Компоненты для автоматизации производственных процессов
Компоненты для автоматизации производственных процессов
Содержание:
В условиях современного производства часто возникают задачи, требующие перемещения и фиксации объектов. Например, на линиях упаковки пищевых продуктов (сыр, творог) и розлива напитков (молоко, соки, газированные напитки), на термопластавтоматах, при производстве резинотехнических изделий и т. д. Одним из наиболее простых и экономически выгодных устройств для линейного перемещения объектов является пневмоцилиндр.
На рисунке 1 несколько упрощённо показана конструкция пневмоцилиндра. Если порт P2 подключить к линии сжатого воздуха, а из порта P1 сбросить воздух в атмосферу, поршень цилиндра начнёт двигаться влево, приводя к выдвижению штока (прямой ход штока). Подача давления в порт P1 и сброс воздуха из порта P2 приводят к движению в противоположном направлении (обратный ход штока).
Изменяя расход воздуха, поступающего в пневмоцилиндр, или расход воздуха, выходящего из него, мы можем регулировать скорость работы цилиндра. Для этого используются специальные фитинги с регулировкой расхода, также называемые дросселями. Рассмотрим конструкцию дросселя на примере фитинга MV 34 .. .. /B (рисунок 2). Фитинг-регулятор расхода имеет сужение 3, к которому с помощью микрометрического винта 1 подводится регулирующий элемент 2. Таким образом, вращением винта изменяется размер проходного сечения фитинга и, следовательно, расход через него. На рисунке 2 также показано обозначение данного фитинга на пневмосхемах.
Очевидно, что установка таких фитингов на обоих портах пневмоцилиндра (P1 и P2) не позволит независимо управлять скоростью прямого и обратного хода штока цилиндра, поскольку дросселирование потока воздуха при прохождении через фитинг происходит в обоих направлениях. В итоге скорость движения штока будет ограничена наименьшим расходом воздуха.
Для независимого управления скоростью прямого и обратного хода штока пневмоцилиндров применяют фитинги-регуляторы расхода с обратным клапаном. Их обозначение на пневмосхемах приведено на рисунке 3а. При направлении движения воздуха слева направо обратный клапан закрыт, и воздух через него не проходит (красная стрелка на рисунке 3б). Воздух проходит через дросселирующее устройство, с помощью которого осуществляется регулировка расхода (синяя стрелка на рисунке 3б). При направлении движения воздуха справа налево обратный клапан открывается, и основная часть потока воздуха проходит через него (красная стрелка на рисунке 3в). Некоторая часть воздуха продолжает проходить через дросселирующее устройство (синяя стрелка), однако, это практически не влияет на расход воздуха в целом.
Таким образом, использование дросселей с обратным клапаном обеспечивает регулирование расхода при движении воздуха в одном направлении и максимальный расход при движении воздуха в противоположном направлении. Поэтому при монтаже фитингов-регуляторов расхода с обратным клапаном следует соблюдать направление включения, указанное на пневмосхеме. Как правило, на самом фитинге нанесено его условное графическое обозначение, по которому становится понятно, в каком направлении осуществляется регулирование расхода воздуха, а в каком — обеспечивается полный расход. Например, на рисунке 4 показано расположение такого обозначения для фитингов с регулировкой расхода MV 21 и MV 34.
Регуляторы расхода (дроссели) с обратным клапаном позволяют осуществлять изменение расхода воздуха при его движении в одном направлении и не ограничивают расход в противоположном направлении. Эту особенность можно использовать для задания разной скорости движения поршня пневмоцилиндра в прямом и обратном направлении.
Возможны две разные схемы расположения дросселей с обратным клапаном при регулировании скорости хода штока пневмоцилиндра:
Рассмотрим эти варианты последовательно.
При использовании данного способа регулирования сбрасываемый воздух будет выходить из пневмоцилиндра быстрее подаваемого, поскольку использование дросселей позволяет только уменьшить расход воздуха, но не увеличить его. Это приводит к тому, что в одной из камер цилиндра давление оказывается близким к атмосферному. Данная ситуация показана на рисунке 5: порт P1 соединён с атмосферой, в порт P2 осуществляется подача сжатого воздуха, шток цилиндра движется влево.
Такое распределение давлений внутри цилиндра имеет следующие последствия:
1. Ухудшается восприятие цилиндром нагрузки в направлении движения штока. Это происходит потому, что давление в камере цилиндра, в сторону которой осуществляется движение, близко к атмосферному, и оно не оказывает сопротивления движению в данном направлении.
2. При небольших скоростях шток начинает двигаться рывками. Дело в том, что расход поступающего в цилиндр воздуха ограничен, а объём камеры увеличивается по мере движения штока. Совместно с различными значениями силы трения покоя и силы трения скольжения это приводит к колебаниям давления внутри цилиндра и неравномерному движению штока.
3. Становится невозможной остановка штока цилиндра в промежуточных положениях с помощью клапанов 5/3 центр закрыт. Как видно на рисунке 5, одна из камер цилиндра находится под давлением, а вторая — нет. Поэтому при переводе распределительного клапана 5/3 центр закрыт в среднее положение неизбежно продолжение движения цилиндра до тех пор, пока давление в обеих камерах не уравновесится.
При использовании данного способа регулирования подача воздуха в цилиндр осуществляется с максимальным расходом, а расход воздуха при сбросе в атмосферу ограничен, т. е. воздух может поступать в цилиндр быстрее, чем выходить из него. При данной схеме регулирования давление в сбросной камере пневмоцилиндра сохраняется во время движения штока (рисунок 6, камера порта P1).
Такой способ регулирования имеет следующие особенности:
1. Пневмоцилиндр хорошо воспринимает нагрузку как сонаправленную с движением штока, так и имеющую противоположное направление, поскольку обе камеры цилиндра находятся под давлением.
2. По сравнению с предыдущей схемой регулирования становится возможным достижение более медленных скоростей движения при сохранении плавности хода штока.
3. Упрощается остановка штока в заданном положении. Так как обе камеры цилиндра находятся под давлением, при их перекрытии цилиндр быстро достигает равновесного состояния. Это существенно уменьшает расстояние, пройденное штоком от момента перекрытия портов цилиндра