ACIONRI PNEUMATICE N MECATRONIC

ACIONRI PNEUMATICEN MECATRONIC

CUPRINS1. INTRODUCERE2. CONINUT TEHNIC2.1.Sisteme de acionare pentru aplicaii industriale2.2.AplicaiiFluidsim2.2.1. Scheme de acionare pneumatice si electropneumatice3.CONCLUZII4.BIBLIOGRAFIE5.ANEXE

1. INTRODUCERESisteme industriale moderne. Evoluia n dezvoltarea tehnologicn multe domenii ale tehnicii poate s fie observat integrarea dintre sistemele mecanice i electronic, integrare care s-a accentuat n special dup anul 1980. Aceste sisteme s-au transformat din sisteme electromecanice, formate din componente mecanice i electrice distincte, n sisteme mecano-electronice integrate echipate cu senzori, actuatori, microelectronic digital.Electrotehnica a permis saltul la realizarea unor sisteme mecanice cu control automat, bazate pe relee electrice, regulatoare PI, amplificatoare electrice, avnd ca exponeni avioanele, mainile-unelte, turbinele cu aburi, automobilele.La nceputul anilor 1960 au fostrealizaiprimii roboi industriali. Fabricarea i utilizarea roboilor a fost facilitat de rezolvarea anterioar a unor probleme tehnice, indispensabile pentru funcionarea roboilor.Termenul demecatronicse refer lambinarea sinergeticdintreingineria de precizie, controlul electronicigndirea integratoare n procesul de proiectare al produselor i proceselor de fabricaie. Este unsubiect cu caracter interdisciplinarce se bazeaz pediscipline de baz ingineretidar n acelai timp includediscipline neasociate n mod direct cu disciplinele de baz.Conceptul de baz n aceast definiie este ideea deabordare a sistemului ca ntreg.Acest lucru implicproiectarea i optimizarea sistemului ca un ntreg i nu ca o secven incremental de pai. Totui, nu orice produs realizat prin intermediul conceptului mai sus amintit face subiectul unui produs mecatronic [1]Specialiti din domeniile mecanic, electric, control i tiina calculatoarelorcoopereaz n cadrul unei echipe n toate fazele de proiectare pentru a converge la o soluie integrat.Platformele mecatronice constituie o baz ideal pentru instruire, educaie i cercetare mecatronic, pentru susinerea procesului de reconversie i orientare profesional n acord cu meseriile i cerinele UE.Concepte utilizate n dezvoltarea aplicaiilor.Tehnicile de dezvoltarecomport utilizarea unor componentehardwarei softwarededicate, care s permit rularea n timp real a aplicaiilor.Instrumente software pentru dezvoltarea aplicaiilor industrialeDin punct de vedere educaional, respectiv din punct de vedere al tehnicilor de cercetare, se identific trei abordri privind studiul sistemelor [4]:studiul pe sistem real (proces real, controler real; toate componentele sistemului sunt reale);studiul pe sistem simulat (proces simulat, controler simulat; toate componentele sistemului sunt simulate-concept SIL);studiulpesistemparialreal-parial simulat (hibrid-concept HIL).2. CONINUT TEHNIC2.1.SISTEME DE ACIONARE PENTRU APLICAIIINDUSTRIALEOrice procesindustrialnecesit manipularea unor obiecte sau exercitarea unor fore asupra lor.Acest lucru este realizat uzual prin conversia energiei electrice, hidraulice sau pneumatice n lucru mecanic. Echipamentele conduse cu ajutorul lichidelor se numesc sisteme hidraulice (din grecescul hydra = ap i aulos=conduct; descriere ce implic utilizarea apei ca i fluid dei n practic se utilizeaz uzual uleiuri)[9].Echipamentele conduse cu ajutorul aerului se numesc sisteme pneumatice (din grecescul pneumn =suflare, vnt). Cel mai utilizat gaz n sistemele pneumatice este aerul, ocazional azot. Un sistem pneumatic industrial lucreaz uzual la o presiune de 8 bar pe cnd unul hidraulic la o presiune de 150-300 bar (densitate mare de for).Un al doilea mare avantaj este acela al realizrii mult mai simple a micrii liniare, la vitez mic, att de deficitar n acionarea electric.Fiecare tip de sistem are avantajele i dezavantajele lui i pentru ndeplinirea aceleai sarcini industriale se pot utiliza sisteme din cele trei categorii. Inginerul trebuie s analizeze situaia i s aleag soluia constructiv cea mai favorabil care se preteaz pentru sarcina de realizat. De exemplu, principalele avantaje i dezavantaje ale sistemelor pneumatice sau hidraulice sunt strns legate de caracteristica fluidului ce le acioneaz: compresibilitatea ridicat a aerului i incompresibilitatea uleiului.Limbajul tehnic presupune utilizarea conform unor standarde internaionale, a unor simboluri care s permit reprezentarea i identificarea uoar a aparatelor i componentelor pneumatice att ca elemente singulare, ct i nglobate n sisteme (circuite). Simbolurile pneumatice trebuie s ofere informaii privind: funcia (funciile) aparatului, notarea conexiunilor, metodele de acionare, parametrii admisibili ai agentului de comand i de lucru.Aparatele pneumatice si conexiunile dintre ele, precum functiile pe careacestea le ndeplinesc sunt redate prin simboluri, notatii specifice, cuprinse sidescrise n norme unanim acceptate, numite standard.Elemente de acionare cu simpl i dubl aciunentr-o instalaie acionat pneumatic, elementele de execuie ale respectivei instalaii sunt motoarele pneumatice. Acestea transform energia pneumatic n energie mecanic ce servete la antrenarea mecanismelor instalaiei.Alimentarea elementelor de execuie pneumatice se face cu energie de la regulatoarele pneumatice (0.2 1 bar), sau electronice, prin intermediul convertorului electro-pneumatic.Utilizarea motoarelor de execuie pneumatice prezint urmtoarele avantaje:- fluidul folosit (aerul) nu prezint pericol de incendiu;- dup utilizare, aerul este evacuat n atmosfer, nefiind necesare conducte de ntoarcere ca la cele hidraulice;- pierderile de aer n anumite limite, datorate neetanietii, nu produc deranjamente;-sunt simple, robuste, sigure n funcionare i necesit cheltuieli de ntreinere reduse.Dezavantajele acestor motoare sunt urmtoarele:-viteza de rspuns este mic (n medie 1/3 1/4din viteza de rspuns a motoarelor hidraulice);- precizia motoarelor pneumatice este redus.Utilizarea servomotoarelor pneumatice este indicat n urmtoarele cazuri:-necesitatea unui sistem de acionare cu greutate redus;-temperatura mediului ambiant este ridicat i cu variaii mari;-mediul ambiant este exploziv;-nu se cere precizie mare;-nu se cer viteze de lucru mari.Motoarele pneumatice pot fi:rotative i liniare (cu piston sau cu membran).Motoarele liniare (cilindrii) au aplicaii foarte largi si se construiesc ntr-o gam tipo-dimensional extrem de diversificat[4].Dup tipul constructiv, se poate face o clasificare general a cilindrilor:- cilindri cu simpl aciune (simplu efect):-cu revenire cu arc;-cu revenire sub aciunea unei fore rezistente.- cilindri cu dubl aciune (dublu efect):-cu tij unilateral;-cu tij bilateral.- cilindri n tandem:-cu amplificare de for;-avnd cursa n dou trepte.

INCLUDEPICTURE "http://www.robotics.ucv.ro/flexform/aplicatii/m2/Marcu%20Alexandra%20-%20ACTIONARI%20PNEUMATICE%20IN%20MECATRONICA/M3_%20MARCU_ALEXANDRA_files/image002.gif" \* MERGEFORMATINET

Fig. 1.1. Cilindru cu simpl aciune[4]cilindri cu simpl aciune(figura 1.1) sau cilindrii cu simplu efect se utilizeaz acolo unde doar pe cursa de avans (sau cea de retragere) este necesar dezvoltarea forei motoare: dispozitive de prindere i fixare, mpingerea pieselor, opritoare, tane, etc. Astfel, doar o camer a cilindrului este alimentat cu aer comprimat, revenirea n poziia iniial realizndu-se sub aciunea resortului. Fora teoretic de avans (neglijnd frecrile interne) este dat de presiunea ce acioneaz pe suprafaa pistonului din care se substrage fora de reaciune a arcului. Fora arcului este calibrat de aa natur nct aduce napoi pistonul fr sarcin pn la poziia sa iniial. Se utilizeaz de regul pentru curse de pana la 100 mm.-cilindri cu dubl aciune(figura 1.2) sau cilindrii cu dublu efect sunt utilizai cu precdere acolo unde ambele curse trebuie s dezvolte for motoare. Din punct de vedere constructiv prezint dou orificii pentru aer comprimat, prevzute n capacele cilindrului. Pentru deplasarea pistonului ntr-un sens (extindere) se conecteaz racordulAla presiune, iar racordulBla atmosfer. Pentru a efectua cursa de retragere se inverseaz modul de conectare al racordurilor.B

A

Fig. 1.2. Cilindru cu dubl aciune-cilindri cu dubl aciune i frnare la capt de curs(figura 1.3)[4]. Frnarea ansamblului mobil la capt de curs este necesar pentru a evita socurile ce pot avaria cilindrii sau mecanismele puse n miscare de acestia. Se poate observa c pentru ambele curse, de avans si de revenire, este prevzut un circuit suplimentar de evacuare a camerei pasive printr-o seciune droselizat.Fig. 1.3. Cilindru cu dubl aciune i frnare la capt de curs[4]Pentru cursa de avans, de exemplu, n momentul n care mansonul ajunge n dreptul etansrii, evacuarea camerei din dreapta nu se mai poate face prin spaiul dintre tija si capac. Aerul este obligat s curg prin orificiul a crui seciune este reglat de drosel. Aceast seciune fiind mult micsorat, debitul de aer evacuat este mai mic.Rezultatul este apariia unei contrapresiuni n zona captului de curs ce se opune deplasrii pistonului spre dreapta, deci l frneaz. n funcie de reglajul efectuat asupra droselului se obine un efect de frnare mai redus sau mai puternic. Reglnd n mod diferit cele dou drosele, se obin efecte de frnare diferite pe capetele de curs.-cilindri n tandem(figura 1.4), reprezint un ansamblu (tandem) compus din doi cilindri dubl aciune ntr-o singur unitate cu scopul amplificrii forei exercitate de cilindru (pn la dublu). Acest cilindru este folosit acolo unde este nevoie de putere mrit i gabarit diametral relative redus impus de condiiile de instalare.Fig. 1.4. Cilindru dublu[4]Fig. 1.5. Cilindru oscilant cu tij-cremalier-motoare liniar oscilant cu tij-cremalier(figura 1.5)[4]se utilizeaz atunci cnd sunt necesare momente de torsiune mari i unghiuri de rotaie fixe. Micarea de rotaie se obine la axul de ieire datorit angrenrii dintre cremalier ce unete cele dou pistoane i pinionul montat pe ax. Rotirea n sens orar a axului se realizeaz prin alimentarea cu aer comprimat a racordului A i ventilarea racordului B. Frnarea la capt de curs este similar cu soluia tehnic ntlnit la cilindri, folosind un traseu ocolitor droselizat. Patina are rolul de a ghida cremaliera i a asigura angrenarea cu pinionul.Elemente de comand i distribuie hidraulice i pneumatice comandate electric i mecanicSistemele de actionare hidraulic sau pneumatic necesit dispozitive de reglare a debitului i control a direciei curgerii fluidului de la pomp sau compresor la diferitele dispozitive de execuie.Dei exist diferene semnificative de ordin practic ntre dispozitivele pneumatice i cele hidraulice (n principal datorate unor diferene de presiuni de funcionare i tipuri de etanri necesare pentru gaz sau lichid), principiile de funcionare sunt foarte similare.Distribuitoarele[4]sunt elemente hidraulice sau pneumatice ce pot ndeplini urmtoarele funcii:a) realizeaz diferite conexiuni hidraulice ntre racorduri (funcia de distribuie);b) regleaz debitul pe circuitele realizate ntre racorduri (funcia de reglare).Elementele care ndeplinesc numai prima funcie se numesc "distribuitoare direcionale" i trebuie s introduc pierderi de presiune minime ntre racorduri pentru a nu afecta randamentul transmisiilor din care fac parte.Elementele care realizeaz i funcia de reglare se numesc "distribuitoare de reglare", iar din punctul de vedere al teoriei sistemelor sunt amplificatoare mecanohidraulice (raportul dintre puterea hidraulic comandat i puterea mecanic necesar pentru comand este mult mai mare ca unitatea).Distribuitoarele direcionale pot asigura, n funcie de soluia constructiv adoptat, pornirea, oprirea, alegerea cii de curgere, diviziunea i reuniunea fluxului de lichid. Ele pot fi construite dup principiul supapei sau al sertraului.Distribuitoarele de tip supap pot fi cu bile, cu scaune conice sau supape propriu-zise. Distribuitoarele cu sertrae pot avea sertrae plane, rotitoare sau de tip piston (plunjere). Distribuitoarele cu sertrae de tip piston au cea mai mare rspndire, cu ele putnd fi comandate debite i presiuni mari dar cu gabarit redus.Cel mai simplu distribuitor are dou racorduri i dou poziii, fiind de fapt un drosel ntrebuinat pentru ntreruperea circuitelor hidraulice sau ca element de reglare a debitului.Distribuitoarele cu trei ci sunt utilizate pentru comanda motoarelor hidraulice unidirecionale cu simplu efect, a cror revenire se face gravitaional sau sub aciunea unei fore elastice. De asemenea, ele pot comanda motoare hidraulice liniare cu dublu efect difereniale, ale cror pistoane au arii utile inegale.O simbolizare foarte concis a unui distribuitor presupune indicarea cel puin a numrului de ci, a numrului de poziii, a racordurilor i a modului de comand. Prima cifr din notare arat numrul de ci, iar a doua numrul de poziii pe care poate comuta distribuitorul; cele dou indicaii sunt desprite printr-o bar nclinat.Cea mai simpl schem de acionare pneumatic a unui cilindru liniar este cea indicat n figura 1.6[4], compus doar din sursa de presiune, distribuitorul 1S1 cu 3 ci i dou poziii i cilindrul pneumatic 1A1. n stare de repaus, cilindrul nu este presurizat i se afl n poziia retras. Prin acionarea manual de la butonul de apsare a distribuitorului, acesta comut n cealalt poziie, cilindrul este presurizat i are loc cursa activ a pistonului (deplasarea spre dreapta). Deplasarea pistonului n cursa de lucru are loc ct timp butonul distribuitorului este meninut apsat (comand nereinut) i numai pn la limita cursei maxime admise a cilindrului. Imediat ce nceteaz apsarea asupra butonului distribuitoruluitorului, distribuitorulcomut pe poziia iniial sub efectul resortului elastic i cilindrul este scos de sub presiune i pus n legtur cu atmosfera. Sub efectul arcului cilindrului pneumatic are loc retragerea pistonului pn la poziia iniial de start.Aceast schem de acionare nu permite reglarea vitezei de deplasare a cilindrului i nici a cursei acestuia. La capetele cursei oprirea se face cu oc, motiv pentru care este recomandat pentru viteze mici de deplasare i pentru mase ineriale mici.

Fig. 1.6. Scheme de acionare a unui cilindru cu simplu efect2.2.APLICAIIFLUIDSIM2.2.1. Scheme de acionare pneumatice si electropneumaticen aceasta parte a lucrrii este prezentat realizarea unei scheme de acionare pneumatic folosind aplicatia Fluidsim.FluidSim permite desenarea circuitelor electro-pneumatice conform standardului DIN i poate efectua simulri realistice a schemelor avnd la baz modele fizice ale componentelor. Aceasta elimin golul dintre desenarea unui circuit i simularea efectiv a sistemului pneumatic. Funcionalitatea CAD a FluidSIM-ului a fost special creat pentru fluide. De exemplu, n timpul desenrii, programul v-a verifica dac unele conexiuni dintre componenete sunt sau nu permise[13].O alt utilitate a FluidSIM-ului rezult din conceptul didactic foarte bine conturat: FluidSIM poate oferii suport didactic, prin nvare, educare i vizualizare a elementelor pneumatice. Componentele pneumatice sunt explicate cu descrieri textuale, figuri i animaii care ilustreaz principiile de baz; exerciii i filme educaionale despre ct de importante sunt circuitele i ct de important este folosirea componentelor pneumatice.Dezvoltatarea FluidSIM-ului include faze importante att intuitive ct i uor accesibile ale interfaei. Utilizatorul va nva repede s deseneze i s simuleze circuite electro-pneumaticen figura de mai jos este prezentat un circuit de comand cu o supapde succesiune.Supapa de succesiune (secvential) este o supap de presiune, pilotat, cu rolul de a alimenta un circuit din aval de supap din alt circuit, situat n amonte de ea, cnd s-a atins n aceasta din urm o anumit presiune.Cilindrii1.0i2.0sunt alimentai n serie, prin intermediul supapei de succesiune2.1.

Presiunea din reea (a compesorului) este notat cu p1i presiunea la care este reglat s acioneze supapa cu p2. Pot exista cazurile p1=p2, p1p2.Figura 2.1Etape n realizarea proiectului:1)Se alege un cilindru cu simplu efect din componentele librriei existente n program.

Figura 2.2

2)Se alege opiunea InsertText, pentru a se denumi fiecare component.

Figura 2.3

3)Se introduce textul dorit n caseta de dialog.

Figura 2.4

4)Se introduce un alt cilindru cu simplu efecti se noteazcu textul dorit.

Figura 2.5

5. Se alege din bibliotec un drosel de cale, apoi se apas click dreapta pe el i apare o caset de dialog, se alege opiunea Rotate90 pentru rotirea componentei.

Figura 2.65)Se apas dublu click pe drosel, se deschide o caset de dialog n care se selecteaz nivelul de 50%.

Figura 2.76)Se alege o supap de succesiune i un distribuitor 3/2, se da dublu click pe distribuitor dup care apare o caset de dialog n care se opteaz comenzile distribuitorului, n acest caz comand manual i revenire prin arc.

Figura 2.77)Se alege un compresor din biblioteca de componente.

Figura 2.88)Se face prima legtur cilindru1.0i drosel, apoi ntre cilindrul2.0i supapa de succesiune.

Figura 2.99)Se fac toate legturile ntre componente conform schemei.

Figura 2.1010)Se apasa butonul Start pistoanele nu se deplaseaza, deoarece nu se apasa butonul distribuitorului.

Figura 2.1111)Dac se regleaz presiunea de comand a supapei astfel ca p1=p2, atunci aerul din sistem mpinge pistonul cilindrului1.0. Pn cnd pistonul cilindrului1.0nu ajunge la captul cursei, presiuni la orificiul 12 este p2p2, mai nti lucreaz cilindrul2.0i apoi cilindrul1.0.

Figura 2.1212)Dac se regleaz presiunea de comand a supapei astfel ca p1