Pneumatické pohony

      Pokud pomineme různé druhy pneumatického nářadí, zbývají nám v zásadě pro mechanickou práci samostatné pneumatické pohonné jednotky. V následujících kapitolách se seznámíme se základním dělením těchto pneumatických pohonů, také se seznámíme s jejich výhodami a nevýhodami. Na závěr se ještě seznámíme se správným kreslením schématických značek.

Pneumotory s rotačním pohybem

      Mezi pneumotory s rotačním pohybem nejčastěji řadíme lamelový pneumotor. Jedná se o pneumatický pohon, se kterým se v různých konstrukčních obměnách setkáváme nejčastěji.  

     Podstatou lamelového pneumotoru je hřídel, na níž jsou umístěny lamely. Hřídel s lamelami je uzavřena ve válci, do kterého je vháněn vzduch přímo na lamely. Působením stlačeného vzduchu dochází k odtlačení těchto lamel a k otáčení hřídele.

Možnosti použití lamelových pneumotorů jsou poměrně široké. Nejčastější použití – laboratorní míchání chemikálií, pneumatické nářadí, zdviže, pásové dopravníky atd.. Oblast použití je tedy velice široká. Uveďme si výhody, abychom získali lepší přehled o možném aplikaci v praxi:

     è  Regulace otáček – u pneumotorů se jedná o poměrně jednoduchou záležitost. Provádíme ji regulací průtoku přiváděného vzduchu. K takovému účelu používáme zařízení nazývané škrtící ventil. Regulace je jednoduchá a levná ve srovnání s regulací elektrických pohonů. Rozsah otáček se pohybuje od desítek za minutu až po desítky tisíc za minutu.

           -otáčky cca 30-40 ot/min až po 10 000 ot/min lze považovat za běžné.

          -otáčky cca 10 000 ot/min až po několik desítek tisíc, nejčastější využití u pneumatického ručního nářadí.

           -pneumotory s otáčkami nad 50 000 ot/min se vyskytují zřídka.

     è  Výkonnostní rozsahy – abychom byli schopni aplikovat pneumotory v praktických příkladech, tak kromě různých výhod a nevýhod je také třeba, aby disponovaly potřebným výkonem. Jedině tak můžeme naplno využít jejich výhod. Pneumotory se nejčastěji vyrábějí ve výkonech přibližně od 300W až do přibližně 7kW.

     è  Pneumotory mohou pracovat v jakékoliv poloze. Snadno provádíme reverzaci i za plného provozu. Jsou odolné proti přetížení až úplnému zastavení. Jednoduchá konstrukce a minimální poruchovost.

Zatím jsme se zabývali výhodami a oblastí použití. Podívejme se také na nevýhody:

     è  Nevýhodou pneumotorů může být pořizovací cena v porovnání s konvenčními pohony.

     è  S pořizovacími náklady také souvisí pořízení kompresorové stanice, rozvodů stlačeného vzduchu a úpravu vzduchu.

     è  Dalším handicapem je potřeba rozvodu stlačeného vzduchu. Elektrickou energii rozvádíme bez problémů na stovky kilometrů. U stlačeného vzduchu se nám reálné možnosti pohybují v řádu stovek metrů vlivem ztrát v rozvodu. Tím jsme vázání na pouze „lokální“ použití pneumatických pohonů.

 

Varianty pneumotorů, se kterými je dále možné se setkat:

·        pneumotor s magnetickým pístem

·        pneumotor s nastavitelným tlumením v koncových polohách

·        pneumotor s neokrouhlou pístnicí

·        pneumotor s průběžnou pístnicí

·        pneumotor se zdvojenou pístnicí

·        pneumotor lineární

·        pneumotor teleskopický

·        pneumotor vlnovec

Pneumotor s magnetickým pístem – jedná se poměrně o častou úpravu pneumotorů. Provádí se jak u jednočinných, tak dvojčinných pneumotorů. Úprava spočívá v umístění permanentního magnetu v podobě kroužku na obvod pístu. Díky magnetickému poli permanentního magnetu jsme schopni zjistit polohu pístu a pozici pístnice. Ke zjištění polohy používáme magnetický snímač.

Použití pneumotoru s magnetickým pístem nám například umožní jednoduché vymezení krajních poloh pístnice.

Pneumotor s nastavitelným tlumením v koncových polohách - Jedná se o funkci, která brzdí pohyb pístnice při dojezdu do krajní polohy. Vlivem setrvačnosti pístnice by docházelo k nadměrnému opotřebení pístu nárazy na čelo válce. Použitím tlumení se tomu snažíme zabránit.
Pokud nestačí vlastní tlumení v koncových polohách, je možné pneumotor doplnit o externí tlumiče nárazu.

Pneumotor s neokrouhlou pístnicí – pneumotory s neokrouhlou pístnicí zabraňují pootočení pístnice. Prakticky je lze použít jen tam, kde na pootočení pístnice bude působit minimální síla. Nejčastěji používaným tvarem pístnice je čtverec a šestiúhelník.

Pokud požadujeme vyšší odolnost pístnice proti pootočení, nezbývá nám než použít Pneumotor s externím vedením pístnice.

Pneumotor s průběžnou pístnicí – Jedná se o pneumotor , kde je pístnice přichycena na obou stranách pístu. Při pohybu pístnice dochází současně k pohybu pístnice na jedné a druhé straně. Příklad jednoho z mnoha typů pneumotorů s průběžnou pístnicí je možno vidět na následujícím.

Pneumotor se zdvojenou pístnicí – Tohoto provedení pneumotoru spočívá ve více pístnicích umístěných souběžně na jedné straně pístu. Při pohybu pístnice dochází současně ke společnému pohybu pístnic. Počet takto umístěných pístnic je různý, ale zpravidla bývají dvě až tři.

Pneumotory lineární – Jedná se o provedení pneumotoru bez pístnice. Na tělese válce je umístěný jezdec, který je pomocí kolejového vedení přichycen na těleso válce. Přenos pohybu mezi pístem a jezdcem spočívá v použití silného permanentního magnetu jak na pístu, tak na jezdci. Magnety se navzájem přitahují, a tak pohybuje-li se píst uvnitř válce, dochází i k pohybu jezdce na povrchu válce.

Pneumotor teleskopický – Jedná se o uspořádání zpravidla ocelových válců, které do sebe zapadají svým průměrem. Jednotlivé válce do sebe zapadají bez vůlí a jsou jeden k druhému utěsněny. Nejmenší díl je z vrchu uzavřen. Působením stlačeného vzduchu do spodní části válců dochází k postupnému vysouvání menšího válce z většího, a tak se jednotlivé díly ze sebe postupně vysunou.

Pneumotor vlnovec – Vyrábějí se jako jednočinné. Jedná se zpravidla o gumové harmoniky, kde působením stlačeného vzduchu dochází k jejich natahování.

Na následujícím obrázku vidíme provedení vlnovce nazývané pneumatický sval. Při působení stlačeného vzduchu dochází ke zkracování délky pneumotoru (video FESTO: 1, 2).

Další možné příklady provedení přímočarých pneumotorů:

 

 

Pneumotory s kyvným pohybem

Příklad 1 - FESTO

Příklad 2 - FESTO

Příklad 3 - FESTO

Pohyb těchto pneumotorů je rotační, ovšem s omezením v konkrétní výseči. Maximální výsečí může být 360 stupňů. Nejčastěji používané výseče jsou 90 a 180 stupňů. U některých typů má uživatel možnost si nastavit vlastní pracovní výseč.

Z uvedených obrázků vyplývá, že výsledný pohyb je otáčivý s omezením. Občas se také setkáváme s kombinací, kdy výstupním pohybem je kyvný a zároveň přímočarý za použití pístnice.

Regulace rychlosti pneumotorů

     Jak již bylo jednou uvedeno, pro regulaci rychlosti pohybu pneumotoru používáme zařízení zvané škrtící ventil. Důvody pro snižování rychlostí pneumotorů mohou být různé a záleží vždy na konkrétním praktickém případu. Pro ilustraci uvedu příklad použití ruční elektrické vrtačky, u které si při jejím používání také nevystačíme pouze s jednou hodnotou otáček. Zpravidla požadujeme dokonce plynulou regulaci. U pneumotorů mohou být požadavky podobné a záleží zcela na situaci použití.

     Podstata škrtícího ventilu spočívá ve snižování průtoku vzduchu u regulovaného zařízení, nikoliv však, jak se mnozí domnívají, změnou tlaku. Tím pouze měníme výkon pneumotoru! Zpravidla nám škrtící ventil umožňuje provádět plynulou změnu průtoku a tím i plynulou změnu rychlosti. Praktické použití škrtícího ventilu je jednoduché, ale je třeba dodržet jistou zásadu.

 

 

Pokud požadujeme regulovat rychlost pohybu nejčastěji používaného dvoučinného pneumotoru, máme možnost provádět regulaci dokonce v každém směru pohybu zvlášť. Potřebujeme k tomu dva kusy jednosměrného škrtícího ventilu. Jeho schopnost spočívá v regulaci průtoku vzduchu v jednom směru, zatímco v opačném směru je plně průchozí. Na vstupy pneumotoru je pak třeba tyto škrtící ventily připojit tak, aby regulovaly průtok vzduchu vycházejícího z pneumotoru. Vzduch vstupující do pneumotoru nesmí být regulován.

Budeme-li přivádět vzduch ventilem do prostoru za píst pneumotoru, bude pístnice vyjíždět. Vzduch před pístem je veden přes škrtící ventil a následně přes ovládací ventil 5/2 odvzdušněn. Regulací průtoku vzduchu vystupujícího před pístem docílíme brždění pohybu pístu a tedy jeho rychlosti pohybu. Vzduch vstupující má plný průtok a konstatní tlak. Výkon pneumotoru je nezměněn, ale došlo k regulaci rychlosti pohybu při vyjíždění pístnice pneumotoru. V případě potřeby regulace rychlosti v opačném směru je celá situace stejná, jen snižujeme průtok vystupujícího vzduchu za pístem. Praktické provedení škrtících ventilů záleží na jejich účelu a také na jednotlivých výrobcích. Přesto podstata zůstává stejná. Asi nejrozšířenější variantou provedení je jednosměrný škrtící ventil, na jedné straně opatřený šroubením pro připevnění přímo na pneumotor a na straně druhé opatřený hadicovou spojkou.

  Další příklady pneumotorů firmy FESTO:  

                                                     Úchopová hlavice: 1 2 3 4

                                                      Pneumotor rotační pístový

                                                      Pneumatická brzda pístnice pneumotoru