Układy pneumatyczno-hydrauliczne

© Copyright by: Krzysztof Serafin. Brzesko 2007
Na podstawie skryptu 1220 AGH
Temat:
Układy pneumatyczno - hydrauliczne
1. Siłownik z zabudowanym blokiem sterującym
Ten ruch wahadłowy
tłoka siłownika jest
utrzymywany dopóki
do
urządzenia
doprowadzane
jest
sprężone powietrze.
Jednostka ta (siłownik + zawór sterujący) nazywana
czasem siłownikiem o ruchu wahadłowym charakteryzuje
się tym, że po osiągnięciu przez tłok siłownika skrajnego
położenia następuje natychmiastowa zmiana kierunku
ruchu tłoka na przeciwny.
Zastosowania:
Siłowniki te mogą mieć zastosowanie w maszynach i urządzeniach
pracujących w ruchu ciągłym. Przykładami zastosowań są:
doprowadzanie lub wyrzucanie pojedynczych detali, napęd taśm
montażowych o stałym takcie produkcyjnym.
W tej jednostce sterującej siłownik może być sterowany bezpośrednio
lub pośrednio, a przez zastosowanie odpowiedniego zaworu można
osiągać prędkości od 3 do 60 m/min.
Długość skoku można regulować bezstopniowo. Wbudowane dławiki
pozwalają na regulację prędkości w obu kierunkach. Tłumienie szumu
powietrza odprowadzanego do atmosfery uzyskuje się przez wbudowanie
tłumików hałasu.
2. Układy pneumatyczno-hydrauliczne
Napędy pneumatyczne stosuje się wtedy, gdy wymagane są
szybkie ruchy, a siła nie przekracza 30000 N. Powyżej tego
zakresu użycie siłowników pneumatycznych staje się
nieekonomiczne.
Dalsze ograniczenia zastosowań pneumatycznych napędów
występuje w przypadku konieczności uzyskania stałych
powolnych ruchów posuwowych. Czysto pneumatyczny
napęd nie może być wtedy zastosowany. Uniemożliwia to
ściśliwość powietrza, która w wielu innych przypadkach jest
korzystna.
J
Z pomocą przychodzi tu hydraulika i mamy tu do czynienia z
układami łączącymi zalety hydrauliki i pneumatyki.
Proste pneumatyczne elementy sterujące, równomierna
prędkość, a w niektórych przypadkach duże siły, przy małych
średnicach siłownika — oto cechy tych układów.
Pneumatyczny układ
sterujący działa na siłownik
pneumatyczny, a regulacja prędkości roboczej odbywa się
poprzez siłownik hydrauliczny. Układy te znajdują najczęściej
zastosowanie w procesach obróbki wiórowej jak wiercenie,
frezowanie i toczenie oraz również przy wzmacniaczach
docisku, prasach i urządzeniach mocujących.
3. Pneumatyczno-hydrauliczny przetwornik ciśnienia
Przetwornik ciśnienia jest urządzeniem, w którym czynnikami roboczymi
jest olej i sprężone powietrze. Poprzez oddziaływanie sprężonego
powietrza na lustro oleju w zbiorniku olejowym wypierany jest z niego
olej.
Symbol pneumo-hydraulicznego
przetwornika ciśnienia.
Przez nastawiany opór zwrotno-dławiący przepływa olej do siłownika
roboczego. Tłoczysko siłownika przemieszcza się dzięki temu z
równomierną prędkością. Ruch powrotny siłownika następuje pod
wpływem sprężonego powietrza działającego z drugiej strony tłoka, przy
równoczesnym odpowietrzeniu zbiornika oleju, umożliwiającym szybki
przepływ do niego oleju. Przy przetwarzaniu obydwa czynniki pracują
przy tym samym ciśnieniu.
…
co to jest ? ciśnienia
4. Wzmacniacz
Wzmacniacz ciśnienia składa się z dwóch komór ciśnieniowych o różnych
powierzchniach. Przez podłączenie (1) podawane jest powietrze do
siłownika pneumatycznego, powodując przemieszczanie tłoka w dół i
wytłaczanie oleju z drugiej komory. Olej przez przyłącze (2) przepływa
poprzez zawór zwrotno-dławiący do elementu roboczego
Symbol pneumohydraulicznego
wzmacniacza ciśnienia
Różnica powierzchni obu tłoków powoduje podwyższenie ciśnienia
oleju. Normalne wzmocnienia wynoszą: 4:1, 8:1, 16:1, 32:1.
Jako maksymalne ciśnienie sprężonego powietrza przyjmuje się
1000 kPa (10 bar).
Znaczny wzrost ciśnienia oleju powoduje, że dla osiągnięcia
stosunkowo dużej siły można użyć siłownika o małej średnicy.
Występujące w układach hydraulicznych przecieki wymagają
regularnych zabiegów konserwatorskich jak dopełnianie oleju,
odpowietrzanie.
Ze względu na ograniczoną objętość oleju we wzmacniaczu nie można
zasilać równocześnie kilku układów. Dla każdego układu sterowania
względnie napędu siłownika należy osobno obliczyć niezbędną objętość
oleju i wybrać odpowiedni wzmacniacz.
Przykład obliczeń
Dane:
A1=100 cm2 - powierzchnia tłoka siłownika 1
A2=10 cm2 - powierzchnia tłoka siłownika 2
p1=600 kPa (6bar) – wejściowe ciśnienie sprężonego powietrza
Oblicz: Ciśnienie powietrza na wyjściu wzmacniacza ?
Obliczenia:
Parcie sprężonego powietrza:
F1=p1·A1 = 6Ÿ105 N/m2 Ÿ 100 Ÿ 10-4 m2 = 6000 [N]
Parcie na olej:
F1=F2
Stąd ciśnienie oleju:
P2=F2/A2 = 6000N / 10Ÿ10-4 m2 = 60Ÿ105 N/m2 = 6000kPa (60bar)
5. Pneumatyczno-hydrauliczna jednostka posuwowa
Urządzenie to znajduje
głównie zastosowanie tam,
gdzie
wymagana
jest
równomierna
szybkość
posuwu.
Siłownik pneumatyczny, hamujący siłownik hydrauliczny i blok sterujący
stanowią zwarty zespół. Tłoczyska siłowników są ze sobą połączone za
pomocą łącznika. Elementem roboczym jest siłownik pneumatyczny.
Gdy siłownik pneumatyczny zostanie zasilony powietrzem, to również
tłok hydraulicznego siłownika hamującego zostaje napędzany i
przetłacza olej z jednej komory siłownika do drugiej poprzez zawór
zwrotno-dławiący.
Prędkość wysuwu można regulować poprzez zawór zwrotno-dławiący. To
olej nie dopuszcza, aby przy zmianie sił oporu były nierównomierności
ruchu. Przy ruchu powrotnym olej szybko przedostaje się przez zawór
zwrotno-dławiący na drugą stronę tłoka i dlatego ruch powrotny jest
przyspieszony.
Za pomocą nastawnego zderzaka na tłoczysku siłownika hamującego ruch
do przodu można podzielić na dwa odcinki — ruch przyspieszony (dobieg) i
ruch roboczy. Tłok tego siłownika zostanie przemieszczany dopiero wtedy,
gdy łącznik dosunie się do zderzaka. Prędkość posuwu można regulować w
zakresie od około 30 do 6000 mm/min.
Hydrauliczny siłownik hamujący ma zamknięty obieg oleju. Przy tym
rozwiązaniu występują niewielkie straty spowodowane przeciekiem oleju,
ujawniające się w postaci filmu olejowego na tłoczysku. Przez wbudowanie
zbiorniczka te ubytki oleju można uzupełniać.
W przypadku jednostki pokazanej na rysunku przy szczególnie dużym
dławieniu powstaje duży moment gnący na tłoczysku siłownika
pneumatycznego. Dla uniknięcia odkształcenia tłoczyska wykonuje się go
jako dwustronne o odpowiednio zwiększonej średnicy
Inny rodzaj jednostki posuwowej.
Pomiędzy dwoma siłownikami pneumatycznymi znajduje się
hydrauliczny siłownik hamujący. Wtedy naprężenia zginające na
tłoczyskach siłowników pneumatycznych ulegają zrównoważeniu.
Jednostki posuwowe można również samemu montować. Zespół
siłownik-zawór jako olejowy siłownik hamujący połączony razem z
siłownikiem pneumatycznym jako jednostką posuwową.
6. Pneumatyczno-hydrauliczna jednostka posuwowa o
ruchu wahadłowym
Przez
połączenie
hydraulicznego
siłownika
hamującego
z
pneumatycznym siłownikiem wahadłowym uzyskuje się urządzenie
przeznaczone do napędu wrzecion w wiertarkach stołowych i
kolumnowych. Ruch postępowy siłownika zostaje zamieniony na ruch
obrotowy wahadłowy wykazujący opisane poprzednio zalety układów
pneumo-hydraulicznych.