Зажимные элементы механизированные

План:

1. Прижимы с механизированным приводы.

2. Основные элементы аппаратуры подготовки воздуха.

3. Разновидность клапанов.

Прижимы с механизированным приводом, несмотря на большую сложность и стоимость, имеют следующие преимущества по сравне­нию с ручными: создание значительно больших прижимных уси­лии; быстрота действия; освобождение рабочего от тяжелого руч­ного труда и повышение культуры производства; возможность дистан­ционного управления; возмож­ность расположения прижимов в труднодоступных местах; воз­можность одновременного включе­ния нескольких прижимов.

Механизированные прижимы делятся по роду привода на пневматические, гидравлические, пневмогидравлические, электрома­гнитные, с постоянными магни­тами.

Наиболее распространены при­жимы с пневматическим приво­дом, имеющие следующие пре­имущества: доступность благодаря наличию на заводах сети сжатого воздуха, сравнительная простота конструкции, надежность и работе, удобство управления.

Недостатки пневмопривода: трудность регулирования скорости хода прижима (рывки) и требование хорошей очистки воздуха от влаги во избежание коррозии цилиндров. Кроме того, усилия, создаваемые пневмоприжимами, ограничены величиной порядка 2000—3000 кгс (20—30 кН).

Сжатый воздух на заводах вырабатывается на компрессорных установках (рис. 37). При движении поршня 2 вниз (рис. 37, а) открывается всасывающий клапан 3 ив цилиндр 1 поступает воздух из атмосферы: при движении поршня вверх (рис. 37, б) всасывающий клапан закрывается, вошедший воздух сжимается поршнем и через напорный клапан 4 поступает в воздухосборник (ресивер) — резервуар для хранения сжатого воздуха, соединенный воздухо­проводом с пневматическим оборудованием. Е заводских воздуш­ных сетях обычно поддерживается давление 5 кгс/см² (0,5 МПа). И последнее время на отдельных предприятиях используется дав­ление воздуха до 10 кгс/см² (1 МПа). Это расширяет возможности применения пневмопривода благодаря увеличению развиваемых усилий и уменьшению размеров приводных узлов. Широкое применение воздуха повышенного давления ограничено необходи­мостью установки специальных компрессоров и пневмосетей, ис­пользования специальной аппаратуры, а также шлангов повышен­ного давления.

Для нормальной работы пневмопривод оснащен аппаратурой для подготовки воздуха, регулирующей и направляющей (распределительной).

Основными элементами аппаратуры подготовки воздуха яв­ляются фильтры-влагоотделители. Их установка необходима в приводах с пневмоцилиндрами и желательна при применении всех других пневмоприводов. Фильтры - влагоотделители предназначены для очистки воздуха от содержащейся в нем влаги, частиц выли и грязи.

Для смазки трущихся поверхностей в устройствах с поршневыми пневмоцилиндрами применяют маслораспылители, которые периодически заливают отфильтрованным маслом (обычно инду­стриальным 20). При прохождении воздушного потока через масло­распылитель масло распыляется в сжатом воздухе. Для мембран­ных пневмоцилиндров и пневмошлангов маслораспылители не устанавливают.

К регулирующей аппаратуре относятся обратные клапаны, ре­дукционные клапаны, дроссели и другие аппараты.

Обратный клапан служит для пропускания воздуха только в одном направлении и перекрытия его в обратном. Уста­новка обратных клапанов в сборочных приспособлениях необхо­дима в случаях, если падение давления воздуха в сети может вы­звать ослабление и отвод прижима от изделия, т. е. при отсутствии в прижиме самотормозящих элементов, предотвращающих рас­крепление изделия. Необходимо помнить, что часто (например, в поворотных приспособлениях) это может служить причиной не­счастного случая или аварии. Обратный клапан при внезапном падении давления воздуха в сети перекрывает поток воздуха в об­ратном направлении (от прижима) и в течение нескольких минут удерживает давление в приводе прижима.

Редукционные клапаны (регуляторы давления) предназначены для понижения давления сжатого воздуха и авто­матического поддержания его на заданном уровне. В сборочных приспособлениях редукционные клапаны используют г случаях, если требуется обеспечить постоянное усилие прижима независимо от колебания давления в цеховой воздушной сети, а также при необ­ходимости снижения давления воздуха по сравнению с давлением в этой сети.

При этом необходимо учесть, что давление в сети обычно со­ставляет 4—5 кгс/см² (0,4—0,5 МПа), но часто колеблется от 3 до 6 кгс/см² (0,3—0,6 МПа). Поэтому усилия прижимов следует рас­считывать исходя из давления не более 4 кгс/см² (0,4 МПа). Если повышение давления не вызывает поломки механизма или дефор­мации изделия, устанавливать редукционный клапан необязательно.

Дроссель (регулятор скорости) предназначен для регули­рования расхода воздуха, что обеспечивает плавный ход прижима. И сборочных приспособлениях обычно требуется замедленный ход только в одном направлении (прямей ход при прижатии). При об­ратном ходе не требуется уменьшения скорости. Для этого приме­няют дроссели с обратным клапаном, регулирующие расход воз­духа в одном направлении и обеспечивающие свободой проход воздуха в обратном направлении. Скорость воздуха регулируется изменением сечения щелк в дросселе, через которую проходит воз­душный поток.

Направляющая (рас­пределительная) пневмоаппаратура состоит из кра­новых, золотниковых,кла­панных пневмораспределителей и аппаратов, изменяющих направление воздушного потока и распределяющих его между элементами пневмосистемы. Кроме про­стых пневмо-распределите­лей (двух- и четырехходо­вых кранов), применяют пневмораспредели-тели, обеспечивающие включение различных приводов в определенном порядке, а также пневмораспределители, обеспечивающие различные блокировки в пневматиче­ских схемах, т. е. включающие привод только при определен­ных условиях. Это значительно расширяет возможности и диапа­зон применения пневмоприводов.

Кроме ручного управления, в пневмоприводах используют элек­трическое управление, которое легко автоматизируется. При этом вместо ручных пневмораспределителей применяют электропневматические, переключаемые с помощью электромагнитов. На рис.38 показан пример расположения пневмоаппаратуры на пневматиче­ской схеме.

Основной частью пневматического привода является силовой элемент (пневматический двигатель). В качестве силового узла применяют е основном поршневые и мембранные пневмоцилиндры (одностороннего или двустороннего действия), а также воздушные рукава — пневмошланги.

В поршневых пневмоцилиндрах односторон­него действия (рис. 39, а) сжатый воздух перемещает поршень только в одну сторону; обратный ход обеспечивается возвратной пружиной. В этих пневмоцилиндрах требуется одностороннее уплотнение поршня и не требуется уплотнение штока. Их недоста­ток — необходимость расходования части усилия при рабочем ходе на сжатие возвратной пружины. Такие пневмоцилиндры можно применять в прижимах, где требуется короткий ход поршня, а обратный ход не требует больших усилий, например, при отсут­ствии самотормозящих элементов.

При ходе поршня более 30 - 40 мм ухудшается работа возвратной пружины и увеличивается ее сопротивление. При наличии самотормозящих элементов усилие пружины, необходимое для возврата механизма в исходное положение, значительно возрастает; в результате почти все усилие при рабочем ходе будет затрачиваться на сжатие пружины.

В пневмоцилиндрах двустороннего действия поршень переме­щается сжатым воздухом в обе стороны (рис. 39, б). По конструк­ции крепления к корпусу приспособления различают поршневые цилиндры с креплением на удлиненных стяжках (рис. 40, а), на лапах (рис. 40, б), на переднем или заднем фланце (рис, 40, в), на про­ушине (рис 40, г), на цапфах (рис. 40, д). На рис. 41 пока­зано устройство цилиндра с креплением на поршне. Поршень 3 выполнен из двух половин для облегчения ус­тановки манжет 4. В цилин­драх с внутренним диаметром D больше 100 мм поршни из­готовляют цельными. Для уплотнения неподвижных соединений между крышками 1 и гильзой 5 пневмоцилиндра, а также между штоком 6 и поршнем используют круглые резиновые кольца 2 и 11. Воздух в обе полости цилиндра подводится через отверстия ь крыш­ках. Для уплотнения штока в передней крышке установлена рези­новая манжета воротникового типа 8, прижимаемая крышкой 9. Для уменьшения трения и предотвращения задиров на штоке в переднюю крышку запрессовывают бронзовую втулку 7. Крышку 1 соединяют с гильзой длинными стяжками 10.

Манжеты уплотняют пневмоцилиндр за счет сжатого воздуха, распирающего кромки и прижимающего их к гильзе пневмоци­линдра и к поршню.

Основные размеры пневмоцилиндров — внутренний диаметр D и ход поршня L (см. рис. 39). Диаметр D определяется необходи­мым усилием. Для пневмоцилиндра двустороннего действия усилие на штоке Р* в кгc и диаметр D в см находятся в следующей зави­симости (при выталкивании поршня из пневмоцилиндра):

где р — давление воздуха в пневмоцилиндре, кгс/см²; F — пло­щадь поршня (со стороны, противоположной штоку), см²; η – коэффициент полезного действия.

При втягивании поршня (пуск воздуха в штоковую полость пневмоцилиндра) усилие на штоке определяется формулой

где F₁ — площадь поршня со стороны штока, см²; d – диаметр штока, см.

Для ориентировочного расчета пневмоприводов принимают р = 4кгс/см² (0,4 МПа); η = 0,8.

В результате получаем упрощен­ные формулы: для толкающего движения штока.

где Р₂ — сопротивление пру­жины в сжатом состоянии, кгс.

Величина Р₂ зависит от раз­меров пружины, подбираемой таким образом, чтобы на всем протяжении обратного хода пружина преодолевала сопротивление трения манжет и штока. Для приспособлений применяют пневмоцилиндры с D = 50 – 320 мм. Усилие на штоке составляет Р = 60 – 3000 кгс (0,6 – 30 кН).

Мембранный пневмоцилиндр (диафрагменная камера) представляет собой замкнутую полость, разделенную эла­стичной перегородкой – мембраной (диафрагмой) на две части. Мембранные пневмоцилиндры имеют ряд преимуществ перед порш­невыми. Они проще в изготовлении, дешевле, долговечнее, так как диафрагма работает дольше, чем уплотнения; отсутствуют утечки воздуха, так как обе полости цилиндра не соединяются между со­бой; в них может быть использован сжатый воздух более влажный и загрязненный, так как он не соприкасается с трущимися частями. Недостатком мембранных пневмоцилиндров является малый ход штока, обычно составляющий 30—40 мм.

Эти цилиндры могут быть одностороннего и двустороннего дей­ствия. На рис. 42 изображен мембранный пневмоцилиндр одно­стороннего действия с возвратной пружиной. Усилие Р на штоке подсчитывают по формуле

где D — внутренний диаметр мембраны, см; d — диаметр опорной шайбы, см;

р – давление воздуха, кгс/см²; η — КПД, обычно η = 0,75 – 0,85; Р₂ – сопротивление пружины.

Основные параметры мембранных пневмоцилиндров (диаметр и ход штока) выбирают по ГОСТ 9887—70.

Рассмотрим примеры применения пневмоцилиндров в качестве привода зажимных элементов.

На рис. 43 показаны различные схемы рычажных прижимов с пневматическим приводом, где усилие цилиндра Р направлено к прижимному усилию под углом, близким к 90°, и передается через промежуточный распорный рычаг, расположенный под углом α = 5 – 10° к направлению прижимного усилия (распорные си­стемы).

На рис. 43, а показан однорычажный прижим с дополнитель­ным (горизонтальным) рычагом, на рис. 43, б — двухрычажный односторонний прижим с таким же дополнительным рычагом, на рис. 43, в — двухрычажный двусторонний зажим.

Прижимное усилие Q рассчитывают по формулам: для схемы на рис. 43, а

где Р — усилие цилиндра; α — угол наклона рычага; β — допол­нительный угол наклона, с помощью которого учитываются потери на трение в шарнирах;

d — диаметр шарнира; L — расстояние между отверстиями ры­чага; f — коэффициент трения в шарнире; р’₂ — приведенный коэф­фициент трения, учитывающий потери на трение ролика;

р₂ — коэффициент трения скольжения на оси ролика; D — на­ружный диаметр ролика; l₁, l₂ — плечи дополнительного рычага.

Как видно из формул (17) — (19), при одинаковом усилии ци­линдра двухрычажный прижим развивает меньшие прижимные усилия, чем однорычажный. Так при, а ≈ 5^? однорычажный при­жим развивает прижимные усилия Q = (5 – 6) P (без учета дополни­тельного рычага), а двухрычажный — Q = (3 – 4) P. Прижим дол­жен быть сконструирован таким образом, чтобы при любом измене­нии толщины прижимаемой детали (в пределах допусков) угол был больше нуля, т. е. чтобы промежуточный рычаг не занял верти­кальное положение (не перешел через мертвую точку), так как это вызовет уменьшение прижимного усилия и ослабление прижатия. Величина возможного перемещения прижима от начала прижатия до вертикального положения распорного рычага называется запа­сом хода. Преимущество двух рычажных прижимов — в большем запасе хода.

На рис. 44 показаны различные прижимы с пневмоцилиндрами. На рис. 44, а показан прижим с пневмоцилиндром одностороннего действия. Прижимной рычаг 1 отходит от изделия под собственным весом. На рис. 44, б в двух положениях показан прижим с распор­ной двухрычажной системой; прижимное усилие достигает 3000 кгс (30 кН).

Часто пневмоцилиндры применяют в байонетных прижимах (рис. 44. в). При обратном ходе поршня штырь 3, закрепленный на штоке, скользит по прорези П на втулке 4 и шток вместе с при­хватом 2 поворачивается, обеспечивая свободный съем изделия. В сборочных устройствах применяют и передвижные пневмоприжимы (рис. 44, г). Конструкция прижима проста: нажимная пята 5 закреплена непосредственно на штоке цилиндра 6. К верхней крышке цилиндра прикреплены колеса 7. передвигающиеся по балке 8. На рис. 44, д изображен пневмоприжим с клином 10, до­полнительным рычагом / и роликом 9. Прижимы на рис. 44. о—6 — е поршневыми пневмоцилиндрами. На рис. 44, е показан откидной прижим с мембранным пневмоцилиндром и самоустанавливающейся нажимной пятой, обеспечивающей прижатие детали (швеллера) одновременно в двух направлениях — по горизонтали и вер­тикали.

Пневмошланги в качестве силового элемента приме­няют при большом числе прижимов, расположенных на одной пря­мой и требующих одновременного включения В качестве шлангов обычно используют прорезиненные пожарные рукава. Преимуще­ство таких прижимов — простота устройства, отсутствие трущихся частей в силовом узле привода, значительное упрощение пневмо­разводки, так как подвод воздуха к каждому прижиму заменен подводом к одному шлангу. Возврат прижима может осущест­вляться возвратным шлангом или пружиной. Шланги должны быть уложены в коробы и надежно защищены от грязи и сварочных брызг (рис. 45).

Вопросы для самопроверки:

Литература:

Базовая:

1. А.Д. Гитлевич, Механизация и автоматизация сварочного производства, М., Машиностроение, 1979г. – стр.290.

Вспомогательная:

2. С.А. Куркин, Сварные конструкции, М., Высшая школа, 1991г. – стр.398;