TEKUTINOVÉ POHONY

TEKUTINOVÉ POHONY

TEKUTINOVÉ POHONY
Pneumatické (medium – vzduch)
Hydraulické (medium – kapaliny s příměsí)
Přednosti:
– dobrá realizace přímočarých pohybů
– dobrá regulace síly, která je vyvozena motorem (píst, pístní tyč)
F=S·p
(možnost regulace tlaku)
– nízká hmotnost vzhledem ke svým výkonům
– lze je přetížit, aniž by nastala nějaká destrukce
2

TEKUTINOVÉ POHONY - VÝHODY
PNEUMATICKÉ
–větší rychlost (až 3 m·s -1 )
–pružnost
– medium všude kolem nás
⋅ ρ
s =
t
Q
– možnost centrální výroby stlačeného
vzduchu
– kompresor nemusí pracovat nepřetržitě
– doprava i na velké vzdálenosti,
– jednoduché vedení bez zpětného vedení
(odpad přímo do ovzduší)
– čistota provozu
– zanedbatelný vliv okolí (nezávislé na T)
– bezpečnost provozu (nehořlavost,
nevýbušnost)
– plynulé nastavení rychlostí a sil
– montáž (jednoduché konstrukce prvků,
výhodné pro montáž)
– malá hmotnost vzhledem k výkonu,
robustnost, snadná opravitelnost
v =
s
t
HYDRULICKÉ
–větší síly
– 32 – 50 Mpa
– malé rychlosti
– vysoká účinnost
– plynulý chod při všech
rychlostech
– dobrá regulace
– tuhost
–přesnost
3

TEKUTINOVÉ POHONY - NEVÝHODY
PNEUMATICKÉ
–špatně se dosahuje malých plynulých
rychlostí (2 – 3 ms -1 )
– obtížné mazání
–neumějí vykonat veliké síly (tlak
standard 0,6 Mpa, max do 1,0 MPa)
⇒více nejde stlačit, pak už pruží
–hlučnost (expanze stlačeného vzduchu do
okolí)
– úprava vzduchu (musí se odstranit
všechny nečistoty, aby nedocházelo
knadměrnému opotřebování prvků)
– výroba stlačeného vzduchu je (6 - 8) *
dražší než výroba elektrického proudu a
asi 4* dražší než výroba tlakové kapaliny
HYDRULICKÉ
–hořlavost
– závislost na T
– agregát musí být blízko motoru
(jinak velké ztráty)
– malé rychlosti
4

2 1 2 1
HM
PM
ČÁST 1
1
VJ VS
2 1
R
2
R
VS
TM
F
ČÁST 2
TM
M
VR
M
VP
HG
F
5

• Nutno umět řídit u tekutinových pohonů:
– rychlost pohybu
• škrcením – zmenšováním průtoku škrtícím ventilem
⇒ nemění se tlak, pouze množství
⇒ škrcení na výtoku z pístu odstraňuje kmitání
–smysl (směru) pohybu
• stoupnutím tlaku
• poklesem tlaku
• diferenciálním účinkem tlaku
• řízení pomocí rozvaděčů –převod kapaliny nebo vzduchu na jednu
nebo druhou stranu pístu
– velikost síly
6

PNEUMATICKÉ OBVODY

Pneumatické mechanizmy
Pneumatický mechanizmus
–zařízení pro přenos energie a transformaci
vstupních funkcí na výstupní, kde nositelem
energie je plyn, zpravidla atmosférický vzduch.
8

Podle využívané formy energie se
rozlišují:
Proud plynu je nositelem tří hlavních forem energie:
• Potencionální
•Deformační
• Kinetická
a) pneumaticko-statické mechanizmy
b) pneumaticko-dynamické mechanizmy
9

Pneumaticko-statické mechanizmy
1. Pracovní prostory motoru kompresoru se
zaplňují plynem o konstantním tlaku
Využívaná tlaková energie je vyjádřená vztahem:
(deformační a kinetická se nevyužívá)
W p
=
V
⋅
p
( N ⋅ m)
kde V - objem plynu [m 3 ],
p - tlak [Pa].
10

2) Pracovní prostory motoru kompresoru jsou naplněny
v počátečním stavu takovým objemem plynu, aby jeho
deformací došlo k provedení požadované činnosti
Deformační energie se vyjádří vztahem:
W d
=
1
2
k
⋅
x
2
x
=
ΔV
S
-
deformace nositele energie
kde k - tuhost nositele energie
ΔV - změna objemu,
S - plocha (průřez nositele energie)
W
d
=
1
2
⋅
k
S
2
⋅ΔV
2
=
1
2
⋅
D ⋅ΔV
2
D =
k
S
2
- odpor nositele energie proti deformaci
11

Pneumaticko-dynamické mechanismy
– použití je omezeno malou hmotností plynu.
– Používá se proto kombinovaných mechanizmů (úderné
válce) využívajících kinetické energie tuhých částí. (razící
lisy)
Pohybová energie se vyjádří vztahem:
W
k
=
⋅ m⋅v
kde m - hmotnost nositele energie
v - rychlost pohybu nositele energie.
1
2
2
12

Dělení pneumatických mechanizmů, podle
funkcí, které plní ve stroji
A) mechanizmy sloužící převážně kpřenosu energie:
1) posuvné mechanizmy – zajišťují relativní pohyb mezi dvěma celky
2) servomechanizmy – slouží rovněž kpřenosu a zpracování informace
3) převodové mechanizmy – přenášejí výkon k výstupním členům stroje
B) mechanizmy sloužící k přenosu informace
Zpoždění při přenosu (často větší než zpoždění přístrojů) – vhodné pouze
tam, kde jsou velké časové konstanty sledovaného systému
‣ Na přenos energie a informací se používají pneumatické mechanizmy v
tlakových pásmech:
nízkotlakové (p = 0,1÷10 kPa),
střednětlakové (p = 20÷100 kPa), a
vysokotlakové (p = 200÷1000 kPa),
13

Výhody pneumatických mechanizmů
Výhody a rovněž nevýhody pneumatických mechanizmů
vyplývají ze dvou vlastností plynů:
a) velká stlačitelnosti plynu
b) malá viskozita a z toho vyplývající malé třecí odpory
14

K výhodám pneumatických mechanizmů patří:
- medium (vzduch) se nachází všude kolem nás
- možnost využití centrální výroby stlačeného vzduchu v závodě
- kompresor nemusí pracovat nepřetržitě
- doprava stlačeného vzduchu pomocí potrubí i na velké vzdálenosti,
bez zpětného vedení
- čistota provozu
- zanedbatelný vliv okolí
- přípustnost přetížení
- bezpečnost provozu (vhodné i do provozů s agresivním prostředím i
nebezpečím požáru či exploze)
- plynulé nastavení rychlostí a sil
- montáž
- možnost zapojení do automatických pracovních cyklů
- nízké ceny prvků
- robustní provedení
15
- vysoká provozní spolehlivost

Nevýhody pneumatických
mechanizmů
- stlačitelnost vzduchu
- úprava vzduchu
- značné tření při pohybu ⇒ zhoršená přesnost
nastavení polohy
- nutnost přimazávání vzduchu
- hlučnost (hlučné odfuky)
- vysoké náklady na energii
- možná netěsnost
16

Stlačitelnost vzduchu
Vzduch - stlačitelný (komprese)
-rozpínatelný(expanze)
Tento jev je popsán Boyle – Mariottovým zákonem.
Platí pro izotermický děj.
Platí vztah:
p V = p ⋅V
= p ⋅V
=
1
⋅
1 2 2 3 3
konst
17

Gay – Lussacův zákon pro adiabatický děj
Objem plynu se mění v závislosti na teplotě
V =
: V T T
:
1 2 1
2
Obecný vztah, který platí pro ideální plyn :
p
⋅V
=
m
⋅
R
⋅T
kde
p - tlak [MPa]
V - objem [m 3 ]
m - hmotnost [kg]
R - univerzální plynová konstanta [J.kg -1 .K -1 ]
T - teplota [K]
18

Stlačení vzduchu
F 1
V 2
F 2
V 3
F 3
V 1
p 1
p 2
p 3
19

Stlačení vzduchu
TYPY KOMPRESORŮ
20

Výroba stlačeného vzduchu
K výrobě stlačeného vzduchu se používají kompresory
- stlačují vzduch z tlaku okolního prostředí na požadovaný pracovní tlak
- stlačují plyn na přetlak vyšší než 200 kPa
Rozlišují se dvě základní provedení:
První provedení pracuje na objemovém principu
pístové kompresory - s přímočarým pohybem pístu
-s otáčivým pohybem pístu
membránové kompresory
Druhé provedení využívá proudového principu
radiální turbokompresory
axiální turbokompresory
proudové kompresory
dmychadla, ventilátory
21

Tlak vzduchu
Tlak je definován jako síla působící na plochu:
p =
F
S
kde
p - tlak [Pa]
F - síla [N]
S - plocha [m 2 ]
Podle soustavy SI je jednotkou tlaku 1 Pa ( Pascal).
1N
1Pa =
2
m
22

Další používané jednotky:
a) Atmosféra – absolutní tlak v technické soustavě
1kp
1at 0, 981bar
2
cm
=
= at
b) bar
5
10 N 5
1bar = = 10 Pa = 1, 02
2
m
c) Torr
1 Torr = 1
1
at 1 Torr =
736
750
bar
23

Pneumatické pohony
• Dělení podle prvku převádějícího tlak na sílu nebo výchylku:
– S membránou
– S vlnovcem
– S pístem
– Speciální
• Podle způsobu generování pohybu
– Jednočinné
– Dvojčinné
• Podle dráhy výstupního prvku
– Posuvné,
– Kyvné
– Rotační
• Podle signálu
– Spojité (proporcionální)
– Nespojité
24

Výpočet SÍLY NA PÍSTU
upřímočarých motorů
Teoretická síla pístu je dána vztahem:
F th
=
S
⋅
p
kde F th
- teoretická síla pístu [kp]
S - účinná plocha pístu [cm 2 ]
p - pracovní tlak [bar]
Pneumatické pístové pohony dosahují značné síly – desítky kN. 25

Pro praxi má však význam efektivní síla pístu. Při jejím výpočtu se musí
uvážit odpory třením. Při normálních provozních podmínkách mohou činit
třecí síly 3 – 20 % celkové vyvozené síly.
U jednočinných motorů je efektivní síla dána vztahem:
F
n
=
S
⋅
p
−
F
tr
−
F
pr
F pr
F n
F tř
Rozbor sil u jednočinného pístu
26

U dvojčinných motorů:
F
=
S
⋅
p
−
n
F tr
F n
F tř
Rozbor sil u dvojčinného motoru
27

Zpětný zdvih dvojčinných motorů:
F
=
S′⋅
p
−
n
F tr
kde F n
– efektivní síla pístu [N]
2
⋅π
S = D
4
( )
- účinná
2 2
D − d ⋅π
S′
=
− účinná
4
p – pracovní tlak [bar]
F tr
– síla tření [N]
plocha
F pr
– síla odtahové pružiny [N]
D – vnitřní průměr pístu [cm]
d – průměr pístnice [cm]
pístu [cm
2
∅D
]
plocha pístu na straně pístnice
Průměry pístu
[cm
2
]
∅d
28

Schémata pneumatických obvodů
Schématické značky prvků jsou uváděny podle normy ČSN ISO 1219
Hydraulika a pneumatika – Grafické značky a obvodová schémata.
Přehled nejpoužívanějších značek v pneumatických schématech
NÁZEV
PRVKU
VÝZNAM ZNAČKY
SCHÉMATICKÁ
ZNAČKA
PROVEDENÍ PRVKU VE
SKUTEČNOSTI
VEDENÍ
prvek sloužící na vedení proudu
vzduchu, potrubí
jeden přívod vzduchu do válce
zpětný pohyb vyvozen vnější silou
JEDNOČINNÝ
VÁLEC
jeden přívod vzduchu do válce
zpětný pohyb vyvozen pružinou
29

DVOJČINNÝ
VÁLEC
dva přívody vzduchu
ROZVADĚČ
ovládá směru průtoku vzduchu
označení x/y,
x – počet poloh rozvaděče (počet
obdélníků),
y – počet cest, na bocích způsob
ovládání rozvaděče
ŠKRTÍCÍ
VENTIL
umožňuje regulovat rychlost průtoku
vzduchu
JEDNOSMĚRNÝ
VENTIL
umožňuje průtok vzduchu jenom
v jednom směru, kulička brání
průtoku
DVOJITÝ
JEDNOSMĚRNÝ
VENTIL
pro ovládaní ze dvou míst, realizuje
funkci: na výstupu je signál tehdy,
jestliže alespoň na jednom z vstupů
je signál
30

DVOUTLAKÝ
VENTIL
realizuje funkci: na výstupu je signál
pouze tehdy, jestliže jsou současně
na všech vstupech signály
TLUMIČ
zabraňuje hlučnosti provozu
JEDNOTKA
PRO ÚPRAVU
VZDUCHU
upravuje vzduch před vstupem do
rozvaděčů a válců
FILTR
snižuje obsah nečistot ve vzduchu
31

MAZNICE
slouží a mazání vzduchu olejem
MANOMETR zařízení pro měření tlaku
REDUKČNÍ
VENTIL
redukuje množství procházejícího
vzduchu
KOMPRESOR
stroj na výrobu stlačeného vzduchu
32

Ukázky reálné podoby vybraných prvků
Jednočinný válec
33

Ukázky reálné podoby vybraných prvků
Dvojčinný motor
34

Ukázky reálné podoby vybraných prvků
Rotační motor
35

Ukázky reálné podoby vybraných prvků
3/2 rozvaděč, v základní poloze neprůchodný
36

Ukázky reálné podoby vybraných prvků
Dvojtlaký ventil (logická fce AND)
37

Ukázky reálné podoby vybraných prvků
Dvoupolohový jednosměrný ventil (logická fce OR)
38

Ukázky reálné podoby vybraných prvků
Regulační ventil závislý na
viskozitě
Jednosměrný regulační ventil
závislý na viskozitě
39

Způsoby ovládání rozvaděčů:
a) mechanické
b) elektromagnetické
c) pneumatické
Ovládání rozvaděčů
Mechanické - nejjednodušší způsob ovládání
Způsoby mechanického ovládání
Schématická značka
Popis
Obecný znak
Ovládání tlačítkem
Ovládání ruční pákou
Ovládání nožním pedálem
Ovládání kladičkou
Ovládání pružinou
Ovládání narážkou
Příklad mechanického
ovládání rozvaděče
40

Elektromagnetické - nejpoužívanější způsob ovládání
a) b)
Elektromagnetické řízení: a) jedním elektromagnetem a pružinou,
b) dvěma elektromagnety
Pneumatické - rozlišují se dva způsoby řízení
Schéma označení pneumatického řízení
41

1. negativní řízení
- obě strany rozvaděče jsou trvale napojeny na tlakové větve a od hlavní
tlakové větve jsou pouze odděleny odporem, přestavení nastane, odlehčí-li
se jedna ze stran rozvaděče, tj. spojí-li se s vnějším ovzduším
Ukázka negativního řízení
42

2. pozitivní řízení
- každá strana rozvaděče může být zapojena buď jen na tlakovou větev,
nebo jen na vnější ovzduší. Nedochází tím k unikům tlakového vzduchu.
Pozitivní řízení není ztrátové.
Ukázka pozitivního řízení
43

Návrh schématu
pohony válce
výstup signálu/provedení
regulační
orgány
rozvaděče
členy pro
zpracování signálu
zpracování signálu
vysílače signálu
vstup signálu
přívod vzduchu,
rozvod, údržba
přívod energie
44

Uspořádaní schémat nemusí odpovídat skutečnému umístění prvků
vzařízení.
Rozvaděč V1 je vysílačem signálu, kreslí se do příslušné spodní části
schématu a jeho skutečné umístění se vyznačí značkou, v tomto případě
svislou čárkou ( ).
V1
pohony
regulační člen
V1
zpracovávací člen
vysílače signálu
Ukázka pneumatického schéma
přívod energie
45