Разработка пневмоприводов штампа

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Содержание

Введение

1. Патентно-информационный поиск

2. Расчет цилиндра А

2.1 Силовой расчет привода

2.2 Расчет пневмосистемы

2.3 Расчет времени срабатывания привода

3. Расчет цилиндра В

3.1 Силовой расчет привода

3.2 Расчет пневмосистемы

3.3 Расчет пневмосистемы

3.4 Расчет времени срабатывания привода

Заключение

Список использованной литературы

Введение

В пневматических системах возникает необходимость в преобразовании энергии сжатого воздуха в механическое перемещение. Для этого используют пневмоцилиндры, по праву считающиеся главными исполнительными механизмами пневмосистем всех типов.

Пневматические системы обладают достаточно высоким быстродействием, отличаются простотой конструкции, высокой надежностью, хорошими удельными показателями, пожаробезопасностью, отсутствием загрязнения окружающей среды.

Принцип работы пневматического цилиндра базируется на возможности преобразования энергии сжатого воздуха. Размещенные внутри цилиндра шток и поршень совершают возвратно-поступательное перемещение, создавая тем самым необходимое усилие (тянущее или толкающее). Для достижения результата воздух подается в одну из полостей пневмоцилиндра (необходимым условием является соединение второй полости с атмосферой для создания разницы давлений).

Существуют пневмоцилиндры как двухстороннего, так и одностороннего действия. Шток в пневмоцилиндрах может быть двухсторонним (такой тип штока еще называют проходным) или односторонним. Односторонние пневмоцилиндры характеризуются односторонним поступательным движением внутреннего поршня, так как в таких устройствах воздух подается на поршень только с одной стороны. Возвратное движение поршня становится возможным благодаря воздействию пружины или внешнему воздействию. При этом воздух, находящийся в полости пневмоцилиндра, выбрасывается в атмосферу. В пневмоцилиндрах такого типа в качестве рабочего хода используется только прямой ход, так как сила обратного хода обусловлена исключительно силой воздействия пружины. В пневмоцилиндрах двухстороннего действия сжатый воздух воздействует на поршень и при прямом, и при возвратном движении, поэтому ход в любом из направлений является рабочим.

Целью данной работы является разработка пневмоприводов штампа, а также получение практических навыков расчета пневмогидравлических систем и решение задач, связанных с определением конструктивных параметров и времени срабатывания привода.

1. Патентно-информационный поиск

(12) ПАТЕНТ НА ПОЛЕЗНУЮ МОДЕЛЬ
(21), (22) Заявка: 2006124085/22, 06.07.2006 (24) Дата начала отсчета срока действия патента: 06.07.2006 (46) Опубликовано: 10.02.2007 Адрес для переписки: 119607, Москва, Мичуринский пр-кт, 49, ООО "Фесто-РФ", А.В. Белогубцеву	(72) Автор(ы): Серков Владимир Петрович (RU), Концур Евгений Петрович (RU), Купцов Андрей Николаевич (RU) (73) Патентообладатель(и): Общество с ограниченной ответственностью "Фесто-РФ" (RU), Концур Евгений Петрович (RU)

Формула полезной модели

1. Гидро- или пневмоцилиндр, содержащий корпус с впускным и выпускным каналами, поршень с полым штоком, устройство для измерения положения поршня в цилиндре, включающее механизм преобразования поступательного движения штока цилиндра во вращательное движение выходного звена, осуществляющего преобразование излучения, падающего от источника излучения, в последовательность световых импульсов, регистрируемых приемником излучения, отличающийся тем, что упомянутый механизм обеспечивает преобразование поступательного движения штока цилиндра непосредственно во вращательное движение выходного звена с передаточным отношением от 1,0 оборотов выходного звена на полный ход штока до 7,8 оборотов выходного звена на полный ход штока.

2. Гидро- или пневмоцилиндр по п.1, отличающийся тем, что преобразование излучения, падающего от источника излучения, в последовательность световых импульсов обеспечивается путем импульсного прерывания падающего излучения.

3. Гидро- или пневмоцилиндр по п.1, отличающийся тем, что преобразование излучения, падающего от источника излучения, в последовательность световых импульсов обеспечивается путем создания импульсного отраженного потока от падающего излучения.

4. Гидро- или пневмоцилиндр по п.1, отличающийся тем, что снабжен средствами, препятствующими повороту поршня от воздействия реакционных сил, возникающих в механизме преобразования.

5. Устройство для измерения положения поршня в гидро- или пневмоцилиндре, содержащее механизм преобразования поступательного движения штока цилиндра во вращательное движение выходного звена, осуществляющего преобразование излучения, падающего от источника излучения, в последовательность световых импульсов, регистрируемых приемником излучения, отличающееся тем, что упомянутый механизм обеспечивает преобразование поступательного движения штока цилиндра непосредственно во вращательное движение выходного звена с передаточным отношением от 1,0 оборотов выходного звена на полный ход штока до 7,8 оборотов выходного звена на полный ход штока.

6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что преобразование излучения, падающего от источника излучения, в последовательность световых импульсов обеспечивается путем импульсного прерывания падающего излучения.

7. Устройство по п.5, отличающееся тем, что преобразование излучения, падающего от источника излучения, в последовательность световых импульсов обеспечивается путем создания импульсного отраженного потока от падающего излучения.

8. Устройство по п.5, отличающееся тем, что снабжено средствами, препятствующими повороту поршня от воздействия реакционных сил, возникающих в механизме преобразования



(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ
(21), (22) Заявка: 4954930/29, 17.06.1991 (46) Опубликовано: 30.01.1994	(71) Заявитель(и): Производственное объединение "ГАЗ" (72) Автор(ы): Мальков Н.Я. (73) Патентообладатель(и): Производственное объединение "ГАЗ"

Использование: в качестве исполнительного силового цилиндра с торможением в конце хода. Сущность изобретения: в корпусе с ступенчатыми крышками размещен поршень с выступами, образующий с крышками в конце хода отсекаемую полость и выхлопную, сообщенную каналом в крышке с магистралью подвода (отвода) рабочей среды. Торцовое устройство выполнено в виде установленного в осерадиальном канале крышки подпружиненного клапана с регулируемой пружиной и полостью управления. Клапан снабжен разгрузочным каналом, сообщающим отсекаемую и выхлопную полости. Клапан снабжен уплотнительным элементом со стороны пружинной полости и выполнен коническим. Полная площадь клапана не менее, чем в два раза больше его седла, образованного радиальным каналом крышки. Разгрузочный канал выполнен в конической части клапана. 2 ил.

Изобретение относится к пневмоприводам и может быть использовано в качестве исполнительного силового цилиндра с торможением в конце хода.

Известен пневмопривод, содержащий корпус, пневмоцилиндр с двумя рабочими полостями, демпфирующие устройства, подключенные к рабочим полостям и включающие установленные в корпусе регулируемый дроссель, обратный клапан, выполненный в виде манжеты и ступенчатого золотника, в осевой расточке которого расположена штанга с возможностью перемещения в золотнике и взаимодействия с ним через выступ и со штоком пневмоцилиндра через регулируемый упор и тягу, расположенную на штоке пневмоцилиндра.

Применяемые с целью увеличения срока службы манжеты из полиуретана не способны в полной мере выполнять роль обратного клапана. Кроме того, из-за возможности появления перегрузок во время торможения при высоких скоростях движения больших масс, перемещаемых пневмоприводом, во время которого регулируемый дроссель не способен среагировать на мгновенное повышение давления в тормозной полости, особенно если он чрезмерно затянут, указанный пневмопривод не надежен в работе и требует дополнительного автономного обратного клапана.

Наиболее близким техническим решением является пневмоцилиндр с двусторонним демпфированием.

Пневмоцилиндр содержит корпус с крышками, поршень со штоком, установленный в корпусе; устройство для торможения поршня в конце хода, включающее клапан, регулируемый дроссель, установленный в крышке, и манжету, размещенную на меньшей диаметре поршня и выполняющую роль обратного клапана.

В данном пневмоцилиндре также осуществляется прогрессивное демпфирование, что может привести к запиранию отсекаемого объема.

На фиг. 1 изображен пневмоцилиндр, общий вид; на фиг. 2 - место 1 на фиг. 1.

Пневмоцилиндр содержит корпус 1 с передней 2 и задней 3 крышками. Внутри корпуса установлен поршень 3 со штоком 5. На большем диаметре поршня размещены основные манжеты 6, а на его меньшем диаметре - манжеты 7, входящие в тормозное устройство. Устройство для торможения поршня в конце хода также включает в себя размещенный в каждой из крышек 2 и 3 подпорный клапан 8, установленный в стакане 9 и подпружиненный в осевом направлении пружиной 10. Для регулировки усилия сжатия пружины 10 предусмотрена гайка 11. Стакан 9 крепится к крышке винтами 12 и прижимает своим торцом седло 13. Для исключения утечек на подпорном клапане 8 и стакане 9 размещены соответственно уплотнительные кольца 14 и 15. В конусной части подпорного клапана 8 выполнен разгрузочный канал 16, связывающий отсекаемый объем 17 с выхлопной полостью (или с рабочим давлением, в зависимости от рабочего или холостого хода пневмоцилиндра) через отверстие 18 и кольцевую проточку 19 в стакане 9. Кольцевая полость 20, образованная разностью диаметром d и d₁ конусной частью подпорного клапана 8, сообщается с отсекаемым объемом 17 каналом 21, а рабочее давление, подводимое в отверстие 22, действует на подпорный клапан 8 через канал 23. Соотношение диаметров d и d₁ выбрано таким, чтобы площадь подпорного клапана 8, взаимодействующая с рабочим давлением, была не более чем в два раза больше кольцевой площади подпорного клапана, воспринимающей давление отсеченного объема воздуха и образованной разностью между полной площадью подпорного клапана (с диаметром d), и площадью, полученной диаметром контакта (d₁) конусной части подпорного клапана с его седлом 13.

Пневмоцилиндр работает следующим образом.

В исходном положении поршень 4 находится, например, в крайнем левом положении под давлением в бесштоковой полости. При подаче давления в штоковую полость бесштоковая полость сообщается с атмосферой. При этом рабочее давление, подаваемое в отверстие 22 действует одновременно на две площади поршня 4: на площадь поршня, образованную меньшим его диаметром и равную площади отверстия, уплотняемого манжетой 7, за минусом площади штока 5 и на площадь, образованную разностью площадей с большим и меньшим диаметром поршня. Действие рабочего давления на вторую площадь поршня 4 осуществляется через подпорный клапан 8, который открывается под действием рабочего давления на его полную площадь (площадь диаметра d), так как давление через разгрузочный канал 16 попадает и в кольцевую полость 20. Таким образом, рабочее давление начинает действовать сразу на всю полную площадь поршня 4, благодаря чему устраняется эффект "засиживания" поршня в начальный момент страгивания. Во время всего рабочего хода подпорный клапан 8 открыт, так как в штоковой полости сохраняется рабочее давление. Открытие клапана 8 регулируется пружиной 10 с помощью гайки 11. Процесс торможения рассмотрим при обратном ходе поршня, когда давление будет подаваться в бесштоковую полость цилиндра, а из штоковой полости воздух пойдет в атмосферу через отверстие 22 (см. фиг. 2, изображающую фрагмент левой крышки цилиндра). Как только манжета 7, расположенная на меньшем диаметре поршня 4, войдет в отверстие крышки 2, свободный выход воздуха из штоковой полости в атмосферу прекратится, и оставшаяся его часть в отсеченном объеме 17 будет сжиматься под действием движения поршня 4, на который воздействуют рабочее давление с другой стороны и силы инерции перемещаемых масс. Отсеченный объем 17 сообщается с атмосферой через каналы 21 и 23 в крышке 2, кольцевую проточку 19 и отверстие 18 в стакане 9 и разгрузочный канал 16 в подпорном клапане 8. Так как разгрузочный воздух в отсеченном объеме 17 не успевает выйти через него в атмосферу. Поэтому давление в отсеченном объеме будет расти до тех пор, пока не откроется подпорный клапан 8. А откроется он при давлении, на которое он был отрегулирован при подаче рабочего давления в штоковую полость цилиндра, умноженном на отношение полной площади подпорного клапана к кольцевой его площади, так как давление в отсеченном объеме 17 действует именно на кольцевую площадь подпорного клапана. Поскольку диаметры d и d₁, подобраны таким образом, чтобы это отношение было не более двух, то даже при работе на максимально допустимом для пневмоцилиндров давлении 1 МПа, давление в отсекаемом объеме не может быть выше 2,0 МПа, что не превышает максимально допустимого предела для пневмоцилиндров (1,6-2,0 МПа), исходя из их прочности. Таким образом в данном пневмоцилиндре происходит эффективное торможение поршня в конце хода, исключающее появление перегрузок при резком торможении поршня и возможность отскока, благодаря срабатыванию подпорного клапана, а также обеспечивающее гарантированное использование полного хода цилиндра до контакта его поршня с крышкой, так как отсеченный объем имеет постоянное сообщение с выхлопной полостью через разгрузочный канал.

Применение предлагаемого изображения, в котором устройство для торможения поршня в конце хода включает в себя износостойкие манжеты из полиуретана, повышающие надежность и долговечность работы цилиндра, в сочетании с подпорным клапаном, снабженным разгрузочным каналом, позволит устранить "засиживание" поршня в начале хода и обеспечит эффективное торможение поршня в конце хода, без запирания остекаемого объема. (56) Патент США N 3727518, кл. F 15 B 15/22, 1973.

Формула изобретения

ПНЕВМОЦИЛИНДР, содержащий корпус со ступенчатыми крышками, размещенный в нем поршень с выступами, образующий с крышками в конце хода поршня отсекаемую полость и выхлопную полость, сообщенную каналом в крышке с магистралью подвода (отвода) рабочей среды, тормозное устройство, выполненное в виде установленного в осераздельном канале крышки подпружиненного клапана с регулируемой пружиной и полостью управления, снабженного разгрузочным каналом, сообщающим отсекаемую и выхлопную полости, отличающийся тем, что клапан снабжен уплотнительным элементом со стороны пружинной полости и выполнен коническим, при этом полная площадь клапана не менее чем в два раза больше его седла, образованного радиальным каналом крышки, а разгрузочный канал выполнен в конической части клапана.

2. Расчет цилиндра А

2.1 Силовой расчет привода

Цель расчета - определение конструктивных параметров привода.

Исходными данными для расчета являются:

схема пневматическая принципиальная;

рабочий ход выходного звена s=0,65 м;

средняя скорость движения выходного звена v_ср=0,7 м/с;

масса перемещаемых деталей и узлов m_пр=9 кг;

Расчет скоростей и ускорений поршня

Определяется полное время движения поршня

t_п=s/v_ср

t_п=0,65/0,7=0,929 с.

Так как движение поршня осуществляется по трапециидальному закону, то время разгона определяется как

t_р=(0,1…0,2)*t_п;

t_р=0,15*0,929=0,139 с.

Максимальная скорость движения поршня определяется как

;

.

Ускорение в конце разгона определяется как

;

.

Расчет мощности привода

Полезная нагрузка Р₁ на поршень складывается из усилий, необходимых для подъема массы m_пр деталей и узлов привода, придания им требуемого ускорения а и обеспечения заданного технологического усилия Н:

;

.

Предварительное значение полной нагрузки Р определяется по выражению

,

где

к=1,25 - коэффициент, учитывающий силы вредного сопротивления

.

Расчет конструктивных параметров

Полезная площадь поршня F_опт цилиндра определяется по формуле

,

где

Х - безразмерная нагрузка;

;

.

Расчетный диаметр поршня D определяется из выражения

.

Диаметр штока d выбирается из конструктивных соображений в пределах d=(0,2…0,5)D.

Принимаем d=0.2*D, предварительное значение штока тогда

;

.

Округляем до ближайшего значения D=0.063

Уточняем диаметр штока d

.

Округляем до ближайшего значения d=0.02

Полученные значения D и d округляем до ближайших значений из номинального ряда согласно ГОСТ 12447-80 и конструктивным соображениям: D=63 мм, d=20мм.

Уточняются значения площадей

;

.

Вычисляется коэффициент П=F₂/F₁ ассиметрии полостей цилиндра

П=0,899.

Количество манжет уплотнений штока (по одной на каждой крышке), для цилиндра

Сила трения определяется по формуле

,

где - коэффициент трения;

- диаметр уплотняемой поверхности;

- ширина манжеты (кольца);

МПа - принятое радиальное давление уплотнения;

- число манжет (колец) уплотненийУточняется значение полной нагрузки Р на поршень

Р=Р₁+Р₂+Р₃,

где

Р₂ - сила трения, Р₃ - сила противодавления.

Сила трения при уплотнении штока

Сила трения при уплотнении цилиндра

Сила трения двигателя

Силу противодавления определяем по формуле

,

где - давление в выхлопной полости;

- атмосферное давление.

Определяем значение полной нагрузки на поршень

2.2 Расчет пневмосистемы

Целью расчета пневмосистемы является определение пропускной способности пневмолиний.

Определение потерь давления в пневмолиниях

В первом приближении потери давления в напорной и выхлопной магистралях соответственно равны

;

Давление в рабочих полостях пневмодвигателя в первом приближении находится, соответственно, для напорной и выхлопной магистрали

;

.

Расчет расхода воздуха

Определяем расход воздуха в напорной и выхлопной магистралях, оценивая в первом приближении потери давления в напорной магистрали , в выхлопной - .

где _о - объемный КПД двигателя, _о = 0.9;

R - газовая постоянная, R = 287 Дж/кг;

T - температура рабочей среды, Т=293 К

Расчет диаметров условного прохода пневмолиний

Диаметр условного прохода пневмолиний определяется

,

где

Скорость воздуха u в напорной пневмолинии в первом приближении можно принять u=50 м/с, с_м - плотность воздуха в магистрали при рабочих условиях, определяется как

,

где

с₀=1,25 кг/м³ - плотность воздуха при нормальных условиях, тогда

;

Выбираем ближайшее значение из номинального ряда по конструктивным соображениям

d_y=10 мм.

Привод двусторонний, диаметры напорной и выхлопной магистралей принимаем одинаковыми.

Кинематическая вязкость

,

где

м=1,83*10^-5 Н*с/м² - динамическая вязкость воздуха;

.

Число Рейнольдса

;

.

Режим течения - турбулентный. Величину шероховатости принимаем Д=0,01 мм.

Определяем коэффициент трения (при Re>2300 по формуле Альтмуля)

;

.

Определяем потери давления на трение по длине трубопровода

пневматический привод штамп

Потери давления в местных сопротивлениях принимаем по техническим данным пневмоаппаратов:

фильтр - влагоотделитель Др_м1=0,01 МПа,

редукционный клапан Др_м2=0,05 МПа,

маслораспылитель Др_м3=0,02 МПа,

пневмораспределитель Др_м4=0,032 МПа.

пневмораспределитель Др_м5=0,02 МПа.

Потери давления на трение по длине трубопровода определяются

;

.

Суммарные потери давления в напорной магистрали

;

.

Максимальное давление в рабочей полости цилиндра

.

Определяем коэффициент расхода для напорной магистрали

;

;

;

Уточняем значение скорости потока воздуха

;

.

Определяем массовый расход воздуха

,

где

- площадь условного прохода, тогда

.

Объемный расход воздуха в начальном сечении

;

.

Максимальный расход воздуха равен

,

где

д^*=0,528, тогда

.

Выбираем пневмораспределитель В63-13А (www.turbotehnica.com). Диаметр условного прохода . Пропускная способность

Рассчитаем потери давления в выхлопной магистрали. Диаметр условного прохода d_y=10 мм, максимальный расход G_в=2,035*10^-5 кг/с. Тогда скорость воздуха на выходе выхлопной магистрали равна

;

.

Число Рейнольдса

;

Режим течения - турбулентный.

Потери давления на трение

;

Так как l=1м, потери давления на трение можно не учитывать.

Потери давления в местных сопротивлениях принимаем по техническим данным пневмоаппаратов

пневмораспределитель Др_м1=0,02 МПа,

дроссель Др_м2=0,008 МПа.

Таким образом, потери давления в выхлопной полости

;

.

Давление в выхлопной полости цилиндра определяется

;

.

Максимальное усилие, которое может развить двигатель

,

где

з_м=0,8…0,95 - механический КПД двигателя, тогда получаем

.

Максимальное усилие цилиндра Р_ц=531 Н превышает полную нагрузку на шток цилиндра Р=467 Н.

Следовательно, выбранные параметры пневмосистемы обеспечивают работоспособность привода.

2.3 Расчет времени срабатывания привода

Определяем величину обобщенного конструктивного параметра

,

где

- эффективная площадь поперечного сечения трубопровода.

.

Коэффициент пропускной способности пневмолиний Щ=1.

Принимаем х₀₁=х₀₂=2 мм, определяем начальные объемы

;

.

Коэффициенты начального объема

;

.

Безразмерная нагрузка

;

.

Отношение давлений

.

Безразмерное время движения поршня привода при 1<N<5 равно

.

Параметры привода попадают в оптимальные интервалы по Щ, г, Х, д_а, N, поэтому определяем действительное время движения поршня привода

;

.

Время включения золотникового распределителя с d_y=10 мм по техническим данным пневмораспределителя составляет

.

Время распространения волны давления

,

где u^*=347 м/с;

.

Отношение давлений

.

Определяем функцию исчесления при 0,528< <1

;

;

Время наполнения рабочей полости от давления р_а до давления р_1max, при котором начинается движение поршня

;

.

Время истечения воздуха из выхлопной полости (до начала движения)

,

где

д_а/д_2д=0,2/0,617=0,324;

Тогда получаем

.

Так как t₃^в>t₃^р, то t₃^в будет составлять подготовительное время t₃.

Время срабатывания привода составляет

;

.

Таким образом, при выбранных параметрах привода, при полной нагрузке Р=66.516 Н и перемещении поршня s=0,65 м со средней скоростью движения v_ср=0,7 м/с время срабатывания привода Т_п=0.794 с.

3. Расчет цилиндра В

3.1 Силовой расчет привода

Цель расчета - определение конструктивных параметров привода.

Исходными данными для расчета являются:

схема пневматическая принципиальная;

рабочий ход выходного звена s=0,25 м;

средняя скорость движения выходного звена v_ср=0,3 м/с;

масса перемещаемых деталей и узлов m_пр=13 кг;

технологического усилия Н=1300;

давление магистрали p_м=0,5 МПа;

Расчет скоростей и ускорений поршня

Определяется полное время движения поршня

t_п=s/v_ср

t_п=0,25/0,3=0.833 с.

Так как движение поршня осуществляется по трапециидальному закону, то время разгона определяется как

t_р=(0,1…0,2)*t_п;

t_р=0,5*0.833=0,417с.

Максимальная скорость движения поршня определяется как

;

.

Ускорение в конце разгона определяется как

;

.

Расчет мощности привода

Полезная нагрузка Р₁ на поршень складывается из усилий, необходимых для подъема массы m_пр деталей и узлов привода, придания им требуемого ускорения а и обеспечения заданного технологического усилия Н:

;

Предварительное значение полной нагрузки Р определяется по выражению

,

где

к=1,25 - коэффициент, учитывающий силы вредного сопротивления

.

Расчет конструктивных параметров

Полезная площадь поршня F_опт цилиндра определяется по формуле

,

где

Х - безразмерная нагрузка;

;

.

Расчетный диаметр поршня D определяется из выражения

.

Диаметр штока d выбирается из конструктивных соображений в пределах d=(0,2…0,5)D.

Принимаем d=0.3*D, предварительное значение штока тогда

;

.

Полученное значение округляем конструктивным соображениям до значения из номинального ряда согласно ГОСТ 12447-80: D=160мм

Полученное значения d округляем до ближайшего значения из номинального ряда согласно ГОСТ 12447-80: d=50мм.

Уточняются значения площадей

;

.

Вычисляется коэффициент П=F₂/F₁ ассиметрии полостей цилиндра

П=0,902.

Уточняется значение полной нагрузки Р на поршень

Р=Р₁+Р₂+Р₃,

где

Р₂ - сила трения, Р₃ - сила противодавления.

Количество манжет уплотнений штока (по одной на каждой крышке), для цилиндра

Сила трения определяется по формуле

,

где - коэффициент трения;

- диаметр уплотняемой поверхности;

- ширина манжеты (кольца);

МПа - принятое радиальное давление уплотнения;

- число манжет (колец) уплотнений.

Сила трения при уплотнении штока

Сила трения при уплотнении цилиндра

Сила трения двигателя

Силу противодавления определяем по формуле

,

где - давление в выхлопной полости;

- атмосферное давление.

Определяем значение полной нагрузки на поршень

3.2 Расчет пневмосистемы

Целью расчета пневмосистемы является определение пропускной способности пневмолиний.

Определение потерь давления в пневмолиниях

В первом приближении потери давления в напорной и выхлопной магистралях соответственно равны

;

Давление в рабочих полостях пневмодвигателя в первом приближении находится, соответственно, для напорной и выхлопной магистрали

;

.

Расчет расхода воздуха

Необходимый массовый расход воздуха для напорной G_Н и выхлопной Gв магистралей определяется

,

где

Дз₀=(0,8…0,95) - объемный КПД двигателя, R=287 Дж/кг*К - газовая постоянная, Т - температура рабочей среды;

.

Расчет диаметров условного прохода пневмолиний

Диаметр условного прохода пневмолиний определяется

,

где

Скорость воздуха u в напорной пневмолинии в первом приближении можно принять u=50 м/с, с_м - плотность воздуха в магистрали при рабочих условиях, определяется как

,

где

с₀=1,25 кг/м³ - плотность воздуха при нормальных условиях, тогда

;

Отсюда следует

.

Выбираем ближайшее значение из номинального ряда:

d_y=20мм.

Привод двусторонний, диаметры напорной и выхлопной магистралей принимаем одинаковыми.

Кинематическая вязкость

,

где

м=1,83*10^-5 Н*с/м² - динамическая вязкость воздуха;

.

Число Рейнольдса

;

.

Режим течения - турбулентный. Величину шероховатости принимаем Д=0,01 мм.

Определяем коэффициент трения (при Re>2300 по формуле Альтмуля)

;

.

Потери давления на трение по длине трубопровода определяются

;

.

Потери давления в местных сопротивлениях принимаем по техническим данным пневмоаппаратов:

фильтр - влагоотделитель Др_м1=0,01 МПа,

редукционный клапан Др_м2=0,05 МПа,

маслораспылитель Др_м3=0,02 МПа,

пневмораспределитель Др_м4=0,02 МПа.

пневмораспределитель Др_м5=0,032МПа.

Суммарные потери давления в напорной магистрали

;

.

Максимальное давление в рабочей полости цилиндра

.

Определяем коэффициент расхода для напорной магистрали

;

;

;

Уточняем значение скорости потока воздуха

;

.

Определяем массовый расход воздуха

,

где

- площадь условного прохода, тогда

.

Объемный расход воздуха в начальном сечении

;

.

Максимальный расход воздуха равен

, где

д^*=0,528, тогда

.

Рассчитаем потери давления в выхлопной магистрали. Диаметр условного прохода d_y=2мм, максимальный расход G_в=1,076*10^-3 кг/с. Тогда скорость воздуха на выходе выхлопной магистрали равна

;

.

Число Рейнольдса

;

;

, тогда

Режим течения - турбулентный.

Потери давления на трение

;

;

.

Давление в выхлопной полости цилиндра определяется

;

.

Максимальное усилие, которое может развить двигатель

,

где

з_м=0,8…0,95 - механический КПД двигателя, тогда получаем

.

Максимальное усилие цилиндра Р_ц=3433е превышает полную нагрузку на шток цилиндра Р=3002

Следовательно, выбранные параметры пневмосистемы не обеспечивают работоспособность привода.

3.4 Расчет времени срабатывания привода

Определяем величину обобщенного конструктивного параметра

,

где

- эффективная площадь поперечного сечения трубопровода.

.

Коэффициент пропускной способности пневмолиний Щ=1.

Принимаем х₀₁=х₀₂=2 мм, определяем начальные объемы

;

.

Коэффициенты начального объема

;

.

Безразмерная нагрузка

;

Отношение давлений

.

Безразмерное время движения поршня привода при 1<N<5 равно

Параметры привода попадают в оптимальные интервалы по Щ, г, Х, д_а, N, поэтому определяем действительное время движения поршня привода

;

.

Время включения выбранного пневмораспределителя по техническим данным составляет:

.

Время распространения волны давления

,

где u^*=347 м/с;

.

Отношение давлений

.

Определяем функцию исчесления при 0,528< <1

;

;

Время наполнения рабочей полости от давления р_а до давления р_1max, при котором начинается движение поршня

;

.

Время истечения воздуха из выхлопной полости (до начала движения)

,

где

д_а/д_2д=0,2/0,626,324;

Тогда получаем

.

Так как t₃^в>t₃^р, то t₃^в будет составлять подготовительное время t₃.

Время срабатывания привода составляет

;

.

Таким образом, при выбранных параметрах привода, при полной нагрузке Р=3002 перемещении поршня s=0,25м со средней скоростью движения v_ср=0,3м/с время срабатывания привода Т_п=0.549 с.

Заключение

В данном курсовом проекте была конструкция пневмопривода двустороннего действия, предназначенного для передвижения заготовки под штамп. Произведены расчёты: энергетический, расчёт пневмосистемы, времени срабатывания привода. Построена математическая модель, отражающая изменение основных параметров работы пневмопривода. Выполнены сборочный чертёж цилиндра, пневматическая принципиальная схема, общий вид механизма и чертеж типовой детали. Курсовой проект позволил закрепить теоретические положения курса, излагаемые в лекциях, ознакомиться с общим методическим подходом к изучению и проектированию пневмоприводов.

Список использованной литературы

1. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя, Т1. Москва «Машиностроение» - 1982г. - 733с.

2. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя, Т3. Москва «Машиностроение» - 1982г. - 575с.

3. Мурашкин С.Л. Технология машиностроения. Т2 Производство деталей машин. Москва «Высшая школа». - 2003г. - 295с.

4. Ручкин Л.В. Проектировочный расчет пневмопривода: Метод. указания. Красноярск: САА. - 1996г. - 68с.

5. Ручкин Л.В. Конструирование пневмоприводов робототехнических систем.: Учебное пособие. Красноярск: САА. - 1996г. - 72с.

6. www.fips.ru

Размещено на Allbest.ru