Практическое занятие 3. Конструкции пневмораспределителей

Практическое занятие 3.
Конструкции пневмораспределителей
Конструкция пневмораспределителя определяет время переключения, усилие переключения,
срок его службы, способ управления им, конструкцию присоединений к трубопроводам и
размеры. Хотя постоянно появляются пневмораспределители новых конструкций, в
настоящее время наиболее широко применяются распределители с запорными элементами –
клапанного (седельного) или золотникового типа.
Пневмораспределители клапанного типа
В них каналы прохода сжатого воздуха переключаются посредством перемещающегося
(открывающегося и закрывающегося) шарикового, тарельчатого, дискового или конического
запорного элемента, который взаимодействует с седлом соответствующей формы. Уплотнение по площади контакта запорного элемента с седлом достигается обычно за счет
эластичных материалов, установленных в месте контакта. В клапанных распределителях
почти нет деталей, подверженных износу (нет пар трения), поэтому у них большой срок
службы. Их достоинством также является нечувствительность к загрязнениям воздуха.
Однако, силы, нужные для переключения распределителя, относительно велики, так как для
изменения положения надо преодолеть силу упругости встроенной пружины и давление
управляющего воздуха.
Пневмораспределитель 3/2, нормально закрытый имеет три линии подвода/отвода воздуха и
две позиции переключения. В исходном положении пружина давит на запорный элемент
(клапан), не давая тем самым воздуху проходить из отверстия 1(Р) в отверстие 2(А). В это
время воздух свободно может проходить из отверстия 2(А) в выхлопное отверстие 3(R). Под
действием управляющего сигнала перемещается клапан, закрывая одновременно проход
воздуху из отверстия 2(А) в выхлоп 3(R) и открывая проход воздуху из отверстия 1(Р) в
отверстие 2(А). Пневмораспределители с шариковыми клапанами просты по конструкции,
имеют малые размеры и поэтому дешевы.
Рис. 4.1 Пневмораспределитель 3/2 с шаровым клапаном, нормально закрытый, с ручным или
механическим управлением.
Аналогично работает пневмораспределитель 3/2 с тарельчатым клапаном. Достоинством
таких распределителей является хорошее уплотнение между запорным элементом и седлом,
малое время переключения (так как перемещение запорного элемента невелико), они также
нечувствительны к чистоте воздуха и имеют большой срок службы.
Пневмораспределители могут быть двух типов – нормально закрытые и нормально открытые.
У нормально закрытых пневмораспределителей при отсутствии управляющего сигнала
проход воздуха из отверстия 2(А) в выхлоп 3(R) открыт, а проход из входного отверстия 1(Р)
в рабочее 2(А) закрыт. Под действием сигнала закрывается проход воздуха из отверстия 2(А)
в выхлоп 3(R) и открывается проход воздуха из входного отверстия 1(Р) в рабочий выход
2(А).
Рис.63 Нормально закрытый ПР 3/2 с тарелочным клапаном в загруженном состоянии.
Рис.64 Нормально открытый ПР 3/2 в исходном состоянии.
В случае нормально открытого пневмораспределителя при отсутствии управляющего сигнала
проход воздуху открыт из входного отверстия 1(Р) в рабочий выход 2(А), а проход из
отверстия 2(А) в выхлоп 3(R) закрыт. В случае появления управляющего воздействия
закрывается проход 1(Р) – (А) и открывается проход 2(А) – 3(R).
Для управления пневмоцилиндрами двухстороннего действия необходимы уже пневмораспределители более сложных конструкций (например, 4/2 и другие). Одна из возможных
конструкций представлена на рис.65 (в исходном положении) и рис.66 (в загруженном
состоянии).
Рис.65 ПР 4/2 с тарельчатыми клапанами в нулевом положении.
Рис.66 ПР 4/2 с тарелочными клапанами в загруженном положении
Управлять пневмораспределителем можно также сжатым воздухом (рис.68 – нормально
закрытый пневмораспределитель 3/2, управляемый сжатым воздухом).
Пневмораспределители золотникового типа
Управляющее усилие в них, действующее на торец золотника со стороны сжатого воздуха
или возвратной пружины, невелико из-за небольших сил сопротивления (сил трения
золотника о корпус). По сравнению с клапанными золотниковые пневмораспределители
имеют больший проток и управляющее перемещение, зато у них больше время переключения
и нет такого хорошего уплотнения. В данных пневмораспределителях используются
скользящие уплотнения, которые должны быть очень точно подогнаны – радиальный зазор
между золотником и корпусом должен находиться в диапазоне 0,002 - 0,004 мм, что делает
распределитель дорогим. С целью снижения стоимости допустимый зазор увеличивают, а на
золотник ставят уплотнительное кольцо из упругого материала.
На следующих рисунках приводится ряд ПР-телей с шиберами.
Рис.69 ПР-тель 5/2, с пневматическим управлением.
Рис.70 ПР-тель 5/3 с шибером, с пневматическим управлением.
Рис.71 ПР-тель 4/2 с шибером, с пневматическим управлением.
Рис.72 ПР-тель 5/2 с шибером, с пневматическим управлением в разных положениях.
На рис.72 приведен ПР, у которого управление движением воздушного потока происходит
шибером, но в употреблении применяется принцип, как у клапанного типа.
Рис.73 ПР-тель 4/3 с плоским поворотным шибером (вид спереди).
Рис.74 ПР-тель 4/3 с плоским поворотным шибером (вид сбоку).
Управление пневмораспределителями
У золотниковых распределителей могут быть все виды управления – ручное, механическое,
пневматическое, электрическое и комбинированное. Различают прямое и непрямое, то есть с
усилением, управление.
При прямом управлении управляющее воздействие наносится непосредственно на клапан
или золотник, при этом для управления большими распределителями энергия управления
(нужная для перемещения кнопки, толкателя, якоря электромагнита и т. д.) тоже должна быть
большей. Достоинство распределителей с прямым управлением в том, что они
нечувствительны к давлению воздуха, которым управляют.
Рис.75 ПР-тель 3/2, управляемый роликом (с усилителем, нормально открытый).
Рис.75 ПР-тель 3/2, управляемый роликом (с усилителем, нормально закрытый).
При непрямом управлении (с усилением) управляют так называемым пилотным клапаном,
который в свою очередь управляет самим распределителем (см. рис.75 и 76). К пилотному
клапану подводится давление питания. Если нажать на рычаг с роликом, то открывается
пилотный клапан, сжатый воздух проходит через него, попадает в пространство над
мембраной и перемещает ее вместе с запорным элементом главного клапана. Возврат
распределителя в исходное положение происходит после освобождения роликового рычага.
Пилотный клапан тогда закрывается, сжатый воздух из пространства над мембраной
вытекает наружу через кольцевой зазор между головкой и корпусом распределителя.
В этом случае энергия управления невелика. Однако, пилотные усилители чувствительны к
давлению управляющего воздуха, потому что управляются тем же воздухом, которым
управляют. Управление пневмораспределителем невозможно при снижении давления ниже
критического значения. Чтобы этого избежать, у некоторых распределителей есть
возможность вводить управляющий воздух внутрь по отдельному каналу. Тогда в
обозначении распределителя есть дополнительный штуцер у привода распределителя,
например:
Это значит, что должно быть дополнительное (пилотное) управляющее давление, величина
которого должна превышать рабочее, например, Рупр = 4 бар, Рраб = 2 бар. Это значит, что
должны быть две пневмосистемы с разными давлениями, это неудобно, но иногда
необходимо.
Обратные клапаны
Обратные клапаны – это компоненты, которые дают возможность воздуху протекать только в
одном направлении, при изменении направления воздуха клапан закрывается и не пропускает
воздух в обратном направлении. Перекрыть проход воздуху можно с помощью шарика,
клапана или мембраны благодаря разнице давлений или с помощью дополнительной
пружины.
Есть проход
воздуху
Нет прохода
воздуху
Рис.80 Конструкция и условное обозначение обратного клапана без пружины и с пружиной.
Дроссели
Дроссели применяют для регулирования расхода воздуха, например, для снижения скорости
движения приводов (цилиндров, моторов и поворотных цилиндров). Дроссели могут быть
нерегулируемыми и регулируемыми. Дроссель не должен быть полностью закрытым!
Рис.77 Условные обозначения дросселей с нерегулируемым и регулируемым расходом
воздуха.
С помощью дросселей регулировать расход воздуха можно в обоих направлениях.
Чаще используются конструкции дросселей со встроенными обратными клапанами, которые
расширяют возможности использования дросселей. Они позволяют регулировать расход
проходящего воздуха только в одном направлении – слева или справа (смотри рисунок) –
когда обратный клапан прижат и воздух должен медленно проходить через дроссель. При
движении воздуха в другом направлении справа или слева – воздух отжимает обратный
клапан и быстро проходит через него, а не через дроссель.
Рис.78 Конструкция и условное обозначение регулируемого дросселя с обратным клапаном.
Клапан быстрого выхлопа
Он используется, если надо увеличить скорость движения поршня цилиндра. Применение
такого клапана ускоряет движение поршня потому, что выходящий из цилиндра воздух
выводится мимо элементов, создающих сопротивление (распределитель, пневмопроводы,
тройники, дроссели). Клапан быстрого выхлопа присоединяется возможно близко к цилиндру
(часто непосредственно к корпусу), так что отверстие клапана 2(А) соединяется с отверстием
цилиндра, а в отверстие 1(Р) направляется воздух, подаваемый в цилиндр. При подаче
сжатого воздуха в цилиндр тарельчатый клапан закрывает выход воздуха из отверстия 3(R),
открывая в то же время проход через отверстие 2(А) (рис.87).
Рис.87 Движение воздуха через
пневмоцилиндр.
клапан
быстрого
выхлопа из
распределителя в
При выходе воздуха из пневмоцилиндра открывается проход воздуху через отверстие 3(R).
Рис.88 Выхлоп воздуха через клапан быстрого выхлопа из пневмоцилиндра в распределитель.
Логическая функция «И» («AND», «JA»)
Пневматический элемент, реализующий эту функцию, также называется клапаном двух
давлений. Конструкция элемента, реализующего функцию «И», и его условное обозначение
приведены на рис. 81.
А
Х
У
Рис. 81 Конструкция и условное обозначение пневматического элемента «И».
На выходе элемента «И» есть сигнал (сжатый воздух) только в том случае, если есть сигналы
на обоих его входах.
Логическая функция «ИЛИ» («OR», «VÕI»)
Пневматический элемент, реализующий эту функцию, также называется перекидным
клапаном. Конструкция элемента, реализующего функцию «ИЛИ», и его условное
обозначение приведены на рис. 84.
А
Х
У
Рис .84 Конструкция и условное обозначение пневматического элемента «ИЛИ».
В элементе «ИЛИ» на выходе есть сигнал (сжатый воздух), если есть сигнал хотя бы на
одном или на обоих входах.
Реле давления
Конструкция и схематическое обозначение данного элемента приведены на рис.98. Воздух
проходит через клапан от канала 1(Р) к выходу 2(А), который открывается только в случае,
если давление воздуха превысит силу сжатия пружины, величину которой можно
регулировать. В исходное положение распределитель возвратится, если снять управляющее
давление.
2(A)
12(Z)
1(P)
3(R)
Рис.98 Чувствительный к давлению элемент с изменяемым порогом чувствительности.