PNEUMAATIKA ALUSED
Koostas: Rein
Uulma Sisukord
1 Pneumaatika ajalugu ja kasutatavad
ühikud ............................................................................ 2
1.1 Suruõhu kasutamise ajalugu............................................................................................. 2
1.2 Suruõhu omadused ........................................................................................................... 2
1.3 Füüsikalised alused .......................................................................................................... 3
1.4 Õhu
kokkusurutavus ......................................................................................................... 6
1.5 Õhu ruumala
sõltuvus temperatuurist .............................................................................. 7
2 Suruõhu saamine ..................................................................................................................... 8
2.1
Kompressorjaam ............................................................................................................... 8
2.2 Kompressorite tüübid ....................................................................................................... 9
2.3 Kompressorite tootlikkuse reguleerimine ...................................................................... 16
2.4 Kompressori jahutus....................................................................................................... 19
2.5 Kompressoriruum........................................................................................................... 19
2.6 Suruõhu reservuaar......................................................................................................... 20
3 Suruõhu jaotamine................................................................................................................. 22
3.1 Pneumotorustiku läbimõõdu määramine........................................................................ 22
3.2 Pneumotorustiku paigaldamine ...................................................................................... 25
4 Suruõhu ettevalmistus ........................................................................................................... 28
4.1 Niiskuse kõrvaldamine................................................................................................... 28
4.2 Suruõhu töötlemine vahetult enne tarbijat ..................................................................... 32
4.3 Suruõhu ettevalmistamise
plokk .................................................................................... 35
5
Pneumaatilised täiturid .......................................................................................................... 38
5.1 Lineaarliikumisega täiturid (pneumosilindrid)............................................................... 38
5.2 Pöördliikumisega täiturid ............................................................................................... 46
5.3 Pneumosilindrite
mõõtmete määramine......................................................................... 50
6 Pneumaatilised juhtimiskomponendid .................................................................................. 57
6.1 Sissejuhatus .................................................................................................................... 57
6.2
Pneumojaotid ehk
suunaventiilid ................................................................................... 57
6.3
Drosselid ehk
vooluventiilid .......................................................................................... 71
6.4 Mittetagasivooluklapp.................................................................................................... 73
6.5 Loogikafunktsioonide
realiseerimine pneumaatikas...................................................... 74
6.6 Kiirväljalaskeklapp......................................................................................................... 77
6.7 Pneumaatilised taimerid ................................................................................................. 79
6.8
Muudetava rakendumislävega rõhutundlik element ...................................................... 83
7. Pneumaatikas kasutatavaid tüüpskeeme............................................................................... 84
7.1 Ühepoolse toimega silindri juhtimine ............................................................................ 84
7.2 Kahepoolse toimega silindri juhtimine .......................................................................... 84
7.3 Loogikaelemendi "VÕI" kasutamine ............................................................................. 85
7.4 Ühepoolse toimega silindri kolvi liikumiskiiruse reguleerimine ................................... 85
7.5 Kahepoolse toimega silindri kolvi liikumiskiiruse reguleerimine. ................................ 87
7.6 Pneumosilindri kolvi liikumiskiiruse
suurendamine ...................................................... 88
7.7
Pneumaatilise "JA" elemendi kasutamine...................................................................... 88
7.8 Ühepoolse toimega silindri kaudne juhtimine................................................................ 89
Pneumoskeemidel kasutatavad
tingmärgid .............................................................................. 90
1
1 Pneumaatika ajalugu ja kasutatavad ühikud
1.1 Suruõhu kasutamise ajalugu
Suruõhk on tõenäoliselt üks vanimaid inimese poolt kasutusele võetud füüsilise
jõu
suurendamiseks kasutatavaid energiakandjaid. Juba aastatuhandeid tagasi
osati suruõhku kasutada oma huvides.
Esimene kindlalt teadaolev suruõhu töövahendina kasutuselevõtja oli
kreeklane KTESIBIOS. Enam kui 2000 aastat tagasi ehitas ta suruõhuga töötava
katapuldi .
Esimesed raamatud, kus suruõhku käsitletakse kui energiakandjat, on pärit 1.
aastatuhandest e.m.a., kus kirjeldatakse seadmeid, mis töötamiseks kasutavad
kuuma õhku.
Sõna "
PNEUMO " on pärit kreeka keelest ning see tähendab hingamist,
tuult .
Sellest sõnast pärinebki sõna "PNEUMAATIKA" kui teadus õhu
liikumisest ja
kasutamisest,
kaasajal suruõhu kasutamisest energiaülekandes.
Vaatamata sellele, et kaasajal algas suruõhu laialdasem kasutamine tööstuses
alles 50. aastatel, on suruõhul töötavad
seadmed leidnud automatiseerimisel
laialdast kasutamist.
1.2 Suruõhu omadused
Võib tunduda üllatav, et
lühikese ajaga on võetud suruõhk kasutusele väga
paljudes valdkondades. Seda saab seletada asjaoluga, et paljudel juhtudel on
raske leida sobivamat energiakandjat. Millised siis on need head omadused, mis
on teinud suruõhu kasutamise nii populaarseks?
Kättesaadavus:
Õhku leidub maakeral igal pool, seega on suruõhu
saamine
võimalik
kõikjal.
Transporditavus: Suruõhku saab torustiku abil lihtsalt transportida
suhteliselt
kaugele,
puudub vajadus töötanud suruõhu.
tagasijuhtimiseks.
Akumuleerimine: Paljudel juhtudel puudub vajadus kompressori
kasutamiseks,
sest
suruõhku
saab
eelnevalt
akumuleerida suruõhureservuaari, kust seda saab
kasutada
vastavalt
vajadusele. Samuti saab suruõhku
sel
moel
transportida.
Temperatuur:
Suruõhuseadmed on tundetud temperatuuri
kõikumistele.
Plahvatusohtlikkus: Suruõhu
kasutamisel puudub plahvatus- ja
süttimisoht , seega puudub vajadus kasutada
spetsiaalseid
turvavahendeid.
2
Saastusoht:
Suruõhk on puhas
energiakandja ; lekkivad
torustikud ei saasta keskkonda, mis on eriti oluline toiduainete-,
puidu-, tekstiili- ja galanteriitööstuses
Konstruktsioon : Suruõhuajamid
on
oma ehituselt analoogilised ja
seetõttu
ka
majanduslikult
tasuvad.
Töökiirus:
Suruõhk on kiiretoimeline energiakandja.
Pneumosilindrite abil saavutatav
liikumiskiirus on
1-2 m/s, pneumomootorite
pöörlemissagedus aga kuni
500000
min-1.
Reguleeritavus: Suruõhu ajamite tööparameetrid on piiranguteta
reguleeritavad .
Ülekoormatavus: Suruõhuajamid on tundetud ülekoormustele.
Et täpsemalt määratleda suruõhu kasutusvaldkondi, on vajalik teada ka suruõhu
puudusi ja kasutuspiiranguid.
Õhu ettevalmistus: Kasutatav suruõhk peab olema puhas ja kuiv.
Vastasel korral põhjustab ta suruõhuseadmete
kulumist ja rikkeid. See eeldab heade suruõhu
ettevalmistusseadmete
(
filtrid ,
kuivatid,
jne)
kasutamist.
Õhu
kokkusurutavus: Pneumosilindrite
kasutamisel ei saavutata ühtlast ja
mitme
kolvi
üheaegset
liikumist.
Jõud:
Suruõhku
ei
kasutata
suurte jõudude saamiseks.
Sõltuvalt
kasutatavast
töörõhust (üldjuhul 700 kPa),
liikumisulatusest ja liikumiskiirusest oleks jõu
ülempiiriks umbes 20 000-30 000 N.
Kasutatud õhk:
Töötanud suruõhk põhjustab müra, kuid seoses uute
helisummutite kasutuselevõtuga on see probleem
tänapäeval
enamikel
juhtudel
lahendatav.
Kulutused:
Suruõhk on suhteliselt kallis energiakandja. Samas
on
pneumokomponendid
efektiivsed,
töökindlad,
ning
suhteliselt
odavad,
mis
enamikel
juhtudel
kompenseerib
suruõhu
kõrge
hinna.
1.3 Füüsikalised alused
Maakera ümbritseb õhukiht, mille koostiseks on põhiliselt
lämmastik (78%) ja
hapnik (21%). Lisaks neile sisaldab õhk veel muid
gaase nagu
süsihappegaas ,
veeaur,
väärisgaasid jne.
Selleks et paremini mõista pneumosüsteemide funktsioneerimist, on vajalik
teada pneumaatikas kasutatavaid mõõtühikuid. Järgnevates tabelites on esitatud
pneumaatikas kasutatavad mõõtühikud ja nende tähistused.
3
Tabel 1. Põhiühikud
parameeter tähistus
SI-süsteemis
tehnikas
pikkus
l
meeter (m)
meeter (m)
mass m
kilogramm (kg)
-
aeg
t
sekund (s)
sekund (s)
temperatuur
T
kelvin (K)
celsius (C)
elektrivoolu tugevus
I
amper (A)
amper (A)
valgustugevus
kandela (cd)
-
ainehulk
mool (mol)
Tabel 2. Tuletatud ühikud
jõud F
Newton (N)
kilopond (kp)
1N=(l kg×m)/s2
pindala A
m2
m2
maht V
m3
m3
vooluhulk Q
m3
m3
rõhk p
pascal (Pa)
tehniline
1Pa=1N/m2
atmosfäär (at)
bar (bar)
(kp/cm2)
1bar=105Pa=
0.1MPa
energia, töö
E
dzaul , J (Nm)
kilopond-meeter
(kpm)
Neid kahte erinevat tabelit seob omavahel Newtoni seadus
F=m×a,
(jõud= mass×kiirendus, kus a=g=9.81m/s2).
Mõõtühikute määratlused
Mass: 1 kg ⇒
SI süsteemi põhiühikute hulka kuuluv massiühik, mis
võrdub
Pariisis
rahvusvahelises Kaalude ja Mõõtude
Büroos
säilitatava
rahvusvahelise etaloni massiga, mis on
võrdne
1dm3 destilleeritud vee massiga temperatuuril
4.2°C.
4
Jõud: 1kp ⇒
jõukilogrammi nimetus SFV-s,
Austrias , Rootsis jm.
1N
⇒ SI süsteemi jõuühik, mis on võrdne jõuga, mis
annab kehale massiga 1 kg oma
mõjumise suunas
kiirenduse
l
m/s2.
1kp=1kg×9,81 m/s2=9,81 N.
Temperatuur: temperatuuride
vahe
⇒ 1°C=1 K,
nullpunkt ⇒ 0°C =273 K.
Rõhk: 1at ⇒
Tehniline
atmosfäär,
1
at=lkp/cm2=0,981
bar.
Pa
⇒
Pascal
1
Pa=10N/m2=105bar,
1
bar=105N/m2=105Pa=1,02 at.
Atm
⇒
normaalrõhk ,
1 atm=1,033 at=1,013 bar.
mmHg ⇒ mm
elavhõbedasammast,
mmHg=
torr ,
1
at=736torr,
1
bar=750
torr,
760mmHg=1
atm.
Normaalrõhu väärtust loetakse omamoodi
nullpunktiks , millest mõõdetakse
erinevaid rõhu väärtusi (sele 1).
Sele 1 - Õhu rõhu mõõtmine
5
pamb ⇒
atmosfääri rõhk mille väärtus sõltub nii geograafilisest
asukohast kui ka ilmastikust ega ole
konstantne suurus.
pe,1 ⇒
ülerõhk pe,2 ⇒
alarõhk
pabs ⇒ absoluutne
rõhk
1.4 Õhu kokkusurutavus
Nagu
gaasidele üldiselt omane ei oma ka õhk kindlat ruumala, see muutub
vastavalt välistingimustele. Gaasid täidavad kogu ruumala, millesse nad on
suletud.
Gaasi rõhu ja gaasi ruumala omavahelise seose tingimusel, et gaasi temperatuur
ei muutu, määrab ära
Boyle -
Mariotte seadus (sele2).
p1×V1=p2×V2=p3×V3=
const Sele 2 - Gaasi ruumala ja rõhu omavaheline seos
Näide:
Jõuga F2 surutakse kokku õhku, mille algruumala on V1=1m3 ning algrõhk
anumas on p1=100kPa tingimusel, et temperatuur anumas jääb muutumatuks.
Õhu ruumala anumas kokkusurumise tulemusena on V2=0,5m3. Milline on rõhu
P2 väärtus? Rõhu P2 suuruse leiame kasutades valemit p1×V1=p2×V2 :
P2=(100kPa×1m3)/0,5m3=200kPa
Suurendades jõudu veel, nii et ruumala V3=0,05m3, saame rõhu väärtuseks:
P3=(100kPa×1m3)/0,05m3=2000kPa
6
1.5 Õhu ruumala sõltuvus temperatuurist
Temperatuuri tõustes suureneb gaasi ruumala 1/273 võrra oma algruumalast iga
Kelvini kraadi kohta tingimusel, et gaasi rõhk jääb konstantseks. Seda seost
kirjeldab Gay-
Lussac 'i seadus (sele 3).
V1/V2=T1/T2
VT2=VT1+(VT1/273)×(T2-T1)
VT1 ⇒ ruumala temperatuuril T1
VT2 ⇒ ruumala temperatuuril T2
Sele 3 - Gaasi ruumala ja temperatuuri omavaheline seos
ä
N ide:
0,8 m3 õhku, mille algtemperatuur T1=293K (20°C), kuumutatakse konstantsel
rõhul temperatuurini T2=344K (71°C). Milline on õhu ruumala temperatuuril
T2?
T2
V =0,8 m3+(0,8m3/273K)×(344K-293K) =0,8 m3+0,15m3=0,95 m3
7
Pneumaatikas kasutatakse õhu koguse mõõtmiseks tihti sellist ühikut nagu õhu
kogus normaaltingimustel Nm3 (normaalkuupmeeter).
Määratlus:
1 Nm3⇒ 1m3 õhku temperatuuril 273,15K (0°C), rõhul 760 torri=101325Pa.
Näide:
Suruõhureservuaar ruumalaga 2m3 on täidetud
õhuga . Rõhk reservuaaris on 700
kPa temperatuuril 298K (25°C). Milline on sama õhu kogus
normaaltingimustel?
1. Arvutame antud õhukoguse ruumala normaalrõhul 101325 Pa ≈ 100000Pa ja
temperatuuril 298K (25°C), kasutades selleks Boyle-Mariotte'i seadust:
V1=(p2×V2)/p1=(700kPa×2m3)/100kPa=14m3
2. Arvutame sama õhukoguse ruumala temperatuuril 273K:
V0=14m3+(14m3/273K)×(273K-298K)=12,7Nm3
2 Suruõhu saamine
2.1 Kompressorjaam
Suruõhu saamiseks kasutatakse kompressoreid, mis suruvad õhu kokku vajaliku
töörõhuni. Selleks, et igale suruõhuseadmele poleks vaja hankida oma
energiaallikat, kasutatakse enamikel juhtudel ühte keskset kompressorit ehk
kompressorjaama, millest torustiku abil juhitakse suruõhk
seadmeteni .
Mobiilseid kompressoreid kasutatakse ehitustööstuses või seadmete juures, mida
on tarvis tihti ümber paigutada.
Kompressori
valikul on eriti oluline võtta arvesse ka edaspidist seadmepargi
laiendamisvõimalust uute pneumoseadmete lisamise teel. Suurema tootlikkusega
kompressori valik on alati parem lahendus kui kompressori ülekoormamine, sest
kompressorjaama laiendamine on küllaltki
kulukas .
Äärmiselt tähtis on ka
kompressorisse juhitava õhu
puhtus . Puhas õhk pikendab
kompressori tööiga. Samuti tuleks kindlasti jälgida kõiki kompressorite
kasutamisega seotud nõudeid.
8
2.2 Kompressorite tüübid
Erinevad kasutusvaldkonnad, töörõhud ja vajalikud suruõhu
kogused esitavad
kompressoreile erinevaid nõudmisi.
Oma konstruktsioonilt jaotatakse
kompressorid (sele 4):
*
Kompressorid, kus suruõhku tekitakse õhu ruumala vähendamise teel.
Õhk imetakse suletud
anumasse , mille ruumala algul suurendatakse, seejärel
vähendatakse (õhk surutakse kokku). Nii töötavad
kolb - ja
tiivik -kompressorid.
*
Kompressorid, mis suruõhu saamiseks kasutavad õhujuga. Õhk imetakse
sisse
ühelt poolt ning rõhu suurenemine
saavutatakse gaasimolekulide
kiirendamisega ( turbiin).
Sele 4 – Kompressorite tüübid
2.2.1
Kolbkompressor 9
Kolbkompressor (sele 5) on tänapäeval enim kasutatav kompressori-tüüp. Neid
kasutatakse suures töörõhkude vahemikus alates 100 ka kuni 100 MPa.
Sele 5 - Kolbkompressor
Suuremate töörõhkude saamiseks kasutatakse mitmeastmelisi
kolbkompressoreid (sele 6). Esimeses
silindris kokkusurutud õhk jahutatakse ja
juhitakse seejärel järgmisesse silindrisse, kus
surveaste on kõrgem kui esimeses
silindris. Õhu kokkusurumise tulemusel tekkinud
soojus eemaldatakse kasutades
kompressori jahutust. Kasutatakse kas õhk- või vedelikjahutust.
Kolbkompressoreid on otstarbekas kasutada töörõhkudel (sele 13):
alla 400 kPa
- üheastmeline,
alla 1500 kPa - kaheastmeline,
alla 1500 kPa - kolme- või enamastmeline.
Vähemotstarbekas, kuigi võimalik on kasutada:
alla 1200 kPa - üheastmeline,
alla 3000 kPa - kaheastmeline,
üle
22000 kPa - kolmeastmeline.
10
Sele 6 - Kaheastmeline vahejahutusega kolbkompressor
2.2.2
Membraankompressor Membraankompressor (sele 7) on kolbkompressori erivariant. Kompressoris on
membraaniga eraldatud kompressori liikuvad osad suruõhust. Selline eraldamine
väldib õli sattumist suruõhku. Membraankompressorid on kasutusel toiduainete-
, ravimite- ja keemiatööstuses.
Sele 7 - Membraankompressor
11
2.2.3 Tiivikkompressor
Silindrikujulises staatori pesas, milles asetsevad sisse- ja väljalaskeava, pöörleb
rootor, mille telg ei lange kokku pesa tsentriga. Rootori sisselõigetes paiknevad
vabalt
labad , millede vahele moodustuvad kambrid. Tsentrifugaaljõu mõjul
surutakse labad vastu siseseinu. Rootori pöörlemisel kambrikeste ruumala
muutub, mille tulemusena saadakse suruõhk (sele 8).
Antud kompressori headeks omadusteks on ruumala säästev konstruktsioon,
ühtlane töö ja ühtlase rõhuga õhuvool.
Sele 8 – Tiivikkompressor
2.2.4 Kruvikompressor
Kaks teineteisega hambumises olevat kruvi imevad pööreldes õhku
sisselaskeavast ja suunavad väljalaskeavasse, surudes õhku kokku (sele 9)
Sele 9 - Kruvikompressor
12
2.2.5 Nukkrataskompressor
Enim levinud on Rooti
kompressor , kus suruõhu saamiseks ei kasutata ruumala
vähendamist. Rõhu tõus tekib torustikust äkiliselt tagasivoolava õhu toimel (sele
10).
Sele 10 - Rooti kompressor
2.2.6
Aksiaalkompressor Antud kompressoris tekitatakse teljesuunaline õhuvool, mille tulemusena
saavutatakse väljundkanalis rõhu tõus. Kiirendus toimub tiiviku telje suunas
(sele 11). Antud kompressorit kasutatakse eriti suurte suruõhu vooluhulkade
saamiseks.
Sele 11 - Aksiaalkompressor
13
2.2.7 Radiaalkompressor
Õhuvoolu tekitamine mitmeastmelises radiaalkompressoris toimub õhu
juhtimise teel ühest kompressorist järgmisesse (sele 12)
Sele 12 – Radiaalkompressor
14
Sele 13 – Erinevate kompressoritüüpide võrdlus
15
2.3 Kompressorite tootlikkuse reguleerimine
Kuna reaalsetes tingimuses ei ole pneumosüsteemi poolt
tarbitav suruõhu
vooluhulk püsiv, on vajalik kompressori poolt toodetava suruõhu vooluhulka
reguleerida. Kompressori tootlikkust reguleeritakse nii, et töörõhk püsiks
nõutavas piirväärtuste vahemikus.
2.3.1 Tootlikkuse reguleerimise moodused
Tootlikkuse reguleerimist teostatakse:
* kompressorist pneumosüsteemi väljastatava õhuhulga piiramisega,
* kompressorisse juhitava õhuvoolu sulgemisega ja avamisega,
* kompressori sisselaskeklapi lukustamisega avatud asendisse,
* kompressori ajami pöörlemissageduse muutmisega,
* kompressorisse juhitava õhuvoolu piiramisega,
* kompressori ajami käivitamise ja seiskamisega.
2.3.2 Poolautomaatne reguleerimine
2.3.2.1 Kompressorist väljastatava õhuvoolu piiramine
Kui rõhk pneumotorustikus või suruõhureservuaaris saavutab etteantud väärtuse,
avaneb väljalaskeklapp ja liigne õhk juhitakse välja. Mittetagasivooluklapp
väldib suruõhureservuaari tühjenemise (kasutatakse väiksemates
pneumosüsteemides).
Sele 14 - Kompressorist väljastatava õhuhulga piiramine
16
2.3.2.2 Õhu kompressorisse
sisselaske sulgemine ja avamine
Antud reguleerimisel suletakse õhu sisselase kompressorisse. Kui õhu sisselase
kompressorisse on suletud, töötab kompressor alarõhu piirkonnas. Seda meetodit
kasutatakse eeskätt kolbkompressorites ja pöörlevat liikumist kasutatavates
kompressorites (sele 15).
Sele 15 - Õhu sisselaske sulgemine
2.3.2.3 Sisselaskeklapi lukustamine avatud asendisse
Seda meetodit kasutatakse eelkõige suurtes kolbkompressorites. Pärast
kompressori sisselaskeklapi avatud asendisse lukustamist, ei ole kompressor
võimeline
tootma suruõhku (sele 16).
Sele 16 - Sisselaskeklapi lukustamine
17
2.3.2.4 Kompressori ajami pöörlemissageduse muutmine.
Meetodit kasutatakse enamasti juhul, kui kompressori ajamiks on
sisepõlemismootor . Pöörlemissagedust muudetakse sellisel juhul kas käsitsi või
automaatselt sõltuvalt töörõhust.
Kui kompressori ajam on elektriline, kasutatakse muudetava pooluste arvuga
elektrimootorit. Elektriajami puhul on see meetod väga harva kasutusel.
2.3.2.5 Õhu
sissevoolu piiramine.
Reguleerimine toimub õhu sissevoolu piiramise teel. Meetodit kasutatakse
eeskätt kolb- ja turbokompressorite kasutamise korral.
2.3.3
Automaatne reguleerimine
Antud reguleerimise korral on kompressor ühes olekus kahest: töötab
täiskoormusel või on väljalülitatud. Rõhu tõustes väärtuseni pmax, lülitatakse
kompressor välja, sisselülitumine toimub rõhu langemisel väärtuseni pmin.
Väärtused pmax ja pmin on etteantavad reguleerimisseadmelt ning need määravad
ära sisse- ja väljalülitamissageduse. Selleks et see sagedus püsiks lubatud piires
on kindlasti tarvilik suruõhureservuaar (sele 17).
Sele 17 - Automaatne reguleerimine
18
2.4 Kompressori jahutus.
Õhu kokkusurumisel tekib kompressoris soojus, mis tuleb eemale juhtida.
Millist meetodit on selleks otstarbekas kasutada, sõltub konkreetsest olukorrast.
Väiksemate kompressorite kasutamisel
piisab loomulikust õhkjahutusest.
Võimsamate kompressorite kasutamisel on vajalik sundjahutus, näiteks
ventilaatori abil (sele 18).
Sele 18 - Kompressori õhk ja vedelikjahutus
Kui on tegemist kompressorjaamaga, mille võimsus on üle 30 kW, on vajalik
vesijahutus. Kompressori korralik jahutus tagab kompressori pikema tööea ja
kvaliteetsema (jahedama) suruõhu.
2.5 Kompressoriruum
Kompressor tuleks paigutada suletud heliisolatsiooniga ruumi, mis on hea
ventilatsiooniga. Samuti tuleks jälgida, et kompressorisse juhitav õhk oleks
võimalikult jahe, tolmuvaba ja kuiv.
19
2.6 Suruõhu reservuaar
Suruõhu reservuaari ülesandeks on vähendada rõhu kõikumisi
pneumotorustikus. Tänu reservuaari pinnale toimub ka suruõhu eelnev
jahtumine, mille tulemusena eraldub suruõhust osa niiskusest.
2.6.1 Suruõhu reservuaari ehitus
Suruõhu reservuaari ehitus ja komponendid on esitatud selel 19.
Sele 19 - Suruõhu reservuaari ehitus
2.6.2 Suruõhureservuaari ruumala määramine
Suruõhureservuaari ruumala määravad kompressori tootlikkus, õhu kulu
pneumotorustikus (kas on laiendatav?), lubatud rõhu kõikumised
pneumotorustikus.
Näide: Suruõhu reservuaari ruumala leidmine kompressori tootlikkuse
automaatsel reguleerimisel
Ülesande lahendamiseks saab kasutada nomogrammi (sele 20).
Kompressori tootlikkus Q=20Nm3/h,
käivituste arv tunnis z=20/h,
lubatav rõhu kõikumine ∆p=100kPa,
reservuaari ruumala VB=15 m3.
20
Sele 20 – Suruõhu reservuaari ruumala leidmine
21
3 Suruõhu jaotamine
3.1 Pneumotorustiku läbimõõdu määramine
Tänu üha laienevale mehhaniseerimisele ja automatiseerimisele
laieneb tööstusettevõtete suruõhu tarve pidevalt. Selleks et juhtida suruõhk seadmeteni,
kasutatakse pneumotorustikku, mille abil juhitakse suruõhk kompressorist
seadmeteni.
Torustiku läbimõõt tuleks valida selline, et
rõhulang suruõhureservuaari ja
tarbija vahel ei oleks suurem kui 10 kPa. Suurem rõhulang vähendab tunduvalt
süsteemi efektiivsust. Pneumotorustiku ja kompressori parameetrite valikul on
kasulik arvesse võtta ka edaspidist laiendamisvõimalust, kuna pneumotorustiku
ümberehitamine võib minna küllaltki kulukaks.
Pneumotorustiku ehitamiseks ei tuleks kasutada juhuslike mõõtmetega torusid
või rakendada nn. rusikareeglit, vaid pneumotorustiku läbimõõtu tuleb määrata
sõltuvalt:
*
läbivoolava õhu hulgast,
* pneumotorustiku
pikkusest,
* lubatavast
rõhulangust,
* kasutatavast
töörõhust,
*
torustikus olevate õhu liikumist takistavate elementide hulgast.
Üldjuhul kasutatakse selleks katselisel teel saadud väärtusi. Antud ülesande
lahendamiseks on otstarbekas kasutada nomogramim (sele 21), mille abil saab
kiiresti määrata pneumotorustiku vajalikku siseläbimõõtu.
Näide
Ettevõttele vajalik suruõhu kogus on Q=4Nm3/min (240Nm3/h). Tarbimise
kasvuks planeeritakse kolme aasta jooksul 300%. Vajalik õhu kogus suureneks
seega 12Nm3/min (720Nm3/h) võrra. Kokku oleks õhu tarve seega 16Nm3/min
(960Nm3/h).
Pneumotorustiku
pikkuseks oleks 280m, mis sisaldab:
- 6 T- liidet,
- 5 L- liidet,
- 1 sulgurventiil.
Lubatav rõhu langus ∆p=10kPa.
Töörõhk on 800kPa.
22
Sele 21 – Pneumotorustiku
siseläbimõõdu leidmine
Kasutades nomogrammi (sele 21) saame pneumotorustiku siseläbimõõduks
esimeses lähenduses d=90mm.
Järgnevalt tuleb meil arvesse võtta õhu liikumist takistavaid elemente.
Kasutades nomogrammi (sele 22), leiame nendele komponentidele vastavad
ekvivalentpikkused:
1. Läbivventiil;
2. Nurkventiil;
3.
Hargnemine (T-
liide );
4. Sulgurventiil;
5. Nurgik (L- liide).
23
Tulemuseks saame:
6 T- liidet (90 mm)
6×10,5m = 63m
1 Sulgurventiil ( 90 mm)
=
32m
5 L- liidet 5× 1m
=
5m
ekvivalentpikkus
kokku
100m
torustiku
pikkus
280m
ekvivalentpikkus
kokku
100m
kokku
380m
Võttes arvesse ka lisakomponentide poolt lisanduvat ekvivalentpikkust, saame
nomogrammi selel 21 abil pneumotorustiku siseläbimõõduks 95 mm.
24
Sele 22 – Ekvivalentpikkuste leidmine
3.2 Pneumotorustiku paigaldamine
Lisaks pneumotorustiku õige läbimõõdu valikule on oluline ka pneumotorustiku
õige paigaldamine. Selleks, et pneumotorustiku seisukorda oleks võimalik
regulaarselt kontrollida, tuleks vältida torustiku paigaldamist halvasti
ligipääsetavatesse
kohtadesse või müürida torustik seina sisse. Selline paigaldus
25
raskendab oluliselt suruõhu lekkekohtade avastamist ja kõrvaldamist, kuid isegi
minimaalsed lekked pneumotorustikus põhjustavad märgatavaid rõhulangusi
torustikus.
Pneumotorustik paigaldatakse nii, et tekkiks langus 1-2% õhu liikumise suunas.
Väljavõtted
horisontaalselt paiknevast torustikust tehakse alati torustiku
ülemiselt poolelt, et vältida vee sattumist jaotuslõdvikutesse. Vee
eemaldamiseks pneumotorustikust on vajalikud kraanid (sele 23).
Sele 23- Pneumotorustiku paigaldamine
3.2.1 Pneumotorustike topoloogia.
Konstruktsioonilt lihtsam on lihtjaotusega pneumotorustik (sele 24).
Sele 24 - Lihtjaotusega pneumotorustik
26
Enamasti kasutatakse ringjaotusega pneumotorustikku. Sellise suruõhu
jaotarnise korral saavutatakse isegi küllalt suure õhu tarbimise korral torustikus
ühtlane rõhk, kuna suruõhk juhitakse tarbijani kahest suunast samaaegselt (sele
25).
Sele 25 - Ringjaotusega pneumotorustik
Võrkjaotusega pneumotorustik on üks ringtorustiku variante. Paigutades
torustikku sobivalt sulgurventiile, on võimalik osa torustikust välja lülitada, mis
kergendab lekete otsimist torustikus (sele 26).
Sele 26 - Võrkjaotusega pneumotorustik
3.2.2 Pneumotorustike materjalid
Torustike ehitamisel kasutatakse põhiliselt järgmisi materjale:
27
vask,
süsinikteras,
messing , tsingitud
teras,
roostevaba teras, plastmassid.
Peamised materjalile esitatavad nõuded on:
* kerge paigaldatavus,
*
korrosioonikindlus ,
* majanduslik
odavus .
Statsionaarsetes pneumotorustikes on parimateks
torude liitmise moodusteks
keevitamine ja
jootmine . Keevisliited on odavad ja õhutihedad. Nende liidete
halvaks omaduseks on see, et keevitamise käigus tekib jääke, mida tuleb enne
torustiku kasutuselevõtmist sealt eemaldada. Samuti tekib keevisliitel roostet,
mille kõrvaldamiseks suruõhust tuleb enne tarbijat lülitada täiendav filter.
Tsingitud torude puhul kerkib samuti korrosiooni probleem ning sellised
torustikud ei ole keermesliidete tõttu oluliselt korrosioonikindlamad. Ka ei ole
keermesliited täiesti hermeetilised ja vajavad seetõttu pidevat
hooldust .
Suruõhu
juhtimiseks torustikust seadmesse kasutatakse kas kummi- või
plastmassvoolikuid.
Kummivoolikud on kasutusel juhtudel, kus on tegemist kõrgendatud
mehaaniliste nõuetega, kuid nende maksumus on kõrgem kui
plastmassvoolikutel. Tänapäeval on rohkesti kasutusel
polüetüleen - ja
poluretaanvoolikud, mis on odavad ja mida on kiirliidete abil lihtne monteerida.
4 Suruõhu ettevalmistus
4.1 Niiskuse kõrvaldamine
Praktika on näidanud, et suruõhu kvaliteedile tuleb pöörata erilist tähelepanu.
Igasugused lisandid suruõhus, nagu tolmu- ja roosteosakesed, õli ja niiskus
põhjustavad enamikel juhtudel suruõhusüsteemide töös tõsiseid
häireid või isegi
komponentide rikkeid.
Kondensvesi eraldub küll suruõhu jahutamisel peale kompressorit, kuid siiski
toimub suruõhu lõplik puhastamine ja vee täiendav eemaldamine enne tarbijat.
Eriti oluline on suruõhus sisalduva vee kõrvaldamine.
Veeaur satub pneumotorustikku koos välisõhuga kompressori kaudu, ning selle
kogus sõltub õhu suhtelisest niiskusest, mis omakorda sõltub ilmastikust ja
välistemperatuurist.
28
Õhu absoluutne niiskus näitab vee kogust, mis sisaldub l Nm3 õhus.
Küllastuspiir näitab vee kogust, mis maksimaalselt võib sisalduda 1 Nm3 õhus
antud temperatuuril.
Õhu suhteline niiskus näitab, milline on õhus sisalduv vee kogus suhtena
küllastuspiiri. Suhtelise niiskuse määr saab seega olla maksimaalselt 100%.
Selel 27 on esitatud kastepunkti sõltuvus temperatuurist.
Suhteline niiskus =(absoluutne niiskus / küllastuspiir) × 100%
Niiskuse eemaldamiseks kasutatakse:
* absorptsioonkuivatust;
* adsorptsioonkuivatust;
* suruõhu
jahutamist.
Sele 27 – Kastepunkti sõltuvus temperatuurist
29
4.1.1 Absorptsioonkuivatus
Absorptsioonkuivatuse puhul on tegemist puhtalt keemilise protsessiga. Suruõhk
juhitakse läbi kuivatusaine kihtide, kus õhus sisalduv vesi seotakse keemiliselt ja
eemaldatakse juba vee ja kuivatusaine seosena. Tekkinud seost tuleb kuivatist
aeg ajalt eemaldada kas automaatselt või käsitsi. Kuivatusainet tuleb kuivatisse
aeg ajalt lisada (umbes 2-4 korda aastas)
(sele 28).
Samaaegselt eralduvad õhust ka õlijäägid, mille suuremad kogused põhjustavad
kuivati töös häireid. Seega kui õhk sisaldab õli suuremates
kogustes on vajalik
kuivati ette asetada veel täiendav õlipüüdja.
Sele 28 - Absorptsioonkuivati
Absorptsioonkuivati omadused:
- ei vaja hooldust,
- minimaalne
mehaaniline kulumine , kuna puuduvad liikuvad osad,
- ei vaja täiendavat energiat.
30
4.1.2 Adsorptsioonkuivatus
Adsorptsioonkuivatuse puhul on tegemist puht füüsikalise protsessiga.
Kuivatusainena kasutatakse 100% pliidioksiidi terakesi, mida tuntakse enam
nime '
geel ' all.
Geeli ülesandeks on siduda õhus sisalduv vesi ja veeaur. Niiske õhk juhitakse
läbi geeli terakeste massi, mille tulemusel seotakse niiskus. Kuivatusaine
imamisvõime on aga piiratud. Selleks, et taastada aine imamisvõimet, juhitakse
kuivatist läbi sooja õhku. Samuti võib kuivatusaine kuumutamiseks kasutada
elektrisoendust (sele 29).
Kasutades paralleelselt kahte kuivatit, saab ühte neist samaaegselt teise
töötamisega regenereerida.
Sele 29 - Adsorptsioonkuivati
4.1.3 Õhu jahutamine
Antud kuivatamismeetod põhineb kastepunkti alandmisel. Kastepunkt on
temperatuur, milleni tuleb õhku jahutada, et õhus sisalduv niiskus
kondenseeruks.
Kuivatatav õhk jahutatakse eelnevalt õhk-õhk tüüpi soojusvahetis, mille järel
eemaldatakse
kondensaat . Edasi jahutatakse õhku veelgi, mille järel jällegi
31
eemaldatakse kondensaat. Vajadusel võib õhu puhastamiseks mehaanilistest
osakestest kasutada täiendavat peenfiltrit (sele 30).
Sele 30 - Suruõhu
kuivatamine jahutamisega
4.2 Suruõhu töötlemine vahetult enne tarbijat
4.2.1
Õhufilter Õhufiltri ülesandeks on õhust tahkete osakeste ja vee eemaldamine. Sisenev õhk
juhitakse filteranumasse (sele 31) nii, et juhtplaadi (1) abil tekiks õhujoa pöörlev
liikumine. Sel moel, tänu tsentrifugaaljõule, paisatakse vedeliku piisad ja
tahked osakesed vastu filteranuma seinu ja nad valguvad anuma (2) põhja. Anumasse
kogunenud vesi (4) tuleb eemaldada enne, kui selle tase ulatub juhtplaadini.
Vastasel juhul liigub see edasi torustikku. Väiksemate mehaaniliste osakeste
eemaldamiseks kasutatakse vahetatavat filterelementi (3). Kuna aja jooksul
filterelement ummistub, tuleb seda aeg ajalt pesta või välja vahetada.
Normaalelemendi puhastusaste on 30-70 µm, peenpuhastuse korral maks. 3 µm.
Juhul, kui anumasse koguneb palju vett, on
soovitav käsitsitühjendamise asemel
kasutada automaatset tühjendamist (sele 32).
32
Sele 31 - Õhufilter
4.2.2 Automaatne vee
eemaldaja .
Anumasse kogunenud vesi valgub kanali (6) kaudu tihendusrõngaste (1) ja (2)
vahelisse ruumi.
Vee kogunedes tõuseb
ujuk (3) üles. Teatud tasemel avaneb
klapp (7), mille tagajärjel lükkab suruõhk
siibri (5) paremale, avades veele
väljavoolu. Klapi (7) sulgedes toimub düüsi (4) kaudu õhu aeglane
väljavool võimaldades siibril (5) liikuda
sujuvalt algasendisse (sele 32).
Sele 32 - Automaatne vee eemaldaja
4.2.3
Rõhuregulaator 4.2.3.1 Õhu väljalaskega rõhuregulaator
Rõhuregulaatori ülesandeks on hoida töörõhk konstantne sõltumatult tarbitavast
õhu vooluhulgast ja rõhust pneumotorustikus. Rõhu reguleerimine toimub
membraani (1) abil, millele ühelt poolt mõjub töörõhk ja
teiselt poolt kruviga (3)
reguleeritav vedru.
Töörõhu tõustes liigub
membraan alla ja klapi (4) läbivool kas väheneb või
sulgub klapp täielikult. Töörõhu vähenedes klapp jällegi avaneb. Rõhu tõustes
ülemäära suureks liigub membraan veelgi alla, avades õhule väljapääsu.
33
Sele 33 - Õhu väljalaskega rõhuregulaator
4.2.3.1 Õhu väljalasketa rõhuregulaator
Toodetakse ka rõhuregulaatoreid, kus puudub õhu väljalaske võimalus.
Reguleerimine toimub analoogiliselt eelmisele regulaatorile.
Sele 34 - Õhu väljalasketa rõhuregulaator
34
4.2.4 Õliti
Õliti ülesandeks on lisada õhule õli. Õli imetakse õlianumast tänu õlitist
läbivoolavale õhule. Samas õli pihustatakse ja see seguneb läbivoolava õhuga.
Õliti kasutamisel tuleb jälgida, et õlitist läbivoolava õhu
voolukiirus oleks
piisavalt suur. Vastasel korral ei funktsioneeri õliti normaalselt.
Õhk liigub läbi õliti (sele 35) sissevooluavast (1) väljavooluavasse (2).
Reguleerimiskruvi abil reguleeritakse düüsi kaudu anumasse (5) juhitava õhu
kogust. Anumas (5) oleva rõhu ja düüsis oleva alarõhu toimel voolab õli läbi
toru (4) üles ja tilgub ruumi (3). Õli seguneb õhuga ja liigub kanali kaudu
väljavoolu avasse (2).
Sele 35 - Õliti
4.3 Suruõhu ettevalmistamise plokk
Praktikas ühendatakse suruõhu ettevalmistusseadmed ühte plokki, mida
nimetatakse õhu ettevalmistamise plokiks (sele 36).
Õhu ettevalmistamise ploki moodustavad:
* õhufilter,
* rõhuregulaator,
35
* õliti
(vajadusel).
Sele 36 - Õhu ettevalmistamise plokk
Õhu ettevalmistamise ploki kasutamisel tuleb arvestada järgmiseid tegureid:
1.
Seadme mõõtmed määravad ära läbivoolava õhu
vooluhulga . Läbivoolu
suurenedes suureneb ka rõhu langus
seadmes . Seetõttu tuleb õhu
ettevalmistamise seadmete valikul tähelepanelikuit jälgida tootja poolt etteantud
väärtusi.
2.
Töörõhk ei tohi olla kunagi kõrgem kui tootja poolt seadmele etteantud
maksimaalne töörõhk. Samuti ei tohi ümbritseva keskkonna temperatuur olla
kõrgem kui 323 K (50°C), mis on plastikdetailidele lubatud kõrgeim
töötemperatuur.
36
Sele 37 - Õhu ettevalmistamise ploki tingmärgid
4.3.1 Rõhu langus õhu ettevalmistusseadmetes.
Kõik õhu ettevalmistusseadmed takistavad õhu läbivoolu tekitades sellega rõhu
languse, mis sõltub läbivoolava õhu kogusest ja töörõhust. Rõhu languse
erinevatel töörõhkudel ja läbivoolava õhu kogusel ½”
liidetega õhu
ettevalmistusseadmele saab kasutada nomogrammi selel 38.
Õhu ettevalmistusseadme valikul tuleb olla tähelepanelik! Dimensioneerimisel
tuleb arvesse võtta maksimaalset hetkelist õhu läbivooluhulka, juhul kui peale
õhu ettevalmistusseadet ei ole paigaldatud suruõhu mahutit.
Näide:
Kui läbivoolava õhu hulk on 1,8Nm3/h, töörõhk p1=600kPa, tekib seadmes rõhu
langus ∆p=50kPa.
37
Sele 38 – ½” liidetega õhu ettevalmistusseadmes tekkiva rõhu languse leidmine
5 Pneumaatilised täiturid
5.1 Lineaarliikumisega täiturid (pneumosilindrid)
Kasutatakse lineaarliikumise saamiseks mehaanilistes süsteemides.
5.1.1 Ühepoolse toimega silindrid
Ühepoolse toimega silindri puhul juhitakse suruõhku ainult ühele poole kolbi.
Sellised silindrid on kasutusel juhtudel, kui on tarvis sooritada tööliikumist
ainult ühes suunas. Kolvi tagasiliikumine toimub silindrisse sisseehitatud vedru
mõjul (sele 39).
Tagastusvedru jõud on arvestatud selline, et tagada piisavalt kiire kolvi
tagasiliikumine. Ühepoolse toimega silindritel on kolvi
liikumisulatus piiratud
38
tagastusvedru pikkusega ja ei ole üldjuhul suurem kui 100 mm. Seda tüüpi
silindreid kasutatakse lukustamiseks, kinnitamiseks, kokkusurumiseks,
tõukamiseks, tõstmiseks, detailide etteandmiseks, jne.
Sele 39 - Ühepoolse toimega
silinder Kasutusel on kahte tüüpi ühepoolse toimega silindreid. Parempoolsel pildil (sele
40) on kujutatud silindri tingmärk, kus tööliikumine toimub vedru mõjul, kolvi
tagasiviimine lähteasendisse toimub aga suruõhu mõjul. Selliseid silindreid
kasutatakse siis, kui on olemas suruõhu kadumise oht (autode- ja rongide
suruõhuga töötavad
pidurid ).
Sele 40 - Ühepoolse toimega silindrid
Membraansilindrites asendab kolbi kas kummi-, plastik- või terasmembraan.
Kolvivars on kinnitatud membraani keskele. Sellistes silindrites ei teki liuguvat
tihendust, tekib ainult membraani deformatsioonist tekkiv
elastsusjõud (sele 41).
39
Sele 41 - Membraansilinder
5.1.2 Kahepoolse toimega silindrid
Kolvi liikumine silindris toimub suruõhuga mõlemas suunas, nii
miinus - kui ka
plusssuunas. Kahepoolse toimega silindrid on kasutusel juhul kui on vajalik
sooritada
kasulikku tööd mõlemas suunas. Kolvi liikumisulatus on
kahetoimelisel
silindril praktiliselt piiramatu, kuid see peab olema selline, et
silinder säilitaks jäikuse (sele 42).
Sele 42 - Kahepoolse toimega silinder
40
Kui silindrit kasutatakse suurte masside liigutamiseks, siis kasutatakse löökide ja
purunemiste vältimiseks silindrisse sisseehitatud amortisaatoreid. Kui kolb on
jõudnud piirasendi lähedale, sulgeb amortisaatori kolb väljavoolavale õhule
otseväljavoolu ning õhk pääseb välja läbi drosseli. Seetõttu liigub kolb
piirasendisse aeglustusega. Enamikel juhtudel on aeglustus reguleeritav. Silindri
teisesuunalisel liikumisel pääseb õhk kolvi taha otse läbi möödavooluklapi (sele
43 ja 44).
Sele 43 - Mõlemapoolse amortisaatoriga varustatud pneumosilinder
Sele 44 - Amortisaatoritega pneumosilindrite tingmärgid
5.1.3 Erikonstruktsiooniga kahepoolsed silindrid
5.1.3.1 Läbiva kolvivarrega pneumosilinder
41
Seda tüüpi silindrites läbib kolvivars kolvi ja väljub mõlemast silindri otsast.
Tänu kolvivarre kahele liugjuhikule on kolvivarre liikumine täpsem. Samuti
taluvad need silindrid ka
suuremaid kolvivarrega risti mõjuvaid
koormusi (sele
45).
Sele 45 - Läbiva kolvivarrega pneumosilinder
5 1.3.2
Tandemsilinder Tandemsilinder koosneb kahest järjestikku paigutatud ja omavahel mehaaniliselt
seotud silindrist. Sellise konstruktsiooni puhul kolbide poolt arendatavad jõud
summeeruvad (sele 46).
Seda tüüpi silindreid kasutatakse kohtades, kus vajatakse suuri jõude, kuid kus
seadme konstruktsioon ei võimalda kasutada suurema läbimõõduga silindrit.
Sele 46 - Tandemsilinder
42
5.1.3.3 Mitmepositsioon-silinder
Mitmepositsioon-silinder koosneb omavahel seotud kahest tavalisest
pneumosilindrist. Kuna silindrite juhtimine toimub kummalgi silindril eraldi,
võimaldab selline konstruktsioon positsioneerida tööorganit neljas
erinevas asendis, mis on ära määratud kolbide liikumisulatusega (sele 47).
Sele 47 – Mitmepositsioon-silinder
5.1.3.4 Lööksilinder
Normaalsilindri poolt arendatav jõud ja liikumisenergia on mõningates
kasutusvaldkondades ebapiisavad. Sellisteks juhtudeks sobib lööksilinder, mis
võimaldab saavutada suurt liikumisenergiat kolvi liikumiskiiruse suurendamise
teel (sele 48).
E=m×v2/2, kus
m ⇒ mass (kg) ja
v ⇒ liikumiskiirus (m/s)
Lööksilindri kolvi liikumiskiirus ulatub 7,5-10m/s (normaalsilindril ligikaudu 1-
2m/s)
Seda tüüpi silindreid kasutatakse stantsimisel, neetimisel jne.
43
Lööksilindri poolt arendatav löögienergia on silindri mõõtmeid arvestades suur,
sõltuvalt kolvi läbimõõdust 25–500Nm.
NB!
Kui operatsiooni teostamiseks vajalik liikumisulatus on suur, langeb kolvi
liikumiskiirus järsult, samuti ka tema liikumisenergia. Sellistel juhtudel ei ole
lööksilindri kasutamine võimalik.
Sele 48 - Lööksilinder
Lööksilindri tööpõhimõte (sele 48):
Lähteasendis mõjub suruõhk kolvile nii silindri A kui ka B poolelt. Kolvi
liigutamiseks suunas Z juhitakse pneumojaotiga suruõhk silindri B poolelt välja
jätkates suruõhu sissevoolu silindri A poolele. Kui pinnale C mõjuv jõud ületab
kolvi B poolelt mõjuva jõu, liigub kolb suunas Z. Selle tulemusel suureneb
järsult suruõhu poolt mõjutatav pindala, suureneb jõud ja kolvi liikumine
kiireneb hetkeliselt.
5.1.3.5 Kolvivarreta silindrid
Trosssilinder on põhimõtteliselt kahepoolse toimega silinder, mille kolvi külge
on mõlemalt poolt üle pöörlevate rullikute kinnitatud tross, mis on jäigalt seotud
väljaspool silindrit paikneva liuguriga (sele 49).
44
Sele 49 - Trosssilinder
Kasutatakse ka kolvivarreta silindreid, kus kolb ja liugur on omavahel
mehaaniliselt seotud, silindri ja kolvi vaheline
tihendamine toimub
erikonstruktsiooniga
tihendi abil (sele 50).
Sele 50
- Erikonstruktsiooniga tihendiga pneumosilinder
Kolvivarreta silindrites kasutatakse kolvi ja tööorgani sidumiseks ka
magnetvälja, mis tekitatakse kasutades püsimagneteid (sele 51).
45
Sele 51 - Püsimagnetitega pneumosilinder
Neid silindreid kasutatakse juhtudel, kui vajatakse konstruktsiooni väikesi
mõõtmeid nt. uste avamismehhanismides Kolvivarreta silindrid võimaldavad
realiseerida
pikki liikumisi, säästes samaaegselt ruumi.
5.2 Pöördliikumisega täiturid
5.2.1 Pöördsilindrid
Antud kahepoolse toimega silindri (sele 52) kasutatakse pöörleva liikumise
saamiseks hammaslatti. Standardsed pöördenurgad on 45°, 90°, 180°, 270°,
720°. Pöördenurka saab reguleerida ka reguleerimiskruvide abil.
Silindri
pöördemoment sõltub kasutatavast töörõhust, kolvi pindalast ja
ülekandesuhtest.
46
Sele
52 - Hammaslatiga pöördsilinder
Labaga pöördsilindris asendab kolbi
laba , mille pöörlemissuund sõltub sellest,
kummale poole laba suruõhku juhitakse. Saavutatavad pöördenurgad on kuni
270° (sele 53).
Sele 53 - Labaga pöördsilinder
5.2.2
Suruõhumootorid Erinevalt pöördsilindritest ei ole suruõhumootoritel pöördenurga piirangut. Oma
konstruktsioonilt jaotatakse suruõhumootorid järgnevalt:
* kolbmootorid,
* tiivikmootorid,
* hammasratasmootorid,
* turbiinid.
5.2.2.1 Kolbmootorid
47
Kolbmootoreid jaotatakse radiaal- (sele 54) ja aksiaalkolbmootoriteks
(sele 55). Suruõhuga pannakse liikuma
kolvid , millede liikumine muudetakse
ülekandemehhanismi abil pöörlevaks liikumiseks. Mootori sujuva töö
tagamiseks kasutatakse mitut pneumosilindrit. Selliste mootorite
parameetrid on
otseses sõltuvuses töörõhust, silindrite arvust, kolvi pindalast jne. Sellist tüüpi
suruõhumootorid on kas päripäeva või vastupäeva pöörlemisega. Maksimaalne
pöörlemissagedus ulatub kuni 5000min-1 ja võimsus nominaalkoormusel kuni
l,5-19kW.
Sele 54 -
Radiaalmootor Sele 55 - Aksiaalmootor
5.2.2.2 Tiivikmootorid
48
Tiivikmootorid (sele 56)
on oma ehituselt lihtsa konstruktsiooniga ja kerge
kaaluga. Seetõttu on nad leidnud laialdast kasutamist. Oma tööpõhimõttelt on
nad sarnased tiivikkompressorile ja on kergesti reverseeritavad. Nende
mootorite pöörlemissagedus on 3000-5000min-1 ja arendatav võimsus on 0,1-
17kW.
Sele 56 - Tiivikmootor
5.2.2.3 Hammasratasmootorid
Seda tüüpi mootorites tekitatakse pöördemoment suruõhu suunamisel vastu
hammasratta hambaid Teine
hammasratas on kinnitatud mootori teljele. Selliste
mootorite maksimaalvõimsus on kuni 44kW, pöörlemissuund on reverseeritav.
5.2.2.4 Turbiinid
Turbiinmootoreid saab kasutada väikestel võimsustel, kuid nende
pöörlemissagedus on suur (näiteks hambapuuridel kuni 500000 min-1).
Turbiinmootorite ehitus on sarnane turbiinkompressoritele.
5.2.2.5 Suruõhumootorite omadused:
* pöörlemissageduse ja pöördemomendi
sujuv reguleerimine,
* väikesed mõõtmed,
* ei ole tundlikud ülekoormusele,
* võimalik kasutada tolmustes, niisketes tingimustes, samuti
laias 49
temperatuuride vahemikus,
* ei ole plahvatusohtlikud,
* suur pöörlemissageduse diapasoon,
* lihtne hooldus,
* lihtne pöörlemissuuna muutmine.
5.3 Pneumosilindrite mõõtmete määramine
5.3.1 Jõudude leidmine
Pneumosilindri poolt arendatav jõud sõltub töörõhust, kolvi läbimõõdust ja
tihendite poolt põhjustatud hõõrdejõust.
Pneumosilindri poolt arendatava teoreetilise jõu suuruse saab leida kasutades
valemit:
Fteor= A×p , kus
Fteor
silindri poolt arendatav teoreetiline jõud
N ,
A kolvi
pindala m2 ,
p
kasutatav töörõhk kpa .
Praktikas arvestatakse silindri poolt arendatavat tegelikku jõudu, mille leidmisel
võetakse arvesse ka hõõrdejõudu. Normaaltingimustes (töörõhk 400-800 kPa)
arvestatakse hõõrdejõu väärtuseks ligikaudu 3-20% silindri poolt arendatavast
teoreetilisest jõust.
Ühepoolse toimega silindri tegelik arendatav jõud:
Fn= A×p – (Fh+Fv) .
Kahepoolse toimega silindri tegelik arendatav jõud:
kolvivarre väljaliikumisel (plusssuunalisel liikumisel)
Fn= A×p – Fh ,
Kolvivarre sisseliikumisel (miinussuunaliset liikumisel)
Fn=A’×p-Fh , kus
Fn
silindri poolt arendatav jõud N
A kolvi
pindala
π×D2/4 m2
A’
kolvi kolvivarrepoolne pindala (D2-d2)×π/4 m2
p töörõhk kPa
Fh
hõõrdejõud 3-20% Fteor N
Fv vedru
jõud
N
50
D kolvi
läbimõõt m
d kolvivarre
läbimõõt m
Näide:
Fn =?
D =50mm
d =12mm
A =19,625cm2
A’ =18,5cm2
Fh =10%
Fteor
p =600kPa=6105N/m2
Kolvi pindala arvutamine:
A=D2×π/4=50×10-3m×50×10-3m×π/4=19,625×10-4m2
=(19,625cm2).
Kolvi kolvivarrepoolse pindala arvutamine:
A’=(D2-d2)×π/4=(25×10-4m2-1,44×10-4m2)×π/4=18,5×10-4m2
=(18,5cm2).
Tegeliku plusssuunalise jõu arvutamine:
Fteor=A×p=19,625x10-4m2×6×105N/m2= 1178N ,
Fh=10% Fteor≈118N ,
Fn=Fteor-Fh=1178N-118N=1060N .
Tegeliku miinussuunalise jõu arvutamine:
Fteor=A'×p=18,5×10-4m2×6×105N/m2=1110N ,
Fh=10% Fteor≈118N
Fn=Fteor-Fh=1110N-111N=999N
Kolvi poolt arendatava jõu leidmiseks on sobilik kasutada ka nomogrammi selel
57.
51
Sele 57 - Kolvi poolt arendatava jõu leidmine
5.3.2 Kolvi liikumisulatus
Pneumosilindrite kolvi liikumisulatus ei ületa üldjuhul 2000mm (kolvivarrega
silindrite kasutamisel). Suurte silindri läbimõõtude ja kolvi liikumisulatuste
korral ei ole tänu suurele suruõhu tarbimisele pneumosilindrite kasutamine
majanduslikult otstarbekas. Suurtel liikumisulatustel võivad kolvivarrele ja tema
juhikutele mõjuvad koormused osutuda liialt suurteks. Selleks et vähendada
suurtel liikumisulatustel kolvivarre läbipaindumist, tuleb pneumosilindri valikul
arvesse võtta ka pneumosilindri kolvivarre läbimõõtu. Vastava valiku
tegemiseks on sobilik
nomogramm (sele 58)
.
Juhul kui teile ei sobi jõudude põhjal arvutatud silinder, kuna vastava
läbimõõduga silindri kolvivars ei ole piisava jäikusega, tuleb valida suurem
pneumosilinder, mille kolvivarre läbimõõt oleks piisav.
52
Sele 58
- Kolvivarre läbimõõdu leidmine
5.3.3 Kolvi liikumiskiirus
Kolvi liikumiskiiruse määravad ära koormus, töörõhk,
pneumojaoti ja silindri
vaheliste lõdvikute pikkus, liidete mõõde ning kasutatava pneumojaoti läbivoolu
takistus. Samuti mõjutavad kolvi liikumiskiirust kolvi
amortisaatorid . Silindrile
vajaliku pneumojaoti ja lõdvikute leidmiseks saab kasutada nomogrammi (sele
59).
Standardsilindrite kolvi liikumiskiirus on 0,1-1,5m/s. Lööksilindritel ulatub see
kuni 10m/s. Kolvi liikumiskiirust on võimalik vähendada drosselite abil ja
suurendada kasutades kiirväljalaskeklappe.
53
Sele 59 - Pneumojaoti ja lõdvikute valimine
5.3.4 Seadme tööks vajaliku õhu vooluhulga leidmine
Planeerides seadme tööks vajalikku õhu vooluhulka on tähtis teada silindrite
poolt tarbitavat õhuvoolu. Kui on teada töörõhk, kolvi läbimõõt ja
liikumisulatus, saab õhu kulu ühe liikumise jaoks arvutada valemiga:
54
Q = surveaste × kolvi pindala × liikumisulatus.
Surveaste p2/p1 leitakse kasutades valemit:
p2/p1=(101,3+ töörõhk (kPa)/101,3 (
merepinna kõrgusel).
Nomogramm (sele 60) võimaldab leida õhu kulu kiiremini ja lihtsamalt.
Nomogrammil toodud andmed vastavad enim kasutusel olevate mõõtmetega
silindritele ja on kasutatavad töörõhkudel vahemikus 200-1500 kPa. Õhu kulu Q
on antud Ndm3 /(cm liikumise kohta).
Kasutades õhu kulu leidmiseks arvutuslikke
meetodeid tuleb lähtuda
järgnevatest valemitest.
Ühepoolse toimega silindri kasutamisel
Q=s×n×[(D2×π)/4)]×surveaste (Ndm3/min) .
Kahepoolse toimega silindri kasutamisel
<×n×surveaste (Ndm3/min) .
Kus:
Q ⇒ õhukulu (Ndm3/min);
s ⇒ liikumisulatus (cm);
n ⇒ tsüklite arv/min.
Nomogrammi kasutamisel kasutatakse valemeid:
Q =s × n × q (Ndm3/min), ühepoolse toimega silindri puhul;
Q =2 × (s × n ×
q) (Ndm3/min), kahepoolse toimega silindri puhul.
q ⇒ nomogrammilt leitav õhu kulu liikumise 1cm kohta.
Õhu kulu leidmisel tuleb arvesse võtta ka nn “surnud ruumala” täitumiseks
vajalikku õhu kogust.
FESTO silindrite kasutamisel sobib selleks tabel 3.
Surnud
ruumala
Kolvi läbimõõt (mm)
Kolvi ees (cm3)
Kolvi taga (cm3)
12 1 0,5
16 1 1,2
25 5 6
55
35 10 13
50 16 19
70 27 31
100 80 88
140 128 150
200 425 448
250 2005 2337
Tabel 3. FESTO silindrite “surnud ruumala” leidmine.
Märkus : 1000cm3 = 1dm3
Sele 60 – Silindri tööks vajaliku õhu kulu leidmine
56
6 Pneumaatilised juhtimiskomponendid
6.1 Sissejuhatus
Pneumaatiliste täiturite rakendamiseks on vajalikud juhtimiskomponendid,
millede ülesandeks on vajalike juhtimissignaalide tekitamine, täiturite
liikumiskiiruse, suruõhu rõhu reguleerimine ja muude juhtimis-
operatsioonide täitmine pneumosüsteemides.
Juhtimiskomponendid on:
1. Pneumojaotid ehk suunaventiilid
2. Drosselid ehk vooluventiilid ehk kägiventiilid
3. Reduktsiooniklapid
4. Sulgurklapid
5. Taimerid
6. Rõhutundlikud elemendid
7. Sammjuhtimismoodulid
8. jne.
6.2 Pneumojaotid ehk suunaventiilid
Pneumojaotid on pneumokomponendid, mille abil muudetakse suruõhu
liikumisteekonda pneumotorustikes.
6.2.1 Pneumojaotite tingmärgid
Pneumoskeemides kujutatakse pneumojaoteid tingmärkidena, milles ei kajastu
pnumojaoti ehitus, vaid ainult nende poolt täidetav funktsioon.
Nullasendiks nimetatakse (nt.
vedruga tagastuval pneumojaotil) seda asendit,
milles paiknevad pneumojaoti liikuvad osad, kui pneumojaoti ei ole rakendunud
olekus.
Lähteasendiks nimetatakse asendit, millisesse liiguvad pneumojaoti liikuvad
osad, kui pneumoskeem, millesse ta on lülitatud, ühendatakse pneumovõrku ja
millest algab pneumoseadme
töötsükkel .
57
6.2.2 Pneumojaoti
avade tähistus
Selleks, et määratleda pneumojaoti avasid, kasutatakse järgnevaid avade
tähistussüsteeme:
58
Pneumojaoti tähistuses näitab esimene number pneumojaoti avade arvu
(väljaarvatud juhtimisavad) ja teine number pneumojaoti tööasendite arvu.
Näide:
3/2 pneumojaoti 3 ava
2 asendit
4/3 pneumojaoti 4 ava 3 asendit
6.2.3 Pneumojaotite juhtimist kajastavad tingmärgid
Juhtimisviisi poolest eristatakse:
Pideva juhtimisega. Pneumojaoti on rakendunud asendis nii kaua kuni kestab
juhttoime: kas manuaalne, pedaaliga, mehaaniline, pneumaatiline, elektriline
(lülitus lähteasendisse toimub kas manuaalselt või vedruga).
Neid pneumojaoteid nimetatakse ka monostabiilseteks.
Impulssjuhtimisega. Pneumojaoti viimiseks uude asendisse mõjutatakse jaotit
juhtsignaaliga suhteliselt lühikese aja vältel (impulsiga). Peale juhtsignaali
lõppemist jääb
jaoti uude asendisse. Pneumojaoti muudab oma asendit alles uue
juhtimissignaali toimel. Neid pneumojaoteid nimetatakse ka bistabiilseteks.
Kokkuvõte pneumojaotite tingmärkidest:
59
6.2.3 Pneumojaotite juhtimismeetodeid näitavad tingmärgid:
60
6.2.4 Pneumojaotite konstruktsioone.
Pneumojaoti konstruktsioon määrab ära pneumojaoti tööea, tema juhtimise,
liidete konstruktsiooni ja mõõtmed. Kuigi pneumojaotite konstruktsioon areneb
pidevalt on praegu laiemalt kasutusel järgmist tüüpi pneumojaotid.
1.
Klappjaotid:
- kuulklapiga,
61
- plaatklapiga.
2.
Siiberjaotid : -
kolviga,
-
plaadiga,
-
pöördsiibriga
jaotid.
6.2.4.1 Klappjaotid
Antud pneumojaotites toimub õhu liikumissuuna muutmine avatava ja suletava
kuulklapi või plaadi toimel. Klapi tihendamine toimub üldjuhul elastsete
tihendite kasutamisega. Seda tüüpi pneumojaotites on suhteliselt vähe liikuvaid
detaile, tänu millele on nende tööiga pikk, ning nad on suhteliselt tundetud
mehaanilistele lisanditele suruõhus.
Juhtimiseks vajalik jõud on suhteliselt suur, kuna pneumojaoti asendi
muutmiseks tuleb ületada sisseehitatud vedru ja juhitava õhuvoolu rõhust
tingitud jõud.
Kuulklapiga pneumojaotid on oma ehituselt lihtsad, väiksemõõtmelised ja
seetõttu ka odavad.
Sele 61 - Kuulklapiga 3/2 pneumojaoti (normaalselt suletud)
Lähteasendis (sele 61) surub vedru kuuli pesasse, vältides sellega suruõhu
läbivoolu
avast 1(P) tööavasse 2(A). Samal ajal on õhul vaba läbivool tööavast
2(A) väljavooluavasse 3(R). Juhttoimel avaneb kuulklapp, sulgedes samal ajal
õhu läbivoolu tööavast 2(A) väljavooluavasse 3(R), ning avades õhu läbivoolu
avast 1(P) tööavasse 2(A).
62
Sele 62-Taldrikklapiga 3/2 pneumojaoti (normaalselt suletud)
Analoogiliselt funktsioneerivad ka taldrikklapiga pneumojaotid
seledel 62 ja 63.
Antud pneumojaotite headeks omadusteks on hea ja lihtne
klappide tihendus .
Samuti on nende rakendumisaeg lühike ja vaatamata tõukuri lühikesele
liikumisulatusele ka hea õhu läbivoolavus. Analoogiliselt kuulklappidele ei ole
nad eriti tundlikud õhu puhtuse suhtes ning omavad pikka tööiga.
Antud pneumojaotid võivad olla kahte eri tüüpi: normaalselt suletud ja
normaalselt avatud.
Normaalselt suletud pneumojaoti puhul (sele 62) on juhttoime puudumisel
suruõhu läbivool tööavast 2(A) väljavooluavasse 3(R) avatud, õhu läbivool
sissevooluavast 1(P) tööavasse 2(A) aga suletud.
Juhttoimel sulgub suruõhu läbivool tööavast 2(A) väljavooluavasse 3(R) ja
avaneb õhu läbivool sissevooluavast 1(P) tööavasse 2(A) (sele 63).
63
Sele 63 - Taldrikklapiga normaalselt suletud 3/2 pneumojaoti rakendunud
asendis
Normaalselt avatud pneumojaoti puhul (sele 64) on juhttoime puudumisel õhu
läbivool sissevooluavast 1(P) tööavasse 2(A) avatud. Samal ajal on suletud õhu
läbivool tööavast 2(A) väljavooluavasse 3(R). Juhttoimel sulgub õhu läbivool
sissevooluavast 1(P) tööavasse 2(A) ja avaneb õhu läbivool tööavast 2(A)
väljavooluavasse 3(R).
Sele 64 - Taldrikklapiga normaalselt avatud 3/2 pneumojaoti
64
Kahepoolse toimega pneumosilindrite juhtimiseks on vajalikud juba keerukama
konstruktsiooniga pneumojaotid (nt. 4/2 jne.). Üks võimalikest 4/2 pneumojaoti
konstruktsioonidest on esitatud selel 65 (lähteasendis) ja selel 66. (rakendunud
asendis).
Sele 65 - Taldrikklappidega 4/2 pneumojaoti nullasendis
Sele 66 - Taldrikklappidega 4/2 pneumojaoti rakendunud asendis
65
Pneumojaoti juhtimine võib toimuda ja suruõhuga (sele 68)
Sele 68- Suruõhuga juhitav 3/2 normaalselt suletud pneumojaoti
6.2.4.2 Siiberjaotid
Võrreldes klappjaotitega iseloomustab siiberjaoteid suurem läbivool, kuid samal
ajal on neil suurem ümberlülitumise aeg. Samuti ei ole nad nii hea tihendusega
kui klappjaotid. Antud pneumojaotites on kasutusel liuguvad tihendid. Selleks,
et vähendada tihendite kulumisest põhjustatud suruõhu leket, kasutatakse nendes
pneumojaotites ühelt poolt õhuvoolu juhtimist siibriga, kuid tihenduses
kasutatakse klappjaotite juures kasutatavaid konstruktsioonipõhimõtteid. Seledel
69, 70, 71, 72, 73, 74 on esitatud mitmeid erineva ehitusega siiberjaoteid.
Sele 69-
Pneumaatiliselt juhitav 5/2 siiberjaoti
66
Sele 70 - Pneumaatiliselt juhitav 5/3 siiberjaoti
Sele 71 - Pneumaatiliselt juhitav 4/2 siiberjaoti
67
Sele 72 - Pneumaatiliselt juhitav 5/2 siiberjaoti erinevates
asendites
Selel 72 toodud pneumojaotis toimub õhuvoolu suuna juhtimine küll siibriga,
kuid tihendamisel kasutatakse klappide põhimõtteid
68
Sele 73 - Tasapinnalise pöördsiibriga 4/3 pneumojaoti (
pealtvaade )
Sele 74- Tasapinnalise pöördsiibriga 4/3 pneumojaoti (külgvaade)
6.2.4.3 Pneumojaotite juhtimine
Pneumojaotites kasutatakse väga erinevaid juhtimismeetodeid: mehaaniline,
pneumaatiline, elektromagnetiga või kombineeritud (kasutatakse erinevaid
meetodeid nt. juhtimine pneumaatiliselt ja mehaaniliselt).
Kasutaja vaatevinklist on oluline eristada vahetut juhtimist ja võimendusega
juhtimist (vt. Pneumojaotite juhtimist kajastavad tingmärgid).
69
Vahetu juhtimise korral kantakse juhttoime pneumojaoti klappidele või siibritele
üle vahetult. Antud juhtimise puuduseks on see, et suuremate pneumojaotite
juhtimiseks vajalik juhtimisenergia peab olema suhteliselt suur (jõud
nuppude või tõukurite liigutamiseks, elektromagneti võimsus jne). Samal ajal on aga
plussiks see, et nad on tundetud tüüritava õhu rõhu suhtes (vt. eelnevatel seledel
esitatud pneumojaotid).
Võimendusega juhtimise korral juhitakse nn abijaotit, mille kaudu omakorda
toimub pneumojaoti juhtimine (
seled 75 ja 76).
Sele 75 - Rullikuga juhitav 3/2 pneumojaoti (võimendusega, normaalselt
avatud)
Antud pneumojaotis juhitakse rullikuga abipneumojaotit, mis omakorda juhib
pneumaatiliselt juhitavat 3/2 pneumojaotit.
Sellise konstruktsiooni korral väheneb märgatavalt juhtimiseks vajalik energia.
Antud tüüpi juhtimisega pneumojaotite kasutamisel tuleb arvestada, et nad on
tundlikud juhitava õhu rõhu väärtusele, sest et juhtimiseks vajalik õhk on sama
mis juhitav õhk. Rõhu langemisel alla kriitilise piiri ei piisa sellest enam
pneumojaoti juhtimiseks. Selleks, et seda vältida on mõningatel seda tüüpi
pneumojaotitel võimalus sisestada juhtrõhk pneumojaotisse eraldi kanalist.
70
Sele 76 - Rullikuga juhitav 3/2 pneumojaoti (võimendusega, normaalselt
suletud)
6.3 Drosselid ehk vooluventiilid
Drosseleid (paralleelselt on käibel ka terminid „kägiventiil“ ja vooluventiil“)
kasutatakse läbivoolava õhu vooluhulga reguleerimisel, näiteks pneumaatilise
täituri liikumiskiiruse (pneumosilinder) ja pöörlemissageduse (pneumomootor ja
pöördsilinder) vähendamiseks. Drosselid võivad olla nii mittereguleeritavad kui
ka reguleeritavad.
Üks võimalikest drosseli konstruktsioonidest on esitatud selel 77.
Sele 77 - Reguleeritava läbivooluga
drossel 71
Suruõhu läbivoolu reguleerimiseks kasutatakse ka erinevaid drosselite
konstruktsioone, kus lisaks drosselile on kasutusel ka möödavooluklapp, mis
annab võimaluse reguleerida õhu läbivoolu ainult ühes suunas ja
laiendab drosselite kasutamismeetodeid (sele 78)
Sageli tekib vajadus reguleerida õhu läbivoolu sõltuvalt muutuvatest
tingimustest süsteemis. Üks võimalus selleks on esitatud selel 79, kus läbivoolu
reguleerimine toimub mehaaniliselt
hoova asendi muutmisega.
Sele 78 - Reguleeritav drossel (möödavooluklapiga)
72
Sele 79 - Hoovaga reguleeritav drossel
Praktikas võib kohata ka muid kombinatsioone drosseli kasutamisega, näiteks
heli summuti koos drosseliga, drossel pneumaatilises taimeris jne.
6.4 Mittetagasivooluklapp
Tagasilöögiklapid on pneumaatikakomponendid, mis võimaldavad õhu liikumist
ainult ühes suunas, liikumissuuna muutumisel vastupidiseks klapp sulgub ja
suleb õhu läbivoolu. Õhu teekonna sulgemine võib toimuda kuuliga, klapiga või
membraaniga, kas tänu rõhuvahele või täiendava vedru abil.
Üks võimalikke vedruga tagasilöögiklapi konstruktsioone on esitatud selel 80.
73
Sele 80 - Vedruga tagasilöögiklapp
6.5 Loogikafunktsioonide realiseerimine pneumaatikas
Loogikaelementide funktsioneerimise kirjeldamiseks kasutatakse tõeväärtus-
tabelit, milles kajastuvad seosed antud funktsiooni realiseeriva elemendi
sisendite ja väljundi vahel.
Tinglikult tähistatakse tõeväärtustabelis signaali
(suruõhu) olemasolu "1"-ga ja puudumist "0"- ga.
6.5.1 Pneumaatiline "JA" ( "AND") element
"JA" funktsiooni realiseeriva pneumaatilise loogikaelemendi struktuur on
toodud selel 81, ning tema funktsioneerimist kajastav
tõeväärtustabel on esitatud
selel 82.
Sele 81 – Pneumaatilise "JA" elemendi struktuur
74
Sele 82 - "JA" elemendi tõeväärtustabel
Kokkuvõtlikult tähendab see seda, et "JA" elemendi
väljundis on
signaal ainult
siis kui signaal on mõlemal tema sisendil.
"JA" elemendi kasutamise näide on esitatud selel 83, kus pneumoskeemil
esitatud pneumosüsteemis toimub pneumosilindri 1.0 liikumine plusssuunas
ainult siis, kui pneumojaotid 1.2 ja 1.4 on rakendunud asendis.
Sele 83 - Näide pneumaatilise "JA" elemendi kasutamisest.
6.5.2 Pneumaatiline "VÕI" ("OR") element
75
Pneumaatilise loogikaelemendi "VÕI" struktuur on toodud selel 84,
Sele 84 - Pneumaatilise "VÕI" elemendi struktuur.
ning tema tõeväärtustabel on esitatud selel 85.
Sele 85 - "VÕI' elemendi tõeväärtustabel
Kokkuvõtlikult tähendab see et "VÕI” elemendi väljundis on signaal siis, kui
signaal on vähemalt ühel või mõlemal tema sisendil.
"VÕI” elemendi kasutarnise näide on esitatud selel 86, kas pneumoskeemil
esitatud pneumossüsteemis toimub pneumosilindri 1.0 liikumine plusssuunas
ainult siis kui pneumojaotid 1.2 või 1.4 eraldi või mõlemad korraga on
rakendunud asendis.
76
Sele 86 - Näide pneumaatilise "VÕI' elemendi kasutamisest.
6.6 Kiirväljalaskeklapp
Kiirväljalaskeklappi kasutatakse juhul, kui on vaja suurendada pneumo-silindri
kolvi liikumiskiirust. Antud klappide kasutamine kiirendab kolvi liikumiskiirust
sellel teel, et pneumosilindrist väljajuhitav õhk juhitakse takistavatest
elementidest ( lõdvik, pneumojaoti ) mööda.
Kiirväljalaskeklapp (sele 87) ühendatakse võimalikult lähedale pneumosilindrile
(vahetult pneumosilindri korpusele), nii et klapi ava 2(A) ühendatakse
pneumosilindri avaga ja avasse 1(P) juhitakse silindrisse antav õhk. Suruõhu
liikumisel pneumosilindrisse sulgeb taldrikklapp õhu väljavoolu avasse 3(R)
võimaldades sama1 ajal õhu läbipääsu avasse 2(A). Õhu liikumisel
pneumosilindrist välja avaneb õhu väljavool avasse 3(R) (sele 88).
77
Sele 87 - Õhu liikumine läbi kiirväljalaskeklapi pneumojaotist
pneumosilindrisse
Sele 88 - Õhu liikumine läbi kiirväljalaskeklapi pneumosilindrist
pneumojaotisse
Kiirväljalaskeklapi kasutamist illustreerib sele 89, kus esimeses näites
kiirendatakse ühepoolse toimega pneumosilindri kolvi miinussuunalist liikumist,
teisel juhul aga kahepoolse toimega pneumosilindri kolvi plusssuunalist
liikumist.
Sele 89 - Kiirväljalaskeklapi kasutamise näited
78
6.7 Pneumaatilised taimerid
Selleks et pneumoseadmetes oleks võimalik muuta seadme töö ajalisi
parameetreid nagu ajalist viivitust, pneumosignaalide ajalisi parameetreid jne.,
kasutatakse pneumaatilisi
taimereid .
Pneumaatiline
taimer koosneb pneumojaotist (tavaliselt 3/2), möödavoolu-
klapiga reguleeritavast drosselist ja väikesest suruõhu reservuaarist.
Taimeri töödiagrammi määrab ära pneumojaoti tüüp ja möödavooluklapi
ühendamise viis.
Järgnevalt vaatame erinevate pneumaatiliste taimerite töödiagramme ja
töötamispõhimõtteid.
Suruõhk juhitakse taimeri sisendisse 1 (P) (seled 91, 92). Sõltuvalt taimeris
asetsevast pneumojaotist väljundis 2 (A) suruõhk puudub või on suruõhk (seled
93, 94). Juhtrõhk antakse taimeri
sisendile 10 (Z). Läbi drosseli toimub suruõhu
sissevool suruõhu reservuaari, mille tagajärjel rõhk reservuaaris hakkab tõusma
kiirusega, mille määravad ära reservuaari maht ja reguleeritava drosseli
parameetrid. Rõhu tõustes lülitumiseks vajaliku väärtuseni p1 toimub
pneumojaoti ümberlülitus (sele 90). Juhtrõhu eemaldamisel taimeri sisendilt
10(Z) toimub taimeri lülitumine algasendisse.
Sele 90 - Rõhu muutumine pneumaatilise taimeri õhureservuaaris.
NB! Aja ∆t jooksul ei tohi juhtrõhku sisendilt 10 (Z) eemaldada, sest sellisel
juhul lülitub taimer algasendisse tagasi enne ajavahemiku ∆t lõppemist.
79
Sele 91 – Normaalselt suletud 3/2 pneumojaotiga pneumaatilise taimeri
konstruktsioon
Sele 92 - Normaalselt suletud 3/2 pneumojaotiga pneumaatilise taimeri
töödiagramm
80
Sele 93 – Normaalselt avatud 3/2 pneumojaotiga pneumaatilise taimeri
konstruktsioon
Sele 94 - Normaalselt avatud 3/2 pneumojaotiga pneumaatilise taimeri
töödiagramm
Möödavooluklapi ühendussuuna muutmisel vastupidiseks muutub pneumaatilise
taimeri töödiagramm selliselt, et taimeri sisselülitumine toimub koheselt peale
juhtrõhu andmist taimeri sisendile 10 (Z), kuid lülitumine algasendisse toimub
aja ∆t möödumisel (seled 95 ja 96).
81
Sele 95 - Normaalselt suletud 3/2 pneumojaotiga pneumaatilise taimeri
töödiagramm
Sele 96 – Normaalselt avatud 3/2 pneumojaotiga pneumaatilise taimeri
töödiagramm
Pneumaatilist taimerit saab kasutada ka pneumaatiliste impulsside tekitamisel
(sele 97).
Sele 97 – Pneumaatilise taimeri kasutamine pneumaatilise impulsi
genereerimiseks
82
6.8 Muudetava rakendumislävega rõhutundlik element
Selleks, et oleks võimalik juhtida pneumoajamit sõltuvalt ajamile rakendatud
koormusest, kasutatakse pneumojaoteid, millede rakendumislävi on reguleeritav.
Signaaliks sellisele elemendile kasutatakse pneumoajamisse antavat suruõhku,
mille rõhk on otseses sõltuvuses ajamile rakendatud koormusest. Kui koormus
pneumoajamile suureneb, kasvab ka rõhu väärus, mille jõudmisel reguleeritud
tasemeni toimub pneumojaoti asendi muutus. Lähteasendisse läheb pneumojaoti
siis, kui juhtrõhk eemaldada. Antud elemendi konstruktsioon ja skeemitähis on
esitatud selel 98.
Sele 98 - Muudetava rakendumislävega rõhutundlik element
83
7. Pneumaatikas kasutatavaid tüüpskeeme.
7.1 Ühepoolse toimega silindri juhtimine
Ülesanne: Ühepoolse toimega silindri kolb sooritab surunupule vajutamisel
plusssuunalise liikumise ja nupu vabastamisel liigub kolb tagasi lähteasendisse
Sele 99 - Ühepoolse toimega silindri juhtimine
Lahendus. Juhtimiseks kasutatakse nupuga juhitavat, nullasendis suletud 3/2
pneumojaotit (sele 99). Lähteasendis on silindri kolvitagune ruum ühendatud
väliskeskkonnaga, suruõhu sissevool on suletud. Nupule vajutamisel juhitakse
suruõhk silindrisse ja toimub plusssuunaline liikumine.
7.2 Kahepoolse toimega silindri juhtimine
Ülesanne: Nupule vajutamisel sooritab kahepoolse toimega silindri kolb
plusssuunalise liikumise, nupu vabastamisel liigub kolb lähteasendisse.
Sele 100 – Kahepoolse toimega silindri juhtimine
Lahendus. Kahepoolse toimega silindri juhtimiseks on vajalik kas 4/2 või 5/2
pneumojaoti (sele 100). Sõltuvalt kasutavast pneumojaotist toimub töötanud õhu
väljavool pneumojaotist kas ühest või kahest
erinevast avast. Liikumiskiiruse
reguleerimiseks tuleb kasutada drosseleid.
84
7.3 Loogikaelemendi "VÕI" kasutamine
Ülesanne. Kolvi plusssuunalist liikunist saab juhtida kahest erinevast punktist.
Sele 101 - Näide "VÕI" elemendi kasutamisest
Lahendus. Sõltumatult sellest, kumb pneumojaotitest ( kas 1.2 või 1.4 ) on
rakendunud olekus (sele 101), toimub kolvi plusssuunaline liikumine.
7.4 Ühepoolse toimega silindri kolvi liikumiskiiruse reguleerimine
Ülesanne. Kolvi plusssuunalise liikumiskiiruse reguleerimine.
Lahendus. Ühepoolse toimega silindri kolvi plusssuunalist liikumiskiirust saab
reguleerida vaid piirates silindrisse juhitavat õhku. Selleks, et drossel mõjuks
ainult ühesuunalisele liikumisele, on vajalik möödavooluklapp (sele 102).
85
Sele 102 - Kolvi plusssuunalise liikumiskiiruse reguleerimine
Ülesanne. Kolvi miinussuunalise liikumiskiiruse reguleerimine.
Sele 103 - Kolvi miinussuunalise liikumiskiiruse reguleerimine
Lahendus. Ühepoolse toimega silindri kolvi miinussuunalist liikumiskiirust saab
reguleerida vaid piirates silindrist väljajuhitavat õhku. Selleks, et drossel mõjuks
ainult ühesuunalisele liikumisele on vajalik möödavooluklapp (sele 103).
Ülesanne. Ühepoolse toimega silindri kolvi liikumiskiiruse reguleerimine
sõltumatult mõlemas suunas.
86
Sele 104 - Kolvi liikumiskiiruse reguleerimine sõltumatult mõlemas suunas
Lahendus. Antud ülesande lahendamiseks on vajalikud kaks möödavoolu-
klapiga drosselit (sele 104).
7.5 Kahepoolse toimega silindri kolvi liikumiskiiruse reguleerimine.
Ülesanne. Kahepoolse toimega silindri kolvi liikumiskiiruse reguleerimine
sõltumatult mõlemas suunas.
Sele 105
- Kahepoolse toimega silindri kolvi liikumiskiiruse reguleerimine
sõltumatult mõlemas suunas.
Lahendus. Antud ülesandel on mitu erinevat
lahendust , mis sõltuvad kasutatud
pneumojaotist ja drosselitest (sele 105).
87
7.6 Pneumosilindri kolvi liikumiskiiruse suurendamine
Ülesanne. Pneumosilindri kolvi liikumiskiiruse suurendamine
Sele 106 - Pneumosilindri kolvi liikumiskiiruse suurendamine
Lahendus. Pneumosilindri kolvi liikumiskiiruse suurendamiseks kasutatakse
kiireväljalaskeklappi (sele 106).
7.7 Pneumaatilise "JA" elemendi kasutamine
Ülesanne. Ühepoolse toimega silindri kolb sooritab plusssuunalise liikumise siis,
kui vajutatakse kahele nupule korraga.
Lahendus. Lahendus on esitatud selel 107, kus on ära toodud ka sama ülesande
lahendus ilma "JA" elementi kasutamata.
88
Sele 107 - Pneumaatilise "JA" elemendi kasutamine
7.8 Ühepoolse toimega silindri kaudne juhtimine
Ülesanne. Ühepoolse toimega silindri kaudne juhtimine
Sele 108 - Ühepoolse toimega silindri kaudne juhtimine
89
Pneumoskeemidel kasutatavad tingmärgid
90
91
92
93
94
95
96
Kirjandus
Pneumaatiikan perusteet, oppikirja, Esslingen, Festo Didactic 1979,
200 lk., ill.
Pnematics, textbook, P.Croser, Esslingen, Festo Didactic KG 1989,
226 lk., ill.
3. Cutting costs with pneumatics W. Deppert, K. Stoll,
VOGEL Buchverlag
Würzburg 1988, 333 lk., ill.
4. Tehnikaleksikon Tln, Valgus, 1981. 656lk., ill.
5. Ohjaustekniikan perusteet,
Bernd Bocksnick, Festo Didactic, Esslingen
1987, 554 lk., ill.
6. Pneumatik, lehrbuch, P. Croser, F. Ebel, Esslingen, Festo Didactic KG
1994, 256 lk., ill.
97
Document Outline
- 1 Pneumaatika ajalugu ja kasutatavad ühikud
- 1.1 Suruõhu kasutamise ajalugu
- 1.2 Suruõhu omadused
- 1.3 Füüsikalised alused
- 1.4 Õhu kokkusurutavus
- 1.5 Õhu ruumala sõltuvus temperatuurist
- 2 Suruõhu saamine
- 2.1 Kompressorjaam
- 2.2 Kompressorite tüübid
- 2.3 Kompressorite tootlikkuse reguleerimine
- 2.4 Kompressori jahutus.
- 2.5 Kompressoriruum
- 2.6 Suruõhu reservuaar
- 3 Suruõhu jaotamine
- 3.1 Pneumotorustiku läbimõõdu määramine
- 3.2 Pneumotorustiku paigaldamine
- 4 Suruõhu ettevalmistus
- 4.1 Niiskuse kõrvaldamine
- 4.2 Suruõhu töötlemine vahetult enne tarbijat
- 4.3 Suruõhu ettevalmistamise plokk
- 5 Pneumaatilised täiturid
- 5.1 Lineaarliikumisega täiturid \(pneumosilindr
- 5.2 Pöördliikumisega täiturid
- 5.3 Pneumosilindrite mõõtmete määramine
- 6 Pneumaatilised juhtimiskomponendid
- 6.1 Sissejuhatus
- 6.2 Pneumojaotid ehk suunaventiilid
- 6.3 Drosselid ehk vooluventiilid
- 6.4 Mittetagasivooluklapp
- 6.5 Loogikafunktsioonide realiseerimine pneumaatikas
- 6.6 Kiirväljalaskeklapp
- 6.7 Pneumaatilised taimerid
- 6.8 Muudetava rakendumislävega rõhutundlik eleme
- 7. Pneumaatikas kasutatavaid tüüpskeeme.
- 7.1 Ühepoolse toimega silindri juhtimine
- 7.2 Kahepoolse toimega silindri juhtimine
- 7.3 Loogikaelemendi "VÕI" kasutamine
- 7.4 Ühepoolse toimega silindri kolvi liikumiskii
- 7.5 Kahepoolse toimega silindri kolvi liikumiskiiruse reguleerimine.
- 7.6 Pneumosilindri kolvi liikumiskiiruse suurendamine
- 7.7 Pneumaatilise "JA" elemendi kasutamine
- 7.8 Ühepoolse toimega silindri kaudne juhtimine
- Pneumoskeemidel kasutatavad tingmärgid
Kõik kommentaarid