Пневматика и робототехника. О пневмо- и гидроавтоматике в мехатронике

жирную линию его холостого хода, симметричную линии рабочего хода.

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

влево, естественно, не могло изменить исходное состояние цилиндра Ц

(он на дальнем конце изделия). Окончание всей операции начинается с «начала» (рис.). Только теперь рабочий переключает ручку Р из среднего положения «0» вправо (на себя), и левый прямоугольник воздухораспределителя Р

занял положение среднего. График показывает, что теперь в работе не принимает участия цилиндр Ц

.

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, R7—8 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), временно?е, 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 К

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 К

. 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 К

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 К

, 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 К

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

). Цилиндр Ц делает рабочий ход, отпуская влево (пружиной) пневмоклапан К

, и в конце пути переключает клапан К

, который по косой линии правого квадрата переключает сжатым воздухом обратно распределитель Р (видим, что правый торец распределителя Р соединён с атмосферой через переключённый ранее ручной пневмоклапан К и К

). Теперь цилиндр делает холостой ход и в его конце переключает путевой клапан К

, преодолевая усилие пружины, в исходное положение. Ручной переключатель К, оставаясь переключённым влево, автоматически возобновляет работу схемы.

1.4.2. Управление в функции времени

(временно?е 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 К

. 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 К

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 К

. Вход 1 и линия 5 реле времени соединяется с атмосферой, и пружина возвращает клапан П в исходное положение ещё до окончания хода цилиндра Ц.