(APS) APARATE PNEUMATICE SPECIALE

(APS) APARATE PNEUMATICE SPECIALE

1 . Echipamente de manipulare cu vacuum:

Datorita automatizarii pe scara tot mai larga aproceselor industriale (productie, montaj, ambalare, sortare, etc), apar tot mai multe aplicatii unde trebuie rezolvate probleme legate de manipularea si transferul de scule sau produse aflate in diferite stadii de fabricatie . Daca in cazul sculelor si a unor categorii de produse problema se poate rezolva apelind la miini mecanice (numite general gripere), in cazul altor produse aceasta solutie nu este viabila . Spre exemplu, exista piese de dimensiuni mari (mai ales avind suprafete mari) care, fie sint dificil de apucat cu gripere, fie acest tip de manipulare le-ar produce stricaciuni: piese de mobilier lacuite, foi de carton sau de geam, diferite piese casante sau usor deformabile . In cazul acestor exemple, pentru manipulare se apeleaza la echipamentele cu vacuum .

In situatia in care, din punct de vedere al prinderii ambele solutii sint viabile, trebuie tinut seama de faptul ca manipularea cu vacuum este mai rapida, aspect foarte important in majoritatea aplicatiilor .

La manipularea cu vacuum, elementul care asigura nemijlocit prinderea obiectului ce trebuie transportat este ventuza aspiratoare . Sursa de vacuum conectata la ventuza aspira aer din atmosfera prin respectiva ventuza pina in clipa in care aceasta vine in contact cu suprafata obiectului de manipulat; spatiul din interiorul ventuzei este golit de aer, aceasta lipindu-se etans de obiect; din acest moment, vacuumul este utilizat ca forta de sustentatie aplicata obiectului respectiv; in clipa in care sursa de vacuum este inchisa, forta de sustentatie dispare, iar obiectul se desprinde .

Sursa de vacuum poate fi o pompa de vid sau un generator de vacuum; datorita costurilor mari implicate de utilizarea pompelor de vid, ele sint tot mai putin folosite pentru acest gen de aplicatie, locul lor fiind luat de generatoarele de vacuum .

1 . 1 . Generatorul de vacuum: este un aparat pneumatic care, functionand dupa principiul Venturi, transforma presiunea dinamica a aerului in depresiune, transformata in forta de sustentatie cu ajutorul ventuzei .

In fig . 4 este reprezentat un generator de vacuum simplu:

Daca racordul P este alimentat, geometria traseului P-R determina o scadere a presiunii in racordul de conectare a ventuzei 1 prin efect Venturi . Daca ventuza este lipita de un corp oarecare, aceasta depresiune se transforma in forta de sustentatie si corpul respectiv este ridicat .

O problema care apare frecvent la manipularea cu vid este desprinderea cu intirziere a obiectului manipulat, situatie ce poate genera erori sau intirzieri in pozitionarea respectivului obiect . In figura 5 este prezentat un mod de solutionare al acestui neajuns:

sursa de aer comprimat;

distribuitor ejector;

distribuitor de comanda a generatorului de vacuum;

generator de vacuum;

ventuza;

La comutarea distribuitorului 3, generatorul de vid este activat si genereaza vacuum in ventuza 5; pentru a obtine o desprindere sigura si rapida a obiectului transportat, concomitent cu dezactivarea distribuitorului 3 se activeaza scurt distribuitorul 2, care genereaza un jet scurt de aer sub presiune in ventuza, determinind desprinderea obiectului . Comanda distribuitoarelor 2 si 3 se poate face in diferite moduri, in functie de conditiile concrete ale aplicatiei .

In fig . 6 este prezentat un alt mod de asigurare a desprinderii obiectului, in acest caz generatorul de vacuum avind o constructie mai deosebita: cand racordul P este alimentat, conform principiului Venturi in orificiul 3 de conectare a ventuzei 4 se creeaza vacuum, iar aerul este evacuat prin R .

In acelasi timp, prin orificiul 1 aerul comprimat patrunde in rezervorul capului de vidare datorita deformarii elementului elastic 2; in momentul in care transportul piesei s-a efectuat, se opreste alimentarea cu aer a racordului P, care este conectat la atmosfera; ca urmare, presiunea din rezervor deschide supapa de sens impingand elementul 2 in sus, iar aerul din rezervor este evacuat rapid prin orificiul de conectare al ventuzei, determinand ejectarea piesei, sigur si rapid .

Trebuie facute urmatoarele observatii: forta de sustentatie este cu atat mai mare cu cat depresiunea creata este mai mare, iar depresiunea variaza in functie de presiunea de alimentare, conform figura 7 .

Fig . 7

Fig . 8

O alta observatie este ca pe masura cresterii presiunii de alimentare creste debitul necesar (figura 8) . In concluzie, cu cat este necesara o forta de ridicare mai mare, cu atat necesarul de aer comprimat este mai mare .

In cazul manipularii de piese avind suprafata si/sau greutate mare, se utilizeaza mai multe ventuze si/sau generatoare de vid, distribuite in mod corespunzator .

1 . 2 . Supapa de izolare a ventuzelor defecte:

Consideram o aplicatie in care mai multe ventuze lucreaza in paralel: daca dintr-un motiv sau altul una dintre ele nu etanseaza corespunzator (datorita uzurii, suprafetei de asezare foarte rugoasa, etc), nefunctionarea acestei ventuze poate perturba functionarea celorlalte; pentru a evita aceasta situatie, ventuza respectiva trebuie izolata .

In figura 9 este prezentata in sectiune o supapa de izolare care, montata intre ventuza si generatorul de vid (figura 10) blocheaza aspiratia prin respectiva ventuza daca aceasta functioneaza defectuos:

Fig . 9 Fig . 10

Supapa de izolare este compusa din urmatoarele elemente: corpul 1, resortul 2, flotorul 3, filtrul sinterizat 4, garnitura 5, saiba 6, piulita de fixare 7 . Mod de functionare: cind este activat generatorul de vid (ventuza functioneaza normal), spatiul delimitat prin etansarea ventuzei este golit de aer si se instaleaza vidul intr-un timp foarte scurt, supapa neavind timp sa se inchida, iar obiectul respectiv este manipulat; daca ventuza nu se lipeste etans de obiectul respectiv, diferenta de presiune aparuta intre intrarea in ventuza (presiune atmosferica) si iesirea din supapa (vacuum) determina curgerea unui debit de aer din atmosfera catre generatorul de vid pe urmatorul traseu: ventuza, filtrul sinterizat 4, orificiul din flotorul 3 (debit mic), interstitiul toroidal dintre acesta si corpul 1(debit mare); curgerea aerului prin interstitiu si orificiu determina aparitia unei caderi de presiune intre interiorul si exteriorul flotorului 3, rezultatul fiind aparitia unei forte de presiune care impinge flotorul in sus, comprimind resortul 2 .

Deplasarea flotorului determina inchiderea supapei, interzicindu-se astfel accesul aerului prin interstitiul toroidal; pentru siguranta mentinerii caderii de presiune intre fetele flotorului 3, (deci mentinerea supapei inchisa) este necesara mentinerea unui debit minim de aer din atmosfera catre iesirea din supapa; orificiul practicat in partea posterioara a flotorului permite trecerea acestui debit minim necesar . Cind generatorul de vid este dezactivat, diferenta de presiune existenta pe flotor dispare, iar arcul se destinde, deschizind supapa .

2 . Temporizatoare

Sunt aparate a caror functie este realizarea unei temporizari in cadrul ciclului de functionare al unei instalatii .

Temporizarea se poate face in mai multe moduri:

Temporizare intre momentul t₀ al initierii comenzii pana in momentul t₁ al executiei acestei comenzi .

In fig . 11 este prezentat schematic, iar in fig . 12 este aratat in sectiune un temporizator de acest tip, compus din urmatoarele elemente: droselul de cale 1 rezervorul 2 si distribuitorul 3/2 monostabil (normal inchis sau normal deschis) 3 .

Modul de functionare: Racordul P este alimentat . In momentul t₀ cand racordul 12 este alimentat, prin droselul 1 incepe umplerea lenta a rezervorului 2 .

Cand in rezervor este atinsa presiunea minima necesara comutarii distribuitorului 3, la momentul t₁, acesta comuta si conecteaza orificiu P la A, dupa ce orificiul A a fost izolat fata de R, generand o comanda in instalatie . In momentul in care dispare semnalul de comanda, la t₂, din racordul 12, rezervorul se goleste rapid prin supapa de sens si distribuitorul comuta rapid in pozitia initiala .

In fig . 13 este prezentata diagrama de comutare a temporizatorului suprapusa cu diagrama variatiei presiunii in rezervorul 2 . Reglarea duratei de temporizare se face din droselul 1, iar marirea plajei de reglare a temporizatorului se poate face marind capacitatea rezervorului .

Temporizare intre momentul t₁ cand comanda a fost anulata si momentul t₂ cand temporizatorul genereaza in sistem semnalul de anulare a comenzii, deci de incetare a executiei acestei comenzi .

In fig . 14 este prezentat schematic temporizatorul de acest tip, iar in fig . 15 diagramele de comutare si de variatie a presiunii in rezervorul 2 .

Se observa ca diferenta intre cele doua temporizatoare consta in modul de conectare a supapei de sens .

3 - Temporizare atat de la momentul t₀ al initierii comenzii pana la momentul t₁ al executiei ei, cat si temporizarea de la momentul t₂ al incetarii comenzii pana la momentul t₃ cand se produce efectul incetarii comenzii (fig . 16) .

In fig . 17 este prezentat schematic acest temporizator . Se observa ca respectiva schema de temporizator se obtine conectand in serie doua drosele de cale, cu supapele in opozitie .

Reglarea diferita a celor doua drosele permite obtinerea unor durate de timp diferite, adica t₁ - t₀ t₃ - t₂ .

3 . Secventiatoare (stepere)

Secventiatorul este un aparat pneumatic ce asigura guvernarea unei scheme pneumatice dupa un program prestabilit . Avind o memorie rigida, poate fi asimilat unui automat neprogramabil; in aceasta situatie, modificarea ciclogramei pe care o comanda se poate face doar prin reconectarea stepperului dupa o alta schema la instalatia respectiva . Stepperul poate fi privit ca un bloc prevazut cu iesiri (notate A), prin care genereaza semnale de comanda catre instalatia guvernata si cu intrari (notate x), prin care se receptioneaza semnalele de raspuns ale respectivei instalatii (figura 18) . Pentru a prelucra in mod coerent aceste semnale, stepperul trebuie sa 

indeplineasca anumite conditii functionale functionale: - numarul semnalelor de iesire sa fie egal egal cu numarul semnalelor de intrare;

- exista o corespondenta biunivoca intre

semnalele de iesire si cele de intrare; Fig . 18 - semnalul de iesire trebuie memorat, astfel incit sa poata fi utilizat la nevoie si atunci cind semnalul de intrare corespunzator nu mai exista;

- numai un singur semnal de iesire poate exista la un moment dat;

- semnalele de intrare trebuie sa fie prelucrate intotdeauna in aceeasi ordine;

Ca o consecinta a caracteristicilor sale functionale, secventiatorul realizeaza urmatoarele functii:

1) genereaza semnale de comanda in sistem, intotdeauna in aceeasi succesiune; in acest fel, se asigura continuitatea si repetabilitatea unui ciclu functional al schemei guvernate, fiind exclusa posibilitatea iesirii instalatiei din ciclu;

2) semnalul "n+1" este generat numai dupa ce stepperul a primit confirmarea executiei comenzii data prin semnalul "n"; avantajul acestui mod de lucru fiind acela ca, in multe situatii, daca nu se confirma executia unei miscari, stepperul intrerupe ciclul; acest lucru previne de cele mai multe ori functionarea incorecta a instalatiei sau agravarea unei avarii deja produsa . In acelasi timp, stepperul ofera informatii care usureaza diagnosticarea defectului .

3) concomitent cu generarea semnalului "n+1" este anulat semnalul "n"; anularea semnalului anterior previne suprapunerea de semnale in anumite tipuri de scheme, acest lucru usurind mult proiectarea schemelor pneumatice; de asemenea, sint evitate miscarile necontrolate ale unor elemente mobile in cazul emiterii unor semnale de confirmare false (de exemplu, activarea accidentala a unui limitator de cursa) .

Practic, stepperul este o combinatie de module functionale, care comunica intre ele si realizeaza impreuna functiile descrise mai sus . Structura unui stepper presupune existenta a doua tipuri de module, si anume de tipul "A" si de tipul "B" . Spre exemplu, daca un stepper va avea 6 iesiri - si, desigur, tot 6 intrari - acesta va fi configurat ca un ansamblu de 5 module de tip "A" si un modul (ultimul) de tip "B" . Deci, intotdeauna, indiferent de numarul modulelor (care poate fi minim 2), ultimul modul va fi de tip "B" .

Modulul de tip "A": in figura 19 este prezentata schema pneumatica a modulului de tip A, avind urmatoarele componente: distribuitorul 3/2 normal inchis cu functie de supapa SI, distribuitorul 3/2 bistabil avind functia de memorare, supapa SAU si elementul de semnalizare a presiunii .

Modul de functionare: modulul receptioneaza de la modulul anterior un semnal la racordul Y_n, care determina activarea memoriei; efectele sint urmatoarele:

-semnalul se iesire din A este anulat;

-supapa SI este pe jumatate activata;

-semnalizatorul de presiune este activat;

-modulul anterior este dezactivat prin racordul de iesire Z_n;

In momentul in care comanda data prin racordul A a fost executata, iar confirmarea este receptionata la racordul X, supapa SI este complet activata si modulul emite la rindul sau un semnal catre urmatorul modul, in acest fel realizindu-se functionarea, pas cu pas, a stepperului .

Fig . 19 Fig . 20

Modulul de tip B: asa cum s-a spus deja, acest modul este intotdeauna ultimul di sir; elementele componente sint aceleasi, dar sint conectate intr-o alta configuratie (figura 20);

Mod de functionare: cind primeste semnal prin racordul Y_n de la modulul de tip A precedent, prin intermediul supapei SAU este activata memoria, cu urmatoarele efecte:

-semnalul de iesire A este anulat;

-supapa SI este pe jumatate activata;

-indicatorul de presiune este activat;

-modulul precedent este dezactivat prin racordul Z_n;

Cind este receptionat semnalul de confirmare al executiei ultimei comenzi la racordul X, supapa SI este complet activata si este lansat un semnal la racordul Y_n+1, care este conectat la racordul Y_n al primului modul; semnalul respectiv reprezinta conditia de reluare a functionarii stepperului, deci a ciclului instalatiei; semnalul de pornire este retinut printr-un distribuitor normal inchis in amonte de racordul Y_n al primului modul si este eliberat cind se doreste pornirea . printr-un distribuitor normal inchis .

In figura 21 este prezentat un secventiator cu patru iesiri :

Fig . 21

4 . Modul de protectie la pornire

Se stie ca, uzual, instalatiile pneumatice functioneaza in general la presiuni cuprinse intre 5-8 bar; pornirea acestor instalatii determina aparitia unui soc de presiune la umplerea circuitelor cu aer comprimat; efectele acestui soc sint daunatoare pentru aparatele pneumatice si periculoase in acelasi timp:

-spargerea membranelor la echipamentele care au astfel de elemente componente (regulatoare de presiune, distribuitoare, cilindri, supape, etc);

-avarii ori accidente datorate miscarii bruste, accidentale a unor elemente mobile cind, din diverse motive, nu sint in pozitia de start la pornire .

In figura 22 este prezentata schema pneumatica a unui modul de protectie a echipamentelor pneumatice sensibile la socuri de presiune: racordul 1 se conecteaza la sursa de aer; activind butonul START, distribuitorul b comuta; ca urmare, aerul ajunge in racordul 2,

(deci in instalatie), prin droselul

reglabil; curgerea prin drosel are ca

efect cresterea lenta a presiunii in

instalatie pina la o anumita valoare

prestabilita care determina comuta-

rea distribuitorului a si alimentarea , instalatiei pe traseul 1- a - b - 2;

deci, din momentul deschiderii

distribuitorului a, presiunea creste pina la valoarea presiunii de

alimentare a instalatiei . Activind

distribuitorul c, distribuitoarele START START si b se inchid, iar instalatia

este ventilata .

Fig . 22

In figura 23 este prezentata schema unui bloc de protectie avind o structura mai simpla: la comutarea distribuitorului a, aerul curge catre 

consumator prin selectorul de cale b, a carui cale

normala este droselizata; la atingerea unei

anumite presiuni in aval de selector, acesta este

comutat si aerul curge pe calea nedroselizata .

Efectul este, ca si mai sus, evitarea socului de

Fig . 23 presiune la umplerea instalatiei cu aer .

5 . Bascula pneumatica

Acest aparat, numit si ventil de reductie binar, are in compunere un distribuitor 5/2 bistabil si un selector de cale monostabil (SC) comandat cu impulsuri (figura 24); cind racordul 1 este alimentat, selectorul de cale comuta datorita comenzii primita prin calea 2; conectarea orificiului 14 la presiune are ca efect comutarea bistabilului pe calea 4; cind orificiul 14 este deconectat, selectorul revine in pozitia initiala si urmatoarea comanda primita in acest racord determina revenirea bistabilului in pozitia initiala, calea 2 fiind iarasi alimentata .

Droselele figurate pe caile de evacuare permit mentinerea presiunii de comanda a bistabilului si a selectorului de cale la o valoare suficient de mare pentru ca respectivele comenzi sa aiba efect, iar la incetarea comenzilor aceleasi drosele permit ventilarea traseelor de comanda .

Se poate observa ca, in cazul deconectarii racordului 1 de la sursa de aer, aparatul ramine inert, aparitia unor comenzi in racordul 14 neavind nici un efect asupra sa .

Deci, succesiunea de comenzi sub forma de impulsuri aplicata la racordul 14 are ca efect final alimentarea succesiva a cailor 2 si 4 . Acest mod de functionare a basculei pneumatice usureaza rezolvarea multor probleme de comanda a instalatiilor pneumatice in conditii de siguranta, utilizind un singur traseu de comanda .

Fig . 23 Fig . 24

6 . Oscilator pneumatic

Acest aparat, numit si vibrator pneumatic, este utilizat in sistemele de comanda pentru generarea semnalelor cu durata reglabila sau in aplicatiile care solicita miscari vibratorii .

In figura 25 este prezentata schema pneumatica a generatorului de semnal scurt:

Fig . 25

revenirea distribuitorului D2 in pozitia initiala; revenirea elementului D2 anuleaza semnalul din A si permite revenirea distribuitorului D1 in pozitia initiala, moment in care ciclul se reia .

Urmarind functionarea acestui aparat, se poate observa ca, la acelasi reglaj al droselelor durata impulsului ejectat in B este suma temporizarilor date de Dr₁ si Dr₂, in timp ce durata impulsului din A este ceva mai mare decit temporizarea lui Dr₂ .

Reglarea frecventei de oscilatie si a duratei impulsurilor la cele doua iesiri A si B se poate face reglind cele doua drosele .

Pentru a obtine un efect vibrator optim cerintelor aplicatiei, este necesara cuplarea - ca elemente de executie - la acest aparat a unor cilindri pneumatici cu simplu sau dublu efect cu membrana, acestia avind viteza de lucru mare .

Ca exemple de aplicatii se pot da: conveiere vibratoare, site separatoare, alimentatoare tip buncar pentru substante granulare sau pulverulente, alimentatoare orizontale, etc .

7 . Generator de semnal scurt

In multe aplicatii este necesar un astfel de aparat, fie pentru a evita suprapunerile de semnale, fie cind, din diferite alte motive, este necesara generarea unui impuls scurt in instalatie . In figura 26 este prezentata schema pneumatica a generatorului de semnal scurt:

Fig . 26

distribuitorului la incetarea comenzii . Racordul 6, obturat in aceasta reprezentare permite atasarea unui rezervor suplimentar la aparat, astfel putind fi abtinuta o durata de timp mai mare a semnalului din racordul 2 .

In figura 27 este prezentat un exemplu de utilizare a acestui aparat: aplicatia cere ca cilindrul sa se retraga imediat ce atinge capatul de cursa pe cursa de avans, chiar daca operatorul intirzie cu anularea comenzii de pornire .

Fig . 27

8 . Bloc de start

In practica, exista multe utilaje si dispozitive unde pericolul de accidentare impune ocuparea ambelor miini ale operatorului in timpul functionarii acestor masini sau dispozitive . Protectia personalului este necesara fie pe toata durata ciclului de functionare, fie numai in timpul unor faze ale ciclului acestor masini .

Dupa cum se poate vedea in schema din figura 28, activarea acestui bloc necesita utilizarea ambelor miini, de obicei pentru activarea a doua distribuitoare care sa alimenteze racordurile P₁ si P₂; alimentarea racordului P₁ sau P₂ determina, via supapa 5 si temporizatorul 4, comutarea distribuitorului 2, dar nu si alimentarea sa, datorita supapei 3; in cazul alimentarii ambelor racorduri, distribuitorul 2 comuta, dar este si alimentat, generind un semnal continuu in racordul A .

Eliberind oricare dintre cele doua comenzi ( P₁ sau P₂), semnalul din A dispare fie datorita nealimentarii, fie datorita necomutarii distribuitorului 2 .

Tot ca o masura de protectie, temporizatorul permite comutarea distribuitorului 2 (deci generarea de semnal) dupa un anumit timp, de aproximativ 0,2 - 0,5 secunde .

Trebuie remarcat ca se realizeaza, simultan, doua functii SI: una la nivelul supapei 3, cealalta la nivelul distribuitorului, aici fiind activata si temporizarea .

Fig . 28