Mekatronisten järjestelmien pneumaattiset laitteet
Liikkuvat koneet, robotit ja erilaiset mekatroniikkajärjestelmät pystyvät liikuttamaan tai muuttamaan osien asentoa toimilaitteiden ansiosta. Tämän tai toisen järjestelmän osan liikesuuntaa kutsutaan vapausasteeksi, ja mitä enemmän vapausasteita toimilaitteella on, sitä suurempi on koneen, robotin tai toimilaitteen liikkuvuus.
Käyttötyypistä riippuen saavutetaan enemmän tai vähemmän laadukas koneenosien keskinäinen vuorovaikutus sekä sen toiminnan tehokkuus ja joustavuus. Toimilaitteen tyypin valinta on vaikea tehtävä, jonka päättävät robotti-insinöörit ja teknikot järjestelmän suunnitteluvaiheessa.
Yksi suosituimmista käyttötyypeistä mekatronisissa järjestelmissä — pneumaattinen toimilaite… Tässä työväliaineena käytetään kaasua, yleensä paineilmaa, jonka energia ohjaa mekanismia. Siksi pneumaattiset toimilaitteet ovat halpoja, luotettavia, helppoja asentaa ja käyttää sekä paloturvallisia.Käyttönesteen (ilman) ostaminen ja hävittäminen ei maksa kustannuksia.
On kuitenkin joitain haittoja, esimerkiksi mahdollinen käyttöpaineen aleneminen putkien huonosta tiiviydestä johtuvasta vuodosta, mikä johtaa tehon ja nopeuden menetyksiin sekä asennuksen vaikeuksiin. Siitä huolimatta pneumaattisia moottoreita, pneumaattisia sylintereitä ja pneumaattisia pneumaattisia moottoreita käytetään nykyään laajalti roboteissa ja liikkuvissa koneissa.
Katsotaanpa tyypillistä laitetta pneumaattinen käyttö… Pneumaattinen käyttö sisältää välttämättä kompressorin ja ilmamoottorin. Tässä yhdistelmässä järjestelmä voi muuntaa taajuusmuuttajan mekaaniset ominaisuudet kuormitusvaatimusten mukaan.
Translaatioliikkeen pneumaattiset toimilaitteet ovat kaksiasentoisia, kun työkappaleen liike tapahtuu kahden pääteasennon välillä, sekä moniasentoisia, kun liike suoritetaan eri asennoissa.
Toimintaperiaatteen mukaan pneumaattiset toimilaitteet voivat olla yksitoimisia (kun jousi palauttaa alkuasentoon) tai kaksitoimisia (paluu, kuten työliike, syntyy paineilmalla). Pneumaattiset lineaariset toimilaitteet jaetaan pääasiassa kahteen tyyppiin: mäntä ja kalvo.
Pneumaattisessa mäntätoimilaitteessa mäntä liikkuu sylinterissä paineilman tai jousen vaikutuksesta (yksitoimisen toimilaitteen paluuisku saadaan jousella).Pneumaattisessa kalvotoimilaitteessa kalvolla kahdeksi onteloksi jaetun kammion toisella puolella on paineilma, joka puristaa kalvoa, ja toisella puolella kalvoon on kiinnitetty sauva, joka vastaanottaa kalvolta pitkittäisvoiman. Siten pneumaattista toimilaitetta käytetään menestyksekkäästi syklisissä ohjausjärjestelmissä, esimerkiksi manipulaattoreissa, joissa varsi liikkuu vaakatasossa.
Toiminnallisesti pneumaattinen toimilaite voidaan jakaa neljään yksikköön: ilmankäsittelyyksikkö, paineilman jakeluyksikkö, toimilaitteen moottori ja paineilman siirtojärjestelmä toimilaitteille.
Ilmastointiyksikössä ilma kuivataan ja puhdistetaan pölystä. Ohjelman mukaan jakolohko avaa tai sulkee (venttiilien avulla) paineilman syötön käyttömoottoreiden onteloon.
Venttiilit toimivat yleensä sähkömagneeteilla tai myös pneumaattisesti (jos ympäristö on räjähdysaltis). Toimeenpaneva moottorilohko on itse asiassa sylintereitä, joissa on männät, jotka pyörivät tai liikkuvat suorassa linjassa - pneumaattiset sylinterit, jotka eroavat tietyiltä iskutilavuuksilta, voimilla ja nopeuksilla.
Jokaisella moottorilla on oma työjaksonsa, ja syklien järjestys määräytyy tiukasti teknologisen prosessin mukaan ja sitä ohjaa vastaava ohjelma robotin ohjausjärjestelmät… Järjestelmässä paineilman siirtämiseksi eri laitteisiin käytetään pneumaattisia käyttöjä, joissa on eri osuudet, kulloisenkin tehtävän mukaan.
Periaatteessa energian siirto ja muuntaminen pneumaattisessa käyttöjärjestelmässä näyttää tältä.Voimakone käyttää kompressoria, joka puristaa ilmaa. Paineilma syötetään sitten ohjauslaitteiston kautta pneumaattiseen moottoriin, jossa sen energia muunnetaan mekaaniseksi energiaksi (männän, varren liike). Sen jälkeen työkaasu puretaan ympäristöön, eli se ei palaa kompressoriin.
Pneumaattisten käyttölaitteiden etuja tuskin voi yliarvioida. Nesteisiin verrattuna ilma on puristuvampaa, vähemmän tiheää ja viskoosia, nestemäisempi. Ilman viskositeetti kasvaa paineen ja lämpötilan myötä.
Mutta koska ilma sisältää aina pienen määrän vesihöyryä eikä sillä ole voiteluominaisuuksia, on olemassa vaara, että kammion työskentelypinnoille muodostuu haitallinen kondensaatiovaikutus. Siksi pneumaattiset käytöt tarvitsevat ilmastointia, eli niille annetaan etukäteen sellaiset ominaisuudet pidentämään sen taajuusmuuttajan käyttöikää, jossa sitä käytetään työympäristönä.