Pneumatski dvosmijerni sporohodni motorUvodPneumatski rotacijski strojevi (pneumatski motori) pretvaraju potencijalnu energiju komprimiranog zraka u energiju obrtanja, odnosno kontinuirano kruno kretanje vratilaDijele se na: klipne motore lamelaste motore zupaste motore turbinske motore motore sa cilindrimaU praksi se veoma malo razmilja o cilindrima kao pokretaima pneumatskih motora. Obino se projektant odluuje za cilindre kao pokretae polunih mehanizama. Razmiljanjima u ovom pravcu najvjerovatnije doprinosi mali izvor pritiska, koji se kree oko 7 bara. Meutim to ne smije da bude pravilo. Kada e se i gdje primjeniti komprimovani vazduh to zavisi od naina i mjesta njegove primjene.Pneumatski motori o kojima e biti rije imaju iroku praktinu primjenu. Radi se o mjestima primjene gdje izvor enrgije ne smije izazvati varnicu, gdje motor zahtjeva lagano upravljanje i jednostavno odravanje. To su najee mjesta gdje je prisutna velika koncentracija zapaljivih materija, dakle radi se o mjestima gdje se primjenjuju ptopisi HT zatite.

Pneumatski motori sa cilindrimaRad ove vrste motora zasniva se na pneumatskim cilindrima. U daljem tekstu koristit emo dvosmjerni pneumatski cilindar te je na sljedei cilj da se upoznamo sa ovom vrstom pneumatskih cilindara.Dvoradni cilindri vre koristan rad u oba smjera. Za pokretanje klipa komprimovani zrak dovodi se u komoru s jedne strane klipa, a istovremeno se komora na suprotnoj strani mora ozraiti. Uglavnom se izrauju kao klipni cilindri. Na slici 1. prikazan je presjek dvoradnog cilindra sa naznaenim osnovnim dijelovima.

Slika 1.Princip rada pneumatskog motoraDa bi se ostvarilo obrtno kretanje ovih motora potrebna su najmanje dva cilindra, pogodno fazno pomjerena u funkciji. Kod dva cilindra njihova fazna razlika je 90, tri imaju faznu razliku od 60 i td. Ovo su i najpovoljnije periodine faze rada pojedinih cilindara motora. Princip rada pneumatskog dvosmjernog sporohodnog motora prikazan je na slici 2.

Slika 2. Cilindri (1) i (2) Postavljeni su tako da su im uke vezane zglobno u zajednikoj osi a klipnjae spojene koljenastim vratilom (7). Koljena krivajnog vratila postavljena su pod uglom od 90. Da bi motor ostvario svoju funkciju obrtanja ima dopunske elemente. Svaki od cilindara ima pneumatski memorijski razvodnik, a impulse za komandovanje njima daju pneumatski mikro prekidai. Njih pritiska brijeg koji rotira zajedno sa vratilom na taj nain prati se odreena faza rada cilindara. Ukljuenje u rad i okretanje u odreenom smijeru vri memorijski razvodnik(5). Razvodnici pamte impulse za prebacivanje smijera vazduha od pneumatskih prekidaa (8,9,10,11). Impulse od mikroprekidaa (a,b,c,d) daje brijeg na vratilu(7) koji je usmjeren prema koljenu cilindra(1). Pritisak koji je doveden u razvodnik (3,4) izaziva obrtanje koljenastog vratila ugaonom brzinom() odreenog obrtnog momenta. Suprotan smijer obrtanja ostvaruje se tako to se u sprezi razvodnika(3 i 4) nalazi razvodnik (5) vezan kao na slici. Razvodnik (5) daje impulse koji okreu krivajno vratio naprijed nazad kako je dato na slici. Jasno je na osnovu izloenog da je rad pneumatskog motora logian. Funkcije cilindra se smjenjuju za 90 okretanja koljenastog vratila. Osim toga oni se dopunjavaju u radu za period od: gdje je K =1,2,3. nPri rjeavanju ovog pneumatskog motora postavljeni su uslovi da ima veliki obrtni moment i da je on ciklino ravnomjerno rasporeen. Teorijska postavka ima za cilj da potvrdi uslove koji se zahtjevaju zbog smanjenja trokova i mogunosti izrade sistema koji je optimalan. Funkciju ovog motora mogue je ostvariti i pomou etiri cilindra jednosmjernog djelovanja gdje je koljenasto vratilo postavljeno kao na SUS motorima ovaj tip motora spomenut emo u drugom dijelu izlaganja. Sada emo se ograniiti na teorijsku postavku pneumatskog motora sa dva cilindra dvosmjernog djelovanja.Teorijska postavka pneumatskog motora sa cilindrimaOkretanje koljenastog vratila ostvaruje se pomou sile pritiska u cilindrima, fazno pomjerenih na najpogodniji nain. Djelujui na krak krivajnog mehanizma dobijamo zbirni moment. On karakterie ponaanje samog mehanizma. Zbirni momenat moemo nai na dva naina analitiki i grafiki. Rezultat emo najjednostavnije dobiti ako naemo moment jednog cilindra uslovno za cio krug pa zatim zaokrenemo dobijeni dijagram za 90. Sabiranjem vrijednosti dobija se eljeni zbirni moment. Nakon toga moemo vriti analizu dobijenih rezultata i dati ocjene o njima. Kako se moe vidjeti na slici 3. Moemo opisati neke karakteristine veliine mehanizma i to:r = OM = OM1 (mm) - poluprenik krivajnog vratilal = ON (mm) - rastojanje koljenastog vratila od take vjeanja cilindra- krak sile pritiska na klip u funkciji ugla () (mm) = r/l - karakteristian odnos mehanizmaF1max - sila pritiska na klipF2max - sila pritiska sa strane klipnjae Kako se sila pritiska razlikuju kada se cilindar izvlai i uvlai to emo imati razliite momente za prvu i drugu polovinu kruga.Moment za prvu polovinu kruga za ugao od 0 do 180 glasi: Moment za drugu polovinu kruga od 180 do 0 glasi: Matematiki se moe dokazati da jednaine momenta imaju maksimalne vrijednosti za ugao ako se unaprijed definie karakteristian odnos.Te vrijednosti maksimalnih momenata izraene su jednainama:M01max=F1maxrM02max=F2maxrJasno je da e momenti biti maksimalni ako je ispunjen sljedei uslov: tj.

Praktian prilaz problemu :Izloenu teorijsku postavku moemo provjeriti na jednom od rjeenja motora u praksi. Na osnovu slike 3 odrediemo za jednu skladnu konstrukciju karakteristine veliine i to : = 0.145 karakteristian odnos mehanizma Pr = 6 bar radni vazduni pritisak u motoruD = 125 mm prenik cilindrad = 30 mm prenik klipnjaer = 80 mm poliprenik krivajnog mehanizma

Slika 3.

Proraun:Sila koju klip ostvari prema naprijed:

;Sila na klipnjai:;Sila u povratnom hodu cilindra:

;M01max=F1maxr M02max=F2maxr ;Postoje dakle dva rezultujua momenta za jedan obrtaj krivajnog vratila, razlog tome je uticaj klipnjae to se odrazilo na razlici sile pritisaka. Jedna sila je pri izvlaenju klipnjae cilindra, a druga je manja sila pri uvlaenju klipnjae cilindra. Matematiki prikaz tih momenata glasi:

Koristei raunar moemo nai sve vrijednosti momenta za ovaj konkretan sluaj.

Slika 4.Na slici 4 dat je dijagram momenta za jedan cilindar. Ako dobijeni dijagram sa slike 4. zakrenemo za 90dobiemo dijagram momenta drugog cilindra koji je ba tako fazno pomjeren. Sabiranjem koordinata momenata dobijemo dijagram rezultujueg momenta na krivajnom mehanizmu. Prikaz tog rezultujueg momenta Mor prikazan je na slici 5.

Slika 5.Iz dijagrama se vidi da rezultujui moment nikad nema nulu to znai da je osiguran cikliki moment pri obrtanju osovine motora. Takoer vidi se da razultujui moment karakteriu pulsacije tj. neravnomjerna raspodjela od minimalne do maksimalne vrijednosti i to etiri puta u jednom obrtaju.

Upravljaki mehanizam pneumatskih motora sa cilindromU praksi se sreemo sa vie vrsta pneumatskih automata. Najiru primjenu nali su ovi tipovi Hodni automati izvrnih organa Pritisni automati krajnjih hodova Vremenski automatiSvaki od njih ima prednosti i mane koje se kompenzuju zavisno od mjesta primjene. U daljem tekstu bie rijei o vremenskim automatima i nainu njihovog izvoenja. Za periodino pokretanje pneumatskih cilindara ili pneumatskih motora u principu se mogu koristiti dvije vrste automata: Vremenski automati sa pozitivnim impulsom Vremenski automati sa negativnim impulsom Automat sa pozitivnim impulsomOvaj automat dobio je ime po smijeru djelovanja impulsa. Kod njega se eljeni impuls kree u pravcu kretanja vazduha i djeluje na razvodne elemente. Na slici 6. Dato je jedno od moguih rjeenja instalacije.

Slika 6.Na slici se vide sastavni dijelovi automata. Pneumatski cilindar (1) je izvrni organ automata. On izvrava cikluse onako kako mu se zadaje komandom. Na ovom automatu postoji beskonano puno kombinacija rada cilindra. A to je ujedno i njihova prednost u odnosu na ostale automate. Bez ikakve prepravke postrojenja gdje je cilindar ugraen i bez prepravke eme, automat sam regulacijom vremena pojave impulsa , postaje sistem sa vie mogunosti ponaanja. Memorijski razvodnik (2) je upravljaki razvodnik. Dobijene impulse pamti i razvodi vazduh tako da se on uvlai i izvlai, zadrava u nekom krajnjem poloaju, impulsira u nekom kratkom hodu i td. Kako se vidi na emi on je dvopoloajni tip upravo zbog bolje efikasnosti rada automata.Vremenski releji (3,4) su u osnovi programski elementi automata. Vremenska regulacija pojave impulsa vri se pomou prigunika kao sastavnog elementa automata. Vremenska regulacija pojave impulsa vri se pomou prigunika kao sastavnog elementa automata. Potrebno je napomenuti da se vremenska regulacija ovog elementa moe poveati i van njegovog opsega i to tako da mu se povea kompresioni prostor dodavanjem dopunskog rezervoara preko zaepnog zavrtnja. Da bi vremenska regulacija bila tana potrebno je obezbjediti stalan pritisak u struji vazduha.Memorijski razvodnik (5) je razvodnik impulsa i on treba da ih zapamti i ttrajno dri. Da nije tako automat ne bi mogao da radi. Kada vremenski relej (3) poalje impuls ka razvodniku (5) tada se vazduh iz mree dovodi na relej (4) i razvodnik (2). Kako su cjevovodi kratki, javlja se novi impuls iz razvodnika (5). On ostaje trajan jer se sad napaja relej (4) koji regulie novo vrijeme. Vremenski relej (3) tada ponitava ovaj impuls i rastereuje sve vodove koji su ranije bili pod pritiskom. Vremenski relej (4) sada vri regulaciju vremena pojave impulsa. Kada se on pojavi, alje ga na razvodnik (5) i deava se obrnuta radnja od predhodne. Treba primjetiti da jedan vremenski automat ima dva memorijska razvodnika i dva vremenska releja. To je ujedno i najmanji broj elemenata za efikasan i taan automat.Automat sa negativnim impulsomOvaj automat dobio je naziv prema memorijskim razvodnicima, kojima se upravlja putem negativnog impulsa. I ovaj automat nastao je iz praktinih potreba. Mada je brzina prenoenja pozitivnog impulsa velika projektanti se nerjetko odluuju za negativne impulse naroito ako su rastojanja velika i ako se troi suvian rad automata. Na slici 7. prikazana je ema automata sa negativnim impulsom.

Slika 7.Pneumatski motor (6) je uslovno izvrni organ. Na njegovom mjestu mogao bi biti i cilindar, pneumo hidrauliki razvodnik i td. Rotacija njegovog vratila moe da bude razliite programske orjentiranosti dvosmjerna rotacija, impulsna rotacija, dvosmjerno vremenski nejednaka rotacija i td. Ima vie mogunosti programiranja od cilindra jer mu je rotacija neograniena po veliini trajanja.Memorijski razvodnik (7) je upravljaki razvodnik rada pneumatskog motora. Njegovi komandni vodovi izloeni su trajnom pritisku. Kada njime elimo da upravljamo sa odgovarajue strane moramo da smanjujemo pritisak. Suprotna strana koja je pod pritiskom tada oslobodi razvodnik. Dobija se utisak da pri upravljanju razvodnikom vrimo neko oduzimanje. eljeni impuls kree se u suprotnom pravcu od kretanja vazduha, pa ga zato zovemo negativnim impulsom.Vremenski releji (8,9) razlikuju se od releja (3,4) po tome to rade sa negativnim impulsom. Dok oni reguliu vrijeme na osnovu vremena punjenja kompresionog prostora kroz prigunik, ovi reguliu vrijeme na osnovu vremena pranjenja kompresionog prostora kroz prigunik. Kompresioni prostor puni se preko nepovratnog ventila koji je okrenut suprotno od predhodnih.Memorijski razvodnik (10) je razvodnik impulsa. Kada se komprimovani prostor releja (8) isprazni, tada on poalje negativni impuls ka razvodniku (10). Ovaj razvodnik poalje nov negativni impuls za pranjenje kompresionog prostora releja (9) i ostalih vodova koji su bili od pritiskom. Sada se registruje drugo vrijeme na releju (9), sve dok se na njemu ne javi negativni impuls. Kada se on uputi na razvodnik (10) javlja se novi postupak regulacije.I ovaj automat ima najmanji i najpogodniji broj elemenata. Ima dva memorijska razvodnika i dva releja, a svi komanduju sa negativnim impulsom. Prednost ovog automata nad predhodnim je u tome to moe raditi u uslovima male oscilacije pritiska. Vrijeme se ne registruje pri punjenju ve pri pranjenju kompresionog prostora.Lamelasti motori Najvie se upotrebljavaju u pneumatici. Komprimirani zrak ekspandira i pri tome nastaje kruno kretanje rotora. Prostor u kojem zrak ekspandira se poveava pri rotaciji vratila jer je rotor u kuitu postavljen ekscentrino. Lamelasti motori se izrauju za snage od 0,07 do 15 kW. Broj okretaja u praznom hodu je izmeu 1.000 i 50.000 min-1. Na slici 8. predstavljen je presjek lamelastog pneumatskog motora i dat je njegov simbol.

Slika 8.

Radijalni klipni zrani motori Zasnivaju se na principu radijalno postavljenih klipova. Karakterie ih veliki obrtni moment uz vrlo nizak broj obrtaja, mada se broj obrtaja ovih motora u nekim situacijama moe popeti i do nekoliko hiljada obrtaja. Kada rade u reimu niskog broja obrtaja nivo buke ovih motora je minimalan to ove motore ini sjajnim izborom na mjestima gdje je potrebno smanjiti nivo buke. Radni pritisci ovih motora se kreu do 6 bar. Dobre osobine ovog tipa pneumatskog motora u odnosu na druge pneumatske motore su : mali broj obrtaja uz veliki obrtni moment, robustnost i pouzdanost, praktiki nema odravanja, mala masa i male gabaritne dimenzije. Rodijalni klipi motori mogu raditi u oba smijera zavisno od naina spajanja radnog medija sa motorom. Performanse radijalnih motora i njihov presjek prikazani su na slici 7. Maksimalna snaga ovih motora razvija se kada se usljed optereenja brzina obrtaja spusti do 50% od maksimalne brzine motora. A obrtni moment ima linearnu karakteristiku rasta. Brzina obrtanja nebi smjela da prelazi onu brzinu na kojoj se ostvaruje maksimalna snaga, jer u protivnom dolazi do naglog smanjenja ivotnog vijeka motora. Na slici 9. je prikazan izgled radijalnog klipnog pneumatskog motora, a na slici 10. skicu ove vrste motora i dijagram momenta, snage, broja obrtaja, te potronje komprimovanog zraka.

Slika 9.

Slika 10.

Regulacija broja obrtaja radijalnog motoraNajei nain regulacije brzine obrtanja motora je da se izvri regulacija protoka dovedenog komprimovanog zraka. Kada je potrebno izvriti regulaciju broja obrtaja u oba smijera, i kada motor treba da radi u oba smijera koristi se regulacija protoka sa integrisanom nepovratnom funkcijom u oba smijera. Kontrola protoka moe da se vri i na izlazu komprimovanog zraka iz motora. Reguliranje broja obrtaja regulacijom protoka komprimovanog zraka kroz motorAko je protok ulaznog medija smanjen, brzina motora pada, ali pri tim brzinama pritisak na klipove motora je maksimalan. To znai da je puni obrtni moment dostupan pri manjim brzinama obrtanja uprkos manjem protoku medija kroz motor. Poto krivulja obrtnog momenta postaje strmija to takoer znai da dobijamo manji obrtni moment na bilo kojoj brzini obrtaja koja e biti razvijena pri punom protoku medija kroz motor.

Primjeri regulacije motora regulacijom protoka dati su na slici 11.

Slika 11.Regulacija brzine radijalnog motora regulacijom pritiskaBrzina i obrtni moment takoer se mogu regulisati postavkom regulatora pritiska na ulaz motora. Kada se motor konstantno napaja sa medijem nieg pritiska, motor smanjuje brzinu obrtanja te dovodi do smanjenja obrtnog momenta na rotoru motora. Na sljedeim slikama prikazane su mogue izvedbe regulacije motora.Slika 12.Na slici 12. Prikazana je regulacija pomou regulatora pritiska na ulazu komprimovanog zraka u motor, te promjena krive usljed djelovanja regulatora pritiska na motor. Vidi se da je kriva obrtnog momenta strmija i paralelna osnovnoj krivoj momenta. Saetak o regulaciji brzine radijalnog motoraRegulacija protokom daje kao rezultat smanjenje brzine obrtanja, ali omoguava zadravanje maksimalnog momenta kada motor radi sa niim brojem obrtaja. Krivulja momenta postaje strmija. Regulacija ostvarena montaom regulatora pritiska na motor smanjuje obrtni moment kada motor radi na niim brojevima obrtaja, te takoer smanjuje brzinu obrtanja. Krivulja obrtnog momenta je pomjerena paralelno osnovnoj krivulji.Na kraju treba napomenuti da se u praksi za regulaciju brzine obrtanja motora koriste razdjelnici kako e biti prikazano na slici 13. Razvodnici su ventili koji proputaju, zatvaraju i usmjeravaju tok radnog medija.

Zakljuak Pneumatski motori imaju znaajnu ulogu u svim industrijskim postrojenjima a naroito gdje je potrebno obezbjediti specijalne uslove. Najveu primjenu imaju u rudnicima, na naftnim buotinama, industriji gdje se koriste sve zapaljive materije, industriji proizvodnje zapaljivih materija i td. Velike prednosti pneumatskih motora i pneumatskih cilindara omoguavaju veliku potrebu za ovim motorima. Najvee prednosti ovih motora su: radni medij je lagan, pa ne optereuje dovodne cijevi ; nema potrebe za povratnom cijevijer se iskoriteni zrak moe isputati u okolinu; zrakje elastian, pa ne postoji opasnost odhidraulinih udarakoji bi mogli otetiti cijevi ili opremu; stlaeni zrak imapotencijalnu energijukoja se moe koristiti i kadakompresornije u pogonu; stlaeni zrak je gotovo neosjetljiv na promjenetemperaturei ekstremne uvjete; neosjetljiv je naradijaciju elektrina i magnetna polja; sigurnost je na velikom nivou jer radni medij nije eksplozivanniti zapaljiv; prilikom isputanja nezagauje okoli; neosjetljivost elemenata navibracije

1

Literatura:1.2. Parker Hannifin Corporation Pneumatic Division Europe katalog3. Struni studij mehatronike visoka kola u Bjelovaru (skripta)