Заполнить таблицу
| Распределитель | Принцип работы | Преимущества распределителя | Недостатки распределителя |
| Нормально закрытые 3/2-пневмораспределители с механическим управлением | |||
| Нормально открытым 3/2-пневмораспределитель с механическим управлением | |||
| Нормально закрытый 3/2-пневмораспределитель золотникового типа с механическим управлением | |||
| Нормально закрытый 3/2-пневмораспределитель с пневматическим управлением | |||
| 5/2-пневмораспределитель с пневматическим управлением и возвратом | |||
| 3/2-пневмораспределитель с электромагнитным управлением и ручным дублированием | |||
| Бистабильный 5/2-пневмораспределитель с пневматическим управлением |
2. Дано: распределитель нормально закрытый.
Задание: определить какая линия идет к потребителю (А), от компрессора (Р), сброса (R). Описать конструкцию и принцип действия распределителя.
Пневмораспределители, которые переключаются в нормальную позицию посредством возвратных пружин, называют моностабильными.
На рис. 5.11 представлена конструкция моностабильного нормально закрытого 2/2-пневмораспределителя с механическим управлением.
Рис. 5.11. Нормально закрытый 2/2-пневмораспределитель с механическим управлением
В исходной позиции запорно-регулирующии элемент 3 пневмораспределителя, выполненный в виде полусферы, под действием пружины 4 и давления питания прижат к седлу 2, перекрывая тем самым подачу сжатого воздуха в канал потребителя А, — т. е. пневмораспределитель нормально закрыт. При наличии внешнего управляющего воздействия, величина которого должна быть достаточной для преодоления усилия от возвратных пружин и давления, действующего на клапан 3, толкатель 1 снимает клапан 3 с седла 2 и пневмораспределитель занимает позицию, в которой каналы питания Р и потребителя А сообщаются между собой.
На рис. 5.12 изображены два варианта конструктивного исполнения нормально закрытого 3/2-пневмораспределителя с механическим управлением. Отличие между ними заключается в том, что в одном (рис. 5.12, б) заложена возможность подсоединения к линии выхлопа R (например, можно подсоединить глушитель), а в другом (рис. 5.12, а) это действие осуществить нельзя и сброс производится непосредственно в атмосферу.
Рис. 5.12. Нормально закрытые 3/2-пневмораспределители с механическим управлением
Даже такое несущественное различие находит отражение в условном графическом обозначении пневмораспределителей: если исключена возможность подсоединения к отверстию выхлопа, то треугольник, указывающий на сброс воздуха в атмосферу, примыкает вплотную к обозначению пневмораспределителя; в противном случае он отделяется от последнего вертикальной чертой.
Следует обратить внимание на то, что оба пневмораспределителя срабатывают в два этапа: при движении толкателя в момент его контакта с клапаном перекрывается выполненный в нем канал выхлопа R, и только при дальнейшем движении соединяются каналы питания Р и потребителя А.
Нормально открытый 3/2-пневмораспределитель (рис. 5.13).
Рис. 5.13. Нормально открытым 3/2-пневмораспределитель с механическим управлением
Данная конструкция имеет два дисковых клапана, причем в исходном состоянии верхний отсекает канал выхлопа R, а через открытый нижний воздух протекает из канала питания Р к потребителю через канал А.
Движение толкателя вниз сопровождается двухступенчатым срабатыванием пневмораспределителя. На первой ступени нижний клапан, жестко связанный с толкателем, опускается на подпружиненное седло, перекрывая подачу сжатого воздуха. Верхний клапан, в свою очередь, остается поджатым к своему седлу вплоть до момента контакта с буртиком толкателя. Только после этого в результате дальнейшего совместного движения толкателя с нижним клапаном и его седлом верхний клапан открывается, и устанавливается соединение потребителя с выхлопом (вторая ступень).
Альтернативой сложным по конструктивному исполнению распределителям клапанного типа являются золотниковые распределители.
Принадлежность к классу аппаратов клапанного или золотникового типов не находит отражения в условном графическом обозначении пневматических распределителей, хотя эти типы аппаратуры существенно различаются по функциональным возможностям.
Так, 3/2-пневмораспределитель золотникового типа (рис. 5.14) можно использовать и как нормально закрытый (индексация каналов, поясняющая схему коммутации, дана без скобок), и как нормально открытый (индексация дана в скобках).
Рис. 5.14. Нормально закрытый 3/2-пневмораспределитель золотникового типа с механическим управлением
Подача сжатого воздуха в каналы Р или R не приводит к возникновению на золотнике усилий, вызывающих его смещение из нормальной позиции, т. к. и в том, и в другом случаях золотник остается пневматически разгруженным.
До тех пор, пока золотник находится в крайнем левом положении, за счет действия пружины, происходит выход воздуха из канала потребителя А на сброс через канал R. При смещении золотника в крайнее правое положение, за счет нажатие на поршень, происходит подача воздуха из канала питания Р к потребителю через канал А.
В тех случаях, когда сжатый воздух подается к исполнительным механизмам непосредственно от пневмораспределителей с механическим или мускульным управлением, говорят о прямом управлении (рис. 5.15).
Рис. 5.15. Прямое управление пневмоцилиндрами
Пневмораспределители, управляющие исполнительными механизмами, также называют исполнительными.
Пневматическое управление распределителями используют в тех случаях, когда необходимо осуществлять дистанционное управление их работой посредством пневматического сигнала. Чтобы распределитель был с пневматическим управлением, в конструкцию вводят поршень 1, перемещение которого и приводит в движение запорный элемент 2 (рис. 5.16).
Рис. 5.16. Нормально закрытый 3/2-пневмораспределитель с пневматическим управлением
Рассмотрим схему управления пневмоцилиндром одностороннего действия с использованием распределителя с пневматическим управлением (рис. 5.17).
Рис. 5.17. Непрямое управление пневмоцилиндром одностороннего действия (исполнительный распределитель — нормально закрытый)
В предложенной схеме пневмораспределитель с ручным управлением (пневмокнопка) управляет работой пневмоцилиндра путем подачи сигнала на исполнительный распределитель с пневматическим управлением.
Если исполнительный пневмораспределитель будет нормально открытым (рис. 5.18):
Рис. 5.18. Непрямое управление пневмоцилиндром одностороннего действия (исполнительным распределитель — нормально открытый)
В моностабильных пневмораспределителях возврат запорно-регулирующего элемента в исходное положение может осуществляться не только посредством механических пружин, но и под действием давления сжатого воздуха (пневматической пружины) (рис. 5.19).
Рис. 5.19. 5/2-пневмораспределитель с пневматическим управлением и возвратом
В исходной позиции золотник 2 находится в крайнем левом положении, т. к. на его правый поршень 4 через специальный канал 3, связанный с линией питания, подается сжатый воздух. Происходит подача сжатого воздуха из линии питания Р к потребителю по линии В, при этом происходит сброс воздуха от потребителя по линии А в R. При поступлении управляющего сигнала в канал Х золотник 2 сместится вправо, поскольку площадь левого поршня 1 значительно больше площади правого поршня 4. Происходит подача сжатого воздуха из линии питания Р к потребителю по линии А, при этом происходит сброс воздуха от потребителя по линии В в R. Схема применения данных распределителей на рис.:
В некоторых конструкциях возврат ЗРЭ в исходную позицию осуществляется под действием одновременно и механической, и пневматической пружин. Такое сочетание обеспечивает более высокую стабильность и надежность переключения пневмораспределителя.
В тех случаях, когда имеются технологические ограничения на величину управляющих сигналов, применяют распределители с пневматическим усилением управляющего сигнала (или, другими словами — пилотным управлением) (рис. 5.20).
Рис. 5.20. 3/2-пневмораспределитель с пневматическим усилением управляющего сигнала
В таких конструкциях (в данном случае это путевой выключатель) усилие переключения прикладывается к небольшому вспомогательному (пилотному) распределителю 2, функцией которого является подача пневматического сигнала управления на основной пневмораспределитель 3, непосредственно осуществляющий коммутацию внешних пневмолиний. Поскольку площадь клапана пилотного распределителя невелика, то усилие, необходимое для переключения последнего, минимально.
Рассмотренная конструкция позволяет трансформировать нормально закрытый пневмораспределитель в нормально открытый. Для этого надо развернуть управляющую головку с роликом 1 на 180° и подавать сжатый воздух в канал R.
В тех случаях, когда требуется контролировать какой-либо объект при его движении только в определенном направлении, применяют распределители с управлением от «ломающегося» рычага с роликом (рис. 5.21).
Рис. 5.21. Принцип действия «ломающегося» рычага с роликом
Конструкция рычага выполнена таким образом, что он воздействует на толкатель пневмораспределителя только в том случае, если движение штока пневмоцилиндра или другого контролируемого объекта происходит в определенном направлении (рис. 5.21, а). Пневмораспределитель не срабатывает при движении объекта в противоположном направлении, поскольку рычаг с роликом проворачивается на оси («ломается») и не передает управляющее воздействие на толкатель (рис 5.21,б).
На современном производстве управление сложными технологическими объектами с пневматическими приводами базируется преимущественно на электрических и электронных системах, имеющих широкие возможности сбора, обработки информационных и формирования управляющих электрических сигналов, а главное — высокое быстродействие. Независимо от элементной базы управляющих систем (релейно-контактная или микропроцессорная техника), в силовой части привода применяют пневматические распределители с электромагнитным управлением. Работа подобных пневмораспределителей основывается на свойстве находящихся под напряжением электромагнитных катушек втягивать расположенный в них якорь.
Запорно-регулирующий элемент в таких аппаратах располагают непосредственно на торцах якоря, который помещается в гильзу, ввинченную в корпус. Снаружи гильза охватывается приводной электромагнитной катушкой (рис. 5.22).
Рис. 5.22. 3/2-пневмораспределитель с электромагнитным управлением и ручным дублированием
Если электромагнитная катушка 7 обесточена, якорь 5 прижат пружиной 4 к седлу клапана 3, перекрывая канал Р, по которому подводится сжатый воздух; выходной канал А соединен с атмосферой через пазы на наружной поверхности якоря. Напряжение на катушку 7 подается через присоединительный элемент — коннектор 8, при этом якорь 5, преодолевая усилие пружины 4, поднимается до седла клапана 6, закрывая канал R выхода воздуха в атмосферу и открывая канал, соединенный с отверстием для подведения сжатого воздуха. Сжатый воздух подается в линию потребителя (канал А).
Пневмораспределители с электромагнитным приводом имеют, как правило, ручное дублирование, используемое обычно при пусконаладочных работах или при поиске причин неисправности (если распределитель срабатывает от элемента ручного управления, это свидетельствует о том, что не работает катушка). Включаем пневмораспределитель нажатием или проворотом специального устройства (рис. 5.22, поз.1) механически поднимающего якорь с седла клапана. После проверки работоспособности распределителя элемент ручного управления необходимо выставить в положение, не препятствующее свободному перемещению якоря.
К классу моностабильных пневмораспределителей относится также большое число трехпозиционных распределителей. Обычно нормальной для них является средняя позиция, в которую они выставляются посредством двух пружин, центрирующих их запорной регулирующий элемент. Так, используя 5/3-пневмораспределитель с двусторонним пневматическим управлением и закрытой центральной позицией, можно обеспечить останов пневмоцилиндра в любом промежуточном положении (рис. 5.23).
Рис. 5.23. Использование 5/3-пневмораспределителя для позиционирования пневмоцилиндров
При нажатии на одну из пневмокнопок, например 1.3, шток цилиндра 1.0 начнет перемещаться, а при отпускании ее он остановится, поскольку исполнительный распределитель 1.1 займет центральную позицию, в которой все линии перекрыты (при этом точность позиционирования цилиндра будет достаточно низкой).
Бистабильные пневмораспределители
Двухпозиционные пневмораспределители, которые после снятия управляющего внешнего воздействия остаются в позиции, определяемой этим воздействием, называют бистабильными (с памятью позиции последнего переключения). Возврат их в исходную позицию осуществляется после подачи противоположного по значению управляющего сигнала. В качестве примера рассмотрим отсечный нормально закрытый 3/2-пневмораспределитель с ручным управлением (рис. 5.24), предназначенный для подачи сжатого воздуха в пневмосистему и сброса из нее.
Рис. 5.24. Отсечный нормально закрытый 3/2-пневмораспределитель с ручным управлением
Данный распределитель может находиться в одной из двух возможных позиций переключения сколь угодно долго, поскольку в его конструкции отсутствуют элементы, однозначно определяющие положение запорно- регулирующего элемента.
У бистабильных распределителей с пневматическим управлением, входящих в состав пневмопривода, исходная позиция определяется не особенностями конструкции, а связями с элементами, управляющими этими аппаратами.
Для пояснения сказанного рассмотрим, например, две схемы управления воротами с пневматическим приводом (рис. 5.25).
Рис. 5.25. Использование бистабильного 5/2-пневмораспределителя для управления пневмоцилиндром
Несмотря на то, что в схеме а исходная позиция бистабильного пневмораспределителя 1.1 обеспечивает втянутое положение штока пневмоцилиндра, а в схеме б — выдвинутое, мы имеем дело, по существу, не с двумя схемами, как может показаться на первый взгляд, а с одной и той же, но описывающей различные исходные состояния пневмопривода. Причем эти исходные состояния определяются даже не особенностями схемы, а скорее, «особенностями оператора». Так, оператор, действующий по схеме а, предпочитает работать в режиме «закрыл-открыл», в то время как для его сменщика удобнее режим б — «открыл-закрыл».
Очевидно, что после кратковременного нажатия на пневмокнопку 1.2 схема а трансформируется в схему б, а схема б после кратковременного воздействия на кнопку 1.3 — в схему а.
Можно сказать, что бистабильные пневмораспределители способны запоминать последний поданный сигнал управления. Действительно, и в 4/2-пневмораспределителе с плоским золотником (рис. 5.26, а), и в 5/2-пневмораспределителе (рис. 5.26, б) даже после снятия сигнала в линии управления X переключающий элемент остается в крайнем правом положении до тех пор, пока не поступит команда в линию управления Y.
Рис. 5.26. Бистабильные 4/2 (а)- и 5/2 (б) -пневмораспределители с пневматическим управлением
Так как площади управляющих поршней в бистабильных пневмораспределителях одинаковы, то в том случае, когда в обоих каналах управления распределителя присутствуют сигналы, он будет устанавливаться в позицию, определяемую сигналом, который пришел первым. Это свойство бистабильных пневмораспределителей часто используют в пневматических системах управления.
Если пневмораспределители, у которых органы управления ЗРЭ удерживаются в рабочих позициях силами трения устанавливают на машинах с повышенным уровнем вибрации, то их положение должно быть строго горизонтальным. В противном случае может произойти самопроизвольное переключение ЗРЭ в нижнюю позицию.
Бистабильные пневмораспределители с электропневматическим управлением, по существу, представляют собой комбинацию двух пилотных электроуправляемых 3/2-пневмораспределителей 1 и базового распределителя 2 с двусторонним пневматическим управлением. Сжатый воздух подводится к пилотным распределителям, располагающимся, как правило, на торцах базового распределителя, по специальным каналам 3, выполненным в корпусе последнего и соединенным с каналом питания Р (рис. 5.27).
Рис. 5.27. Бистабильный 5/2-пневмораспределитель с электропневматическим управлением
При подаче напряжения на одну из электромагнитных катушек срабатывает соответствующий пилотный распределитель, пропуская сжатый воздух к торцу ЗРЭ основного распределителя, что приводит к переключению последнего.
Иногда распределители такого типа называют импульсными, поскольку для их срабатывания достаточно подать кратковременный (импульсный) управляющий сигнал.