TEKUTINOVÉ POHONY
TEKUTINOVÉ POHONY Pneumatické (medium vzduch) Hydraulické (medium kapaliny s příměsí) Přednosti: dobrá realizace přímočarých pohybů dobrá regulace síly, která je vyvozena motorem (píst, pístní tyč) F=S p (možnost regulace tlaku) nízká hmotnost vzhledem ke svým výkonům lze je přetížit, aniž by nastala nějaká destrukce 2
TEKUTINOVÉ POHONY - VÝHODY PNEUMATICKÉ větší rychlost (až 3 m s -1 ) pružnost medium všude kolem nás ρ s = t Q možnost centrální výroby stlačeného vzduchu kompresor nemusí pracovat nepřetržitě doprava i na velké vzdálenosti, jednoduché vedení bez zpětného vedení (odpad přímo do ovzduší) čistota provozu zanedbatelný vliv okolí (nezávislé na T) bezpečnost provozu (nehořlavost, nevýbušnost) plynulé nastavení rychlostí a sil montáž (jednoduché konstrukce prvků, výhodné pro montáž) malá hmotnost vzhledem k výkonu, robustnost, snadná opravitelnost v = s t HYDRULICKÉ větší síly 32 50 Mpa malé rychlosti vysoká účinnost plynulý chod při všech rychlostech dobrá regulace tuhost přesnost 3
TEKUTINOVÉ POHONY - NEVÝHODY PNEUMATICKÉ špatně se dosahuje malých plynulých rychlostí (2 3 ms -1 ) obtížné mazání neumějí vykonat veliké síly (tlak standard 0,6 Mpa, max do 1,0 MPa) více nejde stlačit, pak už pruží hlučnost (expanze stlačeného vzduchu do okolí) úprava vzduchu (musí se odstranit všechny nečistoty, aby nedocházelo knadměrnému opotřebování prvků) výroba stlačeného vzduchu je (6-8) * dražší než výroba elektrického proudu a asi 4* dražší než výroba tlakové kapaliny HYDRULICKÉ hořlavost závislost na T agregát musí být blízko motoru (jinak velké ztráty) malé rychlosti 4
2 1 2 1 HM PM ČÁST 1 1 VJ VS 2 1 R 2 R VS TM F ČÁST 2 TM M VR M VP HG F 5
Nutno umět řídit u tekutinových pohonů: rychlost pohybu škrcením zmenšováním průtoku škrtícím ventilem nemění se tlak, pouze množství škrcení na výtoku z pístu odstraňuje kmitání smysl (směru) pohybu stoupnutím tlaku poklesem tlaku diferenciálním účinkem tlaku řízení pomocí rozvaděčů převod kapaliny nebo vzduchu na jednu nebo druhou stranu pístu velikost síly 6
PNEUMATICKÉ OBVODY
Pneumatické mechanizmy Pneumatický mechanizmus zařízení pro přenos energie a transformaci vstupních funkcí na výstupní, kde nositelem energie je plyn, zpravidla atmosférický vzduch. 8
Podle využívané formy energie se rozlišují: Proud plynu je nositelem tří hlavních forem energie: Potencionální Deformační Kinetická a) pneumaticko-statické mechanizmy b) pneumaticko-dynamické mechanizmy 9
Pneumaticko-statické mechanizmy 1. Pracovní prostory motoru kompresoru se zaplňují plynem o konstantním tlaku Využívaná tlaková energie je vyjádřená vztahem: (deformační a kinetická se nevyužívá) W p = V p ( N m) kde V - objem plynu [m 3 ], p - tlak [Pa]. 10
2) Pracovní prostory motoru kompresoru jsou naplněny v počátečním stavu takovým objemem plynu, aby jeho deformací došlo k provedení požadované činnosti Deformační energie se vyjádří vztahem: W d = 1 2 k x 2 x = ΔV S - deformace nositele energie kde k - tuhost nositele energie ΔV - změna objemu, S - plocha (průřez nositele energie) W d = 1 2 k S 2 ΔV 2 = 1 2 D ΔV 2 D = k S 2 - odpor nositele energie proti deformaci 11
Pneumaticko-dynamické mechanismy použití je omezeno malou hmotností plynu. Používá se proto kombinovaných mechanizmů (úderné válce) využívajících kinetické energie tuhých částí. (razící lisy) Pohybová energie se vyjádří vztahem: W k = m v kde m - hmotnost nositele energie v - rychlost pohybu nositele energie. 1 2 2 12
Dělení pneumatických mechanizmů, podle funkcí, které plní ve stroji A) mechanizmy sloužící převážně kpřenosu energie: 1) posuvné mechanizmy zajišťují relativní pohyb mezi dvěma celky 2) servomechanizmy slouží rovněž kpřenosu a zpracování informace 3) převodové mechanizmy přenášejí výkon k výstupním členům stroje B) mechanizmy sloužící k přenosu informace Zpoždění při přenosu (často větší než zpoždění přístrojů) vhodné pouze tam, kde jsou velké časové konstanty sledovaného systému Na přenos energie a informací se používají pneumatické mechanizmy v tlakových pásmech: nízkotlakové (p = 0,1 10 kpa), střednětlakové (p = 20 100 kpa), a vysokotlakové (p = 200 1000 kpa), 13
Výhody pneumatických mechanizmů Výhody a rovněž nevýhody pneumatických mechanizmů vyplývají ze dvou vlastností plynů: a) velká stlačitelnosti plynu b) malá viskozita a z toho vyplývající malé třecí odpory 14
K výhodám pneumatických mechanizmů patří: - medium (vzduch) se nachází všude kolem nás - možnost využití centrální výroby stlačeného vzduchu v závodě - kompresor nemusí pracovat nepřetržitě - doprava stlačeného vzduchu pomocí potrubí i na velké vzdálenosti, bez zpětného vedení - čistota provozu - zanedbatelný vliv okolí - přípustnost přetížení - bezpečnost provozu (vhodné i do provozů s agresivním prostředím i nebezpečím požáru či exploze) - plynulé nastavení rychlostí a sil - montáž - možnost zapojení do automatických pracovních cyklů - nízké ceny prvků - robustní provedení 15 - vysoká provozní spolehlivost
Nevýhody pneumatických mechanizmů - stlačitelnost vzduchu - úprava vzduchu - značné tření při pohybu zhoršená přesnost nastavení polohy - nutnost přimazávání vzduchu - hlučnost (hlučné odfuky) - vysoké náklady na energii - možná netěsnost 16
Stlačitelnost vzduchu Vzduch - stlačitelný (komprese) -rozpínatelný(expanze) Tento jev je popsán Boyle Mariottovým zákonem. Platí pro izotermický děj. Platí vztah: p V = p V = p V = 1 1 2 2 3 3 konst 17
Gay Lussacův zákon pro adiabatický děj Objem plynu se mění v závislosti na teplotě V = : V T T : 1 2 1 2 Obecný vztah, který platí pro ideální plyn : p V = m R T kde p - tlak [MPa] V - objem [m 3 ] m - hmotnost [kg] R - univerzální plynová konstanta [J.kg -1.K -1 ] T - teplota [K] 18
Stlačení vzduchu F 1 F 2 F 3 V 1 p 1 V 2 p 2 V 3 p 3 19
Stlačení vzduchu TYPY KOMPRESORŮ 20
Výroba stlačeného vzduchu K výrobě stlačeného vzduchu se používají kompresory - stlačují vzduch z tlaku okolního prostředí na požadovaný pracovní tlak - stlačují plyn na přetlak vyšší než 200 kpa Rozlišují se dvě základní provedení: První provedení pracuje na objemovém principu pístové kompresory - s přímočarým pohybem pístu -s otáčivým pohybem pístu membránové kompresory Druhé provedení využívá proudového principu radiální turbokompresory axiální turbokompresory proudové kompresory dmychadla, ventilátory 21
Tlak vzduchu Tlak je definován jako síla působící na plochu: p = F S kde p - tlak [Pa] F - síla [N] S - plocha [m 2 ] Podle soustavy SI je jednotkou tlaku 1 Pa ( Pascal). 1N 1Pa = 2 m 22
Další používané jednotky: a) Atmosféra absolutní tlak v technické soustavě 1kp 1at = 0, 981bar 2 cm = b) bar 5 10 N 5 1bar = = 10 Pa = 1, 02at 2 m c) Torr 1 Torr = 1 1 at 1 Torr = 736 750 bar 23
Pneumatické pohony Dělení podle prvku převádějícího tlak na sílu nebo výchylku: S membránou S vlnovcem S pístem Speciální Podle způsobu generování pohybu Jednočinné Dvojčinné Podle dráhy výstupního prvku Posuvné, Kyvné Rotační Podle signálu Spojité (proporcionální) Nespojité 24
Výpočet SÍLY NA PÍSTU upřímočarých motorů Teoretická síla pístu je dána vztahem: F th = S p kde F th - teoretická síla pístu [kp] S - účinná plocha pístu [cm 2 ] p - pracovní tlak [bar] Pneumatické pístové pohony dosahují značné síly desítky kn. 25
Pro praxi má však význam efektivní síla pístu. Při jejím výpočtu se musí uvážit odpory třením. Při normálních provozních podmínkách mohou činit třecí síly 3 20 % celkové vyvozené síly. U jednočinných motorů je efektivní síla dána vztahem: F n = S p F tr F pr F pr F n F tř Rozbor sil u jednočinného pístu 26
U dvojčinných motorů: F = S p n F tr F n F tř Rozbor sil u dvojčinného motoru 27
Zpětný zdvih dvojčinných motorů: F = S p n F tr kde F n efektivní síla pístu [N] 2 π S = D 4 ( ) - účinná 2 2 D d π S = účinná 4 p pracovní tlak [bar] F tr síla tření [N] plocha F pr síla odtahové pružiny [N] D vnitřní průměr pístu [cm] d průměr pístnice [cm] pístu [cm 2 D ] plocha pístu na straně pístnice Průměry pístu [cm 2 ] d 28
Schémata pneumatických obvodů Schématické značky prvků jsou uváděny podle normy ČSN ISO 1219 Hydraulika a pneumatika Grafické značky a obvodová schémata. Přehled nejpoužívanějších značek v pneumatických schématech NÁZEV PRVKU VÝZNAM ZNAČKY SCHÉMATICKÁ ZNAČKA PROVEDENÍ PRVKU VE SKUTEČNOSTI VEDENÍ prvek sloužící na vedení proudu vzduchu, potrubí jeden přívod vzduchu do válce zpětný pohyb vyvozen vnější silou JEDNOČINNÝ VÁLEC jeden přívod vzduchu do válce zpětný pohyb vyvozen pružinou 29
DVOJČINNÝ VÁLEC dva přívody vzduchu ROZVADĚČ ovládá směru průtoku vzduchu označení x/y, x počet poloh rozvaděče (počet obdélníků), y počet cest, na bocích způsob ovládání rozvaděče ŠKRTÍCÍ VENTIL umožňuje regulovat rychlost průtoku vzduchu JEDNOSMĚRNÝ VENTIL umožňuje průtok vzduchu jenom v jednom směru, kulička brání průtoku DVOJITÝ JEDNOSMĚRNÝ VENTIL pro ovládaní ze dvou míst, realizuje funkci: na výstupu je signál tehdy, jestliže alespoň na jednom z vstupů je signál 30
DVOUTLAKÝ VENTIL realizuje funkci: na výstupu je signál pouze tehdy, jestliže jsou současně na všech vstupech signály TLUMIČ zabraňuje hlučnosti provozu JEDNOTKA PRO ÚPRAVU VZDUCHU upravuje vzduch před vstupem do rozvaděčů a válců FILTR snižuje obsah nečistot ve vzduchu 31
MAZNICE slouží a mazání vzduchu olejem MANOMETR zařízení pro měření tlaku REDUKČNÍ VENTIL redukuje množství procházejícího vzduchu KOMPRESOR stroj na výrobu stlačeného vzduchu 32
Ukázky reálné podoby vybraných prvků Jednočinný válec 33
Ukázky reálné podoby vybraných prvků Dvojčinný motor 34
Ukázky reálné podoby vybraných prvků Rotační motor 35
Ukázky reálné podoby vybraných prvků 3/2 rozvaděč, v základní poloze neprůchodný 36
Ukázky reálné podoby vybraných prvků Dvojtlaký ventil (logická fce AND) 37
Ukázky reálné podoby vybraných prvků Dvoupolohový jednosměrný ventil (logická fce OR) 38
Ukázky reálné podoby vybraných prvků Regulační ventil závislý na viskozitě Jednosměrný regulační ventil závislý na viskozitě 39
Způsoby ovládání rozvaděčů: a) mechanické b) elektromagnetické c) pneumatické Ovládání rozvaděčů Mechanické - nejjednodušší způsob ovládání Způsoby mechanického ovládání Schématická značka Popis Obecný znak Ovládání tlačítkem Ovládání ruční pákou Ovládání nožním pedálem Ovládání kladičkou Ovládání pružinou Ovládání narážkou Příklad mechanického ovládání rozvaděče 40
Elektromagnetické - nejpoužívanější způsob ovládání a) b) Elektromagnetické řízení: a) jedním elektromagnetem a pružinou, b) dvěma elektromagnety Pneumatické - rozlišují se dva způsoby řízení Schéma označení pneumatického řízení 41
1. negativní řízení - obě strany rozvaděče jsou trvale napojeny na tlakové větve a od hlavní tlakové větve jsou pouze odděleny odporem, přestavení nastane, odlehčí-li se jedna ze stran rozvaděče, tj. spojí-li se s vnějším ovzduším Ukázka negativního řízení 42
2. pozitivní řízení - každá strana rozvaděče může být zapojena buď jen na tlakovou větev, nebo jen na vnější ovzduší. Nedochází tím k unikům tlakového vzduchu. Pozitivní řízení není ztrátové. Ukázka pozitivního řízení 43
Návrh schématu pohony válce výstup signálu/provedení regulační orgány rozvaděče členy pro zpracování signálu zpracování signálu vysílače signálu vstup signálu přívod vzduchu, rozvod, údržba přívod energie 44
Uspořádaní schémat nemusí odpovídat skutečnému umístění prvků vzařízení. Rozvaděč V1 je vysílačem signálu, kreslí se do příslušné spodní části schématu a jeho skutečné umístění se vyznačí značkou, v tomto případě svislou čárkou ( ). V1 pohony regulační člen V1 zpracovávací člen vysílače signálu Ukázka pneumatického schéma přívod energie 45