Пневмоинструмент ч.1

Пневматический инструмент

Пневматические инструменты являются неотъемлемой частью программы инструментов промышленного назначения .
Именно поэтому в данном обзоре рассматриваются некоторые важные свойства сжатого воздуха, используемого для приводов пневматических инструментов.

Здесь мы детально остановимся на вопросах устройства двигателя, технического обслуживания, системы подвода воздуха, проведем приблизительные расчеты и укажем на возможные ошибки при использовании данных инструментов, пневматических инструментов.

Движущая сила пневмодвигателя — воздух

Различные инструменты проектируются по-разному, в зависимости от сферы их дальнейшего использования. Конструкция пневмодвигателя, за исключением его размеров, в принципе, не подвергается изменениям. Для ручного пневматического инструмента, характеризующегося высокой мощностью при небольших габаритах, оптимально подходит пластинчатый (бесклапанный) двигатель. Этот двигатель приводится в движение за счет расширения сжатого воздуха, благодаря чему он может выполнять механическую работу.

Как правило, пластинчатый двигатель состоит из статора, ротора, в продольные шлицы которого вставлены пластины, уплотнительных крышек, закрывающих статор с двух сторон, и подшипников ротора. За счет эксцентричности ротора по отношению к статору образуется рабочее пространство, которое разделяется пластинами на отдельные камеры. Эти камеры герметизированы с двух сторон, вследствие давления пластин при вращении на внутреннюю стенку статора за счет центробежной силы. Поступающий через впускной канал воздух действует силой давления на пластины и приводит во вращение ротор. В зависимости от желаемого направления вращения определяются направления подачи и отвода воздуха. Для выбора нужной частоты вращения рабочего инструмента, как правило, используется планетарная передача.

Характеристики пневмодвигателя делают его оптимальным приводным устройством для самого различного применения:

• Пневмодвигатель всегда обеспечивает необходимый крутящий момент для различных областей применения инструмента. При возрастании нагрузки и уменьшении частоты вращения крутящий момент возрастает до максимального значения при остановке (см. рисунок) — эта особенность используется, например, в шуруповертах.
• Эксплуатация двигателя возможна до момента его остановки, за счет этого исключается его выход из строя из-за перегрузки.
• За счет регулировки давления поступающего сжатого воздуха (регулятором давления) осуществляется бесступенчатое регулирование крутящего момента. За счет регулировки расхода воздуха (дросселирующим вентилем) плавно регулируется частота вращения двигателя.
• Небольшие размеры и малая масса двигателя обеспечивают комфортную работу и открывают возможность его универсального использования.
• Надежная и несложная конструкция гарантирует длительный срок службы, и снижает до минимума возможность возникновения неполадок
• Другим преимуществом является невосприимчивость к внешним воздействиям (пыли, влажности и т. д.).
• Пневматические инструменты отличаются высокой эксплуатационной надежностью за счет того, что рабочая среда (воздух) является безопасной и не может — ввиду отсутствия искрообразования — привести к взрыву (при работе во взрывоопасной среде необходимо соблюдать специальные правила).
• Так как расширяющийся воздух охлаждает инструмент, исключается вероятность перегрев
• Не вызывает сложностей эксплуатация инструмента в сырых и влажных помещениях.
• Простое техническое обслуживание и ремонт.
• Давление воздуха на входе в инструмент должно составлять не менее 6,3 бар (динамическое давление) для обеспечения полной мощности на шпинделе инструмента.

Правильное определение параметров — система подвода воздуха

Приведенный ниже простой пример показывает, как может определяться нагрузка компрессора и напорного резервуара в зависимости от конкретного потребителя.

Компрессор

Производительность компрессора 1000 литров в минуту. Напорный резервуар, объем 500 литров. Колебания между 12 и 8 бар. При наличии на выходе давления 12 бар компрессор выключается. До повторного включения компрессора при 8 бар в данном диапазоне мы имеем: 12 бар — 8 бар = 4 бар.

Потребитель располагает: 500×4=2000 литров, т. о. при расходе воздуха 2000 литров в минуту возможна эксплуатация в течение минуты или при расходе воздуха 500 литров/мин — в течение 4 минут. При этом следует учесть, что многие инструменты, в частности шуруповерты, включаются только на непродолжительное время.

Например, если импульсный гайковерт используется за 1 минуту четыре раза при среднем расходе воздуха 20 литров в секунду и при каждом заворачивании работает в среднем 3 секунды, в этот период ему потребуется всего лишь 20×3×4=240 литров. Таким ообразом, воздух расходуется в течение 2000/240=8,33 минуты до момента повторного включения компрессора при давлении в сети 8 бар.

При выборе компрессора и напорного резервуара и при наладке сети подводящих трубопроводов следует учитывать возможное повышение расхода воздуха, например, за счет расширения производства.

На практике редко удается избежать охлаждения сжатого воздуха в подающем трубопроводе. Чтобы образующийся при этом конденсат не мог протекать обратно к компрессору, трубопроводы монтируются с небольшим перепадом высоты в 2—3% в направлении воздушного потока. В самых низких местах вода может улавливаться конденсатными отводчиками. Для того чтобы не допустить попадания конденсата в инструмент, отводы от основного трубопровода зачастую выполняются вверх (см. рисунок).

Большое значение для мощности пневматических инструментов имеет внутренний диаметр подающих шлангов или труб. В трубопроводах с небольшим диаметром происходит увеличение сопротивления потоку и как следствие снижение мощности установки. При выборе поперечного сечения трубопровода (для трубопроводов не менее 3/4") следует учитывать влияние следующих факторов:

• количество воздуха, давление в трубопроводе, скорость потока, потери давления;
• длина трубопровода;
• количество и вид трубопроводной арматуры (отводы, колена, Т-образные элементы, сужения, станции подготовки воздуха, соединения и т. п.);
• будущее увеличение расхода воздуха и возможное расширение установки.

Для определения и проверки поперечного диаметра трубопровода следует учитывать, что одновременная эксплуатация всех инструментов запрещена. Данное обстоятельство учитывается при умножении на так называемый коэффициент одновременности (см. рисунок).

Снижение давления из-за сопротивления в арматуре учитывается путем условного добавления 30% фактической длины трубопровода. Понижение давления до удаленных частей установки должно составлять не более 10% от давления в системе.

При наличии потерь давления от 1 бар и более следует незамедлительно проверить систему подающих трубопроводов. В больших системах, как правило, монтируются кольцевые трубопроводы, чтобы при возрастании нагрузки обеспечить активным потребителям подачу достаточного количества воздуха (см. рисунок).

Приблизительный расчет диаметра трубопроводов

Расчеты на основе точных уравнений для пользователя дело слишком хлопотное; кроме того, некоторые коэффициенты рассчитать или слишком трудно, или практически невозможно. Тем не менее, приведенная здесь диаграмма (см. рисунок) позволяет выполнить приблизительный расчет диаметра трубопровода. Пример: общий расход воздуха 6 подключенных машин составляет 36 литров/секунда. Мы получаем коэффициент одновременности для 6 машин — 0,79; в итоге: 36×0,79=28,5 литров в секунду.

Данный показатель позволяет осуществлять расчет размеров трубопроводов с помощью диаграммы. Исходя из количества воздуха в 28,5 литров в секунду, разгруженного от давления, мы получаем минимальный внутренний диаметр трубы: 1". При теоретической длине трубопровода в 130 м (действительная длина 100 м + 30% на понижение давления в арматуре, отводах и т. п.) получаем диаметр трубопровода: 1,5". При необходимости дополнительного подключения инструментов к данному трубопроводу в расчет следует принять расход воздуха в них. Аналогичным способом можно произвести проверку уже имеющейся установки. В отличие от определения поперечного сечения трубопровода размеры компрессора определяются коэффициентом его применения.

Коэффициент применения выражает действительное время работы инструментов в процентом отношении. В устройствах, к которым подсоединяются преимущественно шуруповерты, данный коэффициент составляет от прим. 5 до 15%; для установок с подключенными шлиф машинами при длительном режиме эксплуатации (например, при зачистке литых заготовок) этот коэффициент может составлять от 30 до 70%. Для максимально точного определения нужного размера компрессора лучше всего проверить данные на месте и затем определить коэффициент использования, или провести это совместно с изготовителем компрессора.

Максимальная динамика за счет регулировки частоты вращения

Из практики использования — частые ошибки в эксплуатации

Определенные ошибки в эксплуатации чаще всего являются причиной неудовлетворительных результатов или появления неисправностей.

Наиболее частые ошибки:

• Неправильно выбранные инструменты (для определенной задачи используется слишком мощный/недостаточно мощный инструмент).





 
•  
•  
• Слишком малое количество сжатого воздуха или отсутствие постоянного давления непосредственно на входе в инструмент недостаточное поперечное сечение подводящего трубопровода.





 
•  
•  
• Отсутствие станций подготовки воздуха, наличие грязи, воды в подающем трубопроводе, отсутствие масла приводят к быстрому износу двигателя и образованию в нем ржавчины и к преждевременному выходу инструмента из строя.





 
•  
•  
• Использование изношенного, не заточенного или неподходящего инструмента сокращают эффективность работы.

Регулировка числа оборотов имеет следующие преимущества:

• высокая производительность шлифования;
• незначительный износ дисков;
• экономия времени;
• незначительный износ пластин;
• незначительный уровень шума.

Чувствительный регулятор позволяет поддерживать почти постоянное число оборотов, за счет чего шлифование выполняется в нужном диапазоне мощности при постоянной окружной скорости. При возрастании числа оборотов регулировочные грузики отклоняются наружу; вследствие этого с помощью стержня клапана происходит уменьшение поперечного сечения воздушного потока. При уменьшении частоты вращения задействуется возвратная пружина, и поперечное сечение становится больше.