Pneumàtica
Pneumàtica
Embedded Files
Un circuit pneumàtic és un conjunt d’elements disposats de tal manera que mitjançant aire comprimit realitzen un treball o executen una sèrie d’accions destinades a l’accionament de màquines o mecanismes.
La producció de l’aire comprimit la duen a terme els compressors, tot i que normalment en una mateixa màquina s’integren el compressor, el refrigerador i l’acumulador.
L’aire comprimit procedent del compressor no es pot utilitzar directament, ja que conté impureses nocives (pols, brutícia, aigua i oli arrossegat des del compressor) que poden causar efectes negatius a la instal·lació pneumàtica. És per això que abans d’utilitzar-lo cal procedir a l’assecament, el filtratge, la regulació de la pressió i la lubrificació.
L’aire humit pot originar oxidació i causar avaries en els elements de la instal·lació; a més, pot provocar un desgast excessiu. Si el contingut de vapor d’aigua que hi ha a l’aire és alt, llavors caldrà reduir-lo fent-lo passar per un assecador o deshumidificador pneumàtic.
A l'aire hi són presents impureses (pols, llimadures de goma, olis cremats, vapor d’aigua, diferents gasos, etc.) que convé eliminar perquè funcioni bé la instal·lació. La missió del filtre pneumàtic és precisament retenir aquestes impureses.
L’aire comprimit d’una instal·lació pneumàtica ha de mantenir-se a una pressió constant, independentment de les fluctuacions de la xarxa i de les variacions de consum.
En la majoria dels elements que integren una instal·lació pneumàtica hi ha parts lliscants que, en efectuar moviments, es desgasten a causa del fregament. Per això cal fer un últim tractament de lubrificació a l’aire amb l’objecte de realitzar el greixatge de les peces mòbils dels components pneumàtics, la qual cosa fa disminuir la fricció i evita l’oxidació. El dispositiu que compleix aquesta funció és el lubrificador.
Moltes vegades, el conjunt d’elements que tracten l’aire comprimit es troben formant un bloc modular homogeni on es munten el filtre, el regulador i el lubrificador.
La xarxa de distribució s’haurà de dissenyar perquè la pèrdua de pressió sigui petita, no hi hagi pèrdua d’aire per fuites i la quantitat d’aigua present a la xarxa i als punts d’utilització sigui mínima. Les canonades solen ser d’acer o coure, encara que darrerament són molt utilitzades les de polietilè i poliamida; hauran d’instal·lar-se de manera que el pendent en el sentit de circulació de l’aire sigui d’1 a 3 %.
En una instal·lació pneumàtica, els receptors són anomenats actuadors pneumàtics o elements de treball i la seva la funció és transformar l’energia pneumàtica de l’aire comprimit en treball mecànic per accionar màquines i mecanismes.
El principal avantatge de la utilització de l’aire comprimit per accionar cilindres és la seva gran velocitat d’accionament. La regulació de velocitat, molt necessària en la pràctica, s’aconsegueix mitjançant estranguladors de cabal que limiten el flux d’aire que surt del cilindre cap a l’escapament, ja que resulta el millor mètode, tant per la suavitat de desplaçament del cilindre com per la seva senzillesa. També podríem aconseguir aquesta regulació de la velocitat de desplaçament ajustant el cabal d'alimentació.
D’aquest tipus de sistema també és important remarcar que és econòmic, ja que es pot aconseguir el fluid de treball simplement agafant-lo de l’atmosfera, la qual cosa no implica costos. També és segur, perquè hi ha pocs riscos d’accidents gràcies al fet que no posseeix propietats explosives.
Exemple 1:
Calcula el treball efectuat per un cilindre de 80 mm de diàmetre interior i sotmès a una pressió de 5 bar, quan realitza un moviment d’avanç o d’empenyiment, si la seva tija es desplaça 150 mm. El rendiment és del 90 %.
Resolució
W = p · A · l · η; per tant, W = 5 · 105 Pa · π (0,04 m)2 · 0,15 m · 0,9 = 339,3 J
Exemple 2:
Calcula la força teòrica que és capaç d’efectuar un cilindre en el sentit de la tija.
Dades: diàmetre interior Dèmbol = 50 mm
diàmetre de la tija: Dtija = 18 mm
pressió del circuit d’alimentació = 8 · 105 Pa
Resolució:
Exemples d'actuadors pneumàtics:
Elements de comandament, regulació i control
En una instal·lació pneumàtica és necessari comandar, regular i controlar la pressió, el cabal i el sentit de circulació del fluid per aconseguir el moviment i el funcionament correcte de les parts operatives o motrius. Els elements més importants que ens ho permeten de fer són: les vàlvules de control direccional, les vàlvules de control, regulació i bloqueig i els sensors i detectors de senyal.
Les vàlvules distribuïdores es defineixen per dues característiques funcionals:
Nombre d’orificis o vies. Amb aquesta indicació es designa el nombre màxim d’orificis o conductes principals, anomenats també vies (tant d’entrada com de sortida), que poden interconnectar-se a través del distribuïdor.
Nombre de posicions. Són les connexions diferents que es poden obtenir de manera estable entre les vies del distribuïdor. Generalment tenen dues posicions, una que es diu de repòs i l'altra, de treball. Algunes aplicacions, però, necessiten vàlvules de tres posicions, la qual cosa implica una posició neutra central.
Vàlvula distribuïdora 3/2 amb pilotatge manual per palanca
Vàlvula distribuïdora 2/2
Vàlvula distribuïdora 3/2
Vàlvula distribuïdora 5/2 amb doble comandament pneumàtic
Vàlvula antiretorn
Vàlvula reguladora de pressió
Vàlvula d’escapament ràpid
Vàlvula limitadora de pressió ajustable
Són vàlvules que evacuen l’aire d’escapament dels cilindres sense necessitat que aquell arribi fins a les vàlvules que controlen el moviment dels cilindres. Aquestes vàlvules cal muntar-les de manera que estiguin tan a prop com sigui possible al cilindre; si no es fa així, la velocitat del cilindre es reduirà.
Vàlvula de simultaneïtat o funció I (AND)
Vàlvula selectora de circuit o funció O (OR)
En màquines, com ara a la premsa de l’exemple de sota, hi ha un risc elevat d’accident per part de l’operador, ja que les mans li poden quedar atrapades en descendir el cilindre. És convenient, per tant, que en donar l’ordre de descens del cilindre l’operari tingui obligatòriament les dues mans ocupades i apartades de la zona de perill. En aquests casos cal disposar d’un doble comandament, o comandament simultani, per governar el distribuïdor del cilindre. Les dues solucions més viables i senzilles són mitjançant el muntatge en sèrie de les dues microvàlvules de comandament o bé incorporant una vàlvula de simultaneïtat.
Disseny de circuits
Suposem que volem realitzar un circuit pneumàtic d’automatització d’una premsa d’embotició per fabricar un determinat model de recipient de metall. La persona operadora s'encarregarà de dipositar un disc de xapa a la matriu de la premsa i a continuació accionarà un polsador per iniciar el cicle automàtic, que consisteix en l’aproximació de la peça a la zona de treball, la realització de l’embotició i el retorn a la posició inicial per retirar la peça conformada i dipositar un disc de xapa nou. Per aconseguir aquests moviments es faran servir dos cilindres: A per a l’aproximació i la fixació, i B per a l’embotició.
Quadre de seqüència de moviments
Diagrama espai-fase
Diagrama espai-temps
Diagrama de senyals de comandament
Tots els components de l’esquema han d’estar referenciats amb números identificatius. Cadascun dels actuadors, amb tots els elements de govern i auxiliars necessaris, es referencia amb un número, començant per l’1. Així doncs, un esquema amb 2 actuadors, com el de l’exemple, estarà format per dos grups: grup 1 i grup 2.
Els elements de treball (cilindres) es numeren en aquest ordre: 1.0, 2.0...
Els òrgans de govern (vàlvules distribuïdores): 1.1, 2.1...
Els captadors d’informació (sensors, captadors de posició, generadors de senyal, etc.) es numeren amb 1.2, 1.3, 1.4..., 2.2, 2.3, 2.4... La primera xifra indica el grup i la segona, l’element dins del grup.
Amb 0.1, 0.2... s’indiquen els elements auxiliars (regulador de pressió, filtre, lubrificador, etc.) i amb 1.02, 1.03..., 2.02, 2.03..., els elements de regulació (regulador de cabal, vàlvula selectora, vàlvula de simultaneïtat, vàlvula d’escapament ràpid, etc.).
Mecanisme pneumàtic d’estampació
En un procés de fabricació disposem d’una sèrie de productes que necessitem estampar per la cara superior amb la data de caducitat. Per realitzar-ho hem dissenyat un mecanisme pneumàtic semiautomàtic que, un cop col·locada la peça en un lloc determinat, en prémer un polsador ens la posicionarà i en farà l’estampació mitjançant dos cilindres pneumàtics. En les figures es mostren la representació esquemàtica del mecanisme i el quadre de la seqüència de moviments.
El sistema pneumàtic l’hem dissenyat amb dos cilindres d’efecte simple, encara que també podria realitzar-se perfectament amb dos cilindres de doble efecte. En els dos casos l’esquema és molt similar.
La seqüència de treball és: A+, B+ (A– B–). La captació de posició la fem amb dos finals de cursa (FC), microvàlvules d’accionament mecànic per rodet, que detecten la posició final d’avançament dels cilindres: l’FC (2.2) detecta la del cilindre A (1.0) i l’FC (2.3) la del cilindre B (2.0). Per simplificar l’esquema, i com que es tracta de cilindres d’efecte simple, no considerem necessari detectar les posicions de repòs dels cilindres.
En prémer el polsador de la vàlvula (1.2) donem un senyal al pilotatge esquerre del distribuïdor (1.1) que governa el cilindre A (1.0) i fa que aquest faci avançar lentament el producte fins a la posició de treball; el subjecta contra la paret i fa actuar la vàlvula (2.2) accionada per rodet. Aquesta dona un senyal de comandament al pilotatge esquerre del distribuïdor (2.1) que governa el cilindre B (2.0) i fa que la unitat d’estampació baixi lentament; l’operació d’estampació és detectada per la vàlvula (2.3) accionada per rodet, que actua sobre els pilotatges drets dels dos distribuïdors (1.1 i 2.1), que fa que els dos cilindres retornin a la seva posició inicial. En acabat caldria retirar el producte estampat i col·locar-ne un de nou; el sistema restaria així preparat per iniciar novament el cicle semiautomàtic de funcionament del mecanisme.
S’ha previst un avanç lent dels cilindres i un retrocés ràpid, per això s’han col·locat dos reguladors de flux unidireccionals (1.02) i (2.02) a l’entrada dels cilindres.
Sistema de transport de peces
Aquest mecanisme transporta peces des d’un nivell inferior fins a un altre superior. Els dos cilindres utilitzats duen a terme aquesta funció: un la puja i l’altre la desplaça horitzontalment. El cicle de treball, mostrat al quadre de seqüència de moviments, és: A+, B+, A–, B–.
Unitat de mecanització
L’esquema del mecanisme correspon a un sistema automàtic de mecanització. El cicle, una mica més complex de resoldre que l’anterior, és: A+, B+, B–, A–, molt habitual en mecanismes pneumàtics de 2 cilindres.
En donar un senyal manual (vàlvula 1.2), el cilindre A (1.0) empeny l’objecte fins a la paret dreta; en arribar, el cilindre B fa baixar automàticament el bloc de trepat fins a perforar la peça. Un cop realitzada l’operació, detectada pel final de cursa (2.3), inicia l’ascens el cilindre B i en acabat retrocedeix el cilindre A. Els finals de cursa (FC) utilitzats són microvàlvules d’accionament mecànic per rodet que detecten les posicions dels cilindres A i B; l’FC (2.2) detecta que la tija del cilindre A ha avançat fins al final del seu recorregut, l’FC (1.3) detecta que la tija del cilindre B està replegada amunt (en estat de repòs estarà accionat) i l’FC (2.3) indica que el cilindre B ha avançat fins al final.
Electropneumàtica
Quan el control de circuits pneumàtics s’ha de fer des de grans distàncies o hi ha molts senyals per controlar és preferible fer-ne el control elèctric. D’aquesta manera, quan la potència és pneumàtica i el control elèctric.
En instal·lacions electropneumàtiques els senyals elèctrics presents en la part de control s’han de transformar en accions pneumàtiques a la zona de treball. Les electrovàlvules s’encarreguen de dur a terme aquesta tasca. Són elements actuadors amb les mateixes funcions que les vàlvules distribuïdores pneumàtiques. Normalment tenen una tensió d’alimentació de 24 V en CC.
En l’esquema del circuit elèctric s’hi representen el polsador de marxa (S1), dos relés (K1 i K2), un detector final de cursa (Fc1) i la bobina de l’electrovàlvula (Y1).
En prémer el polsador S1 s’activa el relé K1. Un dels seus contactes realimenta la seva bobina i quan deixem de polsar continua funcionant; un altre contacte acciona l'electrovàlvula Y1. La tija del cilindre avança lentament i, quan la matriu ha estampat la peça, el detector mecànic de final de cursa proporciona un senyal que activa el relé K2. Aquest obre el seu contacte auxiliar i talla l’alimentació al relé K1; en conseqüència, l’electrovàlvula es desactiva, la tija recupera ràpidament la posició inicial i el sistema queda aturat en disposició de ser activat un altre cop.
Sistema de transport de peces
Els dos cilindres utilitzats duen a terme aquesta funció: un puja la peça i l’altre la desplaça horitzontalment. El cicle de treball és: A+, B+, A–, B–.
En l’esquema pneumàtic hi ha representats dos cilindres de doble efecte A i B (1.0 i 2.0), que porten incorporats cadascun un detector magnètic de posició (a1 i b1), un regulador de flux unidireccional (1.01 i 2.02) per regular la velocitat de sortida de les tiges dels dos cilindres A i B, una electrovàlvula distribuïdora 5/2 (1.1 i 2.1), biestable i monoestable, respectivament, i el grup de condicionament de l’aire.
En l’esquema elèctric del circuit, s’hi representen el polsador de marxa S1, els detectors magnètics a1 i b1, el final de cursa Fc1, el relé K1 i les bobines de les electrovàlvules distribuïdores 5/2: Y1, Y2 de la biestable i Y3 de la monoestable.
El cicle de treball s’inicia en col·locar la peça sobre la plataforma del cilindre A i en prémer el polsador S1 es connecta la bobina Y1 de l’electrovàlvula biestable (1.1), que fa sortir la tija del cilindre A, que desplaça la peça fins al nivell superior.
El final del recorregut de A és detectat per a1. Aquest detector alimenta la bobina del relé K1, un dels seus contactes el realimenta i un altre dona corrent a la bobina Y3 de l’electrovàlvula monoestable (2.1), que fa avançar la tija del cilindre B, la qual empeny i desplaça la peça horitzontalment.
Al final del recorregut, el detector magnètic b1 acciona l’electrovàlvula que fa retrocedir el cilindre A. Quan el cilindre A arriba a la posició de repòs, acciona el Fc1, que desactiva la bobina de K1 i, en conseqüència, talla l’alimentació de la bobina Y3, la qual cosa provoca que B retorni a la posició inicial i que s’acabi el cicle. Ara ja es pot tornar a començar un altre cicle de treball.
Activitats
Un cilindre de doble efecte té un diàmetre interior de 40 mm, un diàmetre de tija de 25 mm i una cursa de 300 mm. Si la pressió de treball és de 0,6 MPa, quina és la força que fa el cilindre en el procés de retrocés?
a)294,5 N
b)459,5 N
c)754,0 N
d)1,051 kN
Una màquina d’estampar s’acciona mitjançant un cilindre pneumàtic. El diàmetre interior del cilindre és Dèmbol = 100 mm i el diàmetre de la tija és Dtija = 30 mm. Si la pressió d’alimentació és de p = 8 bar, determina les forces d’avanç i de retrocés del cilindre (Favanç i Fretrocés).
R: Favanç = 6 283,20 N
Fretrocés = 5 717,71 N
Completa l’esquema pneumàtic fent les connexions necessàries entre els diferents elements per tal que el circuit funcioni segons el cicle A+ B+ (A– B –).
Pneumàtica I.pdfACtivitats 1,2,3.pdf
Pneumàtica III.pdfSimulació de circuits pneumàtics
Simulació de circuits pneumàtics
Temporitzadors pneumàtics
Temporitzadors pneumàtics
Sistema d'estampació de peces
Sistema d'estampació de peces
En aquest exemple dissenyarem un circuit d’estampació de peces. Un cilindre de doble efecte (1,0) ha subjectar una peça, mentre un altre cilindre de doble efecte (2,0) realitza l’estampació. La seqüència de moviments s’inicia mitjançant un polsador
Moviment 1.0 + final de cursa 2.2
Moviment 2.0 + final de cursa 2.3
Moviment 2.0 - final de cursa 1.3
Moviment 1.0 -
El moviment de sortida del cilindre 2.0 es fa amb el final de cursa 2.2 que s’activa quan el cilindre 1.0 està sortint.
El moviment d’entrada del cilindre 2.0 es fa quan s’hagi completat el seu moviment de sortida i s’activi el final de cursa 2.3. Ara bé, en aquesta situació tant el final de cursa 2.3 com el 2.2 estaran actius, ja que el vàstag del cilindre 1.0 està fora. Per a solventar aquest problema, s’ha d’eliminar el senyal permanent 2.2 utilitzant un accionament pneumàtic per lleva i rodet unidireccional a 2.2. L’accionament pneumàtic per lleva i rodet unidireccional només pilota la vàlvula quan el vàstag del cilindre sobre el que actua s’està movent en un sentit.
El mateix passa en el moment d’inici de cicle quan s’acciona el polsador de marxa i el cilindre 2.0 es troba en posició entrant, llavors els dos senyals de comandament del cilindre 1.0 estaran actives (1.2 i 1.3). Ho solucionem utilitzant també un rodet per lleva unidireccional a 1.3
Vídeos i recursos
Vídeos i recursos
Page updated
Google Sites
Report abuse