Пневматика и робототехника. О пневмо- и гидроавтоматике в мехатронике - Новиньков Н. Н. 2 стр.

1.2. Пример управления пневмоцилиндрами ручным пневмокраном

В таблице 1 элементов пневмоавтоматики (п. 3.5) показан, например, ручной пневмокран 6/3  шестилинейный трёхпозиционный воздухораспределитель управления двумя далеко разнесёнными цилиндрами (рис. 3). Такие аппараты могут быть использованы в случаях, которые удобнее всего пояснить на графиках последовательности. Рабочий должен сначала на длинномерной (базовой) детали уложить и пневмоцилиндром Ц1 прижать одну деталь, произвести технологическую операцию, а потом выполнить её на другой детали (удалённой от первой), закрепив аналогично пневмоцилиндром Ц2. Пневмораспределитель 6/3 Р расположен посередине приспособления (положение «0» между Р

А

Б

1

А

1

2

А

А

1

Рис. 3. Ручное управление двумя пневмоцилиндрами воздухораспределителем Р 6/3 в трёх положениях: исходном (нулевом) и а) цилиндром Ц1;

б) цилиндром Ц2.

Вершины двух симметричных пологих жирных линий (рабочего и холостого ходов цилиндра) соединяем горизонтальной жирной линией. Так образовались две равнобокие трапеции графика. Схема вернулась в исходное положение «0» (оба цилиндра со штоками, убранными холостым ходом). Переключение воздухораспределителя Р

А

2

Б

1

1.3. Регулирование скорости пневматических и гидроприводов

При подаче изделия транспортным пневмоцилиндром в зону обработки оно, будучи незакреплённым, может в конце хода опрокинуться и деформироваться, или может произойти недопустимый удар пневматическим зажимным устройством по чисто обработанному изделию. А уменьшение скорости на всей длине хода транспортного цилиндра нерационально из-за снижения производительности оборудования. Требуется регулировка скорости их хода, например, дросселированием потока сжатого воздуха.

Применяется два типа регуляторов скорости потока (п. 4.3.3 табл. 1) наружного регулирования пневмоприводов: на выходе в атмосферу выхлопа из воздухораспределителя (п. 4.3.3а) [нередко после глушителя шума (п. 4.3.2б)] между воздухораспределителем и пневмоприводом (п. 4.3.3б и рис. 2а). В последнем случае используется блок параллельно соединённых элементов: обратного клапана и дросселя (регулируемого пневмосопротивления). Обратный клапан свободно пропускает поток сжатого воздуха с выхода воздухораспределителя (на схеме маленькая окружность  шарик клапана  обращена к пневмоприводу), но закрывается выхлопом, который может выходить из пневмопривода только через регулируемый дроссель, чем в полости холостого хода создаётся тормозное противодавление. [На схемах пневмогидроуправления пневматический дроссель изображается в виде двух встречных тупых уголков (коротких расходящихся лучей), вершины которых почти прикасаются к линии потока, и косо перечёркнутых короткой «регулировочной» стрелкой (показано на рис. 4.3.3 табл. 1). Однако упоминаемая таблица 1 «Элементы пневмоавтоматики» не может показать изображение гидродросселя, который примыкает к линии потока не встречными тупыми уголками, а двумя встречными небольшими выпуклостями дуг (например, R78 мм, как в табл. 1 п. 1.5б), также косо перечёркнутыми короткой регулировочной стрелкой (см. в начале гидравлического контура пневмогидросхемы на рис. 1).]

1.3.1. Торможение в конце хода пневмоцилиндра

На рис. 4а приведён простой пример наружного регулирования скорости транспортного пневмоцилиндра в конце хода с применением на штоке кулачка 2 и путевого 3 клапана 5/2. Когда воздухораспределитель 1 переключают влево, до нажатия кулачком 2 выхлоп из правой полости цилиндра происходит через дроссель 4 с постоянным торможением в пути (постоянной «уставкой»  в отличие от рис. 2а и п. 4.3.3б табл. 1 на рис. 4а тормозные пневмодроссели, как в п. 4.3.3а табл. 1, присоединены к выходам 4 и 5 клапана 3), а в конце пути, с момента переключения клапана 3 кулачком 2, выхлоп задерживается уже дросселем 5 (с другой, но тоже постоянной «уставкой»), создающим тормозное замедление хода в конце пути. Идеальный случай плавного торможения показан на графике рис. 4б пунктирной кривой. В реальности затухание снижения скорости пневмоцилиндра в конце пути может происходить с амплитудными колебаниями.

На рис. 4в приведён пример внутреннего тормозного устройства. В крышке 1 пневмоцилиндра выполнена цилиндрическая полость 2, в глубине которой имеется отверстие большого проходного сечения выхлопа из штоковой полости цилиндра, а на штоке у поршня имеется цилиндрический выступ такого же диаметра, как и полость в крышке, с заходной фаской и уплотнением 3. Когда в конце быстрого хода выступ 3 входит в полость 2, для выхлопа остаётся только отверстие 4, проходное сечение которого регулируется дросселем 5 (с постоянной уставкой), что резко увеличивает противодавление в штоковой полости цилиндра, и только в конце хода уменьшается его скорость (см. пик противодавления при торможении в конце хода на графике рис. 7б).

Рис. 4. Управление скоростью хода пневмоцилиндров:

а) внешнее торможение с использованием ручного воздухораспределителя  (5/2), торможения в конце пути;

б) график затухания скорости хода пневмоцилиндра

с торможением в конце пути, в) устройство внутреннего

торможения скорости в конце пути.

1.4. Три автономных способа пневмоуправления: путевое (управление кулачками, упорами), временно́е, управление по технологическому параметру (+ четвёртое, смешанное)

Возможность автономного пневмоуправления чисто пневматическими средствами позволяет присоединять к электрифицированному оборудованию пневматизированную оснастку и пневмогидравлические устройства без конструкторского вмешательства в имеющиеся схемы управления оборудованием.

1.4.1. Управление в функции пути

Управление в функции пути является самым надёжным способом управления. Выполнение последующих переключений возможно лишь с окончанием предыдущего по ходу цикла действия исполнительного механизма, давшего об этом «сигнал» (импульс сжатого воздуха). Любые непредвиденные его остановки без сигнала от путевого (конечного) пневмопереключателя прекращают продолжение работы элементов схемы (см. п. 4.1.2 табл. 1). Кулачки, упоры размещают на исполнительном механизме рядом с переключательным аппаратом. Но на принципиальных схемах путевые (конечные) пневмопереключатели-клапаны (и «пилоты» в гидравлике) нередко изображают упрощённо со стороны торцов цилиндров. Их условно переключает поршень.

На рис. 5а приведена схема полуавтоматического путевого управления пневмоцилиндром Ц. Рабочий-оператор нажатием кнопки 3/2 К перемещает вниз верхний квадрат золотника, и сжатый воздух проходит к правому торцу воздухораспределителя 4/2 Р. Сразу зрительно убедимся, что его левый торец через клапан 3/2 К1 соединён с атмосферой по прямой вертикальной стрелке клапана (он не переключён). Золотник распределителя Р перемещается влево, в перекрёстную позицию. Из магистральной трубы сжатый воздух по стрелке слева вверх направо поступает в правую полость цилиндра, а левая соединена с атмосферой через распределитель Р по стрелке слева вниз направо. Цилиндр Ц делает ход влево и в конце хода переключает клапан К1. Сжатый воздух по его косой линии справа вниз налево возвращает распределитель Р в исходную позицию (оператор давно снял руку с кнопки К, и пружина вернула кнопку вверх  правый торец распределителя Р соединён с атмосферой). Поршень цилиндра начинает ход вправо, и пружина возвращает клапан К1 в исходную позицию. Цилиндр Ц также приходит в исходную позицию. Цикл работы по полуавтоматической схеме путевого управления завершён.

Рис. 5. Управление циклом работы пневмоцилиндра в функции пути:

а) полуавтоматического цикла, б) автоматического повторения циклов

Схема рис. 5б предназначена для автоматического повторения циклов работы цилиндра Ц (схема «дворник»). Для этого в схему добавлен ещё один путевой пневмоклапан 3/2 К1, исходно прижатый поршнем (помним об условном воздействии поршня цилиндра на путевые переключательные клапаны), и пневмоклапан ручного переключения 3/2 К. Оператор-многостаночник один раз переключает вперёд ручку клапана К (фиксатор-апостроф западает в правое треугольное гнездо w  см. п. 4.1.3а табл. 1). Сжатый воздух от прижатого (поршнем) клапана К1 проходит по косой линии правого квадрата ручного пневмоклапана К справа вниз налево и переключает влево, в перекрёстную позицию, воздухораспределитель 4/2 Р (левый торец которого соединён с атмосферой через непереключённый клапан К

2

1

1.4.2. Управление в функции времени

(временно́е управление)

Управление в функции времени может осуществляться двумя способами: а) с помощью командоаппаратов, кулачковые валы которых вращаются с постоянной угловой скоростью (число оборотов электродвигателя постоянно). Путевые пневмоклапаны по заданной кулачками программе переключают воздухо- или гидрораспределители, например, в гидроматиках ([3], стр. 293); б) с помощью пневматических реле времени.

Пневматические реле времени подобны электронным. Принцип их работы состоит в том, что используется задержка выдачи пневмосигнала на время заполнения сжатым воздухом регулируемого объёма ресивера (аналог  электрическая ёмкость) или его (воздуха) выпуска через дроссель (малое отверстие) к объекту управления (п. 4.5 табл. 1).

На рис. 6а показан пример пневматического реле времени для задержки пневмоцилиндра Ц на 2 с в рабочем положении. Работает схема следующим образом. Кнопкой 3/2 К переключают влево воздухораспределитель 4/2 Р, левый торец которого соединён в исходном положении с атмосферой через переключатель 5/2 П реле времени РВ (см. п. 4.5а табл. 1).

Рис. 6. Управление в функции времени: а) пневмосхема задержки

остановки пневмоцилиндра, б) график последовательности работы

элементов схемы с остановкой на время t.

Цилиндр Ц делает рабочий ход и в конце пути переключает путевой пневмоклапан 3/2 К1. Сигнал с его выхода раздваивается: по линии 1 он поступает на подпружиненный левый торец дифференциального переключателя 5/2 П, но не вносит в его положение изменения, а по линии с демпфером 2  через фильтр 3 и сопротивления 4.1 и 4.2  в ресивер С (переменную ёмкость).

Задержка переключения реле времени РВ происходит на время, необходимое для заполнения сжатым воздухом переменной ёмкости «С». Линия 5 ответвляется от линии, соединяющей фильтр 3 с сопротивлением 4.1. Она подключена к правому (большому) торцу переключателя П реле времени РВ. Казалось бы, что сигнал от клапана К1 должен через линию 5 несвоевременно создать усилие на большом торце переключателя П, способное переключить его, но этого не происходит, так как сигнал дросселируется (задерживается) сопротивлением 4.1. Переключение клапана П происходит лишь после заполнения через дроссель 4.2 сжатым воздухом ресивера «С», то есть через заданное время t. С переключением клапана П на левый торец распределителя Р поступает сигнал (давление от реле времени), и он возвращается в исходное положение. Цилиндр Ц делает ход в обратном направлении и в самом начале пути отпускает клапан К1. Вход 1 и линия 5 реле времени соединяется с атмосферой, и пружина возвращает клапан П в исходное положение ещё до окончания хода цилиндра Ц.

1.4.3. Управление по технологическому параметру

(в функции давления)

Управление в функции давления в пневмо- и гидросистемах применяют в двух случаях: а) когда необходимый контроль начала технологической операции связан с достижением требуемого статического усилия от срабатывания пневмореле давления (РД); б) когда контроль хода цилиндров в функции пути невозможен или нецелесообразен  например, когда окончание хода нескольких одновременно срабатывающих цилиндров достаточно контролировать (см. п. 4.3.1 табл. 1 и гидравлический контур в схеме рис. 1) одним клапаном последовательности (в гидравлике  клапаном очерёдности). На рис. 7 показана простейшая схема с управлением в функции давления, аналогичная схеме на рис. 5а, в которой путевой пневмоклапан К1 заменён на клапан последовательности КП. Задачей клапана КП является подача с его выхода к левому торцу воздухораспределителя Р сигнала об окончании рабочего хода цилиндра Ц. Принцип работы клапана последовательности объясняет график на рис. 7б.

Рис. 7. Управление по технологическому параметру  в функции давления: а) с примененением клапана последовательности, б) график изменения давления в штоковой pр и бесштоковой pх полостях пневмоцилиндра,

в) график последовательности работы элементов схемы и переключения клапана последовательности при остановке пневмоцилиндра.

В момент времени, соответствующий началу координат «0» графика, рабочее давление p

р

max

1

р

x

1

2

1>

x

р

max

пик

Клапан последовательности имеет регулируемую пружину, настроенную на давление дельта p

2

2

Параметр давления очень важен в контактной электросварке как технологический фактор, особенно в шовной (роликовой) сварке [как «роликовая»  вопреки стандарту, по которому в маркировке МР буква «Р» обозначает «рельефная» сварка, а не «роликовая»,  более известная из-за рабочего инструмента  прижатых пневматически друг к другу вращающихся электродов-роликов]. Сварочный ток и вращение роликов должны включаться только тогда, когда в рабочей полости пневмоцилиндра их сжатия достигается соответствующее технологии давление (то есть усилие сжатия роликов) заданного значения.

В электросхеме сварочной шовной машины (МШ) предусмотрен электропневматический датчик  реле давления (РД  п. 4.4.1 табл. 1). Примером управления по технологическому параметру (по величине давления сжатого воздуха) может служить смешанная пневмосхема к приспособлению для продольной шовной сварки (с герметичным раздавливанием кромок вместо пайки) обечаек горловин топливных баков (рис. 8). Особенностями приспособления являются применение реле давления и горизонтальное расположение двухпоршневого пневмопривода (как на рис. 2б; см. также: Новиньков Н. Н., Бобринский Н. Ю. А. С. 336119  Б. И. 14, 1972).

Рис. 8. Пример пневмосхемы управления в функции технологического

параметра (давления сжатого воздуха) при контактной шовной сварке с применением реле давления.

Работу этой смешанной пневмосхемы удобно проследить по графику последовательности её элементов (рис. 9). Рабочий-оператор укладывает обечайку 1 на призму 2 и запирает её шарнирно-рычажным фиксатором (не показан). Затем обеими руками нажимает на пневмокнопки К безопасного пульта пневмоуправления (Новиньков Н. Н. и др. А. С. 298 765. Б. И. 11, 1971) двумя зажимными цилиндрами Ц1. (Если оператор снимет хотя бы одну руку с кнопок К, цилиндры возвратятся в исходное положение.) Импульс сжатого воздуха от кнопок К переключает клапан К

1

1

1

1

2

3

1

2

3

П

1

1

3

2

П

1

2

1

2

3

1

М

3

2

1

2

2

2

П

М

1

1

Рис. 9. График последовательности элементов пневмоэлектроуправления

к рис.8.

Зажимные цилиндры Ц

1

2

3

1

2

2

1

3

П

Недостатком управления в функции давления является вероятность ложной команды в случае аварийной остановки цилиндра в некотором среднем положении (например, при заедании), что может повлечь за собой несвоевременное повышение давления и выдачу сигнала от клапана последовательности (или электрореле давления) на срабатывание других элементов схемы, ведущее к нарушению графика последовательности цикла (например, к прожогу герметичного сварного соединения) и даже к травмам.