Регулирующая и направляющая аппаратура пневмосистем

Принципиально работа регулирующей и направляющей аппара­туры пневмосистем не отличается от аналогичных гидравлических ап­паратов. Однако в связи с тем, что промышленные пневматические привода работают на небольших давлениях, не превышающих 1 МПа, пневматическая аппаратура конструктивно более многообразна. Так, пневматические аппараты могут быть как плунжерного типа, так и клапанного.

К регулирующей пневмоаппаратуре относят устройства регулиро­вания расхода сжатого воздуха и его давления. Устройством регулиро­вания сжатого воздуха является пневматический дроссель. Принцип его действия аналогичен гидравлическому дросселю, т.е. регулирование потока сжатого воздуха осуществляется путем изменения площади проходного сечения аппарата. Это довольно простой по конструкции аппарат (рис.2.113а). В корпусе 2 выполнены каналы А и Б, а их про­ходное сечение перекрывается игольчатым затвором в виде винта 1. Вращая винт, можно изменять площадь проходного сечения дросселя и регулировать тем самым поток сжатого воздуха.

Наиболее широко известен пневматический дроссель игольчатого типа с обратным клапаном, который дает возможность осуществлять регулирование подачи сжатого воздуха и свободно пропускать его в обратном направлении (рис.2.113б).При подаче сжатого воздуха в ка­нал А он попадает по отверстию а к затвору 2 в виде иглы, проходит за­зор, образованный конической частью затвора и седлом в корпусе 3 и выходит в пневмосистему по каналу Б. При обратном направлении движения потока воздуха он открывает шариковый обратный клапан1 и беспрепятственно, минуя дроссельную щель, выходит в канал А.

Широко также используется и тормозной пневмодроссель (рис.2.113в). Его особенность состоит в том, что он может увеличить сопротивление прохождению сжатого воздуха, что дает возможность затормозить пневматический двигатель.

Настройка пропускаемого дросселем потока сжатого воздуха осуществляется регулировочным винтом 6. Он воздействует на рычаг 7, который через толкатель 8 перемещает поршень 2. Тем самым уста­навливается необходимый зазор между коническим затвором поршня и его седлом в корпусе 1. Сжатый воздух, вытесняемый пневмодвигателем, подается в канал а, проходит зазор и уходит в канал б. При этом пневмодвигатель движется со скоростью, определяемой расхо­дом воздуха через установленный зазор дросселя. Вместе с исполни­тельным узлом, приводимым в движение пневмодвигателем, переме­щается упор (на рис.2.113в не показан), который наезжает на ролик 9 рычага 7. Рычаг поворачивается вниз, уменьшая проходное сечение дросселя (увеличивая сопротивление потоку воздуха из пневмодвигателя). Скорость движения пневмодвигателя падает, и он плавно тормо­зится. Время торможения и его плавность зависят от профиля упора и его длины, контактирующей с роликом. Для реверса двигателя воздух подают в канал б. Своим потоком воздух открывает обратный кла­пан 3, сжимая пружину 4, и беспрепятственно из канала а идет в пневмодвигатель. Когда ролик 9 освободится от действия упора, пружина 5 восстановит настроенное винтом 6 проходное сечение дросселя.

Рис.2.113. Пневматические дроссели: а - игольчатый пневмодроссель и его условное обозначение; б - пневмодроссель с обратным клапаном и его условное обозначение; в - тормозной пневмодроссель модели П-ДТ и его условное обозначение; г - пневмодроссель с глушителем и его условное обозначение

Известно, что выпуск сжатого воздуха в атмосферу сопровождает­ся большим шумом. Для снижения уровня шума пневматические аппа­раты часто снабжаются глушителями. На рис.2.113г показан такой дроссель, который устанавливается в трубопроводе, выпускающем воздух в атмосферу. Щель дросселя между конической головкой и кор­пусом устанавливается поворотом винта 1 в ту или иную сторону. Сжа­тый воздух, пройдя из канала А в полость Б, преодолевает сопротивле­ние дросселя и попадает внутрь сетки полости В, которая разбивает струю воздуха и, оказывая сопротивление выходу воздуха, снижает скорость истечения воздуха и шум.

Аппаратами, регулирующими величину давления сжатого возду­ха, являются предохранительные и редукционные клапаны давления. Ос­новные представители этих аппаратов уже рассмотрены в разделе 2.2. К ним можно добавить часто применяющийся предохранительный кла­пан с глушителем (рис.2.114). Он обеспечивает выпуск сжатого воздуха в атмосферу через глушитель 2 при превышении давления сжатого воз­духа в канале А выше допустимого, настраиваемого клапаном 1.

На рис.2.115 приведен редукционный клапан давления, отличаю­щийся от рассмотренного выше на рис.2.60 тем, что здесь вместо регу­лировочного винта 1 и пружины 11 используются мембрана 1 и давле­ние управления P_у. Благодаря этому представляется возможным дис­танционное управление работой клапана. Воздух из канала А под дав­лением P₀ проходит сетку 2, кольцеобразную щель, образованную за­зором между затвором 3 и корпусом 5, и попадает в выходной канал Б. При дросселировании воздуха через щель теряется энергия, поэтому давление Р ниже подводимого P₀ . По каналу В воздух попадает в по­лость Е под мембрану, оказывая на нее воздействие снизу. Сверху на мембрану действует давление управления P_у. В установившемся режи­ме работы аппарата на мембрану сверху и снизу действуют равные силы, которые можно записать в следующем виде:

P_уS_м1 ^— PS_м2 ^— G_пр4 ⁼ 0, где S_м1, S_м2– эффективные площади мембраны 1 соответственно сверху и снизу, G_пр4- сила нерегулируемой пружины 4. Отсюда имеем: P = P_уS_м1/S_м2  - G_пр4/S_м2, т.е. давление на выходе аппарата зависит от давления управления P_у. Меняя его по команде системы управления можно установить необходимое давле­ние на выходе редукционного аппарата в соответствии с циклом рабо­ты пневматического привода.

Рис.2.114. Пневматический предохранительный клапан давления с глушителем и его условное обозначение

К направляющей аппаратуре пневматических приводов относятся обратные клапаны, пневматические распределители и клапаны быстрого выхлопа.

Принципиально пневматические обратные клапаны не отличают­ся от обратных клапанов гидравлических систем и предназначаются для пропуска сжатого воздуха лишь в одном направлении. Конструк­тивно они отличаются многообразием решений. На рис.2.116 показан ряд возможных исполнений пневматических обратных клапанов. Ос­новным их звеном является затвор 2, который может быть коническим (рис.2.116а), плоским (рис.2.116б) с уплотнительным элементом 3 или сферическим в виде шарика (рис.2.116в). Поступая по каналу А, сжа­тый воздух преодолевает сопротивление слабой пружины 4 или силу собственного веса шарика и выходит в канал Б. Обратный путь сжато­го воздуха из канала Б в канал А невозможен. Наиболее прост из них обратный клапан с шариком 2 (рис.2.116в). Однако он может устанав­ливаться лишь вертикально, а для предотвращения перекрытия шари­ком выходного канала Б надо предусматривать ограничители его хода, например, в виде диафрагмы 5.

Рис.2.115. Пневматический редукционный клапан давления с дистанционным управлением и его условное обозначение

Рис.2.116. Конструктивные схемы пневматических обратных клапанов и их условное обозначение: а - с коническим затвором; б - с плоским затвором; в - со сферическим затвором

Для пропуска сжатого воздуха в обоих направлениях применяют управляемые обратные клапаны, принудительным образом открыва­ющие проход рабочей среды (рис.2.117). Показаны два способа – меха­ническое управление открытием пропуска воздуха из канала Б в ка­нал А (рис.2.117а) по команде У и пневматическое управление давлени­ем P_у (рис.2.117б). Хотя может быть применен и любой другой способ управления (например, гидравлический, электромагнитный и т.п.).

Пневматические распределители отличаются большим многообра­зием конструкционного исполнения. Так, они могут быть плунжерными (золотниковыми). Их конструкция и принцип действия аналогичны гидравлическим распределителям плунжерного типа (рис.2.108). На рис.2.118 показаны пневматические золотниковые распределители типа 5/2 с различным способом управления. Так, на рис.2.118а перек­лючение плунжера 2 в нижнюю позицию осуществляется механически нажатием упора на путевой переключатель 4, который через толкатель 3 смещает плунжер 2, сжимая пружину 1. Тем самым изменяется нап­равление потока сжатого воздуха. Аналогично срабатывают и распре­делители с ручным тумблерным (рис.2.118б) и кнопочным (рис.2.118в) управлением. Надо отметить, что в распределителе с кнопочным уп­равлением (в отличие от тумблерного) нижнее положение золотник бу­дет занимать лишь при нажатой кнопке. Стоит отпустить кнопку, и плунжер вернется в верхнее положение.

Рис.2.117. Управляемые пневматические обратные клапаны и их условные обозначения: а – с механическим управлением; б – с пневматическим управлением

Рис.2.118. Плунжерные пневмораспределители: а - с механическим управлением; б - с тумблерным управлением; в - с кнопочным управлением

Кроме плунжерных пневматических распределителей есть пневмораспределители с плоским затвором (рис.2.119) и клапанного типа (рис.2.120). В распределителе типа 4/2сплоским затвором 2 его переме­щение осуществляется с помощью плунжера 4, под торцы которого по­дается сжатый воздух под давлением системы управления P_у1 и P_у2 . В правой позиции канал А соединяется с каналом подвода сжатого воз­духа под давлением Р, а канал Б с отводным каналом В. В левой пози­ции канал питания Р соединяется с каналом Б, а канал А – с каналом В. Все каналы выведены на заднюю стенку установленной плиты 1. Для предотвращения перетечек воздуха из полости питания Г в торцевые полости управления плунжера на плунжере установлены уплотнительные кольца 3.

Герметизация стыка затвора с плоскостью плиты 1 достигается поджимом самого затвора давлением Р в полости Г.

Особенностью пневматического распределителя типа 3/2 с руч­ным управлением (рис.2.120) является клапанный затвор 5, перемещае­мый рукояткой 6.В левом положении рукоятки канал подвода сжатого воздуха Р перекрыт пробкой 3, поджатой к перемычке корпуса 1 пру­жиной 2. Канал А при этом соединен с каналом В. При перемещении рукоятки 6 в правое положение затвор 5 своим торцом упирается в пробку 3, закрывая канал выхлопа В. При дальнейшем перемещении вправо он отжимает пробку 3 и тем самым канал питания Р соединяет­ся с каналом А. Возврат в левую позицию осуществляется действием пружин 4 и 2.

Для увеличения быстродействия пневматической системы приме­няются клапаны быстрого выхлопа. Они соединяют опорожняющуюся полость пневматического двигателя с атмосферой самым коротким пу­тем, благодаря чему давление в пневматическом двигателе почти мгно­венно становится равным нулю, и двигатель быстро возвращается на­зад. Происходит это следующим образом. По команде системы управ­ления P_у распределитель занимает правую позицию и подключает ка­нал питания Р к каналу А клапана быстрого выхлопа (рис.2.121б). По­током сжатого воздуха уплотнительный элемент 3 поджимается к шту­церу 2 и пропускает рабочую среду в канал Б (рис.2.121а), а оттуда в ле­вую полость цилиндра. Поршень совершает рабочий ход. Когда ко­манда управления системы P_у снимается, то распределитель занимает левую позицию. При этом канал питания Р перекрывается, а канал А соединяется с атмосферой (рис.2.120 б). Уплотнительный элемент давления воздуха в цилиндре смещается вправо и открывает выход из канала Б в канал В и в атмосферу по кратчайшему пути. Давление в ци­линдре резко падает до нуля, а поршень действием пружины быстро возвращается влево и готов к совершению нового рабочего хода.

Рис.2.119. Пневмораспределитель с плоским затвором и его условное обозначение

Рис.2.120. Конструктивная схема пневматического распределителя клапанного типа модели В76 и его условное обозначение

Рис.2.121. Клапан быстрого выхлопа модели П-КВВ-2.5: а – устройство; б – схема его включения в пневмопривод; 5 – его условное обозначение

С помощью регулирующей и направляющей аппаратуры и испол­нительной подсистемы можно создавать простейшие гидравлические и пневматические приводы и решать различного рода технические зада­чи автоматизации технологического оборудования.