Motoare pneumatice

Motoare pneumatice

Intr-o instalatie de actionare pneumatica, elementul de actionare propriu-zis este motorul pneumatic (cilindrul pneumatic). Cilindrii pneumatici, denumiti si elemente de executie, transforma energia pneumatica in energie mecanica, pe care o furnizeaza apoi mecanismului actionat.

Alimentarea elementelor de executie pneumatice se face cu energie de la regulatoarele pneumatice (0.2 ÷ 1 bar), sau electronice, prin intermediul convertorului electro-pneumatic.

Motoarele de executie pneumatice se folosesc foarte mult pentru ca prezinta urmatoarele avantaje:

Fluidul folosit (aerul) nu prezinta pericol de incendiu;

Dupa utilizare, aerul este evacuat in atmosfera, nefiind necesare conducte de intoarcere ca la cele hidraulice;

Pierderile de aer in anumite limite, datorate neetansietatii, nu produc deranjamente;

Sunt simple, robuste, sigure in functionare si necesita cheltuieli de intretinere reduse.

Dezavantajele acestor motoare sunt urmatoarele:

Viteza de raspuns este mica (in medie 1/3 - 1/4 din viteza de raspuns a motoarelor hidraulice);

Precizia motoarelor pneumatice este redusa;

Se recomanda folosirea servomotoarelor pneumatice in urmatoarele cazuri:

Servomotorul are greutate redusa;

Temperatura mediului ambiant este ridicata si cu variatii mari;

Mediul ambiant este exploziv;

Nu se cere precizie mare;

Nu se cer viteze de lucru mari.

Motoarele pneumatice pot fi: rotative și liniare (cu piston sau cu membrana).

1.2.1. Motoarele pneumatice rotative se realizeaza de obicei cu palete. Ele sunt compuse dintr-un stator cilindric și un rotor cilindric cu o serie de palete plasate oblic in niște crestaturi ale rotorului.

In funcționare, datorita forțelor centrifuge paletele sunt proiectate spre periferie, absorbind aerul din galeria de admisie și comprimandu-l spre camera de ieșire.

Sugestii metodologice: Principial construcția motoarelor pneumatice rotative este asemanatoare cu a compresoarelor rotative (vezi desenul din fig. 2 de la fișa suport 1.1).

1.2.2. Motoarele pneumatice liniare cu piston au aplicatii foarte largi si se construiesc intr-o gama tipodimensionala extrem de diversificata.

Dupa tipul constructiv, se poate face o clasificare generala a cilindrilor:

Cilindri cu simplu efect:

cu revenire cu arc;

cu revenire sub actiunea unei forte rezistente.

Cilindri cu dublu efect:

cu tija unilaterala;

cu tija bilaterala.

Cilindri in tandem:

cu amplificare de forta;

avand cursa in doua trepte.

Exemple de cilindri cu simplu și cu dublu efect

Atunci cand este necesara o forța mare de acționare a organului de reglare, deci cand sunt necesare deplasari mai mari ale tijei, se folosesc elementele cu piston.

Elementele cu piston pot fi executate in doua variante constructive și anume cu o fața a pistonului activa (fig.1.a) si cu ambele fete ale pistonului active (fig.1.b).

Fig.1. Cilindru cu piston

a) cu o fața a pistonului activa b) cu ambele fețe ale pistonului active

Corp element de actionare; 1. Corp element de actionare;

Resort; 2. Piston;

Tija de actionare; 3. Tija de actionare;

Piston; 4. Orificiu intrare aer.

Orificiu intrare aer.

La cilindrul cu o fața activa, poziția tijei depinde de presiunea aerului comprimat, deplasarea inapoi a tijei facandu-se prin scoaterea aerului din cilindru, in timp ce la cel cu doua fețe active, poziția tijei depinde de diferența de presiune aplicata celor doua fețe ale pistonului.

In figura 2 este prezentata o sectiune a unui cilindru cu simplu efect cu revenire cu arc. Aceasta structura este aceeasi pentru toti cilindrii pneumatici de acest tip.

Fig.2. Cilindri cu simplu efect

Parțile componente ale cilindrului cu simplu efect cu revenire cu arc:

- camasa (corpul) cilindrului;

- capacele cilindrului;   

- tija;

- resortul de revenire;

- pistonul;

- etansarea pistonului fata de camasa;

- etansarea tijei cilindrului;

- bucsa de ghidare a tijei.

Daca racordul A este alimentat cu aer comprimat la presiunea P, asupra pistonului de suprafata S va actiona o forta F, care va determina deplasarea acestuia spre dreapta. Viteza si acceleratia ansamblului mobil piston-tija depind de presiune, debit si forta care se opune miscarii tijei. Cand racordul A este conectat la atmosfera, resortul 4 determina revenirea pistonului in pozitia initiala.

In figura 3.a se poate vedea un cilindru cu dublu efect cu tija unilaterala (normala), fara franare la cap de cursa, iar in figura 3.b un cilindru cu dublu efect cu tija bilaterala.

Fig.3.a    Fig.3.b

Cilindru cu dublu efect cu tija Cilindru cu dublu efect cu tija bilaterala

unilaterala fara franare la cap de cursa

Spre deosebire de cilindrul cu simplu efect, cilindrul cu dublu efect are doua orificii de alimentare si nu mai are resortul de revenire. Revenirea pistonului in pozitia initiala se face conectand racordul A la atmosfera si racordul B la alimentare.

Forta unui cilindru este data de valoarea presiunii de alimentare si de suprafata pistonului.

Exemple de motoare pneumatice liniare cu membrana

Elementele de executie pneumatice cu membrana transforma energia potentiala a aerului sub presiune in energie mecanica, la deplasarea liniara a unui organ de executie cu care se face interventia in procesul automat.

Elementele de acționare pneumatice cu membrana (fig.4) sunt formate dintr-o capsula manometrica C prevazuta cu o membrana M situata deasupra unui disc metalic D solidar cu o tija T și un resort antagonist R.

C -capsula

M - membrana

D - disc metalic

T - tija

R - resort antagonist

Fig.4. Element de acționare pneumatica cu membrana

Aerul comprimat adus de la regulator sau convertor la presiunea 0,2 - 1daN/cm², apasa asupra membranei invingand rezistența resortului antagonist și apasand tija in jos. In funcție de presiunea aerului comprimat, poziția tijei variaza continuu intre doua limite.

Dupa cum aerul sub presiune poate sa actioneze pe o singura fata sau pe ambele fete ale membranei elastice, deosebim elemente de executie proportionale sau integrale.

Cilindrul cu membrana elastica (fig.5) este format dintr-un cilindru, compus din capacul 1 și camașa 2, membrana 3 și resortul metalic 4 care este solidar cu tija 5. Aerul comprimat, adus prin conducta P, apasa asupra membranei și, invingand rezistența resortului antagonist, impinge tija. Poziția tijei, adica a organului de execuție pe care il comanda, variaza continuu (intre doua limite) in funcție de presiunea aerului. Aerul comprimat are o presiune cuprinsa intre 0,2 și 1 atmosfera, iar cursa tijei este de 1 - 6 cm.

Fig.5.Cilindru cu membrana elastica

Cilindrii cu membrana, sau camerele cu membrana, prezinta o serie de avantaje functionale in comparatie cu cilindrii cu piston: absenta unor forte de frecare in timpul miscarii si in special la inceputul acesteia, confera camerelor cu membrana promptitudine si siguranta mare in functionare. Durabilitatea membranelor este mare, ele putand functiona peste un milion de cicluri.

Sugestii metodologice:

UNDE PREDAM?

Continutul poate fi predat in cabinet, laborator sau intr-o sala care are videoproiector.

CUM PREDAM?

Se recomanda utilizarea calculatoarelor si a fiselor de lucru pentru elevi pentru activitatile de fixare a noilor cunostinte. Se pot aplica fise de lucru colective, pentru grupuri de 2 - 4 elevi.

Prezentarea conținuturilor se poate face prin expunere, conversatie euristica, problematizare, demonstrație, observatie dirijata etc.

Se pot utiliza: videoproiectorul, retroproiectorul, machete functionale, planse tematice, tipuri de motoare pneumatice.

ORGANIZAREA CLASEI:

Clasa poate fi organizata frontal sau pe grupe de 2 - 4 elevi, in functie de nivelul clasei.

EVALUAREA CUNOSTINTELOR:

Evaluarea se poate realiza prin fisa de evaluare individuala in care elevul sa identifice elementele constructive ale motoarelor pneumatice si clasificarea lor.