Автор работы: Пользователь скрыл имя, 17 Февраля 2015 в 21:53, реферат
Пневмодвигатель (от греч. pnéuma — дуновение, воздух), пневматический двигатель, пневмомотор — энергосиловая машина, преобразующая энергию сжатого воздуха в механическую работу.
Пневмомоторы обладают высокой надежностью, компактностью и экологичностью, а так же простотой и универсальностью применения. Они обладают самым эффективным соотношением между весом и мощностью
Оглавление
Пневмодвигатель (от греч. pnéuma — дуновение, воздух), пневматический двигатель, пневмомотор — энергосиловая машина, преобразующая энергию сжатого воздуха в механическую работу.
Пневмомоторы обладают высокой надежностью, компактностью и экологичностью, а так же простотой и универсальностью применения. Они обладают самым эффективным соотношением между весом и мощностью. Регулировка двигателя очень проста - мощность, количество и направление оборотов регулируется простым увеличением или уменьшением давления воздуха. Пневмодвигатели могут работать на самых необычных режимах, от максимальных оборотов до внезапной остановки и наоборот. При этом нет необходимости в дополнительных механических устройствах - в коробке передач и в сцеплении. Пневмодвигатели обладают самыми высокими ресурсами работы, практически неограниченным количеством включений и выключений. Это связано с тем, что рабочее давление воздуха в двигателе всегда выше окружающего давления воздуха. Такая разность давления препятствует попаданию из окружающей среды в двигатель пыли, влаги и грязи. Именно благодаря этим качествам, пневмомоторы могут работать в самых сложных условиях эксплуатации: в агрессивных средах, при высокой влажности, при резких перепадах температуры, во взрывоопасных средах, при наличии электропомех и магнитных полей.
Пневмомоторы могут применяться в обширном спектре областей из-за различных вариантов исполнения, простоты конструкции, легкого веса, широкого диапазона скоростей и взрывобезопасности.
Преимущества воздушного
двигателя в том, что они имеют обычно
лишь пятую часть веса и треть размера
стандартного электродвигателя.
Кроме того, пневмодвигатель также может
эксплуатироваться в большом диапазоне
нагрузок при сохранении постоянной скорости
работы. Его производительностью можно
управлять путем изменения рабочего давления,
в то время как скорость плавно регулируется
за счет различного количества подаваемого
воздуха. Такой мотор может работать без
опасности повреждения от перегрузки,
и даже большое количество выключений
и запусков и высокие рабочие циклы не
выведут из строя пневмомотор.
Модели разнообразного исполнения, простая конструкция, небольшой вес, высокий диапазон частоты вращения и взрывобезопасность — все эти характеристики гарантируют, что пневмодвигатели могут использоваться в широком спектре применения:
Шум, создаваемый пневмодвигателем при работе, складывается из механического шума от движущихся частей и из шума, создаваемого пульсацией сжатого воздуха, выходящего из двигателя. Влияние шума от пневмодвигателя может довольно заметно сказываться на общем шумовом фоне в месте установки - если, например, позволить сжатому воздуху свободно выходить из пневмомотора в атмосферу, то уровень звукового давления может доходить, в зависимости от конкретного агрегата, до 100-110 дБ(А) и даже больше.
Во-первых, нужно стараться, по возможности, избегать создания эффекта механического резонанса звука. Но даже в наилучших условиях, шум может все равно быть очень заметным и некомфортным. Для устранения шума, следует использовать фильтры-глушители - несложные устройства, специально предназначенные для этой цели и рассеивающие в своем корпусе и фильтрующем материале поток сжатого воздуха.
Для нестационарного применения, например, в промышленных роботах, существуют различные двигатели для шлифовальных, фрезерных и сверлильных машин, которые отличаются малым весом и компактным исполнением. Двигатели, выполненные из нержавеющей стали, нечувствительные к воздействию кислоты и тепла, для работы в трудных условиях, в настоящий момент доступны как двигатели с высоким моментом. Идеальное решение в области приводных устройств, например, для мешалок и промышленных миксеров. Перемещение тяжелых рулонов бумаги, железнодорожных вагонов и даже припаркованных самолетов вручную. Возможно, звучит фантастично, но, тем не менее, в пределах человеческих сил: непритязательное название механизма «Легкий ролик» говорит само за себя. С помощью этого устройства можно с легкостью перемещать до 100 т, не прилагая больших усилий. Пневматические двигатели представляют собой безопасные и надежные приводные системы, которые начинают действовать, когда требуется привод с высокими рабочими показателями и защитой от перегрузок. Постоянная готовность к работе в случаях, когда привод, выполненный по традиционной технологии, прекращает движение.
Пример применения пневмомотора в целлюлозно-бумажной промышленности:
Рисунок 1 - Приводная система для транспортировки, наматывания и упаковывания бумажных листов.
Плюсы:
Минусы:
Рисунок 2 – Пластинчатый пневмомотор.
При подаче сжатого воздуха в рабочую камеру пневмомотора возникают силы, которые действуют на пластины 3, ограничивающие объем камеры. Вследствие эксцентричного расположения ротора 1 относительно статора 2 площади пластин различны, поэтому различаются по величине и действующие на них силы. В точке, после прохождения которой объемы рабочих камер начинают уменьшаться, выполнено отверстие для сброса отработавшего воздуха. От равнодействующей всех приложенных сил возникает крутящий момент, приводящий к повороту ротора, в процессе которого увеличиваются объемы части рабочих камер, благодаря чему содержащийся в этих камерах сжатый воздух расширяется. Совершаемая при этом работа расширения преобразуется в дополнительную механическую энергию вращения ротора.
От числа пластин пневмомотора зависят его коэффициент полезного действия (КПД), условия пуска и быстрота разгона (приемистость), а также равномерность вращения. Стандартные конструкции имеют 3 — 5 пластин, в специальных случаях их число увеличивают до 10. Выпускаются как реверсивные, так и нереверсивные пластинчатые пневмомоторы.
К недостаткам шиберных пневмомоторов относятся необходимость обильной смазки и невысокая герметичность рабочих камер, что приводит к возникновению утечек воздуха, а следовательно, к снижению КПД. Диапазон мощностей пластинчатых пневмомоторов составляет 0,05 — 20 кВт, диапазон частот вращения — 30 — 20000 об/мин.
Часто в конструкцию пластинчатого пневмомотора входят дополнительные узлы: редуктор (обычно планетарный), обеспечивающий необходимую потребителю частоту вращения, и центробежный регулятор. Последний позволяет ограничить частоту вращения на холостом ходу и обеспечить в определенных пределах ее постоянство при колебаниях нагрузки.
Пластинчатые пневмомоторы широко применяют в разнообразных специальных устройствах и приспособлениях, работающих на сжатом воздухе.
Пластинчатые ротационные пневмодвигатели изготовляют как реверсивными, так и нереверсивными. Схема работы и конструкция нереверсивного двигателя. В радиальных пазах ротора помещены пластины; передняя и задняя крышки закрывают статор с торцов. Вал ротора расположен с эксцентриситетом относительно внутренней цилиндрической поверхности статора. Пластины при вращении ротора прижимаются под действием центробежных сил к поверхности статора, образуя полости. Сжатый воздух через отверстие в задней крышке поступает в рабочую полость двигателя, оказывая давление на выступающую часть пластин, и заставляет ротор вращаться. С поворотом ротора объем полости и площадь рабочей поверхности пластин увеличиваются, воздух расширяется и совершает дополнительную работу, пока лопатка не достигнет выхлопных отверстий 6, сообщенных с окружающей средой. Каналы в роторе служат для выравнивания давления воздуха на торцы пластин, а также для выхода воздуха из паза при задвигании пластин.
У реверсивных двигателей
впускные и выхлопные
Рисунок 3 – Шестеренный пневмомотор.
Сжатый воздух, подаваемый в рабочую камеру, действует на боковые поверхности зубьев шестерен. Возникающие при этом силы, равные произведению давления сжатого воздуха на площадь боковой поверхности зуба, вызывают поворот шестерен, одна из которых вращается по часовой стрелке, а другая — в противоположном направлении. Шестерни могут иметь прямые, косые или шевронные зубья. В случае применения косозубых или шевронных шестерен объемы рабочих камер изменяются в процессе поворота, в связи с чем появляется возможность использовать работу расширения сжатого воздуха.
Максимальная номинальная мощность шестеренных пневмомоторов достигает 70 кВт (для моторов с шевронными шестернями — 330 кВт), номинальная частота вращения обычно не превышает 1000 — 3000 об/мин.
Область применения шестеренных пневмомоторов достаточно широка.
В турбинных пневмомоторах кинетическая энергия потока сжатого воздуха преобразуется в механическую энергию вращения выходного вала.
Турбинные пневмомоторы позволяют получать очень высокие частоты вращения (80000 — 400000 об/мин) выходного вала и небольшие крутящие моменты на нем по сравнению со частотами и моментами, достигаемыми при использовании, например, поршневых пневмомоторов. Турбинные моторы применяют для реализации высокоскоростного движения.
Рисунок 4 - Радиально-поршневой пневмомотор.
Радиально-поршневые пневмомоторы довольно сложны по конструктивному исполнению, тихоходны (20 — 700 об/мин), имеют большие габариты и массу по сравнению с другими типами двигателей. При этом они обеспечивают значительную величину крутящего момента, а следовательно, как нельзя лучше подходят в тех случаях, когда требуется преодолевать большие нагрузки. Обычно они имеют от 4 до 6 поршней, а диапазон мощностей составляет 1 — 20 кВт.
В поршневых пневмомоторах поршню за счет энергии давления сжатого воздуха сообщается поступательное движение, которое затем преобразуется механическим путем во вращательное движение выходного вала.
Сжатый воздух одновременно подается в две рабочие камеры пневмомотора, например 1 и 2, через крановый распределитель 5, установленный на выходном валу. При этом соответствующие поршни, перемещаясь к нижней «мертвой точке», передают усилие на коленчатый вал через свои шатуны. После поворота вала, а вместе с ним и распределителя на некоторый угол сжатый воздух подается в рабочие камеры 2 и 3, а отработавший воздух из камер 4 и 1 сбрасывается в атмосферу также через крановый распределитель. Далее этот цикл повторяется.
Радиально-поршневые пневмомоторы применяют в больших подъемниках, в приводах различных транспортных средств.
Пневмомотор поршневой П8-12 предназначен для привода насосов, лебедок, тельферов стволовых машин и другого оборудования в шахтах угольной промышленности, черной и цветной металлургии.
Номинальное давление воздуха на входе в пневмомотор, МПа: 0,63
Номинальная мощность, кВт: 8,0
Номинальная частота вращения выходного вала, об/с: 12,5
Номинальный удельный расход воздуха, м3/мин кВт: 1,02
Величина условного прохода присоединительной арматуры, мм: 25
Габаритные размеры, мм, не более: 600х372х500
Масса, кг, не более: 105
Пневмомотор ДАР-5Б — аксиально
Установка пневмомотора на приводах фланцевая по диаметру 125f9, передача крутящего момента осуществляется при помощи шлицевого вала, с размерами шлицов D-6×21×25е8×5d11 ГОСТ 1139–80, подвод сжатого воздуха к отверстиям с резьбой G1-B.
Рисунок 7 – Винтовой пневмомотор.
Пневмомотор с рабочими звеньями в виде винтов. По числу винтов различаются одновинтовые, двухвинтовые, трехвинтовые и многовинтовые пневмомоторы.
Существует несколько доступных конструкций пневмодвигателей. Решающими факторами в выборе является область применения и намеченный срок службы.
Лопастный пневмодвигатель подходит для регулярных операционных циклов. Однако шестеренный пневмодвигатель или турбина лучше подходят для продолжительных операций (24-часовых, непрерывных) на выбранном станке. Скорости вращения: Турбины и шестеренные пневмодвигатели вращаются на верхнем диапазоне скоростей ( до 140000 оборотов в минуту). Лопастные пневмодвигатели работают на очень малых скоростях, например 16 оборотов в минуту.
На правильный расчёт привода влияет требуемый крутящий момент, оптимальный рабочий диапазон вашего двигателя, необходимая мощность и любые возможные условия эксплуатации, которые влияют на производительность.
Пневматический двигатель, выполненный из чугуна, – верное решение для стандартных режимов работы в сухих помещениях.