ЗАДАНИЯ ДЛЯ КУРСОВОГО ПРОЕКТА

ВВЕДЕНИЕ

    Пневматические системы управления (ПСУ), наряду с электрическими и гидравлическими, являются эффективным средством автоматизации и механизации производственных процессов.

    Преимущества ПСУ особенно проявляются при механизации и автоматизации следующих наиболее массовых операций: управление регулирующими клапанами, зажим деталей, перенос изделий, сборка, контроль линейных размеров, транспортирование, упаковка и других, - что позволяет исключить или свести на минимум участие человека в тяжелых и монотонных работах, при этом производительность труда на этих операциях возрастает в 1,5 - 4 раза.

    Широкому внедрению ПСУ способствуют их положительные качества: относительная простота конструкций и эксплуатационного обслуживания, а следовательно, низкая стоимость и быстрая окупаемость затрат; надежность работы в широком диапазоне температур при высокой влажности и запыленности окружающей среды; пожаробезопасность и взрывобезопасность; большой срок службы, высокая скорость перемещения выходного звена пневматических исполнительных устройств, легкость получения и относительная простота передачи. Энергоноситель (сжатый воздух) легко получается путем сжатия в компрессоре, передается по пневмотрубкам и пневмокабелям, возможно снабжение им большого количества потребителей от одного источника.

    К основным недостаткам ПСУ следует отнести сравнительно малую скорость передачи сигнала (скорость звука) на значительные расстояния, сложность обеспечения при колебаниях нагрузки плавного перемещения рабочих органов пневматических устройств. Однако для большинства технологических, автоматизируемых объектов параметры ПСУ приемлемы, кроме того, указанные недостатки могут быть частично или полностью устранены путем применения комбинированных пневмоэлектрических или пневмогидравлических систем управления.

Характерной чертой развития ПСУ является использование пневматических устройств не только в силовых проводах, но и в системах программного управления, контроля рабочих процессов в технологических объектах и автоматических линиях, манипуляторах и других машинах.

    Основная задача, решаемая при выполнении курсового проекта – это получение навыков разработки и расчета схем управления поршневым приводом одностороннего (рис. 1)или двустороннего действия (рис. 2).

 В приводе одностороннего действия рабочий ход поршня совершается сжатым воздухом, подаваемым в рабочую полость цилиндра, а обратный ход – под действием пружины при отключении управляющего сигнала.

В приводе двухстороннего действия рабочий  и холостой (обратный) ходы поршня совершаются сжатым воздухом.

Рис. 1. Пневматический поршневой привод одностороннего действия

Рис. 2. Пневматический поршневой привод двухстороннего действия

Принятые на рис. 1, 2 обозначения: P₀ – давление питания; P_1, P_2,– давление в полости наполнения или опорожнения пневмоцилиндра;
P_a – давление атмосферное; Nп – нагрузка, приложенная к штоку поршня;
y – текущее перемещение поршня; s – полный ход поршня; y_н – начальный зазор между поршнем и стенкой для накопления воздуха; Dp, D, D₀ – соответственно диаметры поршня, штока, отверстия распределителя;
Vн – начальный объем наполнения воздухом.

Курсовой проект состоит из двух частей: расчетной, где определяются рабочие параметры привода для заданной конструкции исполнительного механизма, и проектной, где для обеспечения реализации заданных функций работы привода проектируется схема управления и выбирается элементная база.

    Курсовой проект должен содержать: пояснительную записку с расчетами и графиками, описание работы схемы и основных устройств, чертеж схемы управления, перечень (спецификацию) устройств.

ЗАДАНИЯ ДЛЯ КУРСОВОГО ПРОЕКТА

Расчетная часть

Общая часть задания

Определить время перемещения поршня, включая подготовительный период, установившееся движение и заключительный период для пневматического поршневого привода одностороннего или двустороннего действия, а также кинематические параметры и величину давления при рабочем ходе поршня. Проходное сечение распределителя меняется скачком от полного открытия до полного закрытия. Распределитель расположен непосредственно на цилиндре привода, поэтому время передачи сигнала от распределителя к цилиндру t₃=0. Абсолютное давление питания P₀=0.491*10⁶ Па. Начальное абсолютное значение давления P₁₀=P_а=0.0981*10⁶ Па. Абсолютная температура Т=288 К. Газовая постоянная воздуха R=287.14 Дж/К*кг. Коэффициент расхода m=0.8. Сила трения Nтр=196 Н. Коэффициент демпфирования b=22.6*10^-7 кг/с.

Варианты заданий для расчетной части

Таблица 1. Поршневой пневматический привод одностороннего действия

Таблица 2. Поршневой пневматический привод двустороннего действия

В табл. 1, 2 приняты обозначения соответствующие обозначениям программы расчета на ЭВМ:

Dp – диаметр поршня; D – диаметр штока;

D₀ – диаметр отверстия распределителя, через которое рабочая полость цилиндра наполняется воздухом;

     S – рабочий ход поршня;

y_н – длина полости цилиндра, предназначенная для накопления воздуха в целях создания начального давления. Эта же величина равна начальному сжатию пружины;

m – масса движущихся частей привода;

N_n – сила полезного сопротивления (нагрузка поршня);

С – жесткость пружины.

Проектная часть

Общая часть задания

    Разработать схему управления пневмоприводом одностороннего или двустороннего действия (см. рис. 3, а и 3, б). Варианты заданий приведены в табл. 3.

Подачей воздуха в цилиндр управляет распределитель. Распределитель должен иметь индивидуальное управление. Скорость поршня регулируется дросселем. Система должна предусматривать защиту от высокого давления, содержать маслоразбрызгиватель, фильтр, редуктор, пневматический тормоз. Питание сжатым воздухом осуществляется от компрессорной установки. Исходное положение поршня – левое. Схема управления должна обеспечить режим работы в соответствии с вариантом индивидуального задания, где предусматривается останов поршня в заданном положении и автоматический пуск после выдержки времени, осуществляемый реле времени. Схема управления должна включать кнопки «Пуск» и «Стоп». Она состоит из двух частей. Первая часть схемы обеспечивает подачу воздуха от компрессора к цилиндру. Она включает устройства, находящиеся под действием высокого давления (P₀ = 0,491 МПа). Поэтому эти устройства будем называть устрой-ствами высокого давления. Сюда относятся: фильтр, редуктор, маслоразбрызгиватель, дроссель с обратным клапаном, распределитель, тормоз.

    Заданный алгоритм работы привода обеспечивается путем управления распределителем. Сам распределитель (его плунжер) может переключаться под действием пневматического или электрического сигналов, в последнем случае для переключения используется электромагнит.

    Проектирование схемы управления распределителем - это самая сложная часть работы. В данной курсовой работе она разрабатывается с использованием аппаратуры низкого давления (Р₀ £ 0,14 МПа). Рекомендуется в качестве элементной базы использовать систему пневмонических струйных элементов «Волга». По указанию преподавателя, также можно построить схему и на мембранных элементах УСЭППА или разработать смешенную схему, в которой, например, в качестве усилителей мощности, используются элементы УСЭППА. Если в задании указано, что управление распределителем электромагнитное, то необходимо в схему включить пневмоэлектро-преобразователь дискретного действия.

Пример схем, обеспечивающих подготовку и подачу воздуха к пневмоцилиндру, приведен на рис. 3 а, б. Они, в основном, являются общими для всех заданий, различаясь типами распределителя и цилиндра, местом установки дросселя. Дроссель с обратным клапаном, предназначенный для регулирования скорости движения поршня, в схеме привода одностороннего действия устанавливается в линии подачи воздуха в левую рабочую полость, а в схеме привода двустороннего действия может быть установлен перед входом в правую полость или в линиях подачи воздуха в левую и правую полости одновременно.

    Пневмотормоз, предназначенный для торможения поршня в крайних положениях, соответственно в одностороннем приводе установлен в левой линии питания, а для двустороннего привода аналогично или в обеих линиях питания полостей пневмоцилиндра.

    Для этой части схемы следует выбрать по справочникам [2] - [4] все устройства и привести в пояснительной записке их краткие технические данные, а также описать работу схемы.

Варианты заданий для проектной части

Таблица 3. Варианты заданий