Сжатый воздух

В приводах станков наряду с гидравлическими применяют пневматические (газовые) приводы и механизмы, основанные на использовании в качестве рабочей среды сжатого или разреженного воздуха. Источником энергии пневматических приводов является сжатый воздух, получаемый из компрессорных установок.

С помощью пневматических устройств решаются сложные задачи по автоматизации и управлению станками и производственными процессами. В последнее время пневматику используют также для решения логических задач.

В металлорежущих станках пневматические приводы (системы) используют для выполнения операций автоматической загрузки и закрепления заготовок, включения и выключения рабочих движений режущего инструмента, для торможения рабочих органов станка при останове, освобождения и удаления заготовок со станка, для аэростатических (газовых) опор и направляющих, и для выполнения других функций по автоматизации станочных операций и контроля.

К основным преимуществам пневматических систем относится надежность, быстродействие, простота конструкции и экономичность (отработанный воздух выпускается непосредственно в атмосферу без отводящих трубопроводов), дешевизна самой рабочей среды. Пневматические устройства безопасны в пожарном отношении.

Пневматические системы имеют ряд недостатков, вытекающих в основном из природы рабочей среды — воздуха. Воздух обладает высокой сжимаемостью, ввиду чего он при сжатии накапливает энергию, которая при известных условиях (при больших инерционных нагрузках пневмодвигателя) может быть преобразована в кинематическую энергию движущихся масс нагрузки и вызвать рывки и удары. Сжимаемость воздуха в пневматических системах затрудняет возможность фиксации без применения специальных позиционеров и следящих устройств выходного звена пневмодвигателей в заданных промежуточных положениях. Вследствие сжимаемости рабочей среды пневматические силовые системы не обеспечивают без специальных дополнительных средств необходимой плавности и точности хода, а также не обеспечивают получение при переменной нагрузке равномерной и стабильной скорости. Кроме этого, пневматические приводы, как правило, имеют более низкий КПД (в сравнении с гидравлическими приводами), а также требуют применения смазочных устройств.

Сжатый воздух для питания пневматических систем обычно вырабатывается компрессорами, обслуживающими пневматические приводы всего предприятия, либо определенную их группу. Применяются преимущественно компрессоры объемных типов, главным образом поршневые и пластинчатые. В подобных централизованных и групповых системах питания обычно применяют давление 0,5—0,6 МПа (при более высоких давлениях до 5,0 МПа питание осуществляется от собственного компрессора).

Атмосферный воздух через воздушный фильтр засасывается и нагнетается компрессором в воздухосборник, аккумулирующий сжатый воздух. Воздухосборник компенсирует пульсацию сжатого воздуха, нагнетаемого компрессором, а также питание пневматической системы при отключенном компрессоре в случае небольшого потока сжатого воздуха. Из воздухосборника сжатый воздух поступает в водоотделитель, где из него выделяется влага. Затем через масло-водоотделитель в воздухораспределитель, из которого попадает в магистральные цеховые трубопроводы.

Расчет процессов в пневматическом приводе основывается на законах газовой динамики и термодинамики. Здесь рассматриваются схемы действия и конструктивное выполнение объемных пневмомашин, а также приведены некоторые сведения для их расчетов. Вопросы газовой динамики даны в виде справочных данных, необходимых для изложения материала.

Основные параметры состояния газа. Состояние всякого газа определяется тремя основными параметрами: удельным объемом V_Y, давлением р и температурой Т.

Удельный объем связан с объемом V зависимостью:

V_Y = V/m,

где m — масса газа, заключенного в объеме V.

Поскольку V = m/р, можем записать:

V_Y = 1/р,

где p = m/V — плотность газа.

Следовательно, удельный объем и плотность являются взаимообратными величинами. Под давлением газа здесь понимают абсолютное давление (с учетом атмосферного давления). Температуру Т для газа определяют по абсолютной шкале Кельвина, которая связана с температурой по шкале Цельсия зависимостью:

Т = t + 273 °С, К.

Под нормальными условиями состояния газа понимают его состояние при Т = 273 К.

Кроме указанных параметров газ характеризуется сжимаемостью, температурным коэффициентом объемного расширения, вязкостью и удельной теплоемкостью.

Приведем уравнение состояния газа, связывающее параметры р, V_Y и Т (характеристическое уравнение):

pV_Y = RT.

Для m (кг) газа: pV = mRT.

Уравнение изотермического процесса:

pV_Y = const;

уравнение адиабатного процесса:

pV_Y^k = const;

уравнение политропного процесса:

pV_Y^k = const.

В приведенных формулах р — абсолютные давления газа, Па; Т — абсолютная температура, К; V_Y — удельный объем газа, м³/кг; R—газовая постоянная, для воздуха 287,1 Дж/(кг*К);