|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ДИТЯЧА НАУКОВА ЛАБОРАТОРІЯ
М'язи з повітря. Дитяча наукова лабораторія
Довідник / Дитяча наукова лабораторія З деякою натяжкою можна вважати, що пневматичний привід машин – один із найдавніших. Адже вітер давно вже служив людині і в вітрилах кораблів, і в лопатях млинів. При більш строгому підході пневмопривід, мабуть, один із наймолодших, а тому й дуже перспективних. Він використовується для силового затиску деталей, руху інструментів, крокової та переривчастої подач по прямій та по колу, застосовується при різанні, пресуванні, складанні та безлічі інших технологічних операцій. Досить сказати, що приблизно половина промислових роботів має пневматичний привід. Його принципова ідея надзвичайно проста. Компресор стискає повітря. Ця газова "пружина" зберігає накопичену потенційну енергію доти, доки повітря не подадуть у пневматичний двигун. При розширенні потенційна енергія перейде в кінетичну енергію вихідної ланки, наприклад, поршня зі штоком, який, у свою чергу, почне рухати робочий орган машини. Крім простоти конструкції, пневматичний привід має безліч переваг. Насамперед завжди під рукою робоче тіло, воно у буквальному значенні слова береться " з повітря " . До того ж після використання туди ж і викидається, причому майже без екологічних неприємностей. А оскільки повітря гігієнічне порівняно з іншими робочими тілами, то пневмопривід широко використовується в харчовій, електронній, фармацевтичній промисловості, а також у точному приладобудуванні. Установки з пневматичним приводом за інших рівних умов виходять дешевшими, надійнішими, добре працюють у спеку та холод, не бояться високої вологості та пилу, гарантують повну пожежо-, електро- та вибухобезпеку. Термін служби пневмоприводів доходить до 20000 годин, робоче зусилля досягає кількох тонн, а робочі швидкості в 5 разів вищі, ніж у гідроприводу, причому зусилля і швидкість можуть плавно регулюватися за допомогою дуже простих пристроїв. У багатьох випадках пневмопривід вдається з'єднати безпосередньо з робочим органом машини, який таким чином приводиться в дію без складних механічних передач. Інші важливі переваги в порівнянні з електроприводом - можливість гальмування до зупинки під навантаженням на необмежений час і можливість обходитися без пристроїв, що захищають від перевантаження. Отже, переваг безліч, і пневмопривід, безумовно, виявився б поза конкуренцією, якби у нього не виявилося настільки ж численних недоліків. Позбутися їх важко, оскільки ці недоліки - органічне продовження переваг. Зумовлені вони тим, що робоче тіло-повітря, газ, що стискається. Через цю властивість неможливо здійснити плавне переміщення робочих органів машини при коливаннях навантаження, складно зупинити інструмент у певній точці, а пневматичну команду по трубопроводу можна передавати тільки зі швидкістю звуку. Тому в деяких випадках зручними виявляються гібридні системи: пневмогідравлічні (якщо потрібна висока плавність ходу або точність зупинки) та електропневматичні (якщо необхідно забезпечити швидкодію). Перевага гідравлічного приводу – можливість використовувати високий тиск робочої рідини (до 500 атмосфер). Воно дозволяє створювати зусилля в сотні та тисячі тонн за невеликих розмірів циліндра. Чому ж у пневмоприводі не застосовують настільки ж високий тиск? По-перше, його важко створити у повітряному компресорі, а по-друге, небезпечно використати. При розриві трубопроводу стиснене повітря рознесе уламки, наче шрапнель. Отже, підбиваючи підсумки, можна стверджувати, що, крім тих випадків, коли потрібні великі зусилля і точність фіксації деталі або робочого інструменту, краще використовувати простий, дешевий і надійний пневмопривід. Як пневматичні двигуни використовують найрізноманітніші механізми: мембранні, поршневі, лопатеві, турбінні... Але мало мати двигун, який виконує механічну роботу, потрібно ще керувати його рухом, а для цього необхідно вирішувати три основні завдання: змінювати напрямок прямолінійного і обертального руху, плавно змінювати його швидкість і плавно регулювати створюване робоче зусилля. Для цього створені всілякі пневмоапарати.
Розкажемо дещо докладніше про ці механізми. Найпростіший пневмодвигун - мембранний виконавчий механізм із поворотною пружиною, яка стискається при прямому ході. Основні його переваги - простота конструкції, герметичність робочої порожнини та лише одна командна пневматична лінія. А головна вада - порівняно малий робочий хід. Мембранний механізм знайшов широке застосування у нафтохімічній та газовій промисловості, а також на транспорті. Він відчиняє двері автобусів, приводить у дію гальма залізничних вагонів та вантажних автомобілів. Ще популярніший серед машинобудівників поршневий пневмоциліндр. Циліндри односторонньої дії схожі на мембранні двигуни і мають ті ж переваги та недоліки. Пневмоциліндри двосторонньої дії забезпечують значно більші робочі ходи, а тому частіше використовуються. Донедавна вихідною ланкою в таких двигунах служив тільки шток. Коли одну з порожнин циліндра подається стиснене повітря, інша порожнину з'єднується з атмосферою. Тому в пневмоциліндрі двосторонньої дії поршень зі штоком можуть бути тільки в двох крайніх стійких положеннях - або шток повністю втягнутий або повністю висунутий. Коли діаметр циліндра обмежений використовують здвоєний або навіть будовений пневмоциліндр. Він являє собою два або три послідовно з'єднані між собою циліндри, що працюють на один загальний шток. При цьому зусилля, які діють поршні, складаються. Якщо пневмоциліндр встановлений вертикально, то при припиненні подачі стисненого повітря його шток під дією сили тяжіння може опускатися. Для запобігання цьому явищу фірма Фесто (Австрія) розробила пневмоциліндр, в якому шток надійно фіксується спеціальним механізмом, а при подачі стисненого повітря знову звільняється. Передача руху з допомогою штока має низку недоліків. По-перше, шток потрібно ущільнювати. По-друге, при повному висуненні штока загальна довжина пневмоциліндра збільшується майже вдвічі. По-третє, величина робочого ходу обмежена жорсткістю штока – при великій довжині ходу шток почне згинатися. Останніми роками поруч зарубіжних фірм розроблені безшточкові пневмоциліндри, позбавлені цих недоліків. Так, фірма Фесто розробила конструкцію, в поршень та каретку якої вбудовані сильні постійні кільцеві магніти. При русі поршня за рахунок дії магнітних сил зовнішня рухлива каретка також переміщається вздовж осі циліндра. З нею скріплюється робочий орган машини. Це дає такі переваги. По-перше, загальна довжина циліндра при русі поршня не змінюється, а по-друге, такий циліндр може забезпечити значно більший робочий хід у порівнянні зі звичайним - до 10 і більше метрів. Крім того, ущільнення необхідно лише між поршнем і циліндром, а сам циліндр із двома підводами стисненого повітря стає герметичною конструкцією. У безштоковому пневмоциліндрі фірми ОРІГА (Швеція) поршень жорстко пов'язаний з розміщеною на зовнішній поверхні циліндра рухомою кареткою через поздовжню розсувну щілину. Ущільнюється ця щілина за допомогою двох гнучких сталевих стрічок (внутрішньої та зовнішньої) та постійних магнітів. Жорсткий зв'язок поршня з кареткою забезпечує залежність робочого зусилля, що передається від тиску стисненого повітря, що вигідно відрізняє цю конструкцію від попередньої. У пневмоциліндрі фірми БОШ (ФРН) є штоки з двох сторін поршня, але вони є гнучкою сталевою стрічкою. Ці стрічки ущільнені щодо циліндра і передають рух зовнішньої рухомий каретці через два ролики. При русі поршня вправо каретка рухається вліво, і навпаки. Каретка забезпечена пневматичним гальмом, що дозволяє зупиняти її у крайніх положеннях, а й у будь-якому проміжному. Проте точність такого позиціонування невелика. Не має штока і шланговий пневмодвигун - порожнистий гумовий шланг, уздовж осі якого на його зовнішній поверхні може переміщатися каретка з двома роликами. У пневмоциліндрах при високих швидкостях руху поршень може створювати удари в кінцях ходу. Для запобігання їм створені пневмоциліндри з гальмуванням, яке можна плавно регулювати за допомогою дроселів - отворів змінного перерізу. Для приводу патронів, затиску заготовок і пруткового матеріалу на токарно-гвинторізних верстатах широко застосовуються пневмоциліндри, що обертаються. Підведення стисненого повітря до них здійснюється через спеціальну муфту. Корпус циліндра може обертатися навколо поздовжньої осі, а муфта залишається нерухомою. Існує ціла низка ударних технологічних операцій, наприклад, штампування. Їх розроблені ударні пневмоциліндри, у яких потенційна енергія стиснутого повітря перетворюється на кінетичну енергію удару. Ще один вид пневмодвигунів – камерні або балонні. Вони застосовуються в муфтах і гальмах пресів, використовуються як автомобільні домкрати, "пневмомати" для підйому масивних конструкцій, наприклад, в літакобудуванні, в пневматичній підвісці шасі автомобілів. Така підвіска дозволяє регулювати дорожній просвіт автомобіля. Часто виникає потреба обертати робочий орган машини. Для цієї мети застосовуються поворотні пневмодвигуни, найчастіше поршневі та шиберні (лопатеві). У поршневому два поршні пов'язані загальним штоком, на якому є зубчаста рейка, що знаходиться в зачепленні із зубчастим колесом. Вал останнього є вихідною ланкою пневмодвигуна. Під дією стисненого повітря поршні зі штоком здійснюють зворотно-поступальний рух, який перетворюється на обертання вихідного валу. У шиберному пневмодвигунаті корпус виконаний у вигляді кільця з нерухомою перегородкою. Усередині цього корпусу під дією стисненого повітря може повертатися ущільнена лопата (або шибер), також пов'язана з вихідним валом. У пневмомоторах потенційна енергія стиснутого повітря перетворюється на багатооборотне обертальний рух вихідного валу. Існує багато різновидів пневмомоторів – шестеренні, пластинчасті, турбінні, гвинтові. Найбільшого поширення набули пластинчасті та турбінні пневмомотори, особливо для приводу пневмоінструментів - свердлильних та шліфувальних машин, викруток, гайковертів, ножиць, напилків та багатьох інших. Головна їхня гідність - повна електро- та вибухобезпека. Вже йшлося про те, що недоліків пневмоприводу, пов'язаних зі стисливістю повітря, позбавлений комбінований привід - пневмогідравлічний. У цьому вся визначенні слово " пневмо " недарма стоїть першому місці. Джерелом енергії в ньому є стиснене повітря. Цей привід є два циліндри - пневматичний і гідравлічний, поршні і штоки яких жорстко скріплені один з одним, що забезпечує високу плавність ходу. Швидкість переміщення регулюється за допомогою дроселя, встановлених на перепускному трубопроводі. Якщо повідомлення між порожнинами гідроциліндра перекривати за допомогою клапана, завдяки несжимаемості рідини можна зупиняти поршень зі штоком у будь-якому проміжному положенні, тобто здійснювати точне позиціонування. Такий комбінований привід має всі позитивні властивості своїх "батьків", крім одного: він не створює великих робочих зусиль. Це зрозуміло. Адже джерелом енергії служить стиснене повітря невеликого (порівняно з гідравлічним приводом) тиску. Великі зусилля забезпечує пневмогідропідсилювач. У ньому джерелом енергії служить стиснене повітря, тиск якого через шток передається олії. У гідроциліндрі тиск у десятки разів більший, ніж тиск стисненого повітря, - це залежить від співвідношення площ поршня та штока. Застосування пневмогідропідсилювачів особливо зручне у затискних пристроях верстатів. Вони при переміщенні затискних губок до зіткнення з виробом потрібен низький тиск, а забезпечення затиску виробу - високий тиск. Подібні підсилювачі знайшли також застосування в гальмівних пристроях різних машин і приводі інструментів, наприклад, свердл, де вони забезпечують підвищений крутний момент. Такі підсилювачі фірми МЕКМАН (Швеція) забезпечують тиск олії 250 атмосфер при тиску стисненого повітря лише 10 атмосфер! Зупинимося докладніше на застосуванні пневмоприводу в промислових роботах-маніпуляторах. Розвиток робототехніки почався зі створення найпростіших і найлегших промислових роботів, тому пневмопривід виявився дуже доречним. Зазвичай ланки маніпулятора є жорсткими конструкціями. Кожна ланка постачається своїм приводом - подібно до того як плече, передпліччя і кисть руки людини мають свої м'язи. Число ланок (або їх приводів) визначає кількість ступенів рухливості робота. У більшості існуючих роботів це число не перевищує шести-семи. Адже число ступенів рухливості визначає маневреність маніпулятора, у тому числі здатність обходити або огинати перешкоди. Пензель руки людини має 22 ступеня рухливості. Нещодавно у СРСР розроблено пневматичний виконавчий механізм змінної жорсткості. Такий механізм, що нагадує змію, дозволяє створити маніпулятор із нескінченним числом ступенів рухливості. Він являє собою порожнисту гнучку оболонку з декількома поздовжніми камерами. При подачі рівних тисків у всі камери маніпулятор займає вертикальне положення, а при подачі різних згинається в бік камер з меншим тиском. У Франції розроблено пневматичний робот "Седром-3", який, подібно до черв'яка, пересувається перистальтичним способом - за рахунок послідовних розтягувань та скорочень його гнучкого "тіла". Воно складається із трьох секцій. Кожна з них є еластичною гофрованою трубкою, схожою на шланг протигазу. Такий робот-"хробак" може повзати по будь-якому каналу, трубі, плоскій, опуклій або увігнутій поверхні, в горизонтальному або навіть у вертикальному напрямку. Він може робити повороти на кут до 90 °, рухатися в пухкому середовищі - в піску, зерні, снігу, смітті. У стані спокою цей робот має довжину 3 м і діаметр 120 мм. Вага його – 10 кг, сила тяги – 80 кг, швидкість переміщення – більше 1 м/хв. Він може проповзати відстані більше 30 м і витримувати температуру до 80° С. У Японії для приводу робота використані трубчасті еластичні камери, що наповнюються стисненим повітрям. Такий привід є відрізок гумової трубки, укладений в обплетення із синтетичного матеріалу. При подачі стисненого повітря трубка починає розширюватися по діаметру і скорочуватися по довжині в осьовому напрямку - подібно до м'яза. Гумова трубка з обох боків закінчується металевими цоколями. Для управління кожним ступенем рухливості робота застосовують два такі гумові приводи. Один із металевих цоколів кожного приводу укріплений нерухомо, а інші пов'язані між собою гнучким тросом, перекинутим через шків. Цей шків пов'язаний з однією з ланок руки робота. При збільшенні тиску в одному з приводів він "зменшується", а при одночасному зменшенні тиску на ту ж величину інший привід "розслаблюється" (тобто подовжується). В результаті трос переміщається, обертає шків та ланку руки робота. Керують таким роботом за допомогою мікроЕОМ. Мала маса і гнучкість роблять його безпечним для людини. Завдяки своїй простоті цей робот можна використовувати для виконання багатьох нескладних операцій, наприклад, лакування деталей. Головне, за рахунок застосування гумових "м'язів", що наповнюються стисненим повітрям, вдалося досягти небувалого співвідношення між масою робота (6 кг) і вантажу, що піднімається (2 кг) - 3:1. Адже це співвідношення становить 10 : 1 і більше. Але до людини такій роботі ще далеко. Згадаймо, що штангісти піднімають вагу, що в 2-2,5 рази перевищує їхню власну. Тож конструкторам роботів рано ще заспокоюватися! Які перспективи розвитку пневмопривода? За даними відомої фірми Фесто (Австрія), повний обсяг виробництва засобів пневмоприводу в Європі, США та Японії 1986 року становив 6,5 мільярда марок ФРН. Цих коштів достатньо для виробництва 200.000 XNUMX комфортабельних автомобілів середнього класу! У розвинених капіталістичних країнах багато десятків великих і дрібних фірм виробляють обладнання пневматичного приводу найширшого асортименту. Найбільші з цих фірм - Фесто, Вабко-Вестінгауз (ФРН), Мартоїер (ФРН), Мекман (Швеція). Номенклатура елементів пневмоприводу фірми ФЕСТО становить кілька тисяч одиниць, у тому числі пневмоциліндри різних типів з діаметрами від 6 до 320 мм, робочим ходом від декількох міліметрів до декількох метрів, і обладнання всіх розмірів, що керує ними, - з перерізами отворів для проходу повітря від 2,5 до 20 мм. У країнах РЕВ також виробляється обладнання пневмоприводу - у НРБ, НДР і насамперед у ВНР (спільне виробництво з фірмою Мекман) - широкого асортименту та високої якості. Подивимося, яке становище з виробництвом та використанням пневмоприводу у вітчизняній промисловості. Інакше як плачевним його назвати не можна. Централізоване виробництво обладнання пневмоприводу та постачання ним усіх галузей машинобудування здійснює Міністерство верстатоінструментальної промисловості. Виробництвом пневмоапаратури в ньому займаються лише 4 підприємства, причому пневмоциліндри для машинобудування всієї країни робить Орджонікідзевський досвідчений (!?) завод пневмообладнання. Його номенклатуру становлять лише 58 моделей пневмоциліндрів. Невелика кількість поворотних пневмодвигунів та довгоходових пневмоциліндрів для промислових роботів робить сімферопольське виробниче об'єднання "Пневматика". Мініатюрних пневмоциліндрів та пневмоциліндрів з гальмуванням не робить жодне підприємство Мінстанкопрому. Усього випускається 150 моделей пневмоциліндрів без гальмування, а потрібно - 1000. Пневмоциліндрів з гальмуванням потрібно 1200 моделей. Поворотних пневмодвигунів випускається всього 4 моделі, а потрібно 24 (усі наведені цифри - за даними ВНДІ гідропривід, м. Харків). Деякі галузі машинобудування організували власне виробництво пневмоприводів. Так, Митищинський завод вагонів електропоїздів та метро випускає пневмоциліндри для приводу дверей цих вагонів. Автомобільна промисловість випускає мембранні пневмоприводи для гальмівних систем автомобілів та приводу автобусних дверей. Однак ці окремі приклади не змінюють загальну картину. Якість поверхонь, що труться, і гумових ущільнень пневмообладнання, що випускається Орджонікідзевським дослідним заводом і сімферопольським ВО "Пневматика", дуже погана. Це призводить до низької надійності та недостатнього терміну служби обладнання. І це в той час, як пневмоциліндри, що випускаються у ВНР, забезпечують 50 мільйонів подвійних ходів, чого вистачає на весь термін служби практично будь-якої машини! Не краще і положення з випуском розподільної та регулюючої апаратури, а також апаратури для підготовки стисненого повітря. Номенклатура її дуже вузька, а якість та надійність (за винятком апаратури московського ПЗ "Пневмоапарат") низькі. Все це призвело до дуже малого використання пневмоприводу у вітчизняному машинобудуванні. Особливо не вистачає мініатюрної апаратури пневмоприводу. При освоєнні виробництва нових машин за ліцензіями зарубіжних фірм необхідний переклад вітчизняні комплектуючі вироби, зокрема й у пневмопривода. При цьому щоразу каменем спотикання є відсутність необхідної вітчизняної апаратури пневмоприводу і її доводиться за валюту купувати за кордоном. Прискорений розвиток вітчизняного машинобудування та створення техніки високого рівня неможливий без створення сучасної бази для виробництва всіх видів приводу, у тому числі й пневматичного. Без швидкого та оперативного вирішення цього найважливішого завдання наше машинобудування не зможе рушити вперед і стати конкурентоспроможним на світовому ринку. Лінійні пневмодвигуни Пневмоциліндр двосторонньої дії
Пневмоциліндр односторонньої дії
Пневмомагнітний безциліндровий циліндр
Безштоковий пневмоциліндр
Канатний пневмоциліндр
Шланговий пневмодвигун
Пневмоциліндр з гальмуванням
Пневмоциліндр, що обертається
Ударний пневмоциліндр
Камерний пневмодвигун
Поворотні пневмодвигуни Поршневий з рейковою передачею
Шиберний (лопатевий)
Пневморотори Шестеренний
Роторно-пластинчастий
Турбінний
Пневмогідравлічний привід
Пневмогідравлічний підсилювач
Пневматичний двигун "Змія"
Пневматичні "м'язи"
Автор: В.Левін
▪ Про Місяць, ртуті та землетруси
Шум транспорту затримує зростання пташенят
06.05.2024 Бездротова колонка Samsung Music Frame HW-LS60D
06.05.2024 Новий спосіб управління та маніпулювання оптичними сигналами
05.05.2024
▪ Твердотільний мазер, що працює безперервно при кімнатній температурі ▪ Технологія ClearForce для чутливості дисплеїв до сили натискання ▪ Мікросхеми флеш-пам'яті типу NOR Microchip SST26WF080B та SST26WF040B ▪ Технологія платформа у корпусі для стандарту ZigBee
▪ розділ сайту Охорона праці. Добірка статей ▪ стаття Податковий прес. Крилатий вислів ▪ стаття Чи зростає площа морської поверхні? Детальна відповідь ▪ стаття Загальні відомості про атмосферу. Поради туристу ▪ стаття Рульова машинка в рамковій антені. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки ▪ стаття Переміщення грамплатівки. Секрет фокусу
Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт
www.diagram.com.ua |
Рекомендуємо цікаві статті розділу 
Дивіться інші статті розділу 
Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:
All languages of this page