rozdzial 14.pdf

Rozdział XIV: Smarowanie układów pneumatycznych

Rozdział XIV

SMAROWANIE

UKŁADÓW

PNEUMATYCZNYCH

14.1 Napędy i układy pneumatyczne

q napędach zaworów i zasuw w przemyśle chemicznym i spożyw-

czym,

q napędach wyłączników na stacjach wysokiego napięcia,

q napędach narzędzi ręcznych (wirujących i udarowych),

q elementach sterujących i pomiarowych.

W napędzie pneumatycznym, źródłem energii mechanicznej

jest silnik pneumatyczny. Napęd pneumatyczny jest zasilany

z centralnego układu sprężonego powietrza, ze zbiornika gazu

(np. butli gazowej) lub bezpośrednio ze sprężarki. Sprężony gaz

jest doprowadzany do silnika pneumatycznego, gdzie w rezultacie

rozprężania uzyskuje się energię mechaniczną.

Napędy pneumatyczne są stosowane w wielu typach narzędzi, np.:

q młotach pneumatycznych,

q dźwignicach,

q szliierkach,

q pilnikarkach,

q wiertarkach,

q pistoletach natryskowych,

q i innych.

Napędy pneumatyczne często są stosowane w miejscach, w któ-

rych stosowanie innych napędów stanowi zagrożenie wybuchem,

np. kopalniach, a także w miejscach o dużej wilgotności, a nawet

pod wodą.

W zakładach przemysłowych najczęściej stosowanym źródłem

sprężonego gazu jest zakładowa instalacja sprężonego powietrza.

W instalacji takiej utrzymywane jest ciśnienie 4 … 10 barów.

W niektórych przypadkach energia do silnika pneumatycznego

jest generowana przez podciśnienie.

Maszyny i urządzenia z napędem pneumatycznym są wyposa-

żone w silniki pneumatyczne, w których wyróżnia się dwa podsta-

wowe rodzaje ruchu: posuwisto-zwrotny (udarowy) i obrotowy (ro-

tacyjny). Odrębnym rodzajem silnika pneumatycznego jest turbina

pneumatyczna. W każdym z tych przypadków może być stosowane

smarowanie automatyczne lub ręczne.

Urządzenia z napędem pneumatycznym pozwalają na uzyska-

nie prędkości obrotowej narzędzia do 15 000 obr/min, rotacyjne od

6 000 do 30 000 obr/min, a w przypadku turbin pneumatycznych

są osiągane prędkości do 150 000 obr/min. W przypadku narzędzi

pneumatycznych o ruchu posuwisto zwrotnym prędkość liniowa

narzędzia dochodzi do 400 m/min.

Pneumatyczny silnik tłokowy, jednostronnego lub dwustronne-

go działania, stanowi odwrócenie spalinowego silnika tłokowego.

Podawane do cylindra sprężone powietrze wywołuje ruch tłoka.

Pneumatyczne silniki tłokowe są stosowane zarówno do napędu

narzędzi o ruchu posuwisto zwrotnym jak i obrotowym. Mogą one

stanowić część narzędzia pneumatycznego lub wydzielonej ma-

szyny, którą można zastosować do napędu różnych narzędzi. Tego

typu silniki pneumatyczne są czasami nazywane cylindrami pneu-

matycznymi. Pneumatyczne silniki tłokowe stosowane jako napęd

narzędzi o ruchu obrotowym są wielocylindrowe, najczęściej o wi-

dlasto-rzędowym układzie cylindrów i wyposażone w mechanizm

korbowy. W przypadku silników jednocylindrowych są stosowane

specjalne mechanizmy umożliwiające uzyskanie wstępnego ruchu

obrotowego narzędzia.

Napędy pneumatyczne charakteryzują się wieloma zaletami:

q prostotą budowy,

q niskim kosztem wykonania,

q niezawodnością działania,

q dużą trwałością,

q łatwością obsługi i sterowania,

q elastycznością w dostosowywaniu do warunków pracy,

q małym ciężarem narzędzi,

q małym kosztem konserwacji i remontów,

q łatwością rozruchu.

Istotną wadą napędów pneumatycznych jest duża zależność

prędkości narzędzia od obciążenia, co ma związek ze ściśliwością

gazu. Problemowi temu przeciwdziała się poprzez zastosowanie

zaworów redukcyjnych, utrzymujących w układzie stałe ciśnienie

lub poprzez stosowanie układów pneumo-hydraulicznych.

Wśród napędów pneumatycznych wyróżnia się:

q napędy elektropneumatyczne, w których silnik elektryczny

napędza sprężarkę, a sprężony przez nią gaz napędza silnik

pneumatyczny i narzędzie,

q napędy pneumo-hydrauliczne, w których silnik pneumatyczny,

najczęściej zasilany z układu centralnego, napędza pompę cie-

czową, a pompowana przez nią ciecz napędza silnik hydraulicz-

ny i narzędzie,

q napędy elektro-pneumo-hydrauliczne, w których sprężony gaz

ze sprężarki napędzanej silnikiem elektrycznym jest podawany

do silnika pneumatycznego, który z kolei napędza silnik hydrau-

liczny i narzędzie.

W napędach pneumatycznych energia sprężonego powietrza

(lub innego gazu np.: ditlenku węgla, azotu, argonu) jest wykorzy-

stywana do wprowadzenia w ruch części maszyny. Maszyny i urzą-

dzenia z napędem pneumatycznym są stosowane w celu uzyskania

energii do wywarcia nacisku, przesuwu mechanizmów, wywołania

ruchu obrotowego w:

q obrabiarkach,

q urządzeniach transportowych podajników, podnośników itp.,

q układach hamulców pneumatycznych w kolejnictwie i innych

środkach transportu,

q mechanizmach poruszania drzwi, okien, zasuw,

XIV

14.1 Schemat przemysłowego układu pneumatycznego z tłokiem zawracanym

sprężyną

1 – wlot powietrza, 2 – iltr, 3 – wkraplacz oleju, 4 – sprężarka, 5 – zbiornik sprę-

żonego powietrza, 6 – manometr, 7 – zawór odstojnika, 8 – reduktor ciśnienia,

9 – rozdzielacz (zawór rozrządu), 10 – pneumatyczny silnik tłokowy, 11 – wylot

powietrza, 12 – sprężyna zapewniająca powrót tłoka, 13 – narzędzie

14.4 Zasada działania pneumatycznego silnika zębatkowego

1 – wlot sprężonego powietrza, 2 – wylot powietrza, 3 – napędzane koła zębate,

4 – korpus silnika

14.2 Nitownica pneumatyczna

I – komora powietrzna przed bijakiem, II – komora powietrzna za bijakiem;

1 – głowica nitująca, 2 – sprężyna powodująca powrót głowicy, 3 – bijak, 4 – lufa,

5 – suwak rozrządczy, 6 – kanał doprowadzający powietrze, 7 – kanał doprowa-

dzający powietrze przed suwak rozrządczy oraz do komory powietrznej I, 8 – kanał

doprowadzający powietrze za suwak rozrządczy i do komory powietrznej II

gaz, który rozprężając się obraca wirnik. Rozprężony gaz jest wyda-

lany na zewnątrz. Najczęściej są stosowane silniki łopatkowe (rys.

14.3), będące analogami sprężarek łopatkowych, zwane pneuma-

tycznymi silnikami łopatkowymi.

W niektórych rozwiązaniach są stosowane silniki pneumatyczne

zębatkowe (rys. 14.4), będące analogami sprężarek zębatkowych.

Silniki rotacyjne są stosowane jako napędy narzędzi o ruchu ob-

rotowym. Ze względu na dużą prędkość obrotową silników łopat-

kowych, między nimi a narzędziem wykonawczym najczęściej są

stosowane przekładnie redukcyjne (reduktory).

Pneumatyczny silnik turbinowy, niekiedy nazywany turbiną

pneumatyczną, działa na zasadzie odwróconej turbiny cieplnej.

Sprężone powietrze jest podawane dyszami na wieniec łopatkowy

wirnika, na którym się rozpręża i jest usuwane do atmosfery (roz-

prężanie jednokrotne) lub jest zawracane przez aparat kierowniczy

(łopatki kierownicy), ponownie na łopatki wirnika (rozprężanie

dwukrotne).

14.2 Smarowanie urządzeń pneumatycznych

14.3 Zasada działania pneumatycznego silnika łopatkowego

1 – wlot sprężonego powietrza z mgłą olejową, 2 – łopatka, 3 – wirnik, 4 – otwory

umożliwiające ruch łopatek, 5 – wylot rozprężonego powietrza, 6 – korpus silnika

Smarowanie urządzeń pneumatycznych ma na celu:

q zmniejszenie tarcia między współpracującymi powierzchniami,

q zmniejszenia zużycia trących powierzchni,

q usunięcie wody, skraplającej się w mechanizmach wykonaw-

czych (narzędziach) w rezultacie obniżenia temperatury gazu

wskutek rozprężania,

q usunięcie zanieczyszczeń mechanicznych spomiędzy współpra-

cujących części ruchomych,

q chłodzenie niektórych skojarzeń trących urządzeń sprężających,

q ochronę przeciwkorozyjną i przeciwrdzewną.

Ze względu na spełniane funkcje, od olejów do układów pneu-

matycznych wymaga się:

q odpowiedniej lepkości,

q dobrych właściwości przeciwzużyciowych,

q dobrych właściwości ochronnych (przeciwrdzewnych i przeciw-

korozyjnych),

q braku skłonności do rozpuszczania i emulgowania wody,

q braku skłonności do pienienia.

Wymaganiem stawianym olejom do układów pneumatycznych

jest nietoksyczność. Wymaganie to jest stawiane ze względu na

możliwość wdychania mgły olejowej przez operatora maszyny.

W warunkach wymagających szczególnej ochrony środowiska

(atmosfery) są stosowane biodegradowalne oleje syntetyczne lub

pochodzenia roślinnego.

Tłok w układzie pneumatycznym może być zawracany spręży-

ną lub sprężonym powietrzem. Przykładowy schemat tłokowego

układu pneumatycznego z tłokiem zawracanym sprężyną, przed-

stawia rys. 14.1.

Przykładem narzędzia pneumatycznego wyposażonego w silnik

pneumatyczny tłokowy, może być nitownica pneumatyczna, której

konstrukcję przedstawia rys. 14.2.

Pneumatyczny silnik rotacyjny jest analogiem rotacyjnej sprę-

żarki o odwróconym działaniu. Na wlocie jest podawany sprężony

2 XIV

Rozdział XIV: Smarowanie układów pneumatycznych

14.5 Zasada działania smoczkowej smarownicy do naoliwiania sprężonego

powietrza

1 – zawór kulowy, 2 – szklany pojemnik na olej,

3 – zawór do regulacji ciśnienia powietrza w pojemniku, 4 – wlot powietrza,

5 – zawór dławiący do regulacji dopływu oleju, 6 – korpus, 7 – wkraplacz oleju,

8 – szklany wziernik, 9 – zwężka iniektora (wtryskiwacza), 10 – wylot naoliwionego

powietrza, 11 – olej

14.6 Przekrój i zasada działania smarownicy typu selekcyjnego

1 – spłaszczona tuleja

(zwężka), 2 – cylindryczny przewód powietrzny, 3 – wkraplacz, 4 – osadnik,

5 – otwory w tulei, którędy kropelki oleju przedostają się do przestrzeni powietrz-

nej zbiornika, 6 – otwór w przewodzie powietrznym, którym mikrokropelki oleju

przedostają się do sprężone-go powietrza, 7 – przewód powietrza, 8 – zbiornik

oleju, 9 – wlot powietrza, 10 – wylot powietrza

W tego typu smarownicach, powietrze jest nasycone kropelkami

oleju o różnych średnicach. Część oleju, w wyniku opadania więk-

szych kropli na ścianki, pozostaje w przewodach. W celu uniknięcia

tego zjawiska, zwłaszcza w układach pneumatycznych, o długości

przewodów większej niż 4 m, w których jest wiele zagięć, kolanek,

rozgałęzień rozdzielaczy itp. i w układach o bardzo małym przepły-

wie powietrza, są stosowane smarownice o specjalnej konstrukcji,

zwane selekcyjnymi, wytwarzające mgłę olejową o małym rozrzu-

cie średnic kropelek, rzędu kilku mikrometrów. Konstrukcję i zasa-

dę działania smarownicy selekcyjnej przedstawiono na rys. 14.6.

W smarownicy selekcyjnej, strumień sprężonego powietrza

przepływa przewężeniem między zewnętrzną powierzchnią

spłaszczonej tulei 1 , a cylindrycznym przewodem powietrznym 2 ,

co powoduje zassanie oleju do wkraplacza 3 . Krople oleju spadają

do osadnika 4 i tulei 1 , skąd otworem 5 a następnie 6 są podawane

do przewodu powietrza 7 . Do przewodu powietrza dostają się tyl-

ko krople o małej średnicy (5 … 10% oleju przepływającego przez

wkraplacz), większe osiadają w zbiorniku oleju 8 .

Ustawienie intensywności smarowania zależy od: budowy ukła-

du, rodzaju smarownicy, natężenia przepływu powietrza, ciśnienia

roboczego, temperatury, konstrukcji smarowanego mechanizmu

itp. Przyjmuje się, że średnio, w jednym metrze sześciennym po-

wietrza powinno znajdować się 0,02 … 0,4 g oleju.

W praktyce przemysłowej kontrolę zawartości oleju w powie-

trzu przeprowadza się przystawiając kartkę papieru do otworów

wylotowych zaworów sterujących. Na kartce, po określonym cza-

sie, powinien pojawić się delikatny, równomierny nalot oleju.

W przypadku smarowania skojarzeń trących siłowników, znaj-

dujących się w dużej odległości od sprężarki, niekiedy są stoso-

wane urządzenia wtryskujące olej przy każdym ruchu roboczym

maszyny, umieszczone w pobliżu otworów wlotowych siłownika.

W nowoczesnych konstrukcjach siłowników, zaworów, układów

sterujących itp. są stosowane rozwiązania konstrukcyjne, nie wy-

magające smarowania mgłą olejową. Jest to spowodowane wyma-

W przypadkach szczególnych, są stosowane oleje o specjalnych

właściwościach, np. zdolności do pochłaniania kondensującej

wody w urządzeniu wykonawczym. Oleje takie najczęściej są pro-

dukowane na bazie mieszających się z wodą poliglikoli. Zapobiega

to powstawaniu lodu na wylotach, z powodu niskiej temperatury

krzepnięcia mieszanek glikol–woda.

W układach pneumatycznych, powietrze (gaz) podawane do

urządzeń wykonawczych, powinno zawierać określone dla każde-

go urządzenia optymalne ilości środka smarnego, w postaci mgły

olejowej. Najczęściej środek smarny jest doprowadzany do określo-

nych miejsc maszyny:

q wirników, tłoków, suwaków, grzybków, uszczelnień itp.,

q łożysk tocznych i ślizgowych,

q przekładni,

q sprężarek.

Olej jest wprowadzany do powietrza będącego roboczym me-

dium, poprzez specjalne smarownice smoczkowe, umożliwiające

tworzenie mgły olejowej, o konstrukcji przykładowo pokazanej

na rys. 14.5.

Sprężone powietrze, przepływając przez zwężkę iniektora (wtry-

skiwacza) 9 , wytwarza w przestrzeni wkraplacza 7 , ciśnienie niższe,

niż panujące w pojemniku na olej 2 , w którym ciśnienie jest regulo-

wane zaworem 3 . W wyniku różnicy ciśnień, olej ze zbiornika, poprzez

zawór kulowy 1 , jest zasysany do wkraplacza i porywany w zwężce

iniektora strumieniem przepływającego powietrza. Stężenie oleju

w powietrzu jest regulowane zaworem dławiącym 5 , na podstawie

zliczania spadających kropel oleju przez szklany wziernik 8 . Istnieje

wiele rozwiązań konstrukcyjnych tego typu smarownic. Niektóre są

wyposażone w układ zaworków, umożliwiających napełnienie zbior-

nika olejem, bez przerywania pracy napędzanych mechanizmów.

XIV

Tabela 14.1 Klasyikacja olejów przemysłowych wg ISO 6743/11:1990

Symbol ISO Skład i właściwości

Zastosowania

Narzędzia pneumatyczne udarowe, smarowanie automatyczne lub ręczne

PAA

Nieinhibitowane, zwykłe oleje mineralne.

Narzędzia pracujące przy niewielkich obciążeniach, z powie-

trzem nie zawierającym kondensatu pary wodnej.

PAB

Oleje mineralne z właściwościami przeciwkorozyjnymi i prze-

ciwzużyciowymi.

Narzędzia pracujące przy wysokich obciążeniach, z powietrzem

zawierającym kondensat.

PAC

Mineralne oleje posiadające właściwości przeciwkorozyjne,

przeciwzużyciowe, emulgujące i przeciwpienne

Narzędzia pracujące w długich cyklach, pod obciążeniami od

umiarkowanych do dużych, z powietrzem zawierającym kon-

densat.

PAD

Ciecze na bazie syntetycznej.

Specjalne do pracy na otwartym powietrzu przy temperatu-

rach poniżej zera.

PAE

Smary półpłynne.

Do specjalnych zastosowań, np. tam gdzie wymagane jest

obniżone wydzielanie mgły olejowej.

Narzędzia pneumatyczne rotacyjne i pneumatyka powietrzna

PBA

Nieinhibitowane, zwykłe oleje mineralne.

Narzędzia pracujące przy niewielkich obciążeniach, z powie-

trzem nie zawierającym kondensatu.

PBB

Oleje mineralne z właściwościami przeciwkorozyjnymi i prze-

ciwzużyciowymi.

Narzędzia pracujące przy wysokich obciążeniach, z powietrzem

zawierającym kondensat.

PBC

Mineralne oleje posiadające właściwości przeciwkorozyjne,

przeciwzużyciowe, emulgujące i przeciwpienne.

Narzędzia pracujące w długich cyklach, pod obciążeniami od

umiarkowanych do dużych, z powietrzem zawierającym kon-

densat.

PBD

Ciecze na bazie syntetycznej.

Do specjalnych zastosowań.

ganiami w zakresie zapewnienia właściwych warunków zdrowot-

nych w przemyśle, a także wymaganiami niektórych przemysłów

np.: spożywczego, farmaceutycznego, jądrowego itp.

Klasyikację środków smarnych rodziny P, według ISO 6743/11,

przytoczono w tabeli 14.1.

Przykładem symbolu klasyikacyjnego oleju z rodziny P, rodzaju

AD, może być:

14.3 Klasyikacja

L – PAD – 22

Do smarowania układów pneumatycznych są stosowane oleje

o specjalnych właściwościach, sklasyikowane normy ISO 6743/11

(klasa P lub często jeszcze wg DIN 51 502 klasa D). W niektórych roz-

wiązaniach konstrukcyjnych pneumatycznych maszyn udarowych,

przewiduje się stosowanie półciekłych smarów plastycznych wg

klasyikacji ISO L-XBIB 000.

Obok specjalnych olejów do układów pneumatycznych,

w niektórych typach urządzeń napędzanych sprężonym gazem,

do naoliwiania powietrza także są stosowane oleje hydrauliczne

lub wrzecionowe.

W klasyikacji wg ISO 6743/11 rodziny P, środki smarowe są

oznaczone symbolem, składającym się z litery oznaczającej klasę

(L), kodu oznaczającego rodzinę (P) oraz dwoma literami, z których

pierwsza (A lub B) jest przypisana odpowiedniemu rodzajowi

i oznacza odpowiednio:

A – środki smarne do urządzeń udarowych,

B – środki smarne do urządzeń rotacyjnych i silników napędzanych

sprężonym powietrzem.

Druga litera w symbolu klasyikacyjnym (A, B, C, D lub E) nie ma

samodzielnego znaczenia.

Symbol środka smarnego jest uzupełniany liczbą, oznaczającą

klasę lepkościową oleju, według ISO 3448.

odpowiadający syntetycznemu olejowi, na bazie poliglikoli.

14.4 Dobór

Do smarowania urządzeń pneumatycznych są stosowane raino-

wane oleje mineralne, syntetyczne (estrowe lub poliglikolowe) oraz

roślinne. W bardziej wymagających urządzeniach oleje te, typowo

klas lepkościowych VG 68, VG 100 lub VG 150, zawierają dodatki

przeciwzużyciowe i przeciwkorozyjne oraz przeciwutleniające; nie

zawierają one dodatków polimerowych ani smarów stałych typu:

graitu lub disiarczku molibdenu itp.

Oleje na bazie poliglikoli są stosowane w przypadkach ko-

nieczności wyeliminowania zjawiska powstawania lodu na dyszy

wylotowej, gdy sprężone powietrze ma dużą wilgotność. Oleje

na bazie poliglikoli nie mieszają się z olejami mineralnymi i innymi

olejami syntetycznymi. W większości przypadków przejście z oleju

mineralnego na poliglikolowy i odwrotnie wymaga specjalnych

zabiegów mycia układu. Są także produkowane oleje syntetyczne,

które podczas przejścia w eksploatacji z oleju mineralnego nie wy-

magają mycia układu.

4 XIV

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: