UWAGA! To jest zamrożona wersja strony konkursowej z dnia 1.IV.2006r.
Aktualna, uzupełniana na bieżąco wersja znajduje się pod adresem www.hip.agh.edu.pl
Strona Główna
 
Wykłady
Ćwiczenia
Laboratoria
Symbole graficzne
Testy
Literatura
Linki
Pneumatyka - Wykłady

‹‹ Wykład 7 Wykład 8 Literatura ››

Wykład 8 SPIS TREŚCI
7. ELEMENTY, ZESPOŁY I UKŁADY PNEUMOHYDRAULICZNE
7.1. Elementy i zespoły pneumohydrauliczne
7.1.1. Przetworniki pneumohydrauliczne
7.1.2. Wzmacniacze pneumohydrauliczne
7.1.3. Pompy pneumohydrauliczne
7.1.4. Pneumohydrauliczne zespoły napędowe
7.2. Przykłady układów pneumohydraulicznych
Literatura


WYKŁAD VIII.
7. ELEMENTY, ZESPOŁY I UKŁADY PNEUMOHYDRAULICZNE

7.1. Elementy i zespoły pneumohydrauliczne

Do napędu mechanizmów hydraulicznych wykorzystuje się czasami energię sprężonego powietrza. Do tego celu opracowano konstrukcję zespołów pneumohydraulicznych spełniających dwie funkcje:
  • przekazujących energię sprężonego powietrza do cieczy roboczej w celu wykorzystywania jej jako nośnika energii w dalszej części układu (przetworniki, wzmacniacze i pompy pneumohydrauliczne),
  • wykonujących określoną pracę przez współdziałające ze sobą oba czynniki, tzn. sprężone powietrze i ciecz roboczą (siłowniki i silniki pneumohydrauliczne)

Wzmacniacze i pompy pneumohydrauliczne przekazują energię sprężonego powietrza do cieczy hydraulicznej przy jednoczesnym zwiększeniu jego ciśnienia. Natomiast przetworniki pneumohydrauliczne nie zwiększają ciśnienia oleju.

7.1.1. Przetworniki pneumohydrauliczne

Zadaniem przetworników pneumohydraulicznych jest przekazanie cieczy roboczej energii sprężonego powietrza bez zwiększenia jej ciśnienia w stosunku do ciśnienia sprężonego powietrza.

Na rys. 7.1 pokazano trzy rozwiązania konstrukcyjne przetworników pneumohydraulicznych. W przetworniku z rys. 7.1a ciśnienie powietrza działa bezpośrednio na olej. Przy eksploatacji tego typu przetworników należy zwrócić uwagę na to, żeby były one ustawione w pozycji pionowej i żeby najniższy poziom oleju znajdującego się w tych przetwornikach był położony wyżej niż odbiorniki hydrauliczne. Poza tym odbiorniki hydrauliczne oraz cała instalacja hydrauliczna musi mieć sprawny i szybki w obsłudze układ odpowietrzający, gdyż przetworniki tego typu mogą często powodować zapowietrzenie się układu hydraulicznego. Aby temu zapobiec, stosuje się przetworniki ze ścianką działową, które mogą pracować w dowolnym położeniu.

Żeby ścianka działowa spełniała swoje zadanie, musi być elastyczna albo mieć możliwość przesuwania się. Ścianki działowe elastyczne wykonuje się w postaci membran, mieszków lub worków (rys. 7.1b), które pod wpływem sprężonego powietrza odkształcają się, wypierając przy tym na zewnątrz olej z przetwornika. Ścianki działowe przesuwające się wykonuje się w postaci tłoków, np. jak na rys. 7.2. Między częściami pneumatyczną i hydrauliczną przetwornika znajduje się komora wyrównawcza 2 połączona z atmosferą. Stosując komorę wyrównawczą można oddzielić część pneumatyczną od hydraulicznej i w ten sposób zapobiec zapowietrzaniu się oleju. Ponieważ w układzie hydraulicznym zawsze występują przecieki oleju, celowe jest umieszczanie w przetworniku pneumohydraulicznym wskaźnika poziomu oleju. W przetworniku z rys. 7.la wskaźnikiem poziomu oleju jest przezroczysta rurka 1, a w przetworniku z rys. 7.2 zastosowano mechaniczny wskaźnik w postaci kołka 1.

Rys. 7.1. Przetworniki pneumohydrauliczne: a) bez ścianki działowej, b) workowy

Rys. 7.2. Przetwornik pneumohydrauliczny tłokowy: 1 - kołek, 2 - komora wyrównawcza

7.1.2. Wzmacniacze pneumohydrauliczne

W układach napędowych oprócz przetworników pneumohydraulicznych stosuje się wzmacniacze pojedynczego lub podwójnego działania. We wzmacniaczu pojedynczego działania (Rys. 7.3), w celu przesunięcia tłoczyska siłownika hydraulicznego 1 na drodze S, jego tłok 2 o średnicy d musi przesunąć się także na długości S (jeśli średnica D nurnika 3 jest równa średnicy tłoka siłownika 1). Często skok S siłownika 1 jest sumą skoków: S1 (dobiegowego) S2 (roboczego). Zwykle przy wykonywaniu skoku S1 jest potrzebna znacznie mniejsza siła niż przy skoku S2. Aby wzmacniacz zdołał napełnić komorę siłownika 1, jego objętość skokowa Qw musi być większa od objętości komór siłownika Qs (zwykłe Qw l,2 Qs), co powoduje, że wzmacniacze pojedynczego działania są wykorzystywane do napędu tylko małych siłowników hydraulicznych. Przy dużych wartościach skoków dobiegowych S1 stosuje się wzmacniacze podwójnego działania, co umożliwia zmniejszenie objętości komory, w której jest sprężany olej. Wzmacniacz podwójnego działania z rysunek 7.4 jest zbudowany ze wzmacniacza 2 pojedynczego działania i przetwornika pneumohydraulicznego 3. W początkowej fazie ruchu tłoka siłownika 1 olej jest dostarczany z przetwornika 3, a po wykonaniu skoku S1 włączany jest wzmacniacz 2, który dostarcza olej pod zwiększonym ciśnieniem niezbędnym do wykonania skoku S2. Objętość skokowa Qw wzmacniacza 2 może wtedy wynosić:

   (7.1)

gdzie: d - średnica tłoka siłownika hydraulicznego napędzanego przez wzmacniacz.

Rys. 7.3. Wzmacniacz pneumohydrauliczny pojedynczego działania: 1 - siłownik, 2 - tłok, 3 - nurnik

Rys. 7.4. Wzmacniacz pneumohydrauliczny podwójnego działania: 1 - siłownik, 2 - wzmacniacz pojedynczego działania, 3 - przetwornik pneumohydrauliczny

Objętość przetwornika Sp musi być większa od objętości , (d - średnica tłoka siłownika hydraulicznego). Zwykle wzmacniacze pojedynczego działania ze względu na wymiary gabarytowe buduje się o objętości komory olejowej nie większej niż 1 ÷ 2 dm3. Jeśli jest celowy napęd pneumohydrauliczny i obciążenie siłownika hydraulicznego o objętości komory Qs, zwykle nie większej niż 1 ÷ 2 dm3, jest duże na całym skoku S, wtedy nie są stosowane wzmacniacze, lecz pompy pneumohydrauliczne lub zasilacze elektrohydrauliczne.

Przykładowe rozwiązania konstrukcyjne wzmacniaczy pojedynczego działania i podwójnego działania pokazano na Rys. 7.5 oraz 7.6. Wzmacniacz pojedynczego działania z Rys. 7.5 zawiera siłownik pneumatyczny złożony z tulei cylindrowej 1, tłoka 2, nurnika 3 i sprężyny powrotnej 4. Nurnik 3 spręża olej w komorze 5; ewentualne przecieki oleju są uzupełniane ze zbiornika 7. Do układu napędowego olej jest dostarczany za pomocą przyłączek 6. Dwustopniowe wzmacniacze z Rys. 7.6 zostały opracowane jako jednolite konstrukcje zawierające równocześnie wzmacniacz pojedynczego działania i przetwornik. We wzmacniaczu z Rys. 7.6 sprężone powietrze poprzez zawór rozdzielający (nie pokazany na rysunku) dostaje się do komory A. Pod wpływem jego działania kurczy się elastyczny mieszek 2 i zamknięty w nim olej wypływa do siłowników hydraulicznych. Tłoczyska tych siłowników wykonują skoki dobiegowe i następnie napotykają zwiększony opór, co powoduje wzrost ciśnienia w układach hydraulicznym i pneumatycznym (także w komorze B siłownika pneumatycznego). Przy niskim ciśnieniu sprężonego powietrza tłok 1 jest związany z tylną pokrywą siłownika pneumatycznego przez kulki 3, dociskane do rowka (wykonanego na tłoku 1) przez dźwignię 4 i sprężynę 5. Gdy tylko w komorze B ciśnienie sprężonego powietrza wzrośnie ponad określoną wartość (nastawioną napięciem sprężyny 5), wtedy tłok 1 "wyrywa się" z zamocowania kulkowego i nurnik 6 spręża olej w komorze C. Zamiast elastycznego mieszka 2 można stosować tłok 2, jak pokazano na Rys. 7.7. Dwustopniowy wzmacniacz z Rys. 7.7 działa podobnie jak wzmacniacz z Rys. 7.6, wymaga jednak układu sterującego, który zapewni odpowiednią sekwencję doprowadzania sprężonego powietrza do komory A znajdującej się pod tłokiem 2 i komory B (pod tłokiem 1).

Rys. 7.5. Konstrukcja wzmacniacza pneumohydraulicznego pojedynczego działania: 1 - tuleja cylindryczna, 2 - tłok, 3 - nurnik, 4 - sprężyna powrotna, 5 - komora, 6 - przyłączka, 7 - zbiornik

Rys. 7.6. Konstrukcja wzmacniacza pneumohydraulicznego podwójnego działania z elastycznym mieszkiem: 1 - tłok, 2 - elastyczny mieszek, 3 - kulki, 4 - dźwignia, 5 - sprężyna, 6 - nurnik

Rys. 7.7. Konstrukcja wzmacniaczy pneumohydraulicznych podwójnego działania z dodatkowym tłokiem: 1, 2 - tłoki, A, B, C - komory robocze

7.1.3. Pompy pneumohydrauliczne

Pompa pneumohydrauliczna (Rys. 7.8) jest sterowanym wzmacniaczem pojedynczego działania z automatycznie powtarzającym się cyklem pompowania. Wzmacniacz 1 (Rys. 7.8) jest sterowany przez układ pneumatyczny 2, w którym zawory 2a i 2b są cyklicznie przełączone przez zderzak 2c (związany z tłokiem wzmacniacza 1). Pneumatyczny zawór redukcyjny 4 umożliwia nastawianie potrzebnego ciśnienia oleju, a w zbiorniku 3 jest zmagazynowany zapas oleju. Zawory zwrotne 5 i 6 uniemożliwiają cofanie się oleju. Powrót tłoka i nurnika wzmacniacza 1 w górne położenie zapewnia "sprężyna pneumatyczna" zasilana przewodem 7. Na Rys. 7.9 pokazano rozwiązanie konstrukcyjne pompy.

Rys. 7.8. Pompa pneumohydrauliczna - schemat napędu pompy: 1- wzmacniacz, 2 - układ pneumatyczny, 2a, 2b - zawory rozdzielające, 2c - zderzak, 3 - zbiornik, 4 - zawór redukcyjny, 5, 6 - zawory zwrotne, 7 - przewód

Rys. 7.9. Pompa pneumohydrauliczna - konstrukcja pompy

7.1.4. Pneumohydrauliczne zespoły napędowe

Do napędu szybkich i zwolnionych ruchów mechanizmów wykorzystuje się czasami pneumohydrauliczne zespoły napędowe, których działanie przedstawiono na Rys. 7.10 do 7.13. Zespół z Rys. 7.10 składa się z siłownika pneumatycznego 1, siłownika hydraulicznego 2 oraz zbiornika kompensacyjnego 3. Na tłoczysku siłownika hydraulicznego 2 znajduje się nastawny zderzak 8 ustalający długość S ruchu szybkiego.

Działanie zespołu jest następujące: sprężone powietrze doprowadzane przewodem 4 do siłownika 1 powoduje szybki ruch tłoka w lewo. Gdy połączone z tłoczyskiem siłownika 1 jarzmo 6 oprze się o nastawny zderzak 8, przesuw tłoka w siłowniku pneumatycznym wywołuje równoczesny przesuw tłoka w hydraulicznym siłowniku hamującym 2. Prędkość ruchu obu tłoków nastawia się zaworem dławiącym 7. Po doprowadzeniu sprężonego powietrza do przewodu i połączeniu z atmosferą przewodu 4 tłok w siłowniku 1 przemieszcza się w prawo. Wycofujący się tłok w siłowniku pneumatycznym wycofuje za pomocą jarzma 6 opierającego się o zderzak 9 również tłok siłownika hydraulicznego 2. Wycofanie jest szybkie, gdyż przy tym kierunku ruchu olej przepływa z prawej komory siłownika hydraulicznego do lewej przez zawór zwrotny 10. Jeśli jarzmo 6 zostanie zaciśnięte pomiędzy zderzakami 8 i 9, wtedy zostanie skasowany ruch szybki realizowany tylko przez siłownik pneumatyczny 1.

Rys. 7.10. Układ napędowy pneumatyczny z hamowaniem hydraulicznym: 1 - siłownik pneumatyczny z jednostronnym tłoczyskiem, 2 - siłownik hydrauliczny, 3 - zbiornik kompensacyjny, 4, 5 - przewód, 6 - jarzmo, 7 - zawór dławiący, 8, 9 - nastawny zderzak, 10 - zawór zwrotny

Na Rys. 7.11 podano schemat zespołu napędowego z siłownikiem pneumatycznym 1 z dwustronnym tłoczyskiem. Takie rozwiązanie konstrukcyjne zespołu napędowego może umożliwiać łatwiejszą zabudowę tego zespołu, gdyż z lewej strony nie przeszkadza wystające tłoczysko siłownika hydraulicznego 2.

Rys. 7.11. Układ napędowy pneumatyczny z hamowaniem hydraulicznym z jednym siłownikiem pneumatycznym: 1 - siłownik pneumatyczny z dwustronnym tłoczyskiem, 2 - siłownik hydrauliczny, 3 - zbiornik kompensacyjny, 4, 5 - przewód, 6 - jarzmo, 7 - zawór dławiący, 8, 9 - nastawny zderzak, 10 - zawór zwrotny

Na Rys. 7.12. przedstawiono zespół napędowy złożony z dwóch siłowników pneumatycznych 1 z centralnie umieszczonym siłownikiem hamującym 2. Zaletą takiego rozwiązania jest pełne odciążenie tłoczysk siłowników pneumatycznych 1 od momentu zginającego wywołanego siłą hamującą. W tym rozwiązaniu ruchy w obu kierunkach są hamowane przez siłownik 2

Rys. 7.12. Układ napędowy pneumatyczny z hamowaniem hydraulicznym z dwoma siłownikami pneumatycznymi: 1 - siłownik pneumatyczny, 2 - siłownik hydrauliczny

Na Rys. 7.13 przedstawiono zespół napędowy, w którym siłownik hamujący 2 jest umieszczony we wnętrzu siłownika pneumatycznego 1. Jego zaletą jest bardzo zwarta budowa oraz wyeliminowanie momentu gnącego na tłoczysku pochodzącego od siły hamującej.

Rys. 7.13. Układ napędowy pneumatyczny z hamowaniem hydraulicznym z wbudowanym w siłownik pneumatyczny siłownikiem hamującym: 1 - siłownik pneumatyczny, 2 - siłownik hydrauliczny hamujący

7.2. Przykłady układów pneumohydraulicznych

Typowe schematy układów napędowych siłowników hydraulicznych dwustronnego działania, w których wykorzystano wzmacniacze i przetworniki pneumohydrauliczne, pokazano na Rys. 7.14 i 6.15. Na Rys. 7.14 do napędu tłoka siłownika 1 przy ruchu w prawo wykorzystano wzmacniacz pneumohydrauliczny 2 pojedynczego działania zaopatrzony w zbiornik 3 uzupełniający olej i przetwornik 4 do napędu ruchu w lewo.

Rys. 7.14. Schemat układu napędowego siłownika dwustronnego działania ze wzmacniaczem pneumohydraulicznym pojedynczego działania: 1 - siłownik, 2 - wzmacniacz pneumohydrauliczny, 3 - zbiornik, 4 - przetwornik

Wartości teoretyczne sił P1 i P2, jakie mogą być uzyskane na tłoczysku siłownika, są następujące:
      (2)
      (3)
gdzie:
p1 - ciśnienie sprężonego powietrza,
p2 - ciśnienie oleju,
,
F1 - pole powierzchni tłoka wzmacniacza,
F2 - pole powierzchni nurnika wzmacniacza,
F3 i F4 - pola powierzchni tłoka siłownika.

Dodatkowo musi być spełniony warunek:
      (4)
gdzie:
Sw - skok nurnika wzmacniacza,
S - skok tłoka siłownika.


Gdy warunek (4) nie jest spełniony, tłok siłownika 1 nie wykona pełnego skoku S.

Czasami do napędu tłoka siłownika 1, przy ruchu w lewo, stosuje się bezpośrednio sprężone powietrze (wtedy przetwornik 4 nie jest montowany w układzie).

Do napędu tłoka siłownika 1 z Rys. 7.15, przy ruchu w prawo, zastosowano wzmacniacz pneumohydrauliczny podwójnego działania złożony z wzmacniacza 2 pojedynczego działania i przetwornika 3. Do napędu tłoka przy ruchu w lewo zastosowano przetwornik 5 (lub bezpośrednie zasilanie sprężonym powietrzem z sieci - jak pokazano linią przerywaną). Przełączenie zasilania lewej komory siłownika 1 z zasilania z przetwornika 3 na zasilanie z wzmacniacza 2 następuje na sygnał podawany przez przestawny łącznik drogowy 4. Do sterowania układu napędowego oprócz łącznika drogowego 4 zastosowano dwa pneumatyczne zawory rozdzielające 6 i 7, które - jak przykładowo pokazano na Rys. 7.15. - są przełączane sygnałami podawanymi przez przyciski ręczne Start i Stop.

W początkowej fazie ruchu tłoka w prawo siła teoretyczna P'2 wynosi:
      (5)
a następnie rośnie do wartości:
      (6)
Oznaczenia identyczne jak na rysunku 6.14

Rys. 7.15. Schemat układu napędowego siłownika dwustronnego działania ze wzmacniaczem pneumohydraulicznym podwójnego działania sterowanym przez łącznik drogowy: 1 - siłownik, 2 - wzmacniacz, 3 - przetwornik, 4 - łącznik drogowy, 5 - przetwornik, 6, 7 - zawory rozdzielające

Inne rozwiązanie dwustopniowego wzmacniacza pneumohydraulicznego pokazano na Rys. 7.16. Zamiast łącznika drogowego 4 (jak na Rys. 7.15) zastosowano zawór zwrotny 3 i specjalny zawór 5 (zawór kolejności przepływu), który przepuszcza sprężone powietrze do wzmacniacza 1 dopiero wtedy, gdy jego ciśnienie osiągnie określony poziom (nastawiany zaworem 5). W wyniku przełączenia zaworu rozdzielającego 6 sprężone powietrze dostaje się najpierw do przetwornika 2, co powoduje przesuw tłoka siłownika 4 aż do chwili, gdy jego tłoczysko oprze się o mocowany przedmiot 7. Z tą chwilą w instalacji sprężonego powietrza zacznie rosnąć ciśnienie, co spowoduje przełączenie zaworu 5 i doprowadzenie sprężonego powietrza także do wzmacniacza 1. Zadziałanie tego ostatniego spowoduje gwałtowny wzrost ciśnienia oleju w siłowniku hydraulicznym 4.

Rys. 7.16. Schemat układu napędowego siłownika dwustronnego działania ze wzmacniaczem pneumohydraulicznym podwójnego działania sterowanym przez zawór kolejności przepływu:
1 - wzmacniacz, 2 - przetwornik, 3 - zawór zwrotny, 4 - siłownik, 5 - przełącznik obiegu, 6 - zawór rozdzielający, 7 - przedmiot mocowany, 8 - przewody

Po powtórnym przełączeniu zaworu rozdzielającego 6 sprężone powietrze dostaje się do przewodu 8, co powoduje powrót siłownika 4 i wzmacniacza 1 do stanu początkowego.

Do góry
Kliknij, aby powrócić do początku tej strony
Pneumatyka - Wykłady
Użytkowników online: 1 Odwiedzono dzisiaj: 19 razy
Aktualizacja: 31/3/2006 Wszystkich odwiedzin od 1 X 2004r.: 410882
 Mapa Witryny | O stronie | Statystyki Zgodność | Kontakt