Сайт кафедры Э10 МГТУ им. Н.Э. Баумана - Воздух - наш друг и помощник

Воздух - наш друг и помощник

Читая эту страницу, Вы на правильном пути познания одной из удивительных составляющих средств автоматизации – пневмоавтоматики, рабочей средой которой является воздух.

 

Функции воздуха очень многообразны. Без воздуха невозможна была бы жизнь на Земле, мы не могли бы разговаривать друг с другом, не горел бы огонь в печах и свечи на ёлке, а по улицам не ездили бы машины и в небе не летали бы самолеты. Воздух используется в самых разных сферах жизни человека. В технике воздух ассоциируется с пневматикой. Под термином «пневматика» понимают и средства пневмоавтоматики, и пневмопривод, и пневматические системы управления, и пневмомашины, и все устройства входящие в них, рабочей средой которых является воздух. Воздух – самая экологически чистая среда, что даёт большое преимущество при автоматизации различных процессов и производств.

 

С пневматикой мы соприкасаемся постоянно, даже не осознавая этого. Чай и кофе расфасовываются и упаковываются на оборудовании, где применяются пневматические элементы и устройства. Соки, молоко и йогурты разливаются в различные пакеты и бутылочки с помощью, опять же, пневматических устройств. Двери вагонов метро и электричек, а также автобусов и троллейбусов оснащены пневматическими приводами.

 

С давних пор люди интересовались воздухом как источником энергии. Ещё в первом веке до нашей эры выдающийся греческий инженер и ученый Герон Александрийский в своем трактате «Пневматика» описал различные механизмы, приводимые в движение нагретым или сжатым воздухом. Название этого труда и стало названием отрасли техники, связанной с использованием сжатого или разреженного воздуха.

Во второй половине XVII века положено начало изучения физических свойств газов (в том числе и воздуха). Так в 1662 г. Роберт Бойль описал взаимосвязь между давлением и объёмом газа постоянной массы. В 1676 г. во Франции Мариотт независимо от Бойля сформулировал этот же закон. А в 1802 г. Гей – Люссак установил связь между температурой и давлением газа в замкнутом объёме.

В середине XVIII века была изобретена поршневая паровая машина, применение которой повлекло за собой первую промышленную революцию. 
Почти одновременно с паровой машиной в 1760 г. в Англии был разработан сходный с ней по конструкции поршневой компрессор – источник питания пневматических устройств, создавший давление воздуха в 0,2 МПа (2 атм или 2 кгс/см2). Основные детали обеих машин – цилиндр с поршнем. Совершенствование технологии и повышение точности изготовления компрессоров позволили в начале XIX века достичь давления 0,5 – 0,6 МПа. 
По мере развития производства на любом промышленном предприятии стало привычным иметь воздушную сеть (0,2 – 1,0 МПа). Сначала сжатый воздух использовался для очистки рабочих мест посредством обдува, а со временем он стал внедряться в технологический процесс для автоматизации отдельных операций, а затем и всего технологического процесса в целом. 

 

Таким образом, пневматика, развиваясь медленно и постепенно, заняла своё место среди других возможных средств автоматики – гидравлических и электрических. В 1792 г. сжатый воздух впервые был применен для передачи письменных сообщений по трубопроводу. Эта система была размещена в 50-ти метровой колокольне Венского собора Святого Стефана. Колокольня соединялась со сторожкой трубой, по которой сообщение о замеченном городском пожаре пересылалось в специальном металлическом патроне. Первая пневмопочта была построена в Лондоне в 1858 г. Эти начинания дошли до наших дней. Так в библиотеке имени В.И. Ленина много десятков лет работает пневмопочта для выполнения заказов читателей и нахождения книг в хранилищах библиотеки, и в современных сбербанках используется пневмопочта для выполнения различных заказов клиентов.

В 1890 г. американцем Т. Ланстоном был изобретён наборно – буквоотливный агрегат, состоящий из двух машин – наборной и отливной. 
С помощью сжатого воздуха в наборной машине набиралась программа набора на бумажной перфоленте, а в отливной машине – набранная программа считывалась с перфоленты, и в соответствии со считанными командами отливались литеры. Этот агрегат является одной из первых в истории техники машин с программным управлением. В отличие от старинных программных автоматов с жёсткой программой – музыкальных шкатулок, курантов – в этом агрегате программа работы (набор литер) легко изменялась. Говоря современным языком, агрегат имел перепрограммируемое устройство управления. 

Заглянув в прошлое и учитывая настоящее, можно сказать, что возможности пневматики почти безграничны и они существенно расширились после развития и внедрения компьютеров и программируемых логических контроллеров в системы, содержащие пневмопривод. Союз пневматических и электронных устройств в одной системе открыл дорогу для развития интеллектуальных систем управления. Какую только работу не выполняет сжатый воздух в приводах и системах, начиная с аттракционов в парках и сказок в кино, где парят приведения и шагают андроиды, затем такая деликатная сфера как медицина – «пневматическое» сердце, представляющее собой насос с пневмоприводом, и заканчивая авиацией и космосом, с которыми пневматика тоже дружит, хотя и не является основополагающей.

Можно было бы много и долго описывать современную промышленную пневмоавтоматику, где «трудится» воздух: в приводах роботов с их захватами и присосками для манипулирования с жёсткими и гибкими объектами и деталями с чувствительной поверхностью (мнущейся, бьющейся и т.д.); в приводах токарных и сверлильных станков, вязальных и ткацких машин, а также во многих других машинах и агрегатах различных отраслей промышленности и сельского хозяйства. То есть, можно сказать, что пневматика всюду и по всему миру, и зарекомендовала она себя как простая и надёжная техника.

Можно было бы вспомнить ещё о пневмонике – струйной технике, но это отдельное направление развития пневмоавтоматики и отдельный разговор об истории развития пневматики конца 50-х годов в США и СССР, которая породила пневматический компьютер. С появлением первых микропроцессоров пневмоника закончила свою «историю».

Потенциал пневматической техники всё время растёт, а современное состояние пневмоавтоматики тому подтверждение. Использование пневмоостровов, пневмомускулов, программируемых логических реле и контроллеров, а также различных пневматических модулей с встроенными компьютерами повышает быстродействие систем управления и даёт возможность получения самых высоких скоростей исполнительных устройств пневматического привода. В результате применения электроники на уровне управления в комбинированных системах с пневмоприводом началась «цифровая» революция в технике. Современная пневмоавтоматика шагнула в будущее, используя Ethernet, Feldbus и AS – i шины.

Заглянув в будущее и фантазируя, можно представить любое производство, в котором царят автоматы и роботы, производящие различную продукцию и управляющие многообразными технологическими процессами. Везде работает миниатюрная техника, а интеллектуальные программы управления не только в технических системах, но и в индустрии развлечений с инопланетянами и человеко – машинами. Тут же можно заглянуть в невидимый прогресс – мир нанотехнологий – и всюду увидеть «следы» пневматики.

В заключении хотелось бы сказать, что за всю историю развития и применения пневматики было решено немало сложных задач. Но осталась ещё одна, и наверное самая главная задача – привлечения к пневматике как можно большего количества людей, чтобы двигаться вперёд в её развитии. А где искать людей, как не среди абитуриентов, которые в свою очередь ищут свой путь развития в нашем сложном мире.

Уважаемые абитуриенты приглашаем Вас в удивительный мир пневматики, в который можно «окунуться», поступив на кафедру Э10. Специальность «Гидромашины, гидропривод и гидропневмоавтоматика», которую получают студенты нашей кафедры, универсальна и востребована на земле, в небесах, на воде и под водой.

Доцент кафедры Э10 
Ефремова К.Д.