Во время работы пневмодвигателей с большими внешними нагрузками может наблюдаться некоторое запаздывание с началом обработки команды на движение. Это связано с тем, что воздух является сжимаемой средой. Поэтому необходимо некоторое время на создание импульса силы для преодоления нагрузки сил трения и инерционных сил. Все это характеризуется временем срабатывания пневматического двигателя, которое может влиять на работу всего пневматического привода.
Заканчивая рассмотрение типов пневматических двигателей, следует отметить, что их выбор следует проводить с учетом условий работы. Так, если пневматический двигатель работает в условиях, когда его время срабатывания не влияет на цикл работы оборудования (например, пневмодвигатель используется для зажима), то тогда выбор пневмодвигателя наиболее прост и заключается в определении его конструктивных параметров.
Если же пневмодвигатель используется в качестве привода узлов автоматизированного технологического оборудования, работающего по определенной циклограмме, то в этом случае при назначении типа пневмодвигателя следует учитывать время его срабатывания.
Поскольку пневматические приводы работают на постоянном подводимом давлении Р сжатого воздуха в пределах 0,4–10 МПа, то выбор пневмоцилиндров проводят на основе расчета их диаметров, а пневматических моторов - на основе расчета их рабочих объемов
Рис.2.94. Винтовой пневмоцилиндр
Диаметр зажимных пневмоцилиндров определяется, исходя из усилия зажима F, приведенного к штоку пневмоцилиндра, по зависимости F = PS, где S - эффективная площадь цилиндра. Для пневмоцилиндра с двусторонним штоком
S = π(D2-d2)/4,
где D и d- соответственно диаметры цилиндра и штока. Задавшись диаметром штока (или определив его размер, исходя из условий прочности под действием силы зажима), определяют диаметр штока.
Если пневмоцилиндр с односторонним штоком, то необходимо знать, в какую полость (штоковую или бесштоковую) будет подаваться рабочая среда для зажима. Как правило, это бесштоковая полость, поскольку в этом случае необходимая сила зажима будет достигаться при меньшем диаметре цилиндра. Тогда
Часто для зажимных целей применяют пневмоцилиндры одностороннего действия с односторонним штоком и пружинным разжимом.
В этом случае необходимо при расчете диаметра цилиндра учитывать и силу пружины G = с (/0 + /), где с - жесткость пружины, /0 - предварительный натяг, / - ход поршня при зажиме. Тогда
Рассчитав диаметр цилиндра D, из каталогов выбирают пневмоцилиндр с ближайшим большим диаметром (это дает запас по силе зажима) и ходом поршня, удовлетворяющим условиям зажима.
Если для зажима используется пневмомотор, то его выбор ведут по рабочему объему v. Расчетное значение определяют по формуле: v = 2πМ/P, где М - величина вращающего момента, приведенная к валу пневмомотора.
Расчет конструктивных параметров пневмодвигателей, работающих в цикле автоматизированного технологического оборудования, проводится с учетом времени их срабатывания и сил трения. Учет времени срабатывания обычно осуществляется путем введения параметра загрузки х [3], показывающего отношение действительной нагрузки F к величине теоретической силы Fт, развиваемой пневмодвигателем, т.е. х = F/Fт = F/(PS). Так, для пневмоцилиндров приводов движения рекомендуется принимать х = 0,4 — 0,5. При больших значениях х резко возрастает время срабатывания, а при меньших - использование пневмоцилиндра неэффективно [3].
Учет сил трения осуществляется путем введения коэффициента к, учитывающего потери энергии на преодоление сил трения. При малых нагрузках (до 600 Н) k = 0,5 — 0,2, при нагрузках от 600 до 6000 Н k = 0,2 —0,12, при F = 6000 —25000 Н k = 0,15 — 0,08 [3]. Тогда диаметр горизонтально работающего пневмоцилиндра определяется из выражения:
Если цилиндр работает в вертикальном положении, то следует учитывать силу веса перемещаемых масс (поршень, шток и соединенные с ним массы узлов оборудования).
Получив расчетный размер цилиндра, по его значению и длине хода подбирают из каталогов удовлетворяющий условиям работы пневмоцилиндр.
В случае работы пневмоцилиндра в динамическом режиме (частые и быстрые реверсы) при расчете необходимо учитывать динамические нагрузки (силы инерции). Они легко определяются, зная массы перемещаемых пневмоцилиндром узлов и законы движения (разгон, торможение, равномерное движение), благодаря которым находят возникающие при работе привода ускорения.
Работа пневматических двигателей связана с изменением объемов сжатого воздуха, его периодическим то сжатием, то расширением, что сопровождается изменением температуры. При расширении воздуха (особенно при выхлопе в атмосферу), происходит выпадение росы (увеличение влажности воздуха). Появление влаги на стенках пневмоаппаратуры, трубопроводов и пневмодвигателей приводит к их повышенной коррозии и преждевременному выходу из строя.
Поэтому очень важно при работе пневмоприводов жестко выдерживать требования по осушке воздуха и создавать условия работы с постоянным давлением.
