Прямое управление цилиндром, двустороннего действия
- Цилиндр с диаметром поршня менее 40 мм.
- Управляющий распределитель с условным проходом присоединительного канала менее 1/4.
Пример 1.
Прямое управление цилиндром одностороннего действия
Постановка задачи.
Цилиндр одностороннего действия с диаметром поршня 25 мм при нажатии на пневмокнопку должен зажимать деталь. Пока кнопка удерживается в нажатом положении, шток цилиндра остается в крайнем выдвинутом положении.
При отпускании кнопки деталь освобождается за счет отвода штока.
Рис. 5.1.
Эскиз объекта управления Решение.
Для управления цилиндром одностороннего действия необходимо использовать 3/2-распределитель. В нашем случае объем полости цилиндра невелик и расход потребляемого им воздуха небольшой, поэтому распределитель может иметь ручное управление от кнопки с пружинным возвратом.
Рис. 5.2. Принципиальная схема системы
При нажатии на кнопку воздух проходит через управляющий распределитель 1.1 от канала питания 1(Р) к выходному каналу 2(A) и, поступая в полость цилиндра 1.0, заставляет его поршень двигаться, преодолевая усилие пружины. При отпускании кнопки возвратная пружина распределителя приводит его в исходное состояние, при котором полость цилиндра сообщается посредством канала 3(R) с атмосферой.
Возвратная пружина цилиндра перемещает его шток в исходное положение. Так как в данной схеме исполнительный элемент представлен цилиндром, то он обозначается номером 1.0, а его управляющий распределитель - номером 1.1.
Примечание.
На этой и последующей принципиальных схемах блок подготовки воздуха обозначается как элемент 0.1, а запорный вентиль системы питания сжатым воздухом - 0.2.
Упражнение 1. Прямое управление цилиндром, двустороннего действия
Постановка задачи.
Шток цилиндра двустороннего действия выдвигается при нажатии пневмокнопки. При отпускании кнопки шток втягивается.
Цилиндр имеет небольшой диаметр поршня (25 мм) и при заданной скорости движения поршня расход воздуха является небольшим.
Задание.
Составьте принципиальную схему системы.
Обозначьте элементы схемы и пронумеруйте все присоединительные линии (каналы).
Рис. 5.3. Эскиз объекта управления
Вопрос.
Как поведет себя шток цилиндра, если на короткое время нажать кнопку, а затем отпустить ее? Опишите принцип действия системы, используя ее принципиальную схему.
1.0
Рис. 5.4. Принципиальная схема системы
Непрямое управление цилиндром
Для управления цилиндрами большого диаметра или с большим потреблением сжатого воздуха применяются управляющие распределители с большим номинальным расходом. Сила, необходимая для переключения такого распределителя вручную, может оказаться довольно большой. Поэтому в таких случаях предпочтительно использовать непрямое (пилотное) управление.
При этом с помощью второго распределителя небольших размеров формируется сигнал, который, управляя потоком воздуха, создает силу, достаточную для переключения управляющего распределителя (усилителя мощности). Непрямое управление используется также в тех случаях, когда:
- цилиндр должен двигаться с высокой скоростью,
- оператор значительно удален от цилиндра,
- предъявляются повышенные требования к быстродействию исполнительной подсистемы.
Пример 2.
Непрямое управление цилиндром одностороннего действия
Постановка задачи.
Шток цилиндра одностороннего действия с большим диаметром поршня при нажатии на кнопку должен зажать деталь.
После отпускания кнопки шток цилиндра должен втянуться.
Рис. 5.5.
Эскиз объекта управления Решение.
В исходном положении шток цилиндра 1.0 втянут, распределитель 1.1 под действием возвратной пружины находится в выключенном состоянии. Пилотный распределитель 1.2 с ручным управлением от кнопки под действием пружины также выключен и его выходной канал 2(A) соединен с атмосферой.
Питание сжатым воздухом подается к каналам 1(Р) обоих элементов 1.1 и 1.2.
Рис. 5.6. Принципиальная схема системы
3/2-распределитель с ручным управлением от кнопки 1.2 при срабатывании открывает проход воздуху от канала питания 1 (Р) к выходному каналу 2(A), где появляется пневматический сигнал, поступающий на вход 12(Z) управляющего распределителя 1.1. Этим сигналом распределитель 1.1 переключается, преодолевая силу действия пружины, после чего канал питания 1(Р) соединяется с выходным каналом 2(A), открывая проход воздуху в полость цилиндра.
Поршень цилиндра начинает двигаться, шток выдвигается. Сигнал на управляющем входе 12(Z) распределителя 1.1 будет существовать, и шток цилиндра будет оставаться в выдвинутом положении до тех пор, пока будет нажата кнопка 1.2.
Это и есть непрямое управление цилиндром от кнопки.
Если кнопку отпустить, возвратная пружина переместит распределитель 1.2 в исходное положение, отсекая выходной канал 2(A) от питания соединяя его с атмосферой через канал 3(R). Это приведет к исчезновению сигнала управления на распределителе 1.1, который под действием пружины возвращается в исходное положение, соединяя полость цилиндра дра с атмосферой.
При этом пружина цилиндра 1.0 перемещает пор шень со штоком в исходное положение.
Упражнение 2. Непрямое управление цилиндром двустороннего действия
Постановка задачи.
Шток цилиндра двустороннего действия должен выдвигаться при нажатии на кнопку и втягиваться после ее отпускания. Цилиндр имеет диаметр поршня 250 мм и потребляет большой расход воздуха.
Задание.
Составьте и нарисуйте принципиальную схему системы. Обозначьте элементы и все их присоединительные линии (каналы).
Рис. 5.7.
Эскиз объекта управления Вопрос.
Как поведет себя шток цилиндра, если на короткое время нажать кнопку, а затем отпустить ее? Опишите принцип действия системы, используя ее принципиальную схему.
Рис. 5.8. Принципиальная схема системы
Логические функции И иИЛИ
С помощью пневматического перекидного клапана и клапана двух давлений можно реализовать логические функции. Оба элемента имеют два входа и один выход. Выход перекидного клапана (ИЛИ-элемента) включается в том случае, если имеется, как минимум, один входной сигнал на его входах (X ИЛИ Y).
Выход клапана двух давлений (И-элемента) включается в том случае, если имеются входные сигналы на обоих входах (X И Y). Логические элементы в пневматической системе выполняют роль процессоров.
ПримерЗ. И-функция
Постановка задачи.
Шток цилиндра двустороннего действия должен выдвигаться при срабатывании 3/2-распределителя
1.4, управляемого от рычага с роликом (роликового рычага), и при нажатии на кнопку 3/2-распределителя 1.2. Цилиндр должен вернуться в исходное состояние, если отпущены рычаг с роликом или кнопка.
Рис. 5.9.
Принципиальная схема системы Решение.
Входы X и Y клапана двух давлений 1.6 соединены с выходными каналами 2(A) распределителей 1.2 и 1.4. 3/2-распределитель 1.4 с управлением от рычага с роликом приводится в движение с помощью наконечника детали, создавая при этом сигнал на входе клапана двух давлений.
Так как только на одном входе имеется сигнал управления, то И-условие не является выполненным и на выходе клапана двух давлений сигнал отсутствует.
Если теперь нажать кнопку 3/2-распределителя 1.2, то на второй вход поступит сигнал, выполнится логическое И-условие и появится сигнал на выходе клапана двух давлений. 5/2-распределитель с пневматическим управлением переключится, сжатый воздух поступит в поршневую полость цилиндра и шток выдвинется.
Если один из двух распределителей 1.2 или 1.4 выключается, то в этом случае И-условие не выполняется и, на выходе клапана двух давлений сигнал снимается. Канал управления 14(Z) управляющего распределителя 1.1 соединяется через выключившиеся распределители 1.2 или 1.4 с атмосферой.
Управляющий распределитель 1.1 переключается в исходное состояние. Давление питания поступает в штоковую полость, обеспечивая втягивание штока.
В качестве альтернативы клапану двух давлений для реализации И-операции может применяться последовательное соединение двух 3/2-распределителей. Сигнал управления проходит через распределитель 1.2 с кнопочным управлением и распределитель 1.4 с роликовым рычагом к управляющему распределителю 1.1.
Распределитель 1.1 переключается только тогда, когда выполняется логическое условие И, т.е. если сигнал управления воздействует на оба распределителя 1.2 и 1.4, При снятии сигнала управления с одного из двух распределителей 1.2 или 1.4 сигнал управления на распределителе 1.1 снимается и шток втягивается.
Рис. 5.10. Принципиальная схема системы Примечание
На данной принципиальной схеме в упрощенном виде представлена система питания сжатым воздухом без изображения блока подготовки воздуха и запорного вентиля.
Упражнение 3. И-функция
Постановка задачи.
Шток поршня цилиндра 1.1 должен выдвигаться только в том случае, если деталь установлена на станке, защитная сетка опущена и оператором нажата кнопка распределителя. После отпускания кнопки распределителя или смещения защитной сетки из ее нижнего положения поршень цилиндра 1.0 должен вернуться в свое исходное положение.
Задание.
Составьте и нарисуйте принципиальную схему.
Обозначьте распределители и пронумеруйте их присоединительные линии (каналы).
Рис. 5.11.
Эскиз объекта управления Вопрос.
Как поведет себя шток цилиндра, если на короткое время нажать кнопку, а затем отпустить ее? Опишите принцип действия системы, используя ее принципиальную схему.
Рис. 5.12. Принципиальная схема системы
Пример 4. ИЛИ-функция
Постановка задачи.
Шток цилиндра двустороннего действия должен выдвигаться при нажатии одной или одновременно двух кнопок. При отпускании обеих кнопок шток цилиндра должен занять свое исходное положение.
Рис. 5.13.
Принципиальная схема системы Решение.
Выходы обоих 3/2-распределителей 1.2 и 1.4 с управлением от кнопок подсоединены ко входам X и Y перекидного клапана 1.6 (клапанаИЛИ). При нажатии одной из кнопок на вход X или Y клапана ИЛИ поступает сигнал. Условие ИЛИ является выполненным, и поэтому на выходе А клапана ИЛИ появляется сигнал. Снятие сигнала давления через канал выхлопа 3/2-распределителя, не находящегося под действием сигнала управления, предотвращает запирание трубопроводов перекидного клапана 1.6.
Далее сигнал поступает на вход 14(Z) управляющего распределителя 1.1, что вызывает его переключение. Воздух под давлением поступает в поршневую полость цилиндра
1.0, и шток цилиндра выдвигается.
При нажатии обеих кнопок на выходе А перекидного клапана также появляется сигнал.
Если же отпустить обе кнопки, то сигналы на выходах X и Y исчезнут и перекидной клапан соединит вход управления 14(Z) с атмосферой через выхлопное отверстие одного из 3/2-распределителей. Возвратная пружина переключит распределитель 1.1 в исходное положение, при котором сжатый воздух по каналу 2(B) подается в штоковую полость цилиндра, а из поршневой полости по каналу 4(A) сбрасывается в атмосферу.
Шток цилиндра втягивается.
Дополнительное задание.
Для управления цилиндром должен использоваться распределитель с двусторонним пневматическим управлением, обладающий свойством запоминания сигнала. Кроме того, для получения сигнала о том, что шток цилиндра достиг крайнего выдвинутого положения, следует использовать концевой выключатель с управлением от роликового толкателя.
Рис. 5.14. Принципиальная схема системы
Одна из кнопок должна быть нажата только на короткий промежуток времени для того, чтобы шток цилиндра выдвинулся, так как действие сигнала на вход 14(Z) 5/2-распределителя с двусторонним пневматическим управлением будет продолжаться до тех пор, пока на вход 12(Y) не поступит сигнал. Как только шток поршня достигнет переднего крайнего положения, концевой выключатель 1.3 с управлением от роликового рычага включится и подаст сигнал на вход 12(Y) распределителя 1.1, который переключится. Шток втянется.
Втянутое положение штока также может опрашиваться. Для этого необходим второй концевой выключатель.
Рис. 5.15. Принципиальная схема системы
Дополнительные клапан двух давлений 1.10 (клапан И) и концевой выключатель 1.6 обеспечивают возврат штока в исходное положение перед началом нового выдвижения, для которого необходимо нажатие одной из кнопок при нажатом толкателе конечного выключателя 1.6, т.е. при нахождении штока в исходном (полностью втянутом положении). Когда шток цилиндра полностью выдвигается и срабатывает концевой выключатель 1.3, происходит втягивание штока цилиндра независимо оттого, нажата какая-либо из кнопок или нет, так как концевой выключатель 1.6 остается выключенным.
Упражнение 4. ИЛИ-функция
Постановка задачи.
Для подачи деталей из магазина используется цилиндр двустороннего действия. Шток поршня цилиндра выдвигается полностью при нажатии на кнопку или на ножную педаль. При достижении крайнего выдвинутого положения шток должен начать втягиваться.
Для опроса конечного положения должен использоваться 3/2-распределитель с управлением от рычага с роликом.
Задание.
Составьте и нарисуйте принципиальную пневматическую схему системы. Обозначьте элементы и пронумеруйте все их присоединительные линии (каналы).
Рис. 5.16.
Эскиз объекта управления Вопрос.
Пример 5. Схема системы с бистабильным распределителем и регулируемой скоростью цилиндра
Постановка задачи.
Шток цилиндра двустороннего действия должен выдвигаться при срабатывании 3/2-распределителя с управлением от кнопки. Шток цилиндра должен оставаться в крайнем выдвинутом положении до тех пор, пока не будет нажата вторая кнопка и отпущена первая.
После этого шток возвращается в исходное положение и остается в нем до тех пор, пока не поступит новый стартовый сигнал. Скорости поршня в обоих направлениях должны регулироваться независимо друг от друга.
Рис. 5.18. Принципиальная схема системы, оснащенной 4/2-распределителем с двусторонним управлением
Решение.
4/2- или 5/2-распределитель с двусторонним управлением имеет свойство памяти и называется бистабильным. Бистабильный распределитель остается в положении, соответствующем последнему поступившему сигналу до тех пор, пока не поступит сигнал, который изменит его положение на противоположное.
Поэтому сигналы управления, поступающие на распределители с памятью, могут быть кратковременными.
Для регулирования скорости движения поршня цилиндра в обоих направлениях используются дроссели с обратным клапаном. Так как в данном случае дросселируется вытесняемый из полости цилиндра воздух, то здесь речь идет о процессе дросселирования в магистрали сброса.
Рис. 5.19. Принципиальная схема системы, оснащенной 5/2-распределителем с двусторонним управлением
В исходном положении управляющий распределитель переключен таким образом, что на штоковую сторону поршня цилиндра действует давление воздуха и поршень находится во втянутом положении. При нажатии на кнопку распределителя 1.2 на его выходе 2(A) появляется сигнал, который поступает на вход 14(Z) 5/2-распределителя 1.1.5/2-распределитель с двусторонним управлением (с памятью) переключается так, что поршневая полость цилиндра посредством канала 4(A) соединяется с линией питания и шток поршня выдвигается.
Если подача воздуха в полость цилиндра осуществляется через дроссель с обратным клапаном 1.01 без сопротивления, то воздух, вытесняемый из штоковой полости через дроссель с обратным клапаном 1.02, дросселируется, При этом скорость выдвижения штока поршня может регулироваться. Если кнопку распределителя 1.2 отпустить, то положение распределителя 1.1 останется неизменным, так как он обладает свойством памяти, Если нажать на кнопку распределителя 1.3, то в канале управления 12(Y) распределителя 1.1 появляется сигнал. Распределитель переключается, воздух поступает в штоковую полость цилиндра и шток поршня втягивается.
Дросселирование сброса воздуха осуществляется дросселем с обратным клапаном 1.01. При отпускании кнопки распределителя 1.3 положение распределителя 1.1 остается неизменным благодаря его свойству памяти.
Обратные клапана дросселей с обратными клапанами 1.01 и 1.02 обеспечивают снижение потерь давления в магистралях подачи сжатого воздуха в полости цилиндра. Дроссель оказывает влияние на объемный расход воздуха, вытесняемого из полостей цилиндра, и позволяет уменьшать скорость движения штока.
Различные по объему расходы воздуха, вытесненного из поршневой и штоковой полостей цилиндра, должны регулироваться независимо друг от друга для того, чтобы таким образом настраивать скорости выдвижения и втягивания штока.
Упражнение 5. Схема системы с бистабильным распределителем и регулируемой скоростью цилиндра
Постановка задачи.
Цилиндр двустороннего действия должен выталкивать детали из магазина на лоток. Шток цилиндра должен полностью выдвигаться при нажатии на кнопку и втягиваться после достижения крайнего положения.
Сигнал о приходе штока в крайнее выдвинутое положение должен поступать от концевого выключателя с управлением от роликового рычага. Даже если кнопка будет отпущена, шток цилиндра должен продолжать движение вперед до тех пор, пока он не выдвинется полностью.
Скорости поршня цилиндра должны регулироваться в обоих направлениях независимо друг от друга.
Задание.
Составьте и нарисуйте принципиальную схему системы.
Обозначьте элементы и пронумеруйте все их присоединительные линии (каналы).
Рис. 5.20.
Эскиз объекта управления Вопросы.
1. Как поведет себя шток цилиндра, если кнопка останется нажатой в тот момент, когда шток поршня достигнет своего конечного положения?
2. Как поведет себя шток цилиндра во время выдвижения, если концевой выключатель, управляемый от рычага с роликом, будет находиться в среднем положении хода штока?
3. Опишите исходное состояние системы.
4. Опишите принцип действия системы, используя ее принципиальную схему.
1.3
Рис. 5.21. Принципиальная схема системы
Упражнение 6. Клапан быстрого выхлопа
Постановка задачи.
При совместном срабатывании распределителя с управлением от кнопки и концевого выключателя, управляемого рычагом с роликом, гибочный инструмент наезжает на кромку заготовки и кантует материал. Инструмент приводится в движение штоком цилиндра двустороннего действия. Для повышения скорости выдвижения штока в схеме должен быть использован клапан быстрого выхлопа. Скорость втягивания штока поршня должна быть регулируемой.
Если какая-либо из кнопок будет отпущена, шток цилиндра медленно возвращается в исходное положение.
Задание.
Составьте и нарисуйте принципиальную схему системы.
Обозначьте элементы и пронумеруйте все их присоединительные линии (каналы).
Рис. 5.22.
Эскиз объекта управления Вопрос.
Как поведет себя шток цилиндра, если после начала движения штока отпустить кнопку?
Опишите принцип действия системы, используя ее принципиальную схему.
Пример б. Управление по давлению
Постановка задачи.
На пластмассовые детали с помощью штампа, приводимого в движение пневмоцилиндром двустороннего действия, наносится тиснение. Штамп должен опускаться на деталь при нажатии на кнопку. Возврат штампа в исходное положение осуществляется автоматически после достижения в цилиндре заданного значения давления.
Это давление определяет усилие тиснения, оно должно быть настраиваемым.
Рис. 5.24.
Эскиз объекта управления.
Решение.
Если при пуске системы шток не занял исходного положения, то необходимо провести коррекцию его положения. Это осуществляется с помощью кнопок ручного управления 5/2-распределителем с двусторонним пневматическим управлением и вспомогательным ручным управлением.
В исходном положении на все распределители не действует сигнал управления, штоковая полость цилиндра должна находиться под давлением воздуха, и шток поршня должен оставаться во втянутом положении.
При нажатии на кнопку распределителя 1.2 на входе 14(Z) 5/2-распределителя 1.1 появляется сигнал. 5/2-распределитель переключается, на его выход 4(A) подается сжатый воздух, который поступает в поршневую полость цилиндра и шток цилиндра начинает выдвигаться. В этом положении распределитель 1.1 остается даже в том случае, если отпущена кнопка распределителя 1.2.
После того, как шток поршня со штампом достигнет пластмассовой детали, его движение прекращается и давление в поршневой полости цилиндра поднимается. Возрастающее давление вызывает увеличение усилия штампования.
Управляющий вход 12(Z) клапана последовательности 1.3 соединен трубопроводом с поршневой полостью цилиндра 1.0. Когда давление в полости цилиндра достигает значения давления настройки клапана последовательности, то 3/2-распределитель клапана последовательности переключается.
Его выходной сигнал воздействует на управляющий вход 12(Y) распределителя 1.1. Распределитель
1.1 переключается, воздух под давлением поступает в штоковую полость цилиндра, шток поршня втягивается. При втягивании поршня давление в поршневой полости цилиндра снижается и клапан последовательности возвращается в свое исходное положение.
Рис. 5.25. Принципиальная схема системы
Для того, чтобы гарантировать надежное переключение, настраиваемое давление срабатывания клапана последовательности должно быть меньше, чем давление питания пневмосистемы.
Если выдвигающийся шток поршня встретит на своем пути сопротивление, то еще до достижения позиции прессования шток поршня начнет втягиваться.
Упражнение 7. Управление подавлению: тиснение пластмассовых деталей
Постановка задачи.
Тиснение на пластмассовые детали наносится штампом, приводимым в движение цилиндром двустороннего действия. Штамп опускается на деталь при нажатии кнопки, а возвращается в исходное положение автоматически, когда шток достигает крайнего положения и давление в поршневой полости повышается до установленного значения. Достижение крайнего выдвинутого положения штока контролируется концевым выключателем с управлением от рычага с роликом. Усилие тиснения должно быть настраиваемым.
Давление в поршневой полости цилиндра должно измеряться с помощью манометра.
Задание.
Составьте и нарисуйте принципиальную схему системы.
Обозначьте элементы и пронумеруйте все их присоединительные линии (каналы).
Рис. 5.27. Принципиальная схема системы
Пример 7. Клапан выдержки времени
Постановка задачи.
Для прижатия склеиваемых деталей друг к другу используется цилиндр двустороннего действия. После нажатия кнопки шток цилиндра должен медленно выдвигаться. В крайнем выдвинутом положении шток цилиндра должен оставаться в течение 6 секунд, а затем должен автоматически вернуться в исходное положение. Скорость выдвижения штока должна быть регулируемой.
Новое срабатывание цилиндра возможно только при условии возвращения штока в исходное положение.
Рис. 5.28.
Эскиз объекта управления Решение.
Если при пуске системы шток оказался не в исходном положении, то необходимо провести коррекцию. Это осуществляется с помощью ручного управления 5/2-распределителем с двусторонним пневматическим управлением и вспомогательным ручным управлением.
В исходном положении на все распределители, за исключением концевого выключателя (распределителя 1.4, управляемого рычагом с роликом), не действует сигнал управления, штоковая полость цилиндра находится под давлением воздуха и шток остается во втянутом положении. Необходимые начальные условия для выдвижения штока цилиндра: шток полностью втянут (включен концевой выключатель 1.4) и включена кнопка СТАРТ (распределитель 1.2). Если условия старта выполнены, то выходной сигнал клапана двух давлений 1.6 (клапан И) поступает на вход 14(Z)
распределителя с двусторонним управлением 1.1, который переключается. Воздух поступает в поршневую полость цилиндра, и шток выдвигается.
Скорость выдвижения штока при этом настраивается с помощью дросселя с обратным клапаном 1.02, установленного на выходе из штоковой полости. После начала движения штока концевой выключатель 1.4, освобождаясь, выключается.
Рис. 5.29. Принципиальная схема системы
Поэтому даже при нажатой кнопке распределителя 1.2 условие И не выполняется и сигнал на входе 14(Z) распределителя 1.1 снимается, однако при этом положение распределителя 1.1 (обладающего свойством памяти) не изменяется.
