T12 neumàtica

ACCIONAMENTS PNEUMÁTICS

Creus que la utilitzaciá de l'aire comprimit és una técnica relativament recent? Ouan n'establiries els origens?

Ouines aplicacions de la pneumá tica coneixes?

El rnercat, act ualrne nt, ofereix una amplia gam ma de components per ser accionats rnitjancant aire compri mit o olio En coneixes cap?

344

BLOC 4. SISTEMES MECAN ICS

• 12.1 La pneumática La pneurn ática constitueix avui dia una t écnica de gran aplicació en la majoria de processos de producció moderns. Molts problemes d'enginyeria que al llarg de mo lts anys han estat resolts rnitjancant la mecánica tradicional s'han aconseguit simplifi car amb la incorporació de la pneurnática, i s'han fet més senzills, económics i automiitics.

Si volem transmetre un determinat tipus de moviment a una certa distancia, ens caldrá utilitzar eixos llargs, corretges, cadenes, etc., amb la qual cosa el sistema sera cari amb pérdues d'energia relativamentgrans, o bé utilitzar un altre tipus d'energia que no sigui la que prové d'un sistema mec ánic de t ransmissió convencional.

Si ut ilit zem energia eléctrica. en principi, se simplifica la transmissió perqué am b un fil podem fer arribar l'energia on calgui pero, després, hauremde fer una transformació d'energia eléctrica a mecá nica i recórrer novament a sistemes rnec ánics convencionals per obtenir un determinat tipus de moviment.

Tanmateix, si utilitzem un fluid, liquid o gasós, podem obtenir els moviments més diversos -rotatius, alternatius, etc.- comunicant directament renergia al fluid i utilitzant un dispositiu que ens la transformi en el moviment desitjat, sense gairebé pérdues i de manera neta i eficac, Aixó és aixi perqué qualsevol fluid pot sertransportat per mitj á de canonades i cedir directament la seva energia, cinética o potencial, a un dispositiu adequat sense transformacions.

fig . 12.1 . Circuit pneumatic.

Aixó és precisament el que es fa amb l'aire i amb alguns liquids com ara l'oli, amb els quals es basen dues t écniques: la pneumiitica i l'oleohidráulica. En aquesta unit at estudiarem la primera.

•

La pneumati ca és el conjunt de técniques basades en la utilització de l'aire comprimit com a fluid transmissor d'energia per a l'accionament de má quines i mecanismes.

Els avantatges de la utilització de laire comprimit són molts. En podemdestacar els següents: • No és perillós, ja que no emet espurnes.

• Es troba facílment disponible.

• És un fluid net o • S'emmagatzema am b faci litat.

• Es desplata amb rapidesa per l'i nterior de les conduccions.

• Els acciona ments pneum átics són relativament senzills, económics i bastant rápids.

ACTI V ITATS 1> Que és la pneurn ática?

2> Quins avantatges aporta la pneurn ática en l'automatit zació de processos?

3> Enumera unes quantes aplicacions en que es faci servir fonamentalment la pneumática i comenta quins avantatges aporta la seva utilització.

345

ACCIONAMENTS PNEUMÁTICS

• 12.2 El circuit pneurn átic Un circuit pneum át íc és un conjunt d'elements disposats de t al manera que mítjancant aire comprimit realitzen un t reball o execut en una série d'accions destinades a l'accionament de máquines o mecanismes,

Els circuits pneumáti cs consten, básicarnent, deis següents blocs funcional s: Aire

atmosteríc

Producció

f-+

-

• Compressor • Refr igerador • Acumulador

Con d ic io na m e nt Distribució de "aire 1• Canonades • Xa rxe s de • Assecador d istribució • Filtre • Regulador de pressió • Lubrificant

-

Regulació i control • Distrlbutdors • Válvules de control • Sensors

-

Actuacions pneum átlquas • Cilindres • Actuadors de gir • Motors rotatius

El subministra ment d'aire comprimit és el primer pas per aconseguir el funcionament deis circuit s i de les instal-lacíons pneumátiq ues. Les fases seran la producció, el condicionoment i la distribució de l'aire comprimit en unes det erminades condicions de pressió, t emperatu ra i qualit at i la poste rior tronsformoció de l'energia pneumática en treball.

• Producció de I'aire comprimit La producció de l'aire comprimit la duen a terme els cornpressors, tot i que normalment en una mateixa máquina s'integren el compressor, el refrigerador i l'acumulador.

o

Compressors

. "Els compressors són mecanismes rotatius moguts per motors eléctrics o térmics de combustió interna (de gasolina o di ésel). la funció dels quals és aspirar aire a pressió atmosférica i comprimir-lo a una pressió més elevada. Representen l'element central d'una instalIací ó productora d'aíre comp rimit .

De compresso rs n'hi ha de molts t ipus, peró els més ut ilit zat s en els circuits indust rials són els compressors de pistó o émbol, Les caracteristiques técniques fonamentals d'un compressor són el cobol subminist rat i la pressió. El cabal sol expressar-se en m' / s, encara que tamb é s'ut ilitz en d'alt res unitats com ara L/ min, L/ s i m'/min, en condicion s normals de pressió i t emperatura (p = 1 kPa i t = 25 "C], El cabal pot ser volumét ric, que indica unitats de volum per unitat de t emps, o mássic, que indica unitats de massa per unitat de t emps.

En el cas deis compressors. quan es parla de cobol volumétric, es refereix sempre a les condicions de pressió i temperatura a l'entr ada, que són diferents de les que hi ha a la sortida,

Fig. 12.2. Grup de producció d'aíre primito

com-

346

BLOC 4. SISTEMES MECÁNICS

o

Refrigerador

L'aire, en ser comprimit, s'escalfa i cal refredar-lo fi ns a una te mperat ura próxima a la temperatura ambient (25 ' C) . Aquest a operació la fan els ref rigeradors, aparells senzills que inte rcanvien la calor de l'aire amb l'altre fluid .

111"

Un refrigerador és un tipus de bescanviador de calor format fonamentalrnent per una serie de tubs pels quals circula el fluid refrigerant (per exemple, aigua).

Fig. 12.3. Compressor d'embol.

rnanometre

clau

term ómetre de pas

I válvula de seguretat

simbol

EJ

L'aire comprimit circula en sentit contrari al del fluid refrigerant per lexterior dels tu bs, i d'aquesta manera es produeix l'intercanvi de calor. Si els cabals d'aire són grans, llavors aquest circula per l'interior dels tu bs i el fluid refrigerant, pel seu ext erior. Els més usuals són els ref rigeradors oire-aire i els refrigeradors aire-aigua.

o

purga d'aigua

Fig. 12.5. Dipósit acumulador.

Acumulador

valvula de seguretat

aire calent

p

aigua calenta

aigua

-

_

If--n .i

aire . 11 ~ refrigerat I!=¡=====:!J purga / d'aig ua

aigua

símbol

condensa da ~

Fig. 12 .4. Refrigerador,

En una instal-Iació pneurn ática és necessari emmagatzemar aire comprimit per fer front a les puntes de demanda de consum i poder mantenir estable la pressió del circuito aixi com eliminar les possibles pulsacions originades pel compressor. Aquesta funció la realitzen els díp ósits acumuladors o dipósits, que s'instal -Ien a la sortida dels refrigeradors.

També possibiliten que els motors dels com pressors no hagin de treballar continuament.

Aq uest s dispositi us han d'estar proveils d'accessoris de prote cció i cont rol, com ara manómetre, vá lvula de seguretat, válvula de purga de condensat s, nivell visual de condensat s i vá lvula ma nual d'aülarnent. Les connexions entre el dipósit i el comp ressor han de ser elást iques per impedir la t ransmissió de les vibracions.

• Condicionament de I'aire comprimit

,

L'aire compri mit procedent del compressor no es pot utilit zar directament, ja que conté impureses nocives (pols, brutícia, aigua i olí arrossegat des del compressor) que poden causar efectes negati us a la instal-Iaci ó pneumática , És per aixó que abans d'ut ilitz ar-lo cal procedir a l'assecament, filtratge, reguloció de pressió i lubrificació. '

.. .... .."' •

.: . :: o.

o

Assecament

L'aire humit pot originar oxidació i causar avaries en els elements de la inst al-Iació: a més, pot provocar un desgast excessiu. Si el contingut de vapor d'aigua que hi ha en l'aire és alt, llavors caldrá reduir-lo fent-lo passar per un assecador o deshumidificadar pneumátic,

Fig . 12.6. Assecador d'absorció.

Un dels més ut ilit zat s és rassecadar d'absorciá, L'aire, que entra per la part inferior, passa a t ravés d'un material porós (per exemple, di óxid de siliei) que absorbeix la humitat. El material, am b el temps, perd les seves propiet at s d'absorció, per la qual cosa caldrá reernplacar-lo periódieament.

3 47

AC CIONAM ENTS PNEU MATICS

o

Filtratge

En l'aire són presents impureses (pols, llimadures de goma, olis cremats, vapor d'aigua, diferent s gasos, etc.) que convéeliminar per al bon funcionament de la inst allaci ó. La missió del filt re pneurn átic és precisament retenir aquestes impureses.

o

Regulació de la pressió

l'aire comprimit d'una ínst al-Iació pneurn ática ha de ma nte nir-se a una pressió consta nt, independentment de les f\u ctuacions de la xarxa i de les variacions de consum o •

El regulador de pressió o mano reductor és l'element que regula automátícament la pressió de sortída, ajustant-la al valor seleccionat.

~1W~~l5~

o

oenector superior

U111,\Ij~UI/I;It-- element filtrant

~~~ll-- deflector inferior súnoor tan

purga

En ser realme nt reductors de pressiá, la pressió de sort ida (anome nada secundaria) sempre ha de ser inferior a la d'entrada per poder act uar correctame nt i fer la regulació.

sortida d'aire

sortida d'aire

-o

Fig.12.7. Filtre.

símbol

~ ~

caragol de regulació

Fig. 12.8. Reguladar de pressió.

Lubrificació

En la majoria dels elements que integren una instal- Iació pneurn ática hi ha parts lliscants que, en efectuar moviments. es desgasten a causa del fregament. Per aixó cal fer un últim tractament de Lubrificació a l'aire amb l'objecte de realitzar el greixatge de les peces móbils dels components pneurn átics, la qual cosa fa disminuir la fricció i evita l'oxidació. El dispositiu que compleix aquesta funci ó és el lubrificador.

Moltes vegades el conjunt d'elements que tracten l'aire comprimit es t raben formant un bloc modular homogeni on es munten el filtre, el regulador i ellubrifica nt.

.. I!~ \---caragol de reglatge

~~~~~5t tancament selectiu

regulador de pressió lubrificant

fUI,\

-

c1apel

\

tub submergit en oli

simbo! simpfificat

s írnbol

~ Fig. 12.9 . Lubrificador.

-

--.. purgador

~

Fig. 12.10. Grup de condicionament

Fig. 12.1 1. Elements i simbol simplificat d'un grup

d'aire.

de condiciona ment d'a ire.

BLOC 4. SISTEMES MECÁNICS

348

Dipósit acumulador

Manometre Filtre

Lubrificant

Regulador de pressió

Antiretorn

Refrigerador

Sí mbol

Compressor

equivalent

a 10t5

Pressó stat

els anteriors

Fig. 12.12. Esquema d'un conjunt de producció i tractament de l'aire.

• Distribució de I'aire comprimit L'aire comprimit generat per la unitat de producció es canalitza fin s als punts d'utilització rnitjanca nt la xarxa de distribució, que és el conjunt de canonades emprades per connectar els diferents elements pneumátics, La xarxa de distribució s'haur á de dissenyar perqué la pérdua de pressió sigui petita . no hi hagi pérdua d'aíre per fuites i la quantitat d'aigua present a la xarxa i als punts d'utilització sigui minima. Les canonades solen ser d'acer o coure, encara que darrerament són molt utilitzades les de polietilé i poliamida; hauran d'inst al-lar-se de manera que el pendent en el sentit de circulació de l'aire sigui d't a 3 'lo.

• Transformació de I'energia cursa Llx

1

<,

,, , I I , ,, : I I

I ------------, - - ------- ---

, En una instal-lació pneumática els receptors són anornenats actuado rs pneum átics o elements de trebaU i la seva la funció és transformar l'energia pneum ática de l'aire comprimit en trebaU mecánic per a l'accionament de rnáquines i rnecanismes.

~ció de la

cambra anterior secció de la carnera posterior

Els actuadors pneurn átics es classifiq uen, segons la manera com realit zin el t reball, en

cilindres, actuadors de gir i motors rotatius.

Fig. 12.13. Cilindre.

D Cilindres Els cilindres són act uadors que fan el t reball de manera recti linia, rnitjancant moviments d'empenyiment-t racció que t ransformen l'energia continguda en l'aire comprimit en t reball mecánic W, d'acord amb l'e xpressió: W~ F .

on

~

. 'l

~

P . A . I . 'l (J)

p: Pressió en Pa (1 Pa ~ 10-5 bar).

A: Superficie de la secció inte rior del cilindre en m'.

1: Cursa o t rajec te del cilindre en m. 'lO Rendiment (depén del disseny, normalment entre 0,85 i 0,95).

ACCIONAMENTS PNEUMÁTICS

3 49

Els cilindres tenen dos parám et res principals: la secció i la curso. La secdó en un cilindre, com que és generalm ent circular, és donada per l'expressió A ~ TI • r . La cursa és la distancia entre les dues posicions extremes de l'érn bol.

Básicament , el cilindre pneumátic está constituit per un t ub cilindric tancat en els extrems per dues tapes, dins del qual es fa lliscar un ém bol que separa dues cambres o volums d'aire en qué queda dividit el cilindre per l'émbol. Lémbol va unit a una tija que, en sortir d'una tapa (en alguns models de les dues tapes), permet d'utilitzar la forca desenvolupada pel cilindre.

EXE M PLE 1

Calcula el treball efectuat per un cilindre de 80 mm de diárn etre interior, sot més a una pressió de 5 bar, si la seva tija es desplaca 150 mm. El seu rendiment és del 90"10.

Resolud ó

w= p . A . 1 . TI per tant, W ~ 5 . 10' Pa . TI (0,04 m)'

. 0,15 m . 0,9 ~ 339,3 J

El principal avantatge de la utilització de l'aire comprimit per accionar cilindres és la seva gran velocitat d'accionament. La regulació de velocitat, molt necessária en la práctica, s'aconsegueix rnitjancant est ranguladors de cabal que limiten el flux d'aire que surt del cilindre cap a l'escapament, ja que resulta el millor rn étode, tant per la suavitat de desplacarnent del cilindrecom per la seva senzillesa. També podriem aconseguir aquesta regulació de la velocitat de desplacarnent ajustant el cabal d'alimentació o la pressió d'escapament.

Actualment, a causa de l'arnpli camp d'aplicació de la pneumática, hi ha en el mercat una nombrosa gam ma de cilind res pneumátics de les més diverses formes, mides i models, els quals es divideixen en tres grans categories, d'acord amb el seu accionament i la manera com realitzen el t reball: cilindres d'efecte simple, de doble efecte i especials.

• Cilindre d'efecte simple. Només té una entrada de pressió i el desplacarnent de l'émbol a causa de la pressió de l'aire comp ri mit té lloc en un únic sentit. El retorn a la seva posició inicial es realitza rnítjancant una molla recuperadora incorporada al cilindre o bé per l'acci ó de forces exteriors. Normalment, la cursa d'aquests cilindres no supera els 100 mm, són de diámetre petit i consumeixen poc aire.

entrada o -J''?i'''Q;::~ sortida d'aire

símbot

entrada o _~..,,;so rl i da d'aire

pistó

tija

Fig. 12.1 4. Cilindre de simple efecte.

•

Fig. 12.15. Cilindre de doble efecte.

Cilindre de doble efecte . l'aire comprimit exerceix la seva acció en les dues cam bres del cilindre; d'aquest a manera pot realitzar el t reball en els dos sentits del moviment.

El cilindre realitza la cursa d'avanc en aplicar aire compri mit a la cambra posterior i comunicar la cambra anterior amb l'atmosfera. La cursa de retrocés s'efectua aplica nt aire a pressió a la cambra anterior i comunicant la cambra posterior amb l'atmosfera.

PEr

BLOC 4. SISTEMES MECANICS

3 50

'[ji [] I¡

entrada

avanQ

sortida

d'alre

sortida

t

retrocés

'·[~IC::==:::::;¡f.]'--'-----------

~

entrada d'alre

f

Fig. 12.16. Moviments d'un cilindre de doble efecte.

El camp d'apLicació dels ciLindres de dobLe efecteés moLt més extens queeL dels cilindres de simple efecte, ja que permeten reaLitzar trebaLL en ambdós sentits, no es perd forca en no haver de comprimir cap molla i aprofiten tota La Longitud del cos del cilindre com a cursa útiL. En canvi, tenen com a inconvenient que consumeixen una quantitat dobLe d'aire.

Els cilindres constitueixe n eLs com ponents pneumátics de tre ball més utiLitzats. principaLment per les seves possibilitats i caracte rist iques per resoldre quaLsevol probLema de desplacarne nt Lineal. Tanmateix, aLgunes aplicacions parti cuLars necessite n cilindres especials: cilindres de doble tija, cilindres antiqir. cilindres amb bioqueig de la tija, cilindres sense tija, cilindres telescópics, cilindres vibradors, cilindres flexibles, cilindres de posicions múltiples, servacilindres, etc.

EXEMPLE 2

c.:~="""'-';;;";;;";;"----~-------------, Calcula La forca teórica que és capac d'efectuar un cilindre en eL sentit d'avanc i ret rocés de la tija.

Dades: diámetre interior D. mbo' = 50 mm diámet re de la t ija: O,;;, = 18 mm pressió del circuit d'aLimentació = 8 .

la' Pa

Resalució La forca d'avanc és: F" " ,

=

P.A

=

'Ti • DIm bol P . - ---"'= - 8 . lO' Pa .

4

7T •

(0,005 m)'

4

1570,8 N

La torca de retrocés (haurem de descomptar la secció de la tija) és: TI • F retrocés =

=

o

P . Al

8 . lO' Pa .

=

7T •

P.

(D~mbol

-

D~ijJ

4

[(0,005 m)' - (0,018 m)'J

4

1367,2 N

Actuadors de gir

La pneumática ha anat ampliant el seu camp d'apLicació i, com a conseqüéncia d'aixó, els seus components han anat evolucionant i s'han perfeccionat. Avui dia eLs act uadors de gir, emprat s quan es necessita un accionament anguLar Limitat, són un eLe men t

ACCIONAM ENTS PNEUMATI CS

3 51

pneumátic més del rnercat, amb diversitat de models i mides, lliures de problemes i a preus assequibles. Els seus parámetres básics són el parell i l'angle. Un alt re element de creació recent, la pinca pneumática, ha experimentat un gran apogeu en ser molt aplicada en sectors en plena expan sió, com ara la robótica i la manipu lació.

¡ \

símbol

~ ,

•

~

ttD

cremallera

simple

\

pistó o ambo!

afecte

doble

e íecte

Fig. 12.17 . Pinfo pneumdtica.

,,-

eng ranalge

/

; cilindre

=D=

F.

~

Fig. 12.18 . Actuador de giro

D Motors pneurnátics . ,Els motors pneumátics transformen l'energia pneumática en energia mecánica de rotació, en un procés similar i invers al de la compressió. l'avantatqe d'aquest s motors respecte dels eléctrics convencionals és que són insensibles a la calor, la pols, la humitat i les vibracions, a més d'oferir millar solució en ambient s explosius. El principal inconvenient és que tenen un majar cost enerqet ic.

Els seus parámetres básics són el parell i les revolucions.

El tipus més ut ilitzat és el motor de paletes, encara que també s'empra, amb menys freqüéncia, el motor de pistons .

Fig. 12.19 . Motor pneum átic i símbolo

ACTIVITATS

4> Qui nes tres fases es consideren en el subminist rament d'aire comprimit?

5> Ca lcula el tr eball efect uat, en el sent it d'avanc, per un cilindre de 80 mm de diámet re interior, sot més a una pressió de 6 bars. si la seva tija es desplace 250 mm . El seu rendiment és del 85 'lo.

6> Quina funció du a te rme el dipósit acumulador en una insta l- Iació pneumática?

7> Quin s elements formen part de la unitat de condicionament de l'aire comprimit en una instal-Iació pneumática? Quina funció realitza cadascun?

8> Dibuixa esquemát icament, rn itja ncant símbols, un conjunt de produ cció i t ractament de l'aire.

9> Quins factors s'han de tenir en com pte a l'hora de dissenyar una xarxa de distribució d'aire comprimit?

10> Fes una classificació dels actuadors pneumátics, segons la manera com realitzen el treball.

11> Quins són els parámetres principals dels cilindres?

12> De qué depén la velocitat d'accionam ent d'un cilindre?

352

BLOC 4. SISTEMES MECÁNICS

13> Quins són els avantatges dels cilindres de doble efecte respecte dels d'efecte simple? 1els inconvenients?

14> Determina el diámetre d'un cilindre capac de realitzar un esforc teó ric en el moviment d'avanc de 480 kp a una pressió de 6 bars. Quina forca realitzará en el moviment de retrocés si la tija té un diámetre de 30 mm?

15> Di buixa esquemática ment un cilin dre de doble efecte i assenyala'n les parts més significat ives.

16> Qué és un actuador de gir? Posa algun exemple en qué es faci servir.

17> Quins avantatges presenten els motors pneumátics respecte dels eléctrics convencionals?

• 12.3 Els elements de comandament, regulació i control En una instal-Iaci ó pneumática és necessari comandar, regulari controlar la pressió, el cabal i el sentit de circulació del fluid per aconseguir el moviment i el funcionament correcte de les parts operatives o motr ius. Els elements més importa nts que ens ho permeten de fer són: les válvuLes de control direccional, les válvulesde control. reguLació i bLoqueig i els sensors i detectars de senyal. dues vies

tres vies

• Villvules de control direccional

quat re vies

Les válvules de control direccional. més conegudes com a válvules distribuidores o dístríbuídors, són les encarregades de govemar l'arrencada, l'aturada i el sentit del flux en un circuit pneumátic.

cinc vies

Fig. 12.20. Vies d'una vdlvula distn·buidora.

La funció de les válvules distr ibuidores en un circuit d'automatitza ció pneumátic és governar, d'acord amb les ordres o senyals rebuts, les connexions ent re els conductes connecta ts a les válvules per obtenir els corresponents senyals de sortida que accionin els actuadors. Quan actuen directament sobre el cilindre fan les funcions d'órgans de regulació.

Básicament, les válvules distribuIdores es componen d'un cos, una part mobil i uns elements d'occionoment que permet en de canviar l'est at de la válvula. En el cos esta n practicats els conducte s inte rns i els orific is d'ent rada i de sort ida, a més d'allotjar la rest a de components. L'e lem ent móbil de la válvula, amb el seu desplacament, aconsegueix les diferents posicions de la válvula i realitza les connexions internes de les vies.

Les válvules distr ibuIdores es defineixen per dues característiq ues funcionals:

D

válvula d 'una posicíó

LO válvula de due s posiciona ITIJ válvula de tres posicions fig. 12 .21. Representació de vtilvules segons el nombre de posicions.

•

Nombre d'orificis o vies. Amb aquesta indicació es designa el nombre máxim d'orificis o conductes principals, anomenats també vies (tant d'entrada com de surtida), que poden interconnectar-se a través del distribuIdor.

•

Nombre de posicions. Són les connexio ns diferents que es poden obtenir de manera estable ent re les vies del distribuidor, Generalment tenen dues posicions, una que es diu de repós i una altra de treball. Alg unes aplicacions, peró, necessiten válvules de tres posicions, la qual cosa im plica una posició neutra central.

ACCIONAMENTS PNEUMATICS

353

Una válvula distr ibuidora es designa rnitjancant dues xifres; la primera indica el nom bre de vies i la segona, el nombre de posicions. Aixi dones, una válvula 3/2 vol dir que posseeix t res vies i dues posicions de maniobra.

D Representació grafica de les válvulas distribuIdores La represent ació de les válvules distr ibuidores de fluids, t ant pneum átiques com hidráuliques, es realitza segons normes internacionals (ISO-CETOP), uti litzant simbols que simplifi quen la realit zació d'esquemes i en faciliten la comprensió. La simbologia const a de t res part s: símbol básic, tipus de comandament i localització deIs ariftcis.

•

Fig. 12.22 . Funcionament d'un distn·buiaor.

Simbol básicoCada posició es representa amb una casella quadrada, dins de la qual se situen les fletxes que indiquen les connexions entre els orificis i el sentit del flux del fluid, aixi com el nombre de vies. EIs conductes es dibuixen en la casella que representa la posició de repós. La lectura de la posició de treball es du a terme despíacant l'altra caselta del simbol davant la representació deis conductes.

Distribuid or 212 NO 2 vies - 2 posicions

Distribuid or 4/2 4 vies - 2 posicions

Distribuidor 212 NT 2 vies - 2 posicions

Distrlbuldor 5/2 5 vies - 2 posicions

Distribuidor 3/2 NO 3 vies - 2 posicions

Olstribuldor 5/3 5 vies - 3 posicions

Distribuid or 3/2 NT 3 vies - 2 posicions

Distrlbuldor 5/3 5 vies - 3 posicions

(centre tancat) (centre obert)

Fig. 12 .23. Simbols de distributdcts.

~ Amb control

~ manual general

~ Per palanca

--rL - mecanlc

Per palpa do r

~

~

wC

Per polsador ~ pneurnátic directe ~ Per electroimant

Per pedal

Permolla

crr:e:: -

~ Perrodet

~

~

rri

~ Per pilota1ge

Per rodetabatible

Per electroimant i ~ Comandament per pressíó

válvula pilotada pneum áticamen t

Comandament

per ~ general depressíó

~ Comandament - - ~ - - per pressíó diferencial

Fig. 12.24. Tipus de comandament del distribuiaor.

• Tipus de comandament. Els distribuidors es representen amb el tipus de comandament, el qual s'afegeix al símbol base. La fundó del comandament (o pilotatge) és realitzar els canvis de posíció de la válvula. Segons la fo nt d'energia que activa les válvules, els coma ndaments poden ser: monuals, mecánics, pneumátics, hidráulics i eléctrics.

•

Localització deIs oríficís. La localització de cadascun dels orificis dels distribuidors es realitza segons un codi que utilitza números o llet res.

4

2

4 12 _. ._~ :

:

5

. 3 ::

1

Fig. 12.25. Localització i funcio ns deis orificis d'u n distriburdor.

354

BLOC 4. SISTEMES MECANICS

Funció

Números

L1etres

Alimentació de pressió

1

P

Sortides de treball

2,4,6...

A, B, C...

Escapament d'aire

3,5,7...

R, S, T...

Connexions de comandament

12, 14, 16...

X, Y,

z....

Tabla 12.1 . Localitzacíó i funcions deIs orijicis d'un distribuidor.

Aixi dones, si apliquem els criteris anteriors, una válvula 4/ 2 (4 vies i 2 posicions), amb comandament pneurn átic i retorn per ressort, que governa un cilindre, tindria la representació esquem ática de la fi gura 12. 26.

o

avan9

retrocés

Fig. 12.26 . Esquema del govern d'un cilindre de dobleef ecte.

posició l

posició 2

posició 2

posició 1

\¡m~! ~~~ e te

Funcionament d'algunes v álvulas distribuIdores

• Valvula distribuidora 2/2 . Aquestes válvules, més que distri burdores, són de comandament, ja que només obren o tanquen un conducte. Tenen un orifici per a l'entrada d'aire i un alt re per a la utilització. Evidentment , només té sentit que admetin dues posicions: vies tancades o vies obertes. Quan la válvula esta en repós (sense accionar) i les vies esta n tancades, s'anomena válvula normalment tanca da (NT). En el cas contrari, normalment oberta (NO). Per comandar un cilindre d'efecte simple necessitariem dues vá lvules 2/2, ates que una s'utilitzaria per subministrar pressió al cilindre i l'alt ra per obri r/ tanca r la comunicació amb l'atmosfera.

• Valvula distribuidora 3/2. Generalment no s'utilitzen válvules de dues vies per comandar un cilindre pneum átic d'efecte simple sinó un distribuidor 3/ 2, ja que acompleix millor aquesta funció. Aquest tipus de válvules consten d'un orifici d'entrada, un de sortida i un tercer per a l'escapament, i no solen utilitzar-se en oleohidráutica.

• Valvula distribuidora 5/2 , Per pilotar un cilindre pneum átic de doble efecte o per accionar válvules de major mida s'utilitza, en la practica, una válvula distribuidora de cinc vies, és a dir, un orifici d'entrada, dues sortides idos escapaments. Normalment. els cilindres de doble efecte es comanden amb válvules 4/ 2 i 5/2, encara que existeixen versions de válvules 5/3, les quals permeten deixar immobilitzat o bloquejat el cilindre en la posició central

te símbol

xdIITttbv ~R

Fig. 12.27. Válvula distribuidora 2/2.

p

cosco 1

posic:ió 2

.!i

( l,¿

~ p

s imbol

~" .. . ~~ . s

posició 2

xdrtTr--fu s~

p\

p

posició 1

Fig. 12.28. Vá lvula distribuiaora 3/2.

Fig. 12.29. Válvula distribuidora 5/2.

V

355

ACCIONAMENTS PNEUMÁTICS

• Valvules de control, regulació i bloqueig . ,EIs ele rnents de regulació, cont rol i bloqueig, dins de les limitacions que imposen a l'energia pneumática. permeten d'ajustar les velocitats de desplacament deis actuadors (cilindres, actuadors de gir i motors rotatius) i regular la seva forca. Dins d'un circuit pneumáticjoleohidráulic fan les funcions d'elements de comandament.

• Valvules unidireccionals. Són un tipus particular de vá lvules de control que permeten el flu x del flu id en un únic sentit i eviten el pas de fluid en sentit inverso Poden ser de dos tipus: válvula ontiretorn i válvula antiretorn pilotado.

simbol

Les válvules antiretorn , molt utilitzades en sistemes pneurná tics, són unidireccionals i de construcció i funcio nament més senzills.

Es tracta d'una válvula normalment tancada mitjancant un con o una bola associats a una molla. En un sentit el fluid venc la forca de la molla i deixa el pas lliure, en el sentit contrari la torca de la molla se suma a la pressió del fluid i barra el paso Les válvules antiretorn pilotades solament permeten, en condicions normals, el flux del flui d en un sentit. Malgrat aixó, i mitjancant l'acció d'un pilotatge extern, poden permetre el flux en sentit inverso

válvula antiretorm

Fig. 12.30. Vólvula antiretorn.

• Valvules reguladores de cabal. En els circuits pneurn átics sovint és necessari modifica r la velocitat deIs elements de treball. Per aconseguir-ho s'utilitzen les vá lvules reguladores de cabal, que varien la velocitat deIs actuadors i regulen el cabal d'alimentació. Aquestes válvules es poden dividir en dos grups: bidireccionols i unidireccionals.

Les válvules reguladores bidireccionals regulen el pas del fluid en ambdós sentits.

, I

I

r--

símbol

símbol

lTL Fig. 12.31. Vólvula reguladora bidireccional.

Fig. 12.3 2. Vdlvula reguladora unidireccional.

Les válvules reguladores unidireccionals, en canvi, permeten la circulació lliure del fluid en un sentit i, en el contrari , intercalen una estrangulació, que es pot regular a voluntat i que fixa el cabal del fluid.

• Valvules reguladores de pressió. Tenen com a objectiu reduir la pressió d'ent rada fin s a un valor inferior regulable de sortida. Són vá lvules de dues vies normalment oberte s qrácies a la torca de la molla, les quals redueixen la pressió quan el valor en la sortida supera el de regulació, t ot barrant el pas rnitjancant un pistó o corredora.

P,

i ~JVf

I

\

símbol

Fig. 12.33 . Vólvula reguladora de pressió.

356

BLOC 4. SISTEMES MECANICS

r-h :; ---d--

símbol

A

símbol

,, ' ,'~'

p ---+

Fig. 12.34. Válvula /imitadora de ptessiá ajustable.

I==~

R

P

Fig. 12.35. Válvula d'escapament rápido

• VaLvules limitadores de pressió. Anomenades també vátvules de seguretat, són un element de seg uret at en una instal oLaci ó pneumát ica/oíeo hidrau lica. Impedeixen superar La pressió máxima permesa peLsiste ma, ja que si La pressió s'ele va per sobre deL vaLor prefixat , La válvula obre cap a L'at mosfera L'orifi ci de sort ida i permet l'expansió del fluid fins que es restabLeix eLvalor nominal de pressió.

• Valvules d'escapament rápid, Estan destinades a accelerar la veLocitat dels cilindres, tot assegurant l'escapament directe a L'atmosfera o aLdip ósit, sense retencions deLfluid contingut en el cilindre.

• Valvules selectores de circuit oSón elements que permeten d'obtenir a la sortida un senyaL procedent indistintament de dos punts d'entrada diferents. Són anomenades, t arnbé, funcíons O (OR) , ja que compleixen la funci ó Lógica O de dues entrades. símbol

en"ad~",'ada sortida

Fig . 12.36. Vólvula selectora de circuito

P

~

P

srmbor • Valvules de simultaneitat. CompLeixen :.ntrad~nlrada La funció Lógica 1 (ANO) . També disposen de dues connexions d'entrada i una sortida de sortida. Només s'obtindrá el senyaL pneumátic (pressió d'aire) a la sortida si Fig. 12.37. Vólvulo de simultanei'tat. hi ha pressió a Les dues entrades.

• Sensors i detectors de senyal . ,Es sensors i els detectors o captadors de senyal són dispositius encarregats de captar informadó en un moment donat i transmetre -la a l'equip pneumátic.

En un sistema automát ic són eLs elements capaces de det ectar, per exemple, La posició de cilindres, actuadors o fenóm ens deL sistema (pas d'una peca, preséncia de producte, etc.), aixi com de capt ar magnituds físiques (pressió, etc.). En un circuit pneumátic fan la funció d'emissors de senyols.

ACCIDNA MENTS PNEUMATlCS

357

ACTIVITATS

18> Quines són les dues característiques funcionals que defineixen una válvula distribuidora?

19> En un circuit pneumátic, quina funció desenvolupen les válvules distri buidores?

20> Per a que s'utilitzen habitualment les válvules dist ribuid ores 5/2?

21> Quina funció realitze n les válvules de control, regulació i bloqueig en un circuit pneumátic? Quin tipus es fa servir com a válvula de seguretat? 1 quin per modificar la velocitat d'un cilindre?

22> Que es una válvula distribuidora 3/2? Dibuixa el simbol d'una válvula 3/2 amb comandament manual i retorn per molla.

23> Descriu les diferencies de funcionament de dues válvules d'accionament pneumátic, una d'elles pilotada per ambdós costats i l'altra amb retorn per molla, si donem durant uns insta nts senyal de pressió d'aire a un dels pilotatges.

24 > Quina funció lógica duen a terme les válvules selectores de circuit? 1 les de simultaneilat?

• 12.4 Disseny de circuits La fase de disseny d'un circuit pneurn átic/oleohidráulic comporta d'una banda el cálcul i la definició concreta dels components d'acord amb les necessitats del sistema (pressió, cabal...) i, d'altra banda, la confecció del croquis o esquema del circuito Per t robar la millor solució, pneumática o oleohidrá ulica, a un dete rminat procés industrial, es fonamental conéixer el mecanisme que cal accionar i les seves característiques funcionals (velocitats , forces, temps, cicles, etc.), aixi com t arnbé les limitacio ns que presenta (potencia disponible, espais, tipus d'energia, etc.) . . ,I:objectiu final d'un procés de disseny pneumátíc/oleohidr áulic és l'obtenció d'un esquema que compleixi satisfactóriament les especificacions del sistema.

Abans, pero, és convenient establir gráficament el treball que s'ha de realitzar i el desenvolupament de les seqüéncies o fases que formen el cicle. L'ús de determinats recursos, com ara diagrames de seqüéncies de treball i representacions esquemátiques del mecanisme, ens ajudaran en la seva confecció.

• Diagrames i representacions esquemátiques Els diagrames de seqüencies de treball i representacions gráfiques més importants que podem utilit zar per al disseny de circuits pneumátics són: el plánol de situoci á, {'arganigrama, el quadre de seqüéncia de movimenis, el diagrama espai-fose, el diagrama espoi-temps, el diagrama de senyals i el GRAFCET.

o

Plánol de situació o representació esquemática del mecanisme

Mostra de manera senzilla i esquemática els mecanismes i els elements motrius (cilindres, actuadors, etc.) que s'utilitzaran, i la seva disposició i ernplacarnent a la máquina .

Resulta de gran ajut en sistemes de certa complexitat .

Suposem que volem realitzar un circuit pneumátic d'automatització d'una premsa d'embotició (l'esquema del qual es mostra a la fi g. 12.46) per fabricar un determi nat model de recipient cilindric de meta ll. l'operador será l'encarregat de dipositar un disc de xapa en la mat riu de la premsa i a continuació accionara un polsador per iniciar el cicle auto rn átic, que consisteix en l'aproximació de la peca a la zona de treball, la realització

BLOC 4. SISTEMES MECANICS

358

8

de l'embotició i el retorn a la posició inicial per retirar la peca conformada i dipositar un disc de xapa nou. Per aconseguir aquests moviments es faran servi r dos cilindres: A per a l'aproximació i la fi xació, i B per a l'embotició . En l'exem ple de la fig. 12.38 es mostra el plánol de situació d'aquest mecanisme.

r--

1

o

Organigrama o pl ánol de desenvolupament del programa d'accions

És la representació qráfica d'un problema, de la seva análisi i de la seva solució, mitjancant l'ajuda de simbols que representen operacions, dades, relacions, órgans o aparells. En

A

aquest diagrama, format per elements simbólics acoblats en un determinat ordre, estan resumits tots els passos dels programa d'accions, aixi com les condicions preliminars.

Fig. 12.38. Plónol de situació d'un mecanisme d'embotició.

/ 7 D

entrada sorti da

op era ció general

o

o

<>O

operació manual

_r-'L

subprograma

ramifica ció posició de tran sició posicló de limitado

~ final parada inte rm edia

Fig. 12.39. Simbols d'un organigrama .

o

Quadre de seqüencia de moviments

Actuador B

A

¡nid

coI·locar peca

posada en marxa

everca A + ba ixa B +

plja B-

retrocede ix A -

retirar peca

f

Fig. 12.40. Exemple de I'orgonlgrama d'un automatisme pneumtitic.

És un quadre en qué s'indiquen les diferents etapes deis cilindres o octuadors; el de la taula 12.2 mostra la seqüéncia de moviments dels dos cilindres del nostre exemple, el qual consta de 4 etapes, en qué el moviment d'avancde la tija es representa amb el signe (+J, i el moviment de retrocés, amb el sig ne (-). Com es pot observar, en aquestquadre es prescindeix de temps, velocitats, amortiments de cilindres, etc.

o

1

+

2

+

3 4

Taula 12.2. Quadre de seqiléncia de movi-

ments.

Diagrama espai-fase

És un diagrama molt utilitzat en circuits seqüencials que mostra els moviments dels actuadors per a cada fase de treball. 5'entén per fase el canvi d'estat de qualsevol element operatiu.

En la fase O (estat de repós) tots els cilindres es troben amb la tija entraElement Funció da, El cicle comenca en el punt Oamb la sortida de la tija del cilindre A que recorre l'espai 0-1. En acabar el recorA Alimen tar regut de A, i en t ractar-se d'un circuit seqüencial, inicia la cursa d'avanc el cilindre B en l'espai 1-2 i a continuació la de retrocés (2-3). El cicle finaB Conformar o embotir litza en l'espai 3-4 qua n retrocedeix el cilindre d'alimentació A fins a la seva Fig. 12.41. Diagrama posició d'origen.

"• .!!

~

• -

•

Fase

O

1

2

3

I

I

-,

/

-.

I

/

espai-fase.

4

AC CIONAMENTS PNEUMÁTlCS

o

,-

Diagrama espai -temps

És un diagrama per a la representadó deis estats deis elements de trebatl d'acord amb el ternps, Aquest diagrama és similar a l'anterior pero amb la particularitat que ractuadó dels cilindres es representa d'acord amb el temps i no d'acord amb lesfases. S'empra prind palment en cicles programats. l'exernple de la premsa d'ernbotició també podriem dur-lo a terme com un sistema programat, d'acord amb el temps. En aquest cas el cicle cornenca 1 segon després d'accionar el polsador de marxa i fi nalitza als 9 segons.

o

359

Diagrama de senyals de comandament

,- i•

,

........

.

-

,

,..-

3

5

7

I

I

1/ I

1/ 1\

"""",,

-

-c

Element

Funció

Alime nta r

-

GRAFC ET

El diagrama funcional o GRAFCET (graphefanctianal de comande étapes-transitians ) és un procediment que permet de mostrar qráficarnent, amb senzillesa i precisió, el cicle de funcioname nt d'una maquina automatitzada a través d'un cicle seqüencial. És un rnitj á de descripció de les especifi cacions d'un automatisme que exposa l'evoluci ó de cadascuna de les etapes que form en el cicle completo Una etapa representa un estat estable del procés, per exemple un cilindre en repós o accionat. Per arribar a aquest estat cal efectuar una acció, per exem ple actuar un distribui"dor; llavors, mentre dura aquesta acci ó. estem en una t ransició. Cada etapa ha d'anar precedida d'una tra nsició que ha de complir-se perqué s'executi la següent.

+ B

O

o em botir

1 O

b,(1.3)

1 O

a, (2.2)

1 O

b ,(2.5)

1 O

Fase 5

1/

-.

,

Fig. 12 .43 . Diagra ma de senyals de comandament.

Repós

Etapa 2

Accions associades Ele ments de transició

Etapa 3 Acci ons associades Elem ents de transici ó

Fig. 12.45. Exemple del GRAfCET de lapremsa d'embotició.

7

9

-,

I

-

m, (1.2)

3

/

Conformar

etapa fina l Elements de tran slci ó Etapa 1.

Accions associades Elements de tra nsici ó

Fig. 12.44. Representnció perGRAfCET.

:oº e. +

A

o

j

Fig. 12.42. Diagrama espai-temps.

És un diagrama que va unit al d'espai-fase o al d'espai-temps i que mostra els senyals de comandament que intervenen en el sistema pneurn átic, En circuits molt elementals se'n pot prescindir, ja que l'objectiu d'aquest diagrama és detectar els senyals no desitjables en els pilotatges de les vá lvules distribuidores que accionen els aduadors pneurn átics i que poden donar Lloc a un fu ndonament anórnal de l'equip, Si continuem amb l'exernple de la premsa, el diagrama mostra com són accionats els pilotatges dels distribui"dors per captadors de posició (a i b), excepte el senyal manual d'inici delcicle que executa el comandament (m,). Amb el subindex (1) es representa el captador activat o enviant un senyal de pressió, i amb el (O), testat de reposo

9

\

I

•

,

Templ ,,"W9OM

I

-

360

Pautes per fe r un esquema EIs elements de treball es representen en posició horitzontal.

Els circuits es dibuixen en la posició de repós o inicial.

EIs captadors de posició es colloquen a sota i a prop del órqans de govem que actuín, En el lloc que ocupen en el circuit on són accionats s'hade dibuixar una línia amb la referéncia de l'element.

Els elements s'han de referenciar seguint un ordre deterrninat.

En els esquemes pneum átics que es representen a partir d'ara, pot haver-hi algunes diferencies amb la simbologia normalitzada propasada en els components que s'han descrit fins al momentoAixó és degut al fet que s'han utilitzat simuladors per a la seva confecció i disseny, com ara el FluidSim s de l'empresa FESTO de pneumática.

BLOC 4, SISTEMES MECANICS

El GRAFCET és un sistema cada cap més estés i utilitzat, ja que aporta una inestimable ajuda, tant en el desenvolupament de rautomatisme com en la detecció d'avaries. A resquema es mostren els principis generals de representad ó amb les diferents eta pes i els elements de transid ó.

• L'esqu ema pneurn átic Un cap s'han esta blert els principis básics de funcionament dels diferents actuadors, en el nostre exemple cilindres, amb l'ajut dels diagrames de seqüéncies de treball i unes altres representacions esquern átiques, es procedeix a dissenyar i confeccionar l'esquema pneurn átic. ¡;esquema pneum átíc ha de refiectir el funcionament general del circuit i el dels diferents elements que el formen: cilindres, válvulas dist ribuidores, captadors de senya\' válvules de control. reguladors de pressió i tot un seguit de components auxiliars.

Tot s els components de resquema han d'estar referenciat s amb números identificatius.

Cadascun dels actuadors, amb tots els element s de govern i auxiliars necessaris, es referencien amb un núm ero, comencant per l't. Així dones, un esquema amb 2 act uadors, com el de l'exemple, esta rá format per dos grups: grup 1 i grup 2. Els element s de t reball (cilindres) es num eren en aquest ordre: 1.0, 2.0... Els órqans de govern (válvules distribuidores): 1.1, 2.1... Els captadors d'informació (sensors, captadors de posició, generadors de senyal, etc.) es numeren amb 1.2, 1.3, 1.4..., 2.2, 2.3, 2.4... La primera xifra indica el grup i la segona, l'element dins del grupo Amb 0.1, 0.2... s'indiquen els elements auxiliars (regulador de pressió, filtre, lubrificador, etc.) i amb 1.02, 1.03..., 2.02, 2.03... els elements de regulació (regulador de cabal, vá lvula selectora, válvula de simult aneila t, vá lvula d'escapam ent rápid, etc.). A més d'aquestes denomin acions, és convenient assignar a cadascun dels act uadors una lletra majúscula.

2.2 -o-t-

A

B

1.0

2.0 Elem ents de treball

2.0

. .--1-<>-'-1>- . _,

Element s de regula ció

Orqan s

de govern

Captadora d'infonn ació

Un itat de ma nteniment

Fig. 12.46. Esq uema[uticionalde la premsa d'embotir.

361

ACCIONAMENTS PNEUMATICS

ACTIVITATS

25> Fes un esquema amb els diagrames de seqüéncies de treball i represent acions qráfi ques més irnporta nts que es poden fer servir per al disseny de circuits pneurn átics. Indica les caracterist iques principals de cadascun. Posa'n algun exemple.

26> Representa esquematicament un dispositiu que consta de 2 cilindres pneum átics, el qual té com a funció subjectar una peca de forma prism át ica i fer-hi un forat amb una broca.

27> La seqüéncia de treball d'una maquina que incorpora tres cilindres pneum átics de doble efecte és: A+ B+ B- A- C+ C-. Representa els diagrames espaifase i espai-temps si el cicle dura 13 segons.

28> Com es numeren els actuadors i els órgans de govern en un esquema pneurn átic? I els captado rs de posició?

29> En quins diagrames es poden observar fácilrnent les velocitats de t reball dels actuadors?

30> Quins signes s'ut ilitzen per representar els mov íment s d'un cilindre?

31> La seqüéncia del cicle automá tic de l'activitat 26 és: primer s'acosta i se subjecta la peca mitjancant l'avanc del cilindre A; a continuació es realitza el t repat rnitjancant l'avanc del cilindre B; després retrocedeix el cilindre B, i finalment retrocedeix el cilindre A. Cal considerar que la broca sempre esta girant. Representa el quadre de seqüéncia de moviments i el diagrama espai-fase.

32> Es pot governar directament un cilindre d'efecte simple am b una válvula polsador 5/2? I amb una válvula polsador 4/2? En cas afirmatiu realitza l'esquema pneumát ic.

• 12.5 Aplicacions pneurnátíques Com ja hem comentat abans, la pneurn ática és present en la quasi totalitat dels sectors industrials; des de l'agricult ura, la indúst ria alimentaria o el transport fins a la indústria mecánica, la fusteria o les centrals nuclears. Les possibilitats d'aplicació són molt nombroses: trepar, fresar, llimar, doblegar, estampar, soldar, embotir, subjectar, estrényer, reblar, caragolar, pintar, alimentar, transportar, etc.

[][J

JQ/

En aquest apartat veurem circuits elementals d'aplicació amb un o dos actuadors. Moltes vegades, circuits pneumát ics, aparentment més complexos, són només la superposició lógica de circuits més simples. Encara que en la majoria d'exemples es most ren cilindres com a act uadors, ta mbé es pod rien ut ilitzar altres elements de treball, com ara pinces pneum átiques, motors pneurn átics o act uadors rotat ius.

• Circuits pneumátics amb un actuador Per poder ente ndre i dissenyar circuits pneum átics més complexos convé abans veure i representar de manera senzilla les diferents formes de governar el funcioname nt dels actuadors. Suposem, per exemple, algunes aplicacions en qué només necessitem un únic cilindre d'efecte simple o doble per desplacer una peca, obrir una porta, premsar una peca, aixecar un objecte o tallar un material.

o

Comandament directe i indirecte

Una manera senzilla de resoldre el problema és utilit zar un circuit amb comandament directe d'un cilindre d'efecte simple governat per un distribui'dor monoestable 3/ 2 (un únic pilotatge i reto rn per molla) accionat manualm ent. Una alt ra solució, t ambé

n lE r Fig. 12.47. Aplicacions pneumdtiques.

BLOC 4. SISTEMES MECAN ICS

362

elemental, seria utiLitzar un cilindre de doble efecte comandat directament per una vá lvula distribuidora 4/2 monoest able pilotada ma nualment.

Sovint no convé o no es pot governar un cilindre directament, com en el cas anterior, ja sigui perqué és molt gran; per tant, caldrá una gran forca de comandament, perqué el comandament ha d'ocupar poc espai, o simplement perqué la solució d'automatització adoptada ho impedeix. En aquests casos la solució passa per comandar el cilindre indirectament a través de microválvules, que es munten fácilment en els panells de comandament.

1.0

A

A

2 .0

B : 1.2

C ilind re d'efec te simp le

Cilindre de doble afec te

~

C ilindre d'efecte simple

Cilindre de dob le afec te

Fig. 12.48. Comandament entre un cilindre d'ej ecte simple i un de

Fig. 12.49. Co mandament indírecte d'un cilindre d'efecte simple i d'un

doble ef ecte.

de doble efecte.

Fig. 12.50. Accionament d'un cilindre de doble efecte amb pilotatge pneumatic. Vista interior deIs distributáors.

D Regulació de la velocitat En instal-lacions pneumátiques molt sovint és necessari regular la velocitat dels cilindres.

El procediment més generalitzat i simple de control de velocitat d'un cilindre és rnitjancant Iús d'un reguladorde cabal, normalment a la sortida, ja que s'assoleix un millor control de la velocitat. En el casdel nostre exemplees pot realitzarel comandament directe del cilindrede doble efecte amb regulació de la velocitat en ambdóssentits. Com es pot veure, el regulador de cabal unidireccional només estrangula el flux de l'aire en un sentit, ja que porta incorporada una válvula antiretorn que permet al fluid circular lliurement en sentit contrario

363

ACCIO NA MENTS PNEU MAncs

regulació a la so rtida

regulació a I'entrada

regulació en ambdós sentits

Fig . 12.51. Regulació de la velocitatd'un cilindre.

En ocasions l'avanc O retrocés de la tija del cilindre és lent perqué l'aire, abans de ser evacuat a l'exterior, ha de recórrer la conducció de retorn i travessar les vies d'escapament del dist ribuidor corresponent. Una manera d'augmentar la velocit at del cilindre és accelerant el procés d'evacuació de l'aire tot inte rca lant una válvula d'escapament rápid a la sortida del cilindre.

I

A - - - - "'1

P r-:- h--'

L..:..:.J R

o

Comandament simultani

En máquines com ara la premsa que hem proposat d'exernple, existeix un risc elevat d'accident per part de l'operador, ja que les mans li poden quedar atrapades en descendir el cilindre. És convenient, per ta nt, que en donar l'ordre de descens del cilindre, l'operari tingui obligatóriament les dues mans ocupades i apartades de la zona de perill. En aquests casos cal disposar d'un doble comandament, o comandament simultani, per governar el distribuidor del cilindre. Les dues solucions més viables i senzilles són: rnitja ncant el muntatge en serie de les dues microválvules de comanda ment o bé incorporant una válvula de sim ultanei'tat.

comandament en se rie

Fig. 12.53 . Comandament simu/tani d'un cilindre.

comandament amb válvu la

de simultaneHat

XI

.

,~

Fig. 12.52. Augment de la veloeitat mituna valvula d'escapament Tapid.

jan~ant

BLOC 4. SISTEMES MECANICS

364

o

Comandament des de diferents punts

Una alt ra necessitat que se'ns pot presentar habituaLment en eLs circuits pneurn átics, i que també seria aplicabLe aLnostre exemple, és haver de governar un cilindre des de diferents punts. La solució més simpLe és ut ilitzar una o més vá lvules seLectores de circuit que, com ja hem vist ante riorment, són eleme nt s que permeten La sort ida d'un senyal pneumiltic quan existeix un senyal en qualsevol de les dues entrades.

Fig. 12.54. Comandament d'un cilindre d'efecte simpledes de dos punts.

o

Accionament continu d'un cilindre

Un requeriment que es pot presentar sovint en moLts mecanismes pneum átics és haver de produir, en un deLs cilindres, un moviment conti nu de vaivé, és a dir, una oscil-taci ó pneumiltica.

A

r-c-a-rr-rt

1.3

: 1.2

marxa

1.5

1.1 --- - - - -------,

- - -- - -- - - - -- -

aturada

1.6

0.2

Fig. 12.55 . Mecanisme accionat per un oscil·ladoTpneumdtic.

Fig. 12.56. Esquema d'un osciI ·lador pneumdtic.

o diposit

x

Fig. 12.57. Esquema d'un temporitzador.

Comandament temporitzat

ALgunes vegades hi ha La necessitat de ret ardar, un cert ternps, un senyaLpneumiltic de sortida respecte d'un senyaLd'entrada. Per realitzar aquest a funció es fan servir eLs t emporitzadors, dispositi us dissenyats per retardar un senyaL d'acord amb eLtemps, eLs quaLs conste n, básicament, d'un petit dipósit i d'una válvula de regulació de cabaLque permet de graduar el t emps de resposta dins d'uns valors determinats.

Un circuit temporitzat per prod uir un moviment de vaivé no continu en un cilindre funciona de La manera següent: en prémer La válvula de polsador (1.2) eLcilindre avancará fi ns al final i, t ranscorregut un cert t emps, retrocediril autorn áticament fi ns a La seva posició originaL.

365

ACCIONAMENTS PNEUMAncs

o

Circuits amb control de posició

En molts circuits pneumátics cal realit zar una operació similar a l'anterior, pero sense necessitat de t emporització, és a dir, fer avancar un cilindre fins a una determinada posició i que retrocedeixi auto máticament, en donar un senyal de comandament al siste ma.

5uposem que es necessita un mecanisme en el qual la tij a d'un cilindre ha de desplacer una peca fins a una dete rminada posició i reto rnar a la seva posició original. Amb el plánol de sit uació id os possibles esquemes pneumátics del posicionador (un amb un cilindre d'efect e simple i l'alt re amb un cilindre de doble efecte) es pot descri ure el seu funcionament : en prémer la válvula del polsador (1.2), s'actua sobre el pilotatge esquerre del distr ibuídor (1.1) i la t ija del cilindre avanca fins que t oca el final de cursa pneumátic (válvula 1.3 accionada per rodet); en accionar aquesta válvula es dóna un senyal de pressió al pilota tge dret del distr ibuídor i el cilindre retrocedeix aleshores de manera auto mática fins a la seva posició inicial.

•

, ,::9 - = - \

= ___

\ iI ---.

I

~3

\.0

2. 1

Fig. 12.59 . Planol de situació i esquemes pneumótics d'un posicionador.

•

Circuits pneumátlcs amb dos actuadors

De sprés d'haver est udiat alguns circuits elementa ls amb un actua dor com a element de tr eball, present em a continuació dos exemples d'aplicació que inclouen dos act uadors que funcionen amb una seqüéncia de t reball diferent, els quals incorporen gradualment un nivell major de dificultat. Per facilitar-n e la comprensió i interpreta ció, en tots s'inclou el corresponent quadre de seqüéncia de movim ents.

r--·"~~~

"--:

,

R

i

I I L.'--._.

Fig. 12.58 . Circuit temporitzat.

P

I I ' I

.1

366

BLOC 4. SISTEMES MECÁNICS

EXEMPLE 3

C:~=;';";::':~--------------------, Mecanisme pneurnátic d'estampació En un procés de fabricació disposem d'u na serie de productes que necessitem estampar per la cara superior amb la dat a de caducitat. Per realitzar-ho hem dissenyat un mecanisme pneum átic serniauto rn átic que, un cop col-locada la peca en un lloc dete rminat, en prémer un polsador ens la posicionara i en far á l'est arn paci ó rnitjancant dos cilindres pneumátics. A les fi gures es mostren la representació esquemát ica del mecanisme i el quadre de la seqüéncia de moviments .

El sistema pneurn átic l'hern dissenyat amb dos cilindres d'efecte simple; encara que també podria realitzar-se perfectament amb dos cilindres de doble efecte. En els dos casos l'esquema és molt

ETAPA ACTUADOR A

B

+

1

+

2

~:3======similar.

La seqüéncia de treball és: A+, B+ (A- B-). La capta ció de posició la fem amb dos finals de 1.0 cursa (FC), microválvules d'accionament meA cánic per rodet , que detecten la posició fina l d'avancarne nt dels cilindres: l'FC (2.2) detec ta la del cilindre A (1.0) i l'FC (2.3) la del cilindre B (2.0). Per simp lifica r ['esquema i, en t racta rse de cilindres d'efecte simple, no considerem Fig. 12.60. Representació esquematica. necessari detec tar les posicions de repós dels cilindres.

En prémer la válvula del polsador (1.2) donem un senyal al pilotatge esquerre del dist ribuídor (1.1) que governa el cilindre A (1.0) i fa que aquest avanci lenta ment el producte fins a la posició de tr eball; el subject a contr a la paret i act ua la válvula (2.2) accionada per rodet. Aque sta dóna un senyal de comandament al pilotatge esquerre del distr ibuidor (2.1) que governa el cilindre B (2.0) i fa que la unit at d'estampac ió baixi lent ament; l'operació d'est ampació és detectada per la válvula (2.3) accionada per rodet , que actua sobre els pilot at ges dret s dels dos distribuidors (1.1 i 2.1), que fa que els dos cilind res retornin a la seva posició inicial. En acabat caldria retirar el producte estampat i colIocar-ne un de nou; el sistema resta ria aixi preparat per iniciar novament el cicle autom átic de funcionament del mecanisme.

S'ha previst un avanc lent dels cilindres i un retrocés rápid . per aixó s'han col-Iocat dos reguladors de flux unidireccionals (1.02) i (2.02) a l'ent rada dels cilindres.

t::~

·

··, ----:-,

2,2

B

A

1.02

--{>

~-

- <l - - - - - - -- - ----

----------,

o

Fig.

12.61. Esquema i seqüéncia de moviments.

ACCIONAMENTS PNEUMÁTICS

367

EXEMPLE 4

Sistema de transport de peces Aquest mecanisme tr ansporta peces des d'un nivell inferior fin s a un altre superior. Els dos cilindres utilit zats duen a terme aquesta funció: un la puja i l'altre la desplace horitzontalment. El cicle de treball. mostrat al quadre de seqü éncia de moviments, és: A+, B+, A- , B-.

A

1.0

Fig. 12. 62. Representació esquemótica.

Eta pa

Actua dor

A

A

B

1.0

+

1 2 3

2 .3

1-

2 .2

B

-1

2. 0

+

4

r- - - - -

----- ,

I

~

I

~ 1

% "

I I I 1 1. 2

I I

1.4

1.3

I I I

0 .2

•

<Sl

Fig. 12.63 . Esquema complet d'un sistema de transport de peces.

2 .2

1.4

1-

1.3

-1

~

BLOC 4. SISTEMES MECANICS

368

EXEMPLE 5

~"""'=':";"";¡';;;;"";;"'-~---------------------, Unitat de mecanització

ta da pel fina l de cursa (2.3), inicia l'ascens el cilindre Bi en acabat retrocedeix el cilindre A. Els finals de cursa (FC) ut ilit zat s són micrová lvules d'accionament mecánic per rodet que detecten les posicions dels cilindres A i B; I'FC (2.2) detecta que la tija del cilindre A ha avancat fi ns al final del seu recorregut, I'FC (1.3) detecta que la tija del cilindre B está replegada amunt (en esta t de repós estará accionat) i l'FC (2.3) indica que el cilindre B ha avancat fins al final.

l:esquema del mecanisme correspon a un sistema automátic de mecanització. El cicle, una mica més complex de resoldre que l'anterior, ésoA+, B+, B-, A- , molt habitual en mecanismes pneumátics de 2 cilindres.

En donar un senyal manual, el cilindre A (1.0) empeny l'objecte fins a la paret dreta; en arriba r, el cilindre B fa baixar aut omáticament el bloc de trepa t fin s a perforar la peca. Un cap realitzada l'operació, det ec-

Eta pa

A

Actuado<

A 1

2 3 4

r- -

- - - --1 I I

I I

~ . l t3 \\ ~

i Fig. 12.6 4

I I I

I I I

B

B

+ +

-

I I I

~ I I ,

0.3 ___ ~======= ===== ==== J======~ ====¡--===- - :=============== 1 __ ,-- - - - - - - - - - - - -, ~ ------I

I 1

~ i ~ ~ .l t4 : 1 I_ _ ______ I1

I 1

~ I I1

_

Fig. 12.65. Esquema complet d'un mecanisme automdtic de mecanització.

-Jo!

ACTIVITATS

33> Co nfecciona l'esquerna pneumátic per fer avancar i retrocedir un cilindre de doble efecte governat per una válvula distribui"dora 5/2 amb doble comandament pneumátic. Els pilotatges són comandats per dues válvules de polsador 3/2.

34> Com pleta l'esquerna ante rior fent que el cilindre avanci lenta ment i retrocedeixi a velocitat rápida, Si no retrocedis prou rápid, que faries?

35> Dissenya el circuit del mecanisme pneurn átic d'una premsa que porta associat un cilindre de doble efecte com a element de treball, de manera que pugui actuar un temps determinat en accionar simult ániament dues válvules de polsador. Ha de poder regular-se la velocitat d'avancarn ent i de ret rocés del cilindre. El mecanisme no disposa de cap vá lvula accionada mecánicament que faci les funcions de final de cursa.

369

AC CIONAMENTS PNEUMATlCS

ACTIVITATS

36> ExpLica eL funcionament deLs dos circuits de la figura i assenyaLa'n Les diferencies principaLs.

~~ ¡~ [~ ..

_------ -- ,

,

,....ri::t ....,

39> ReaLitza L'esquema pneurn átic del mecanisme de la fi gura de manera que, en fer un senyal d'inici, La barra descrigui un are, resti cert temps en La posició extrema i retorni a La seva posició inicial. El circuit ha de preve ure la possibilitat que la seqüen cia es faci una única vegada o be que es repeteixi un nombre indeterminat de vegades.

----_.-

,

._-------- ,,

;... ~ .....

.

~~~~

Fig. 12.66

37> ExpLica eLfuncionament del circuit pneurn átic de la fi gura. Hi t robes algun error? En cas afi rmatiu, fes les modificacio ns oportunes i comenta quina aplicació practica pot tenir.

Fig. 12.69

40> Confecciona l'esquema pneurn átic deL dispositiu de la figura, eL quaL consta d'un cilindre de dobLe efecte com a element act uador.

,._------

,._--------------,

- -- - - - - - - - - - -

~- ·-:·- 1 I.__._. ,_. 1'

Fig. 12.67

38> Di ssenya l'esquema pneumiitic de L'apLicació de La figura rnitjancant un cilindre d'efecte simpLe governat directament per una vá lvula distributdora 3/2 accionada manuaLment per poLsador.

Fig. 12.6 8

Fig. 12.70

En accionar manualment una vá lvula de poLsador 3/2, el cilindre ha de retrocedir i deixar passar una única boLa . La veLocitat d'avancament es fixará perque norn és en passi una. Una vá lvula 3/2 accionada rnecánícarnent per rodet i amb retorn per molla fará les funcions de fi nal de cursa i sera L'encarregada de donar el senyaLperqué el cilindre retorni a La seva posició inicial.

Bloc 4. 51stemes mecánics

370

-r !

41> Per mitj á du n programa inforrn átic de simulació pneurn ática que hi hagi a la teya escola o institut, o d'alguna versió de demostració que pot s descarregarte d'Internet, realitza la simulació del comandament directe i indirecte d'un cilindre d'efecte simple i d'un de doble efecte, També pot s simularel funcionament dels circuits pneurn átics dels exercicis anteriors.

42> Representa resquema de raplicació de la fig ura perqué els dos cilindres efectuln el programa assenyalat per lesfletxes. El govern dels cilindres es fará manualment rnitjancant dos polsadors associats respectivament al comandament de dues válvules distribuidores,

-

II

_

1-

I

Fig.1 2.71

Resum de simbologia pneumátíca; 1501219-1:1991, 1501219-2:1995 Compressors / motors

Unitat de condicionament i font d'energia

Cilindres Válvules de control

Compressor

Motor

pne umátic

pn eum áti c

Unitat de tractament d'aire

Simbol ~ tractament ~

1- --- ---- -- ":

~

pq

Font d'energia o presa de pressió pneumática

[>-

Cilindre pneum átic d'efecte simple (retom ~ permolla) ~

Cilindre pneumátic de doble efecte

Cilindre pneum átic de doble efecte i de doble tija

2 /2 (2 víes, 2 posicions)

3/ 2 (3 vies, 2 posicions)

5/ 2 (5 vies, 2 posicions)

Manual general

Polsador

Molla

Cerró

Corró abati~n un sentit

Pilotatge pne um átic

Válvula reguladora de cabal unidireccional

Valvula reductora

(dist ribuidores)

Comandament de válvules

Valvules reguladores

-uT Valvula selectora de circuit entra~M1l rada

~ Taula 12.3.

-,

¡-~

de pressió

:

ajustable

-

Valvules antiretom

~

--<;WT Valvula de sirnultaneítat

Acumulador / dip ósit d'aire

-{~)-

ACCIDNAMENTS PNEUMÁTlCS

Ciencia, tecnologia i societat La pneurnática, una tecnica de gran aplicació La pneum ática no és una técnica recent, ja que fa més de 2000 anys que un grec anomenat Tesibios construi un canó pneurn átic que, rearmat manualment, comprimia aire en cilindres. En efectuar el tret. l'expansió de l'aire comprimit em magatzemat donava una energia major a la fletxa, la qual era propulsada a una distancia molt més gran.

A l'era industrial. el ferroca rril dona un nou impuls a la pneum ática, L'any 1857, l'enginyer francés Germain Sommeiller inventa una perforadora d'aire comprimit que permet ia de constr uir túnels a una velocitat gairebé quatre vegades més gran que la que s'obt enia amb metodes t radicionals. El 1880 s'inventa el primerfre pneum átic i el 1888 s'inst ai-La a París una xarxa subterránia de distribució d'aire comprimit.

Actualm ent, l'automatització dels processos de producció s'ha convertit en una necessitat quotidiana i de primer ordre per a les empreses modernes, obligades a produir en condicions compet it ives. Amb l'automat it zació s'aconsegueix subst it uir els processos man uals per uns

lig o 12.72

altres on les rn áquines i els mecanismes substitueixen les persones en tots aquells treballs que siguin repetitius i monótons amb la fi nalitat d'aconseguir major rapidesa, augmentar la product ivitat, reduir costos i millorar la qualitat i seguretat en els sistemes productius.

La pneumática té aquí un paper im portant, principalment perqué resulta molt flexible i pot ser utilitzada prácticament en qualsevol tipus d'indúst ria. Les aplicacions de la pneurn ática en la indústria són cada vegada més nombroses, ja que aquesta tecnologia permet d'implementar f ácilrnent siste mes automátics, que realitzen moltes funcions millor i més rápidament, de manera més regular i durant més temps sense patir els efectes de la fatiga.

Automatitzar processos, a través de component s pneurn átics. és una de les solucions més senzilles, rendibles i amb major futur d'aplicació en la indústria. La combinació de l'elect ricit at , l'electrónica i la pneurn ática milloren la flexibilitat i la fi abilitat dels automatismes pneumátics

371

BLOC 4. SISTEMES MECAN ICS

372

Activitats finals Qüestions 1> Dibuixa esquemáticament un sistema pneumátic en el quaLconstin eLs diferents bLocs funcionaLs que el componen, aixi com eLs eLements que integren cadascun deLs bLocs.

2> Quan resultará avantatjós utilitzar sistemes pneumátics respecte deLs mecánics en generaL? 3> Qué és un cilindre d'efecte simpLe? a) Un émboLd'un motor. b) Un actuador pneumátic que fa forca en els dos sentits. e) Un actuador pneumátic que fa torca en un sentit. d) Un reguLador de pressió.

4> Una válvula de cinc vies i dues posicions: a) Té dues connexions d'accés. b) Té dos conductes d'accés i un de tancat. e) Es pot sit uar de dues maneres diferents i té un conducte d'entrada de pressió, dos d'escapament i dos de sortida d'aire. d) Es potsituar de dues maneres diferentsi té dos conductes d'entrada de pressió i dues entrades aLs émbolso 5> Qué signifiquen Les dues xifres que determinen una válvula distribuidora 5/2? Dibuixa eL simboL d'aquesta válvula accionada pneumáticament per ambdos costats.

6> Identifica els components deL circuit pneumátic de La figura , comenta breument com funciona i digues aLguna apLicació que pug ui tenir.

7> Un cilindre pneumátic efectua un cicle semiautomátic a partir de L'accionament simuLtani de dos polsadors: avanca, fa una atu rada temporitzada aL finaL de La cursa deLcilindre i posteriorment ret rocedeix. a) Dibuixa L'e squema pneurn átic. b) Digues possibLes apLicacions d'aquest automatisme.

8> És correcte L'e squema pneumátic següent? Com funciona? Series capac de miLlorar-Lo?

Fig. 12.74

9> Completa L'e squema pneumátic fent Les connexions necessáries entre eLs diferents eLements per taL que eL circuit funcioni segons eLcicle A+ B+ (A- B - ).

B

--<>~-<l-1.1

Accionament

~

~ Fig.12 .73

Fig. 12,75

373

Avaluació del bloc 4

1> La tapa de la figura, de massa m = 35 kg, s'obre estirant-la per la nansa P amb una torca F perpenPAU dicular a la tapa. a) Determi na l'expressió de F en funció de l'angle d'obertura <p . b) Dibuixa, indicant les escales, el qráfic del valor de F en funció de <p . e) Determina la forca vertical RV i la forca horit zontal RH a l'articulació Oquan <p = 35'

a) El diárnetre primitiu Op del pinyó. b) La velocitat va la qual s'eleva la comporta.

~

L = 300 mm m =35kg

F

L

2> Per puja r una comporta vert ical de massa m = 815 kg s'empra una t ransmi ssió pinyó-crernallera . Sobre el pinyó, roda dentada de z ~ 17 dents i módul m, = 4 mm , actua un motor que el fa girar a ur = 1,6 rad/s , Determina:

m=815kg

w= 1,6 rad/s

mo = 4 mm

TI= 0,8 7

z = 17 dents

3>

e) La pote ncia P que proporciona el motor que actua sobre el pinyó, si el rendiment de la transmissió i de les guies de la comporta és 1] = 0,87.

Determina les caracteristiques d'un cilindre (diámet re normalitzat del cilindre i de la seva tija, d'acord amb la taula adjunta) per poder efectuar una forca mi nima de Fmlo ~ 200N en la cursa d'avanc, El grup pneurn átic subministra una pressió constant al circuit de p ~ 600 kPa. El sistema té unes pérdues totals del 8 'lo.

ocilindre (mm)

lO 11 16 " 20

O ljj~ (mm)

4 11 6

li s

40

2S

32

SO

63

SO

lO

12 111611 IS ILZ2-'L22

4> Dissenya l'aut omatisme mecánic del mecanisme de la fig ura, que consta de dos cilindres amb aquest a seqüéncia de moviment s: A+, (A- B- ), B+. Posició inicial: A- , B+. El sistema ha de possibilita r la regulació de la velocitat d'avancarnent dels cilindres. Elabora el quadre de seqüéncia de moviments, el diagrama espai-fase, el Grafcet i l'esquema funcional pneumatic.