Обоснование выбора стандартного пневматического устройства привода для системы подачи книжного блока

 

В разделах 1.4, 1.5 и 1.7 обоснована и показана кинематическая схема подачи книжного блока с применением пневмопривода (рис. 1.5.1). Предлагаемая в разделе 1.7 схема пневмопривода (рис. 1.7.5) разработана с учетом использования стандартных комплектующих. Для составления принципиальной схемы устройства подачи книжного блока необходимо выбрать по каталогам производителя набор конкретных узлов.

Из множества производителей пневматических устройств выбираем международный концерн FESTO, который является одним из ведущих мировых поставщиков пневматических и электромеханических систем для автоматизации производства различных отраслей промышленности. Среди производителей пневматики "Festo" в 1990 году первой получила сертификат качества по ISO 9001. Пневматика является основной сферой деятельности компании Festo во всем мире. В России FESTO работает уже 20 лет и предлагает своим заказчикам 20.000 наименований пневматических устройств, среди которых пневмоцилиндры, распределители, позиционеры, воздушные фильтры, осушители воздуха и другая аппаратура, работающая на сжатом воздухе. Каталог "Пневматические средства автоматизации", выпущенный FESTO на русском языке, содержит более 13 тысяч изделий.

В разделе 1.7 в качестве движущего элемента привода книжного блока предложена конструкция (рис. 1.7.3). В каталоге FESTO этому устройству соответствует класс приводов с линейной направляющей, в частности раздел мощных мини-суппортов типа SLT. Этого типа мини-суппорты приводятся в движение цилиндрами двустороннего действия с двумя поршнями. Для выбора конкретной модели в каталоге предложена следующая форма классификации:

рис. 1.9.1

 

Из рисунка 1.9.1 следует, что величина диаметра поршня и ход перемещения являются определяющими для данного класса устройств. В разделе 1.7 определили, что относительное перемещение устройства подачи книжного блока не будет более 50 миллиметров. Принимаем эту величину за параметр хода. Для выбора мини-суппорта необходимо задать еще диаметр поршня.

Из теории пневматики известно, что диаметр поршня и давление воздуха влияют на величину усилия развиваемую штоком цилиндра (рис. 1.9.2).

рис. 1.9.2

где: 1 – шток, диаметр d; 2 – поршень, диаметр D; 3 – цилиндр

 

В зависимости от подачи сжатого воздуха в одну из камер цилиндра 3, поршень 2 совершает прямой или обратный ход. Усилие F, которое возникает, при этом, на конце штока 1 определяется по формуле:

 

       (1.9.1)

 

где; S – площадь рабочей поверхности поршня, P – давление сжатого воздуха.

Из рисунка 1.9.2 следует, что в случае прямого хода поршня площадь рабочей поверхности поршня определяется как:

 

     (1.9.2)

 

В случае обратного хода поршня его площадь рабочей поверхности меньше на величину площади поперечного сечения штока и определяется как:

 

(1.9.3)

 

В соответствии с приведенными выражениями усилие F, возникающие при прямом ходе, больше усилия, возникающего при обратном ходе поршня. Это обстоятельство отражается на величинах усилий в таблице каталога FESTO (рис. 1.9.3). Приведенные в этой таблице теоретические значения усилий выдвижения (прямой ход) больше соответствующих значений усилий втягивания (обратный ход).

 

рис. 1.9.3

По этой таблице, зная величину усилия выдвижения или втягивания, можно выбрать необходимый диаметр поршня.

Необходимые усилия выдвижения, для перемещения книжного блока определим экспериментально. В качестве объекта эксперимента возьмем одношпиндельный станок с ручным приводом Citoborma 111. Замер усилий давления, оказываемых книжным блоком на рабочий стол во время сверления, показал значения в диапазоне от 6кГс до 9кГс (килограмм-сила) в зависимости от скорости подачи. Возьмем в качестве величины усилия максимальное значение в 9кГс. Так в разрабатываемом станке одновременно участвуют в работе 4 сверла, увеличим экспериментальное полученное значения прилагаемого усилия в 4 раза и получим значение – 36кГс. Переведенное в ньютоны эта величина преобразуется в 360Н., что по таблице на рисунке 1.9.3 соответствует диаметру поршня в 20 мм. Учитывая, что в реальности усилия могут быть больше (влияние сил трения, инерции и т.п.), возьмем большее значение диаметра, предельное для данного типа – 25 мм.

Таким образом, выбрали тип мини-суппорта по классификации на рис. 1.9.1 следующего типа:

SLT-25-50-P-A,

 

Это означает: мини-суппорт типа SLT с диаметром поршня - 25 мм, ходом - 50 мм, с упругим не регулируемым демпфированием и опросом положений с помощью датчиков положений. Наличие запаса по величине развиваемых мини-суппортом усилий, позволит путем регулирования клапанов настроить более плавную характеристику перемещения книжного блока, с наименьшим ускорением и без удара по концам сверл.

Полная характеристика выбранного типа мини-суппорта представлена в таблице на рис. 1.9.4.

Выбор пневматического привода прижима бумажного блока осуществляется по аналогичной схеме. Представленному на рисунке. 1.7.2 приводу по каталогу FESTO соответствует привод с направляющими типа DFM. Эти приводы имеют двустороннее действие с одним поршнем.

Мини-суппорт SLT-25-50-P-A – 170578

Характеристика	Значение
Ход	50 мм
Настраиваемый диапазон крайних положений/хода	12 мм
Диаметр поршня	25 мм
Демпфирование	Упругие демпфирующие кольца или диски в крайнем положении (Р)
Направляющая	Шариковая направляющая
Определение позиции	с датчиком приближения
Рабочее давление	1 - 10 бар
Максимальная скорость выдвижения	0,8 м/с
Максимальная скорость втягивания	0,8 м/с
Режим работы	двустороннего действия
Рабочая среда	Осушенный сжатый воздух, с маслом или без масла
Окружающая температура	-20 - +60 °C
Энергия удара в крайних положениях	0,5 Дж
Макс. усилие Fy	1080 Н
Макс. усилие Fz	1080 Н
Макс. момент Mx	12 Нм
Макс. момент My	12 Нм
Макс. момент Mz	11 Нм
Теоретическое усилие при 6 бар, обратный ход	495 Н
Теоретическое усилие при 6 бар, прямой ход	590 Н
Перемещаемая масса	1043 г
Вес продукта	2197 г
Тип крепления	со сквозным отверстием
Информация о материале крышки	Обработанный алюминиевый сплав
Информация о материале уплотнений	HNBR
Информация о материале, корпус	Обработанный алюминиевый сплав
Информация о материале штока	Легированная сталь, нержавеющая

рис. 1.9.4

 

Для выбора конкретной модели в каталоге предложена следующая форма классификации (рис. 1.9.5).

рис. 1.9.5

 

В соответствии с техническими заданиями на проектируемый станок толщина книжного блока варьируется от 10 мм до 40 мм. Исходя из этого, принимаем величину хода – 40 мм. В целях увеличения веса перемещаемой нагрузки в качестве направляющей выбираем направляющую скольжения - GF.

Для выбора диаметра поршня применяем следующую таблицу каталога (рис. 1.9.6).

 

 

рис. 1.9.6

Из этой таблицы следует, что при наименьшем диаметре поршня в 12 мм усилие выдвижение составляет 68 Н или, примерно, 6,8 кГс. Для улучшения динамических характеристик прижима и достаточного запаса в усилии возьмем следующий типоразмер – 16 мм. Таким образом, выбрали направляющую перемещения для прижима по классификации в соответствии с рисунком 1.9.5 следующего типа:

DFM-16-40-P-A-GF,

 

Это означает, что выбрали привод с направляющей DFM с диаметром поршня - 16 мм, ходом – 40 мм, с упругим не регулируемым демпфированием и опросом положений с помощью датчиков положений и направляющей скольжения. В этом приводе также с помощью регулировки клапанов можно изменять характеристику перемещения и развиваемые при этом усилия сжатия книжного блока.

Полная характеристика выбранного типа привода с направляющей представлена в таблице на рис. 1.9.7.

Направляющая DFM-16-40-P-A-GF - 170836

Характеристика	Значение
Расстояние центра тяжести от нагрузки до траверсы	50 мм
Ход	40 мм
Диаметр поршня	16 мм
Демпфирование	Упругие демпфирующие кольца или диски в крайнем положении (Р)
Направляющая	Направляющая скольжения
Структура проекта	Направляющая
Определение позиции	с датчиком приближения
Рабочее давление	2 - 10 бар
Макс. скорость	0,8 м/с
Режим работы	двустороннего действия
Рабочая среда	Осушенный сжатый воздух, с маслом или без масла
Окружающая температура	-20 - +80 °C
Энергия удара в крайних положениях	0,1 Дж
Макс. Момент Mx	1,68 Нм
Максимальная рабочая нагрузка при заданной дистанции	73 Н
Теоретическое усилие при 6 бар, обратный ход	90 Н
Теоретическое усилие при 6 бар, прямой ход	121 Н
Перемещаемая масса	343 г
Вес продукта	707 г
Пневматическое соединение	M5
Информация о материале крышки	Обработанный алюминиевый сплав
Информация о материале уплотнений	NBR
Информация о материале, корпус	Обработанный алюминиевый сплав
Информация о материале штока	Легированная сталь, нержавеющая

Рис. 1.9.7

 

В соответствии с пневматической схемой (рис. 1.7.5) необходимо также выбрать в каталоге FESTO следующие элементы:

- блок подготовки воздуха;

- глушитель Г1 – Г4;

- пневмораспределитель с электроуправлением Y1K, Y2K;

- дроссель с обратным клапаном Др1,Др2 и Др3,Др4.

В разделе каталога FESTO подготовка сжатого воздуха выбираем стандартный БПВ, включающий в себя блоки, показанные на рисунке 1.7.5. По системе обозначений FESTO такой БПВ кодируется как: FRC-1/4 - D-7-MIDI-KC - 185819. Полная характеристика БПВ представлена на рис. 1.9.8.

 

Характеристика	Значение
Размер	Миди
Серия	D
Защелка привода	Поворотная рукоятка с фиксацией
Позиция сборки	Вертикальный +/- 5°
Степень фильтрации	40 µm
Отвод конденсата	Ручное, вращением
Структура проекта	Модуль ответвления Датчик давления Отсечной клапан Фильтр-регулятор с манометром пропорциональный стандартный маслораспылитель
Макс. объем конденсата	43 см3
Кожух колбы	Металлический кожух стакана
Манометр	с манометром
Диапазон давления управления	0,5 - 12 бар
Входное давление 1	1 - 16 бар
Макс. гистерезис давления	0,4 бар
Стандартный номинальный расход	1.320 л/мин
Рабочая среда	Сжатый воздух
Температура среды	-10 - +60 °C
Окружающая температура	-10 - +60 °C
Авторизация	Germanischer Lloyd
Вес продукта	3.000 г
Тип крепления	Опция - Линейный монтаж с принадлежностями
Пневматическое соединение, канал 1	G1/4
Пневматическое соединение, канал 2	G1/4
Информация о материале, корпус	Цинковая штамповка
Информация о материале стакана	PC

рис. 1.9.8

 

Пневмораспределитель Y1K, Y2K с электроуправлением также выбираем по каталогу FESTO CPE18-M1H-5L-1/4 – 163142. Его полная характеристика представлена на рис. 1.9.9.

 

 

Характеристика	Значение
Функция распределителя	5/2 моностабильный
Тип воздействия	электрический
Стандартный номинальный расход	1.300 l/min
Пневматическое соединение, канал 2	G1/4
Пневматическое соединение, канал 4	G1/4
Рабочее давление	2,5 - 10 бар
Структура проекта	Каретка поршня
Класс защиты	IP65 с розеткой по IEC 60529
Авторизация	c UL us - Recognized (OL)
Условный проход	8 мм
Функция выхлопа	дросселирующий
Принцип уплотнения	мягкий
Позиция сборки	Любое
Ручное дублирование	с принадлежностями, с защелкой сбрасываемый
Тип пилотного управления	С пилотным управлением
Идентификация позиции распределителя	Держатель табличек
Характеристики давления управления (диаграмма)	Диаграмма
Время включения	20 мс
Время выключения	26 мс
Цикл службы	100%
Характеристики катушки	24В DC: 1,5Вт
Рабочая среда	Осушенный фильтрованный сжатый воздух, TF Осушенный фильтрованный сжатый воздух с маслом, TFG Фильтрованный сжатый воздух без масла, фильтрация 40 мкм Фильтрованный воздух, обогащенный маслом, фильрация 40 мкм Осушенный сжатый воздух, с маслом или без масла
Классификация сопротивления коррозии CRC	2
Температура среды	-5 - +50 °C
Рабочая среда пилотного каскада	Осушенный сжатый воздух, с маслом или без масла
Окружающая температура	-5 - +50 °C
Вес продукта	0,22 Кг
Тип крепления	со сквозным отверстием
Выхлоп пилота 82	M5
Выхлоп пилота 84	M5
Подвод пилотного воздуха 12	M5
Подвод пилотного воздуха 14	M5
Пневматическое соединение, канал 1	G1/4
Пневматическое соединение, канал 3	G1/4
Пневматическое соединение, канал 5	G1/4
Информация о материале уплотнений	NBR
Информация о материале, корпус	Штампованный алюминий

Рис. 1.9.9

 

Дросселя с обратным клапаном и датчики положения комплектуются соответственно с выбранной моделью мини-суппорта и направляющей. Дросселя Др1 и Др2 для мини-суппорта имеют тип: GRLA-1-8-QS-8-RS-D - 534332. Дросселя Др3 и Др4 для направляющей имеют тип: GRLA-M5-QS-6-RS-D - 197578. Датчик положений для мини-суппорта имеет тип: SME-10-SL-LED-24 – 173212 с характеристикой, представленной на рис. 1.9.10.

 

Характеристика	Значение
Проект	для круглой щели
Стоек к короткому замыканию	Нет
Принцип измерения	Магнитный, Холла
Функция переключения	Нормально разомкнутый контакт
Защищен от смены полярности	Нет
Дисплей рабочего состояния	Желтый светодиод
Время выключения	<= 0,05 мс
Время включения	<= 0,6 мс
Диапазон рабочего напряжения пост. тока (DC)	12 - 27 В
Макс. выходной ток	100 ма
Макс. характеристика контакта DC	1 Вт
Выход переключателя	с контактом, биполярный
Обозначение по СЕ	в соответствии с руководством EU-EMV
Класс защиты	IP65, IP67
Окружающая температура	-5 - +70 °C -20 - +70 °C
Вес продукта	5 г
Воспроизводимость значения переключения	+/- 0,1 мм
Электрическое соединение	Кабель с разъемом, M8x1, 3-пиновый
Длина кабеля	0,3 м
Тип крепления	Зажат в круглой щели
Замечание по материалу	Не содержит медь и тефлон
Информация о материале, корпус	PPS
Информация о материале оплетки кабеля	PUR

Рис. 1.9.10

 

Датчик положения для направляющей имеет тип: SME-8-K-LED-24 – 150855 и характеристику, представленную на рис. 1.9.11.

 

 

Характеристика	Значение
Проект	для Т-образной щели
Стоек к короткому замыканию	Нет
Принцип измерения	Магнитный, Холла
Функция переключения	Нормально разомкнутый контакт
Защищен от смены полярности	Нет
Дисплей рабочего состояния	Желтый светодиод
Время выключения	0,03 мс
Время включения	<= 0,5 мс
Диапазон рабочего напряжения пост. тока (DC)	12 - 30 В
Макс. выходной ток	500 ма
Макс. характеристика контакта DC	10 Вт
Выход переключателя	с контактом, биполярный
Обозначение по СЕ	в соответствии с руководством EU-EMV
Класс защиты	IP65, IP67
Окружающая температура	-5 - +60 °C -30 - +60 °C
Вес продукта	30 г
Воспроизводимость значения переключения	+/- 0,1 мм
Электрическое соединение	Кабель 3-жильный
Длина кабеля	2,5 м
Тип крепления	Зажат в Т-образной щели
Замечание по материалу	Не содержит медь и тефлон
Информация о материале, корпус	PET
Информация о материале оплетки кабеля	PUR

рис. 1.9.11