Пневматический привод автотракторной техники

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИНЖЕНЕРНЫЙ ИНСТИТУТ

ПНЕВМАТИЧЕСКИЙ ПРИВОД 
АВТОТРАКТОРНОЙ ТЕХНИКИ

Учебное пособие

Новосибирск 2013

УДК 62.85
ББК 32.965.2

Кафедра автомобилей и тракторов

Составители: ст. препод. С. П. Матяш
 
ст. препод. С. В. Речкин

Рецензент: канд. техн. наук, проф. В. В. Коноводов

Пневматический привод автотракторной техники: учеб. посо
бие / Новосиб. гос. аграр. ун-т. Инж. ин-т; сост.: С. П. Матяш, 
С. В. Речкин. – Новосибирск: Изд-во НГАУ, 2013. – 198 c.

В учебном пособии описаны роль и сферы использования 

энергии сжатого воздуха. Приведена классификация пневмоприводов, компрессорных установок. Рассмотрены требования к пневматическим приводам автотранспортных средств, представлена их 
функциональная и структурная классификация. Описаны назначение и особенности эксплуатации пневмоаппаратов, их устройство, 
принцип действия и основные рабочие характеристики. Приведены схемы пневмоприводов автотранспортных средств различных 
марок, рассмотрены функциональное значение, устройство и работа отдельных контуров тормозного привода.

Предназначено для студентов очной и заочной форм обуче
ния, изучающих дисциплины «Гидравлические и пневматические 
системы автомобилей и гаражного оборудования», «Пневмопривод», а также инженерно-технических работников автомобильного 
транспорта.

Утверждено и рекомендовано к изданию методической комис
сией Инженерного института (протокол № 12 от 30 ноября 2010 г.)

© Инженерный институт, 2013

©  Новосибирский государственный 

аграрный университет, 2013

ВВЕДЕНИЕ

В современной технике и, в частности, в системах 

автоматизации производственных процессов применяют наряду с гидравлическими пневматические приводы и механизмы, основанные на использовании 
в качестве рабочей среды сжатого или разреженного 
воздуха. Применение пневмоприводов имеет особые 
преимущества в случаях, когда требуется осуществить 
быстрые перемещения нагрузки (выхода), а также когда применение гидроприводов с минеральной рабочей 
средой недопустимо по правилам пожарной безопасности.

Современная техника располагает совершенными 

пневматическими устройствами, с помощью которых 
решаются сложные задачи по автоматизации управления машинами и производственными процессами. 
В последнее время пневматика используется также для 
решения логических задач.

Пневматические приводы (системы) повсеместно 

применяют в полиграфическом машиностроении, литейных и сварочных агрегатах, оборудовании для термической обработки, подъемно-транспортных устройствах и других отраслях техники. Особенно широко 
пневмоприводы применяют в устройствах и аппаратах 
управления транспортными машинами, в тормозных 
системах и металлообрабатывающих станках. В последних пневмоприводы используют для выполнения 
операций автоматической загрузки и закрепления заготовок, включения и выключения рабочих движений 
режущего инструмента, освобождения и удаления заготовок со станка и выполнения других функций по 
автоматизации станочных операций и контролю.

Основные достоинства пневматических систем:
1. Простота конструкции и технического обслужи
вания. Изготовление деталей пневмомашин и пневмоаппаратов не требует такой высокой точности 

изготовления и герметизации соединений, как в гидроприводе, т. к. возможные утечки воздуха не столь 
существенно снижают эффективность работы и КПД 
системы. Внешние утечки воздуха экологически безвредны и относительно легко устраняются. Затраты 
на монтаж и обслуживание пневмопривода несколько меньше из-за отсутствия возвратных пневмолиний 
и применения в ряде случаев более гибких и дешевых 
пластмассовых или резиновых (резинотканевых) труб. 
В этом отношении пневмопривод не уступает электроприводу.

2. Пожаро- и взрывобезопасность. Благодаря это
му достоинству пневмопривод не имеет конкурентов 
для механизации работ в условиях, опасных по воспламенению и взрыву газа и пыли, например в шахтах 
с обильным выделением метана, в некоторых химических производствах, на мукомольных предприятиях, 
т. е. там, где недопустимо искрообразование. Применение гидропривода в этих условиях возможно только 
при наличии централизованного источника питания 
с передачей гидроэнергии на относительно большое 
расстояние, что в большинстве случаев экономически 
нецелесообразно.

3. Надежность работы в широком диапазоне тем
ператур, в условиях пыльной и влажной окружающей 
среды. В таких условиях гидро- и электропривод требуют значительно больших затрат на эксплуатацию, 
т. к. при температурных перепадах нарушается герметичность гидросистем из-за изменения зазоров и изолирующих свойств электротехнических материалов, 
что в совокупности с пыльной, влажной и нередко 
агрессивной окружающей средой приводит к частым 
отказам. По этой причине пневмопривод является 
единственным надежным источником энергии для 
механизации работ в литейном и сварочном производстве, в кузнечно-прессовых цехах, в некоторых 

производствах по добыче и переработке сырья и др. 
Благодаря высокой надежности пневмопривод часто 
используется в тормозных системах мобильных и стационарных машин.

4. Значительно больший срок службы, чем гидро- 

и электропривода. Срок службы оценивают двумя 
показателями надежности: гамма-процент ной наработкой на отказ и гамма-процентным ресурсом. Для 
пневматических устройств циклического действия ресурс составляет от 5 до 20 млн циклов в зависимости 
от назначения и конструкции, а для устройств нециклического действия около 10–20 тыс. ч. Это в 2–4 
раза больше, чем у гидропривода, и в 10–20 раз больше, чем у электропривода.

5. Высокое быстродействие. Здесь имеется в виду 

не скорость передачи сигнала (управляющего воздействия), а реализуемые скорости рабочих движений, 
обеспечиваемые высокими скоростями движения воздуха. Поступательное движение штока пневмоцилиндра 
возможно до 15 м/с и более, а частота вращения выходного вала некоторых пневмомоторов (пневмотурбин) 
до 100 000 об/мин. Это достоинство в полной мере реализуется в приводах циклического действия, особенно 
для высокопроизводительного оборудования, например 
в манипуляторах, прессах, машинах точечной сварки, в тормозных и фиксирующих устройствах, причем 
увеличение количества одновременно срабатывающих 
пневмоцилиндров (например в многоместных приспособлениях для зажима деталей) практически не снижает 
время срабатывания. Большая скорость вращательного 
движения используется в приводах сепараторов, центрифуг, шлифовальных машин, бормашин и др. Реализация больших скоростей в гидроприводе и электроприводе ограничивается их большей инерционностью 
(масса жидкости и инерция роторов) и отсутствием 
демпфирующего эффекта, которым обладает воздух.

6. Возможность передачи пневмоэнергии на от
носительно большие расстояния по магистральным 
трубопроводам и снабжения сжатым воздухом многих потребителей. В этом отношении пневмопривод 
уступает электроприводу, но значительно превосходит гидропривод благодаря меньшим потерям напора 
в протяженных магистральных линиях. Электрическая 
энергия может передаваться по линиям электропередач на многие сотни и тысячи километров без ощутимых потерь, а расстояние передачи пневмоэнергии 
экономически целесообразно до нескольких десятков 
километров, что реализуется в пневмосистемах крупных горных и промышленных предприятий с централизованным питанием от компрессорной станции.

7. Отсутствие необходимости в защитных устрой
ствах от перегрузки давлением у потребителей. Требуемый предел давления воздуха устанавливается общим предохранительным клапаном, находящимся на 
источниках пневмоэнергии. Пневмодвигатели могут 
быть полностью заторможены без опасности повреждения и находиться в этом состоянии длительное 
время.

8. Безопасность для обслуживающего персонала 

при соблюдении общих правил, исключающих механический травматизм. В гидро- и электроприводах 
возможно поражение электрическим током или жидкостью при нарушении изоляции или разгерметизации трубопроводов.

9. Улучшение проветривания рабочего простран
ства за счет отработанного воздуха. Это свойство особенно полезно в горных выработках и помещениях химических и металлообрабатывающих производств.

10. Нечувствительность к радиационному и элек
тромагнитному излучению. В таких условиях электрогидравлические системы практически непригодны. 
Это достоинство широко используется в системах 

управления космической, военной техникой, в атомных реакторах и т. п.

Недостатки пневмопривода:
1. Высокая стоимость пневмоэнергии. Если гидро- 

и электропривод имеют КПД соответственно около 70 
и 90 %, то КПД пневмопривода обычно 5–15 и очень 
редко до 30 %. Во многих случаях КПД может быть 
1 % и менее. По этой причине пневмопривод не применяется в машинах с длительным режимом работы 
и большой мощности, кроме условий, исключающих 
применение электроэнергии (например, горно-добывающие машины в шахтах, опасных по газу).

2. Относительно большой вес и габариты пневмо
машин из-за низкого рабочего давления. Если удельный вес гидромашин, приходящийся на единицу 
мощности, в 5–10 раз меньше веса электромашин, то 
пневмомашины имеют примерно такой же вес и габариты, как последние.

3. Трудность обеспечения стабильной скорости 

движения выходного звена при переменной внешней 
нагрузке и его фиксации в промежуточном положении. Вместе с тем мягкие механические характеристики пневмопривода в некоторых случаях являются его 
достоинством.

4. Высокий уровень шума, достигающий 95–130 

дБ при отсутствии средств для его снижения. Наиболее шумными являются поршневые компрессоры 
и пневмодвигатели, особенно пневмомолоты и другие 
механизмы ударно-циклического действия. Наиболее шумные гидроприводы (к ним относятся приводы 
с шестеренными машинами) создают шум на уровне 
85–104 дБ, а обычно уровень шума значительно ниже, 
примерно как у электромашин, что позволяет работать 
без специальных средств шумопонижения.

5. Малая скорость передачи сигнала (управляюще
го импульса), что приводит к запаздыванию выполне

ния операций. Скорость прохождения сигнала равна 
скорости звука и, в зависимости от давления воздуха, составляет примерно от 150 до 360 м/с, в гидроприводе и электроприводе соответственно около 1000 
и 300 000 м/с.

Перечисленные недостатки могут быть устранены 

применением комбинированных пневмоэлектрических или пневмогидравлических приводов.

Цель дисциплины – научиться понимать функции 

и роль пневматического привода в обеспечении эксплуатационных качеств и безопасности движения автомобиля и мобильной сельскохозяйственной техники.

Задачи изучения дисциплины:
1) овладение теоретическими знаниями термоди
намических процессов в пневмопередачах и компрессорных установках;

2) ознакомление с системами пневматических при
водов сельскохозяйственных и дорожных машин и их 
функционированием;

3) овладение знаниями конструкций и работы 

пневмоаппаратов;

4) формирование знаний в области эксплуатации, 

технического обслуживания систем и устройств пневмопривода;

5) ознакомление с методами испытаний пневма
тических приводов автотранспортных средств в целях 
безопасности движения согласно требованиям государственных стандартов.

1. СТРУКТУРА ОБЪЕМНОГО 

ПНЕВМОПРИВОДА И ПНЕВМОМАШИН

Классификация объемных пневмоприводов пред
ставлена на рис.1.1.

Объемный пневмопривод

По источнику подачи 
рабочей среды 

По наличию 
управления 

По характеру движения 
выходного звена 

Аккумуляторный

Магистральный 

Компрессорный

С разомкнутым 
потоком 

С замкнутым потоком 

По циркуляции 
рабочей среды 

Без управления

С управлением 

С ручным 
управлением

По виду 
управления 

С автоматическим 
управлением 

По задаче 
управления 

Стабилизирующий

Програмный 

Следящий

Поступательный 

Поворотный 

Вращательный

По возможности 
регулирования 

Регулируемый 

Нерегулируемый 

Рис. 1.1. Классификация объемных пневмоприводов

В компрессорном пневмоприводе сжатый воздух 

подается в пневмодвигатель компрессором. В аккумуляторном приводе сжатый воздух поступает в пневмодвигатели из пневмоаккумулятора, предварительно 
заряженного от внешнего источника, не входящего 
в состав привода. Наиболее широкое распространение 
в промышленности нашли магистральные пневмоприводы, в которых сжатый воздух подается в пневмо

двигатели от пневмомагистрали (заводской, цеховой 
и т. п.), не входящей в состав привода. Пневмоприводы, в которых сжатый воздух из пневмодвигателя 
поступает в атмосферу, называют приводами с разомкнутой циркуляцией. В пневмоприводах с замкнутой 
циркуляцией сжатый воздух из пневмодвигателя поступает во всасывающую пневмолинию.

Классификация пневмомашин представлена на 

рис. 1.2.

Пневмомашины

По назначению

Пневмодвигатели 
Компрессоры 
Преобразователи 

Пневмовытеснители 
По движению 
выходного звена 

Пневмоцилиндры 

Поворотные пневмодвигатели

Пневмомоторы 

По виду рабочих 
органов 

Пластинчатые 

Поршневые 

Шестеренные
Мембранные

Турбинные
Винтовые
Пластинчатые
Радиально-поршневые

По конструктивным признакам 

Пневмоаппараты
Пневмолинии

Направляющие

Регулирующие

Трубопроводы

Соединения

Аксиально-поршневые

Рис. 1.2. Классификация объемных пневмомашин