стиснення вважається адіабатичним з показником адіабати k= 1,4. У практичних розрахунках показник адіабати замінюють на показник політропи (зазвичай приймають n= 1,3…1,35), що дозволяє врахувати втрати, зумовлені тертям повітря, та можливий теплообмін.

У реальних умовах неминуче відбувається деякий теплообмін між повітрям та деталями системи та має місце так звана політропна зміна стану повітря. Весь діапазон реальних процесів описується рівняннями цього стану

pV n= const

Де n- Показник політропи, що змінюється в межах від n= 1 (ізотермічний процес) до n= 1,4 (адіабатичний процес).

В основу розрахунків перебігу повітря покладено відоме рівняння Бернуллі руху ідеального газу

Складові рівняння виражаються в одиницях тиску, тому часто називають " тисками " :
z - ваговий тиск;
p – статичний тиск;
- Швидкісний або динамічний тиск.

На практиці часто ваговим тиском нехтують і рівняння Бернуллі набуває наступного вигляду

Суму статичного та динамічного тисків називають повним тиском P 0 . Таким чином, отримаємо

При розрахунку газових систем необхідно мати на увазі два важливі відмінностівід розрахунку гідросистем.

Перша відмінність полягає в тому, що визначається не об'ємна витратаповітря, а масове. Це дозволяє уніфікувати та порівнювати параметри різних елементів пневмосистем за стандартним повітрям (ρ = 1,25 кг/м3, υ = 14,9 м2/с при p= 101,3 кПа та t= 20 ° C). У цьому випадку рівняння витрат записується у вигляді

Q м1 = Q м2або υ 1 V 1 S 1 = υ 2 V 2 S 2

Друга відмінність у тому, що з надзвукових швидкостях течії повітря змінюється характер залежності витрати від перепаду тисків на опорі. У зв'язку з цим існують поняття підкритичного та надкритичного режимів перебігу повітря. Сенс цих термінів пояснюється нижче.

Розглянь витікання газу з резервуару через невеликий отвір за підтримки у резервуарі постійного тиску (рис.11.1). Вважатимемо, що розміри резервуара настільки великі в порівнянні з розмірами вихідного отвору, що можна повністю нехтувати швидкістю руху газу всередині резервуара, і, отже, тиск, температура і щільність газу всередині резервуара будуть мати значення p 0 , ρ 0 і T 0 .

Рис.11.1. Витік газу з отвору в тонкій стінці

Швидкість витікання газу можна визначати за формулою для витікання несжимаемой рідини, тобто.

Масова витрата газу, що витікає через отвір, визначаємо за формулою

Де ? 0 - площа перерізу отвору.

Ставлення p/p 0 називається ступенем розширення газу. Аналіз формули (11.7) показує, що вираз, що стоїть під коренем у квадратних дужках, звертається в нуль при p/p 0 = 1 і p/ p 0 = 0. Це означає, що з деякому значенні відношення тисків масовий витрата досягає максимуму Q max. Графік залежності масової витрати газу від відношення тисків p/p 0 показаний на рис.11.2.

Рис.11.2. Залежність масової витрати газу від відношення тисків

Відношення тисків p/p 0 , При якому масова витрата досягає максимального значення, називається критичним. Можна показати, що критичне ставлення тисків рівне

Як видно з графіка, показаного на рис.11.2, при зменшенні p/p 0 в порівнянні з критичним витрата повинна зменшуватися (пунктирна лінія) і при p/p 0 = 0 значення витрати має дорівнювати нулю ( Q m= 0). Однак насправді це не відбувається.

Насправді, при заданих параметрах p 0 , ρ 0 і T 0 витрата та швидкість закінчення будуть зростати зі зменшенням тиску поза резервуаром pдо тих пір, поки цей тиск менший за критичний. При досягненні тиском p критичного значення витрата стає максимальною, а швидкість закінчення досягає критичного значення, що дорівнює місцевій швидкості звуку. Критична швидкість визначається відомою формулою

Після того, як на виході з отвору швидкість досягла швидкості звуку, подальше зменшення протитиску pне може призвести до збільшення швидкості закінчення, оскільки, згідно з теорією поширення малих збурень, внутрішній обсяг резервуара стане недоступним для зовнішніх збурень: він буде "замкнений" потоком зі звуковою швидкістю. Всі зовнішні малі обурення не можуть проникнути в резервуар, тому що їм перешкоджатиме потік, що має ту саму швидкість, що і швидкість розповсюдження збурень. При цьому витрата не змінюватиметься, залишаючись максимальною, а крива витрати набуде вигляду горизонтальної лінії.

Таким чином, існує дві зони (області) течії:

підкритичний режим, за якого

надкритичний режим, за якого

У надкритичній зоні має місце максимальна швидкістьта витрата, що відповідають критичному розширенню газу. Виходячи з цього при визначенні витрат повітря попередньо визначають перепад тиску режим закінчення (зону), а потім витрата. Втрати на тертя повітря враховують коефіцієнтом витрати μ, який з достатньою точністю можна обчислити за формулами для рідини, що не стискається (μ = 0,1...0,6).

Остаточно швидкість та максимальна масова витрата в підкритичній зоні, з урахуванням стиснення струменя визначаться за формулами

^ 11.4. Підготовка стисненого повітря

У промисловості використовуються різні конструкції машин для подачі повітря під загальною назвою повітродувки. При створенні надлишкового тиску до 0,015 МПа вони називаються вентиляторами, а при тиску понад 0,115 МПа - компресорами.

Вентилятори відносяться до лопатевих машин динамічної дії та крім свого основного призначення - провітрювання - застосовуються в пневмотранспортних системах та низьконапірних системах пневмоавтоматики.

У пневмоприводах джерелом енергії є компресори з робочим тиском в діапазоні 0,4 ... 1,0 МПа. Вони можуть бути об'ємної (частіше поршневі) або динамічної (лопатеві) дії. Теорія роботи компресорів вивчається у спеціальних дисциплінах.

За видом джерела та способом доставки пневмоенергії розрізняють магістральний, компресорнийі акумуляторнийпневмопривід.

МагістральнийПневмопривід характеризується розгалуженою мережею стаціонарних пневмоліній, що з'єднують компресорну станцію з цеховими, дільничними споживачами в межах одного або кількох підприємств. Компресорна станція обладнується кількома компресорними лініями, що забезпечують гарантоване постачання споживачів стисненого повітря з урахуванням можливої нерівномірної роботиостанніх. Це досягається установкою проміжних накопичувачів пневмоенергії (ресиверів) як на станції, так і на ділянках. Пневмолінії зазвичай резервуються, чим забезпечується зручність їх обслуговування та ремонту. Типовий комплект пристроїв, що входять до системи підготовки повітря, показаний на принциповій схемі компресорної станції (рис.11.3).

Рис.11.3. Принципова схема компресорної станції

Компресор 2 з приводним двигуном 3 всмоктує повітря з атмосфери через забірний фільтр 1 і нагнітає в ресивер 7 через зворотний клапан 4, охолоджувач 5 і фільтр-вологовідділювач 6. В результаті охолодження повітря водяним охолоджувачем 5 відбувається конденсація 70-80 % уловлюваної фільтром- вологовідділювачем і зі 100-відсотковою відносною вологістю повітря надходить у ресивер 7, який акумулює пневмоенергію і згладжує пульсацію тиску. У ньому відбувається подальше охолодження повітря і конденсація деякої кількості вологи, яка в міру накопичення видаляється разом з механічними домішками через вентиль 10. Ресивер обов'язково обладнується одним або декількома запобіжними клапанами 8 і манометром 9. З ресивера повітря відводиться до пневмолін 12 через крани 1. клапан 4 виключає можливість різкого падіння тиску пневмомережі при відключенні компресора.

^ Компресорний пневмопривід відрізняється від вищеописаного магістрального своєю мобільністю та обмеженістю числа одночасно працюючих споживачів. Пересувні компресоринайбільш широко використовуються при виконанні різних видів будівельних та ремонтних робіт. По комплекту пристроїв, що входять в систему підготовки повітря, він практично не відрізняється від компресорної станції (водяний охолоджувач замінюється на повітряний). Подача повітря до споживачів здійснюється через гумовотканинні рукави.

^ Акумуляторний пневмопривід через обмежений запас стисненого повітря в промисловості застосовується рідко, але широко використовується в автономних системахуправління механізмів із заданим часом дії. На рис.11.4 показано кілька прикладів акумуляторного живлення пневмосистем.

Для безперебійної подачі рідини у гідросистему або палива у двигуни внутрішнього згорянняапаратів із змінною орієнтацією у просторі застосовується наддув бака з рідиною (рис.11.4, а) від пневмобаллону 1.

Витіснення рідини з бака 5, розділеного мембраною на дві частини, забезпечується постійним тиском повітря, що залежить від налаштування редукційного клапана 3 при включенні електровентилю 2. Граничний тиск обмежується клапаном 4.

Система орієнтації літального апарату (рис.11.4 б) складається з керуючих реактивних пневмодвигунів 4, що живляться від кульового пневмобаллону 1 через редукційний клапан 2 і електровентилі 3.

Рис.11.4. Принципові схеми акумуляторного живлення
пневмосистем (а, б, в) та замкнутої пневмосистеми (г)

Для живлення систем промислової пневмоавтоматики часто використовується як середній (нормальний) діапазон тиску повітря (0,118…0,175 МПа), а й низький діапазон (0,0012…0,005 МПа). Це дозволяє зменшити витрату стисненого повітря, збільшити прохідний переріз елементів і, отже, знизити ймовірність засмічення пристроїв, що дроселять, а в деяких випадках отримати ламінарний режим перебігу повітря з лінійною залежністю Q = f(Δ p), що дуже важливо у пристроях пневмоавтоматики.

За наявності джерела високого тиску можна забезпечити живлення пневмосистеми низького тиску з великою витратою повітря за допомогою ежектора (рис.11.4 в). Від пневмобаллону високого тиску 1, обладнаного редукційним клапаном 4, манометром 2 і зарядним клапаном 3 повітря надходить на сопло живлення 5 ежектора. При цьому всередині корпусу ежектора створюється знижений тиск, і з навколишнього середовища через фільтр 6 підсмоктується повітря, який надходить у приймальне сопло 7 більшого діаметра. Після ежектора повітря вдруге очищається від пилу фільтром 8 і надходить до 10 пристроїв пневмоавтоматики. Манометром 9 контролюється робочий тисквеличина якого може коригуватися редуктором 4.

Всі вищеописані пневмосистеми відносяться до розімкнених (безциркуляційних). На рис.11.4 г показана замкнута схемаживлення системи пневмоавтоматики, що використовується в умовах курної атмосфери. Подача повітря до блоку пневмоавтоматики 3 здійснюється вентилятором через 1 фільтр 2, причому всмоктуючий канал вентилятора з'єднаний з внутрішньою порожниною герметичного кожуха блоку 3, яка одночасно через фільтр тонкої очищення 4 повідомляється з атмосферою. Часто як вентилятор використовуються побутові електропилососи, здатні створювати тиск до 0,002 МПа.

Повітря, що надходить до споживачів, має бути очищене від механічних забруднень і містити мінімум вологи. Для цього служать фільтри-вологовідділювачі, у яких як фільтруючий елемент зазвичай використовується тканина, картон, повсть, металокераміка та інші пористі матеріали з тонкістю фільтрації від 5 до 60 мкм. Для більш глибокого осушення повітря його пропускають через адсорбенти, що поглинають вологу. Найчастіше для цього використовується силікагель. У звичайних пневмоприводах достатню осушування забезпечують ресивери і фільтри-вологовідділювачі, але водночас повітрю необхідно надавати мастильні властивості, для чого служать маслорозпилювачі ґноту або ежекторного типу.

Рис.11.5. Типовий вузол підготовки повітря:
а – принципова схема; б - умовне позначення

На рис.11.5 показаний типовий вузол підготовки повітря, що складається з фільтра-вологовідділювача 1, редукційного клапана 2 та маслорозпилювача 3.

Повітря, що надходить на вхід фільтра, отримує обертальний рух за рахунок нерухомої крильчатки. Kр. Відцентровою силоючастинки вологи та механічних домішок відкидаються до стінки прозорого корпусу та осідають у його нижню частину, звідки при необхідності видаляються через зливний кран. Вторинна очистка повітря відбувається в пористому фільтрі Ф, після якого він надходить на вхід редуктора, де відбувається дроселювання через зазор клапана Клвеличина якого залежить від вихідного тиску над мембраною М. Збільшення зусилля стиснення пружини Пзабезпечує збільшення зазору клапана Клі, отже, вихідного тиску. Корпус маслорозпилювача 3 робиться прозорим та заповнюється через пробку мастилом. Тиск, що створюється на поверхні масла, витісняє його через трубку Tвгору до сопла Зде масло ежектується і розпорошується потоком повітря. У маслорозпилювачах ґнота замість трубки Твстановлений гніт, яким масло надходить в розпилювальне сопло за рахунок капілярного ефекту.

^ 11.5. Виконавчі пневматичні пристрої

Виконавчими пристроями пневмоприводів називаються різні механізми, що забезпечують перетворення надлишкового тиску повітря або вакууму на робоче зусилля. Якщо при цьому робочий орган здійснює рух щодо пневмоустрою, то він називається пневмодвигуном, а якщо руху немає або воно відбувається спільно з пневмоустроєм, воно називається пневмопритиском або пневмозахватом.

Пневмодвигуниможуть бути, як і гідродвигуни, обертальної або поступальної дії та називаються, відповідно, пневмомоторамиі пневмоциліндрами. Конструктивне виконання цих пристроїв багато в чому схоже на їх гідравлічні аналоги. Найбільше застосування отримали шестеренні, пластинчасті та радіально-поршневі пневмомотори об'ємної дії. На рис.11.6, а показана схема радіально-поршневого мотора з передачею крутного моменту на вал через кривошипно-шатунний механізм.

У корпусі 1 симетрично розташовані циліндри 2 з поршнями 3. Зусилля від поршнів передається на колінчастий вал через 5 шатуни 4, прикріплені шарнірно до поршнів і кривошипу колінчастого валу. Стиснене повітря підводиться до робочих камер по каналах 8, які по черзі повідомляються з впускним Впта вихлопним Вхканалами розподільного золотника 6, що обертається синхронно з валом двигуна. Золотник обертається в корпусі розподільного пристрою 7, якого підведені магістралі впуску і вихлопу повітря.

Радіально-поршневі пневмомотори є відносно тихохідними машинами із частотою обертання валу до 1000…1500 об/хв. Більш швидкохідні шестеренні і пластинчасті мотори (2000 ... 4000 об / хв), але найшвидшехідними (до 20000 об / хв і більше) можуть бути турбінні пневмомотори, в яких використовується кінетична енергія потоку стисненого повітря. Зокрема такі мотори використовуються для обертання робочих коліс вентиляторів на гірських підприємствах.

Рис.11.6. Схеми пневмомоторів об'ємної (а) та динамічної (б) дії

На рис.11.6 б показана схема пневмоприводу колеса вентилятора, що складається з маточини 9 з лопаток 10, до яких жорстко прикріплений обертовий обід з лопатками пневмомотора 11. Потік стисненого повітря, що випливає з сопла 12 по дотичній до вигнутих 1 змушує обертатися колесо вентилятора із великою швидкістю. Описаний пристрій можна назвати пневмоперетворювачем, що перетворює потік повітря високого тиску на потік низького тиску з набагато більшою витратою.

Пневмопривід відрізняється великою різноманітністю оригінальних виконавчих пристроїв з еластичними елементами у формі мембран, оболонок, гнучких ниток, рукавів тощо. Вони широко використовуються в затискних, фіксуючих, перемикаючих та гальмівних механізмахсучасних автоматизованих виробництв. До них відносяться мембранніі сильфонні пневмоциліндриіз відносно малою величиною робочого ходу штока. Плоска гумова мембрана дозволяє отримати переміщення штока на 0,1...0,5 від ефективного діаметра. При виконанні мембрани у формі гофрованої панчохи робочий хід збільшується до кількох діаметрів мембрани. Такі пневмоциліндри називаються сильфонними. Вони можуть бути із зовнішнім та внутрішнім підведенням повітря. У першому випадку довжина гофрованої трубки під впливом тиску зменшується, у другому збільшується за рахунок деформації гофрів. Як еластичний елемент застосовується гума, гумовотканинні та синтетичні матеріали, а також тонколистова сталь, бронза, латунь.

Збільшення швидкості виконання операцій у багатьох випадках досягається застосуванням пневмозахоплень, схеми яких показано на рис.11.7.

Для переміщення листових виробів використовуються пневмоприсоски, що належать до вакуумних захватів безнасосного та насосного типу. У захватах безнасосного типу (рис.11.7 а) вакуум в робочій камері Достворюється при деформації самих елементів захоплення, виконаних у вигляді гнучкої тарілки, що прилягає своєю кромкою до деталі та рухомим поршнем, до якого прикладається зовнішнє зусилля. Величина вакууму при підйомі деталі пропорційна її вазі і зазвичай буває трохи більше 55 кПа. Для забезпечення кращого тяжіння, особливо для недостатньо гладкої поверхні деталі застосовують захоплення насосного типу, у яких повітря з робочої камери відсмоктується насосом до глибини вакууму 70 ... 95 кПа.

Часто застосовують прості пристрої ежекторного типу (рис.11.7 б), в яких кінетична енергія струменя рідини, пари або повітря використовується для відсмоктування повітря з робочої камери До, що знаходиться між присоскою Пта деталлю. Стиснене повітря, що надходить на вхід А, проходить з великою швидкістю через сопло Бежектора та створює знижений тиск у камері Ута каналі Г, що повідомляється з робочою камерою До.

Рис.11.7. Схеми пневмозахоплень

Для затискання деталей циліндричної форми застосовують пневмозахоплення, виконані за схемами і (рис.11.7). Під час підведення повітря в робочу камеру Допружний циліндричний ковпачок охоплює шийку валу та створює зусилля, достатнє для його затиску. На схемі показаний двосторонній пневмозахват, робочими елементами якого служать сильфони з одностороннім гофром. При створенні надлишкового тиску всередині сильфона гофрована сторона розтягується на більшу довжину, ніж гладка, що викликає переміщення незакріпленої (консольної) сторони трубки в напрямку деталі, що охоплюється. Такими пристроями можна фіксувати деталі не лише круглої форми, а й з будь-якими фасонними поверхнями.

У ряді випадків виникає потреба в переміщенні робочих органів на великі відстані до 10...20 м і більше прямолінійної або викривленої траєкторії. Застосування звичайних штокових пневмоциліндрів обмежено робочим ходом до 2 м. Конструкції безштокових пневмоциліндрів, що задовольняють цим вимогам, показано на рис.11.8.

Рис.11.8. Схеми безштокових пневмодвигунів
поступального руху

Відсутність жорсткого штока дозволяє практично вдвічі зменшити довжину циліндра у висунутому положенні. На схемі показаний довгоходовий пневмоциліндр з передачею зусилля через сильний постійний магніт. Абсолютно герметична гільза циліндра виконана з немагнітного матеріалу, а її внутрішня порожнина поділяється поршнем на дві камери, до яких підводиться стиснене повітря. У поршні та каретці До, з'єднаної з робочим органом, вбудовані протилежні полюси магніту Sі N, взаємодія яких забезпечує передачу рушійного зусилля на каретку, що ковзає по напрямних на зовнішній поверхні гільзи. Хід каретки обмежується кінцевими упорами У.

Практично необмежену довжину ходу мають пневмоциліндри з еластичною гільзою (рис.11.8 б), що охоплюється двома роликами, з'єднаними кареткою До. Такі пневмоциліндри дуже ефективні для переміщення штучних вантажів складною траєкторією і в приводах з невеликими робочими зусиллями.

Пневмоциліндр з гнучким штоком показаний на схемі рис.11.8 ст. У такій конструкції тягове зусилляпередається на каретку Довід поршня через гнучкий елемент (зазвичай сталевий трос, фанерований еластичною пластмасою), що охоплює обвідний і натяжний ролики, розташовані на кришках циліндра.

^ Нагору сторінки

Розглянуто основи функціонування гідравлічних та пневматичних систем: гідростатика та гідродинаміка; закони ідеальних газів, термодинаміки. Наведено гідравлічні, пневматичні та комбіновані приводи, їх структура, складові елементи, робочі тіла та олії, типи приводів, види управління в машинобудівному виробництві; дано системи мастила, основи розрахунку гідро- та пневмосистем.
Для студентів машинобудівних спеціальностей середніх професійних навчальних закладів. Може бути корисним інженерно-технічним працівникам.

Рідини. Гіпотеза суцільності. Щільність рідини.
Рідини. Усі речовини у природі мають молекулярну будову. За характером молекулярних рухів, а також за чисельними значеннями міжмолекулярних сил рідини займають проміжне положення між газами та твердими тілами. Властивості рідин при високих температурахі низький тискближче до властивостей газів, а за низьких температур і високих тисків - до властивостей твердих тіл.

У газах відстані між молекулами більше, а міжмолекулярні сили менші, ніж у рідинах та твердих тілах, тому гази відрізняються від рідин та твердих тіл більшою стисливістю. Порівняно з газами рідини та тверді тіла малостисливі.

Молекули рідини, які перебувають у безперервному хаотичному тепловому русі, відрізняються від хаотичного теплового руху газів і твердих тіл: у рідинах цей рух здійснюється у вигляді коливань (1013 коливань на секунду) щодо миттєвих центрів та стрибкоподібних переходів від одного центру до іншого. Тепловий рух молекул твердих тіл – коливання щодо стабільних центрів. Тепловий рух молекул газу - безперервні стрибкоподібні зміни місць.

Безкоштовно завантажити електронну книгуу зручному форматі, дивитися та читати:
Скачати книгу Гідравлічні та пневматичні системи, Схіртладзе А.Г., Іванов В.І., Карєєв В.М., 2006 - fileskachat.com, швидке та безкоштовне скачування.

Гідравліка в машинобудуванні, Частина 2, Схіртладзе А.Г., Іванов В.І., Карєєв В.М., 2008
Інструментальне оснащення технологічних процесів металообробки, Схіртладзе А.Г., Перевозніков В.К., Іванов В.А., Іванов А.В., 2015
Технології свердління глибоких отворів, Звонцов І.Ф., Серебреницький П.П., Схіртладзе А.Г., 2013
Організація та проведення монтажу та ремонту промислового обладнання, Частина 2, Схіртладзе А.Г., Феофанов О.М., Митрофанов В.Г., 2016

Наступні підручники та книги.