Dołącz do czytelników
Brak wyników

Dobór parametrów komponentów pneumatycznych układów napędowych maszyn i urządzeń

Artykuł | 22 grudnia 2020 | NR 4
0 59

Napęd pneumatyczny stosowany jest w wielu maszynach i urządzeniach technologicznych. Jak w przypadku każdego urządzenia napędowego, należy spełnić wymagania obsługiwanego procesu technologicznego. Wymagania wynikają z wielu czynników, które należy uwzględnić już na etapie projektu systemu napędowego.

 

Wstęp

Sterowanie w technice pneumatycznej nie należy do rozwiązań skomplikowanych, z racji wielości odmian urządzeń sterujących i kontrolnych. Jednak rosnące wymagania dotyczące zmienności produkcji wymagają, żeby układy pneumatyczne charakteryzowały się zmiennością parametrów pracy w szerokim zakresie. 

Podstawowe elementy układu pneumatycznego lub elektropneumatycznego można podzielić na kilka grup elementów:

  • sygnałowych – elektryczne, hydrauliczne i pneumatyczne sygnalizatory krańcowe, przekaźniki czasowe i przełączniki ciśnieniowe (ze względu na kierunek przekazywania sygnałów i przepływu energii są pierwszymi elementami do budowy schematu układu sterowania),
  • sterujących – zawory rozdzielające, blokujące, sterujące natężeniem przepływu,
  • nastawiających – zawory rozdzielające oraz urządzenia zabezpieczające przed przeciążeniem,
  • napędowych – silniki i siłowniki.

 

Kryteria doboru pneumatycznych układów napędowych maszyn i urządzeń

Spośród wielu kryteriów doboru komponentów pneumatycznych istotne są czynniki wpływające na spełnienie wymagań dotyczących:

  • uzyskania wartości siły czynnej elementów wykonawczych,
  • prędkości elementów ruchomych,
  • osiągnięcia lub utrzymania zadanej pozycji.

Wartość siły napędów pneumatycznych zależy od dwóch podstawowych parametrów:

  • wymiarów gabarytowych elementów wykonawczych (tj. średnic tłoków oraz tłoczysk, rozmiarów membran itp.),
  • ciśnienia dostępnego w linii zasilającej.

Obliczenie wartości siły czynnej  siłownika realizowane jest za pomocą podstawowego wzoru obliczeniowego [1, 2, 3]:

 

 

gdzie:

 – wartość ciśnienia w komorach siłownika [Pa],

 

 – czynna powierzchnia tłoka [m2],

 

 – współczynnik sprawności (0,8 – ruch powolny z obciążeniem działającym na końcu skoku, 0,75 – ruch szybki z obciążeniem działającym na końcu skoku lub na całym skoku, 0,65 – ruch szybki z obciążeniem działającym w przybliżeniu na całym skoku siłownika).

Współczynnik sprawności , uwzględnia wpływ następujących czynników:

  • dławienie ciśnienia roboczego w przewodach doprowadzających, w kanałach zaworów i siłownika,
  • nierównomierny spadek ciśnienia w komorze opróżnianej siłownika, tarcie tłoka o ścianę cylindra i tłoczyska siłownika w prowadnicy,
  • różnorodne opory tarcia poruszanego przez siłownik obiektu,
  • opory sprężyn siłowników.

Przedstawiona zależność wiąże zarówno wymiary gabarytowe, jak i wartość ciśnienia. Warto jednak pamiętać, że obydwa parametry wpływają na zwiększenie zużycia powietrza w cyklu produkcyjnym.

Coraz częściej znaczną uwagę skupia się na oszczędności powietrza, co wymaga również obliczenia zużycia medium roboczego [1, 2, 3]:

 

 

gdzie:

D,d – odpowiednio średnice tłoka i tłoczyska [m],

s – skok siłownika [m],

n – liczba pełnych suwów siłownika,

pr,pa – odpowiednio ciemnienie robocze i atmosferyczne [Pa],

Vs – tzw. objętość szkodliwa (np. objętość przewodów doprowadzający sprężone powietrze do siłownika) [m3].

W przypadku każdej instalacji pneumatycznej należy uwzględnić minimalne promienie gięcia przewodów podatnych, w celu zapobiegania załomom powodującym dławienie czynnika roboczego.

Dodatkowymi kryteriami przy doborze siłowników są także cechy uwzględniające sposób działania siłownika oraz cechy konstrukcyjne (tab. 1) [4], które wpływają na jakość działania oraz żywotność pneumatycznych układów napędowych. Istotne elementy w fazie doboru można ująć w następujących punktach:

  • Typ konstrukcji siłownika oraz funkcja – zależy od aplikacji i wykonywanych zadań; na rynku istnieje wiele odmian siłowników, a producenci chętnie dzielą się wiedzą dotyczącą ich zastosowania.
  • Wersja wymiarowa – ma wpływ na ogólne warunki zabudowy oraz zgodność z pozostałymi komponentami maszyny.
  • Parametry eksp...

Dalsza część jest dostępna dla użytkowników z wykupionym planem

Przypisy