Pneumatski dvosmijerni sporohodni motorUvodPneumatski rotacijski
strojevi (pneumatski motori) pretvaraju potencijalnu energiju
komprimiranog zraka u energiju obrtanja, odnosno kontinuirano kruno
kretanje vratilaDijele se na: klipne motore lamelaste motore
zupaste motore turbinske motore motore sa cilindrimaU praksi se
veoma malo razmilja o cilindrima kao pokretaima pneumatskih motora.
Obino se projektant odluuje za cilindre kao pokretae polunih
mehanizama. Razmiljanjima u ovom pravcu najvjerovatnije doprinosi
mali izvor pritiska, koji se kree oko 7 bara. Meutim to ne smije da
bude pravilo. Kada e se i gdje primjeniti komprimovani vazduh to
zavisi od naina i mjesta njegove primjene.Pneumatski motori o
kojima e biti rije imaju iroku praktinu primjenu. Radi se o
mjestima primjene gdje izvor enrgije ne smije izazvati varnicu,
gdje motor zahtjeva lagano upravljanje i jednostavno odravanje. To
su najee mjesta gdje je prisutna velika koncentracija zapaljivih
materija, dakle radi se o mjestima gdje se primjenjuju ptopisi HT
zatite.
Pneumatski motori sa cilindrimaRad ove vrste motora zasniva se
na pneumatskim cilindrima. U daljem tekstu koristit emo dvosmjerni
pneumatski cilindar te je na sljedei cilj da se upoznamo sa ovom
vrstom pneumatskih cilindara.Dvoradni cilindri vre koristan rad u
oba smjera. Za pokretanje klipa komprimovani zrak dovodi se u
komoru s jedne strane klipa, a istovremeno se komora na suprotnoj
strani mora ozraiti. Uglavnom se izrauju kao klipni cilindri. Na
slici 1. prikazan je presjek dvoradnog cilindra sa naznaenim
osnovnim dijelovima.
Slika 1.Princip rada pneumatskog motoraDa bi se ostvarilo obrtno
kretanje ovih motora potrebna su najmanje dva cilindra, pogodno
fazno pomjerena u funkciji. Kod dva cilindra njihova fazna razlika
je 90, tri imaju faznu razliku od 60 i td. Ovo su i najpovoljnije
periodine faze rada pojedinih cilindara motora. Princip rada
pneumatskog dvosmjernog sporohodnog motora prikazan je na slici
2.
Slika 2. Cilindri (1) i (2) Postavljeni su tako da su im uke
vezane zglobno u zajednikoj osi a klipnjae spojene koljenastim
vratilom (7). Koljena krivajnog vratila postavljena su pod uglom od
90. Da bi motor ostvario svoju funkciju obrtanja ima dopunske
elemente. Svaki od cilindara ima pneumatski memorijski razvodnik, a
impulse za komandovanje njima daju pneumatski mikro prekidai. Njih
pritiska brijeg koji rotira zajedno sa vratilom na taj nain prati
se odreena faza rada cilindara. Ukljuenje u rad i okretanje u
odreenom smijeru vri memorijski razvodnik(5). Razvodnici pamte
impulse za prebacivanje smijera vazduha od pneumatskih prekidaa
(8,9,10,11). Impulse od mikroprekidaa (a,b,c,d) daje brijeg na
vratilu(7) koji je usmjeren prema koljenu cilindra(1). Pritisak
koji je doveden u razvodnik (3,4) izaziva obrtanje koljenastog
vratila ugaonom brzinom() odreenog obrtnog momenta. Suprotan smijer
obrtanja ostvaruje se tako to se u sprezi razvodnika(3 i 4) nalazi
razvodnik (5) vezan kao na slici. Razvodnik (5) daje impulse koji
okreu krivajno vratio naprijed nazad kako je dato na slici. Jasno
je na osnovu izloenog da je rad pneumatskog motora logian. Funkcije
cilindra se smjenjuju za 90 okretanja koljenastog vratila. Osim
toga oni se dopunjavaju u radu za period od: gdje je K =1,2,3. nPri
rjeavanju ovog pneumatskog motora postavljeni su uslovi da ima
veliki obrtni moment i da je on ciklino ravnomjerno rasporeen.
Teorijska postavka ima za cilj da potvrdi uslove koji se zahtjevaju
zbog smanjenja trokova i mogunosti izrade sistema koji je
optimalan. Funkciju ovog motora mogue je ostvariti i pomou etiri
cilindra jednosmjernog djelovanja gdje je koljenasto vratilo
postavljeno kao na SUS motorima ovaj tip motora spomenut emo u
drugom dijelu izlaganja. Sada emo se ograniiti na teorijsku
postavku pneumatskog motora sa dva cilindra dvosmjernog
djelovanja.Teorijska postavka pneumatskog motora sa
cilindrimaOkretanje koljenastog vratila ostvaruje se pomou sile
pritiska u cilindrima, fazno pomjerenih na najpogodniji nain.
Djelujui na krak krivajnog mehanizma dobijamo zbirni moment. On
karakterie ponaanje samog mehanizma. Zbirni momenat moemo nai na
dva naina analitiki i grafiki. Rezultat emo najjednostavnije dobiti
ako naemo moment jednog cilindra uslovno za cio krug pa zatim
zaokrenemo dobijeni dijagram za 90. Sabiranjem vrijednosti dobija
se eljeni zbirni moment. Nakon toga moemo vriti analizu dobijenih
rezultata i dati ocjene o njima. Kako se moe vidjeti na slici 3.
Moemo opisati neke karakteristine veliine mehanizma i to:r = OM =
OM1 (mm) - poluprenik krivajnog vratilal = ON (mm) - rastojanje
koljenastog vratila od take vjeanja cilindra- krak sile pritiska na
klip u funkciji ugla () (mm) = r/l - karakteristian odnos
mehanizmaF1max - sila pritiska na klipF2max - sila pritiska sa
strane klipnjae Kako se sila pritiska razlikuju kada se cilindar
izvlai i uvlai to emo imati razliite momente za prvu i drugu
polovinu kruga.Moment za prvu polovinu kruga za ugao od 0 do 180
glasi: Moment za drugu polovinu kruga od 180 do 0 glasi: Matematiki
se moe dokazati da jednaine momenta imaju maksimalne vrijednosti za
ugao ako se unaprijed definie karakteristian odnos.Te vrijednosti
maksimalnih momenata izraene su
jednainama:M01max=F1maxrM02max=F2maxrJasno je da e momenti biti
maksimalni ako je ispunjen sljedei uslov: tj.
Praktian prilaz problemu :Izloenu teorijsku postavku moemo
provjeriti na jednom od rjeenja motora u praksi. Na osnovu slike 3
odrediemo za jednu skladnu konstrukciju karakteristine veliine i to
: = 0.145 karakteristian odnos mehanizma Pr = 6 bar radni vazduni
pritisak u motoruD = 125 mm prenik cilindrad = 30 mm prenik
klipnjaer = 80 mm poliprenik krivajnog mehanizma
Slika 3.
Proraun:Sila koju klip ostvari prema naprijed:
;Sila na klipnjai:;Sila u povratnom hodu cilindra:
;M01max=F1maxr M02max=F2maxr ;Postoje dakle dva rezultujua
momenta za jedan obrtaj krivajnog vratila, razlog tome je uticaj
klipnjae to se odrazilo na razlici sile pritisaka. Jedna sila je
pri izvlaenju klipnjae cilindra, a druga je manja sila pri uvlaenju
klipnjae cilindra. Matematiki prikaz tih momenata glasi:
Koristei raunar moemo nai sve vrijednosti momenta za ovaj
konkretan sluaj.
Slika 4.Na slici 4 dat je dijagram momenta za jedan cilindar.
Ako dobijeni dijagram sa slike 4. zakrenemo za 90dobiemo dijagram
momenta drugog cilindra koji je ba tako fazno pomjeren. Sabiranjem
koordinata momenata dobijemo dijagram rezultujueg momenta na
krivajnom mehanizmu. Prikaz tog rezultujueg momenta Mor prikazan je
na slici 5.
Slika 5.Iz dijagrama se vidi da rezultujui moment nikad nema
nulu to znai da je osiguran cikliki moment pri obrtanju osovine
motora. Takoer vidi se da razultujui moment karakteriu pulsacije
tj. neravnomjerna raspodjela od minimalne do maksimalne vrijednosti
i to etiri puta u jednom obrtaju.
Upravljaki mehanizam pneumatskih motora sa cilindromU praksi se
sreemo sa vie vrsta pneumatskih automata. Najiru primjenu nali su
ovi tipovi Hodni automati izvrnih organa Pritisni automati krajnjih
hodova Vremenski automatiSvaki od njih ima prednosti i mane koje se
kompenzuju zavisno od mjesta primjene. U daljem tekstu bie rijei o
vremenskim automatima i nainu njihovog izvoenja. Za periodino
pokretanje pneumatskih cilindara ili pneumatskih motora u principu
se mogu koristiti dvije vrste automata: Vremenski automati sa
pozitivnim impulsom Vremenski automati sa negativnim impulsom
Automat sa pozitivnim impulsomOvaj automat dobio je ime po smijeru
djelovanja impulsa. Kod njega se eljeni impuls kree u pravcu
kretanja vazduha i djeluje na razvodne elemente. Na slici 6. Dato
je jedno od moguih rjeenja instalacije.
Slika 6.Na slici se vide sastavni dijelovi automata. Pneumatski
cilindar (1) je izvrni organ automata. On izvrava cikluse onako
kako mu se zadaje komandom. Na ovom automatu postoji beskonano puno
kombinacija rada cilindra. A to je ujedno i njihova prednost u
odnosu na ostale automate. Bez ikakve prepravke postrojenja gdje je
cilindar ugraen i bez prepravke eme, automat sam regulacijom
vremena pojave impulsa , postaje sistem sa vie mogunosti ponaanja.
Memorijski razvodnik (2) je upravljaki razvodnik. Dobijene impulse
pamti i razvodi vazduh tako da se on uvlai i izvlai, zadrava u
nekom krajnjem poloaju, impulsira u nekom kratkom hodu i td. Kako
se vidi na emi on je dvopoloajni tip upravo zbog bolje efikasnosti
rada automata.Vremenski releji (3,4) su u osnovi programski
elementi automata. Vremenska regulacija pojave impulsa vri se pomou
prigunika kao sastavnog elementa automata. Vremenska regulacija
pojave impulsa vri se pomou prigunika kao sastavnog elementa
automata. Potrebno je napomenuti da se vremenska regulacija ovog
elementa moe poveati i van njegovog opsega i to tako da mu se povea
kompresioni prostor dodavanjem dopunskog rezervoara preko zaepnog
zavrtnja. Da bi vremenska regulacija bila tana potrebno je
obezbjediti stalan pritisak u struji vazduha.Memorijski razvodnik
(5) je razvodnik impulsa i on treba da ih zapamti i ttrajno dri. Da
nije tako automat ne bi mogao da radi. Kada vremenski relej (3)
poalje impuls ka razvodniku (5) tada se vazduh iz mree dovodi na
relej (4) i razvodnik (2). Kako su cjevovodi kratki, javlja se novi
impuls iz razvodnika (5). On ostaje trajan jer se sad napaja relej
(4) koji regulie novo vrijeme. Vremenski relej (3) tada ponitava
ovaj impuls i rastereuje sve vodove koji su ranije bili pod
pritiskom. Vremenski relej (4) sada vri regulaciju vremena pojave
impulsa. Kada se on pojavi, alje ga na razvodnik (5) i deava se
obrnuta radnja od predhodne. Treba primjetiti da jedan vremenski
automat ima dva memorijska razvodnika i dva vremenska releja. To je
ujedno i najmanji broj elemenata za efikasan i taan automat.Automat
sa negativnim impulsomOvaj automat dobio je naziv prema memorijskim
razvodnicima, kojima se upravlja putem negativnog impulsa. I ovaj
automat nastao je iz praktinih potreba. Mada je brzina prenoenja
pozitivnog impulsa velika projektanti se nerjetko odluuju za
negativne impulse naroito ako su rastojanja velika i ako se troi
suvian rad automata. Na slici 7. prikazana je ema automata sa
negativnim impulsom.
Slika 7.Pneumatski motor (6) je uslovno izvrni organ. Na
njegovom mjestu mogao bi biti i cilindar, pneumo hidrauliki
razvodnik i td. Rotacija njegovog vratila moe da bude razliite
programske orjentiranosti dvosmjerna rotacija, impulsna rotacija,
dvosmjerno vremenski nejednaka rotacija i td. Ima vie mogunosti
programiranja od cilindra jer mu je rotacija neograniena po veliini
trajanja.Memorijski razvodnik (7) je upravljaki razvodnik rada
pneumatskog motora. Njegovi komandni vodovi izloeni su trajnom
pritisku. Kada njime elimo da upravljamo sa odgovarajue strane
moramo da smanjujemo pritisak. Suprotna strana koja je pod
pritiskom tada oslobodi razvodnik. Dobija se utisak da pri
upravljanju razvodnikom vrimo neko oduzimanje. eljeni impuls kree
se u suprotnom pravcu od kretanja vazduha, pa ga zato zovemo
negativnim impulsom.Vremenski releji (8,9) razlikuju se od releja
(3,4) po tome to rade sa negativnim impulsom. Dok oni reguliu
vrijeme na osnovu vremena punjenja kompresionog prostora kroz
prigunik, ovi reguliu vrijeme na osnovu vremena pranjenja
kompresionog prostora kroz prigunik. Kompresioni prostor puni se
preko nepovratnog ventila koji je okrenut suprotno od
predhodnih.Memorijski razvodnik (10) je razvodnik impulsa. Kada se
komprimovani prostor releja (8) isprazni, tada on poalje negativni
impuls ka razvodniku (10). Ovaj razvodnik poalje nov negativni
impuls za pranjenje kompresionog prostora releja (9) i ostalih
vodova koji su bili od pritiskom. Sada se registruje drugo vrijeme
na releju (9), sve dok se na njemu ne javi negativni impuls. Kada
se on uputi na razvodnik (10) javlja se novi postupak regulacije.I
ovaj automat ima najmanji i najpogodniji broj elemenata. Ima dva
memorijska razvodnika i dva releja, a svi komanduju sa negativnim
impulsom. Prednost ovog automata nad predhodnim je u tome to moe
raditi u uslovima male oscilacije pritiska. Vrijeme se ne
registruje pri punjenju ve pri pranjenju kompresionog
prostora.Lamelasti motori Najvie se upotrebljavaju u pneumatici.
Komprimirani zrak ekspandira i pri tome nastaje kruno kretanje
rotora. Prostor u kojem zrak ekspandira se poveava pri rotaciji
vratila jer je rotor u kuitu postavljen ekscentrino. Lamelasti
motori se izrauju za snage od 0,07 do 15 kW. Broj okretaja u
praznom hodu je izmeu 1.000 i 50.000 min-1. Na slici 8.
predstavljen je presjek lamelastog pneumatskog motora i dat je
njegov simbol.
Slika 8.
Radijalni klipni zrani motori Zasnivaju se na principu radijalno
postavljenih klipova. Karakterie ih veliki obrtni moment uz vrlo
nizak broj obrtaja, mada se broj obrtaja ovih motora u nekim
situacijama moe popeti i do nekoliko hiljada obrtaja. Kada rade u
reimu niskog broja obrtaja nivo buke ovih motora je minimalan to
ove motore ini sjajnim izborom na mjestima gdje je potrebno
smanjiti nivo buke. Radni pritisci ovih motora se kreu do 6 bar.
Dobre osobine ovog tipa pneumatskog motora u odnosu na druge
pneumatske motore su : mali broj obrtaja uz veliki obrtni moment,
robustnost i pouzdanost, praktiki nema odravanja, mala masa i male
gabaritne dimenzije. Rodijalni klipi motori mogu raditi u oba
smijera zavisno od naina spajanja radnog medija sa motorom.
Performanse radijalnih motora i njihov presjek prikazani su na
slici 7. Maksimalna snaga ovih motora razvija se kada se usljed
optereenja brzina obrtaja spusti do 50% od maksimalne brzine
motora. A obrtni moment ima linearnu karakteristiku rasta. Brzina
obrtanja nebi smjela da prelazi onu brzinu na kojoj se ostvaruje
maksimalna snaga, jer u protivnom dolazi do naglog smanjenja
ivotnog vijeka motora. Na slici 9. je prikazan izgled radijalnog
klipnog pneumatskog motora, a na slici 10. skicu ove vrste motora i
dijagram momenta, snage, broja obrtaja, te potronje komprimovanog
zraka.
Slika 9.
Slika 10.
Regulacija broja obrtaja radijalnog motoraNajei nain regulacije
brzine obrtanja motora je da se izvri regulacija protoka dovedenog
komprimovanog zraka. Kada je potrebno izvriti regulaciju broja
obrtaja u oba smijera, i kada motor treba da radi u oba smijera
koristi se regulacija protoka sa integrisanom nepovratnom funkcijom
u oba smijera. Kontrola protoka moe da se vri i na izlazu
komprimovanog zraka iz motora. Reguliranje broja obrtaja
regulacijom protoka komprimovanog zraka kroz motorAko je protok
ulaznog medija smanjen, brzina motora pada, ali pri tim brzinama
pritisak na klipove motora je maksimalan. To znai da je puni obrtni
moment dostupan pri manjim brzinama obrtanja uprkos manjem protoku
medija kroz motor. Poto krivulja obrtnog momenta postaje strmija to
takoer znai da dobijamo manji obrtni moment na bilo kojoj brzini
obrtaja koja e biti razvijena pri punom protoku medija kroz
motor.
Primjeri regulacije motora regulacijom protoka dati su na slici
11.
Slika 11.Regulacija brzine radijalnog motora regulacijom
pritiskaBrzina i obrtni moment takoer se mogu regulisati postavkom
regulatora pritiska na ulaz motora. Kada se motor konstantno napaja
sa medijem nieg pritiska, motor smanjuje brzinu obrtanja te dovodi
do smanjenja obrtnog momenta na rotoru motora. Na sljedeim slikama
prikazane su mogue izvedbe regulacije motora.Slika 12.Na slici 12.
Prikazana je regulacija pomou regulatora pritiska na ulazu
komprimovanog zraka u motor, te promjena krive usljed djelovanja
regulatora pritiska na motor. Vidi se da je kriva obrtnog momenta
strmija i paralelna osnovnoj krivoj momenta. Saetak o regulaciji
brzine radijalnog motoraRegulacija protokom daje kao rezultat
smanjenje brzine obrtanja, ali omoguava zadravanje maksimalnog
momenta kada motor radi sa niim brojem obrtaja. Krivulja momenta
postaje strmija. Regulacija ostvarena montaom regulatora pritiska
na motor smanjuje obrtni moment kada motor radi na niim brojevima
obrtaja, te takoer smanjuje brzinu obrtanja. Krivulja obrtnog
momenta je pomjerena paralelno osnovnoj krivulji.Na kraju treba
napomenuti da se u praksi za regulaciju brzine obrtanja motora
koriste razdjelnici kako e biti prikazano na slici 13. Razvodnici
su ventili koji proputaju, zatvaraju i usmjeravaju tok radnog
medija.
Zakljuak Pneumatski motori imaju znaajnu ulogu u svim
industrijskim postrojenjima a naroito gdje je potrebno obezbjediti
specijalne uslove. Najveu primjenu imaju u rudnicima, na naftnim
buotinama, industriji gdje se koriste sve zapaljive materije,
industriji proizvodnje zapaljivih materija i td. Velike prednosti
pneumatskih motora i pneumatskih cilindara omoguavaju veliku
potrebu za ovim motorima. Najvee prednosti ovih motora su: radni
medij je lagan, pa ne optereuje dovodne cijevi ; nema potrebe za
povratnom cijevijer se iskoriteni zrak moe isputati u okolinu;
zrakje elastian, pa ne postoji opasnost odhidraulinih udarakoji bi
mogli otetiti cijevi ili opremu; stlaeni zrak imapotencijalnu
energijukoja se moe koristiti i kadakompresornije u pogonu; stlaeni
zrak je gotovo neosjetljiv na promjenetemperaturei ekstremne
uvjete; neosjetljiv je naradijaciju elektrina i magnetna polja;
sigurnost je na velikom nivou jer radni medij nije eksplozivanniti
zapaljiv; prilikom isputanja nezagauje okoli; neosjetljivost
elemenata navibracije
1
Literatura:1.2. Parker Hannifin Corporation Pneumatic Division
Europe katalog3. Struni studij mehatronike visoka kola u Bjelovaru
(skripta)