Circuite pneumatice și diagrame de circuite pneumatice - fundamentele ingineriei fluidelor

Acest articol acoperă elementele fundamentale ale pneumaticii, circuitelor pneumatice și diagramelor de circuite pneumatice. Pneumatica este o arie a ingineriei fluidelor care se ocupă cu aerul comprimat și cu aplicarea acestuia în diferite sisteme. Tehnologia de control pneumatic este utilizată în multe domenii și sectoare, cum ar fi manipularea materialelor, robotică sau transport.

Ce este pneumatica?

Pneumatica este o arie secundară a mecanicii și vizează comportamentul substanțelor gazoase. În special, tehnologia fluidelor este cea care utilizează aerul comprimat sau sistemele pneumatice pentru a genera mișcare și putere de acționare.

În sistemele tipice de aer comprimat, aerul are o presiune pozitivă de 6 bari. Nivelul de presiune este de maximum 18 bari în aplicații de înaltă presiune, precum aplicații pneumatice cu cerințe de intrare de înaltă putere. În cazuri speciale, presiunea poate ajunge până la 40 bari.

Există multe întrebuințări pentru aerul comprimat, care poate fi utilizat după cum este necesar și solicitat. De exemplu, poate acționa ca aer activ pentru a transporta substanțe și materiale. De asemenea, este utilizat ca aer de proces și susține procesele de uscare și alte procese. În plus, aerul comprimat poate fi utilizat în locații cu potențial exploziv sau umezeală, de exemplu pentru a opera motoare sau altele. Un exemplu tipic de aplicație este reprezentat de aerul comprimat utilizat de aparatele de șlefuit orbitale excentrice din cabinele de vopsit.

Aplicații pentru comenzi pneumatice

Comenzile și sistemele pneumatice găsesc o gamă largă de aplicații în ingineria mecanică, construcția de utilaje personalizate și producția în masă. Pe lângă simplitatea și fiabilitatea acestora, avantajele sistemelor pneumatice includ și timpi de răspuns rapizi și implementarea relativ eficientă din punct de vedere al costurilor.

Exemple tipice de aplicații ale comenzilor pneumatice includ:

• Aparate de sudură: Controlul capetelor de sudură și dispozitivelor de prindere.
• Utilaje-unelte: Pentru strângere sau desfacere și pentru schimbarea sculei.
• Mașini turnate: Pentru deschiderea sau închiderea matrițelor și îndepărtarea carcaselor - de exemplu, în mașini de turnare prin injecție.
• Transportoare și ascensoare: Pentru deplasarea, ridicarea și poziționarea materialelor.
• Utilaje de imprimat și pentru hârtie: Pentru a controla procesele de imprimare și poziționarea hârtiei.

Care sunt beneficiile pneumaticii?

Sistemele pneumatice au numeroase avantaje. Materialul utilizat, adică aerul, are o alimentare infinită, este disponibil practic oriunde și poate fi transportat pe distanțe mari.

• Capacitatea de stocare: Este posibilă depozitarea aerului comprimat în rezervoare de aer comprimat corespunzătoare. Aceste rezervoare de aer comprimat pot fi, de asemenea, transportate.
• Rezistența la temperatură: Aerul comprimat este în mod substanțial neafectat de fluctuațiile de temperatură. Prin urmare, este potrivit pentru funcționare în condiții mai extreme decât lichidele, cum ar fi lichidul hidraulic.
• Compatibilitate cu mediul: Scurgerile de aer comprimat nu cauzează poluare sau daune.
• Simplitate: Componentele pneumatice sunt ușor de asamblat. Acestea pot deplasa sau controla vitezele și forțele cilindrilor într-o manieră reglabilă continuu.
• Viteză mare: Aerul comprimat este un mediu de procesare rapid, permițând astfel obținerea unor viteze relativ ridicate și a unor timpi de comutare scurți.
• Portabilitate: Aerul comprimat poate fi transportat cu ușurință pe linii care se întind pe distanțe mari. Prin urmare, aerul comprimat trebuie, în general, doar condiționat.
• Protecție la suprasarcină: Circuitele și elementele pneumatice pot absorbi sarcini chiar și în repaus și sunt astfel rezistente la suprasarcină împotriva valorilor de vârf ale aerului comprimat.

Diverse procese mecanice pot fi operate eficient prin utilizarea aerului comprimat ca sursă de energie, ceea ce face ca acesta să fie o alternativă rentabilă la alte sisteme de energie.

Principiile de proiectare și operare ale comenzilor pneumatice

Aerul comprimat este furnizat în locația dorită folosind supape. Energia stocată în aerul comprimat este utilizată pentru a genera energie de mișcare. Un exemplu în acest sens este utilizarea aerului comprimat pentru a controla un piston într-o anumită direcție.

Fiecare sistem de control pneumatic este în principal compus din următoarele sub-componente:

• Generare de aer comprimat (compresoare)
• Aer condiționat comprimat (filtru pneumatic / filtru de aer)
• Acumulator de aer comprimat (rezervor de aer)
• Reglarea aerului comprimat (regulator de presiune)
• Supape principale (supape de sens)
• Elemente de proces (cilindri)
• Senzori și comutatoare (supape solenoide, butoane)
• Furtunuri și fitinguri

Generarea de aer comprimat în comenzile pneumatice

Unul sau mai multe compresoare sunt utilizate pentru a genera presiunea de proces necesară. Acestea aspiră și comprimă aerul după cum este necesar la o presiune cuprinsă între 6 și 40 bari.

Procesele mecanice și termodinamice utilizate pentru comprimarea aerului generează o cantitate mare de căldură, care trebuie evacuată din aerul comprimat. Prin urmare, aerul comprimat este direcționat printr-un răcitor de aer pentru a reduce temperatura.

Aer condiționat comprimat

Cu toate acestea, răcirea aerului reduce și capacitatea aerului de a absorbi apa. Pe măsură ce aerul se răcește, acesta eliberează adesea apă, ceea ce poate deteriora sistemul. Aerul trece printr-un uscător cu aer pentru a preveni acest lucru. Există mai multe tipuri de uscătoare cu aer, cum ar fi uscătoarele cu refrigerare și uscătoarele cu adsorbție, care elimină umezeala din aer. Este la fel de important să îndepărtați contaminanții din aerul comprimat pentru a asigura o calitate optimă a aerului comprimat și o durată lungă de funcționare a sistemelor de aer comprimat. Acest lucru se realizează prin trecerea aerului prin filtre pentru îndepărtarea contaminanților, cum ar fi praful, particulele și uleiul. Cu toate acestea, deoarece uleiul este necesar pentru lubrifierea unităților de acționare, aerul comprimat este îmbogățit cu ulei, prin utilizarea de gresoare specializate.

Stocarea aerului comprimat

Aerul condiționat este stocat în rezervoare de aer comprimat. Aceste rezervoare compensează simultan fluctuațiile de presiune atunci când aerul comprimat este eliminat din sistem. Acumulatorul de aer este reumplut atunci când presiunea scade sub o anumită valoare.

Reglarea și distribuirea aerului comprimat

Presiunea aerului este reglată cu un regulator de presiune înainte de utilizarea aerului comprimat în circuitul pneumatic. Aerul este apoi distribuit în sistem printr-o rețea de conducte și furtunuri. Sistemul de aer comprimat trebuie planificat luând în considerare diverse cerințe, cum ar fi diametrul liniilor. Cu cât diametrul unei țevi este mai mic, cu atât rezistența la flux este mai mare. Diametrul trebuie selectat astfel încât rezistențele la flux să rămână cât mai scăzute posibil.

Scurgerile reprezintă un alt risc pentru sistemele de aer comprimat. Acestea sunt comune în racorduri sau galerii. Astfel de scurgeri conduc la o pierdere continuă de aer comprimat, ceea ce duce la creșterea consumului de energie și la reducerea performanței sistemului. Pe lângă aceste pierderi directe, sistemul poate prezenta și pierderi indirecte. Compresoare supradimensionate, linii prea restrictive sau excesiv de lungi, amplasarea nefavorabilă a rezervorului - toate acestea duc la degradarea performanței și la apariția ineficiențelor de sistem. Planificarea intenționată a distribuției aerului comprimat este, prin urmare, o condiție pentru optimizarea sistemului de aer comprimat pentru durabilitate și performanță.

Mișcarea și transmisia puterii

Diverse componente ale circuitelor pneumatice funcționează împreună pentru a crea mișcare și pentru a transfera forța. Supapele controlează direcția, presiunea și debitul aerului comprimat. Mecanismele de acționare pneumatice precum cilindrii sau motoarele pneumatice, sunt cele care realizează sarcinile propriu-zise într-un circuit pneumatic. Acestea convertesc energia înmagazinată de aerul comprimat în mișcare mecanică. Aerul comprimat deplasează pistonul în interiorul cilindrului, transferând forța, de obicei într-o direcție liniară.

Lucrările mecanice sunt efectuate de elemente de lucru specializate, care vin în principal sub formă de cilindri pneumatici - de exemplu ca dispozitive de prindere pneumatice.

Transportoarele industriale transportă materiale către diferite destinații din ateliere sau depozite. Transportoarele pneumatice utilizează aer comprimat pentru a transporta materiale sau componente, precum granule, pulberi sau materiale vrac prin conducte pentru prelucrare sau eliminare ulterioară. Aceste sisteme sunt utilizate în diferite etape de producție, deoarece simplifică și facilitează manipularea materialelor.

Structura generală a unei diagrame de circuit pneumatic

Diagramele de circuit pneumatic sunt reprezentări grafice ale comenzilor pneumatice. Acestea indică funcția și conexiunea componentelor individuale ale unui sistem pneumatic.

Diagramele circuitelor pneumatice includ elemente de alimentare, dispozitive de acționare și elemente de proces. Elementele de alimentare sunt responsabile pentru alimentarea cu aer comprimat și pentru procesarea, depozitarea și distribuirea aerului comprimat. Mecanismele de acționare sunt elementele de control dintr-o diagramă de circuit pneumatic. Acestea includ, de exemplu, supape de direcție, supape de presiune sau supape de control. Acestea determină debitul și direcția aerului comprimat. Elementele de proces sunt componentele care efectuează activitatea fizică în cadrul circuitului. Acestea convertesc energia stocată de aerul comprimat în mișcare mecanică. Cilindrii, motoarele sau mecanismele de acționare sunt elemente de proces.

În general, circuitele sunt dispuse astfel încât energia să circule de jos în sus, adică de la sursa de alimentare cu energie a sursei de aer comprimat către elementul de proces. Sursa de aer comprimat este, prin urmare, primul sau cel mai de jos element, iar elementul de sistem energetic este elementul poziționat cel mai sus sau ultimul element.

Exemplu de aplicație pentru o diagramă de circuit pneumatic

Următorul exemplu practic de aplicație prezintă o tijă de piston care trebuie extinsă (poziția complet desfășurată) și retrasă după un timp definit (poziția de origine). Din motive de siguranță, practicanții folosesc de obicei 2 butoane manuale pentru a preveni acționarea neintenționată a pistonului.

Aplicația este compusă în principal din următoarele componente:

• 1 cilindru pneumatic cu acțiune dublă cu tijă de piston (1 A)
• 2 butoane manuale cu supape de control al sensului (1S1 și 1S2)
• 1 acumulator cu supapă de temporizare (1V3) cu supapă de reglare a debitului
• 1 supapă de presiune dublă (1V1)
• 1 supapă oscilantă (1V2)
• Supape cu impuls și supape direcționale

• Supapa de presiune dublă 1V1 acționează ca un circuit logic „Și”: aerul comprimat poate trece la supapa de impuls 1V4 numai dacă ambele butoane manuale 1S1 și 1S2 sunt acționate simultan.
• Supapa cu impuls de 1V4 este alimentată de aerul de intrare și este presurizată cu aer comprimat.
• Supapa cu impuls de 1V4 alimentează supapa de control al direcției de 1V5.
• Datorită poziției de comutare a supapei de control al sensului 1V5, aerul comprimat intră acum în cilindrul pneumatic cu acțiune duală 1 A și permite tijei pistonului să se extindă acolo (poziție complet desfășurată). Tija pistonului rămâne inițial în poziția complet desfășurată.

Principiul de funcționare al circuitului planificat face ca mai multe lucruri să se întâmple simultan pe parcursul acțiunii de comutare.

• Acționând inițial butoanele manuale, aerul comprimat intră simultan în supapa oscilantă 1V2 - supapa oscilantă acționează simultan ca o supapă de sens unic.
• Aerul comprimat umple acumulatorul 1V3 - acumulatorul are o supapă cu decalaj de timp.
• Imediat ce acumulatorul de presiune 1V3 este umplut, aerul comprimat eliberat alimentează supapa de impuls 1V4, cauzând astfel revenirea supapei de control al sensului 1V5 în poziția inițială.
• Datorită poziției de deplasare a supapei de direcție 1V5, aerul comprimat intră acum în cilindrul cu acțiune duală 1 A și permite tijei pistonului să se retragă acolo (poziția de origine).
• Pentru a extinde pistonul din nou, ambele butoane manuale trebuie să fie „eliberate” și acționate din nou.

Elementele diagramei circuitului sunt etichetate în conformitate cu cheia de etichetare specificată în DIN ISO 1219-2. În funcție de aplicație, simbolurile conținute în cadrul standardului pot fi combinate în consecință. Următoarea prezentare generală prezintă câteva exemple.

Denumirea convențiilor pentru supapele de sens

Descrierea supapelor de sens se bazează pe numărul de porturi, numărul de poziții de comutare și calea de flux. Supapelor de sens li se alocă două numere. Primul indică câte porturi are supapa, iar al doilea număr indică numărul de poziții de comutare. O supapă cu 3/2 căi, de exemplu, are trei porturi și două poziții de comutare. În practică, supapele de sens 2/2, 3/2, 5/2 și 5/3 sunt utilizate cel mai frecvent.

Gruparea și proiectarea supapelor de control al sensului

Mecanisme de acționare pneumatice (de exemplu, cilindri etc.) sunt controlate prin supape pneumatice. Funcția supapelor este de a controla direcția de acționare, viteza (prin viteza debitului) și forța.

Supapele de sens sunt printre cele mai importante elemente ale comenzilor pneumatice. Acestea sunt utilizate pentru a determina sensul debitului și pentru a deschide sau obtura calea pentru mediu. De exemplu, acestea sunt utilizate pentru a acționa și controla cilindrii, supapele sau sculele pneumatice. Supapele de sens pot fi grupate în funcție de diferite criterii:

• După structura de bază: În funcție de design, diferențierea se face între supapele de bobinaj ale pistonului și supapele cu scaun.

• În funcție de tipul de operațiune: Supapele de sens pot fi acționate mecanic, manual, pneumatic sau electric.

• În funcție de numărul de poziții: Există supape monostabile, instabile, cu trei sau cu mai multe poziții. După cum sugerează și termenul, supapa are o poziție stabilă pentru modelele monostabile și două poziții stabile pentru modelul bistabil (poziția de origine a supapei).

• Pe baza numărului de porturi și poziții: În ceea ce privește porturile și pozițiile, se face distincția între supapele cu 2/2, 3/2, 3/3, 4/2, 5/2, 4/3 și 5/3

• În funcție de poziția de deplasare în poziția inițială: În funcție de numărul de porturi și de poziții, supapele de sens 2/2 și 3/2 sunt diferențiate în funcție de starea deschisă sau închisă în poziția de origine. Supapele de sens 3/3, 4/3 și 5/3 sunt diferențiate în poziții centrale închise, deschise și ventilate.

Care sunt cerințele dvs. legate de comenzile pneumatice?

MISUMI este un partener puternic atunci când vine vorba de oferirea de produse pneumatice fiabile, de înaltă calitate. Explorați gama noastră de elemente pneumatice configurabile.

De exemplu:

• Cilindrii pneumatici, unități de acționare rotative și dispozitive de prindere
• Supape pneumatice electromagnetice și supape de presiune pneumatice
• Fitinguri pneumatice pentru conducte
• Unități de întreținere, filtre, regulatoare și aparate pentru lubrifiere pentru monitorizarea și condiționarea aerului