Pneumatické zariadenia mechatronických systémov
Mobilné stroje, roboty a rôzne mechatronické systémy majú vďaka aktuátorom schopnosť pohybovať sa alebo meniť polohu svojich častí. Smer pohybu tej či onej časti systému sa nazýva stupeň voľnosti a čím viac stupňov voľnosti má ovládač, tým väčšia je mobilita stroja, robota alebo ovládača.
V závislosti od typu pohonu sa dosahuje viac či menej kvalitná realizácia vzájomného pôsobenia častí stroja, ako aj efektivita a flexibilita jeho prevádzky. Výber typu pohonu je náročná úloha, o ktorej rozhodujú robotickí inžinieri a technológovia vo fáze návrhu systému.
Jeden z populárnych typov používaných pohonov v mechatronických systémoch — pneumatický pohon… Tu sa ako pracovné médium používa plyn, zvyčajne stlačený vzduch, ktorého energia poháňa mechanizmus. Preto sú pneumatické pohony lacné, spoľahlivé, ľahko sa nastavujú a ovládajú a sú požiarne bezpečné.Nákup a likvidácia pracovnej tekutiny (vzduchu) nie sú žiadne náklady.
Existujú však určité nevýhody, napríklad možné zníženie pracovného tlaku v dôsledku netesnosti v dôsledku zlej tesnosti potrubí, čo vedie k stratám výkonu a rýchlosti, ako aj komplikáciám pri polohovaní. Napriek tomu sú dnes pneumatické motory, pneumatické valce a pneumatické pneumatické motory široko používané v robotoch a mobilných strojoch.
Pozrime sa na typické zariadenie pneumatický pohon… Pneumatický pohon ako taký nevyhnutne zahŕňa kompresor a vzduchový motor. V tejto kombinácii dokáže systém previesť mechanické charakteristiky pohonu podľa požiadaviek na zaťaženie.
Pneumatické pohony translačného pohybu sú dvojpolohové, kedy sa pohyb pracovného telesa vykonáva medzi dvoma koncovými polohami, ako aj viacpolohové, kedy sa pohyb vykonáva v rôznych polohách.
Podľa princípu činnosti môžu byť pneumatické pohony jednočinné (keď pružina zabezpečuje návrat do východiskovej polohy) alebo dvojčinné (návrat, podobne ako pracovný pohyb, je vyvolaný stlačeným vzduchom). Pneumatické lineárne pohony sa delia hlavne na dva typy: piestové a membránové.
V pneumatickom piestovom pohone sa piest pohybuje vo valci pôsobením stlačeného vzduchu alebo pružiny (vratný zdvih u jednočinného pohonu zabezpečuje pružina).V pneumatickom pohone membrány má komora rozdelená membránou na dve dutiny na jednej strane stlačený vzduch, ktorý membránu tlačí, a na druhej strane je k membráne pripevnená tyč, ktorá z membrány prijíma pozdĺžnu silu. Pneumatický pohon sa teda úspešne používa v systémoch cyklického riadenia, napríklad v manipulátoroch s horizontálnym pohybom vretena.
Funkčne možno pneumatický pohon rozdeliť na štyri jednotky: jednotka prípravy vzduchu, jednotka rozvodu stlačeného vzduchu, motor pohonu a systém prenosu stlačeného vzduchu k pohonom.
V klimatizačnej jednotke sa vzduch suší a čistí od prachu. Rozdeľovací blok podľa programu otvára alebo zatvára (pomocou ventilov) prívod stlačeného vzduchu do dutiny hnacích motorov.
Ventily sú zvyčajne ovládané elektromagnetmi alebo aj pneumaticky (ak je prostredie výbušné). Výkonný blok motora sú vlastne valce s piestami, ktoré sa otáčajú alebo sa pohybujú v priamom smere – pneumatické valce líšiace sa daným zdvihom, silami a rýchlosťami.
Každý motor má svoj vlastný pracovný cyklus a postupnosť cyklov je striktne určená technologickým procesom a riadená príslušným programom riadiace systémy robotov… Systém na prenos stlačeného vzduchu do rôznych zariadení využíva pneumatické pohony s rôznymi sekciami podľa aktuálnej úlohy.
V princípe takto vyzerá prenos a premena energie v pneumatickom pohone.Primárny motor poháňa kompresor, ktorý stláča vzduch. Stlačený vzduch je potom privádzaný cez ovládacie zariadenie do pneumatického motora, kde sa jeho energia premieňa na mechanickú energiu (pohyb piestu, tyče). Potom sa pracovný plyn vypustí do prostredia, to znamená, že sa nevráti do kompresora.
Výhody pneumatických pohonov možno len ťažko preceňovať. Vzduch je v porovnaní s kvapalinami stlačiteľnejší, menej hustý a viskóznejší, tekutejší. Viskozita vzduchu sa zvyšuje s tlakom a teplotou.
Ale keďže vzduch vždy obsahuje malé množstvo vodnej pary a nemá žiadne mazacie vlastnosti, existuje riziko škodlivého vplyvu kondenzácie na pracovné plochy komôr. Pneumatické pohony preto potrebujú úpravu, to znamená, že sú im vopred dané také vlastnosti, aby sa predĺžila životnosť pohonu, v ktorom sa používa ako pracovné prostredie.