Пневматические двигатели (моторы) могут использоваться в качестве самостоятельной энергетической установки – для обеспечения работы автономного оборудования, либо как движущий элемент ручного механизированного пневмоинструмента (например, дрелей, шлифовальных машин и других).
Принцип работы пневмодвигателей
Пневмомоторы (pnéuma с греческого переводится как «воздух») представляют собой энергетическое силовое устройство, предназначенное для преобразования энергии сжатого воздуха (при расширении последнего) в механическую работу (энергию движения) выходного звена.
По принципу действия пневмодвигатели могут быть объёмными и турбинными (см. также подробную информацию — https://www.itmash.ru/katalog/pnevmodvigateli-pnevmaticheskiy-dvigatel-pnevmomotor)
В первом случае расширение воздуха обеспечивается за счёт работы поршня, во втором – используется кинетическая энергия, вырабатываемая лопатками (пластинами) турбины.
В частности, при работе пластинчатого пневматического мотора происходит следующее: сжатый воздух через распределитель подаётся в полость корпуса, а затем – на лопасти, вследствие чего и обеспечивается вращение ротора. В поршневых ротационных моделях сжатый воздух подаётся на поршень, который через штоки передаёт его силу на планшайбы, благодаря чему возникают окружная сила и, как следствие, вращающий момент.
Более компактными, простыми по своей конструкции, а также более надёжными являются пластинчатые пневматические моторы, что и объясняет их большую популярность и распространенность. Основными элементами стандартных пластинчатых моделей являются корпус, ротор, сами пластины (лопасти), толкающий элемент (пружина) и фланец с подшипниками.
При изготовлении пневмоинструмента часто используются турбинные двигатели, также отличающиеся достаточно простой конструкцией. В них сжатый воздух, подаваемый в корпус через сопла, заставляет вращаться турбину и рабочий вал.
В общем, работа пневмодвигателей во многом схожа с работой аналогичных гидравлических устройств.
Типы и виды
Существует несколько разновидностей пневматических двигателей. Последние могут отличаться по типу создаваемого движения: прямолинейного возвратно-поступательного или вращательного (ротационного).
Пневматические устройства поступательного движения обычно называют пневмоцилиндрами, которые в свою очередь разделяются на мембранные и поршневые. Ротационные машины могут быть поршневыми и пластинчатыми (их также именуют лопаточными или лопастными). Мембранные модели, благодаря которым обеспечивается импульсное вращение, нередко можно встретить на машиностроительных заводах. Их применяют, в частности, в зажимных приспособлениях станков. Поворот рабочего механизма в данном случае обеспечивается за счёт мембраны, которая под воздействием силы сжатого воздуха прогибается и «толкает» зубчатое колесо выходного устройства.
Различают также пневмоприводы одностороннего и двустороннего действия, пневмоцилиндры рычажные и с цепной передачей.
Что касается редукторов, посредством которых рабочий механизм соединяется с источником энергии, то он может быть червячным, планетарным или геликоидальным. Каждая из перечисленных трансмиссий имеет определенные преимущества и недостатки (относительно эффективности, стоимости, способа установки и размеров).
Основные характеристики
Рассматривая различные типы и модели пневмодвигателей при выборе подходящего устройства для конкретных целей, в первую очередь необходимо обратить внимание на следующие их характеристики:
- максимальная мощность (Лс, Квт),
- скорость при максимальной мощности (об./мин.),
- крутящий момент при максимальной мощности (Н/м),
- потребление (расход) сжатого воздуха (м3/мин.).
Следует учитывать показатели соотношения рабочей мощности, скорости и крутящего момента (Н/м) мотора, поскольку именно от этого зависит как эффективность работы механизма, так и срок его службы. Рабочие характеристики устройства в различных условиях работы, как правило, обозначены в инструкции каждой модели.
Сравнение с гидравлическими и электрическими аналогами. Преимущества пневматики
Пневматические двигатели (а двигатели, работающие за счёт силы воздуха, применяются человеком уже более двух столетий) имеют ряд существенных преимуществ по сравнению с гидравлическими и электрическими двигателями.
Если говорить об электрических моделях, часто являющихся основными «конкурентами» пневматики, то наряду с такими плюсами, как приемлемая стоимость, простота регулировки и тихая работа, они:
- менее надёжны, поскольку обладают более сложной конструкцией и большим количеством движущихся рабочих элементов;
- менее безопасны (всегда существует риск, связанный с поражением электрическим током);
- имеют больший вес и размеры, чем пневматические аналоги той же мощности;
- более «чувствительны» к перезапуску (пуск/остановка);
- более сложны в обслуживании;
- непригодны для работы в сложных условиях (например, рядом с горючими и легковоспламеняющимися составами, в труднодоступных местах).
Главным преимуществом пневмомоторов, по сравнению с электрическими, является их пригодность для работы в условиях высокой взрывоопасности – здесь они просто незаменимы. Кроме того, двигатели, действующие за счет энергии сжатого воздуха, способны обеспечить эффективную работу в условиях вибрации, повышенной влажности и температуры.
Если говорить о гидравлических двигателях, то, как и пневматические агрегаты, они отличаются небольшим весом и компактными размерами, простотой конструкцией и высокой мощностью. Кроме того, они обеспечивают хорошую работоспособность даже в случае перегрузок и при этом безопасны в условиях повышенной температуры и взрывоопасности. Однако при этом нельзя забывать о возможности утечки масла, что небезопасно, а также о высоких затратах на установку данного механизма.
Пневмоприводы производства лучших мировых брендов, наряду с малым весом и размерами, отличают также высокая мощность, взрыво- и пожаробезопасность (наличие сертификации АТЕХ). Двигатели данного типа, в отличие от электрических аналогов, позволяют проводить работы в любом положении и в любых производственных условиях – например, при повышенной запыленности. Пневматические инструменты и оборудование могут работать длительное время без остановки, что позволяет повысить производительность труда. Если сравнивать с гидравлическими двигателями, то пневматический механизм не требует высоких затрат на установку и нуждается в минимуме технического обслуживания. В пользу пневматики говорит и высокая износоустойчивость устройства, значительно превышающая этот показатель тех же электрических моделей.
Применение пневмодвигателей
Спектр применения современных пневматических двигателей различного типа и мощности весьма широк, что объясняется их преимуществами.
Пневматические агрегаты используются в отраслях, где особое значение имеют требования взрывобезопасности, например, в нефтяной, горной, химической и энергетической областях. Без пневматики сегодня не обойтись в машиностроении, кораблестроении, а также во вполне «бытовых» сферах, таких как пищевое и текстильное производство, строительство, медицина, полиграфия и многие другие.
Если говорить о медицине, то благодаря пневматическим устройствам работают, например, аппараты искусственного сердца и лёгких, а также приборы вспомогательного кровообращения, дыхательная, наркозная и прочая аппаратура.
Незаменимы пневмодвигатели в горном и добывающем деле. Благодаря им обеспечиваются перегонка и подача нефти на поверхность, а также вентиляция угольных шахт.
Сила воздуха успешно используется на машиностроительных предприятиях – для решения самых различных задач, в частности, для обеспечения работы всевозможных станков, инструментов и приспособлений.
Благодаря пневматике работают различные распылители, смесители, вибраторы, циркуляторы, галтовочные машины, автомойки и многие другие.
Пневматические двигатели, в «чистом» виде и в гибридных модификациях, используются также в автомобилестроении. Благодаря такой движущей силе, как сжатый воздух, можно значительно сократить расход топливных материалов.
©ИНТЕРТУЛМАШ Авторские права на эту статью принадлежат компании «ИНТЕРТУЛМАШ» (www.itmash.ru). Материалы статьи могут копироваться и использоваться только с письменного разрешения руководства компании «ИНТЕРТУЛМАШ» (контактный e-mail: inbox@itmash.ru).