Могут ли быть приводы пневмогидравлическими

Разница между электрическими, пневматическими и гидравлическими линейными приводами

Линейные привода предназначены для приведения в движение частей машин и механизмов по линейному поступательному движению. Привода преобразуют электрическую, гидравлическую энергию или энергию сжатого газа в движение или силу. В этой статье представлен анализ линейных приводов, их преимуществ и недостатков.

Как работают линейные привода

Линейные электрические привода преобразуют электрическую энергию в механическую. В качестве двигателя в них используется либо вращающийся либо линейный электрический двигатель. Вращающийся электрический двигатель перемещает шток посредством механического преобразователя, например с помощью шарико-винтовой или ролико-винтовой пары.

Пневматические и гидравлические привода фактически являются механическими преобразователями и представляют собой своего рода вставку (пневматическую или гидравлическую) между двигателем и исполнительным органом.

Пневматические линейные привода имеют поршень внутри полого цилиндра. Давление от внешнего компрессора или ручного насоса перемещает поршень внутри цилиндра. При увеличении давления поршень перемещается по оси, создавая линейную силу. Поршень возвращается в свое начальное положение посредством пружины или сжатого газа подаваемого с другой стороны поршня.

Гидравлические линейные привода работают подобно пневматическим приводам, но практически несжимаемая жидкость подаваемая насосом лучше перемещает шток, чем сжатый воздух.

Электрические привода

Преимущества

Электрические привода обладают высокой точностью позиционирования. Для примера точность может достигать 8 мкм с повторяемостью не хуже 1 мкм [1]. Настройки привода масштабируемы для любых целей и требующихся усилий.

Электрические привода могут быть быстро подключены к системе. Диагностическая информация доступна в режиме реального времени.

Обеспечивается полное управление параметрами движения. Могут включать энкодеры для контроля скорости, положения, момента и приложенных сил.

В связи с отсутствием жидкостей отсутствует риск загрязнения окружающей среды.

Недостатки

Начальная стоимость электрических приводов выше чем пневматических и гидравлических.

В отличие от пневматических приводов электрические привода (без дополнительных средств) не подходят для применения во взрывоопасных местах.

При продолжительной работе электродвигатель может перегреваться, увеличивая износ редуктора. Электродвигатель может также иметь большие размеры, что может привести к трудностям установки.

Сила электропривода, допустимые осевые нагрузки и скоростные параметры электропривода определяются выбранным электродвигателем. При изменении заданных параметров необходимо менять электродвигатель.

Пневматические привода

Преимущества

Простота и экономичность. Большинство пневматических алюминиевых приводов имеют максимальное давление до 1 МПа с рабочим диаметром цилиндра от 12,5 до 200 мм, что приблизительно соответствует силе в 133 — 33000 Н. Стальные пневматические привода обычно имеют максимальное давление до 1,7 МПа с рабочим диаметром цилиндра от 12,5 до 350 мм и создают силу от 220 до 171000 Н [1].

Пневматические привода позволяют точно управлять перемещением обеспечивая точность в пределах 2,5 мм и повторяемость в пределах 0,25 мм.

Пневматические привода могут применяться в районах с экстремальными температурами. Стандартный диапазон температур от -40 до 120 ˚C. В плане безопасности использование воздуха в пневматических приводах избавляет от необходимости использования опасных материалов. Данные привода удовлетворяют требованиям взрывозащищенности и безопасности, так как они не создают магнитного поля, в связи с отсутствием электродвигателя.

В последние годы в области пневматики достигнуты успехи в миниатюризации, материалах и интеграции с электроникой. Стоимость пневматических приводов низкая в сравнении с другими приводами. Пневматические привода имеют маленький вес, требуют минимального обслуживания и имеют надежные компоненты.

Недостатки

Потеря давления и сжимаемость воздуха делает пневматические привода менее эффективными, чем другие способы создания линейного перемещения. Ограничения компрессора и системы подачи значит, что работа на низком давлении приведет к маленьким силам и скоростям. Компрессор должен работать все время даже если привода ничего не перемещают.

Для действительно эффективной работы пневматические привода должны иметь определенные размеры для каждой задачи. Из-за этого они не могут использоваться для других задач. Точное управление и эффективность требуют распределители и вентили соответствующего размера для каждого случая, что увеличивает стоимость и сложность.

Несмотря на то, что воздух легко доступен, он может быть загрязнен маслом или смазкой, что приводит к простою и необходимости в обслуживание.

Источник

Основы гидравлики

Пневматический и пневмогидравлический приводы

В современной технике наряду с объемными гидроприводами широко применяют объемные пневмоприводы. Объемным пневмоприводом называют совокупность устройств, в число которых входит один или несколько пневматических двигателей, предназначенных для приведения в движение механизмов и машин посредством использования энергии сжатого газа.
Так как рабочим телом в пневмоприводе является сжатый газ (воздух) , то расчет его основывается на законах термо- и газодинамики.

Достоинства и недостатки пневмопривода

Пневмопривод надежен и долговечен, быстро действует (срабатывает) , прост и экономичен в эксплуатации, так как отработавший воздух выходит непосредственно в атмосферу. Использование воздуха в качестве рабочего тела положительно сказывается на стоимости эксплуатации таких приводов. Кроме того, скорость движения рабочих органов в пневмоприводах значительно больше, чем в гидроприводах.

Немаловажен и экологический фактор в сравнении двух типов приводов — гидравлического и пневматического. Пневматический привод несравненно меньше загрязняет окружающую среду, чем гидравлический, допускающий возможность утечки масел и рабочих жидкостей на почву и в воду.

К недостаткам пневмоприводов можно отнести сравнительно низкий КПД, недостаточную плавность и точность хода исполнительных органов без специальных дополнительных устройств, что связано со способностью газов сжиматься. Некоторая запоздалость срабатывания пневматических приводов даже легла в основу шутки водителей грузовиков, оборудованных пневмотормозами: «КамАЗ сначала задавит курицу на дороге, а после этого говорит ей «Кыш-ш-ш!«.
К отрицательным свойствам пневмоприводов следует отнести, также, появление конденсата в рабочем веществе при использовании в качестве такового атмосферного воздуха. Влага (водяные пары) , присутствующая в воздухе скапливается в пневмоприводе и может вызывать неисправности и сбои в его работе.

Типы пневматического привода

По конструкции и принципу работы элементы пневматического привода подобны (за исключением источников питания) соответствующим элементам гидравлического привода, а часто в обоих применяются одни и те же элементы.

Различают двухпозиционные и многопозиционные пневмоприводы.
Двухпозиционный пневмопривод характерен тем, что шток исполнительного поршня может занимать только два крайних положения. Такие приводы применяются, например, в зажимных и подающих устройствах, пневматических ножницах для резки металла, в пневмоприводных прессовых установках и подобных механизмах, где от рабочего органа требуется только два крайних перемещения.

Многопозиционный (следящий) пневмопривод позволяет исполнительному органу занимать не только крайние положения, но и любое промежуточное положение. Такие приводы применяются в системах управления многих машин, в том числе и автоматизированных. Все элементы пневмопривода делятся на две основные группы (помимо источников питания — компрессоров) : пневматические двигатели (пневмодвигатели) и управляющие устройства.

Пневматические двигатели

Пневматические двигатели – это устройства, предназначенные для преобразования энергии сжатого воздуха в механическую работу. Пневмодвигатели могут быть вращательного действия (пневмомоторы) , прямолинейного (пневмоцилиндры и мембранные аппараты) и поворотного движения.

Пневмомоторы подразделяют на пластинчатые и шестеренчатые. Наиболее широкое применение в машиностроении получили пластинчатые пневмомоторы.
Пневмомоторами оснащают ручные дрели и ручные высокооборотные шлифовальные машины.
Основными достоинствами инструментов с пластинчатыми пневмомоторами являются безопасность их эксплуатации, простота конструкции, сравнительно низкая стоимость.
Частоту вращения ротора превмомотора регулируют изменением расхода сжатого воздуха с помощью дроссельных устройств, подключаемых в питающую магистраль.
Крутящий момент регулируют изменением давления при помощи регуляторов (понижающих или повышающих редукторов) .

Пневмоцилиндры обычно используют для получения линейных или небольшой величины угловых перемещений. Если требуется получать возвратно-поворотные движения приводимых узлов на угол, меньший 360˚, то иногда применяют моментные (лопастные или поршневые) пневмоцилиндры.

Мембранные аппараты широко используют, когда требуется небольшой ход исполнительных механизмов при малом давлении (обычно не более 1 МПа) . Они выполняют роль как исполнительного механизма, так и чувствительных элементов.
Мембранные аппараты выгодно отличает простота устройства и хорошая герметизация объемов рабочих камер.

Пневматические управляющие устройства

Пневматические управляющие устройства предназначены для распределения потоков воздуха и управления пневматическими двигателями. В качестве управляющих пневматических устройств широко применяют распределительные клапаны, струйные трубки, сопла-заслонки и золотники.

Распределительные клапаны применяют для распределения воздуха. По принципу действия они подразделяются на клапаны однопозиционные и двухпозиционные; по способу включения – с ручным, электромагнитным и электропневматическим включением; в зависимости от воздействия включающих устройств – прямого и непрямого действия.
Однопозиционные клапаны применяют для пневмоцилиндров одностороннего действия, а двухпозиционные – для пневмоцилиндров двустороннего действия.

Струйные трубки обычно применяют в пневматических приводах небольшой мощности и сравнительно невысокого быстродействия.

Сопла-заслонки применяют в пневматических приводах, работающих при высоких температурах рабочего тела (обычно генераторного газа) . Это обусловливается пониженной чувствительностью сопл-заслонок к содержанию твердых частиц в газах.

Золотники – наилучшие управляющие устройства пневматических приводов, в которых в качестве рабочего тела используется чистый воздух. Подобно гидравлическим, пневматические золотники могут быть цилиндрическими и плоскими, одно-, двух- и четырехщелевыми, с ручным, пневматическим, электрическим или электропневматическим управлением.

Пневмогидравлические приводы

«Мягкотелость» пневматических приводов, особенно проявляющаяся в результате действия переменных нагрузок, накладывает некоторые ограничения на применяемость «чистой» пневматики в качестве привода рабочих органов машин и механизмов.
Чтобы избежать этого недостатка, присущего пневмоприводам, используют комбинацию объемных приводов — пневматического и гидравлического. Такой «гибридный» привод может быть выполнен по двум схемам — управляющим звеном является пневматика, а исполнительным — гидравлика, либо (что бывает чаще) наоборот — гидравлика управляет пневматическим приводом.

Пневмогидравлические приводы являются весьма эффективным средством подвода большой мощности к исполнительному органу, поскольку при этом используется дешевая и доступная энергия сжатого воздуха, позволяющая при относительно невысоких давлениях в системе получать на выходе значительную механическую энергию.
Кроме того, использование пневматики, как усилителя для гидравлического привода, позволяет устранить такой недостаток пневматического привода, как его «податливость», обусловленную большой сжимаемостью газов по сравнению с жидкостями.
Если же управление пневматикой в следящих пневмоприводах «поручается» гидравлике, то исключается инерционность подачи команд приводу, имеющую место в пневматических управляющих устройствах, опять же, из-за сжимаемости газов.

Пневмогидравлические приводы по сравнению с гидравлическими имеют ряд существенных преимуществ:

• простота и компактность по сравнению с аналогичными гидравлическими приводами;
• отсутствие вращающихся узлов и деталей в приводе, что увеличивает его ресурс;
• управление гидросистемой производится в пневмосистеме усиления давления, что позволяет сократить использование дорогостоящих гидрораспределителей и регулирующей аппаратуры;
• высокое давление масла в системе может поддерживаться без работы гидронасоса, за счет накопленной в ресиверах энергии сжатого воздуха, который расходуется только при перемещениях рабочих органов (например, поршней гидроцилиндров) .

Пневмогидравлические приводы находят применение в металлообрабатывающих производствах (различные приводы механизмов станков, подающие устройства и т. п.) , в различных системах автомобильной, дорожной и сельскохозяйственной техники (пневмогидроусилители сцепления — ПГУ, рулевого управления, вакуумные и пневматические усилители гидравлических тормозных приводов и т. п.) , а также во многих других областях машиностроения и промышленного производства.

Источник

Пневмогидравлический привод

Недостатки, присущие всем предыдущим приводам, были максимально устранены в пневмогидравлическом приводе.

В пневмогидравлическом приводе аккумулирование энергии, необходимой для включения, осуществляется за счет сжатия газа под большим давлением Для исключения утечки и растворения газ заключен в эластичном резиновом баллоне, размещенном в стальном сосуде 1, рис. 5. Обычно в пневмогидравлических приводах используется азот.

Рисунок 5 — Пневмогидравлический привод

При работе насоса 3 масло нагнетается в сосуд 1 и резиновый баллон 6 с азотом сжимается. Давление доводится до номинального значения 15 МПа, пос.

е чего насос 3 останавливается.

Управление приводом осуществляется с помощью золотникового клапана S, который приводится в действие электромагнитом 7. При левом положении клапана, рис.5.а), масло подается на верхнюю поверхность поршня. Нижняя поверхность поршня сообщается с маслом, находящимся под атмосферньы давлением в резервуаре 2. При переходе золотника в правое положение, рие. 5.б), масло под давлением будет подано на нижнюю поверхность поршня. Поршень переместится вверх и произойдет включение выключателя. Масло уз верхней части цилиндра свободно перетекает в резервуар 2.

Главный цилиндр 4, связанный с контактным механизмом, находится под высоким потенциалом. Управление осуществляется с помощью дв\х маслопроводов, связывающих главный цилиндр с остальной частью привода. Такая система позволяет отказаться от рычажной передачи, значительно облегчить подвижную часть выключателя, а следовательно, уменьшить усилие отключающих пружин. Для наладочных работ с выключателями используется ручной насос 8.

Достоинствапневмогидравлического привода:

Пневмогидравлический привод нашел применение в новых конструкциях элегазовых выключателей. Это элегазовые баковые выключатели серии ВГБв а номинальные напряжения от 110 до 330 кВ.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Перечислить основные типы приводов и пояснить, какие тяговые
элементы в них используются.

2. Что является механизмом свободного расцепления. Каково значение
этого механизма в ручном и электромагнитном приводах.

3. Назовите основные достоинства и недостатки всех известных приводов.

4. Назовите выключатели, в которых используются те или иные приводы.

5. Какую подготовку проходит воздух, используемый в пневматических приводах.

Федеральное агентство по образованию

ФГОУ СПО «Астраханский колледж вычислительной техники»

Источник