Пневмоцилиндры

Рис. Классический пневмоцилиндр двустороннего действия

Эти устройства, на принципе действия которых нет особой необходимости останавливаться, в основном воспринимают команды «да — нет». Скорости перемещения не регулируются с высокой точностью. На каждом выходе пневмоцилиндра обычно ставится регулируемый ограничитель потока газа, называемый «редуктором расхода». Последний является устройством одностороннего действия благодаря параллельному соединению с обратным клапаном, который допускает свободный проход воздуха в режиме впуска.

Для нормального функционирования рассматриваемого пневмопривода очень важно преодолеть силы трения и устранить колебания рабочего тела, возникающие при его перемещениях. Это будет обеспечено, если теоретически максимально возможная сила выталкивания (равная произведению давления на площадь сечения пневмоцилиидра) будет явно больше обратного усилия (обычно соотношение между ними выбирают равным 2).

Особенность подобных устройств проявляется в асимметрии действующих сил при прямом и обратном ходе, поскольку сечение штока всегда меньше сечения поршня. Необходимо отметить также, что при выборе размеров пневмоцилиндра с большим рабочим ходом нужно учитывать сопротивление штока продольному и поперечному изгибу.

В ограниченных пространствах, когда тело большой массы М перемещается со скоростью V , а трение пренебрежительно мало, возникает проблема устранения удара. В пневмоцилиндрах предлагается гасить (без отдачи) скорость перемещения рабочего звена (поршня, золотника и т.п.) в конце его хода на длине в несколько сантиметров. Устройство, позволяющее поглощать кинетическую энергию MV²/2 и рассеивать ее в виде тепла, называется амортизатором.

Если пневмопривод используется на весь свой ход, рекомендуется применять демпфированный пневмоцилиндр, т. е. устройство с пневматическими амортизаторами, устанавливаемыми на каждом его конце. В таком случае поршень с обеих сторон имеет две опорные поверхности уменьшенного диаметра, что позволяет установить в конце хода камеру амортизации с регулируемым с помощью винта сбросом газа (регулируемый пневматический демпфер).

В общем случае устройства, предназначенные для автоматизации различных систем, должны быть в какой-то степени универсальными. В конструкциях универсальность может быть реализована, если предусмотреть возможность изменения величины хода. Для этой цели в корпусе пневмоцилиндра устанавливают регулируемые механические упругие упоры. Их число должно быть не менее двух для одного хода и более двух, если предполагается множество ходов (в последнем случае применяются съемные упоры, которые монтируются на барабане). Пределы регулирования каждым упором рабочего хода гидро-пневмоцилиндра должны быть обеспечены работой соответствующего внешнего амортизатора. В основном речь идет о регулируемых гидравлических амортизаторах, работающих в замкнутом контуре.

Поворотные пневмоцилиндры

В робототехнике амплитуды вращательного движения ограничены в пространстве (например, запястье манипулятора), поэтому наиболее часто применяется привод типа пневмоцилиндра, схема которого представлена на рисунке ниже. Его шток несет зубчатую рейку, которая увлекает за собой шестерню, связанную с выходным валом устройства.

В других устройствах используются иные принципы преобразования движения: винтовые, кулачковые механизмы и т.д.

Специальные пневмоцилиндры.

Ниже перечислены устройства, представляющие определенный интерес для автоматизированных систем:

• пневмоцилиндры, позволяющие зафиксировать одновременно несколько положений;
• пневмоцилиндры ударного или вибрационного действия, предназначенные для клепки, маркировки и т.д.;
• пневмоцилиндры без штока (шток заменен тросом, что обеспечивает длинный ход поршня);
• изогнутые пневмоцилиндры без штока с боковым выходом;
• пневмоцилиндры мембранного или сильфонного типа (для очень малого хода штока);
• гибкие пневмоцилиндры: искусственные мускулы, которые наполняются жидкостью или газом и сокращаются под действием внутреннего давления.

Из книги П.Андре Ж-М.Кофман Ф.Лот Ж-П.Тайар «Конструирование роботов»