Moduł 3: Technika płynowa. Projekt UE Nr MINOS, Realizacja od 2005 do 2007

Transkrypt

1 Mechatronika Moduł 3: Technika płynowa Podręczniki (Koncepcja) Matthias Römer Uniwersytet Techniczny w Chemnitz, Instytut Obrabiarek i Procesów Produkcyjnych Projekt UE Nr MINOS, Realizacja od 2005 do 2007 Europejski Projekt transferu innowacji dla dodatkowej kwalifikacji Mechatronika dla specjalistów w zglobalizowanej produkcji przemysłowej. Ten projekt został zrealizowany przy wsparciu finansowym Komisji Europejskiej. Projekt lub publikacja odzwierciedlają jedynie stanowisko ich autora i Komisja Europejska nie ponosi odpowiedzialności za umieszczoną w nich zawartość

2 Partners for the creation, evaluation and dissemination of the MINOS and the MINOS** project. - Chemnitz University of Technology, Institute for Machine Tools and Production Processes, Germany - np neugebauer und partner OhG, Germany - Henschke Consulting, Germany - Corvinus University of Budapest, Hungary - Wroclaw University of Technology, Poland - IMH, Machine Tool Institute, Spain - Brno University of Technology, Czech Republic - CICmargune, Spain - University of Naples Federico II, Italy - Unis a.s. company, Czech Republic - Blumenbecker Prag s.r.o., Czech Republic - Tower Automotive Sud S.r.l., Italy - Bildungs-Werkstatt Chemnitz ggmbh, Germany - Verbundinitiative Maschinenbau Sachsen VEMAS, Germany - Euroregionala IHK, Poland - Korff Isomatic sp.z.o.o. Wroclaw, Polen - Euroregionale Industrie- und Handelskammer Jelenia Gora, Poland - Dunaferr Metallwerke Dunajvaros, Hungary - Knorr-Bremse Kft. Kecskemet, Hungary - Nationales Institut für berufliche Bildung Budapest, Hungary - Christian Stöhr Unternehmensberatung, Germany - Universität Stockholm, Institut für Soziologie, Sweden Zawartość Szkolenia Minos: moduły 1 8 (podręczniki, ćwiczenia i rozwiązania do ćwiczeń dla): Podstawy/ Kompetencje międzykulturowe, zarządzenie projektem/ Fluidyka / Napędy Elektryczne i Sterowanie / Elementy Mechatroniki/ Systemy i Funkcje Mechatroniki/ Logistyka, Teleserwis, Bezpieczeństwo/ Zdalne Zarządzanie, Diagnostyka Minos **: moduły 9 12 (podręczniki, ćwiczenia i rozwiązania do ćwiczeń dla): Szybkie Prototypowanie / Robotyka/ Migracja/ Interfejsy Wszystkie moduły dostępne są w następujących językach: Polski, Angielski, Hiszpański, Włoski, Czeski, Węgierski i Niemiecki W celu uzyskania dodatkowych informacji proszę się skontaktować z Chemnitz University of Technology Dr.-Ing. Andreas Hirsch Reichenhainer Straße 70, Chemnitz phone: + 49(0) fax: + 49(0) minos@mb.tu-chemnitz.de or

3 Technika p³ynowa - Podrêcznik Minos Spis treœci: 1 Pneumatyka Wprowadzenie Historia sprê onego powietrza Zalety i wady pneumatyki Obszary zastosowania pneumatyki Wytwarzanie sprê onego powietrza Uzdatnianie sprê onego powietrza Suszenie sprê onego powietrza Suszarki ch³odnicze Suszarka adsorpcyjna Dodatkowe mo liwoœci suszenia sprê onego powietrza Zestawy uzdatniania Filtry i odwadniacze Regulatory ciœnienia Smarownica sprê onego powietrza Pozosta³e elementy Symbole elementów tworz¹cych zespo³y uzdatniania Napêdy pneumatyczne Si³ownik jednostronnego dzia³ania Si³ownik dwustronnego dzia³ania Si³owniki o specjalnej budowie Zawory rozdzielaj¹ce (rozdzielacze) Symboliczne przedstawianie rozdzielaczy Sposoby prze³aczania rozdzielaczy Oznakowanie przy³¹czy Konstrukcyjne odmiany zaworów rozdzielaj¹cych Rodzaje zaworów rozdzielaj¹cych Wysterowanie wstêpne rozdzielaczy Systemy instalowania rozdzielaczy Zawory odcinaj¹ce Zawory zwrotne Zawory szybkiego odpowietrzania Zawory trójdrogowe Zawory o dwóch ciœnieniach na wejœciach Zawory steruj¹ce przep³ywem Zawory zwrotne z d³awikiem

4 Minos Technika p³ynowa - Podrêcznik 1.9 Zawory ciœnieniowe Inne zawory Oznaczanie symboli na schematach Technika pró niowa Hydraulika Wprowadzenie Zalety i wady hydrauliki Dziedziny zastosowania hydrauliki Budowa uk³adu hydraulicznego Agregaty hydrauliczne Zbiorniki oleju hydraulicznego Zawór przelewowy Filtry Ciecze hydrauliczne Lepkoœæ Inne w³aœciwoœci cieczy hydraulicznych Substancje obce, woda i powietrze w cieczy hydraulicznej Ochrona œrodowiska Pompy hydrauliczne Pompy zêbate Pompy œrubowe Pompy ³opatkowe Pompy t³oczkowe szeregowe Pompy wielot³oczkowe promieniowe Pompy wielot³oczkowe osiowe Si³owniki i silniki hydrauliczne Si³owniki jednostronnego dzia³ania Si³owniki dwustronnego dzia³ania Mocowanie cylindrów Silniki hydrauliczne Przewody rurowe i wê egiêtkie Rozdzielacze Oznaczanie rozdzielaczy Pokrycia pozycji sterowania Prze³¹czanie zaworów steruj¹cych

5 Technika p³ynowa - Podrêcznik Minos 2.8 Zawory odcinaj¹ce Zawory ciœnieniowe Zawory ograniczaj¹ce ciœnienie Zawory zmniejszaj¹ce ciœnienie (zawory redukcyjne) Zawory regulacji przep³ywu Zawory d³awi¹ce Zawory stabilizacji przep³ywu Zawory dziel¹ce przep³yw Akumulatory hydrauliczne Zadania akumulatorów hydraulicznych Akumulatory t³okowe Akumlatory przeponowe i membranowe Nape³nienia akumulatorów hydraulicznych z poduszk¹ gazow¹

6 Minos Technika p³ynowa - Podrêcznik 6

7 Technika p³ynowa - Podrêcznik Minos 1 Pneumatyka 1.1 Wprowadzenie Historia sprê onego powietrza Pojêcie pneumatyka wywodzi siê z greckiego s³owa pneuma znacz¹cego oddech lub tchnienie. Jako noœnik energii wykorzystuje siê w pneumatyce zagêszczone powietrze. Powietrze takie okreœla siê pojêciem sprê one powietrze. Pojêcie prasowane powietrze jest archaiczne i nie powinno siê je stosowaæ. Powietrze sk³ada siê w 78 % z azotu i 21 % z tlenu. Pozosta³y procent to inne gazy, w tym gazy szlachetne. Dodatkowo powietrze zawiera równie parê wodn¹. Na powierzchni ziemi ciœnienie powietrza wynosi oko³o 1 bar. W zale noœci od warunków pogodowych wartoœæ ta podlega niewielkim wahaniom. Norma DIN 5450 okreœla za normalne, ciœnienie atmosferyczne 101,325 kpa w temperaturze 15 C. W przemyœle stosuje siê sprê one powietrze o ciœnieniu od 3 do 10 bar. Czêsto stosuje siê ciœnienie 6 bar, s¹ jednak stosowane równie ciœnienia powy ej 10 bar. W pneumatycznych uk³adach sterowania stosuje siê ciœnienia rzêdu 0,2 do 0,5 bar. Niskociœnieniowe uk³ady sterowania s¹ coraz czêœciej wypierane przez stosowane obecnie powszechnie sterowania elektroniczne. Sprê one powietrze ma niewielk¹ lepkoœæ i mo e dziêki temu byæ transportowane w instalacjach rurowych na znaczne odleg³oœci. Œciœliwoœæ powietrza jest wa n¹ jego w³aœciwoœci¹. Dziêki temu mo liwe jest magazynowanie energii w prosty sposób. Sprê one powietrze jest bardzo star¹ form¹ energii. Ju przed 2000 laty próbowano z pomoc¹ sprê onego powietrza miotaæ pociski. Równie otwieranie drzwi przez ogrzewanie powietrza by³o stosowane. Miechy kowalskie u ywane do podnoszenia temperatury ognia mo na uznaæ za pierwsze kompresory. Ju pod koniec 19 stulecia hamulce poci¹gów kolei elaznych by³y uruchamiane sprê onym powietrzem. W tym samym czasie powsta³y równie pierwsze instalacje poczty rurowej. W 1890 roku zbudowano w Pary u sieæ sprê onego powietrza. Poprzez t¹ sieæ przekazywano równie sygna³y z centralnego zegara do filii na du e odleg³oœci. W latach póÿniejszych w wielu jednak dziedzinach zastosowañ, preferencje zyska³y napêdy elektryczne. 7

8 Minos Technika p³ynowa - Podrêcznik W latach 50-tych i 60-tych wiele funkcji w obszarze sterowañ by³o realizowanych pneumatycznie. Uk³ady takie pracuj¹ z ma³ymi ciœnieniami rzêdu kilku milibarów. W wyniku rozwoju tranzystorów i mikroprocesorów wiêkszoœæ stosowanych dziœ uk³adów sterowania wyposa a siê jednak w styczniki i programowalne systemy. W wyniku postêpuj¹cej automatyzacji procesów nadal jednak stosuje siê wiele pneumatycznych uk³adów sterowania Zalety i wady pneumatyki Pneumatyka znajduje zastosowanie w wielu dziedzinach przemys³owych. Jak ka da z form energii, ma ona swoje zalety i wady. Porównywaæ nale a³oby pneumatykê przede wszystkim z hydraulik¹, z elektrycznymi - ale tak e mechanicznymi urz¹dzeniami. Do zalet pneumatyki zalicza siê: - Powietrze jako medium jest do dyspozycji praktycznie bez ograniczeñ. Z uwagi na to, e powietrze powrotne mo e byæ odprowadzane do otoczenia, nie potrzeba adnych przewodów powrotnych. - Sprê one powietrze mo na bardzo dobrze magazynowaæ w zbiornikach. Dziêki temu nie jest konieczne by sprê arka stale pracowa³a. W przypadku przerwy w dop³ywie energii mo na dziêki zmagazynowanemu powietrzu zakoñczyæ w sposób niezawodny rozpoczêty cykl pracy. Sprê one powietrze mo na równie transportowaæ w butlach gazowych. - Przewodami rurowymi mo na transportowaæ sprê one powietrze na du e odleg³oœci. Dziêki temu mo na wytwarzaæ sprê one powietrze w sposób zcentralizowany. - Sprê one powietrze jest czyste i niewra liwe na wahania temperatury. Nieszczelnoœci nie stanowi¹ adnego zagro enia dla otoczenia. Sprê one powietrze mo na stosowaæ w przypadkach zagro enia wybuchem. Mo na je stosowaæ bez jakichkolwiek zagro eñ na wolnym powietrzu lub w wilgotnym otoczeniu. - Elementy uk³adów pneumatycznych s¹ proste w budowie, niedrogie i wytrzyma³e. S¹ one te l ejsze od porównywalnych narzêdzi. - Prêdkoœci pneumatycznych napêdów mo na bezstopniowo regulowaæ. Napêdy te mo na obci¹ aæ a do ich zatrzymania, bez negatywnych konsekwencji przeci¹ ania. Prêdkoœci rzêdu kilku metrów na sekundê mo na uzyskaæ bezproblemowo. - Liniowe i wahad³owe ruchy s¹ proste w realizacji. Z pomoc¹ przyssawek i chwytaków ³atwo mo na rozwi¹zywaæ zadania transportowe. 8

9 Technika p³ynowa - Podrêcznik Minos Zaletom mo na przeciwstawiæ nastêpuj¹ce wady: - Sprê one powietrze jest stosukowo drogim noœnikiem energii. W procesie sprê ania powstaje du o ciep³a, które najczêœciej nie mo na wykorzystaæ. - Przystosowanie sprê onego powietrza do zastosowania jest drogie. Py³y i wodê trzeba bezwzglêdnie z niego usun¹æ. - W niekiedy, jak np. w zastosowaniu do silników ³opatkowych nale y dodawaæ, olej do sprê onego powietrza dla zapewnienia smarowania. Olej taki jest zatem równie obecny w wydalanym powietrzu. Wiêkszoœæ stosowanych obecnie elementów uk³adów pneumatycznych nie wymaga jednak smarowania. - Z uwagi na œciœliwoœæ powietrza uzyskiwanie jednostajnej prêdkoœci ruchu jest raczej niemo liwe. Równie pozycjonowanie z pomoc¹ pneumatycznych napêdów jest niemo liwe. Zatrzymanie ruchu jest jednak bezproblemowe. - Wydalaniu sprê onego powietrza towarzyszy g³oœny efekt akustyczny. Mo na temu przeciwdzia³aæ stosuj¹c t³umiki. - Si³y i momenty s¹ niewielkie np. w porównaniu do napêdów hydrau licznych Obszary zastosowania pneumatyki Zastosowanie sprê onego powietrza jest wielostronne. W przemyœle automatyzacja wkracza na coraz to nowe obszary. Wymaga ona czêsto realizowania liniowych i wahad³owych ruchów. Mo na w ten sposób transportowaæ, mocowaæ lub zaciskaæ przedmioty. Stosuj¹c napêdy pneumatyczne mo na przede wszystkim ³atwo realizowaæ powtarzaj¹ce siê ruchy. Równie transport granulatu wê ami lub w przewodach rurowych jest mo liwy. Przy malowaniu natryskowym farba przenoszona jest na malowan¹ powierzchniê sprê onym powietrzem. Równie w rzemioœle pneumatyka znajduje zastosowanie. Wkrêtarki, wiertarki, szlifierki k¹towe mo na napêdzaæ pneumatycznie. Przemieszczanie obrabianych czêœci lub innych przedmiotów odbywa siê czêsto przy u yciu przyssawek lub z pomoc¹ pneumatycznie napêdzanych chwytaków. 9

10 Minos Technika p³ynowa - Podrêcznik 1.2 Wytwarzanie sprê onego powietrza Sprê one powietrze uzyskuje siê najczêœciej z pomoc¹ sprê arek. S¹ one dostêpne w wielu ró norodnych odmianach. Odró nia siê przy tym zasadniczo sprê arki przep³ywowe od sprê arek wyporowych. Sprê arki przep³ywowe stosuje siê przede wszystkim przy du ym zapotrzebowaniu. W sprê arkach takich najpierw nadaje siê powietrzu du ¹ prêdkoœæ, a nastêpnie t¹ du ¹ prêdkoœæ powietrza przetwarza siê na zwiêkszenie jego ciœnienia. Zwiêkszenie ciœnienia nie jest w takim przypadku zbyt wysokie. Z tego wzglêdu zwiêkszenie ciœnienia odbywa siê wielostopniowo. W tzw. turbosprê arkach przyœpieszane odbywa siê promieniowo w kierunku na zewn¹trz. Innego typu s¹ sprê arki przep³ywowe, osiowe. Stosowane s¹ one np. w turbinach samolotowych. Sprê one powietrze potrzebne w ma³ych iloœciach uzyskuje siê sprê arkami wyporowymi. W tym przypadku powietrze zasysane jest do przestrzeni, której objêtoœæ zostaje nastêpnie zmniejszana. Wa nymi przedstawicielami tego typu sprê arek s¹ sprê arki t³okowe i sprê arki œrubowe. Istnieje jednak wiele innych typów tego rodzaju sprê arek. Rys. 1: Sprê arka t³okowa 10