Моностабильные пневмораспределители

Пневмораспределители, которые переключаются в нормальную позицию посредством возвратных пружин, называют моностабильными. Нормаль­ное для данной конструкции состояние – нейтральная (исходная) позиция.

На рис. 8, представлена конструкция моностабильного нормально закрытого 2/2-пневмораспределителя с меха­ническим управлением.

Рисунок8. Нормально закрытый 2/2-пневмораспределитель с механическим управлением

В исходной позиции запорно-регулирующий элемент 3 пневмораспределителя, выполненный в виде полусферы, под действием пружины 4 и давления питания прижат к седлу 2, перекрывая тем самым подачу сжатого воздуха в канал потребителя А, — т. е. пневмораспределитель нормально закрыт. При наличиивнешнего управляющего воздействия, величина которого должна быть достаточной для преодоления усилия от возвратных пружин и давления, действующего на клапан 3, толкатель 1 снимает клапан-3 с седла 2, и пневмораспределитель занимает позицию, в которой каналы питания Р и потребителя А сообщаются между собой. На рис. 9 изображены два варианта конструктивного исполнения нормально закрытого 3/2-пневмораспределителя с механическим управлением. Отличие между ними заключается в том, что в одном (рис. 9, б) заложена возможность подсоединения к линии выхлопа R (например, можно ввернуть глушитель), а в другом (рис. 9, а) это действие осуществить нельзя.

Рис. 9. Нормально закрытые 3/2-пневмораспределители с механическим управлением

Такое различие находит отражение в условном графическом обозначении пневмораспределителей: если исключена возможность подсоединения к отверстию выхлопа, то треугольник, указыва­ющий на сброс воздуха в атмосферу, примыкает вплотную к обозначению пневмораспределителя; в противном случае он отделяется от последнего вертикальной чертой.

Оба пневмораспределителя срабатывают в два этапа: при движении толкателя в момент его контакта с клапаном перекрывается выполненный в нем канал выхлопа, и только при дальнейшем движении соединяются каналы питания Р и потребителя А.

Примерно по такой же схеме работает и нормально открытый 3/2-пневмораспределитель (рис. 10).

Рисунок 10. Нормально открытый 3/2-пневмораспределитель с механическим управлением

Данная конструкция имеет два дисковых клапана, причем в исходном состоянии верхний отсекает канал выхлопа R, а через открытый нижний воздух протекает из канала питания Р к потребителю через канал А.

Движение толкателя вниз сопровождается двухступенчатым срабатыванием пневмораспределителя. На первой ступени нижний клапан, жестко связанный с толкателем, опускается на подпружиненное седло, пере­крывая подачу сжатого воздуха. Верхний клапан, в свою очередь, остается поджатым к своему седлу вплоть до момента контакта с буртиком толкателя. Только после этого в результате дальнейшего совместного движения толкателя с нижним клапаном и его седлом верхний клапан открывается, и устанавливается соединение потре­бителя с выхлопом (вторая ступень).

Альтернативой сложным по конструктивному исполнению распределителям клапанного типа являются зо­лотниковые распределители.

Принадлежность к классу аппаратов клапанного или золотникового типов не находит отражения в условном графическом обозначении пневматических распределителей, хотя эти типы аппаратуры существенно различа­ются по функциональным возможностям.

Так, 3/2-пневмораспределитель золотникового типа (рис. 11) можно использовать и как нормально закры­тый (индексация каналов, поясняющая схему коммутации, дана без скобок), и как нормально открытый (индек­сация дана в скобках).

Рисунок 11. Нормально закрытый 3/2-пневмораспределитель золотникового типа с механическим управлением

Подача сжатого воздуха в каналы Р или R не приводит к возникновению на золотнике усилий, вызывающих его смещение из нормальной позиции, т. к. и в том, и в другом случаях золотник остается гидравлически разгру­женным.

Если попытаться использовать нормально закрытый пневмораспределитель клапанного типа (см. рис. 10) как нормально открытый (путем подачи сжатого воздуха в канал R), то в этом случае произойдет само­произвольное открытие клапана и воздух начнет поступать во все каналы одновременно.

Обычно пневмораспределители, в конструкции которых заложена возможность использования их в качестве нормально от­крытых или нормально закрытых, имеют два альтернативных обозначения на бирке которой производители снабжают каждый аппарат.

Золотниковые распределители, как правило, позволяют пропускать через себя воздух и в обратном направ­лении — из канала А в канал R или (при переключении) Р. Когда на принципиальной пневматической схеме важно отразить данное свойство золотникового распределителя, стрелки на его условном графическом обо­значении, показывающие пути потока воздуха, изображают двусторонними.

В тех случаях, когда сжатый воздух подается к исполнительным механизмам непосредственно от пневмораспределителей с механическим или ручным управлением, говорят о прямом управлении (рис. 12).

Рисунок 12. Прямое управление пневмоцилиндрами

Пневмораспределители, управляющие исполнительными механизмами, также называют исполнительными.

Пневматическое управление распределителями используют в тех случаях, когда необходимо осуществлять дистанционное управление их работой. Чтобы распределитель был с пневматическим управлением, в конструкцию вводят поршень 1, перемещение которого и приводит в движе­ние запорный элемент 2 (рис. 13).

Рисунок 13. Нормально закрытый 3/2-пневмораспределитель с пневматическим управлением

Рассмотрим схему управления пневмоцилиндром одностороннего действия с использованием распредели­теля с пневматическим управлением (рис. 14).

Рисунок14. Непрямое управление пневмоцилиндром одностороннего действия

(исполнительный распределитель — нормально закрытый)

В предложенной схеме пневмораспределитель с ручным управлением (пневмокнопка) управляет работой пневмоцилиндра путем подачи сигнала на исполнительный распределитель с пневматическим управлением.

Схема несколько видоизменится, если исполнительный пневмораспределитель будет нормально откры­тым (рис. 15).

Рисунок15. Непрямое управление пневмоцилиндром одностороннего действия

(исполнительный распределитель — нормально открытый)

В моностабильных пневмораспределителях возврат запорно-регулирующего элемента в исходное положе­ние может осуществляться не только посредством механических пружин, но и под действием давления сжато­го воздуха (пневматической пружины) (рис. 16).

Рисунок 16. 5/2-пневмораспределитель с пневматическим управлением и возвратом

В исходной позиции золотник 2 находится в крайнем левом положении, т. к. на его правый поршень 4 через специальный канал 3, связанный с линией питания, подается сжатый воздух. При поступлении управляющего сигнала в канал Y золотник 2 сместится вправо, поскольку площадь левого поршня 1 значительно больше площади правого поршня 4.

В некоторых конструкциях возврат ЗРЭ в исходную позицию осуществляется под действием одновременно и механической, и пневматической пружин. Такое сочетание обеспечивает более высокую стабильность и на­дежность переключения пневмораспределителя.

В тех случаях, когда имеются технологические ограничения на величину управляющих сигналов, применяют распределители с пневматическим усилением управляющего сигнала (пилотным уп­равлением) (рис. 17).

Рисунок 17. 3/2-пневмораспределитель с пневматическим усилением управляющего сигнала

В таких конструкциях (в данном случае это путевой выключатель) усилие переключения прикладывается к небольшому вспомогательному (пилотному) распределителю 2, функцией которого является подача пневмати­ческого сигнала управления на основной пневмораспределитель 3, непосредственно осуществляющий комму­тацию внешних пневмолиний. Поскольку площадь клапана пилотного распределителя невелика, то усилие, необходимое для переключения последнего, минимально.

Рассмотренная конструкция позволяет трансформировать нормально закрытый пневмораспределитель в нормально открытый. Для этого надо развернуть управляющую головку с роликом 1 на 180° и подавать сжатый воздух в канал R.

В тех случаях, когда требуется контролировать какой-либо объект при его движении только в определенном направлении, применяют распределители с управлением от «ломающегося» рычага с роликом (рис. 18).

Рисунок 18. Принцип действия «ломающегося» рычага с роликом

Конструкция рычага выполнена таким образом, что он воздействует на толкатель пневмораспределителя только в том случае, если движение штока пневмоцилиндра или другого контролируемого объекта происходит в определенном направлении (рис. 18, а). Пневмораспределитель не срабатывает при движении объекта в противоположном направлении, поскольку рычаг с роликом проворачивается на оси ( «ломается») и не переда­ет управляющее воздействие на толкатель (рис. 18, б).

Управление сложными объектами с пневматическими при­водами базируется преимущественно на электрических и электронных системах, имеющих широкие возможно­сти сбора, обработки информационных и формирования управляющих электрических сигналов, и высокое быстродействие. Независимо от элементной базы управляющих систем (релейно-контактная или мик­ропроцессорная техника), в силовой части привода применяют пневматические распределители с электромаг­нитным управлением. Работа подобных пневмораспределителей основывается на свойстве находящихся под напряжением электромагнитных катушек втягивать расположенный в них якорь.

Запорно-регулирующий элемент в таких аппаратах располагают непосредственно на торцах якоря, который помещается в гильзу, ввинченную в корпус. Снаружи гильза охватывается приводной электромагнитной катуш­кой (рис. 19).

Рисунок 19 3/2-пневмораспределитель с электромагнитным управлением и ручным дублированием

Если электромагнитная катушка 7 обесточена, якорь 5 прижат пружиной 4 к седлу клапана 3, перекрывая канал Р, по которому подводится сжатый воздух; выходной канал А соединен с атмосферой через пазы на наружной поверхности якоря. Напряжение на катушку 7 подается через присоединительный элемент — коннек­тор 8, при этом якорь 5, преодолевая усилие пружины 4, поднимается до седла клапана 6, закрывая канал R выхода воздуха в атмосферу и открывая канал, соединенный с отверстием для подведения сжатого воздуха. Сжатый воздух подается в линию потребителя (канал А).

Пневмораспределители с электромагнитным приводом имеют, как правило, ручное дублирование, исполь­зуемое обычно при пусконаладочных работах или при поиске отказа (если распределитель срабатывает от элемента ручного управления, это свидетельствует о том, что не работает катушка). Включа­ют пневмораспределитель нажатием или проворотом специального устройства (рис, 19, поз.1) механичес­ки поднимающего якорь с седла клапана. После проверки работоспособности распределителя элемент ручного управления необходимо выставить в положение не препятствующее свободному переме­щению якоря.

К моностабильным пневмораспределителям, относится большое число трехпозиционных распределителей. Обычно нормальной для них является средняя позиция, в которую они выставляются посредством двух пружин, центрирующих их запорно-регулирующий элемент. Так, используя 5/3-пневмораспределитель с двусторонним пневматическим управле­нием и закрытой центральной позицией, можно обеспечить останов пневмоцилиндра в любом промежуточном положении (рис. 20).

Рисунок20. Использование 5/3-пневмораспределителя для позиционирования пневмоцилиндров

При нажатии на одну из пневмокнопок, например 1.3, шток цилиндра 1.0 начнет перемещаться, а при отпус­кании ее он остановится, поскольку исполнительный распределитель 1.1 займет центральную позицию, в кото­рой все линии перекрыты (при этом точность позиционирования цилиндра будет достаточно низкой).

На принципиальных пневмосхемах условному графическому обозначению каждого пневмоустройства при­сваивают буквенно-цифровое позиционное обозначение по ГОСТ 2.704-76) или (в зару­бежных схемах) цифровой индекс, формируемый по определенным правилам (табл.2).

Таблица 2. Цифровая индексация пневматических устройств

Индексы всех элементов, управляющих исполнительным механиз­мом 1.0, начинаются с цифры 1, управляющих исполнительным механизмом 2.0 — с цифры 2 и т. д. Это означает, что где бы «территориально» на схеме ни располагался элемент, (например, 1.10), он будет нахо­диться в ветви управления соответствующим исполнительным механизмом (в нашем случае — 1.0).

В тех случаях, когда невозможно придерживаться правила использования четных и нечетных цифр после точки в зависимости от типа команды (втягивание или выдвижение штока цилиндра), применяют сквозную индексацию.