Гидравлическая система представляет собой устройство, предназначенное для преобразования небольшого усилия в значительное с использованием для передачи энергии какой-либо жидкости. Разновидностей узлов, функционирующих по этому принципу, существует множество. Популярность систем этого типа объясняется прежде всего высокой эффективностью их работы, надежностью и относительной простотой конструкции.
Сфера использования
Широкое применение системы этого типа нашли:
- В промышленности. Очень часто гидравлика является элементом конструкции металлорежущих станков, оборудования, предназначенного для транспортировки продукции, ее погрузки/разгрузки и т. д.
- В авиакосмической отрасли. Подобные системы используются в разного рода средствах управления и шасси.
- В сельском хозяйстве. Именно через гидравлику обычно происходит управление навесным оборудованием тракторов и бульдозеров.
- В сфере грузоперевозок. В автомобилях часто устанавливается гидравлическая
- В судовом в данном случае используется в рулевом управлении, входит в конструктивную схему турбин.
Принцип действия
Работает любая гидравлическая система по принципу обычного жидкостного рычага. Подаваемая внутрь такого узла рабочая среда (в большинстве случаев масло) создает одинаковое давление во всех его точках. Это означает то, что, приложив малое усилие на маленькой площади, можно выдержать значительную нагрузку на большой.
Далее рассмотрим принцип действия подобного устройства на примере такого узла, как гидравлическая Конструкция последней довольно-таки проста. Схема ее включает в себя несколько заполненный жидкостью, и вспомогательные). Все эти элементы соединены друг с другом трубками. При нажатии водителем на педаль поршень в главном цилиндре приходит в движение. В результате жидкость начинает перемещаться по трубкам и попадает в расположенные рядом с колесами вспомогательные цилиндры. После этого и срабатывает торможение.
Устройство промышленных систем
Гидравлический тормоз автомобиля — конструкция, как видите, довольно-таки простая. В промышленных машинах и механизмах используются жидкостные устройства посложнее. Конструкция у них может быть разной (в зависимости от сферы применения). Однако принципиальная схема гидравлической системы промышленного образца всегда одинакова. Обычно в нее включаются следующие элементы:
- Резервуар для жидкости с горловиной и вентилятором.
- Фильтр грубой очистки. Этот элемент предназначен для удаления из поступающей в систему жидкости разного рода механических примесей.
- Насос.
- Система управления.
- Рабочий цилиндр.
- Два фильтра тонкой очистки (на подающей и обратной линиях).
- Распределительный клапан. Этот элемент конструкции предназначен для направления жидкости к цилиндру или обратно в бак.
- Обратный и предохранительный клапаны.
Работа гидравлической системы промышленного оборудования также основывается на принципе жидкостного рычага. Под действием силы тяжести масло в такой системе попадает в насос. Далее оно направляется к распределительному клапану, а затем - к поршню цилиндра, создавая давление. Насос в таких системах предназначен не для всасывания жидкости, а лишь для перемещения ее объема. То есть давление создается не в результате его работы, а под нагрузкой от поршня. Ниже представлена принципиальная схема гидравлической системы.
Преимущества и недостатки гидравлических систем
К достоинствам узлов, работающих по этому принципу, можно отнести:
- Возможность перемещения грузов больших габаритов и веса с максимальной точностью.
- Практически неограниченный диапазон скоростей.
- Плавность работы.
- Надежность и долгий срок службы. Все узлы такого оборудования можно легко защитить от перегрузок путем установки простых клапанов сброса давления.
- Экономичность в работе и небольшие размеры.
Помимо достоинств, имеются у гидравлических промышленных систем, конечно же, и определенные недостатки. К таковым относят:
- Повышенный риск возгорания при работе. Большинство жидкостей, используемых в гидравлических системах, являются горючими.
- Чувствительность оборудования к загрязнениям.
- Возможность протечек масла, а следовательно, и необходимость их устранения.
Расчет гидравлической системы
При проектировании подобных устройств принимается во внимание множество самых разных факторов. К таковым можно отнести, к примеру, кинематический жидкости, ее плотность, длину трубопроводов, диаметры штоков и т. д.
Основными целями выполнения расчетов такого устройства, как гидравлическая система, чаще всего является определение:
- Характеристик насоса.
- Величины хода штоков.
- Рабочего давления.
- Гидравлических характеристик магистралей, других элементов и всей системы в целом.
Производится расчет гидравлической системы с использованием разного рода арифметических формул. К примеру, потери давления в трубопроводах определяются так:
- Расчетную длину магистралей делят на их диаметр.
- Произведение плотности используемой жидкости и квадрата средней скорости потока делят на два.
- Перемножают полученные величины.
- Умножают результат на коэффициент путевых потерь.
Сама формула при этом выглядит так:
- ∆p i = λ х l i(p) : d х pV 2: 2.
В общем, в данном случае расчет потерь в магистралях выполняется примерно по тому же принципу, что и в таких простых конструкциях, как гидравлические системы отопления. Для определения характеристик насоса, величины хода поршня и т. д. используются другие формулы.
Типы гидравлических систем
Подразделяются все такие устройства на две основные группы: открытого и закрытого типа. Рассмотренная нами выше принципиальная схема гидравлической системы относится к первой разновидности. Открытую конструкцию имеют обычно устройства малой и средней мощности. В более сложных системах закрытого типа вместо цилиндра используется гидродвигатель. Жидкость поступает в него из насоса, а затем снова возвращается в магистраль.
Как выполняется ремонт
Поскольку гидравлическая система в машинах и механизмах играет значимую роль, ее обслуживание часто доверяют высококвалифицированным специалистам занимающихся именно этим видом деятельности компаний. Такие фирмы обычно оказывают весь комплекс услуг, связанных с ремонтом спецтехники и гидравлики.
Разумеется, в арсенале этих компаний имеется все необходимое для производства подобных работ оборудование. Ремонт гидравлических систем обычно выполняется на месте. Перед его проведением при этом в большинстве случаев должны быть произведены разного рода диагностические мероприятия. Для этого компании, занимающиеся обслуживанием гидравлики, используют специальные установки. Необходимые для устранения проблем комплектующие сотрудники таких фирм также обычно привозят с собой.
Пневматические системы
Помимо гидравлических, для приведения в движение узлов разного рода механизмов могут использоваться пневматические устройства. Работают они примерно по тому же принципу. Однако в данном случае в механическую преобразуется энергия сжатого воздуха, а не воды. И гидравлические, и пневматические системы довольно-таки эффективно справляются со своей задачей.
Плюсом устройств второй разновидности считается, прежде всего, отсутствие необходимости в возврате рабочего тела обратно к компрессору. Достоинством же гидравлических систем по сравнению с пневматическими является то, что среда в них не перегревается и не переохлаждается, а следовательно, не нужно включать в схему никаких дополнительных узлов и деталей.
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
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.
Линейный электропривод, включающий вращающийся электродвигатель и механический преобразователь
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 .
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.
Гидравлические привода
Преимущества
Гидравлические привода подходят для задач требующих большие силы. Они могут создавать силу в 25 раз больше чем пневматические привода того же размера. Они работают при давлениях до 27 МПа.
Гидравлические двигатели имеют высокий показатель мощность на объем.
Гидравлические привода могут держать силу и момент постоянным без подачи насосом дополнительной жидкости или давления, так как жидкости в отличии от газа практически не сжимаются.
Гидравлические привода могут располагаться на значительном расстоянии от насосов и двигателей с минимальной потерей мощности.
Недостатки
Подобно пневматическим приводам потеря жидкости в гидравлических приводах приводит к меньшей эффективности. Помимо этого утечка жидкости приводит к загрязнениям и потенциальным повреждениям рядом расположенных компонентов.
Гидравлические привода требуют много сопровождающих компонентов, включающих резервуар для жидкости, двигатели, насосы, стравливающий клапан, теплообменник и др. В связи с чем такие привода сложно разместить.
Государственное образовательное учреждение
среднего профессионального образования
«Казанский авиационно-технический колледж имени П.В.Дементьева»
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА
дисциплины __ОП.06 «Гидравлические и пневматические системы»
Для специальности 24.02.01 «Производство летательных аппаратов»
Вводится в действие
Казань
2014
ОДОБРЕНА Предметной (цикловой) комиссией спецдисциплин (наименование комиссии) _____________________________ _____________________________ Протокол № Председатель А.Т.Гарипова (личная подпись) (инициалы, Фамилия) ______________ (дата) | Составлена в соответствии с требованиями основной профессиональной образовательной программы ФГОС СПО по специальности 24.02.01. Производство летательных аппаратов (код) (название специальности) |
СОГЛАСОВАНО | УТВЕРЖДАЮ |
Заместитель директора по научно- методической работе Э.Р.Соколова __________ Разработчик (и): преподаватель КАТК (должность) | Заместитель директора по учебной работе Р.Р.Шамсутдинов _________ (личная подпись) (инициалы, фамилия) (дата) В.П.Данилова _________ ______________ ____________ _________________ ____________ (личная подпись) (инициалы, (дата) Фамилия) |
Рецензенты: Преподаватель КАТК (должность, наименование Организации) _________________________________ (должность, наименование Организации) | __________________________ _________ (инициалы, (телефон) Фамилия) ___________________________________ (инициалы, (телефон) Фамилия) |
стр. |
|
| |
| |
|
- ПАСПОРТ РАБОЧЕЙ ПРОГРАММЫ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
Гидравлические и пневматические системы
- Область применения программы
Рабочая программа учебной дисциплины «Гидравлические и пневматические системы» является частью примерной основной профессиональной образовательной программы в соответствии с ФГОС по специальности 24.02.01 «Производство летательных аппаратов» базовой подготовки.
Рабочая программа учебной дисциплины может быть использована в дополнительном профессиональном образовании (в программах повышения квалификации и переподготовки) и профессиональной подготовке по профессиям рабочих: 18466 «Слесарь механосборочных работ».
- Место дисциплины в структуре основной профессиональной образовательной программы.
Дисциплина ОП.06 «Гидравлические и пневматические системы» входит в профессиональный цикл как общепрофессиональная дисциплина.
1.3.Цели и задачи дисциплины – требования к результатам освоения дисциплины:
В результате изучения дисциплины студент должен уметь:
Составлять принципиальные схемы гидравлических и пневматических систем;
Производить расчеты по определению параметров гидро- и пневмосистем;
В результате изучения дисциплины студент должен знать:
Физические основы функционирования гидравлических и пневматических систем;
Устройства и принцип действия различных типов приводов гидро- и пневмосистем;
Методику расчета основных параметров разного типа приводов гидро- и пневмосистем;
В результате изучения дисциплины формируются следующие компетенции:
ОК 1.Понимать сущность и социальную значимость своей будущей профессии, проявлять к ней устойчивый интерес.
ОК 2.Организовывать собственную деятельность, определять методы и способы выполнения профессиональных задач, оценивать их эффективность и качество.
ОК 3. Принимать решения в стандартных и нестандартных ситуациях и нести за них ответственность.
ОК4. Осуществлять поиск и использование информации, необходимой для эффективного выполнения профессиональных задач, профессионального и личностного развития.
ОК 5.Использовать информационно-коммуникационные технологии для совершенствования в профессиональной деятельности.
ОК 6.Работать в коллективе и команде, эффективно общаться с коллегами, руководством, потребителями.
ОК8.Самостоятельно определять задачи профессионального и личностного развития, заниматься самообразованием, осознанно планировать повышение квалификации;
ПК 1.1. Анализировать объект производства: конструкцию летательного аппарата, агрегатов, узлов, деталей, систем, конструкторскую документацию на их изготовление и монтаж.
ПК 2.1. Анализировать техническое задание для разработки конструкции несложных деталей и узлов изделия и оснастки. Производить увязку и базирование элементов изделий и оснастки по технологической цепочке их изготовления и сборки.
ПК 2.2. Выбирать конструктивное решение узла.
ПК 2.3. Выполнять необходимые типовые расчеты при конструировании.
ПК 2.4. Разрабатывать рабочий проект деталей и узлов в соответствии с требованиями Единой системы конструкторской документации (ЕСКД).
ПК 3.2. Проверять качество выпускаемой продукции и/или выполняемых работ.
максимальной учебной нагрузки обучающегося 69 часа, в том числе:
обязательной аудиторной учебной нагрузки обучающегося 46 часов;
самостоятельной работы обучающегося 23 часа.
2. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
2.1. Объем учебной дисциплины и виды учебной работы
Вид учебной работы | Количество часов |
Обязательная аудиторная учебная нагрузка (всего) | |
в том числе: | |
Лабораторные занятия | |
Практические занятия | не предусмотрены |
Контрольные работы | |
Самостоятельная работа обучающегося (всего) | |
в том числе: | |
Работа с технической литературой и составление конспектов. | |
Решение задач. | |
Изучение дополнительной литературы и подготовка доклада | |
Итоговая аттестация в форме дифференцированного зачета |
|
2.3. Тематический план и содержание учебной дисциплины
«Гидравлические и пневматические системы»
Наименование разделов и Тем | самостоятельная работа обучающегося | Объем часов | Уровень освоения |
Раздел 1. Физические основы функционирования систем | |||
Введение | Краткая история развития гидравлики, гидравлических машин и гидропневмоприборов. Значение гидравлических и пневматических систем в авиационном производстве. Задачи дисциплины в профессиональной деятельности. Достоинство и недостатки гидро- пневмоприводов, области их применения, структура, классификация . | ||
Тема 1.1. Рабочие тела и масла | Функциональное назначение рабочих жидкостей. Определение жидкости. Понятие реальной и идеальной жидкости. Основные механические и физические свойства жидкостей. Приборы для измерения вязкости жидкости. Зависимость физических свойств жидкости от температуры и давления. Характеристики рабочих жидкостей и их заменителей, требования к ним. Выбор рабочих жидкостей. | ||
Лабораторная работа №1 | |||
Измерение вязкости жидкости |
|||
Самостоятельная работа: Работа с технической литературой по самостоятельному изучению и составлению кратких конспектов по основным физическим свойствам и особых состояния рабочих жидкостей (облитерация и кавитация), применяемых в гидравлических системах летательных аппаратах и авиационном производстве. | |||
Тема 1.2. Основы гидростатики | Основные задачи гидростатики. Силы, действующие в жидкости, находящейся в состоянии равновесия. Понятие гидростатического давления. Единицы измерения гидростатического давления в системе СИ. Основные свойства гидростатического давления. Закон Паскаля. Основное уравнение гидростатики. Понятие абсолютного, избыточного и вакуумметрического давления. Приборы для измерения давления. Гидростатические машины (гидравлические пресс и аккумулятор). Назначение, область применения, устройство и принцип действия. | ||
Самостоятельная работа: Работа с литературой по самостоятельному изучению и составление конспекта о приборах для измерения давления сред и о гидростатических машинах (гидравлические пресс и аккумулятор). Назначение, область применения, устройство и принцип действия. | |||
Тема 1.3. Основы гидродинамики | Задачи гидродинамики. Виды движения жидкости. Поток жидкости. Гидравлические элементы потока: площадь живого сечения потока, смоченный периметр, гидравлический радиус, объемный и весовой расход жидкости, средняя скорость движения потока. Уравнение неразрывности для потока жидкости. Энергия элементарной струйки. Уравнение Бернулли. Геометрический и физический смысл уравнения Бернулли для идеальной жидкости. Полный напор и его составные части. Построение пьезометрических и напорных линий. Примеры применения уравнения Бернулли в технике. Измерение скорости потока и расхода жидкости. Режимы движения жидкостей: ламинарный и турбулентный. Потери напора на трение при ламинарном и турбулентном движении. Формула Дарси – Вейсбаха. Шероховатость. Зоны русла. Коэффициент Дарси. Местные сопротивления. Коэффициент местного сопротивления. Понятия простого и сложного трубопровода. Гидравлический расчет простого трубопровода. Три основные задачи при расчете простого трубопровода, определение напора, расхода и диаметра | ||
Тема 1.4. Законы идеальных газов, законы термодинамики | Лабораторные работы №№ 2, 3. | ||
Измерение давления и расхода. Определение режима движения жидкости. |
|||
Определение потерь напора по длине. |
|||
Самостоятельная работа: Работа с литературой по самостоятельному изучению и составление конспекта о примерах и применении уравнения гидродинамики в технике. Решение задач: расчет числа Рейнольдса, скорости и расхода жидкости, величины потерь давления в гидросистеме, расчет простого трубопровода. Рабочие среды пневмоприводов, их свойства. Состав воздуха. Идеальный и реальные газы. Параметры состояния газа: давление, удельный вес, термодинамическая температура. Понятие об энтальпии и энтропии газа. Уравнение состояния идеального газа (Клапейрона-Менделеева). Закон Авогадро. Законы идеального газа (закон Гей-Люссака, Шарля и Бойля-Мариотта). Определение и задачи термодинамики. Первый и второй законы термодинамики. | |||
Самостоятельная работа: Работа с литературой. Решение задач. | |||
Раздел 2. Гидравлические и пневматические приводы. | |||
Тема 2.1. Структура и составные элементы гидропривода. Тема 2.2.Общие сведения о гидравлических машинах | Принцип работы гидравлического привода. Основные элементы объемных гидроприводов, их назначение. Требования к гидроприводам, их классификация, достоинство и недостатки. Область применения гидропривода. Условные графические обозначения элементов гидравлических и пневматических схем приводов изделий по ГОСТу. | ||
Самостоятельная работа: Работа с литературой по самостоятельному изучению и составлению конспекта «Область применения гидро- и пневмоприводов». Выписать из ГОСТа условные графические обозначения гидравлических и пневматических элементов на схемах проводов изделий. Классификация гидравлических машин. Определения насосов и гидродвигателей. Классификация насосов. Назначение и область применения основных типов насосов и гидродвигателей. Подача, напор, число оборотов, с которыми работает насос, момент на валу, потребляемая мощность, коэффициент полезного действия. Шестеренные насосы. Пластинчатые насосы. Устройство, принцип действия. Достоинство и недостатки. Пластинчатые насосы. Устройство, принцип действия. Достоинство и недостатки. Требования к насосам. Схема и принцип действия поршневого насоса. Устройство, принцип действия радиально-поршневых и аксиально-поршневых насосов. Область применения. Гидроцилиндры. |
Лабораторная работа: №4, 5, 6. | |||
Определение рабочих характеристик шестеренного насоса. | |||
Определение характеристик гидродвигателя. |
|||
Исследования характеристик объемного гидропривода с поступательным движением выходного звена. Самостоятельная работа: Работа с литературой. Составление конспектов по работе гидравлических машин. Решение задач. |
|||
Тема 2.3. Аппаратура гидроприводов | Назначение гидроаппаратов. Конструкции запорно-регулирующих элементов. Аппаратура для регулирования и контроля давления. Крановые и золотниковые распределители, их типы, принцип действия, подключение в гидросистему. Аппаратура для регулирования расхода рабочей жидкости. | ||
Лабораторные работы: №№ 7, 8. | |||
Исследование характеристик напорного гидроклапана. | |||
Исследование характеристик редукционного клапана. | |||
Самостоятельная работа: | |||
Работа с литературой по самостоятельному изучению и составление кратких конспектов о работе дросселирующих распределителях, их назначении и принципе действия. | |||
Тема 2.4. Регулирование скорости движения рабочих органов | Способы гидравлического регулирования скорости рабочих органов. Сущность, достоинство и недостатки схем объемного регулирования. Сущность, схемы, достоинства и недостатки дроссельного регулирования. Самостоятельная работа: Работа с литературой. Выписать недостатки схем регулирования. | ||
Тема 2.5. Вспомогательные элементы гидроприводов | Трубопроводы, их соединения и монтаж. Устройства для очистки масла. Типы фильтров, их конструкция, принцип действия. Способы подключения фильтров в гидросистему. Гидробаки. Теплообменники. | ||
Самостоятельная работа: | |||
Работа с литературой. Уплотнительные устройства. Расчет и обоснования выбора гидробаков, теплообменников. | |||
Тема 2.6.Структура и составные элементы пневмопривода. | Устройство и принцип действия поршневого компрессора. Теоретический и действительный процесс сжатия в компрессоре. Достоинства и недостатки поршневого компрессора Схема получения сжатого воздуха. Основное и вспомогательное оборудование поршневой компрессорной станции. | ||
Самостоятельная работа: | |||
Исследование работы поршневого компрессора по индикаторной диаграмме. | |||
Тема 2.7. Принципиальные схемы пневмоприводов. | Назначение и область применения пневмоприводов. Основные элементы пневмоприводов и их функциональное назначение. Достоинства и недостатки пневмоприводов. | ||
Самостоятельная работа: | |||
Примеры использования пневмоприводов в конструкции летательного аппарата и в авиационном производстве. | |||
Тема 2.8.Следящие приводы | Назначение и применение следящего привода. Схемы следящего привода технологического оборудования. | ||
Самостоятельная работа: | |||
Изучение работы гидропривода стабилизатора летательного аппарата. | |||
Тема 2.9. Основы расчета гидро- и пневмосистем. | Основы расчета гидропривода: определение параметров насоса, диаметров трубопровода, потерь давления в гидросистеме. Понятие о тепловом расчете пневмосистемы. | ||
Оценка качества обучения по дисциплине «Гидравлические и пневматические системы» осуществляется согласно Государственному образовательному стандарту, который задает следующие качественные уровни освоения содержания обучения по учебным дисциплинам в следующих понятиях:
- уровень - “иметь представление, понимать” как способность идентифицировать объект изучения, дать его качественное описание, сформулировать характерные свойства; (компетентность не развита)
- уровень - “знать”, как способность воспроизвести изученный материал с требуемой степенью научности; (компетентность развита недостаточно)
3. уровень - “уметь” как способность использовать полученные знания в сфере профессиональной деятельности с возможным использованием справочной литературы; (компетентность развита достаточно)
3. УСЛОВИЯ РЕАЛИЗАЦИИ РАБОЧЕЙ ПРОГРАММЫ ДИСЦИПЛИНЫ
3.1.Требования к минимальному материально-техническому обеспечению
Реализация дисциплины требует наличия учебного кабинета «Гидравлические и пневматические системы», снабженного оборудованием, с применением мультимедийных и интерактивных средств обучения.
Для закрепления теоретических знаний, приобретения практических навыков и умений рабочей программой дисциплины «Гидравлические и пневматические системы» предусматривается проведение лабораторных работ, ориентированных на базовые предприятия. Закрепляют получаемые знания по дисциплине студенты во время производственных экскурсий по тематике дисциплины в сборочные, испытательные цеха, отделы, лаборатории. Производственные экскурсии проводятся в период параллельно организованной производственной практики.
Кроме того, студенты в этот период непосредственно работают на конкретных рабочих местах, на производственных участках, в технологических бюро и отделах и участвуют в выпуске реальной продукции.
Таким образом, дисциплины «Гидравлические и пневматические системы» реализуется через календарно-тематическое и поурочное планирование содержания материала, применяемые формы и методы организации занятий.
Оборудование учебного кабинета:
Посадочные места по количеству обучающихся;
Рабочее место преподавателя;
Оборудование лаборатории:
- стенды: НТЦ-17 «Гидравлика», НТЦ-36 «Гидравлические машины и гидроприводы», НТЦ-37 «Гидравлические аппараты», установки лаборатории «Капелька», гидравлические жидкости, вискозиметры, ареометр.
Технические средства обучения:
Компьютер с лицензионным программным обеспечением и мультимедиапроектор;
Электронные ресурсы;
Кодоскоп (фолии по дисциплине «Гидравлические и пневматические системы»).
3.2. Информационное обеспечение обучения
Учебно-методическая литература по дисциплине «Гидравлические и пневматические системы» включает в себя: учебники, учебные пособия, электронные учебники, справочники, задачники, энциклопедии, которые используются в учебном процессе, методические пособия по проведению деловых игр, методические пособия по разработки лекций, конспекты уроков, опорные конспекты для студентов, рабочую тетрадь, методические рекомендации по проведению лабораторных работ, методические разработки уроков, журналы-отчеты по выполнению лабораторных работ.
Кроме этого в учебном процесс важное значение приобретает целенаправленный отбор, систематизация и использование разного рода производственной документации, так при изучении специальной дисциплины «Гидравлические и пневматические системы» используется техническая, технологическая, нормативная литература.
I Основная литература
1.Брюханов О.Н. Основы гидравлики и теплотехники: учебник для студ. сред. проф. образования / О.Н.Брюханов, А.Т.Мелик-Аракелян, В.И.Коробко - 3-е изд., стер. - М.: Издательский центр «Академия», 2008-240с
2.Брюханов О.Н. Основы гидравлики, теплотехники и аэродинамики.: Учебник для СПО.- М.: ИНФРА – М,2008-254с.
3. Веригин И.С. Компрессорные и насосные установки: учебник для нач. проф. образования/ И.В.Веригин - М.: Издательский центр «Академия», 2007-288с.
4. Гидравлика, гидромашины и гидропневмопривод: учеб. пособие для студ.высш.учеб.заведений / [Т.В. Артемьева, Т.М.Лысенко, А.Н.Румянцева, С.П.Стесин] ; под ред.С.П. Стесина. – 4-е изд., стер. - М.: Издательский центр «Академия», 2008-336с.
5. Исаев Ю.М. Гидравлика и гидро- пневмопривод: учебник для студ. учреждений сред. проф.образования / Ю.М.Исаев, В.П.Коренев. – М.: Издательский центр «Академия», 2009-176с.
6. Лепешкин А.В. Гидравлические и пневматические системы: Учебник для сред. проф.образования / А.В.Лепешкин, А.А.Михайлин; Под ред. Ю.А.Беленкова. – М.: Издательский центр «Академия», 2004. - 336с.
7. Никитин О.Ф., Холин К.М. Объемные гидравлические и пневматические приводы. Учебное пособие для техникумов. – М.: Машиностроение, 1981-269с.
8.Столбов Л.С. и др. Основы гидравлики и гидропривод станков: Учебник для техникумов по спец. «Металлообрабатывающие станки и автоматизированные линии», «Производство контрольно-измерительных инструментов и приборов», «Обработка металлов резанием», «Инструментальное производство»/ Л.С.Столбов, А.Д.Перова, О.В.Ложкин.- М.: Машиностроение, 1988.-256с.
9.Холин К.М., Никитин О.Ф. Основы гидравлики и объемные гидроприводы: Учебник для учащихся средних спец.учеб.заведений.- 2-е изд., перераб и доп.-М.: Машиностроение, 1989.-264с.
10.Шейпак А.А. Гидравлика и гидропневмопривод: Учебник. Ч.1: Основы механики жидкости и газа; 6-е изд., стереотип. – М.: МГИУ, 2007.- 264с.
II ЭБС IPR books
III дополнительная литература
- Кузнецов В.Г. Приводы станков с программным управлением: Учеб. пособие.- М.:Машиностроение, 1983 – 302с.
- Гидравлические и пневматические системы: Методические указания. –Казань, 2014.
Электронные издания:
- Ресурсы удаленного доступа (интернет-ресурсы):
Единое окно доступа к образовательным ресурсам: портал [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://window/ edu.ru. Дата обращения: 26.12.2012.
Контроль и оценка
Результаты обучения (освоенные умения, усвоенные знания) | Основные показатели Оценки результата | Формы и методы контроля и оценки результатов обучения |
УМЕНИЯ | ||
Составлять простые принципиальные гидро- и пневмосистемы | - демонстрация точности распознавания условных обозначений гидро- и пневмоэлементов на принципиальных схемах, согласно ГОСТ 2.781-96; Демонстрация точности составления гидро- и пневмосхемы с использованием элементов гидро- и пневмосистем; Четкое и краткое объяснение функционального назначения элементов гидро- и пневмосистем Четкое и краткое объяснение схемы движения рабочего тела в гидро- и пневмосистемах; Успешное объяснение структурной схемы преобразования энергии в гидро- и пневмосистемах; Демонстрация приемов настройки, регулировки и снятия характеристик элементов гидро- и пневмосистем. | Лабораторные работы №2, 5, 6, 7, 8 Дифф.зачет. |
Производить расчеты по определению основных параметров гидро- и пневмоприводов | Успешное определение основных параметров гидро- и пневмосистем; Обоснование выбора формул для расчета основных параметров; Расчет и измерение основных параметров. | Лабораторные работы № 2, 3, 4, 5, 6 Дифф.зачет. |
ЗНАНИЯ | ||
Физические основы функционирования гидравлических и пневматических систем | Четкое и краткое изложение о назначении и основных механических и физических свойствах рабочих тел и масел; Точное оценивание характеристик рабочих тел и масел на соответствие требованиям технической документации; Четкое и краткое изложение основных понятий и законов гидростатики и гидродинамики; Успешное обоснование последовательности действий при определении потерь энергии в гидро- и пневмосистемах. Четкое и точное изложение структурной схемы преобразования энергии в гидро- и пневмосистемах; Аргументированное изложение функционального назначения элементов гидро- и пневмосистем. | Тестовые задания, устный опрос, решение задач, контрольная работа, самостоятельная работа. Дифф.зачет. |
Устройства и принцип действия различных типов приводов гидро- и пневмосистем. | Четкое и точное объяснение о назначении и области применения устройств гидро- и пневмосистем; Успешное понимание основных параметров гидро- и пневмоаппаратов; Четкое и краткое описание устройства и принцип работы гидро- и пневмоустроств; Четкое и краткое описание достоинства и недостатков гидро- и пневмоустройств | Тестовые задания, устный опрос, самостоятельная работа Дифф.зачет. |
Методику расчета основных параметров разного типа проводов гидро- и пневмосистем | Успешное понимание цели расчета; Успешное понимание последовательности действий при расчете основных параметров разного типа приводов гидро- и пневмосистем; Владение навыками поиска необходимой информации для выбора и расчета основных видов гидро- и пневмооборудования; | Тестовые задания, устный опрос, самостоятельная работа. Дифф.зачет. |
КОМПЕТЕНЦИИ | ||
ОК1. Понимать сущность и социальную значимость своей будущей профессии, проявлять к ней устойчивый интерес. ОК2 Организовывать собственную деятельность, определять методы и способы выполнения профессиональных задач, оценивать их эффективность и качество. ОК 3. Принимать решения в стандартных и нестандартных ситуациях и нести за них ответственность. ОК4. Осуществлять поиск и использование информации, необходимой для эффективного выполнения профессиональных задач, профессионального и личностного развития. ОК 5. Использовать информационно-коммуникационные технологии для совершенствования в профессиональной деятельности. ОК 6. Работать в коллективе и команде, эффективно общаться с коллегами, руководством, потребителями. ОК8. Самостоятельно определять задачи профессионального и личностного развития, заниматься самообразованием, осознанно планировать повышение квалификации; ПК 1.1. Анализировать объект производства: конструкцию летательного аппарата, агрегатов, узлов, деталей, систем, конструкторскую документацию на их изготовление и монтаж. ПК 2.1. Анализировать техническое задание для разработки конструкции несложных деталей и узлов изделия и оснастки. Производить увязку и базирование элементов изделий и оснастки по технологической цепочке их изготовления и сборки. ПК 2.2. Выбирать конструктивное решение узла. ПК 2.3. Выполнять необходимые типовые расчеты при конструировании. ПК 2.4. Разрабатывать рабочий проект деталей и узлов в соответствии с требованиями Единой системы конструкторской документации (ЕСКД). ПК 3.2. Проверять качество выпускаемой продукции и/или выполняемых работ. | Понимание предметных знаний в будущей профессии; участие в олимпиадах по дисциплине, научно-практических конференциях; Качественное выполнение учебных заданий. Своевременное выполнение всех этапах учебного процесса на уроках, лабораторных работах; в процессе актуализации, формирования новых знаний и их закреплению. Оценка правильности постановки задачи и её выполнения в условиях лабораторных работ. Эффективный поиск необходимой информации; использование различных источников, включая электронные учебники. Подбор необходимой информации, включая Интернет ресурсы, для решения задач на занятиях, подготовки к зачету. Демонстрация знаний личностных качеств коллег для эффективной работы в команде; использование профессиональной лексики при взаимодействии с коллегами, преподавателями, и руководством в ходе обучения. Демонстрация знаний дополнительной технической литературы и журналов по профилю специальности. Демонстрация знаний по чтению рабочих чертежей на изготовление деталей, узлов и систем ЛА; по чтению чертежей на оснастку и сборочное приспособление для изготовления и монтажа деталей и узлов ЛА. Демонстрация знаний по конструкции несложных деталей и узлов изделия и соотнесения её с математической моделью ЛА; по способам и методам сборки в соответствии с требованиями чертежей на изготовление; по обоснованию увязки и базированию элементов изделий в сборочном приспособлении; по подбору высокопроизводительного и экономичного оборудования и инструментов. Демонстрация знаний и анализа по конструкции узла, его назначении в ЛА, способов изготовления и монтажа, о передовых технологиях и контроля. Демонстрация знаний: по поиску исходных данных и выбору формул для расчетов; подбору информационных технологий и программ. Демонстрация знаний по графическому изображению деталей и узлов для раскрытия формы и последовательности соединений элементов конструкции деталей и узлов. Демонстрация знаний требований технологической и конструкторской документации по изготовлению выпускаемой продукции и способам контроля её качества. | Оценка содержания портфолио студента; мониторинг выполнения работ на учебной практике. Беседа, наблюдение, оценка результатов выполнения лабораторных работ; практики на базовом предприятии. Анализ и наблюдение за выполнением лабораторной работы с моделированием нестандартных ситуаций. Оценка и анализ работы оборудования, используемого в лабораторной работы. Оценка содержания теоретических знаний при защите лабораторных работ, и в процессе образовательной программы Оценка командной защиты лабораторных работ. Оценка содержания прочитанной и осмысленной дополнительной информации по гидравлическим и пневматическим системам. Оценка результатов выполнения лабораторных работ и соотнесения их к авиационному производству. Оценка знаний по устройству и сборке гидравлических и пневматических систем. Оценка знаний о передовых технология сборки. Оценка результатов расчетов по исходным данным. Оценка по чтению графических изображений и понимания сущности гидравлических и пневматических систем. Оценка качества сборки гидравлических и пневматических систем. |
РЕЦЕНЗИЯ
на рабочую программу дисциплины ОП. 07 «Гидравлика» для специальности 160706 «Производство авиационных двигателей» среднего профессионального образования
(базовая подготовка среднего профессионального образования)
Рецензент: И.Б.Потоцкая, преподаватель высшей категории ГБОУ СПО «Казанский авиационно-технический колледж им. П.В.Дементьева».
Рабочая программа дисциплины «Гидравлика» составлена в соответствии с требованиями Федерального государственного образовательного стандарта (ФГОС) к уровню подготовки выпускников специальности 160706 «Производство авиационных двигателей».
Рабочая программа содержит все необходимые разделы: паспорт учебной дисциплины, структуру содержание дисциплины. Условия реализации рабочей программы, контроль и оценка результатов освоения учебной дисциплины.
Содержание программы согласно учебному плану данной дисциплины рассчитано на 72 часов, из них 48 теоретических занятий, 8 часов лабораторных занятий. Самостоятельная работа составляет 24 часа. Тематика лабораторных работ разработана с учетом требований ФГОС подготовки специалистов специальности 160706 и имеющегося в колледже лабораторного оборудования.
Итоговая форма контроля по дисциплине является дифференцированный зачет.
Рабочая программа дисциплины «Гидравлика» разработана методически грамотно и может быть применена в учебном процессе Казанского авиационно-технического колледжа им. П.В.Дементьева».
Рецензент И.Б.Потоцкая
преподаватель высшей категории
ГБОУ СПО КАТК
РЕЦЕНЗИЯ
на рабочую программу дисциплины ОП. 06 «Гидравлические и пневматические системы» для специальности 160108 «Производство летательных аппаратов» среднего профессионального образования
(базовой подготовки среднего профессионального образования)
Рецензент: Д.Р.Волков, начальник отдела по контролю качества ОАО КАПО им. С.П.Горбунова.
Рабочая программа дисциплины составлена для специальности 160108 «Производство летательных аппаратов» на основе требований Федерального государственного образовательного стандарта (ФГОС) к содержанию дисциплины и рабочего плана Казанского авиационно-технического колледжа.
Рабочая программа отражает требования ФГОС СПО третьего поколения к минимуму содержания по дисциплине и уровню знаний и умений студентов по данной дисциплине, что является необходимым условием для учебного процесса.
В рабочей программе дисциплины «Гидравлические и пневматические системы»включены перечень знаний, умений, общих и профессиональных компетенций по темам, позволяющих преподавателю целенаправленно давать материал, каждая тема сопровождается описанием учебной деятельности студентов в виде самостоятельных и лабораторных работ. Итоговая форма контроля по дисциплине является зачет.
Предлагаемая рабочая программа дисциплины «Гидравлические и пневматические системы» Даниловой В.П. составлена методически грамотно и может быть использована в учебном процессе КАТК.
Рецензент Д.Р.Волков
Начальник отдела
по контролю качества
ОАО КАПО им. С.П.Горбунова
4. КОНТРОЛЬ И ОЦЕНКА РЕЗУЛЬТАТОВ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
Контроль и оценка результатов освоения дисциплины осуществляется преподавателем в процессе проведения практических занятий и лабораторных работ, тестирования, а также выполнения студентами гибких практико-ориентированных текущих домашних заданий, увязанных с конкретным рабочим местом во время практики;
Результаты обучения (освоенные умения, усвоенные знания) | Формы и методы контроля и оценки результатов обучения |
1 | 2 |
Умения: | |
лабораторная работа № 2, 3, 4 |
|
-производить расчет основных параметров гидро- ипневмоприводов | лабораторная работа № 2, 3 |
-пользоваться нормативными документами, справочной литературой и другими информационными источниками при выборе и расчете основных видов гидравлического и пневматического оборудования | лабораторная работа № 3,4 |
Знания: | |
-физические основы функционирования гидравлических и пневматических систем | контрольная работа, домашняя работа |
- структуру систем автоматического управления на гидравлической и пневматической элементной базе |
|
-устройство и принцип действия гидравлических и пневматических устройств и аппаратов | тестовые задания, устный опрос, домашняя работа |
Традиционно применяются следующие виды контроля за ходом и качеством теоретического обучения по дисциплине «Гидравлические и пневматические системы»:
-входной контроль – проводится в разовом порядке в начале чтения дисциплины с целью проверки базовых знаний по предшествующим дисциплинам «Конструкция летательных аппаратов», «Материаловедение», «Инженерная графика», «Аэродинамика»;
-текущий контроль – проводится систематически, на каждом занятии с целью установления правильности понимания студентами учебного материала и уровней овладения им;
-рубежный контроль – проводится с целью проверки уровня усвоения учебного материала после изучения каждого раздела, и подтверждения результатов текущих оценок, полученных студентами ранее;
-итоговый контроль – проводится по окончанию изучения дисциплины «Гидравлические и пневматические системы» и определяет достигнутый уровень усвоения студентами основного учебного материала по дисциплине в целом, качество сформированных у них базовых знаний, умений, навыков, профессиональных компетенций.
Средства контроля по дисциплине «Гидравлические и пневматические системы» представлены в следующих видах: на бумажном и электронном носителе (контрольные вопросы, тесты, контрольные работы, кроссворды, экзаменационные билеты и др.) и технические средства контроля (компьютерные контролирующие программы).
Контрольные вопросы используются при всех видах контроля: входном, текущем, рубежном, итоговом. Особую ценность представляют вопросы продуктивного характера, включающие объяснения, обоснования и решения практических задач по гидравлическим и пневматическим системам, требующих активного мышления студентов.
Тесты также используются при всех названных выше видах контроля по дисциплине «Гидравлические и пневматические системы», они подразделяются на: тесты первого уровня (выборочные): тесты опознания, тесты различения, тесты соотнесения; тесты второго уровня: тесты-подставки, конструктивные тесты, тесты-процессы; тесты третьего уровня: тесты-задачи, тесты-процессы (приложение).
^ Пневматический привод
11.1. Общие сведения о применении газов в технике
Любой объект, в котором используется газообразное вещество, можно отнести к газовым системам . Поскольку наиболее доступным газом является воздух, состоящий из смеси множества газов, то его широкое применение для выполнения различных процессов обусловлено самой природой. В переводе с греческого pneumatikos - воздушный, чем и объясняется этимологическое происхождение названия пневматические системы . В технической литературе часто используется более краткий термин - пневматика .
Пневматические устройства начали применять еще в глубокой древности (ветряные двигатели, музыкальные инструменты, кузнечные меха и пр.), но самое широкое распространение они получили вследствие создания надежных источников пневматической энергии - нагнетателей, способных придавать газам необходимый запас потенциальной и (или) кинетической энергии.
Пневматический привод , состоящий из комплекса устройств для приведения в действие машин и механизмов, является далеко не единственным направлением использования воздуха (в общем случае газа) в технике и жизнедеятельности человека. В подтверждение этого положения кратко рассмотрим основные виды пневматических систем, отличающихся как по назначению, так и по способу использования газообразного вещества.
По наличию и причине движения газа все системы можно разделить на три группы.
К первой группе отнесем системы с естественной конвекцией (циркуляцией) газа (чаще всего воздуха), где движение и его направление обусловлено градиентами температуры и плотности природного характера, например, атмосферная оболочка планеты, вентиляционные системы помещений, горных выработок, газоходов и т.п.
Ко второй группе отнесем системы с замкнутыми камерами , не сообщающимися с атмосферой, в которых может изменяться состояние газа вследствие изменения температуры, объема камеры, наддува или отсасывания газа. К ним относятся различные аккумулирующие емкости (пневмобаллоны), пневматические тормозные устройства (пневмобуферы), всевозможные эластичные надувные устройства, пневмогидравлические системы топливных баков летательных аппаратов и многие другие. Примером устройств с использованием вакуума в замкнутой камере могут быть пневмозахваты (пневмоприсоски), которые наиболее эффективны для перемещения штучных листовых изделий (бумага, металл, пластмасса и т.п.) в условиях автоматизированного и роботизированного производства.
К третьей группе следует отнести такие системы, где используется энергия предварительно сжатого газа для выполнения различных работ. В таких системах газ перемещается по магистралям с относительно большой скоростью и обладает значительным запасом энергии. Они могут быть циркуляционными (замкнутыми) и бесциркуляционными . В циркуляционных системах отработавший газ возвращается по магистралям к нагнетателю для повторного использования (как в гидроприводе). Применение систем весьма специфично, например, когда недопустимы утечки газа в окружающее пространство или невозможно применение воздуха из-за его окислительных свойств. Примеры таких систем можно найти в криогенной технике, где в качестве энергоносителя используются агрессивные, токсичные газы или летучие жидкости (аммиак, пропан, сероводород, гелий, фреоны и др.).
В бесциркуляционных системах газ может быть использован потребителем как химический реагент (например, в сварочном производстве, в химической промышленности) или как источник пневматической энергии. В последнем случае в качестве энергоносителя обычно служит воздух. Выделяют три основных направления применения сжатого воздуха.
К первому направлению относятся технологические процессы, где воздух выполняет непосредственно операции обдувки, осушки, распыления, охлаждения, вентиляции, очистки и т.п. Очень широкое распространение получили системы пневмотранспортирования по трубопроводам, особенно в легкой, пищевой, горнодобывающей отраслях промышленности. Штучные и кусковые материалы транспортируются в специальных сосудах (капсулах), а пылевидные в смеси с воздухом перемещаются на относительно большие расстояния аналогично текучим веществам.
Второе направление - использование сжатого воздуха в пневматических системах управления (ПСУ) для автоматического управления технологическими процессами (системы пневмоавтоматики). Это направление получило интенсивное развитие с 60-х годов благодаря созданию универсальной системы элементов промышленной пневмоавтоматики (УСЭППА). Широкая номенклатура УСЭППА (пневматические датчики, переключатели, преобразователи, реле, логические элементы, усилители, струйные устройства, командоаппараты и т.д.) позволяет реализовать на ее базе релейные, аналоговые и аналого-релейные схемы, которые по своим параметрам близки к электротехническим системам. Благодаря высокой надежности они широко используются для циклового программного управления различными машинами, роботами в крупносерийном производстве, в системах управления движением мобильных объектов.
Третьим направлением применения пневмоэнергии, наиболее масштабным по мощности, является пневматический привод, который в научном плане является одним из разделов обшей механики машин. У истоков теории пневматических систем стоял И.И. Артоболевский. Он был руководителем Института машиноведения (ИМАШ) в Ленинграде, где под его руководством в 40 - 60-х годах систематизировались и обобщались накопленные сведения по теории и проектированию пневмосистем. Одной из первых работ по теории пневмосистем была статья А.П. Германа "Применение сжатого воздуха в горном деле", опубликованная в 1933 г., где впервые движение рабочего органа пневмоустройства решается совместно с термодинамическим уравнением состояния параметров воздуха.
Значительный вклад в теорию и практику пневмоприводов внесли ученые Б.Н. Бежанов, К.С. Борисенко, И.А. Бухарин, А.И. Вощинин, Е.В. Герц, Г.В. Крейнии, А.И. Кудрявцев, В.А. Марутов, В.И. Мостков, Ю.А. Цейтлин и другие.
^ 11.2. Особенности пневматического привода, достоинства и недостатки
Область и масштабы применения пневматического привода обусловлены его достоинствами и недостатками, вытекающими из особенностей свойств воздуха. В отличие от жидкостей, применяемых в гидроприводах, воздух, как и все газы, обладает высокой сжимаемостью и малой плотностью в исходном атмосферном состоянии (около 1,25 кг/м 3), значительно меньшей вязкостью и большей текучестью, причем его вязкость существенно возрастает при повышении температуры и давления. Отсутствие смазочных свойств воздуха и наличие некоторого количества водяного пара, который при интенсивных термодинамических процессах в изменяющихся объемах рабочих камер пневмомашин может конденсироваться на их рабочих поверхностях, препятствует использованию воздуха без придания ему дополнительных смазочных свойств и влагопонижения. В связи с этим в пневмоприводах имеется потребность кондиционирования воздуха, т.е. придания ему свойств, обеспечивающих работоспособность и продляющих срок службы элементов привода.
С учетом вышеописанных отличительных особенностей воздуха рассмотрим достоинства пневмопривода в сравнении с его конкурентами - гидро- и электроприводом.
1. ^ Простота конструкции и технического обслуживания . Изготовление деталей пневмомашин и пневмоаппаратов не требует такой высокой точности изготовления и герметизации соединений, как в гидроприводе, т.к. возможные утечки воздуха не столь существенно снижают эффективность работы и КПД системы. Внешние утечки воздуха экологически безвредны и относительно легко устраняются. Затраты на монтаж и обслуживание пневмопривода несколько меньше из-за отсутствия возвратных пневмолиний и применения в ряде случаев более гибких и дешевых пластмассовых или резиновых (резинотканевых) труб. В этом отношении пневмопривод не уступает электроприводу. Кроме того, пневмопривод не требует специальных материалов для изготовления деталей, таких как медь, алюминий и т.п., хотя в ряде случаев они используются исключительно для снижения веса или трения в подвижных элементах.
2. ^ Пожаро- и взрывобезопасность . Благодаря этому достоинству пневмопривод не имеет конкурентов для механизации работ в условиях, опасных по воспламенению и взрыву газа и пыли, например в шахтах с обильным выделением метана, в некоторых химических производствах, на мукомольных предприятиях, т.е. там, где недопустимо искрообразование. Применение гидропривода в этих условиях возможно только при наличии централизованного источника питания с передачей гидроэнергии на относительно большое расстояние, что в большинстве случаев экономически нецелесообразно.
3. ^ Надежность работы в широком диапазоне температур, в условиях пыльной и влажной окружающей среды . В таких условиях гидро- и электропривод требуют значительно больших затрат на эксплуатацию, т.к. при температурных перепадах нарушается герметичность гидросистем из-за изменения зазоров и изолирующих свойств электротехнических материалов, что в совокупности с пыльной, влажной и нередко агрессивной окружающей средой приводит к частым отказам. По этой причине пневмопривод является единственным надежным источником энергии для механизации работ в литейном и сварочном производстве, в кузнечно-прессовых цехах, в некоторых производствах по добыче и переработке сырья и др. Благодаря высокой надежности пневмопривод часто используется в тормозных системах мобильных и стационарных машин.
4. ^ Значительно больший срок службы , чем гидро- и электропривода. Срок службы оценивают двумя показателями надежности: гамма-процентной наработкой на отказ и гамма-процентным ресурсом. Для пневматических устройств циклического действия ресурс составляет от 5 до 20 млн. циклов в зависимости от назначения и конструкции, а для устройств нециклического действия около 10-20 тыс. часов. Это в 2 - 4 раза больше, чем у гидропривода, и в 10-20 раз больше, чем у электропривода.
5. ^ Высокое быстродействие . Здесь имеется в виду не скорость передачи сигнала (управляющего воздействия), а реализуемые скорости рабочих движений, обеспечиваемых высокими скоростями движения воздуха. Поступательное движение штока пневмоцилиндра возможно до 15 м/с и более, а частота вращения выходного вала некоторых пневмомоторов (пневмотурбин) до 100 000 об/мин. Это достоинство в полной мере реализуется в приводах циклического действия, особенно для высокопроизводительного оборудования, например в манипуляторах, прессах, машинах точечной сварки, в тормозных и фиксирующих устройствах, причем увеличение количества одновременно срабатывающих пневмоцилиндров (например в многоместных приспособлениях для зажима деталей) практически не снижает время срабатывания. Большая скорость вращательного движения используется в приводах сепараторов, центрифуг, шлифовальных машин, бормашин и др. Реализация больших скоростей в гидроприводе и электроприводе ограничивается их большей инерционностью (масса жидкости и инерция роторов) и отсутствием демпфирующего эффекта, которым обладает воздух.
6. ^ Возможность передачи пневмоэнергии на относительно большие расстояния по магистральным трубопроводам и снабжение сжатым воздухом многих потребителей. В этом отношении пневмопривод уступает электроприводу, но значительно превосходит гидропривод, благодаря меньшим потерям напора в протяженных магистральных линиях. Электрическая энергия может передаваться по линиям электропередач на многие сотни и тысячи километров без ощутимых потерь, а расстояние передачи пневмоэнергии экономически целесообразно до нескольких десятков километров, что реализуется в пневмосистемах крупных горных и промышленных предприятий с централизованным питанием от компрессорной станции.
Известен опыт создания городской компрессорной станции в 1888 г. одним из промышленников в Париже. Она снабжала заводы и фабрики по магистралям протяженностью 48 км при давлении 0,6 МПа и имела мощность до 18500 кВт. С появлением надежных электропередач ее эксплуатация стала невыгодной.
Максимальная протяженность гидросистем составляет около 250-300 м в механизированных комплексах шахт для добычи угля, причем в них используется обычно менее вязкая водно-масляная эмульсия.
7. ^ Отсутствие необходимости в защитных устройствах от перегрузки давлением у потребителей . Требуемый предел давления воздуха устанавливается общим предохранительным клапаном, находящимся на источниках пневмоэнергии. Пневмодвигатели могут быть полностью заторможены без опасности повреждения и находиться в этом состоянии длительное время.
8. ^ Безопасность для обслуживающего персонала при соблюдении общих правил, исключающих механический травматизм. В гидро- и электроприводах возможно поражение электрическим током или жидкостью при нарушении изоляции или разгерметизации трубопроводов.
9. ^ Улучшение проветривания рабочего пространства за счет отработанного воздуха. Это свойство особенно полезно в горных выработках и помещениях химических и металлообрабатывающих производств.
10. ^ Нечувствительность к радиационному и электромагнитному излучению . В таких условиях электрогидравлические системы практически непригодны. Это достоинство широко используется в системах управления космической, военной техникой, в атомных реакторах и т.п.
Несмотря на вышеописанные достоинства, применяемость пневмопривода ограничивается в основном экономическими соображениями из-за больших потерь энергии в компрессорах и пневмодвигателях, а также других недостатков, описанных ниже.
1. ^ Высокая стоимость пневмоэнергии . Если гидро- и электропривод имеют КПД, соответственно, около 70 % и 90 %, то КПД пневмопривода обычно 5-15 % и очень редко до 30 %. Во многих случаях КПД может быть 1 % и менее. По этой причине пневмопривод не применяется в машинах с длительным режимом работы и большой мощности, кроме условий, исключающих применение электроэнергии (например, горнодобывающие машины в шахтах, опасных по газу).
2. ^ Относительно большой вес и габариты пневмомашин из-за низкого рабочего давления. Если удельный вес гидромашин, приходящийся на единицу мощности, в 5-10 раз меньше веса электромашин, то пневмомашины имеют примерно такой же вес и габариты, как последние.
3. ^ Трудность обеспечения стабильной скорости движения выходного звена при переменной внешней нагрузке и его фиксации в промежуточном положении. Вместе с тем мягкие механические характеристики пневмопривода в некоторых случаях являются и его достоинством.
4. ^ Высокий уровень шума , достигающий 95-130 дБ при отсутствии средств для его снижения. Наиболее шумными являются поршневые компрессоры и пневмодвигатели, особенно пневмомолоты и другие механизмы ударно- циклического действия. Наиболее шумные гидроприводы (к ним относятся приводы с шестеренными машинами) создают шум на уровне 85-104 дБ, а обычно уровень шума значительно ниже, примерно как у электромашин, что позволяет работать без специальных средств шумопонижения.
5. Малая скорость передачи сигнала (управляющего импульса), что приводит к запаздыванию выполнения операций. Скорость прохождения сигнала равна скорости звука и, в зависимости от давления воздуха, составляет примерно от 150 до 360 м/с. В гидроприводе и электроприводе, соответственно, около 1000 и 300 000 м/с.
Перечисленные недостатки могут быть устранены применением комбинированных пневмоэлектрических или пневмогидравлических приводов.
^ 11.3. Течение воздуха
Инженерные расчеты пневмосистем сводятся к определению скоростей и расходов воздуха при наполнении и опорожнении резервуаров (рабочих камер двигателей), а также с его течением по трубопроводам через местные сопротивления. Вследствие сжимаемости воздуха эти расчеты значительно сложнее, чем расчеты гидравлических систем, и в полной мере выполняются только для особо ответственных случаев. Полное описание процессов течения воздуха можно найти в специальных курсах газодинамики.
Основные закономерности течения воздуха (газа) такие же, как и для жидкостей, т.е. имеют место ламинарный и турбулентный режимы течения, установившийся и неустановившийся характер течения, равномерное и неравномерное течение из-за переменного сечения трубопровода и все остальные кинематические и динамические характеристики потоков. Вследствие низкой вязкости воздуха и относительно больших скоростей режим течения в большинстве случаев турбулентный.
Для промышленных пневмоприводов достаточно знать закономерности установившегося характера течения воздуха. В зависимости от интенсивности теплообмена с окружающей средой расчеты параметров воздуха выполняются с учетом вида термодинамического процесса, который может быть от изотермического (с полным теплообменом и выполнением условия Т = const) до адиабатического (без теплообмена).
При больших скоростях исполнительных механизмов и течении газа через сопротивления процесс сжатия считается адиабатическим с показателем адиабаты k = 1,4. В практических расчетах показатель адиабаты заменяют на показатель политропы (обычно принимают n = 1,3…1,35), что позволяет учесть потери, обусловленные трением воздуха, и возможный теплообмен.
В реальных условиях неизбежно происходит некоторый теплообмен между воздухом и деталями системы и имеет место так называемое политропное изменение состояния воздуха. Весь диапазон реальных процессов описывается уравнениями этого состояния
pV n = const
Где n - показатель политропы, изменяющийся в пределах от n = 1 (изотермический процесс) до n = 1,4 (адиабатический процесс).
В основу расчетов течения воздуха положено известное уравнение Бернулли движения идеального газа
Слагаемые уравнения выражаются в единицах давления, поэтому их часто называют "давлениями":
z - весовое давление;
p - статическое давление;
- скоростное или динамическое давление.
На практике часто весовым давлением пренебрегают и уравнение Бернулли принимает следующий вид
Сумму статического и динамического давлений называют полным давлением P 0 . Таким образом, получим
При расчете газовых систем необходимо иметь в виду два принципиальных отличия от расчета гидросистем.
Первое отличие заключается в том, что определяется не объемный расход воздуха, а массовый. Это позволяет унифицировать и сравнивать параметры различных элементов пневмосистем по стандартному воздуху (ρ = 1,25 кг/ м3, υ = 14,9 м2/с при p = 101,3 кПа и t = 20°C). В этом случае уравнение расходов записывается в виде
Q м1 = Q м2 или υ 1 V 1 S 1 = υ 2 V 2 S 2
Второе отличие заключается в том, что при сверхзвуковых скоростях течения воздуха изменяется характер зависимости расхода от перепада давлений на сопротивлении. В связи с этим существуют понятия подкритического и надкритического режимов течения воздуха. Смысл этих терминов поясняется ниже.
Рассмотри истечение газа из резервуара через небольшое отверстие при поддержании в резервуаре постоянного давления (рис.11.1). Будем считать, что размеры резервуара настолько велики по сравнению с размерами выходного отверстия, что можно полностью пренебрегать скоростью движения газа внутри резервуара, и, следовательно, давление, температура и плотность газа внутри резервуара будут иметь значения p 0 , ρ 0 и T 0 .
Рис.11.1. Истечение газа из отверстия в тонкой стенке
Скорость истечения газа можно определять по формуле для истечения несжимаемой жидкости, т.е.
Массовый расход газа, вытекающего через отверстие, определяем по формуле
Где ω 0 - площадь сечения отверстия.
Отношение p/p 0 называется степенью расширения газа. Анализ формулы (11.7) показывает, что выражение, стоящее под корнем в квадратных скобках, обращается в ноль при p/p 0 = 1 и p/ p 0 = 0. Это означает, что при некотором значении отношения давлений массовый расход достигает максимума Q max . График зависимости массового расхода газа от отношения давлений p/p 0 показан на рис.11.2.
Рис.11.2. Зависимость массового расхода газа от отношения давлений
Отношение давлений p/p 0 , при котором массовый расход достигает максимального значения, называется критическим. Можно показать, что критическое отношение давлений равно
Как видно из графика, показанного на рис.11.2, при уменьшении p/p 0 по сравнению с критическим расход должен уменьшаться (пунктирная линия) и при p/p 0 = 0 значение расхода должно быть равно нулю (Q m = 0). Однако в действительности это не происходит.
В действительности при заданных параметрах p 0 , ρ 0 и T 0 расход и скорость истечения будут расти с уменьшением давления вне резервуара p до тех пор, пока это давление меньше критического. При достижении давлением p критического значения расход становится максимальным, а скорость истечения достигает критического значения, равного местной скорости звука. Критическая скорость определяется известной формулой
После того, как на выходе из отверстия скорость достигла скорости звука, дальнейшее уменьшение противодавления p не может привести к увеличению скорости истечения, так как, согласно теории распространения малых возмущений, внутренний объем резервуара станет недоступен для внешних возмущений: он будет "заперт" потоком со звуковой скоростью. Все внешние малые возмущения не могут проникнуть в резервуар, так как им будет препятствовать поток, имеющий ту же скорость, что и скорость распространения возмущений. При этом расход не будет меняться, оставаясь максимальным, а кривая расхода примет вид горизонтальной линии.
Таким образом, существует две зоны (области) течения:
подкритический режим , при котором
надкритический режим , при котором
В надкритической зоне имеет место максимальная скорость и расход, соответствующие критическому расширению газа. Исходя из этого при определении расходов воздуха предварительно определяют по перепаду давления режим истечения (зону), а затем расход. Потери на трение воздуха учитывают коэффициентом расхода μ, который с достаточной точностью можно вычислить по формулам для несжимаемой жидкости (μ = 0,1...0,6).
Окончательно скорость и максимальный массовый расход в подкритической зоне, с учетом сжатия струи определятся по формулам
^ 11.4. Подготовка сжатого воздуха
В промышленности используются различные конструкции машин для подачи воздуха под общим названием воздуходувки . При создании избыточного давления до 0,015 МПа они называются вентиляторами , а при давлении свыше 0,115 МПа - компрессорами .
Вентиляторы относятся к лопастным машинам динамического действия и кроме своего основного назначения - проветривания - применяются в пневмотранспортных системах и низконапорных системах пневмоавтоматики.
В пневмоприводах источником энергии служат компрессоры с рабочим давлением в диапазоне 0,4…1,0 МПа. Они могут быть объемного (чаще поршневые) или динамического (лопастные) действия. Теория работы компрессоров изучается в специальных дисциплинах.
По виду источника и способу доставки пневмоэнергии различают магистральный , компрессорный и аккумуляторный пневмопривод.
Магистральный пневмопривод характеризуется разветвленной сетью стационарных пневмолиний, соединяющих компрессорную станцию с цеховыми, участковыми потребителями в пределах одного или нескольких предприятий. Компрессорная станция оборудуется несколькими компрессорными линиями, обеспечивающими гарантированное снабжение потребителей сжатого воздуха с учетом возможной неравномерной работы последних. Это достигается установкой промежуточных накопителей пневмоэнергии (ресиверов) как на самой станции, так и на участках. Пневмолинии обычно резервируются, чем обеспечивается удобство их обслуживания и ремонта. Типовой комплект устройств, входящих в систему подготовки воздуха, показан на принципиальной схеме компрессорной станции (рис.11.3).
Рис.11.3. Принципиальная схема компрессорной станции
Компрессор 2 с приводным двигателем 3 всасывает воздух из атмосферы через заборный фильтр 1 и нагнетает в ресивер 7 через обратный клапан 4, охладитель 5 и фильтр-влагоотделитель 6. В результате охлаждения воздуха водяным охладителем 5 происходит конденсация 70-80 % содержащейся в воздухе влаги, улавливаемой фильтром- влагоотделителем и со 100-процентной относительной влажностью воздух поступает в ресивер 7, который аккумулирует пневмоэнергию и сглаживает пульсацию давления. В нем происходит дальнейшее охлаждение воздуха и конденсация некоторого количества влаги, которая по мере накопления удаляется вместе с механическими примесями через вентиль 10. Ресивер обязательно оборудуется одним или несколькими предохранительными клапанами 8 и манометром 9. Из ресивера воздух отводится к пневмолиниям 12 через краны 11. Обратный клапан 4 исключает возможность резкого падения давления в пневмосети при отключении компрессора.
^ Компрессорный пневмопривод отличается от вышеописанного магистрального своей мобильностью и ограниченностью числа одновременно работающих потребителей. Передвижные компрессоры наиболее широко используются при выполнении различных видов строительных и ремонтных работ. По комплекту устройств, входящих в систему подготовки воздуха, он практически не отличается от вышеописанной компрессорной станции (водяной охладитель заменяется на воздушный). Подача воздуха к потребителям осуществляется через резинотканевые рукава.
^ Аккумуляторный пневмопривод ввиду ограниченного запаса сжатого воздуха в промышленности применяется редко, но широко используется в автономных системах управления механизмов с заданным временем действия. На рис.11.4 показаны несколько примеров аккумуляторного питания пневмосистем.
Для бесперебойной подачи жидкости в гидросистему или топлива в двигатели внутреннего сгорания аппаратов с переменной ориентацией в пространстве применяется наддув бака с жидкостью (рис.11.4, а) от пневмобаллона 1.
Вытеснение жидкости из бака 5, разделенного мембраной на две части, обеспечивается постоянным давлением воздуха, зависящим от настройки редукционного клапана 3 при включении электровентиля 2. Предельное давление ограничивается клапаном 4.
Система ориентации летательного аппарата (рис.11.4, б) состоит из управляющих реактивных пневмодвигателей 4, питающихся от шарового пневмобаллона 1 через редукционный клапан 2 и электровентили 3.
Рис.11.4. Принципиальные схемы аккумуляторного питания
пневмосистем (а, б, в) и замкнутой пневмосистемы (г)
Для питания систем промышленной пневмоавтоматики часто используется не только средний (нормальный) диапазон давления воздуха (0,118…0,175 МПа), а и низкий диапазон (0,0012…0,005 МПа). Это позволяет уменьшить расход сжатого воздуха, увеличить проходное сечение элементов и, следовательно, снизить вероятность засорения дросселирующих устройств, а в некоторых случаях получить ламинарный режим течения воздуха с линейной зависимостью Q = f(Δp ), что весьма важно в устройствах пневмоавтоматики.
При наличии источника высокого давления можно обеспечить питание пневмосистемы низкого давления с большим расходом воздуха при помощи эжектора (рис.11.4, в). От пневмобаллона высокого давления 1, оборудованного редукционным клапаном 4, манометром 2 и зарядным клапаном 3 воздух поступает на питающее сопло 5 эжектора. При этом внутри корпуса эжектора создается пониженное давление, и из окружающей среды через фильтр 6 подсасывается воздух, который поступает в приемное сопло 7 большего диаметра. После эжектора воздух вторично очищается от пыли фильтром 8 и поступает к устройствам 10 пневмоавтоматики. Манометром 9 контролируется рабочее давление, величина которого может корректироваться редуктором 4.
Все вышеописанные пневмосистемы относятся к разомкнутым (бесциркуляционным). На рис.11.4, г показана замкнутая схема питания системы пневмоавтоматики, используемая в условиях пыльной атмосферы. Подача воздуха к блоку пневмоавтоматики 3 осуществляется вентилятором 1 через фильтр 2, причем всасывающий канал вентилятора соединен с внутренней полостью герметичного кожуха блока 3, которая одновременно через фильтр тонкой очистки 4 сообщается с атмосферой. Часто в качестве вентилятора используются бытовые электропылесосы, способные создавать давление до 0,002 МПа.
Воздух, поступающий к потребителям, должен быть очищен от механических загрязнений и содержать минимум влаги. Для этого служат фильтры-влагоотделители, у которых в качестве фильтрующего элемента обычно используется ткань, картон, войлок, металлокерамика и другие пористые материалы с тонкостью фильтрации от 5 до 60 мкм. Для более глубокой осушки воздуха его пропускают через адсорбенты, поглощающие влагу. Чаще всего для этого используется силикагель. В обычных пневмоприводах достаточную осушку обеспечивают ресиверы и фильтры- влагоотделители, но вместе с тем воздуху необходимо придавать смазочные свойства, для чего служат маслораспылители фитильного или эжекторного типа.
Рис.11.5. Типовой узел подготовки воздуха:
а - принципиальная схема; б - условное обозначение
На рис.11.5 показан типовой узел подготовки воздуха, состоящий из фильтра-влагоотделителя 1, редукционного клапана 2 и маслораспылителя 3.
Поступающий на вход фильтра воздух получает вращательное движение за счет неподвижной крыльчатки Kр . Центробежной силой частицы влаги и механических примесей отбрасываются к стенке прозрачного корпуса и оседают в его нижнюю часть, откуда по мере необходимости удаляются через сливной кран. Вторичная очистка воздуха происходит в пористом фильтре Ф, после которого он поступает на вход редуктора, где происходит дросселирование через зазор клапана Кл , величина которого зависит от выходного давления над мембраной М . Увеличение усилия сжатия пружины П обеспечивает увеличение зазора клапана Кл и, следовательно, выходного давления. Корпус маслораспылителя 3 делается прозрачным и заполняется через пробку смазочным маслом. Создаваемое на поверхности масла давление вытесняет его через трубку T вверх к соплу С , где масло эжектируется и распыляется потоком воздуха. В маслораспылителях фитильного типа вместо трубки Т установлен фитиль, по которому масло поступает в распылительное сопло за счет капиллярного эффекта.
^ 11.5. Исполнительные пневматические устройства
Исполнительными устройствами пневмоприводов называются различные механизмы, обеспечивающие преобразование избыточного давления воздуха или вакуума в рабочее усилие. Если при этом рабочий орган совершает движение относительно пневмоустройства, то он называется пневмодвигателем, а если движения нет или оно происходит совместно с пневмоустройством, то оно называется пневмоприжимом или пневмозахватом.
Пневмодвигатели могут быть, как и гидродвигатели, вращательного или поступательного действия и называются, соответственно, пневмомоторами и пневмоцилиндрами . Конструктивное исполнение этих устройств во многом похоже на их гидравлические аналоги. Наибольшее применение получили шестеренные, пластинчатые и радиально-поршневые пневмомоторы объемного действия. На рис.11.6, а показана схема радиально- поршневого мотора с передачей крутящего момента на вал через кривошипно-шатунный механизм.
В корпусе 1 симметрично расположены цилиндры 2 с поршнями 3. Усилие от поршней передается на коленчатый вал 5 через шатуны 4, прикрепленные шарнирно к поршням и кривошипу коленчатого вала. Сжатый воздух подводится к рабочим камерам по каналам 8, которые поочередно сообщаются с впускным Вп и выхлопным Вх каналами распределительного золотника 6, вращающегося синхронно с валом мотора. Золотник вращается в корпусе распределительного устройства 7, к которому подведены магистрали впуска и выхлопа воздуха.
Радиально-поршневые пневмомоторы являются относительно тихоходными машинами с частотой вращения вала до 1000…1500 об/мин. Более быстроходны шестеренные и пластинчатые моторы (2000…4000 об/мин), но самыми быстроходными (до 20000 об/мин и более) могут быть турбинные пневмомоторы, в которых используется кинетическая энергия потока сжатого воздуха. В частности, такие моторы используются для вращения рабочих колес вентиляторов на горных предприятиях.
Рис.11.6. Схемы пневмомоторов объемного (а) и динамического (б) действия
На рис.11.6, б показана схема пневмопривода колеса вентилятора, состоящего из ступицы 9 с лопаток 10, к которым жестко прикреплен вращающийся обод с лопатками пневмомотора 11. Поток сжатого воздуха, вытекающий из сопла 12 по касательной к изогнутым лопаткам 11, отдает свою энергию и заставляет вращаться колесо вентилятора с большой скоростью. Описанное устройство можно назвать пневмопреобразователем, преобразующим поток воздуха высокого давления в поток низкого давления с гораздо большим расходом.
Пневмопривод отличается большим разнообразием оригинальных исполнительных устройств с эластичными элементами в форме мембран, оболочек, гибких нитей, рукавов и т.н. Они широко используются в зажимных, фиксирующих, переключающих и тормозных механизмах современных автоматизированных производств. К ним относятся мембранные и сильфонные пневмоцилиндры с относительно малой величиной рабочего хода штока. Плоская резиновая мембрана позволяет получить перемещение штока на 0,1...0,5 от ее эффективного диаметра. При выполнении мембраны в форме гофрированного чулка рабочий ход увеличивается до нескольких диаметров мембраны. Такие пневмоцилиндры называются сильфонными . Они могут быть с внешним и внутренним подводом воздуха. В первом случае длина гофрированной трубки под действием давления уменьшается, во втором увеличивается за счет деформации гофров. В качестве эластичного элемента применяется резина, резинотканевые и синтетические материалы, а также тонколистовая сталь, бронза, латунь.
Увеличение скорости выполнения операций во многих случаях достигается применением пневмозахватов, схемы которых показаны на рис.11.7.
Для перемещения листовых изделий используются пневмоприсоски, относящиеся к вакуумным захватам безнасосного и насосного типа. В захватах безнасосного типа (рис.11.7, а) вакуум в рабочей камере К создается при деформации самих элементов захвата, выполненных в виде гибкой тарелки, прилегающей своей кромкой к детали и подвижным поршнем, к которому прикладывается внешнее усилие. Величина вакуума при подъеме детали пропорциональна ее весу и обычно бывает не более 55 кПа. Для обеспечения лучшего притяжения, особенно для недостаточно гладкой поверхности детали, применяют захваты насосного типа, у которых воздух из рабочей камеры отсасывается насосом до глубины вакуума 70…95 кПа.
Часто применяют простые устройства эжекторного типа (рис.11.7, б), в которых кинетическая энергия струи жидкости, пара или воздуха используется для отсасывания воздуха из рабочей камеры К , находящейся между присоской П и деталью. Сжатый воздух, поступающий на вход А , проходит с большой скоростью через сопло Б эжектора и создает пониженное давление в камере В и канале Г , сообщающимся с рабочей камерой К .
Рис.11.7. Схемы пневмозахватов
Для зажима деталей цилиндрической формы применяют пневмозахваты, выполненные по схемам в и г (рис.11.7). При подводе воздуха в рабочую камеру К упругий цилиндрический колпачок охватывает шейку вала и создает усилие, достаточное для его зажима. На схеме г показан двухсторонний пневмозахват, рабочими элементами которого служат сильфоны с односторонним гофром. При создании избыточного давления внутри сильфона гофрированная сторона растягивается на большую длину, чем гладкая, что вызывает перемещение незакрепленной (консольной) стороны трубки в направлении охватываемой детали. Такими устройствами можно фиксировать детали не только круглой формы, но и с любыми фасонными поверхностями.
В ряде случаев возникает потребность в перемещении рабочих органов на большие расстояния до 10…20 м и более по прямолинейной или искривленной траектории. Применение обычных штоковых пневмоцилиндров ограничено рабочим ходом до 2 м. Конструкции бесштоковых пневмоцилиндров, удовлетворяющих этим требованиям, показаны на рис.11.8.
Рис.11.8. Схемы бесштоковых пневмодвигателей
поступательного движения
Отсутствие жесткого штока позволяет практически в два раза уменьшить длину цилиндра в выдвинутом положении. На схеме а показан длинноходовой пневмоцилиндр с передачей усилия через сильный постоянный магнит. Абсолютно герметичная гильза цилиндра выполнена из немагнитного материала, а ее внутренняя полость разделяется поршнем на две камеры, к которым подводится сжатый воздух. В поршне и каретке К , соединенной с рабочим органом, встроены противоположные полюса магнита S и N , взаимодействие которых обеспечивает передачу движущего усилия на каретку, скользящую по направляющим на внешней поверхности гильзы. Ход каретки ограничивается конечными упорами У .
Практически неограниченную длину хода имеют пневмоцилиндры с эластичной гильзой (рис.11.8, б), охватываемой двумя роликами, соединенными кареткой К . Такие пневмоцилиндры очень эффективны для перемещения штучных грузов по сложной траектории и в приводах с небольшими рабочими усилиями.
Пневмоцилиндр с гибким штоком показан на схеме рис.11.8, в. В такой конструкции тяговое усилие передается на каретку К от поршня через гибкий элемент (обычно стальной трос, облицованный эластичной пластмассой), охватывающий обводной и натяжной ролики, расположенные на крышках цилиндра.
^ Наверх страницы
Компрессор является источником сжатого воздуха, питающим все агрегаты пневматической системы. На грузовых автомобилях и автобусах применяют одноступенчатые двухцилиндровые компрессоры одностороннего действия.
Производительность компрессора зависит от частоты вращения коленчатого вала n , хода и диаметра поршня. Она находится в пределах (40¸ 170) л/мин при n =1000 мин -1 . Мощность, потребляемая компрессором составляет (0,5¸ 2,2) кВт (0,7¸ 3,0 л.с.).
С целью экономии затрат энергии на привод компрессора предусмотрено отключение подачи воздуха в систему, когда давление в ней достигнет заданного уровня (7,0¸ 7,3 кг/см 2). При этом давлении срабатывает регулятор давления, и открывает доступ сжатому воздуху в разгрузочное устройство.
У автомобиля ЗИЛ-130 регулятор давления подает сжатый воздух по горизонтальному каналу в блок цилиндров компрессора под плунжеры 1 разгрузочного устройства, изображенного на рис. 8.2. Плунжеры через толкатели 2 открывают впускные клапаны 3 обоих цилиндров, сообщая полости цилиндров между собой. Таким образом, воздух не сжимается, а перекачивается из цилиндра в цилиндр не поступая в систему. (Теоретическая удельная работа, затрачиваемая в компрессоре определяется по формуле , из которой видно, что, при равенстве давлений воздуха в начале р 1 и в конце р 2 процесса сжатия, она равна нулю). При снижении давления воздуха в системе автомобиля до определенного уровня (5,6¸ 6 кг/см 2) регулятор давления прекращает подачу воздуха и соединяет подплунжерное пространство с атмосферой. Плунжеры 1 опускаются, освобождая впускные клапаны 3, и компрессор начинает нагнетать воздух в пневматическую систему.
Регулятор давления - служит для автоматического поддержания необходимого давления воздуха в пневматической системе. Он ограничивает минимальный и максимальный пределы давления в ПС путем подачи сжатого воздуха в разгрузочное устройство компрессора или удаления из него, обеспечивая при этом включение или выключение подачи воздуха компрессором в систему.
В отечественных автомобилях применяют регуляторы давления двух типов: с шариковыми клапанами и диафрагменные. Регулятор давления с шариковым клапаном АР-10 представлен на рис. 8.3.
|
|
В корпусе 6 размещены два шариковых клапана 4 и 5, которые действуют на стержень 3, связанный с регулировочной пружиной 9 через шарик 2. При давлении в пневматической системе ниже максимального, пружина 9 удерживает впускной клапан 5 в прижатом состоянии к гнезду в корпусе 6 и полость разгрузочного устройства компрессора сообщается с атмосферой. Если давление в системе превысит максимальное, то под действием силы давления впускной клапан 5 откроет отверстие и одновременно выпускной клапан 4 перекроет выпускное отверстие гнезда 8. В этом положении связь полости разгрузочного устройства компрессора с атмосферой прерывается. Сжатый воздух проходит через впускной клапан 5 и поступает в разгрузочное устройство компрессора.
Верхний предел давления регулируют колпаком 1 (изменяют натяжение пружины 9). Разность давлений, при которой включается или выключается разгрузочное устройство, устанавливается изменением количества прокладок 7 под корпус 6 выпускного клапана. При снятии прокладок разность давлений увеличивается, при добавлении - уменьшается.
Регулятор давления АР-11 крепится к блоку цилиндров компрессора и отличается от АР-10 наличием двух фильтров на входе и выходе, что повышает надежность.
Масловлагоотделитель (рис. 8.4) - устанавливается перед баллонами и предназначен для очистки сжатого воздуха, поступающего из компрессора от масла и влаги. Масло оказывает вредное действие нарезиновые детали пневматической системы, а пары воды, конденсируясь в узлах системы при отрицательных температурах замерзают, что приводит к нарушению работы основных элементов пневматической системы автомобиля.
В корпусе 1 установлен обратный клапан 2, прижимаемый к гнезду пружиной 3. Сверху корпус закрыт пробкой 4. Для уплотнения корпуса и стакана 7 установлено резиновое кольцо 8 (уплотнение происходит при затяжке конусного наконечника стяжного стержня 6). Воздух из компрессора поступает в отверстие А, проходит через латунную сетку элемента 5, отделяясь от масла и влаги, поступает в отверстие стержня, и, отжимая обратный клапан, выходит в трубопровод, связанный с баллоном.
|
|
Оставшееся на сетке масло и влага стекают в стакан 7. Для выпуска конденсата в нижней части стакана устанавливают сливной краник.
Для повышения надежности работы пневматической системы и исключения замерзания конденсата применяют антифризный насос, который устанавливают между масловлагоотделителем и регулятором давления. Он служит для подачи в пневматическую систему порции морозостойкой жидкости, которая находится в специальном бачке.
Антифризный насос должен работать только в холодное время года. В теплое время его снимают. Он заполняется смесью этилового (300 см 3) и изоамилового (2 см 3) спиртов.
Воздушные баллоны - служат для аккумулирования сжатого в компрессоре воздуха. Благодаря им компрессор работает под нагрузкой кратковременно, а при достижении определенного давления в баллонах разгружается на время, пока из них не израсходуется определенное количество воздуха.
В зависимости от расхода сжатого воздуха потребителями, необходимо иметь определенный запас, которого должно хватать на некоторый период работы пневматической системы при внезапном прекращении работы компрессора.
Общий объем баллонов влияет на работу компрессора. При установке баллонов большого объема компрессор включается реже, но работает дольше, что может привести к его перегреву и снижению производительности. При малых объемах сокращается время непрерывной работы компрессора, но увеличивается частота его включений.
Наиболее распространенный воздушный баллон состоит из цилиндрической обечайки и двух штампованных выгнутых днищ, приваренных к ней. На баллонах к днищам и к обечайке сверху и снизу приварены бобышки, имеющие резьбовые отверстия для присоединения воздухопроводов и сливных краников. После сварки баллоны снаружи и изнутри покрывают коррозионно-устойчивой краской и проверяют на герметичность под давлением (12¸ 20) кг/см 2 .
Предохранительный клапан - предназначен для защиты пневматической системы от чрезмерного повышения давления воздуха в случае неисправности автоматического регулятора давления. Он устанавливается на одном из воздушных баллонов.
|
|
В корпусе 2 клапана (рис. 8.5) с одного конца ввернут штуцер 1 с гнездом для клапана 3, а с другого - регулирующий винт 6. Стальной шарик прижат к гнезду через составной шток 7 усилием пружины 4. Пружина отрегулирована на предельное давление (9¸ 9,5) кг/см 2 , при котором воздух отжимает шарик от гнезда и выходит в атмосферу. Клапан регулируют винтом 6 и стопорят контргайкой 5.
|
|
Обратные клапаны - служат для предотвращения утечки воздуха в атмосферу из баллонов в случае повреждения части системы, подключенной к другим баллонам, или при резком падении давления в системе соединяющей компрессор с баллонами. Они устанавливаются на входе в воздушные баллоны.
Обратный клапан, представленный на рис. 8.6, состоит из корпуса 1, трубки с отверстиями 2, пластинчатого клапана 3 и пружины 4. Этот клапан устанавливается внутри баллона. Возможность накопления в нем конденсата и примерзания клапана исключены, т.к. конденсат стекает в воздушный баллон.
|
|
Сливные краны - предназначены для периодического слива конденсата из всех баллонов и масловлагоотделителя. Выпуск конденсата осуществляется наклоном клапана 3 с помощью кольца 5. Пружина 2 прижимает клапан к седлу 4 в нормальном состоянии. С помощью штуцера 1 кран вворачивается в баллон.
