Пневматические исполнительные механизмы

В качестве исполнительных механизмов в пневматических системах применяются поршневые и мембранные пневмоприводы.

Поршневые отличаются от мембранных большей величиной перемещения рабочего органа и большим развиваемым усилием. Применяются они редко.

Мембранно-пружинные исполнительные механизмы (МИМ) в зависимости от направления движения выходного звена подразделяются на ИМ прямого (МИМ ППХ) и обратного (МИМ ОПХ) действия. Пневмоприводы могут быть с дополнительными блокам, которые обозначаются в шифре прибора: позиционер – 02; боковой ручной дублёр –01; верхний ручной дублёр – 01В; позиционер и боковой дублёр – 05; позиционер и верхний дублёр – 05В; Им – без дополнительных блоков – 10.

В обозначение МИМ входят: тип механизма, диаметр заделки мембраны, полный ход выходного звена, комплектация дополнительными блоками, группа механизма в зависимости от параметров окружающей среды, стандарт. Например, МИМ прямого действия с диаметром заделки мембраны 320 мм, полным ходом выходного звена 25 мм, позиционером для работы при температуре окружающей среды (-30) – (+50) ^оС обозначается МИМ ППХ – 320-25-02-П (ГОСТ 17433-80).

МИМП отличается от механизмов типа МИМ более жёсткой пружиной, МИМК – наличием рычага вместо выходного звена.

При установке пневматических ИМ возрастает значимость предмонтажной проверки в связи с тем, что на их демонтаж и замену затрачивается много труда и времени.

Предмонтажная проверка включает проверки: отклонения действительного хода штока, основной погрешности и вариации, порога чувствительности, настройки длины штока.

Для проверки отклонения действительного максимального и условного хода штока через редуктор или задатчик в штуцер головки ИМ подают воздух под давлением 0,02 и 0,1 МПа (0,2 и 1 кгс/см²), которое контролируют по образцовому манометру и проверяют при этом отклонение действительного максимального и условного хода штока.

Поскольку шкала ИМ имеет невысокую точность отсчёта, на шкалу устанавливают индикатор положения, или отклонение определяют по разности между диапазоном изменения входного сигнала (0,02 – 0,1 МПа) и действительным его значением. Для этого, изменяя давление в головке ИМ, устанавливают указатель на отметку 100 % и также фиксируют давление воздуха Р₁₀₀ в головке ИМ.

Отношение разности максимального действительного и условного хода к условному ходу, т.е.

(Р₁₀₀ – Р₀) – 0,02

________________ ∙ 100 %

Х = 0,08

Должно быть не более 40 %.

Если Х больше допустимого, регулируют натяжение рабочих витков пружины ИМ. При (Р₁₀₀ – Р₀) > 0,08 отворачивают зажимную гайку, при

(Р₁₀₀ – Р₀) < 0,08 её заворачивают.

Основную погрешность ИМ, %, при возможности точного измерения хода штока определяют по формуле

γ = (S_Р - S_Д) 100/S_У,

где S_Р, S_Д и S_У – соответственно расчётное, действительное и условное перемещение штока ИМ, мм.

При невозможности точного измерения хода штока ИМ на вход подают давление в головку ИМ, устанавливают указатель на проверяемую точку и отсчитывают командное давление по образцовому манометру. Расчётное значение давления на проверяемой точке

Р_р = [(0,08 S_Р)/S_у] + 0,02.

Например, для точки 25 %

Р_Р = 0,08 ∙ 0,25 + 0,02 = 0,04 МПа.

Тогда основная погрешность, %,

γ = (Р_Р – Р_Д) 100/0,08,

где Р_р и Р_Д расчётное и действительное значения давления, МПа.

Значение основной погрешности также определяют на значениях хода штока соответствующих 40; 75 и 100 % условного хода последовательно при повышении и снижении давления.

Вариацию определяют как отношение наибольшей разности между действительными значениями прямого и обратного хода штока при одном и том же значении командного сигнала к условному ходу, %,

В = (S^'_Д - S"_Д) 100/S_У,

где S'_Д, S"_Д и S_У – соответственно действительно прямое, действительно обратное и условное значения хода штока, мм, или

В = (Р'_Д - Р"_Д) 100/0,08,

где Р'_Д, Р"_Д – прямое и обратное действительные значения давления, МПа. Значение основной погрешности и вариации не должно превышать допускаемой основной погрешности, равной 1,5; 2,5 и 4 % соответственно для клапанов классов точности 1,5; 2,5 и 4,0.

Если погрешность и вариации выше допускаемых значений, проверяют по возможности ослабляют затяжку сальника, проверяют и устраняют механические повреждения штока (искривления, заусеницы, царапины).

Порог чувствительности определяют при 20,50 и 80 % значения командного сигнала (полного диапазона) как при его увеличении, так и при уменьшении. Для определения порога чувствительности плавно увеличивают (или уменьшают) Р_к до момента трогания штока и проводят отсчёт по манометру.

Отношение разности между расчётным значением командного сигнала и Р_к в момент трогания штока и диапазона изменения командного сигнала, выраженное в процентах, определяет порог чувствительности. Он должен быть не более 0,4; 0,6 и 1 % соответственно для механизмов класса точности 1,5; 2,5 и 4.

После проверки ИМ необходимо настроить длину штока регулирующего органа. Для этого на вход подают воздух под давлением 0,02 МПа для клапанов типа «НЗ» (нормально закрытый) и 0,1 для клапанов «НО» (нормально открытый). Затвор при этих давлениях должен плотно войти в седло, что можно определить по толчку, ощущаемому рукой, приложенной к штоку. Момент закрытия регулируют муфтой, сочленяющей штоки ИМ и регулирующего органа.

При необходимости переделки одного типа МИМ на другой, например

«НЗ» на «НО», снимают верхнюю крышку МИМа и нижнюю крышку клапана, вывинчивают шток из золотника и завинчивают в противоположный конец его, меняя местами верхние и нижние седла. Пропускают шток через отверстие снизу и собирают клапан. Шкальную пластинку устанавливают так, чтобы вверху её была надпись «Закрыто».

Настраивают длину штока.

Классификация

В пневмодвигателях энергия сжатого воздуха преобразуется в энергию движения выходного звена. Они предназначены для приведения в движение рабочих органов машин, выполнения различных вспомогательных операций и пр.

Различают пневмодвигатели с поступательным движением выходного звена; пневмодвигатели с неограниченным углом поворота выходного звена; пневмодвигатели с неограниченным вращательным движением выходного звена (пневмомоторы). К первым относятся поршневые, сильфонные, камерные, шланговые и мембранные пневмодвигатели различных конструкций, ко вторым - такие же, но с лопастным рабочим элементом. Наибольшее распространение получили поршневые пневмодвигатели, которые называют также пневдоцилиндрами.

Различают двухпозиционные и многопозиционные двигатели.

Поворотные пневмодвигатели могут быть поршневыми и пластинчатыми.

Пневмомоторы по конструктивным признакам разделяют на поршневые, мембранные, пластинчатые, винтовые и турбинные.

Поршневые пневматические исполнительные механизмы так же, как и гидравлические, имеют силовой цилиндр с поршнем и дроссельное устройство.

Мембранные пневматические исполнительные устройства могут быть одностороннего и двойного действия. В устройствах одностороннего действия движение мембраны в одном направлении производится усилием возрастающего давления газа, а в противоположном - усилием пружины. В устройствах двойного действия движение мембраны в обе стороны осуществляется усилием возрастающего давления газа.

Таблица 10 - Основные типы пневмодвигателей, их назначение и области применения

Двигатели	Схема двигателя	Область применения
1. Пневмодвигатели с поступательным движением выходного звена: Поршневые ( пневмоцилиндры): *одностороннего действия		Подъемники и механизмы в которых движение в одну из сторон производится по действием внешних сил или собственного веса. Величина перемещений до (8-10) D и усилий до 30 кН.
* одностороннего действия с пружинным возвратом		Зажимные, фиксирующие, переключающие и другие устройства. Величина перемещений до (0,8-1,5) D и усилий 0,04-6 кН.
* двустороннего действия с односторонним штоком		Транспортирующие, погрузочно-разгрузочные, зажимные и другие устройства. Величина перемещений до (8-10) D и усилий до 45 кН.
* двустороннего действия с двусторонним штоком		Устройства с требованиями равенства развиваемых усилий в обе стороны или управления конечными выключателями с нерабочей стороны штока. Величина перемещений до (8-10) D и усилий до 30 кН.
*сдвоенные (одно - или двустороннего действия)		Зажимные устройства с ограничением радиального размера цилиндров. Величина перемещений до (0,8-1,5) D и усилий до 60 кН.
* телескопические (одно - или двустороннего действия)		Устройства со значительной величиной перемещения рабочего органа при ограниченном осевом размере цилиндра в исходном положении.
Многопозиционные пневмоцилиндры: * двухпоршневые		Устройства позиционирования, переключения передач и другие. Обеспечивают несколько фиксированных положений рабочего органа.
*однопоршневые с отверстиями в гильзе
* многопоршневые
* со встроенным реверсом		Прошивочные, штамповочные, маркировочные, чеканочные и другие устройства. Обеспечивают высокую скорость в одном или обоих направлениях.
* с гибким штоком		Транспортирующие устройства со значительными перемещениями и требованиями к минимальному размеру цилиндра. Величина перемещений до 20 D и усилий до 45 кН. Трудно обеспечить уплотнения гибкого штока.
Вращающиеся пневмоцилиндры: * одно - или двустороннего действия (с полым и сплошным штоком)		Зажимные устройства станков для обработки пруткового материала и штучных заготовок.
* сдвоенные		То же, при необходимости обеспечения усилий зажима свыше 45 кН или ограничения размера по диаметру цилиндров
Мембранные (одно - или двустороннего действия)		Устройства зажимные, фиксирующие и другие с ограниченной величиной перемещения 0,1 D для плоских мембран с гофром. Величина усилий до 30 кН.
Сильфонные		В датчиках и специальных устройствах с небольшой величиной хода и усилий.
Камерные		Для зажима деталей в нескольких точках. Обеспечивают постоянное усилие зажима при изменении размера деталей.
Шланговые		Транспортирующие устройства со значительной величиной перемещения (до 10 и более, при небольших перемещаемых массах).
2. Поворотные пневмодвигатели: Двухпозиционные * поршневые		Автоматические манипуляторы и загрузочные устройства; угол поворота обычно до 360 (и специальном исполнении до 1800), крутящий момент до 20 кН*м.
* шиберные		Угол поворота до 300; крутящий момент до 500 Н*м.
Пневмомоторы: Шестеренные		Приводы транспортеров, лебедок, комбайнов, сверильных машин в угольной и горнорудной промышленности.
Аксиально-поршневые		Приводы ручного инструмента, сверлильных головок и других устройств.
Радиально-поршневые		Приводы лебедок, конвейеров и других устройств во взрывоопасных помещений, а также сверлильных машин с относительно высоким крутящим моментом.
Мембранные		Приводы трубопроводной арматуры клапанного типа.
Пластинчатые		Ручной инструмент, сверлильные и резьбонарезные головки, гайковерты и другие устройства
Винтовые		Приводы конвейеров, транспортеров и других машин.
Турбинные		Приводы шлифовальных головок.

ЛИТЕРАТУРА

1. Барласов Б.З., Ильин В.И. Наладка приборов и систем автоматизации. – М: Высш. шк., 1985. – 304 с.

2. Барласов Б.З., Демкович В.А. Предмонтажная проверка средств автоматизации. – Л.: Стройиздат. Ленингр. Отд-ние. – 1979. – 264 с.

3. Ивашин Г.В., Никитенко К.Ф. Монтаж, наладка и эксплуатация автоматических устройств в пищевой промышленности. – М: Пищ. пром., 1977. – 176 с.

4. Клюев А.С., Минаев П.А. Наладка систем контроля и автоматического управления. – Л.: Стройиздат, Ленингр. Отд-ние. – 1980. – 208 с.

5. Миранцев Г.Я. Ремонт автоматических приборов и регуляторов. – М.: Энергия, 1980. – 224.

6. Смирнов А.А. Справочное пособие по ремонту приборов и регуляторов. – М.: Энергоатомиздат, 1989. – 832 с.