Пневматика на производстве: виды оборудования и принцип работы

Сжатый воздух давно стал «третьим энергоносителем» на производстве — после электричества и природного газа. Пневматика работает там, где нужна простота, надёжность и безопасность во взрывоопасной среде. Инструмент на стройке, привод на конвейере, захват на роботе — во всех этих случаях сжатый воздух делает свою работу тихо и без претензий.

Пневматическое оборудование — устройства, которые используют энергию сжатого воздуха (или другого газа) для совершения механической работы. Принцип простой: компрессор сжимает воздух, ресивер хранит запас, распределительная сеть развозит к потребителям, а пневматические устройства преобразуют энергию воздуха в движение, усилие или удар.

Главные преимущества перед электроприводом: взрывобезопасность (нет искр), нечувствительность к перегрузке (двигатель не сгорит), простота управления усилием (регулируют давлением), работа во влажных и агрессивных средах. Недостаток один, но весомый: низкий КПД — электроэнергия теряется дважды, при компрессии и при расширении воздуха.

Самая массовая категория. Гайковёрты, дрели, шлифмашины, перфораторы, пистолеты для забивания гвоздей — на стройке и в автосервисе пневматика незаменима там, где нужен высокий крутящий момент или частые ударные нагрузки.

Пневматический гайковёрт даёт крутящий момент в 5–10 раз больше электрического при том же весе. Именно поэтому профессиональные шиномонтажники предпочитают его: откручивает колёса за секунды, не «устаёт», не боится воды.

Пневматическая дрель на буровой или в шахте — взрывобезопасна. Электрическая там недопустима.

Линейные исполнительные механизмы — поршень движется в цилиндре под действием давления воздуха. Базовый элемент любой пневматической автоматики.

Одностороннего действия — воздух толкает поршень в одну сторону, пружина возвращает. Для прижимов, фиксаторов, нормально-закрытых клапанов.

Двустороннего действия — воздух подаётся попеременно в обе полости, поршень движется в обе стороны. Для приводов с нагрузкой в обоих направлениях.

Диапазон усилий — от нескольких ньютон до десятков тонн. Ход — от миллиметров до метров. Пневмоцилиндры работают в конвейерах, прессах, манипуляторах, позиционирующих системах.

Управляют потоком воздуха в системе — открывают, закрывают, переключают направление. Электромагнитные распределители (соленоидные клапаны) получают сигнал от ПЛК и переключают воздух за миллисекунды.

На автоматизированной линии один ПЛК управляет десятками пневмоцилиндров через матрицу клапанов. Это и есть пневматическая автоматика — быстрая, простая, надёжная.

Аббревиатура FRL — Filter, Regulator, Lubricator (фильтр, регулятор, лубрикатор). Три элемента перед каждым пневматическим потребителем.

Фильтр задерживает влагу и частицы. Регулятор устанавливает рабочее давление для конкретного потребителя. Лубрикатор добавляет мелкодисперсное масло для смазки инструмента или цилиндра (там, где это допустимо).

FRL — первая линия защиты пневматического оборудования. Экономить на нём — значит сокращать ресурс дорогостоящих цилиндров и инструментов.

В робототехнике и автоматизации — пневматические захваты для деталей, вакуумные присоски для плоских поверхностей (стекло, листовой металл, картонная упаковка). Вакуум создаётся инжектором Вентури прямо из сжатого воздуха — никаких отдельных вакуумных насосов не нужно.

Для разных потребителей — разные классы по ISO 8573-1. Инструмент — класс 5–6. Цилиндры с уплотнениями без смазки — класс 4. Покрасочные работы — класс 2–3 (масло не допускается). Электроника, медицина — класс 1.

Класс качества определяет состав системы подготовки воздуха. Об этом подробно — в статье «Система сжатого воздуха на предприятии».

Производительность компрессора должна покрывать суммарный расход всех потребителей с запасом 20–30%. Давление — на 1–2 атм выше максимального рабочего давления потребителей (с учётом потерь в сети).

Для пневматики общепромышленного назначения (4–8 атм) — винтовые компрессоры: бесшумные, с равномерной подачей, минимум обслуживания. О типах компрессоров — в статье «Какие бывают компрессорные станции».

КубСпецТех поставляет компрессорные станции для промышленных систем сжатого воздуха. Подробнее — в разделе компрессорных и вакуумных станций.