Контрольні питання
1. Призначення клапанів тиску?
2. За якими ознаками класифікують клапани тиску?
3. Будова та принцип дії клапана тиску прямої дії?
4. Будова та принцип дії клапана тиску непрямої дії?
5. Будова та принцип дії редукційного клапана?
ПРАКТИЧНА РОБОТА №6
ГІДРАВЛІЧНІ ПІДСИЛЮВАЧІ, ПОРШНЕВІ КОМПРЕСОРИ ТА ПНЕВМОДВИГУНИ
Мета: вивчення принципу дії, конструкцію та застосування гідравлічних підсилювачів, поршневих компресорів та пневмодвигунів.
Гідравлічні підсилювачі. Гідропідсилювач – сукупність гідроапаратів і об'ємних гідродвигунів, в якій рух керуючого елемента перетворюється на рух керованого елемента більшої потужності, узгоджене з рухом керуючого елемента за швидкістю, спрямуванню та переміщенню.
Гідропідсилювач являє собою розподільний пристрій, з навантаженням у вигляді основного гідродвигуна, або наприклад, золотника другого каскаду підсилення.
Сигнал керування викликає зміщення в розподільнику чутливого вхідного елемента, який управляє значенням і напрямком потоку рідини гідродвигуна.
В залежності від типу розподільника відрізняють гідропідсилювачі:
– з золотниковим розподільником;
– типу сопло–заслінка;
– з струминною трубкою;
– з голчатим дроселем.
Принцип роботи гідропідсилювача золотникового типу показаний на схемі 6.1.
При прямолінійному русі автомашини всі елементи системи рульового управління знаходяться у вихідному положенні. Рідина з насоса 1 надходить до гідропідсилювача золотникового типу. Золотник 5 підсилювача займає нейтральне положення, а в обох порожнинах виконавчого механізму 4 встановилося однаковий тиск. При необхідності змінити напрямок руху автомобіля водій повертає рульове колесо 7. Пов'язаний з рульовим колесом гвинт 6 переміщує золотник підсилювача на величину x.
Рис. 6.1. Схема рульового приводу автомобіля: 1 – насос (зовнішнє джерело енергії); 2 – втулка підсилювача; 3 – зворотній зв'язок; 4 – виконавчий механізм;
5 – золотник підсилювача; 6 – гвинт; 7 – рульове колесо (задає пристрій).
При цьому прохідні перетини одних робочих вікон підсилювача зменшуються, а інших збільшуються. Це створює перепад тисків у виконавчому механізмі, а його поршень починає рухатися, переміщаючись на величину y і повертаючи колеса автомобіля. Одночасно через зворотній зв'язок 3 рух поршня передається на втулку 2 підсилювача. Втулка переміщається в тому ж напрямку, що і золотник 5 до тих пір, поки неузгодженість у гідросистемі, викликана поворотом рульового колеса, не буде усунуто. При безперервному обертанні водієм рульового колеса поршень зі штоком буде також безперервно переміщатися, викликаючи відповідний поворот коліс. При цьому невеликі зусилля водія, які прикладаються до рульового колеса, гідроприводом перетворюються у значні зусилля на штоку поршня, необхідні для керування автомобілем.
Поршневі компресори. Компресорами називають машини, призначені для стискання і нагнітання газу. Найбільшого поширення набули повітряні поршневі компресори.
Основними параметрами повітряних поршневих компресорів є:
– тиск стиснутого повітря на виході компресора Р, МПа;
– продуктивність компресора Q, м3/с.
В залежності від числа ступенів послідовного стиску газу компресори поділяють на: одноступінчаті і багатоступінчаті.
На рис. 6.2 показана схема одноступінчатого повітряного поршневого компресора, основними конструктивними елементами якого є:
– циліндр 1;
– поршень 2;
– шатун 3;
– всмоктуючий клапан 4;
– нагнітальний клапан 5.
Рис. 6.2. Одноступінчатий компресор і індикаторна діаграма робочого процесу
Поршень 2 з’єднаний шатуном 3 з валом компресора через кривошип. Привід вала компресора здійснюється від електродвигуна чи від ДВЗ. На рис. 6.2, а приведена індикаторна діаграма робочого циклу компресора.
Принцип роботи компресора заключається в наступному. При русі поршня зліва направо в циліндрі 1 створюється розрідження, відкривається впускний клапан 4 і циліндр заповнюється газом ( лінія d–а).
Коли поршень, дійшовши до крайнього правого положення, починає рухатись вліво, впускний клапан 4 закривається і починається стиск газу (лінія а–b). Збільшення тиску газу в циліндрі відбувається до того часу, доки він не стане більшим тиску Р2. Під дією різниці цих тисків відкривається нагнітальний клапан 5 і стиснутий газ виштовхується через нього із циліндра (лінія b–с). При зворотньому русі поршня газ, який залишився в об’ємі циліндра, розширюється політропно і тиск падає (лінія с–d). Як тільки тиск газу стає нижчим тиску Р1, відкривається впускний клапан і знову починається процес поступання нової порції газу.
Одноступінчатий компресор дає високу продуктивність і допустиму температуру стиснутого газу при кінцевих тисках не більше 0,8–1 МПа (8–10 кгс/см2 ).
Для отримання високих тисків використовують багатоступінчастий стиск, при якому загальний перепад тисків розбивають на ряд ступенів з проміжним охолодженням газу між ними.
Компресорна установка оснащена запобіжними і зворотніми клапанами.
Зворотній клапан запирає вихід повітря із ресивера при зупинці компресора, а запобіжний клапан оберігає ресивер від руйнування при підвищенні тиску поверх допустимого.
Пневмодвигуни. Пневматичні циліндри найбільш поширені в верстатобудуванні і роботобудуванні.
Поділяються пневмоциліндри на два типи: одно- і двосторонньої дії.
В пневмоциліндрах першого типу рухомий елемент – поршень зі штоком – переміщається під дією сили, створеної тиском стиснутого повітря, тільки в одному напрямку, а повернення його у вихідне положення здійснюється механічно або під дією власної ваги.
В пневмоциліндрах другого типу прямий і зворотний хід поршня забезпечується подачею стиснутого повітря.
В механізмах верстатів, роботів, маніпуляторів як правило застосовують пневмоциліндри односторонньої дії з одностороннім штоком і пружиною повернення ( механізми затиску, фіксації, орієнтації, періодичної подачі) і пневмоциліндри двосторонньої дії з одностороннім штоком ( механізми транспортування, подачі, завантаження).
Пневмоциліндри з зворотньою пружиною мають обмеження по ходу (1...1,5)D, де D – діаметр поршня. Максимальний хід пневмоциліндра двосторонньої дії не перевищує (8...10)D. Діаметри поршня по ГОСТ15608–81Е складають 25...400 мм.
Типова конструкція пневмоциліндра двосторонньої дії показана на рис. 6.3.
Рис. 6.3. Конструкція поршневого пневмоциліндра двосторонньої дії
В гільзі, закритій з двох сторін кришками 1 і 14, розміщений поршень 8, закріплений на штоці 7. Кришки стягуються шпильками 3. В кришках виконані різьбові отвори 4 і 13 для під’єднання повітро–проводів. Отвори мають входи в порожнини пневмоциліндра. В кришці запресована направляюча втулка 6 для штока і встановлені манжетні ущільнення 2, що герметизують порожнину циліндра, захищаючи її від попадання забруднень із зовнішнього середовища. Нерухомі: кришка–гільза і поршень–шток ущільнені гумовими кільцями круглого перерізу. Центруючий поясок поршня має капронову наплавку 10. Відсутність металічного контакту між поршнем і дзеркалом гільзи підвищує механічний ККД і збільшує термін служби пневмоциліндра. Неметалічна наплавка допомагає швидкій проробці центруючого пояска при можливих похибках виготовлення гільзи. В конструкціях пневмоциліндрів із значними довжинами ходів і високими швидкостями поршня передбачають вмонтовані гальмівні пристрої з зупиняючими механізмами (рис. 6.4).
Рис. 6.4. Конструкція пневмоциліндра з гальмуванням в кінці ходу
Це особливо важливо, коли в робочій зоні привода неможливо встановити гальмівні дроселі. На основній ділянці ходу поршня повітря із порожнини проти тиску вільно поступає у вихідний отвір через розточку 1 в кришці. В кінці ходу розточка перекривається гальмівною втулкою 3 з ущільнювальною манжетою 2 і в порожнині по мірі переміщення і скорочення її об’єму наростає тиск. Стиснуте повітря відводиться в лінію вихлопу через вмонтований в кришку голчатий дросель з малою пропускною здатністю (на рис. не показаний). При реверсі, поки гальмівна втулка вийде із розточки кришки, підведене повітря проходить в порожнину циліндра, відгинаючи пелюстки манжети, яка виконує , таким чином, роль зворотного клапана. В кінці зворотного ходу гальмування поршня відбувається аналогічно. Довжина гальмівного шляху складає 30...50 мм.