Автор: Александр Тяпкин, компания «ИНТЕРТУЛМАШ» (www.itmash.ru).

Введение

В работе конструктора при создании различных изделий возникает задача выбора привода механизмов. Как правило, необходимо выбирать из самых распространенных типов:

• гидравлический,
• пневматический,
• электрический.

В таблице ниже приведены основные достоинства и недостатки каждого из них:

Чаще всего в изделиях можно встретить пневматические или электрические приводы.

Преимущества пневматического двигателя перед электродвигателем

Во всей сфере приводных устройств с пневматическим двигателем редко кто может конкурировать, так как он имеет множество преимуществ.

Особое внимание уделяется расходу энергии, так вот если сравнить общую стоимость механизма, то расход энергии не критичен, особенно в тех случаях, когда применяют малые приводы с недолгими рабочими циклами.

Рассмотрим основные преимущества пневматического привода перед электрическим по ряду параметров:

• Размер и масса конструкции являются одними из главных достоинств пневмомотора, при сравнении аналогичных показателей электродвигателя: размер и масса пневмодвигателя составляют около 1/5 - 1/3 размера и массы электродвигателя, что, несомненно, важно при использовании пневмодвигателя в ручном инструменте, а также робототехнических системах и станках с ЧПУ.
• Силовые характеристики мощности на выходе во всех диапазонах частоты вращения по факту постоянны, что позволяет эксплуатировать пневмодвигатель в широком диапазоне переменных нагрузок. На выходе мощность регулируется за счет изменения рабочего давления, частоту вращения можно изменить, уменьшая объем воздуха.
• Допускаемая нагрузка – нагрузка до полного останова позволяет пневмодвигателю на полной выходной мощности остаться без повреждений, а при устранении избыточной нагрузки пневматический двигатель возобновляет работу сразу же.
• Температурные характеристики не критичны для пневматического привода. При увеличении нагрузки охлаждение двигателя достигается путем увеличения объема воздуха. Таким образом, температура растет только на холостом ходу, то есть при перегрузке исключен перегрев.
• Безопасность пневмомотора заключается в его энергоносителе – воздухе, который взрывобезопасен если увеличивается температура или происходит замыкание электрической сети и т.п.
• Техническое обслуживание не составляет сложностей. Так как надежность пневматических приводов обеспечивается простотой исполнения: пыль или грязь не попадает внутрь из-за созданного внутри двигателя избыточного давления. В процессе работы двигателя изнашиваются лопасти и они относительно недороги. Необходимый ремонт может быть просто и безопасно выполнен обученным техническим персоналом. Электрики не потребуются.

Выбор пневматического двигателя, подходящий для решения задач вашего производства?

Наша компания уже сделала online-каталог для выбора пневматических двигателей по основным характеристикам:

https://www.itmash.ru/katalog/pnevmodvigateli-pnevmaticheskiy-dvigatel-pnevmomotor

Однако, как показывает практика, подбор нужного привода – более сложная задача и требует дополнительных знаний и опыта.

Ошибки, допущенные при выборе пневмодвигателя, могут впоследствии привести к увеличению эксплуатационных расходов. Чтобы их избежать, составлено руководство по выбору пневматического двигателя, которое доказало свою эффективность при реализации множества проектов.

ШАГ 1: ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРИНЦИПА РАБОТЫ ПРИВОДА, ПОДХОДЯЩЕГО ДЛЯ РАЗЛИЧНЫХ СФЕР ПРИМЕНЕНИЯ.

Пневматические двигатели доступны в различном исполнении, поэтому при выборе необходимо ориентироваться на решающие факторы: планируемый режим эксплуатации и характер применения.

Режим эксплуатации. Лопастной двигатель с пневматическим приводом следует применять, если режим эксплуатации носит регулярный характер. Стоит обратить внимание на шестеренные двигатели или турбины, если режим эксплуатации является непрерывным в течение 24 часов.

Частота вращения. Моторы с пневмоприводом имеют разную частоту вращения, так турбины и шестеренные двигатели работают в верхнем диапазоне частоты вращения - до 140 000 об/мин, а лопастные пневматические двигатели имеют частоту вращения 16 об/мин.

Эксплуатация без использования масла не является нормой - прежде всего это опция доступная для некоторых моделей пневмодвигателей: моделей 67 серии ADVANCED LINE от DEPRAG. При такой форме эксплуатации следует учитывать потери в мощности на 10–20%.

ШАГ 2: ВЫБОР КОНСТРУКЦИИ И МАТЕРИАЛА ДВИГАТЕЛЯ, ПОДХОДЯЩЕГО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕННОЙ СФЕРЫ ПРИМЕНЕНИЯ

Возможности выбора рассмотрим на примере предложений двигателей с пневматическим приводом от компании DEPRAG, которая на данный момент является одним из лидеров в производстве данного типа приводов. При выборе материала и конструкции двигателя учитывается сфера его применения.

Режим стандартной производственной эксплуатации, носящий регулярный характер, обеспечит чугунный пневмомотор. Обычный режим работы в сухом помещении обеспечит  двигатель с пневматическим приводом серии BASIC LINE компании DEPRAG. Для совместной работы двигателей с роботами, для фрезерных, сверлильных и шлифовальных машин, компания DEPRAG выпустила двигатели, которые компактны и имеют небольшой вес.

В бумажной промышленности потребуется конструкция пневматического двигателя из нержавеющей стали. Требованиям применения в бумажной промышленности  удовлетворяют двигатели серии ADVANCED LINE компании DEPRAG.

Пищевая промышленность использует пневматические моторы устойчивые к водяному пару и чистящим средствам. В этом случае оптимальным решением будет также двигатель из серии ADVANCED LINE компании DEPRAG, который полностью герметичен, а все прокладки в нем выполнены из стойких материалов.

Химическая промышленность требует от двигателей стойкость к агрессивным химическим веществам и предъявляет особые требования к взрывобезопасности. Для таких условий эксплуатации корпус двигателя выполнен из специальной кислотостойкой стали с увеличенным уровнем герметизации, а сам ротор и подшипники дополнительно усилены во избежание коррозии. Данные приводы представила компания DEPRAG в специальной 68 серии POWER LINE.

Для подводного использования предлагаются моторы из нержавеющей стали с пневматическим приводом серии ADVANCED LINE компании DEPRAG. Использование пневматического двигателя зависит от условий эксплуатации и глубины:

если двигатель запускается на суще и постепенно погружается в воду, то допустимая глубина работы до 20 м;

если запуск пневматического двигателя происходит под водой, тогда двигатель можно применять на глубине до 5 м.

В фармацевтической промышленности отдают предпочтение пневматическим двигателям, работающим в стерильных условиях. Частая стерилизация двигателя оказывает влияние на срок его службы. Двигатели из серии ADVANCED LINE изготовлены из специальных материалов учитывающие частую стерилизацию и гарантирующие долгий срок эксплуатации.

В потенциально взрывоопасных зонах предпочтительно использование пневматических моторов, которые благодаря своей конструкции и функциональности являются максимально безопасными. Охлаждение двигателя обеспечивает увеличивающийся в момент его работы объем сжатого воздуха. Однако опасность может таить в себе сочетание передач и тормозов. Поэтому для применения во взрывоопасных зонах компания DEPRAG первая предложила систему комплексного использования пневматического двигателя, тормозного оборудования и передач, соответствующую стандарту ATEX.

ШАГ 3: РАСЧЕТ МОЩНОСТИ ПНЕВМОДВИГАТЕЛЯ, С УЧЕТОМ УСЛОВИЙ ПРИМЕНЕНИЯ

Для корректного расчета необходимого для работы пневматического привода нужно учитывать:

• номинальный момент;
• оптимальный рабочий диапазон вращения;
• необходимую мощность;
• особенности условий применения, влияющие на рабочие показатели.

3.1 Направление вращения (номинальный момент)

Направление вращения определяется при наблюдении стороны поступления воздуха в направлении вала двигателя:

• по часовой стрелке;
• против часовой стрелки;
• реверсивное вращение.

3.2 Оптимальный рабочий диапазон вращения пневматического двигателя

Несмотря на широкий рабочий диапазон пневматического мотора, окончательное влияние на него может оказать объем подаваемого воздуха и давление воздуха.

Определяя рабочие характеристики двигателя, нужно ответить на следующий вопрос: какой номинальный момент, и какая частота вращения при нагрузке должны быть достигнуты при работе двигателя?

Следующие данные помогут сориентироваться в ответить на поставленный вопрос:

• максимальная частота вращения (частота вращения холостого хода) при моменте М=0;
• максимальный момент незадолго до останова при n→0;
• максимальная мощность на выходе (P_max) достигается при номинальной частоте вращения (nn), т.е. в середине частоты вращения.

3.3 Расчет мощности двигателя с пневмоприводом

Основные рабочие показатели пневмодвигателя будут рассчитывать при применении формулы. Рабочие показатели, регулируемые, и регулируются в соответствии со следующими условиями:

• доступное рабочее давление,
• открытое поперечное сечение;
• безмасляная эксплуатация.

P = M x n/ 9550

P = Выходная мощность, кВт

М = Номинальный момент, Нм

n = Номинальная частота вращения, об/мин

Мощность [л. с.] = P [кВт ] x 1,34

Момент [дюйм-фунт] = M [Нм]

3.4 Рабочие показатели, влияющие на условия применения

Технико-эксплуатационные требования двигателей с пневматическим приводом компании DEPRAG (и многих других производителей) рассчитаны на основе рабочего давления 6 бар - давлении потока конкретно в пневматическом моторе.

На расчет рабочих показателей влияет внутреннее открытое поперечное сечение, тип и длина питающего шланга, соединительные детали и клапаны пневмодвигателя.

Технические условия пневматического двигателя зависят от эксплуатации с использованием масла или без него. Второй вариант влечет за собой снижение рабочих показателей.

Эксплуатационные данные такого двигателя должны быть скорректированы, если условия применения отличаются от основных данных:

а) корректировка разности рабочего давления

Для сокращения разницы рабочего давления необходимо будет использовать схему или таблицу корректировки, приведенные ниже.

б) регулировка открытого поперечного сечения

Объем подаваемого воздуха зависит от незначительного уменьшения размера открытого поперечного сечения или самого питающего шланга, или соединительных деталей.

Скорректировать объем воздуха на стандартном двигателе, под ваши требования можно используя дроссельное регулирование. Для всех моторов с пневматическим приводом имеются характеристические кривые, которые можно получить, связавшись с производителем или его официальным представителем.

При дроссельном регулировании, которое снижает частоту вращения двигателя и одновременно необходимый момент, происходит снижение рабочих показателей пневмодвигателя. С другой стороны, при дроссельном регулировании выхлопа можно установить частоту вращения двигателя, чтобы избежать большой потери момента.

c) безмасляная эксплуатация

Оптимальное сочетание срока службы и рабочих показателей пневматического двигателя достигается при помощи 1–2 капель масла на 1 м³ расхода воздуха.

Данные расхода воздуха для каждого пневмомотора можно получить из каталога производителя. При работе пневмодвигателя в режиме безмасляной эксплуатации требуется расчет дополнительных потерь производительности.

ШАГ 4: СПОСОБЫ ИНТЕГРАЦИИ ПНЕВМОДВИГАТЕЛЯ

Определившись с выбором модели двигателя с пневматическим приводом, существует возможность добавления дополнительных функций или компонентов к нему.

4.1 Интеграция тормозного оборудования

При интегрировании стандартных тормозных систем должны выполняться два основных условия: тормоз можно использоваться в качестве стоп-механизма, для фиксации положение чана при наклоне, или как рабочий тормоз, чтобы обеспечить центробежной массе останов.

4.2 Передаточные механизмы, интегрированные решения их использования

Комплексное решение в области приводных механизмов в отличие от самостоятельного решения, как правило, предполагает оптимальное сочетание Цена/Качество/Срок поставки. Например, компания DEPRAG предлагает широкий диапазон выбора двигателей с использованием планетарных, червячных или прямозубых цилиндрических передач:

если необходима автоблокировка механизма привода системы, то потребуется червячная передача;

если необходимо изменить положение установки двигателей небольшого размера, то используют планетарную зубчатую передачу.

На случай если вы не нашли «правильной» модели в каталоге, вам

будут предложены различные варианты индивидуальных решений.

4.3 Способ крепления

Обычно предлагается различные способы крепления и варианты присоединительных размеров, чтобы пневматический двигатель максимально соответствовал требованиям вашего механизма. Полный перечень указывается в каталоге производителя.

4.4 Техническая экспертиза

Как мощность запланированной системы влияет на шпиндель привода двигателя? Информация по максимально допустимым осевым и радиальным нагрузкам указана в каталоге двигателей DEPRAG.

ШАГ 5: ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДЛИТЕЛЬНОГО СРОКА СЛУЖБЫ И ВЫСОКИХ РАБОЧИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ВАШЕГО ДВИГАТЕЛЯ

Пневматические двигатели являются высокопроизводительными машинами, и по умолчанию, при  соблюдении условий эксплуатации, характеризуются долгим сроком службы и надежностью. Выполнение следующих условий гарантирует максимальный срок службы и обеспечение лучших рабочих показателей:

• поддержание требуемого объема воздуха (подача сухого воздуха, без частиц);
• 1–2 капели масла на 1 м³ расхода воздуха;
• соблюдение периодов технического обслуживания (для безмасляной эксплуатации нужны короткие периоды между интервалами технического обслуживания);
• достаточно открытое поперечное сечение питательного воздушного шланга и соединительных фитингов (максимальная длина воздушного шланга – 3 м);
• эксплуатация в границах оптимального рабочего диапазона, т.е. близко к номинальной частоте вращения;
• техническое обслуживание пневмодвигателя, сроки выполнения которого напрямую зависят от условий и среды применения, размера приводов или диапазона крутящего момента, а также рабочего цикла пневматического двигателя.

Полезный совет: для сохранения пневматического двигателя в рабочем состоянии при длительном простое достаточно добавить каплю масла в отверстие для подачи воздуха и включить двигатель на 5–10 с. Затем остановить двигатель и подготовить к хранению. При следующем запуске он с легкостью заработает

ШАГ 6: ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЗАТРАТ НА ПОКУПКУ И ЭКСПЛУАТАЦИЮ

Стоимость двигателя обращает внимание на себя в первую очередь, однако приобретая новую приводную систему, следует помнить и о расходах в течение всего жизненного цикла: техническое обслуживание и осмотр.

Необходимо помнить, что при работе двигателя затраты зависят от расхода воздуха. Чтобы обеспечить эффективное использование воздуха необходимо в процессе работе достигать максимальных рабочих показателей двигателя, которые достигаются при номинальной  частоте  вращения - 50% частоты вращения холостого хода. Итак, снизить текущие расходы позволит выбор двигателя с учетом всех показателей.

Запасные части и техническое обслуживание

Вопросом наличия запасных частей и их стоимостью нужно задаться уже на моменте планирования покупки двигателя.

Возвращаясь к компании DEPRAG, стоит отметить, что этот производитель имеет авторизованный центр поставок и сервиса в России (в лице компании «ИНТЕРТУЛМАШ»), где для постоянных заказчиков в наличии поддерживается складской запас расходных материалов и запасных частей.

Время — деньги: в чем заключается простота в обслуживании пневмомотора?

Удобство в обслуживании двигателей серии BASIC LINE компании DEPRAG заключается в патентованной системе замены лопастей: несколько движений непосредственно на устройстве без демонтажа позволяет избежать потери времени из-за технического обслуживания и ремонта, а также производственных потерь из-за простоя.

Замена лопасти на устройстве (без разборки корпуса и демонтажа) – быстро и легко

ИДЕАЛЬНОЕ РЕШЕНИЕ

Упрощая задачу выбора пневматического привода можно использовать стандартную номенклатуру из каталогов производителей. Однако выбор моделей настолько широк, что прежде, чем остановиться на конкретном варианте, всегда рекомендуется получить консультацию у конструкторов и технических специалистов компаний-производителей, которые присутствуют на российском рынке. К примеру, для дополнительных консультаций по подбору и поставкам пневматических двигателей можно обратится в компанию "ИНТЕРТУЛМАШ", опыт и технические знания персонала которой обеспечит Вам максимально эффективный подбор привода.

Контактная информация: Телефон: +7 (495) 668-13-58
email: deprag@itmash.ru
сайт: www.itmash.ru

Все иллюстрации, использованные в статье,
предоставлены компанией ООО "ИНТЕРТУЛМАШ"