PNEUMAATILISED TÄITURID

Pneumaatilised täiturid (silindrid, mootorid)

Pneumaatilises täituris toimub pneumaatilise energia muundamine ja edastamine valmistustööks kasutatava masina mehhaanilise liikumise energiaks (füüsikaliseks tööks), mille tulemusena võib muutuda valmiva toote ja valmistusseadmete sisu või vorm. Pneumaatilised täiturid jagunevad linear- ja pöördliikumisega täituriteks. (Joonis 5.1)

Joonis 5.1. Pneumaatiliste täiturite liigitus

Lineaarliikumisega pneumotäiturid

Lineaarliikumisega täiturid (pneumosilindrid) Kasutatakse lineaarliikumise saamiseks mehaanilistes süsteemides.

Ühepoolse toimega silinder

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. (Joonis 5.3)

Tagastusvedru jõud on arvestatud selliselt, et tagada piisavalt kiire kolvi tagasiliikumine. Ühepoolse toimega silindritel on kolvi liikumisulatus piiratud tagastusvedru pikkusega ja ei ole üldjuhul suurem kui 100 mm. Seda tüüpi silindreid kasutatakse lukustamiseks, kinnitamiseks, kokkusurumiseks, tõukamiseks, tõstmiseks, detailide etteandmiseks, jne.

Kasutusel on kahte tüüpi ühepoolse toimega silindreid:

• Tööliikumine toimub suruõhu mõjul, kolvi tagasiviimine lähteasendisse toimub aga vedrumõjul
• 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)

Ühepoolse toimega silindrite konstruktsiooniline eritüüp on membraansilindrid. Membraansilindrites asendab kolbi kas kummi-, plastik- või terasmembraan. Kolvivars on kinnitatud membraani keskele. Sellistes silindrites puudub hõõrdejõud, tekib ainult membraani deformatsioonist tekkiv elastsusjõud

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 (Joonis 5.3).

Silindri amortisaatorid

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 (Joonis 5.5; Joonis 5.6)

Joonis 5.6. Kahepoolse toimega amortisaatoritega silindri tööpõhimõtte
Joonis 5.7. Kahepoolse toimega silinder

Kolvivarreta silindrid

Traditsiooniline kahepoolse toimega silinder vajab ruumi korpuse jaoks ja sellele lisandub töökäiguks vajalik ruum (kolvivarre pikkus). (Joonis 5.8; Joonis 5.9).
Kolvivarreta silindriga on võimalik seda ruumi efektiivsemalt ära kasutada selle arvelt, et ruumi võtab vaid korpus (mille suurusega on seotud ka töökäik).

Joonis 5.8. Kolvivarreta silindri tööpõhimõte. [31]

Kasutusel on kolvivarreta silindrid, kus kolb ja liugur on omavahel mehaaniliselt seotud, silindri ja kolvi vaheline tihendamine toimub erikonstruktsiooniga tihendi abil.

Kolvivarreta silindri ehitus

Joonis 5.9. Kolvivarreta silindri ehitus Joonis 5.10. Juhikutega kolvivarreta silinder

Kolvivarreta silinder

Läbimõõt                    8 mm  ...  80 mm

Käigupikkus               100 mm  ...  3000 mm

Jõud                            3,000 N

Magnetilise ülekandega silinder

Kolvivarreta silindrites kasutatakse kolvi ja tööorgani sidumiseks ka magnetvälja, mis tekitatakse kasutades püsimagneteid (Joonis 5.11; Joonis 5.12)

Joonis 5.11.Magnetilise ülekandega silindri ehitus   Joonis 5.12.Magnetilise ülekandega silinder

Neid silindreid kasutatakse juhtudel, kui vajatakse konstruktsiooni väikesi mõõtmeid nt. uste avamismehhanismides. Kolvivarreta silindrid võimaldavad realiseerida pikki liikumisi, säästes samaaegselt ruumi.

Magnetilise ülekandega silindrid

Läbimõõt                    12 mm  ...  40 mm

Käigupikkus               10 mm  ...  4000 mm

Jõud                            750N, magneti hoidejõud kuni 1050N

Pneumosilindrite karakteristikud ja jõudude määramine

Pneumosilindri poolt arendatav jõud sõltub töörõhust, kolvi läbimõõdust ja tihendite poolt põhjustatud hõõrdejõust.

Pneumosilindri poolt arendatava teoreetilise jõu suuruse saab leida kasutades valemit:

Fth = A • p

Fth - silindri poolt arendatav teoreetiline jõud (N)

A - kolvi pindala (m²)

p - kasutatav töörõhk (Pa)

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:

Feff = (A • p) - (FR + FF)

Kahepoolse toimega silindri tegelik arendatav jõud kolvivarre väljaliikumisel (plusssuunalisel liikumisel):

Feff = (A • p) - FR

Kolvivarre sisseliikumisel (miinussuunalisel liikumisel):

Feff = (A' • p) - FR

Feff     - silindri poolt arendatav jõud (N)

A         - kolvi pindala π×D2 / 4 (m²)

A'    - kolvi kolvivarrepoolne pindala (D2-d2)×π / 4 (m²)

p         - töörõhk (Pa)

FR       - hõõrdejõud 3-20% Fth (N)

FF       - vedru jõud (N)

D         - kolvi läbimõõt (m)

D         - kolvivarre läbimõõt (m)

Kolvi poolt arendatava jõu leidmiseks on sobilik kasutada ka nomogrammi (Joonis 5,13).

  Joonis 5.13. Silindri jõu leidmise nomogramm

Pöördliikumisega pneumotäiturid

Pöördsilindrid

Labaga pöördsilindris asendab kolbi laba, mille pöörlemissuund sõltub sellest, kummale poole laba suruõhku juhitakse. Standardsed pöördenurgad on 45° 90°, 180°, 270°. Pöördenurka saab reguleerida ka reguleerimiskruvide abil (Joonis 5.14; Joonis 5.15)

Joonis 5.14. Pöördsilindri ehitus

Jõud kantakse üle pöördemomendina.

Moment = Jõud x Õlg

Ühikuks njuutonmeeter -  Nm

Joonis 5.15. Pöördsilinder

Ekvivalentläbimõõt                6 mm  ... 40 mm

Pöördenurk                            0 ... 270^o

Pöördemoment                       ... 20 Nm

Hammaslatt konstruktsiooniga pöördsilinder

Antud kahepoolse toimega silindri kasutatakse pöörleva liikumise saamiseks hammaslatte. Standardsed pöördenurgad on 45° 90°, 180°, 270°, 720°. Pöördenurka saab reguleerida ka reguleerimiskruvide abil (Joonis 5.16; Joonis 5.17).

Silindri pöördemoment sõltub kasutatavast töörõhust, kolvi pindalast ja ülekandesuhtest.

Joonis 5.16.Hammaslatt pöördsilindri ehitus [31] Joonis 5.17. Hammaslatt pöördsilinde

Läbimõõt                                6mm  ...  50mm

Pöördenurk                            0 ...720^o 

Pöördemoment                       ...78Nm

Suruõhumootorid

Erinevalt pöördsilindritest ei ole suruõhumootoritel pöördenurga piirangut. Oma konstruktsioonilt jaotatakse suruõhumootorid järgnevalt:

• kolbmootorid
• tiivikmootorid
• hammasratasmootorid
• turbiinid

Kolbmootorid

Kolbmootoreid jaotatakse radiaal- ja aksiaalkolbmootoriteks. 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. (Joonis 5.18)

Joonis 5.18. Aksiaalkolbmootorid

Tiivikmootorid

Tiivikmootorid 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 (Joonis 5.19)

Joonis 5.19. Tiivikmootor

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.

Turbiinmootorid

Turbiinmootoreid saab kasutada väikestel võimsustel, kuid nende pöörlemissagedus on suur (näiteks hambapuuridel kuni 500000 p/min^-1).

Suruõhumootorite omadused:

• pöörlemissageduse ja pöördemomendi sujuv reguleerimine
• väikesed mõõtmed
• ole tundlikud ülekoormusele
• võimalik kasutada tolmustes, niisketes tingimustes, samuti laias
• emperatuuride vahemikus
• ei ole plahvatusohtlikud
• uur pöörlemissageduse diapasoon
• ihtne hooldus
• ihtne pöörlemissuuna muutmine