Uniwersytet Warmińsko-Mazurski

Wydział Nauk Technicznych

Laboratorium z napędów i sterowania

hydraulicznego pneumatycznego

Temat: Siłowniki.

Wykonał:

1. Siłownik pneumatyczny

Pmax=10[bar]

Wymiary siłownika:

średnica tłoka: d=40[mm]

skok tłoka: h=125[mm]

Cała obudowa siłownika jest wykonana z aluminium. Na obudowie są umieszczone czujniki bezstykowe wykrywające obecność elementu magnetycznego. Zastosowanie czujnika jest związane z samą budową siłownika. Pomiędzy cylindrem a tulejką jest zamykana pewna objętość sprężonego powietrza i tulejka spełnia funkcję hamulca. Charakterystyka hamowania jest zmieniona śrubą, która znajduje się w zaworku dławiącym. W czasie ruchu tłoka po jednej stronie tłoka panuje wysokie ciśnienie, a po drugiej ciśnienie bliskie atmosferycznemu.

Od kiedy siłowniki pneumatyczne coraz częściej przejmują funkcję wykonawczą napędów sterowanych komputerowo, po jawią się pytanie o tarcie początkowe na ściance cylindra pneumatycznego. Zdecydowany wpływ na tarcie, a zatem na działanie elementów pneumatycznych mają uszczelnienia i prowadnice. W procesie dynamicznym podczas ruchu tłoka w wyniku działania ciśnienia systemowego, uszczelnienia i prowadnice tłoka oraz tłoczyska są różnie obciążane. Ruch tłoka powodowany ciśnieniem można opisać odpowiednimi równaniami Zatem większość siły tarcia to wynik tarcia na tłoku i tłoczysku. Na tłoku znajdują się najczęściej uszczelnienia o przekroju tulipanowym i prowadnica z PTFE. Tłoczysko jest uszczelnio­ne, np. elementem zespolonym, uszczelko-zgarniaczem, a dc tłumienia drgań tłoczyska w położeniu końcowym uszczelkę tłumiącą. Jako materiały uszczelniające stosuje się gumę buta­dienową (NBR) lub poliuretan (PU) o różnej twardości. Ścian­kę cylindra wykonuje się najczęściej z aluminium, a powierz­chnia tłoczyska jest chromowana.

Problem małego tarcia jest bardzo złożony, bowiem zależy też od zastosowania danego siłownika pneumatycznego; czyli mówimy tu o:

• tarciu jako małej sile podczas rozruchu w stanie bezciśnie­niowym i gdy na tłok działa ciśnienie dwustronne,

• tarciu podczas ruchu tłoka,

• tarciu jako najmniejszej prędkości bez efektu stick-slip, Te przykłady tarcia nie zależą tylko od konstrukcji siłownika (łącznie z elementami konstrukcyjnymi, prowadnicami, uszczel­nieniami i smarami), wymiarów i tolerancji, ale też od zmien­nych warunków na styku par, np. wpływ utleniania, zużycie, pa­rametry pracy oraz otoczenie. Jest to zespolony system trybologiczny z wieloma parametrami wpływających na siebie. Częste prace nad konstrukcją o małym tarciu są możliwe tylko empi­rycznie.

2. Siłownik pneumatyczny

• ciśnienie 16 bar

• ciężar 20 kg

• strefa klimatyczna N

• max siła 0,26 kN

• min siła 0,04 kN

Pojęcie tarcia opisuje wartość straty energetycznej w wyniku fizycznego przekazania energii. Przy ruchu liniowym są to opory opisane jako siła tarcia. Straty energetyczne powstają pod wpływem współdziałania elementów ciernych, ale i odkształce­nia materiałów podczas ruchu. Oddziaływania te opisano krzy­wą Stribeck'a, czyli mowa tu o tarciu: statycznym (spoczynkowym), mieszanym i hydrodynamicznym (wewnętrznym).

Do uszczelnienia siłowników pneumatycznych można wykorzystać:

• standardowy pierścień o przekroju tuli­panowym z poliuretanu o twardości 80 °Sh A; wymiary nominalny dn = 40 mm, d _tłoczysko = 30 mm, H = 7mm.

• standardowy pierścień poliuretanowy o twardości 80 °Sh A, dopasowany do mniejszej przestrze­ni zabudowy niż uszczelnienie l; wymiary nominalny Dn = 40 mm, d _tłoczysko = 32 mm, H = 3,3 mm.

• konstrukcja specjalna, której podstawą jest standardowy pierścień o przekroju tulipanowym. Ten tulipanowy pierścień uszczel­niający ma rowkowaną dynamiczną wargę uszczelniają­cą. Wymiar nominalny: dn = 40 mm, d _tłoczysko = 30 mm, H = 7mm

• system uszczelniający tłoczyska był we wszystkich po­miarach jednakowy. Zastosowano uszczelnienie zespolo­ne zgarniająco - uszczelniające z poliuretanu o twardości 80 °ShA.

Siłownik pneumatyczny typu KL-100 32x160

Parametry techniczne:

P=16 [bar]

d₁=32[mm]

h=160[mm]

Wyniki pomiarów:

a) dla wyciągania tłoczyska

Lp.	Prędkość wyciągania	Smax [kN]	Soscylacji [kN]
1	Mała	0.28	0,2
2	Średnia	0,52	0,4
3	Duża	0,9	Nie zaobserwowano

b) dla wciskania tłoczyska

Lp.	Prędkość wyciągania	Smax [kN]	Soscylacji [kN]
1	Mała	0,26	0,22
2	Średnia	0,52	0,38
3	Duża	0,9	Nie zaobserwowano

Sprawdzenie średnicy trzpienia na wyboczenie:

Przyjmuje stal St3

• moduł Younga
  

• granica sprężystości
  

• granica plastyczności
  

- minimalny moment bezwładności przekroju

- minimalny promień bezwładności przekroju

- jest to wyboczenie niesprężyste

• długość rzeczywista l=125 mm

• współczynnik wyboczenia
  

• długość wyboczeniowa lw=87,5 mm

Korzystam z twierdzenia Tetmajera-Jasińskiego:

- naprężenia krytyczne

- siła krytyczna

Siła dopuszczalna:

Dla stali przyjmuję n = 2

Trzpień nie ulegnie wyboczeniu do przekroczenia wartości siły P_dop