Книга
← К списку книгЗагрузка разделов…
активнаАктивные записи участвуют в каталоге и синках. Неактивная книга скрыта, но не удалена из базы.
Книга
ПРЕДИСЛОВИЕ
С ростом темпа технического прогресса все большее внимание уделяется проблеме энергетики. Поэтому создание новых видов высоко экономичных машин имеет особое значение. В этой связи выбор оптимальных по энергозатратам типов при" водов требует точных аналитических исследований и количественных оценок.
При проектировании и расчете приводов и систем управления справочные материалы помогают инженерам правильно выбрать структурные схемы н конструкции приводов и элементов систем управления, а также их рациональные параметры из условий энергоемкости и обеспечения заданного быстродействия.
В справочнике приведено большое число конструкций пневматических устройств различных типов, выпускаемых нашей промышленностью, даны сведения о рациональных областях их применения, а также показаны в виде примеров некоторые типы приводов зарубежных фирм. Предложены методы динамического расчета времени рабочего цикла различных пневматических устройств и выбора нх параметров по сводным графикам и справочным материалам, полученным с помощью ЭЦВМ. Графики представлены в безразмерных параметрах, что позволяет охватить широкий диапазон используемых на практике устройств. Для случаев, когда параметры проектируемого привода выходят за рамки параметров указанных графиков, в справочнике приведены расчетные уравнения, по которым инженер сможет составить программу расчета на ЭЦВМ для решения конкретно поставленной задачи.
В справочнике изложены современные методы проектирования систем управления, разработанные на основе общих методов кибернетики, применительно к классу пневматических устройств с учетом особенностей последних. Описаны схемы и элементы пневмоавтоматики, изготовляемые в нашей стране и за рубежом.
Чл. корр. АН СССР К. В. Фролов
ВВЕДЕНИЕ
Пневматические системы управления (ПСУ) наряду с электрическими и гидравлическими системами являются одним из наиболее эффективных средств автоматизации и механизации производственных процессов. Достаточно сказать, что в наиболее развитых капиталистических странах около 30% всех автоматизированных процессов оснащено ПСУ.
Оснащение ПСУ машин и оборудования составляет (от общего выпуска): упаковочных машин до 90%; сварочных и литейных машин до 70%; автоматических манипуляторов до 50%; кузнечно-прессовых машин более 40%; угледобывающих машин более 30%; прачечного оборудования до 40%; текстильных и обувных машин, деревообрабатывающего и пищевого оборудования 20% [42].
Преимущества ПСУ особенно проявляются при механизации и автоматизации следующих наиболее массовых операций: зажима деталей, их фиксации, кантовании, сборке, контроле линейных размеров, транспортировании, упаковке н других, что позволяет исключить или свести до минимума участие человека в тяжелых н монотонных работах, при этом производительность труда на этих операциях возрастает в 1,5—4 раза.
Широкому внедрению ПСУ в машиностроении способствуют их положительные качества: относительная простота конструкции н эксплуатационного обслуживания, а следовательно, низкая стоимость и быстрая окупаемость затрат; надежность работы в широком диапазоне температуры, высокой влажности и запыленности окружающей среды; пожаро- и взрывобезопасность; большой срок службы, достигающий 10 000—20 000 ч (10—50 млн. циклов); высокая скорость перемещения выходного звена пневматических исполнительных устройств (линейного до 15 м/с, вращательного до 100 000 об/мин); легкость получения и относительная простота передачи энергоносителя (сжатого воздуха), возможность снабжения им большого количества потребителей от одного источника; отсутствие необходимости в защитных устройствах при перегрузке (пневмодвигатели могут быть заторможены до полной остановки без опасности повреждения и могут оставаться под нагрузкой практически без потребления энергии).
К основным недостаткам ПСУ следует отнести сравнительно малую скорость передачи сигнала на значительные расстояния, сложность обеспечения плавного перемещения рабочих органов пневматических исполнительных устройств при колебаниях нагрузки н относительно высокую стоимость энергоносителя (сжатого воздуха). Однако для большинства автоматизируемых объектов в машиностроении параметры ПСУ приемлемы, кроме того, указанные недостатки могут быть частично или полностью устранены путем применения комбинированных пневмоэлектрнческих или пневмогидравлических систем управления.
В отечественном машиностроении используются системы, реализованные на пневматической технике трех уровней давления: высокого 0,2—1,6 МПа, среднего 0,1—0,25 МПа и низкого 0,001—0,01 МПа,
Характерной чертой развития ПСУ в современном машиностроении является использование пневматических устройств не только в силовых приводах, но 4
н в системах управления для программирования, контроля н управления рабочими процессами в автоматических линиях, манипуляторах и других машинах. Поэтому важно, чтобы широкий круг работников, занимающихся проектированием и эксплуатацией автоматических систем, имел четкое представление о выпускаемом отечественными предприятиями пневмооборудовании н о методах расчета и проектирования его основных элементов. Вместе с тем, несмотря на то что публикуется большое число статен и монографий, посвященных описанию отдельных пневматических устройств, их применению и расчету [1—4, 13, 20, 23, 27, 32—42], почти полностью отсутствуют справочники, необходимые конструктору в его работе. Цель настоящей работы — ознакомить инженерно- технических н научных работников, занимающихся вопросами автоматизации в машиностроении, с пневматическими устройствами и приводами, с их возможностями решать задачи автоматизации производственных процессов.
Авторы стремились снабдить инженеров-конструкторов практическими данными по выбору и эксплуатации схем и конструкций пневматических устройств, их расчету и проектированию, т. е. такими материалами, которые они могли бы использовать непосредственно в повседневной работе. Поэтому из всего многообразия разработанных и опубликованных методов расчета пневмоприводов [2, 10, 12, 21, 30, 31, 40] были выбраны такие, результаты которых оформлены в виде различного рода справочных материалов, графиков и номограмм. Одиако и в этом случае при описании методов расчета авторы старались избежать повторения уже опубликованных данных. Так в гл. 11 помещены новые расчеты, графики, таблицы и другие материалы, а на опубликованные работы со справочными материалами даны ссылки [6, 9]. Этим обстоятельством объясняется некоторая неравномерность распределения материала между описаниями методов расчета различных пневматических устройств: новые сведения изложены в большем объеме, чем уже известные. Приведено много расчетных графиков времени срабатывания пневматических устройств с пневмовозвратом, которые ранее совсем не рассматривались.
Вместе с тем не описаны методы расчета пневмоприводов и линий их связи, рассмотренные в работах [7, 11, 15, 16] с учетом протекающих в них волновых процессов, т. е. как системы с распределенными параметрами. Это объясняется тем, что указанные методы, в результате использования которых разработан пакет программ расчета на ЭЦВМ, пока еще сложно применить в повседневной работе обычного КБ. В справочнике не изложены методы расчета высокоскоростных ударных пневмоприводов [5, 8, 22, 35, 39] и приводов вращательного движения [18, 19, 28], что объясняется отсутствием в указанных работах справочных материалов, охватывающих широкий диапазон параметров применяемых устройств.
Вопросами теории и расчета дискретных пневмоприводов и систем управления занимаются сотрудники Института машиноведения им. А. А. Благонравова, ВНИИГидропривода и др. [3, 7—9]. Теоретическим и экспериментальным исследованиям следящих пневмоприводов и автоматизации процессов проектирования и динамического расчета систем управления посвящены работы ученых Тульского политехнического института, МАИ, МВТУ им. Баумана и др. [12, 26, 28]. Проектированием систем управления низкого и среднего уровня давлений, разработкой оригинальных схем и конструкций элементов струйной н мембранной техники занимаются Институт проблем управления, ЭНИМС, НИИТеплоприбор [14, 17, 28, 29, 33] и др.
Поскольку пневматические системы управления являются одним из многочисленных видов систем управления (электрических, электронных, механических, гидравлических и т. п.) при структурном синтезе этих систем используют общие методы теории управления [17, 24, 25, 37, 42]. Вместе с тем специфические особенности элементов пневмоавтоматики позволяют выделить их в отдельный класс, для которого на базе общих методов разработаны методы структурного синтеза. Эти методы изложены здесь только применительно к этому классу систем управления.
Справочник состоит из двенадцати глав, в которых описаны пневматические устройства, являющиеся составными элементами пневмоприводов современных машин. Пневматические устройства делят на следующие основные группы.
Исполнительные устройства, предназначенные для преобразования энергии сжатого воздуха в механическую энергию выходного звена привода, воздействующего на рабочий орган машины. В машиностроении исполнительными устройствами в большинстве случаев являются пневмодвигатели. Конструкции пневмодвигателей и их технические характеристики описаны в гл. 2 (гл. 1 посвящена общим сведениям о рабочем теле, пневмоприводах и их составных элементах). Методы динамического расчета пневмодвигателей изложены в гл. 11. Эти методы могут быть применены также и для расчета ряда элементов привода, например распределителей, управляющих устройств и др.
Распределительные устройства, предназначенные для изменения направления потоков сжатого воздуха в линиях (трубопроводах и каналах), соединяющих устройства в приводе. Различные типы распределительной и направляющей аппаратуры описаны в гл. 4 и 5, а пневмолинии — в гл. 7.
Управляющие устройства, предназначенные для обеспечения заданной последовательности перемещения исполнительных устройств в соответствии с заданным законом их движения. Совокупность управляющих устройств, т. е. логических элементов и элементов обратной связи (ЭОС) составляет пневматическую систему. Описанию систем элементов пневмоавтоматики среднего и низкого уровней давления посвящены гл. 8 и 9, а вопросам структурного синтеза ПСУ — гл. 10. Так как системы управления реализуют на элементах автоматики различных типов (электрических, гидравлических и пневматических), то необходимыми элементами в некоторых системах являются преобразователи (см. гл. 3). Для герметизации элементов привода применяют уплотнительные устройства (см. гл. 6).
Вопросам очистки сжатого воздуха, смазывания подвижных деталей и снижения шума систем посвящена гл. 12.
В справочнике применены единицы Международной системы единиц (СИ). Так как ряд приборов (манометры, барометры и др.), используемых при эксплуатации пневмоприводов, выпускают со шкалой в единицах устаревших систем (МКГСС и др.), в справочнике приведены таблицы перевода некоторых наиболее употребляемых единиц.
Государственные стандарты приведены по состоянию на 1.01.1981 г.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Алимов О. Д., Гохберг М. М. Пневмопривод и пневмоавтоматика с иестандарт- иымн схемами. Фрунзе: Илим, 1970. 264 с.
Анализ конструкций самоходных буровых агрегатов. Фрунзе: Илим, 1975. 217 с.
Артоболевский И. И. Механизмы в современной технике. Пневмогидравлические механизмы. Т. 5. М.: Наука, 1976. 848 с.
Артоболевский И. И. Теория механизмов и машин. М.: Наука. 1975. 638 с.
Ашавский А. М., Вольперт А. Я., Шейнбаум В. С. Силовые импульсные системы. М.: Машиностроение, 1978. 200 с.
Герц Е. В. Пневматические приводы. М.: Машиностроение, 1969. 359 с.
Герц Е. В., Гогричиани Г. В. Динамика пневматических систем машин с разветвленными линиями. — Механика машин, 1978, № 54, с. 53 — 58.
Герц Е. В., Долженков Б. С. Выбор параметров быстродействующего пневмопривода. — Станки и инструмент, 1977, № 4, с. 15 — 17.
Герц Е. В., Крейнин Г. В. Расчет пневмоприводов. М.: Машиностроение, 1975. 272 с.
Гидропривод и гидропневмоавтоматика. Киев: Техника. 1971—79. Вып. 1 — 12.
1000 с.
Гогричиани Г. В. Динамика пневматических систем машин. — В кн.: Механика машин. Наука. 1978, № 53, с. 58 — 66.
Динамика и долговечность машин. Томск, 1979. 173 с. (Труды Томского университета).
Динамика и, точность функционирования тепломеханических систем. Тула.: ТПИ, 1971 — 1978. 800 с.
Дмитриев В. Н., Градецкнй В. Г. Основы пневмоавтоматики. М.: Машиностроение, 1973. 360 с.
Елимелех И. М. Струйные устройства ввода информации. Л.: Судостроение. 1972. 219 с.
Залманзон Л. А. Теория элементов пневмоиики. М.: Наука, 1969. 507 с.
Залманзон Л. А. Специализированные аэрогидродинамические системы автоматического управления. М.: Наука, 1978. 464 с.
Зеленецкий С. Б., Рябков Е. Д., Микеров А. г» Ротационные пневматические двигатели. Л.: Машиностроение. 1978. 239 с.
Зиневич В. Д., Ярмоленко Г. 3., Калита Е. Г. Пневматические двигатели горный машин. М.: Недра, 1975. 344 с.
Казинер Ю. Я», Слободкин М. С. Пневматические исполнительные устройства в системах автоматического управления. М.: Энергия, 1972. 72 с.
Кожевников С. Н., Пешат В. Ф. Гидравлический и пневматический приводы металлургических машин. М.: Машиностроение, 1973. 359 с.
Крейнин Г. В., Матвиенко И. В. Выбор параметров пневматической встряхивающей машины с амортизацией ударов. — Литейиое производство, 1978, № 5, с. 10—13.
Козловский А. А., Эйдермаи Б. А. Пневмоприводы конвейеров и вспомогательных механизмов. М.: Машиностроение, 1971. 167 с.
Лазарев В. Г., Пийль Е. И. Синтез управляющих автоматов. М.: Энергия, 1970. 400 с.
Левитская О. Н., Левитский Н. И. Курс теории механизмов и машин. М.; Высшая школа, 1978. 269 с.
Мамонтов М. А. Трехконтактная термодинамика. Тула; ТПИ, 1976. 307 с.
Петрокас Л. В. Производительность машин-автоматов и синтез их систем. М.: МИХМ, 1979. 80 с.
Пневматика и гидравлика. Приводы и системы управления. М.: Машиностроение, 1979. Вып. 1—8. 2000 с.
Пневматические приводы и системы управления. М.; Наука, 1971. 298 с.
Погорелов В. И. Газодинамические расчеты пневматических приводов. Л.: Машиностроение, 1977. 183 с.
Попов Д. Н. Динамика и регулирование гндро- и пневмосистем, М.; Машиностроение, 1977. 278 с.
Юдицкий С. А., Тагаевская А. А., Ефремова Т. К- Проектирование дискретных систем автоматики. М.: Машиностроение, 1980. 232 с.
Симкин Е. Л. Пневматические ручные машины в судостроении. М.; Судостроение, 1970. 394 с.
Andersen В. W. The analysis and design of pneumatic system N. I. Wiley, 1967. 363 S.
Artobolevski I. L, Herz E. V. Analysis and syntesis of a High Speed Pneumatic machine Drive Mechanism and Machine Theory. Print in Great Britain, 1978, v. 13, p. 293 — 300.
36. Entwiklung fluidlscher Antriebe und Sleuerungen Berikte von der Pachtagung
Olhydraulik und Pneumatik. Mainz, Krauskopf-Verl, 1971. 205 S.
Halm L., Marton I. Pneumatishe Logikelelemente. Budapest Akad. Klado, 1970. 120 S.
Multrus V. Pneumatische Logikelelemente und Sleuerumgsystcme. Mainz, Krauskopf-Verl.. 1970. 247 S.
Pneumatik handbook. 2 ed. Morden, England Trade and Techn. Press. 1968. 616 p.
Principles and theory of penumatics. Dublin, England. Trade and Techn. Press, 109 p.
Zoebl H. Angewandte Stromungslehre in dlhydraulik und Pneumatik. Mainz, Krauskopf, 1970. 200 S.
Hydraulics and Pneumatics, 1972 — 1980.
Глава 1Глава 1
Глава 1
Глава 1
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПНЕВМАТИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВАХ И СИСТЕМАХ
СВОЙСТВА ВОЗДУХА
Рабочим телом в пневматических системах управления является сжатый воздух, представляющий собой механическую смесь азота, кислорода (по объему примерно 78 и 21% соответственно) и других газов, содержащихся в небольшом количестве (аргон, углекислый газ и т. д.), а также водяного пара.
Воздух, содержащий водяные пары, характеризуется абсолютной и относительной влажностью. Абсолютная влажность определяется количеством водяного пара в единице объема воздуха. Отношение абсолютной влажности к максимальному количеству пара, которое могло бы содержаться в единице объема воздуха при тех же температуре и давлении, называют относительной влажностью. На практике при термодинамических расчетах используют параметры сухого воздуха. Поправку на влажность вносят только при особых требованиях к точности.
Основными и наиболее распространенными параметрами, характеризующими состояние сжатого воздуха, являются давление, температура и удельный объем (или плотность).
Давление р представляет собой силу, действующую по нормали к поверхности тела н отнесенную к единице площади этой поверхности. Атмосферным давлением условно принято считать давление, которое уравновешивается столбом ртути высотой 760 мм, что соответствует среднему давлению атмосферы на уровне моря. Давление, отсчитываемое от величины атмосферного давления, называют избыточным или манометрическим. Его измеряют манометрами и указывают в технических характеристиках пневматических устройств.
В теоретические зависимости всегда подставляют абсолютное давление, которое равно сумме избыточного и атмосферного (барометрического) давлений и является параметром состояния газа.
В системе СИ единицей измерения давления служит паскаль (Па). Паскаль равен давлению, вызываемому силой в 1 Н (ньютон), равномерно распределенной по нормальной к ней поверхности площадью 1 м2. 1 Па — 1 Н/м3.
Соотношение между основными единицами давления приведены в табл. 1.1 [1].
Параметром состояния газа является также абсолютная температура Т, отсчет которой ведут от абсолютного нуля, лежащего на 273° ниже нуля по шкале Цельсия, т. е. Г = /° + 273°, где /°— температура в градусах Цельсия. Абсолютную температуру Т измеряют в кельвинах (К). Эта величина входит во все термо- и газодинамические зависимости.
Для измерения температуры наибольшее распространение получила международная стоградусная шкала — шкала Цельсия (в которой 0 °C — точка плавления льда, а 100 °C — точка кипения воды при атмосферном давлении), применяют н другие шкалы (см. табл. 1.2) [3].
Удельный объем представляет собой объем, занимаемый единицей массы вещества (м3/кг)
у = Vim,
где V и m — соответственно объем и масса газа. 8
Таблица 1. /
Соотношение между единицами измерения давления
Единица намерения
Единица измерения
Па
кгс/см2
бар
psi
мм рт. ст.
мм вод. ст.
Па (Н/м8). . ,
кгс/см2 . . . .
бар .
psi
(фунт-сил а/кв. дюйм) 1 мм рт. ст. . . .
1 мм вод. ст. . .
' 1
9.81 • 104
105
6.9-10s
133,3
9.81
1,02 • W6 1 1,02 0.07
1,36- 10“3 10~4
ю-5
0,98 1 0,069
1,33-10“8 9.81-Ю-6
1.45- Ю"4 14.22 14,5
1
19,34-10~8 1.42-10~8
7.5-Ю-3 735,6 750 51.71
1 7,36* 10~2
0.102 10* 1,02-10* 703
13,6 1
Величину, обратную удельному объему, называют плотностью
р “ 1/у = m/V.
Иногда используют понятие удельного веса, под которым понимают вес вещества в единице его объема
7 = Р£>
где g—ускорение свободного падения.
Параметры состояния газа р, v, Т однозначно связаны между собой уравИе* нием состояния, вид которого в общем случае зависит от свойств газа:-
Г (/7, р, Г) = 0.
Законы идеального газа. Сжатый воздух обычно рассматривают как идеальный газ, т. е. газ, у которого отсутствуют силы сцепления между молекулами, а молекулы являются материальными точками, не имеющими объема. Идеальный газ подчиняется следующим законам.
Закон Бойля—Мариотта: при постоянной температуре газа pV = const.
Закон Гей-Люссака: при постоянном давлении V,T — const.
Закон Шарля: при постоянном объеме газа р/Т = const.
Все эти уравнения объединены в одно, которое является уравнением состояния идеального газа и называется уравнением Клайрпеона pV = mRT, или для единицы массы газа ру = RT.
Таблица 1.2
Соотношения между температурными шкалами
Шкала
Шкала
Кельвина, К
Цельсия, °C
Фаренгейта, °F
Реомюра, ®R
Кельвина, К
1
/ °C+ 273
1,25/ °R 4-273
Цельсия, °C
/ °К —273
1
/ °F—32
1,8
1,25/ °R
Фаренгейта, °F
Ц8/ °К—459
1,8/ °С4-32
1
q
/ °R 4- 32 4
Реомюра, °R
0,8/ °К—218
0,8/ °C
9
— (/ °F—32)
1
Коэффициент пропорциональности 7? называется удельной газовой постоянной идеального газа массой 1 кг, совершающего работу 1 Дж при повышении температуры на 1 К. Его значение зависит только от свойств газа. Для сухого воздуха 7? = 287 Дж/(кг-К).
Реальный газ отличается от идеального в основном наличием сил внутреннего трения. Чем выше плотность реального газа, тем более он отличается от идеального. Динамический коэффициент вязкости т)д, Па-с, который определяется силами внутреннего трения, связан с кинематическим коэффициентом вязкости vK, м2/с, следующей зависимостью:
Vk = VP-
Вязкость воздуха зависит от температуры следующим образом:
ч^ЛИ1'75'
где Лщ— динамический коэффициент вязкости при температуре 273 К (О °C).
ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ
Термодинамическим процессом называют последовательное изменение параметров газа при переходе его из одного состояния в другое.
При описании термодинамических процессов используют такие величины, как теплоемкость, внутренняя энергия, энтальпия, энтропия.
Теплоемкость (Дж/К) есть количество теплоты, необходимое для нагревания тела на 1 °C. Удельная теплоемкость — теплоемкость единицы массы или объема вещества. Теплоемкость зависит от характера процесса. Различают удельную теплоемкость при постоянном давлении (ср) и при постоянном объеме (су), при этом Ср — су + R ^Дж/(кг-К).
Отношение теплоемкостей представляет собой показатель степени адиаба- тического процесса
кср! Су.
Теплоемкость зависит также от температуры, однако в пневмоприводах колебания температуры относительно невелики и теплоемкость приближенно можно считать величиной постоянной.
Внутренняя энергия U представляет собой сумму кинетической и потенциальной энергий молекул (атомов, ионов,'электронов). В термодинамических расчетах используют не абсолютное значение внутренней энергии, а изменение этого значения в различных процессах. Внутреннюю энергию единицы массы вещества и называют удельной внутренней энергией. Внутренняя энергия идеального газа состоит только из кинетической энергии его молекул и зависит'от "температуры dU ~ CydT. В системе СИ единицей измерения внутренней энергии является джоуль (Дж).
Энтальпией I системы называют термодинамическую функцию, равную сумме внутреиией энергии и произведения давления иа объем газа
/ = U + pV
или для единицы массы газа
i = и + ри.
Энтальпию измеряют в джоулях.
Энтропия'8 системы есть функция ее состояния. Изменение энтропии является признаком обмена энергией системы с окружающей средой в форме теплоты dS = dQTlT, где QT — теплота.
Энтропию измеряют в джоулях на градус Кельвина.
Первый закон термодинамики представляет собой закон сохранения и превращения энергии применительно к термодинамическим процессам и формулируется следующим образом: подведенная к системе теплота Q (или отведенная от нее) 10
«о
3 3“
3 «t VD
Q
го s
bV
X
ГО <
s|s с 7*
<
с
с<
II
ГО <
*—-^w*-—*61*^——*—****——
©
го
Ь.|^ с
го <
1
X X
го
2 Я X к X X х 2 о st х 08
С Л о. И
3
3
з
+
3 3
3
3
3
3
3
3
3
3
+
3
3
го
н
ьГ
CJ
s7
3
II
3
©
3
>
•аг
е
<
3
j
>
X
•
II
1
с
с
11
II
Я О 'ГО
©
о;
D
с
D
5
II
сх| ct ЪО
D
Ct CD oi
t
4
■аг
ь
7
с с
1»
ч t
X
е
3
I
г.
Й.
ь о;
ч
ч
£
D
Ct
II
с
II
D
Ci
*се
1
1 L" е
D сх
II
7 е
1
09 О и и
и о А с
X X X и
О
к S у v 2
5 2”
” го со С
^
<|<
II
-1
а*
5
т £| ^1
4
t
ex
к
II
II 7 е »]^
II ^l^1
Й 1
II
сх
ЕГ S
х
2
8
1—<
8 8
1 +
о
н Я
X
S
X
С
о ГО о с
о X и о. 11 g" о о
О
§11 го
S
X
S
'го е о и
II
а Ct
0) X к §« e-s s о
О С
"го
О и
II е
о.
расходуется на изменение внутренней энергии U системы и на Совершение работы L
dQ-x = dU И- dL
или в удельных величинах dq = du + dl Дж/кг, где dl = pdu; I — внешняя работа газа. Из уравнения первого закона термодинамики как частные случаи могут быть получены уравнения всех основных элементарных процессов, характеристика которых приведена в табл. 1.3. Эти процессы протекают при постоянном значении теплоемкости, причем наиболее общим случаем является политропический процесс, характеризуемый постоянным показателем политропы
п = (ср — с)/(су — с).
В уравнении адиабаты pufe = const показатель адиабаты для воздуха к « 1,4. В уравнении политропы роп = const показатель политропы п для различных процессов может принимать любые числовые значения, но в каждом конкретном процессе является постоянной величиной.
В большинство приведенных зависимостей входят величины, отнесенные к единице массы газа, при этом предполагается, что в ходе процесса масса не меняется. Это необходимо иметь в виду, так как в пневматических системах имеют место процессы с переменной массой воздуха и при их рассмотрении необходимо ее учитывать так же, как и энергию, которая подводится (отводится) с поступающим (вытекающим) воздухом.
ОСНОВНЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ТЕЧЕНИЯ ГАЗОВ
Уравнение неразрывности потока: при установившемся движении газа массовый расход одинаков во всех сечениях канала
G = pwf = const,
где ш — скорость течения газа; ) — площадь поперечного сечения канала.
Уравнение Бернулли: для любых сечений потока при установившемся движении сохраняется сумма напоров — скоростного ш2/2, пьезометрического р/р, статического gz и потерянного на трение йТР, т. е.
№ + йтр, z Piz Рг
где zt и гг высота центра тяжести поперечного сечения потока в сечениях 1 и 2. Ввиду малой плотности воздуха статический напор обычно не учитывается.
Если пренебречь теплообменом газа с окружающей средой, трением между стенками канала и газом и внутри газа, то получим адиабатическое движение, в котором отсутствуют внешний теплообмен и внутреннее тепловыделение. В этом случае энтропия не меняется и движение называют изоэнтропическим.
Истечение газа из неограниченного объема. При изоэнтропическом движении газа при условии истечения из неограниченного объема (начальная скорость равна нулю) массовый расход воздуха определяют по формуле, которой часто пользуются при расчетах пневмосистем,
ТГПТёГ- (тЧ*-(тгР •(й — 1) К11 _\ Р1 /\ Pi / J
где Pi и р2 — давление газа в неограниченном объеме и в некотором сечении короткого канала, куда истекает газ; р — коэффициент расхода.
Коэффициент расхода представляет собой отношение действительного расхода воздуха к теоретическому. Он учитывает изменение расхода вследствие принятых допущений, и обычно определяется экспериментально.
При определенном отношении давлений, называемом критическим, расход достигает максимального значения ("~) = (у^Гт) ^-1 • При ft = М (для воздуха) ( -^- ) 0,528.
\ Pi / *
Процесс истечения газа при отношении давлений, большем чем критическое, называют подкритическим и расход определяют по приведенной выше формуле. Если отношение давлений меньше критического, то процесс называют надкритическим и расход определяют по формуле
п ,/2^-1■]/26
~ V 6 + 1 / Р1 Г (k-V^RT/
Для воздуха
G* = 0,0404^^//^,
где G — в кг/с, ) — в м2, pt — в Па, Tt — в К.
Различают два вида течения: ламинарное (слои потока движутся равномерно, не смешиваясь) и турбулентное (частицы движутся в поперечном направлении, приводя к перемешиванию потока). Переход от одного вида течения к ^другому / наступает при определенных условиях, характеризуемых числом Рейнольдса Re = 2300
^е _ 4rTw 4гги:р
где sy — средняя по сечению канала скорость течения; rt — гидравлический радиус, т. е. отношение площади, поперечного сечения канала к его периметру. Для каналов круглого сечения Re = wpd/T}„, где d — диаметр канала.
При Re < 2300 имеет место ламинарный вид течения, при Re> 2300 — турбулентный.
!Числовые значения основных параметров воздуха приведены в табл. 1.4
I и 1.5.
IТаблица 1.4
Числовые значения основных параметров воздуха
Параметр
Условия
Числовые значения
Плотность р, кг/м3
Удельный вес у, Н/м3
Удельный объем и, м3/кг
р = 1,013-Ю5 Па
(760 мм рт. ст.), t = 20 °C
1,207
11,82
0,83
Газовая постоянная /?,Дж/(кг-Ю
Сухой воздух
Влажный воздух, относительная влажность 80 %
287
289
Коэффициент динамической вязкости т|д Н • с/м2
t = 20 °C
18,4•10-6
Теплоемкость Ср при постоянном давлении, Дж/(кг-К)
При температуре 0—100 °C теплоемкость практически постоянна
1.01 •10s
0,72-10’
Теплоемкость с^ при постоянном объеме, Дж/(кг-К)
ДавлениеПлотность воздуха, кг/м3, притемпературе,°Cр. 105, Па01020304050607080901000,981,251.211,171,131,091,061,031,000,970,940,921,962,512,422,332,262,192,122,051,991,941,881,832,943,763,623,503,383,273,183,082,992,912,832,753,434,394,234,083,953,833,713,603,493,393,303,213,925,014,834.674,514,374,244,113,993,883,773,674,415,645,445,255,074,924,774,624,494,364,244,134,906,266,045,845,645,465,305,144,994,854,714,595,396,896.646,426,206,015,825,655,495,335,185,045,887,527,257,006,776,566,356,165,985,815,655,506,378,147,857,597,337,106,886,686,486,306,135,966,868,778,468,177,907,657,517,196,986,786,606,427,359,409,068,758,468,207,947,707,487,287,076,887,8510,029,669,349,028,748,478,227,987,757,547,348,3310,5510,279,929,609,299,008,738,488,248,007.808,8311,2810,8810,5110,469,849,539,258,988,728,488,259,3211,9011,4811,0910,7210,3810,069,769,479,218,958,719,8112,5312,0911,6711,2910,9310,5910,279,979,699,479,17ДавлениеПлотность воздуха, кг/м3, притемпературе,°Cр. 105, Па01020304050607080901000,981,251.211,171,131,091,061,031,000,970,940,921,962,512,422,332,262,192,122,051,991,941,881,832,943,763,623,503,383,273,183,082,992,912,832,753,434,394,234,083,953,833,713,603,493,393,303,213,925,014,834.674,514,374,244,113,993,883,773,674,415,645,445,255,074,924,774,624,494,364,244,134,906,266,045,845,645,465,305,144,994,854,714,595,396,896.646,426,206,015,825,655,495,335,185,045,887,527,257,006,776,566,356,165,985,815,655,506,378,147,857,597,337,106,886,686,486,306,135,966,868,778,468,177,907,657,517,196,986,786,606,427,359,409,068,758,468,207,947,707,487,287,076,887,8510,029,669,349,028,748,478,227,987,757,547,348,3310,5510,279,929,609,299,008,738,488,248,007.808,8311,2810,8810,5110,469,849,539,258,988,728,488,259,3211,9011,4811,0910,7210,3810,069,769,479,218,958,719,8112,5312,0911,6711,2910,9310,5910,279,979,699,479,17Таблица 1.5Таблица 1.5Плотность р воздуха при различных давлении и температуреПлотность р воздуха при различных давлении и температуреРис. 1.2. Основные элементы пневмоприводаРис. 1.2. Основные элементы пневмоприводаРис. 1.1. Классификация пневмоприводовРис. 1.1. Классификация пневмоприводов1515
Давление
Плотность воздуха, кг/м3, при
температуре,
°C
р. 105, Па
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0,98
1,25
1.21
1,17
1,13
1,09
1,06
1,03
1,00
0,97
0,94
0,92
1,96
2,51
2,42
2,33
2,26
2,19
2,12
2,05
1,99
1,94
1,88
1,83
2,94
3,76
3,62
3,50
3,38
3,27
3,18
3,08
2,99
2,91
2,83
2,75
3,43
4,39
4,23
4,08
3,95
3,83
3,71
3,60
3,49
3,39
3,30
3,21
3,92
5,01
4,83
4.67
4,51
4,37
4,24
4,11
3,99
3,88
3,77
3,67
4,41
5,64
5,44
5,25
5,07
4,92
4,77
4,62
4,49
4,36
4,24
4,13
4,90
6,26
6,04
5,84
5,64
5,46
5,30
5,14
4,99
4,85
4,71
4,59
5,39
6,89
6.64
6,42
6,20
6,01
5,82
5,65
5,49
5,33
5,18
5,04
5,88
7,52
7,25
7,00
6,77
6,56
6,35
6,16
5,98
5,81
5,65
5,50
6,37
8,14
7,85
7,59
7,33
7,10
6,88
6,68
6,48
6,30
6,13
5,96
6,86
8,77
8,46
8,17
7,90
7,65
7,51
7,19
6,98
6,78
6,60
6,42
7,35
9,40
9,06
8,75
8,46
8,20
7,94
7,70
7,48
7,28
7,07
6,88
7,85
10,02
9,66
9,34
9,02
8,74
8,47
8,22
7,98
7,75
7,54
7,34
8,33
10,55
10,27
9,92
9,60
9,29
9,00
8,73
8,48
8,24
8,00
7.80
8,83
11,28
10,88
10,51
10,46
9,84
9,53
9,25
8,98
8,72
8,48
8,25
9,32
11,90
11,48
11,09
10,72
10,38
10,06
9,76
9,47
9,21
8,95
8,71
9,81
12,53
12,09
11,67
11,29
10,93
10,59
10,27
9,97
9,69
9,47
9,17
Давление
Плотность воздуха, кг/м3, при
температуре,
°C
р. 105, Па
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0,98
1,25
1.21
1,17
1,13
1,09
1,06
1,03
1,00
0,97
0,94
0,92
1,96
2,51
2,42
2,33
2,26
2,19
2,12
2,05
1,99
1,94
1,88
1,83
2,94
3,76
3,62
3,50
3,38
3,27
3,18
3,08
2,99
2,91
2,83
2,75
3,43
4,39
4,23
4,08
3,95
3,83
3,71
3,60
3,49
3,39
3,30
3,21
3,92
5,01
4,83
4.67
4,51
4,37
4,24
4,11
3,99
3,88
3,77
3,67
4,41
5,64
5,44
5,25
5,07
4,92
4,77
4,62
4,49
4,36
4,24
4,13
4,90
6,26
6,04
5,84
5,64
5,46
5,30
5,14
4,99
4,85
4,71
4,59
5,39
6,89
6.64
6,42
6,20
6,01
5,82
5,65
5,49
5,33
5,18
5,04
5,88
7,52
7,25
7,00
6,77
6,56
6,35
6,16
5,98
5,81
5,65
5,50
6,37
8,14
7,85
7,59
7,33
7,10
6,88
6,68
6,48
6,30
6,13
5,96
6,86
8,77
8,46
8,17
7,90
7,65
7,51
7,19
6,98
6,78
6,60
6,42
7,35
9,40
9,06
8,75
8,46
8,20
7,94
7,70
7,48
7,28
7,07
6,88
7,85
10,02
9,66
9,34
9,02
8,74
8,47
8,22
7,98
7,75
7,54
7,34
8,33
10,55
10,27
9,92
9,60
9,29
9,00
8,73
8,48
8,24
8,00
7.80
8,83
11,28
10,88
10,51
10,46
9,84
9,53
9,25
8,98
8,72
8,48
8,25
9,32
11,90
11,48
11,09
10,72
10,38
10,06
9,76
9,47
9,21
8,95
8,71
9,81
12,53
12,09
11,67
11,29
10,93
10,59
10,27
9,97
9,69
9,47
9,17
Таблица 1.5
Таблица 1.5
Плотность р воздуха при различных давлении и температуре
Плотность р воздуха при различных давлении и температуре
Рис. 1.2. Основные элементы пневмопривода
Рис. 1.2. Основные элементы пневмопривода
Рис. 1.1. Классификация пневмоприводов
Рис. 1.1. Классификация пневмоприводов
15
15
СТРУКТУРА ПНЕВМАТИЧЕСКИХ СИСТЕМ
И УСТРОЙСТВ
В соответствии с ГОСТ 17752—72 пневматическая система — это техническая система, состоящая из устройств, находящихся в непосредственном контакте с рабочим газом (воздухом).
Энергию сжатого воздуха промышленных пневматических систем используют для приведения в движение механизмов и машин, автоматического управления технологическими процессами, пескоструйной очистки, перемешивания растворов, распыления красок, транспортирования сыпучих материалов, дутья в доменные печи и т. п. Наибольшее применение энергия сжатого воздуха получила в пневмоприводах.
Классификация промышленных пневмоприводов по различным признакам приведена на рис. 1.1. 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 нашлн магистральные пневмоприводы, в которых сжатый воздух подается в пневмодвигатели 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.
Основные элементы, входящие в состав пневмоприводов, приведены на рис. 1.2.
ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ
ПНЕВМАТИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ
К основным параметрам пневматических устройств относятся условный проход, 5 диапазон давления, расходная характеристика, параметры управляющего воздействия, параметры выхода, утечки, время срабатывания, допускаемая частота включений, показатели надежности, размер, масса.+
Условный проход характеризует внутреннее проходное сечение пневматического устройства. Ряды условных проходов и соотношение между условными проходами и внутренними проходными сечениями устанавливаются СТ СЭВ 522—77.6
В пневмоприводах наиболее широко применяют устройства с условными проходами 2,5—40 мм. При этом по СТ СЭВ 522—77 числовой ряд следующий, мм:- 2,5; 3; 4; 5; 6; 8; 10; 12; 16; 20; 25; 32; 40. Для базовых моделей, как правило, условный проход выбирают из ограниченного ряда, мм: 2,5; 4; 6; 10; 16; 25; 40.
Условный проход— параметр, удобный для выбора размера пневмоаппаратов различного функционального назначения из имеющихся размерных рядов. Для пневмоаппаратуры многих зарубежных фирм основным размерным параметром является размер присоединительной резьбы. Отметим, что условный проход и размер присоединительной резьбы — понятия неоднозначные: при одинаковой присоединительной резьбе аппараты могут иметь разные условные проходы.
Условный проход аппарата неоднозначно определяет его расходную характеристику, которая в зависимости от вида и величины местных внутренних сопротивлений может быть различной при одинаковых условных проходах.
Диапазон давлении определяется минимальным и номинальным (максимальным) значениями. Ряд значений и понятие номинального давления определены в ГОСТ 12445—80. Под номинальным давлением понимают наибольшее манометрическое давление, при котором оборудование должно работать в течение установленного срока службы с сохранением параметров в пределах установленных норм.
Устройства высокого давления общепромышленного назначения рассчитаны в основном на номинальное давление 0,63 и 1 МПа. Минимальное давление зависит от конструктивного исполнения устройств. В устройствах могут применять эластичные уплотнения, для герметизации которых требуется определенный перепад давления или усилие прижатия к уплотняемой поверхности. Определенное минимальное давление требуется также для преодоления сил трения при,
перемещении распределительного элемента, преодоления усилия возвратныхi
упругих элементов и т. п.
Для пневматических устройств высокого давления минимальное давление составляет 0,05—0,35 МПа.
Расходная характеристика проточного пневматического устройства определяет количество (массу или объем) воздуха, проходящего через него в единицу времени в зависимости от величины и соотношения давлений на входе и выходе устройства. Расходная характеристика пневматических устройств является одним из основных параметров, определяющих быстродействие и величину потерь давления в пневмосистемах.
В настоящее время применяют три способа задания расходных характеристик:
величиной расхода при определенном перепаде давления и давлении на входе или перепадом давления при определенных величинах расхода и давлении на входе;
графиком, выражающим зависимость расхода от перепада давления при определенном давлении на входе, илн серией графиков для различных значений давления на входе;
параметром, характеризующим гидравлическое сопротивление устройства.
При первом способе определяют расходную характеристику только в одной точке, причем обычно для разных устройств при различных условиях, что затрудняет сравнение и выбор устройств.
Прн втором способе расходную характеристику устройства определяют достаточно полно, но при этом требуется большой объем экспериментальных работ и данные получают в неудобной для практических расчетов форме.
При третьем способе параметр, задающий расходную характеристику, удобен прн выборе н сравнении пневматических устройств, пересчете величины расхода для любых условий по простым формулам и определяется эксперимен- 'тально достаточно простыми способами. В качестве такого параметра принимается
пропускная способность Ку, представляющая собой расход жидкости, м3/ч, с плотностью, равной 1000 кг/м3, прн перепаде давления на устройстве 0,098 МПа (ГОСТ 14691—69).
Зарубежные фирмы задают расходную характеристику параметрами Су jи /у, которые являются аналогами пропускной способности Ку, но выражены
гв американской и британской системах единиц соответственно.
Правила экспериментального определения пропускной способности Ко регламентированы ГОСТ 14768—69 н в части требований к определению Ко полностью открытых устройств применимы для проточных пневматических элементов (аппаратуры, трубопроводов и т. п.).
В соответствии с ГОСТ 14768—69
кв = qb//ap>
где QB — объемный расход воды, м3/ч; Др — перепад давления, Па.
Существуют следующие зависимости между пропускной способностью Ко» [перепадом давления и объемным расходом воздуха, приведенным к нормальным условиям по СТ СЭВ 521—77, т. е. к температуре 293 К (20 °C) н давлению 101 325 Па:
для подкритического режима течения
Q = CKU V(р, — р2) р2,
для надкритического режима течения
Q = СКУ рА
где рз и р2 — абсолютное давление сжатого воздуха соответственно на входе н выходе, Па; С— постоянная (С = 4,70 при Q в м3/мин н Ку в м3/ч; С = 284 при Q и Ку в л/мин).
Приведенные значения С определены при допущении, что температура на входе в устройство равна 293 К. При изменении температуры на 10 °C ошибка расчетов не превышает 2%.
Этот способ определения расходной характеристики позволяет находить любую величину из четырех Q, Ку, рь р^. Например, на практике часто возникает задача определения падения давления (рз—р2) на устройстве прн заданных давлении р2 на выходе н расходе Q. Если известно Ку устройства, то
(p1-p2 = Q2C2/(/(2p2).
Другой типовой задачей является выбор пневмоаппарата, например распределителя, с требуемой пропускной способностью, если известны Q, рг н р2. В этом случае определяют
izQ
Ку —,— . —
с V (Р1 — р2) Ръ
и выбирают аппарат с требуемым значением Ку. Последнее выражение может быть использовано для экспериментального определения Ку путем измерения величин расхода Q воздуха и давления рг и р2.
Пропускная способность Ку цепи, состоящей из проточных устройств (участков), каждое из которых характеризуется пропускной способностью Kyi Ц = = 1, 2, ..., и), определяется следующим образом: при параллельном соединении
Ку = Кт + Куз. НН Куп и ПРИ последовательном соединении
Величины Су и fL1 характеризуют расход воды через устройство соответственно в галлонах США и английских галлонах в 1 мин при перепаде давления В 1 фунт-сила на кв. дюйдн
Соотношение между Ку, Су и fy приведены в таблице 1.6.
В расчетах пневматических устройств расходную характеристику выражают также через эффективную площадь проходного сечення устройства f3 = ц/, где ц — коэффициент расхода устройства; f— геометрическая площадь проходного сечения устройства.
Эффективную площадь, м2, обычно определяют экспериментально
сЭ . _ Q
0,454/?^ (р^р^ ’
где Q — объемный расход воздуха, приведенного к нормальным условиям (м3/мип); рг и р2 — абсолютное давление на входе и выходе устройства, Па; ф (p^pi) — расходная функция, значения которой приведены на рис. 11.4 и в приложении работы [2].
Числовой коэффициент в выражении для f3 определен при допущении, что температура на входе в устройство равна 293 К (20 °C). При изменении температуры на 10 °C погрешность расчетов не превышает 2%.
Если при работе устройства отношение p^lpi изменяется в широких пределах, то для уменьшения погрешности расчетов с использованием расходной функции ф (p^Pi) данного вида рекомендуется [2] вводить поправочный коэффициент 0,95
гэ _ 0,95Qmax
~ 0,454/?1ф (ра/р^ ’
где Qmax —- наибольшее прн данном pi значение расхода (соответствующее надкритическому режиму течения); ф VpJp^ = 0,2588.
Выражения для определения эффективной площади f проходного сечения цепи последовательно и параллельно соединенных устройств аналогичны приведенным выше выражениям для пропускной способности Ку. Пропускная способность, м3^, и эффективная площадь, м2, связаны между собой выражением
Параметр
Kv М3/Ч
галлонов США в минуту
i»- англий
ских галлонов в минуту
Ку
1
0,85
1,03
Су
1,17
1
1,20
ft
0,97
0,83
1
Таблица 1.6Таблица 1.6Соотношение между Ку, Су и /Соотношение между Ку, Су и /Ку- б-Ю4^.
Таблица 1.6
Таблица 1.6
Соотношение между Ку, Су и /
Соотношение между Ку, Су и /
Иногда расходные характеристики задают длиной эквивалентного трубопровода, т. е. длиной трубопровода, эквивалентного по пропускной способности данному устройству.
Для приведения объемного расхода сжатого воздуха к заданным условиям по давлению и температуре используют зависимости
Он — 0 р/Рн или
где Ун, Рн, Рн и Тн — объемный расход, плотность, абсолютное давление и температура воздуха при заданных условиях; Q, р, р и Т — то же при рабочих условиях.
Объемный расход воздуха, который указывается в технических данных пневматических устройств (при отсутствии специальных оговорок) представляет собой объем, который заняла бы данная масса воздуха при нормальных условиях.
Под параметрами управляющего воздействия понимают: минимальную величину усилия, необходимого для переключения устройства при механическом управлении и управлении от оператора; величину давления управления при пневматическом управлении; параметры электрического тока pi мощность электромагнита при электромагнитном и электропневматическом управлении.
Величина минимального усилия переключения распределительного элемента (минимального давления управления) складывается из усилия, необходимого для преодоления трения, и усилия, вызванного действием давления на неразгруженные площади распределительного элемента. В частности, в распределителях с пневматическим возвратом давление управления должно преодолеть действие давления питания, подведенного к противоположной, меньшей по площади стороне поршня привода распределительного элемента. В этом случае в технических данных указывается, что давление управления не должно быть меньше давления питания, или приводится зависимость первого от второго.
Параметры управляющего воздействия можно выразить также в виде допускаемого диапазона или номинальных значений давления, расхода, перемещения, длительности входного сигнала и др.
Параметры выхода определяют состояние выходного сигнала в зависимости от состояния входов, изменения давления питания, настройки и т. п. (например, изменение давления на выходе при изменении давления на входе или расхода воздуха для редукционных пневмоклапанов; задержка пневматического сигнала для пневмоклапанов выдержки времени, длительность выходного импульса для импульсатора и др.).
Утечки воздуха в пневматических устройствах в соответствии с ГОСТ 18460—73 допускаются только в подвижных соединениях, например, где уплотнение осуществляется за счет малого зазора (в притертых золотниковых парах). Величину утечек (расход через уплотнительные устройства) можно выражать в единицах расхода воздуха (в случае непосредственного измерения количества вытекаемого воздуха) или характеризовать величиной падения давления (в случае, когда утечку воздуха определяют косвенным методом по падению его давления в определенном объеме).
Под временем срабатывания пневматических устройств обычно понимают промежуток времени от момента приложения управляющего воздействия (например, начала роста давления в полости управления) до момента полного переключения рабочего органа или до достижения заданного давления в определенном объеме, подсоединенном к выходу пневматического устройства. Время срабатывания устройства зависит от многих факторов (конструкции, размера, нагрузки, длины и сопротивления линий управления, давления и др.) и в зависимости от них может иметь значения от тысячных долей до нескольких секунд.
Время срабатывания пневматических устройств, как и их расходная характеристика, имеет большое значение, особенно для высокопроизводительного оборудования (манипуляторов, прессов, машин точечной сварки и др.).
Частота включений обычно связана с временем срабатывания (зависит от тех же факторов) и может достигать 40 Гц.
Надежность привода — это свойство привода выполнять заданные функции, сохраняя свои эксплуатационные показатели в заданных пределах в течение требуемого промежутка времени или требуемой наработки. Надежность привода ооусловливается безотказностью, ремонтопригодностью, соохраняемостью, долговечностью.
Показателями безотказности привода являются: вероятность безотказной работы, средняя наработка до отказа или на отказ, параметр потока отказов, интенсивность отказов. Основным показателем ремонтопригодности привода служит вероятность восстановления в заданный период времени или среднее время восстановления. Основным показателем сохраняемости привода является гамма-
процентный срок сохраняемости, основными показателями долговечности — средний срок службы, средний ресурс, гамма-процентный ресурс.
Определения этих показателей даны в ГОСТ 13377—75 и СТ СЭВ 878—78.
Надежность пневматических устройств высокого давления обычно выражается двумя показателями: гамма-процентной наработкой до отказа и гаммапроцентным ресурсом. В зависимости от принципа действия пневматических устройств, имеющих циклический (например, у распределителей, логических элементов) или нециклический (у фильтров, редукционных клапанов) характер работы, наработка на отказ и ресурс выражается в циклах и часах соответственно. Для пневматических устройств циклического действия ресур обычно находится в пределах от 3—5 до 10—20 млн. циклов в зависимости от назначения и конструкции; для устройств нециклического действия — от 5000 до 12 000 ч.
Размеры и масса для большинства пневматических устройств являются одними из наиболее общепринятых показателей качества. На практике часто оценивают не абсолютные их значения, а удельные показатели, представляющие собой отношение объема (массы) устройства к основному параметру (расходной характеристике, развиваемому усилию н т. п.).
РАБОЧЕЕ ДАВЛЕНИЕ И РАСХОД СЖАТОГО ВОЗДУХА
Давление. Выбор оптимального рабочего давления сжатого воздуха для пневматических устройств и систем является одним из важнейших условий их эффективной эксплуатации. Повышение уровня давления позволяет уменьшить размер силовых исполнительных устройств при неизменном развиваемом усилии, что в некоторых случаях имеет решающее значение. Однако, при повышении давления увеличивается расход сжатого воздуха в системах управления и возрастает шум.
На основании опыта эксплуатации и технических характеристик пневматических устройств рекомендуются следующие значения давления на входе: для пневмоприводов различных машин и систем механизации станков, прессов и т. д. 0,6—1 МПа и выше, если размер исполнительных механизмов играет решающую роль (например, у пневмоприводов многоэлектродных сварочных машин); для пневматических систем автоматического управления (построенных на устройствах высокого давления) 0,4—0,6 МПа; для ручного инструмента, трамбовок, вибраторов 0,4—0,6 МПа; для форсунок, пескоструйных аппаратов, краскораспылителей, обдувочных сопел, распушающих устройств 0,2—0,4 МПа.
При значительном количестве потребителей воздуха с разным уровнем давления целесообразно иметь сети высокого 0,7—I МПа и выше, и низкого 0,2— 0,4 МПа давлений, что дает экономию энергетических затрат на производство сжатого воздуха. Для снабжения потребителей сжатого воздуха давлением свыше 0,8 МПа обычно применяют индивидуальные или дожимающие компрессоры.
При выборе давления необходимо принимать во внимание возможные его колебания в заводской сети при одновременном подключении большого числа потребителей и потери давления при транспортировании воздуха по трубопроводу от компрессорной до потребителя. В правильно построенных пневмосетях предприятий колебания давления обычно не превышают 0,05 МПа, а потери давления 5—10% от рабочего давления.
Расход. При определении расхода сжатого воздуха обычно применяют следующий порядок расчета. По каталожным или расчетным данным определяют расход воздуха для единицы оборудования каждого типа и размера. Для практических целей можно пользоваться средними значениями расхода воздуха для различных потребителей, приведенными в табл. 1.7 [6] и учитывающими увеличение утечек в процессе эксплуатации, которое может привести к увеличению первоначального расхода воздуха на 20—30% и более. Расход воздуха, потребляемый пневмоцилиндром, определяют по данным, приведенным в гл. 2.
Для каждой группы однотипных потребителей определяют коэффициент использования
^и — ^оп/^к>
где ^оп— оперативное время работы оборудования; /к — календарное время за учетный период (за смену, сутки и т. п.), состоящее из оперативного времени н времени простоев и пауз в рабочее время.
Общий расход воздуха по цеху или участку определяют за календарное время /к
1=п
Q = T ч^Кшчи
1=1
Средние значения расхода воздуха и коэффициента использования для различных потребителейСредние значения расхода воздуха и коэффициента использования для различных потребителейгде z^ — число потребителей одного типа и размера; q^ — номинальный расход воздуха на единицу однотипного оборудования (см. табл. 1.7) за время /к; Ф; — коэффициент, учитывающий непроизводительные расходы в результате утечек, периодического заполнения и опорожнения трубопроводов и т. п. (обычно ф; = = 1,1 — 1,3); п—число различных потребителей.
Средние значения расхода воздуха и коэффициента использования для различных потребителей
Средние значения расхода воздуха и коэффициента использования для различных потребителей
Потребитель
Характеристика
Давление, МПа
Расход воздуха, м3/мин
Коэффициент использования и
Ковочные и штамповочные молоты
Усилие, кН:
7
10
15
20
30
50
100
120
150
0,6
10,0 13,0 16,5 20,0 24,0 30,0 40,0 55.0 60,0 65,0
0.65 — 0,75 0.60 — 0,70 0,60 — 0,70 0,60 — 0,70 0,60 — 0,70 0,60 — 0,70 0,50-0,65 0,40 — 0,50 0,40 — 0,50 0,40 — 0,50
Молотки: рубильио-че- канные клепальные
Мощность, кВт: 0,37 — 0,51
0,12 — 0,74
0,5 —0,6
0,6—0,8
0,7 —1,5
0,40 — 0,50
0,30 — 0,45
Сверлильные машины
Наибольший диаметр сверления, мм:
8
10
13
22
0,5 —0,6
0,5 —0,8 0,6 —0,9 0,7—1,0 0,9 —1,7
0,50 — 0,60
0,50 — 0,60
0,50 — 0,60 0,30 — 0,50
Шлифовальные машины
Наибольший диаметр круга, мм:
25
50
125
150
0,5-0,6
0,6 —0,8 1,0—1,3 1,6-2,1 1,7 —2,2
0,40 — 0.80
Гайковерты и ключи
Наибольший диаметр резьбы, мм:
12 — 14
20 — 22
28 — 32
0,5 —0,6
0,3 —0,7 1,2—1,5 1,3 —2,5
0,30 — 0,60
Напильники
Мощность 0,15 кВт
0,5 —0,6
0,2 —0,3
0,30 — 0,60
Таблица 1 • 1
Продолжение табл. 1.7
Потребитель
Характеристика
Давление, МПа
Расход воздуха, м3/мии
Коэффициент использования Ки
Вибраторы
—
0,5 —0,6
До 5,0
0,30 — 0,40
Трамбовки
—
0,5 —0,6
0,50 — 1,3
0,20 — 0,40
Формовочные машины
—
0,5 —0,6
0,2 —0,8 м3 на одну опоку
0,10 — 0,30
Моторы
Мощность, кВт: 0,37 0,37—0,74 0,74—1,10 1,20—2,20 2,20
м3/кВт: 1,7—1,8 1,6—1,7 1,5—1,65 1,0—1,5 0,8—1,0
0,10—1,00
Подъемники
Грузоподъемность, кН:
10,0
20,0
50,0
100,0
0,6
м8 на 1 м высоты подъема: 0,3 —0,4 0,6 —0,7 1,5—1,8 3,0 —3,5
0,04 — 0,40
Пистолеты-краскораспылители
Производительность 0,5 — 2 м2 окрашенной поверхности в час
0,3 —0,4
0,1 —0,8
0,50 — 0,80
Пескоструйные машины
Диаметр сопла, мм:
5 8 10 12
0,3 —0,4
0,8
2,0
3,3
5,0
0,40 — 0,80
Обдувочные сопла
Диаметр сопла, мм:
4
8
0,3 —0,4
0,6
2,3
0,10 — 0,20
При определении расхода воздуха для большого числа потребителей, работа которых связана определенной последовательностью в соответствии с заданным циклом, следует найти для каждого потребителя количество воздуха на одно срабатывание и на цикл, а затем суммировать полученные результаты. Подсчитанный таким образом расход за цикл надо умножить на число циклов за время 1К.
Для определения производительности компрессора или диаметра питающих воздухопроводов необходимо знать величину максимального одновременного расхода воздуха QP для группы снабжаемых потребителей
I—п
каждой группы однотипных по-каждой группы однотипных по-QP= £ z^cKoi^i,
каждой группы однотипных по-
каждой группы однотипных по-
где Koi — коэффициент одновременности для требителей:
Число потребителей12 — 34 — 67 — 8101215 — 2030 — 50
Koi 10,90,80,760,70,670,60,5
Таблица 1.3
Удельный расход энергии на валу компрессора при рабочем давлении 0,6 МПа для производства 10 м8 воздуха, приведенного к нормальным условиям
Компрессор
Удельный расход энергии, кВт-ч, при производительности компрессора, м3/ч
100
200
500
1000
2000
5000
10 000
20 000
50 000
Поршневой . .
Турбокомпрессорный . . . .
0,98
■ 0,91
0,86
0,83
1,77
0,8
1,26
0,78
1,02
0,77
0,91
0,76
0,86
0,82
К групповому расходу воздуха следует добавить расход на утечки воздуха в магистральных и цеховых воздухопроводах. Утечки воздуха во внешних (магистральных) воздухопроводах обычно невелики и составляют не более I—2% общего расхода, в цеховых воздухопроводах потери от утечек составляют 8—10% .
Энергетические затраты на производство сжатого воздуха зависят от многих факторов и могут быть оценены по данным, приведенным в табл. 1.8.
Стоимость сжатого воздуха, приведенного к нормальным условиям, составляет, коп.:
Производительность компрессора, м3/ч 50 000 — 20 00020 000—10 000 Менее 10 000
Стоимость 1 м3 сжатого воздуха 0,2 —0,50,4 —0,70,7—1,2
Стоимость I м3 воздуха, получаемого от источников питания вентиляторного типа давлением до 104 Па и используемого для питания струйных систем управления, составляет 0,01—0,02 коп.
Энергетические затраты могут быть снижены за счет: замены пневмоцилиндров двухстороннего действия цилиндрами одностороннего действия с возвратом под действием силы тяжести или пружины; применения пониженного давления в центральной части системы управления и для холостых ходов цилиндров; организации сетей с различными уровнями давления и др.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О КОМПРЕССОРАХ И ВОЗДУХОСБОРНИКАХ
Компрессоры. Основные типы и техническая характеристика промышленных компрессоров приведены в табл. 1.9 [6], а конструктивные схемы на рис. 1.3. По применению компрессоры могут быть стационарные (установленные на неподвижном фундаменте или раме) и передвижные (установленные на транспортные средства — автоприцепы, локомотивы, специальные тележки и др.). На отечественных предприятиях применяют преимущественно поршневые и центробежные компрессоры, вырабатывающие сжатый воздух давлением 0,4—0,8 МПа. Однако находят применение в ряде случаев и другие компрессоры. Мембранные компрессоры применяют, как правило, для пневматических систем с небольшим расходом воздуха, в которых не допускается наличие масла в сжатом воздухе. Для предприятий со значительным расходом воздуха в качестве базовых рекомендуется использовать нерегулируемые осевые компрессоры.
В последнее время находят применение также винтовые компрессоры как для передвижных, так и для стационарных компрессорных установок.
Воздухосборники (ресиверы) обычно устанавливают между компрессором и воздухопроводной сетью. Они служат для сглаживания пульсации потока воздуха, поступающего из компрессора, создания запаса сжатого воздуха для использования в моменты пиковых нагрузок, для отделения воды и масла, содержащихся в сжатом воздухе. Воздухосборники особенно необходимы для поршневых компрессоров, у которых выходной поток сжатого воздуха имеет большую пульсацию. Воздухосборники могут быть вертикального и горизонтального
Основные типы и технические характеристики промышленных компрессоров
Компрессоры
Давление, МПа
Производительность, м8/мин
Стоимость
Вибрация
Шум
Преимущества
Недостатки
Поршневые: одноступенч атые
двухступенчатые миогосту пеич атые
Мембранные: одноступенчатые двухступенчатые многоступенчатые
Пластинчатые: одноступенчатые двухступенчатые
Винтовые: одноступенчатые двухступенчатые с масляным охлаждением
Центробежные: односту пенч атые четырехступенчатые многоступенчатые
Осевые
До 0,7
До 1,0
Св. 1,0
До 0,4
До 0,7
Св. 0,7
До 0,4
До 1,0
До 0,4
До 1,0 Специальные до 3,0
0.4 2
До 10
До 10 (выше по заказу)
До 100
До 1
2—1 000
16 — 560
16 — 30 000
Св. 400 на любую производительность
Средняя
Низкая
Средняя
Высокая
Высокая
Высокая
Низкая при сбал ансиро- ванном роторе
Низкая при сбалансированном роторе
То же
Низкая при сбалансированном роторе
Очень высокий
Высокий
Низкий (особенно с водяным охлаждением)
Очень высокий
Низкий с акустическими фильтрами
То же
Наиболее экономичны для подач до 100 м8/мин, обеспечивают получение высоких давлений
Экономичны, обеспечивают получение высоких давлений
Компактность, малаяметаллоем
кость. сравнительноравномерная
подача
Компактность, надежность, экономичность, быстроходность, равномернаяподача.
В воздухе ие содержитсямасло
Высокаянадеж
ность, быстроходность. В воздухе не содержится масло Высокаяэконо
мичность, надежность, быстроходность. В воздухе практическиие
содержится масло
Большие размеры, масса и металлоемкость; неравномерность подачи: в сжатом воздухе содержится масло
То же, что и у поршневых. но в воздухе не содержится масло
Низкая экономичность, большой износ рабочих механизмов
Сложность изготовления
Неэкономичны для подач менее 200 м/мин
Большая область неустойчивой работы. Неэкономичны для подач ниже 400 м3/мин
Сравнительные данные для выбора системы управления
Критерий сравнения
Система
пневматическая
гидравлическая
электрическая
Общий КПД силовой системы
Потерн энергии при передаче
Максимальная скорость передачи сигнала
Размер систем: логическ их
Редко превышает 30 %
Меньше, чем в гидравлической
До 360 м/с
Меньше чем у гидравлической, сравнимы с размером электроконтактно й
Менее 70 %
Большие
1000 м/с
Большой
Менее 90 %
Наименьшие
300 000 м/с
Наименьший при электронных
силовых
Как правило, больше, чем гидравлической
Наименьший прн высоком давлении
Большой по сравнению с гидравлической и пневматической
Скорость исполнительных механизмов
Высокая
Ниже, чем у пневматических и электрических
Ниже, чем у пневматической
Плавность перемещений и точность останова в
любом положении
Практически ие обеспечивается без применения специальных устройств
Высокая и легко регулируемая
Лучше по сравнению с пневматической, но хуже, чем у гидравлической
Удары в конце хода
Сравнительно большой удар. Обычно демпфирующие устройства встроены в цилиндры
Практическиотсутствуют
Сравнительно большой удар. Необходима установка демпфирующих устройств
Чувствительность к пе-
При значительных перегруз-
То же, что и у пневматической, но перегрузки вызывают повышенный нагрев жидкости и расход энергии
До 100
До 5-10®
Чувствительна. Длительные перегрузки вы-
регрузкам исполнительных механизмов
Логические элементы: частотныех ар акте-
ристики, Гц
срок службы, цикл
ках останавливаются без поломок
Высокого давления до 40, среднего до 18, низкого до 250
Высокого давления (10—20) 10*, среднего (1 — 10) 10% низкого св. 10®
водят из строя двигатели
Электроконтактиая до 200, электронная до 10?
Электроконтактиая 5*10®—2*10®, электронная — практически неограничен
Продолжение табл. 1.10
Критерий сравнения
Система
пневматическая
гидравлическая
электрическая
стоимость, руб.
Высокого давления 4—-12, среднего 1—4, • низкого 1 — 2,5
8 — 20
Э лектроконтактная 1,5—17, электронная 0,5—12
размер
Низкого давления меньше по сравнению с системами среднего и высокого давления
Больше по сравнению с пневматической
Электроконтактиая сравнима с пневматической, наименьший у электронной
Время срабатывания выходных устройств
0,02—0,1
0,06 — 0,1
0,05—0,15
Пожаро- н взрывоопасность
Применима для работы в пожаро- и взрывоопасных условиях
Пожаро- и взрывобезопасна при использовании в качестве рабочей среды негорючих жидкостей
Требуется применение устройств в пожаро- и взрывобезопасном исполнении, что увеличивает стоимость в 2— 3 раза
Влияние запыленности н влажности окружающей среды
Практически ие влияют на работо спо собность
Приводят к загрязнению рабочей жидкости при разгерметизации бака. Требуется периодическая замена рабочей жидкости
Влияет на работоспособность. Требуется специальное исполнение аппаратуры
Влияние магнитных полей
Не влияют иа работоспособность
Могут в ызвать ложные срабатывания
Влияние концентрирующего излучения
Может вывести из строя устройства, содержащие резинотехнические изделия
Выводит из строя элементы, нарушает свойства изоляционных материалов
Накопление энергии
Обеспечивается установкой простых емкостей
Обеспечивается установкой достаточно сложных и громоздких гидропневмоаккумуляторов
Обеспечивается установкой громоздких электрических аккумуляторов
Монтаж, демонтаж и эксплуатация линий передачи энергии
Не вызывает трудностей. Возвратные трубопроводы обычно не требуются
Гораздо сложнее, чем пневмосистем, так как при негерметичностивытекшее
масло загрязняет рабочее помещение и создает опасность взрыва. Возвратные трубопроводы необходимы
Не вызывает трудностей, однако имеется опасность поражения током при повреждении изоляции
I
установить воздухосборник, объем которого в 25—40 раз превышает объем цилиндра компрессора. Для компенсации пиковых расходов в момент одновременной работы наибольшего числа потребителей объем воздухосборника необходимо принимать*большим, от 1/120 до 1/60 часовой производительности компрессора. Приведенные данные являются ориентировочными. Более точно, применительно к конкретным условиям, объем воздухосборника можно определить расчетом [5]. Назначение, технические требования, основные параметры и размеры воздухосборников приведены в ГОСТ 9028—76 и в работе [4].
СРАВНИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА ПНЕВМАТИЧЕСКИХ
И ДРУГИХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ
При автоматизации технологических процессов и оборудования проектировщик часто сталкивается с проблемой выбора оптимальной — по заданным условиям — системы управления (СУ) и устройств для ее реализации. Для выбора СУ можно использовать данные табл. 1.10.
Пневматические СУ значительно уступают по скорости передачи сигналов электрическим и гидравлическим СУ, но превосходят по сроку службы электро- контактные и электрогидравлические. Гидравлические СУ превосходят электрические и пневматические по точности и диапазону регулирования скорости исполнительных механизмов. Для более полного использования достоинств различных устройств автоматики в СУ целесообразно в ряде случаев сочетать пневматические устройства с гидравлическими или электрическими. Так, недостаточные плавность перемещения пневматических исполнительных механизмов и уровень передаваемой мощности могут быть устранены применением пневмогидравлического привода, а недостаточную скорость передачи пневматического сигнала, особенно при большой протяженности цепей управления, можно при необходимости компенсировать использованием электропневматических и электронных СУ.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Бурдун Г. Д. Справочник по Международной системе единиц. М.: Издательство стандартов. 1977. 232 с.
Герц Е. В., Крейнин Г. В. Расчет пневмоприводов. М.: Машиностроение, 1975. 272 с.
Кириллин В. А., Сычев В. В., Шейндлин А. Е. Техническая термодинамика. М.: Эиергия, 1974. 447 с.
Правила устройства и безопасиой работы сосудов, работающих под давлением. М.: Металлургия, 1971. 80 с.
Френкель М. И. Поршневые компрессоры. Теория, конструкции и основы проектирования. Л.: Машиностроение, 1969. 744 с.
Pneumatic Handbook. 4 th edition. Trade and Technical Press Ltd., Morden, Surrey, England, 564 p.
Глава 2Глава 2ПНЕВМОДВИГАТЕЛИПНЕВМОДВИГАТЕЛИ
Глава 2
Глава 2
ПНЕВМОДВИГАТЕЛИ
ПНЕВМОДВИГАТЕЛИ
В пневмодвигателях энергия сжатого воздуха преобразуется в энергию движения выходного звена. Они предназначены для приведения в движение рабочих органов машин, выполнения различных вспомогательных операций и т. п. Различают пневмодвигатели с поступательным движением выходного звена; поворотные с ограниченным углом поворота выходного звена; пневмодвнгатели с неограниченным вращательным движением выходного звена (пневмомоторы).
Основные типы пневмодвигателей, их назначение и области применения приведены в табл. 2.1 [I—13].
Пневмодвигатели с поступательным движением выходного звена разделяют на поршневые, мембранные, сильфонные, камерные и шланговые. Наибольшее распространение получили поршневые пневмодвигатели, которые называют также пневмоцилиндрами. Различают двухпозиционные и многопозиционные двигатели.
Поворотные пневмодвигатели могут быть поршневыми или пластинчатыми. Пневмомоторы по конструктивным признакам разделяют на поршневые, мембранные, пластинчатые, винтовые и турбинные (см. табл. 2.1).
Остановимся подробнее на некоторых наиболее распространенных типах двигателей.
ПОРШНЕВЫЕ ПНЕВМОДВИГАТЕЛИ
В пневмоцилиндрах происходит преобразование потенциальной энергии сжатого воздуха в механическую энергию поршня.
В пиевмоцилиидрах одностороннего действия давление сжатого воздуха действует на поршень только в одном направлении, в другую сторону поршень со штоком перемещается под действием внешних сил (рис. 2.1) или пружины (рис. 2.2). Такие пневмоцилиндры с пружинным возвратом обычно используют для выполнения небольших перемещений (0,8—1,5) D, так как встроенная пружина, сжимаясь, значительно снижает усилие, развиваемое поршнем.
В пиевмоцилиидрах двустороннего действия перемещение поршня со штоком под действием сжатого воздуха происходит в двух противоположных направлениях. Пневмоцилиндры этого типа нашли наибольшее применение в промышленности. В зависимости от предъявляемых требований их различают как по конструктивным параметрам, так и по схемам соединения с пневматической системой и атмосферой.
Пневмоцилиндры двустороннего действия изготовляют с ходом поршня от нескольких миллиметров до 6—7 м. Ход поршня следует принимать из ряда по ГОСТ 6540—68. Пневмоцилиндры с ходом поршня более (8—10) D обычно изготовляют по индивидуальным заказам, так как для обработки гильз цилиндров и штоков необходимо специальное оборудование.
На пиевмоцилиндры двустороннего действия без торможения (рис. 2.3, а) и с торможением (рис. 2.3, б) диаметром 25—400 мм разработан и утвержден
Основные типы пневмодвигателей, их назначение и области применения
Таблица 2.1
Двигатели
Схема двигателя
Область применения
1. Пневмодвигатели с поступательным движением выходного звена Поршневые (пиев- моцилиндры) Одностороннего действия
1
Подъемники и механизмы, в которых движение в одну из сторон производится под действием внешних снл или собственного веса. Величина перемещений до (8 — 10) D и усилий до 30 кН
Одностороннего действия с пружинным возвратом
Зажимные, фиксирующие, переключающие и другие устройства. Величина перемещений до (0,8 —1,5) D и усилий 0,04 — 6 кН
Дву сторон него действия с односторонним штоком
1_
Транспортирующие, погрузочно-разгрузочные, зажимные и другие устройства. Величина перемещений до (8 — 10) D н усилий до 45 кН
... 1
Двустороннего действия с двусторонним штоком
1L
Устройства с требованиями равенства развиваемых усилий в обе стороны или управления конечными выключателями с нерабочей стороны штока. Величина перемещений до
(8 — 10) D и усилий до 30 кН
1
1
1
Сдвоенные (одно- илн двустороннего действия)
Зажимные устройства с ограничением радиального размера цилиндров. Величина перемещений до (0,8 —1,5) D и усилий до 60 кН
1
Телескопические (одно- нли двустороннего действия)
1 J7I ,
Устройства со значительной величиной перемещения рабочего органа при ограниченном осевом размере цилиндра в исходном положении
30
Продолжение табл. 2.1
Двигатели
Схема двигателя
Область применения
М ногопозиционные пневмоцнлиндры: двухпоршневые
г1--1
11
Устройства позиционирования, переключения передач и другие. Обеспечивают несколько фиксированных положений рабочего органа
однопоршневые с отверстиями в гильзе
*
L
миогопоршие- вые
1I1
5
Зе
Пневмоцилиндры со встроенным ресивером
1 L Г
Прошивочные, штамповочные, маркировочные, чеканочные н другие устройства. Обеспечивают высокую скорость в одном или обоих направлениях
Пневмоцилиндры с гибким штоком
11
Транспортирующие устройства со значительными перемещениями и требованиями к минимальному размеру цилиндра. Величина перемещений до 200 и усилий до 45 кН. Трудно обеспечить уплотнения гибкого штока.
2—ILJ—
Вращающиеся пиевмоцилиндры одно- нли двустороннего действия: с полым и сплошным штоком
LyiE
Зажимные устройства станков для обработки пруткового материала и штучных заготовок
сдвоенные
То же, при необходимости обеспечения усилий зажима свыше 45 кН или ограничении размера по диаметру цилиндров
1 Мембранные (одно' или двустороннего t действия) ^
f
Устройства зажимные, фиксирующие и другие с ограниченной величиной перемещения 0,1£>м для плоских мембран и 0,25£>м для мембран с гофром. Величина усилий до 30 кН
31
Продолжение табл. 2J
Двигатели
Схема двигателя
Область применения
Сильфонные
В датчиках и специальных устройствах с небольшой величиной хода и усилий
Камерные
Для зажима деталей в нескольких точках. Обеспечивают постоянное усилие зажима при изменении размера деталей
Шланговые
Транспортирующие устройства со зиачительиой величииой перемещения (до 10 м н более, при небольших перемещаемых массах)
2. Поворотные пневмодвигатели Двухпозиционные поршневые
Автоматические манипуляторы и загрузочные устройства; угол поворота обычно до 360° (в специальном исполнении до 1800°), крутящий момент до 20 кН'М
ГП И
шиберные
Угол поворота до 300°; крутящий момент до 500 Н-м
М кого позиционные (поршневые н пластинчатые)
Устройства позиционирования станков и манипуляторов при небольших углах поворота
3. Пиевмомоторы Шестеренные
Приводы транспортеров, лебедок, комбайнов, сверлильных машин в угольной и горнорудной промышленности
1
32
Продолжение табл. 2.1
Двигатели
Схема двигателя
Область применения
Аксиально-поршневые
Приводы ручного инструмента, сверлильных головок и других устройств
Радиально-поршневые
ri
Приводы лебедок, конвейеров и других устройств во взрывоопасных помещениях, а также сверлильных машин с относительно высоким крутящим моментом
Мембранные
Приводы трубопроводной арматуры клапанного типа
Пластинчатые *
До
Ручной инструмент, сверлильные и резьбонарезные головки, гайковерты и другие устройства
Винтовые
Приводы конвейеров, транспортеров и других машин
ITурбинные
<Н~
ГМ3
Приводы шлифовальных головок
Примечание. Усилие и крутящий момент указаны при рабочем давлении 0,63 МПа; D — диаметр поршня цилиндра; DM — диаметр мембраны.
33332 Е. В. Герц и др.
33
33
Рис. 2.1. Пневмоцилиндр одностороннего действия без пружиныРис. 2.1. Пневмоцилиндр одностороннего действия без пружиныРис. 2.2. Пневмоцилиидр одностороннего действия с пружинным возвратомРис. 2.2. Пневмоцилиидр одностороннего действия с пружинным возвратом
Рис. 2.1. Пневмоцилиндр одностороннего действия без пружины
Рис. 2.1. Пневмоцилиндр одностороннего действия без пружины
Рис. 2.2. Пневмоцилиидр одностороннего действия с пружинным возвратом
Рис. 2.2. Пневмоцилиидр одностороннего действия с пружинным возвратом
ГОСТ 15608—70. Стандарт предусматривает изготовление пневмоцилиндров со следующими видами крепления: на удлиненных стяжках, на лапах, на переднем и заднем фланцах, на проушине и на цапфах. Стандартом также предусмотрено исполнение штоков с внутренней и наружной резьбой на конце и отверстий для подвода воздуха с метрической и конической резьбой.
Пневмоцилиндры по ГОСТ 15608—70 серийно изготовляют Орджоникидзевский опытный завод пневмооборудования и ряд заводов отраслей машиностроения. В помощь предприятиям, изготовляющим пневмоцилиндры, ВНИИГид- роприводом разработан альбом чертежей [15].
Основные параметры пневмоцилиндров по ГОСТ 15608—70 приведены в табл. 2.2. Теоретическое усилие на штоке определено как произведение избыточного дав
ления на площадь поршня (толкающее) или на разность площадей поршня и штока (тянущее). Конструкция поршневого пневмоцилиндра с двусторонним штоком приведена на рис. 2.3, в. Сдвоенные пневмоцилиндры. В том случае, когда диаметр пневмоцилиндра
ограничен из-за недостатка места, рекомендуют использовать два цилиндра или более последовательно соединенных между собой и работающих на один шток. В результате этого усилия сжатого воздуха, действующие на поршни, склады-
Диаметр, мм
Усилие на штоке, Н
Q
&
S ч S СГ
а
о а
Теоретическое
Действительное (не менее)
толкающее
тяну-
толкающее
тянущее
толкающее
тянущее
толкающее
тяну-
Давление, МПа
0,63
1,0
0,63
1,0
25 32
40 50
63 80
100 125
160 200
250 320 360
400
10
■10
12
16
16
25 25
32
40
50
63
80 80
90
310
500
790
1 250
1 960
3 170
4 950
7 730
12 670
19 790
30 920
50 660
64 120
79 160
260 450 720
1 110
1 830 2 860
4 640
7 230 И 870 18 560 28 960 47 500 60 960 75 150
490
800
1 260
1 960
3 110
5 030
7 850
12 270
20 110
31 420
49 090
80 420
101 780
125 660
410 720
1 140
1 760 2 910 4 540 7 360
И 470 18 850 28 460 45 970 75 390 96 760
1 19 300
240
400
630
990
1 560
2 780
4 350
6 800
11 650
18 200
28 440
46 600
60 910
75 200
200
360
570
880
1 460
2 510
4 080
6 360
10 920
17 070
26 640
43 700
57 910
71 390
390
640
1 000
1 560
2 480
4 420
6 900
10 790
18 500
28 900
45 160
73 980
96 690
119 370
320
570
910
1 400
2 320
3 990
6 470
10 090
17 340
27 100
42 290
69 350
91 920
113 330
Таблица 2.2
Техническая характеристика пневмоцилиндров (ГОСТ 15608—70)
Рис. 2.3. Пневмоцилиидры двустороннего действия:
в — без торможения; б — с торможением; в — с двусторонним штоком; е -*
2*35
■^ я я
Я Я ba
Яс Я
S ^p to
to о 2 w У я -
о
я
to я я и
Я
О со яё
to
я
о ч to to
я to
to to Я Е
я о
о
х
я я
= Я
2 Яс Н
*о 5.
X о ja to
я
to X
Я о
я
2 to Ьа
-я to О Я to Я я Е <т>
to
я о со
to
ел
а
to о
Я
я о СО я я я о я to
о to
to =3W о г=
Е я to to Е to
я bl я я >3
Я
Я ^5
О Ч О
о
о
to X * to
я § to
я< о
to to
>3я
я
я
я to to >з
to
to
я to
я
о
Я Я
g5^
я . 2
о
я ч я я я
to
to СС
я
я Е X
to X я я
3
to о х to я
to Е to 5 Е to 2 о я
to О X * §N
я я
Я to сл о
Я -
bi
Я
о>
to ч to bi Я
а я
я я >з
о я я о ч о
я to 5
я to ч to
О я to со to Я я
я to bl о
я о со Я
о я
я
я я to to 2 О а я
я я >
о о 2 я я to я я to 2
ta to
to X
X to 2 Е о о to
я
—' я я
to
о
X
О
о-о
я о х со со to а я
СК е
to
Я
X
№
to to
Я
я to
to
со я а
я о
я о to я
о я
to со
to
E
КсЯ
2 to ч to
Е я я
Яс^
я to № to
я я о
to
я
я to to
2 о
я to bl
я
Йо О
toto V Я
<^х о
СО 2 to
СР о 03 Яс*О
СО
Xto
to Е Я о ч to to
Е я я я >3 to bi to
я я to №
2 о
я я о я
я bl я я >3
о to to Я я Е X
о to
о
to СО bl Я я
я о bl о
X я я to № 2 о я я bl я я >3
to я я »
о to
>3 bl и
я о
to Е о о X to я
я bl
я
>5
to
со to
* я
2 я о Яс
Я Е я о bl я to я
>3 to § to
to
8
>3
я о я о
я
я я
О
я о о ч to
2 о * я о
to
to
О
to ок о
я я
Я о Я О
я со О to to
я о bl о
to я я я
to
№
я to
to
to Е to
3
Е to о Е я X о я
я
о
я я to
о
to я я to
>з to Я Я Я
)я to to
to Я Я Я
я to
to X §
Я Е X
я to Я to
to to 4 О 2 to ч я
to о Я О to
О
to
to я я to
со to я я
tr
о о о Ок Е to to
я
о
to
2 о о
to
о
я to to
Я
Ок to о
Е ч о
X о я
5 я о bi о о
cr
я ч to
Я^х
Я
Я О )я to
to о £ to ч о ч о
to о со
>3
to Е ок
to о Е to to to
о Я
to
to
to
О о
Я
я bl я я ta
о Ч to я to
bi to to a x я to
3
я о bl Е 2
X to
Я
to я to
to
о
to
Е Яс
to О со
Я я to я 2 О
я bl я
оя
to to я я я
X
я bi
я
оя
я о
х о я о
to )я
О ч to
я о со to о bl я to
я
оя
о Я to ч я
^х s to
>3
to
Я
to >з О X
to я я ч to Ьз
Н я
о bl о о
о
to я £st ьо о 7*3=
to Е to to
Е ч о
X о и о ЯС
я
Ок to о
Е
о X о я о
to )я О X
to я я
to
я
о to
о
О Яс О
о я о to to я
x to
Я co
2 to
Я
2 о о
to
о bl о о
to bl я
я
я to
я я я bl я я >3
о bi
Е
2
я
to
Е ч о X о 2
я № to >3 to я to
я я
X
3
СО
Я Я ч to
я я о
о
о
о ЯС о
to to
Е to
я я о to о 2
я bl to я to я
Е
to
3.2
о X о to о яс
я о bi о о
я to я
bi
я to Я to
to
о ок я
я о
о
я я
я to to
to 4
2 о
я я я
я to
о X о >3 я
я о
я to я to bl
tn
о ч я
to
to
to
Е
о X о to
5
Я О Ьз О о
о ЯС
to Со
я я to to
о )я to О )я to
to О со ta
X to
я
о * to
О
to
to о Я
to )я
О
X
Яе*О
to о со >3
to
>3 to bl
to Е to
Е ч о я to
to
to
Е
5 toясЕ
о Я
>3 to ЯС о й
я
я
to
о
to Я
(D X н я
Я
х
со to
я to
to
я я to to
о ч о to о я
я я
о я о я
о я
о есг
я я
X
я о
to со * Я 2 >з to
to bi Я
я
я о bl о о
я о
to со
Я to Я to
Я to Я to
Я to Я to
К
о 2
Е
Я
Сл
bi
to ЯС
я
я я to
о О' to о я to я я № to to
я
to о я
to )я to
Я
я я bl я я >3
X
to
to со
to
to
Я to Я to bi
о
* to ч
Е я=
и о со
>3
X
я о
Я
2
я о
Е Е ок §
я to
to со
Е я я
О ч to Я я Е
я я о to
S«E
я
to о я
S to
to )я О X
№ о Со >з
X
to
Я со
tr
to X
О 1 >з
Я О ч о
X to я to bi to
ЯС
X bi to я to я
о
2 to ч Я о
to
я
СТ) -
5
to Я я ч to
я я о to
о
о Яс о
toо
я я to to 2 о к я
я я >3
Я to о я
о
о
Я
о я я to ч о
я bl я я >3
о
о
я bi о Е я сг 2
Е ч о
к С*
S 2
о о О'
Я
яя>3
я
>3 to Яс о
E
я о >3
Я О to о ч о
2 to ч to
to № О X
Я
>з
to Е to 5 Е
я to г> я
я Я
to
о о о ч я о Е to я я
я я to я 2 о
я bl я я >3
О
ел
CD.
СО
Q) Ч
О Яс
X о я о
to to 5 ч о я
" Я
Ок я
Е to to 5
о
о
о я bi о Е я Е 2
я bi я
я
О >3 to о to Я Я E to
to со Ja to bi Я 5
я to bi to
Я to
я to
о b to
— lx СО^
я X
я
я о я о о о
«Е о?
2 о а S ь S я )а
E
to
Я to
Я
о я to
я Е X
я
to Я я Яс
о
о
2 to Я и 5
Оо^L д
о я to -о
Я to
Я to ч О Я
О я О
я
2 о
х
to to
Я
Я to to to Ч о а
Я g я я to я я to
о 2 to
Е ч о X to
я я
О 2 to £
о
>3bl
ок я
я
я о b
Я И
О >3 to о to Я Я о ч о
я ? to Ьр* я .^
я я b я я >
Й
я 2 to to
я о bi Е 2
Е ч о X о 2
со to № Я о Я 2 О о
Я
О
я о Я О Ь1 Я to Я я я
5 S я to
Я Я
Е
о >3 я о о
о
о я я to ч о
о я to
я о
to to О
я to to
я Е X
я
>3
я X
Е to о
to bi я 5 S я X со to
Я 2
Е
я
Е
№
Я to
о Я bi Я to
я я
я о яс
X
со О to to Я Е
я о
я я to № 2 о
я bl я я >3
to о ч to to
о
bl о я о ч о
я
я to о >3 to
я bl я я >з
Е Е
X
to
Я
3 s о о
Я ОК hl я со Я ч to bi Я я о
to
X о 2 о >3 я о to я
2 to b Я со О to to Я Я Е to >3 to ч to bi Я
я b я я >5
ОСО
to
Я
to
>3о
to № Ьэ to Я to
я to
Я
о
to со
о»
p/^j
s
В
s
S
СП
я © ь
я ь © Е X
X ь X X > 13 Е
о 13
У Е У 5 Е 3 о п X
о ©
а к о и S ©
Е ч © X ы 2 S
Диаметр, мм
Усилие, развиваемое цилиндром, Н
Максимальная частота вращения цилиндра с-1 (об/мии)
цилиндра D
штока
одинарным
сдвоеииым
одинарного
сдвоеииого
Толкающее
Тянущее
Толкающее
Тянущее
Давление воздуха, МПа
0,40
0,63
0,40
0,63
0,40
0,63
0,40
0,63
100
25
2 750
4 350
2 600
4 050
50 (3000)
50 (3000)
125
4 300
6 800
4 150
6 500
160
32
7 400
И 600
7 100
И 200
14 100
22 050
13 800
21 800
200
И 500
18 200
И 200
17 700
22 300
35 250
22 000
34 800
41,7 (2500)
250
320
45
18 000
28 400
17 400
27 500
35 000
55 400
34 400
54 400
41,7 (2500)
33,3 (2000)
29 600
46 600
29 000
45 600
57 500
86 350
57 600
90 600
33,3 (2000)
Таблица 2.3
пневмоцили ндров
05
Рис, 2.5. Поршневые позиционеры
иа рис. 2.5, г. Шток цилиндра 1 закреплен, а шток цилиндра 2 является исполнительным. При подаче сжатого воздуха в бесштоковую полость цилиндра /, исполнительный шток перемещается вместе с корпусом цилиндра /, а при подаче сжатого воздуха в бесштоковую полость цилиндра 2 исполнительный шток перемещается в следующую позицию. Таким образом обеспечиваются три фиксированных положения исполнительного штока. Несколько иная конструкция позиционера (рис. 2.5, д), представляющего собой трехпозиционный пневмоцилиндр. Здесь среднее положение штока обеспечивается при подаче сжатого воздуха в оба воздухоподводящих отверстия / и 2, при соединении подводного отверстия 1 с атмосферой шток втягивается, а при соединении отверстия 2 с атмосферой и отверстия / с источником давления шток выдвигается.
Пиевмоцилиндры с гибким штоком. На рггс. 2.6 показан пневмоцилиндр, в котором шток выполнен из стального троса 2 с нейлоновым покрытием. Цилиндры этого типа позволяют получать большую длину хода, так как исключается деформация штока, свойственная цилиндрам с большими ходами. Трос 2 прикреплен к поршню 3 цилиндра и переброшен через ролики /, установленные в крышках цилиндра. Для уплотнения поршня и троса служат манжеты V-образного типа. К концам троса прикреплена каретка 4, служащая для соединения с перемещаемыми механизмами. Пневмоцилиндры с гибким штоком можно применять для различных операций перемещения, хонингования, шлифования, полирования и т. п., особенно в том случае, когда ограничено место для выдвижения длинного
штока.
Пневмогидравлические цилиндры. Для получения стабильной скорости перемещения штока, что особенно важно в приводах подач режущего инструмента
станков, применяют пневмогидравлические цилиндры (рис. 2.7), состоящие из двух цилиндров: пневматического 1 и гидравлического 2. Сжатый воздух подается в пневмоцилиндр, поршень которого через шток передает усилие на поршень
Рис. 2.6. Поршневой пневмоцилиидр с гибким ШТОКОМ
гидроцилиндра; последний, перемещаясь, выдавливает масло из одной полости в другую по трубопроводу 3. Скорость перемещения поршней регулируют дросселем с обратным клапаном 4. Скорость регулируется только при прямом ходе. Для предотвращения перетечек воздуха в полость гидроцилиндра, а масла в полость пневмоцилиндра, в промежуточной общей крышке рекомендуется предусматривать дренажные отверстия, облегчающие выход воздуха и масла, перетекающих через уплотнения штока, н позволяющие обнаружить утечки.
Ударные пневмоцилиидры. В промышленности нашли применение следующие типы ударных пневмоцилиндров:
одностороннего действия со встроенным ресивером (рис. 2.8, а), со встроенным ресивером, концентрично расположенным, и золотниковым распределением (рис. 2.8, б); двустороннего действия (рис. 2.8, в).
Конструкция ударного пневмоцилиндра со встроенным ресивером [17] показана на рис. 2.8, г. Цилиндр имеет ресивер /, поршень 3 со встроенным клапаном, бесштоковую 2 и штоковую 4 полости. В исходном положении поршень давлением воздуха в штоковой полости прижат к седлу, закрывая доступ сжатого воздуха из ресивера в бесштоковую полость цилиндра. До начала хода поршня бесштоковая полость соединена с атмосферой через клапан. Для выполнения движения необходимо штоковую полость цилиндра соединить через клапан с атмосферой. В ресивере, предварительно соединенном с магистралью, давление равно магистральному.
Движение поршня начнется тогда, когда давление в штоковой полости упадет до уровня, близкого к атмосферному. На начальном участке хода давление в бесштоковой полости поддерживается близким к магистральному, а в штоковой полости продолжает уменьшаться, приближаясь к атмосферному. На этом участке хода обеспечены нанлучшие условия для разгона поршня и связанных
с ним частей механизма: магистральное давление по одну сторону поршня и атмосферное по другую. Вследствие этого поршень быстро разгоняется до скорости 4—7 м/с. При дальнейшем движении поршня давление в ресивере и бесштоковой полости падает, а в штоковой начинает возрастать. Скорость поршня уменьшается, ход заканчивается сравнительно плавно, без удара о переднюю крышку. Для возврата поршня в исходное положение сжатый воздух подают в штоковую полость цилиндра, а ресивер соединяют с атмосферой.
В пневмоцилиндре со встроенным концентрично расположенным ресивером (см. рис. 2.8, б) рабочая полость сообщается с резервуаром посредством кольцевой щели 1 в гильзе цилиндра. В исходном положении поступлению сжатого воздуха из ресивера в рабочую полость препятствует уплотнительное кольцо 2 и воздух поступает только через дроссель 3. Когда поршень сдвигается с места и открывает щель /, то через нее поступает воздух и поршень-цилиндра разгоняется.
Рассмотренные типы ударных пневмоцилиндров обеспечивают высокую скорость движения поршня только в одном направлении. Показанный на рис. 2.8, в ударный пневмоцилнндр имеет высокую скорость перемещения поршня в обоих направлениях. Но в отличие от пневмоцилиндра, изображенного на рис. 2.8, а, в нем нельзя обеспечить эффективное торможение в конце хода из-за большого объема вредного пространства выхлопной полости.
Расчет пневмоцилиндров подразделяют на проектный и поверочный. При проектном расчете по заданной нагрузке, магистральному давлению, массе перемещаемых деталей, скорости перемещения поршня определяют диаметр поршня, штока и подводящих отверстий, расход воздуха и пропускную способность пневмолинии [6]. При поверочном расчете [3, 6] определяют время срабатывания пневмоцилиндра и возможность торможения поршня (для цилиндров с торможением).
Пневмоцилиндры в зависимости от характера применении условно разделяют на две группы: 1) зажимные цилиндры (подпружинивающие, фиксирующие, прижимные и др.), которые обеспечивают передачу заданного усилия после завершения хода или при весьма малых перемещения поршня с «ползучей» скоростью, и 2) транспортирующие цилиндры, развивающие требуемое усилие на всем пути перемещения поршня.
Диаметр поршня зажимных цилиндров без учета их быстродействия определяют, исходя из заданного усилия Р2 (при зажиме или транспортировании).
Результирующая сила, преодолеваемая силами давления, в общем случае равна сумме значений вредного Рг (сила трения), полезного Р2 сопротивления, веса Р3 поршня и перемещаемых частей привода (при вертикальном положении цилиндра), а также силы Ро предварительного натяжения пружины
Р- Р1+ Р2+ ^з+ Ль
Диаметр зажимного цилиндра одностороннего действия без пружины
V 0,9Рм —Ра ’~
где Рм — минимальное абсолютное давление в магистрали или на выходе редукционного клапана; ра—атмосферное давление.
Диаметр зажимного цилиндра одностороннего действия с пружинным возвратом
К 0,9Рм-Ра ’
где сц — жесткость пружины; s — ход поршня. Здесь для создания запаса принято, что усилие зажима создается при давлении 0,9рм. При вертикальном положении зажимного цилиндра нужно учитывать вес Р3.
Иногда силу трения учитывают посредством коэффициентов, как это показано ниже, при расчете транспортирующих цилиндров.
Диаметр транспортирующего цилиндра определяют по следующим формулам:
для горизонтально расположенных цилиндров
П = ХЛЗ К ХРм(1-М ’
для вертикально расположенных цилиндров
П _ 1 13 1/^2+^3
где ^ — безразмерный параметр нагрузки; #ТР — коэффициент, учитывающий потери на трение в цилиндре.
Ориентировочные значения &ТР для различных величин полезной нагрузки при уплотнении манжетами по ГОСТ 6678—72 и магистральном давлении 0,5 0,6 МПа приведены ниже:
D. «НПп П.6Л 0.60—6.06,0—2525 — 60
а2 0 5-0 20,2-0,120,12-0,080,08-0,05
тр’
Большие значения &тр принимают для меньших диаметров пневмоцилиндров. Безразмерный параметр нагрузки
Р
РмР ’
где F — площадь поршня.
Для транспортирующих пневмоцилиндров оптимальное значение % — 0,44- 4-0,5, при Х> 0,5 время срабатывания цилиндра значительно возрастает, малые значения X (~0,1—0,2) свидетельствуют о неэффективном использовании пневмоцилиндра, но могут быть необходимы для получения максимальной скорости срабатывания [3, 6].
Максимально допустимые значения Хшах
рМПа 0,30,40,50,6-1,0
у'. .0,60,650,70,75
Расчетное значение диаметра поршня округляют до ближайшего по ГОСТ 6540—68 значения. Рекомендуется округлять в большую сторону, однако, если расчетный диаметр поршня отличается от стандартного не более чем на 5^, то можно принимать меньшее значение. По полученному расчетному диаметру и ГОСТ 15608—70 определяют основные конструктивные параметры пневмоцилиндра.
При расчете специальных пневмоцилиндров основные конструктивные параметры выбирают следующим образом. Ход поршня определяется в основном требуемым значениям перемещения рабочего органа, детали и т. п., но при выборе максимального хода следует учитывать технологичность изготовления гильзы и штока, устойчивость штока в максимально выдвинутом положении и др. Максимальное значение хода пневмоцилиидров двустороннего действия рекомендуют ограничивать 8—10 диаметрами поршня. Если требуется ход, значение которою превышает десять диаметров поршня, то необходимо рассчитать шток на Устойчивость, определяя по формуле Эйлера критическую силу, выводящую шток из устойч ивого положения
кр “ (иОа *(
где Е — модуль упругости материала штока; /щщ — минимальный момент инерции сечения штока; I—максимальная длина выдвинутой части штока; р— коэффициент приведенной длины, зависящий от способа закрепления стержня и места приложения сжимающей нагрузки.
Если шток не соединен с нагрузкой, то он работает как стержень, жестка’ закрепленный одним концом, и ц = 2. При соединении штока с нагрузкой и перемещении нагрузки по направляющим допускаемая критическая сила возрастает, так как в этом случае шток работает как стержень, закрепленный с двух сторон, для которого р, имеет меньшее значение и лежит в пределах 0,5—2 в зависимости от способа закрепления конца штока и вида направляющих [14].
Диаметр штока D^ определяется условиями его прочности в наиболее опасном сечении и возможным выходом его из устойчивого положения:
где Р — максимально возможное усилие на штоке; [гР] — допускаемое напряжение материала штока на разрыв.
Определив диаметр штока в наиболее опасном сечении, конструктивно выбирают способ крепления и посадочный диаметр под поршень. Искомый диаметр штока принимают несколько большим посадочного диаметра, округляя его до* ближайшего по ГОСТ 6540—68 значения.
Диаметр присоединительных отверстий цилиндров определяется скоростью^ перемещения поршня, объемным расходом, размером крышек и т. п. Существуют рекомендации по выбору диаметра dn этих отверстий в зависимости от диаметра поршня D; для максимальной скорости поршня 0,3—0,5 м/с принимают dn = = 0,ID.
Так как предельные скорости движения поршня на практике встречаются сравнительно редко, нет необходимости во всех случаях устанавливать трубопроводы и соединения номинального размера. В некоторых случаях этот размер можно уменьшить, что даст экономию металла.
Расход воздуха, приведенного к нормальным условиям, определяют по следующим формулам:
для цилиндра одностороннего действия с бесштоковой рабочей полостью
Q = 0,78502$-^.^;
Ра
для цилиндра двустороннего действия
Q - 0,785 (2D2 — D^s — n., хРа Д1
где пд—число двойных ходов.
Заданный закон движения поршня пневмоцилиндра (например, плавное нарастание скорости, безударный останов в конце хода, равномерное или равноускоренное движение и т. п.), заданное быстродействие или минимальные размеры цилиндра обеспечиваются выбором диаметра поршня, проходных сечений напорной и выхлопной линий, начального объема полостей пневмоцилиндра и др.
Методика выбора параметров цилиндров двустороннего действия для безударного останова и высокой скорости перемещения поршня из условия обеспе- чения^ заданного или наибольшего быстродействия приведена в гл. 11 ив ра-
Методика выбора параметров цилиндров одностороннего и двустороннего действия для обеспечения закона движения с плавным нарастанием скорости перемещения поршня до конца хода или для его движения с торможением в конце хода приведена в работах [3, 5, 6, 13].
Методика выбора параметров различных пневмоприводов с установившимся и неустановившимся движением поршня рассмотрена в работе [6].
Время срабатывания пневмоприводов с выбранными или заданными параметрами рассчитывают по методике, приведенной в работах [3, 6] и гл. 11.
Методика расчета пневмоприводов с торможением (со встроенными в крышки или установленными на трубопроводах тормозными устройствами) приведена в работах [6, 12], а ударных пневмоцилиндров — в работах [5, 13].
МЕМБРАННЫЕ ПНЕВМОДВИГАТЕЛИ
Мембранные пневмодвигатели применяют в зажимных, фиксирующих, переключающих, тормозных, прессующих устройствах станков, прессов, сварочных и других машин, в приводах арматуры с тяжелыми условиями работы, обусловленными загрязненностью окружающей среды, низким качеством очистки сжатого воздуха от механических частиц и влаги. Преимущества мембранных цилиндров — малая трудоемкость при изготовлении, высокая герметичность рабочей полости, отсутствие необходимости в подаче распыленного масла и низкие эксплуатационные расходы; недостатки — малая величина хода, непостоянство усилия по ходу, относительно низкая долговечность мембран.
Мембранные двигатели применяют преимущественно одностороннего действия с пружинным возвратом и без него, реже двустороннего действия. Мембраны могут быть эластичные (из резины, резинотканевых и синтетических материалов) и металлические (из специальных сортов стали, бронзы и латуни толщиной листа 0,2—1,5 мм). В пневмоприводах станков, прессов и других машин применяют, как правило, эластичные мембраны, которые в зависимости от формы поперечного сечения разделяют на плоские и фигурные.
Плоские мембраны*при работе на поверхности не имеют изгибов сечения, достигающих 180°, а фигурные имеют, что дает им возможность сворачиваться при ходе штока с поверхности опорного диска на внутреннюю цилиндрическую поверхность камеры, при этом обеспечивается относительно больший ход с высоким механическим КПД. Конструкции мембранных цилиндров с плоской и фигурной мембраной приведены на рис. 2.9.
Диаметр мембраны (в месте заделки) определяют по следующим формулам: при толкающем усилии
при тянущем уснлннпри тянущем уснлннгде Р — заданная сила сопротивления на штоке; рм— избыточное магистральное давление; Ош — диаметр штока (Р и Ош определяют так же, как для поршневыхгде Р — заданная сила сопротивления на штоке; рм— избыточное магистральное давление; Ош — диаметр штока (Р и Ош определяют так же, как для поршневыхРис. 2.9. Мембранные пневмодвигатели одностороннего действия с плоской мембраной (а) и двустороннего действия с фигурной мембраной (б)Рис. 2.9. Мембранные пневмодвигатели одностороннего действия с плоской мембраной (а) и двустороннего действия с фигурной мембраной (б)
при тянущем уснлнн
при тянущем уснлнн
где Р — заданная сила сопротивления на штоке; рм— избыточное магистральное давление; Ош — диаметр штока (Р и Ош определяют так же, как для поршневых
где Р — заданная сила сопротивления на штоке; рм— избыточное магистральное давление; Ош — диаметр штока (Р и Ош определяют так же, как для поршневых
Рис. 2.9. Мембранные пневмодвигатели одностороннего действия с плоской мембраной (а) и двустороннего действия с фигурной мембраной (б)
Рис. 2.9. Мембранные пневмодвигатели одностороннего действия с плоской мембраной (а) и двустороннего действия с фигурной мембраной (б)
Максимальный ход штока двигателей с плоскими мембранами
Мембранный двигатель
Ход штока при магистральном давлении, МПа
0,4
0,5
0,6
0,8
Одностороннего действия
Двустороннего действия
o,osaM 0,060м
о.юо„
0,08Ом
0,12Ом 0,1 оом
0J5OM 0,12Ом
цилиндров); pi — Dq/D^—коэффициент; Do—диаметр опорного диска; D^— диаметр мембраны в месте заделки.
Коэффициент Pi обычно принимают в пределах 0,6—0,8. При меньших значениях Pi усилие, развиваемое мембранным цилиндром, более равномерно в пределах хода штока, но эффективная площадь мембраны и развиваемое усилие на штоке уменьшаются.
Не рекомендуется выбирать pt> 0,8, так как это приводит к уменьшению хода штока и увеличению нелинейности статической характеристики мембраны.
Толщина плоских резиновых мембран без гофра [7]
6 = 0,1756 = 0,175Рм^м ( 1Р1)1ТСр1Рм^м ( 1Р1)1ТСр1
6 = 0,175
6 = 0,175
Рм^м ( 1Р1)
1ТСр1
Рм^м ( 1Р1)
1ТСр1
где [тСР] — допускаемое напряжение на срез.
Для листовой резины с прочностью на разрыв 5 МПа при использовании ее с одной тканевой прокладкой можно принимать значения [тСР] в зависимости от толщины резиновых мембран, приведенные ниже:
б, мм 2,75,07,0
[тср], МПа 3,02,42,1
Величину хода штока определяют в зависимости от допустимого прогиба плоской мембраны. Чрезмерное увеличение прогиба приводит к снижению усилия, снимаемого со штока вследствие потерь давления на растяжение, и снижению долговечности мембраны.
В табл. 2.4 даны рекомендуемые значения максимального хода штока мембранных цилиндров с плоскими мембранами в зависимости от избыточного магистрального давления.
Для плоских штампованных мембран с гофром максимальное значение прогиба рекомендуется принимать не более (0,20—0,25) DM.
Камеры с фигурными мембранами можно рассчитывать по формулам, приведенным для поршневых цилиндров со следующими дополнениями.
Диаметр мембраны
Dm — ^к + 2 (6 + г),
где Ок— активный диаметр мембраны; 6 — толщина мембраны; г — внутренний радиус перегиба фигурной мембраны. Активный диаметр мембраны определяют по формулам для диаметра D поршневого цилиндра. Толщина фигурных мембран с тканевой прослойкой из нейлона, дакрона, стекловолокна и других равных им по прочности материалов обычно равна 0,5—1 мм для давления до 1,0 МПа. Радиус г принимают 0,9—1 мм для мембран диаметром в месте заделки до 60мм и толщиной 0,45 мм; г = 1,5—1,75 мм — для мембран диаметром заделки от 100 мм и более и толщиной 0,55—1,0 мм.
Диаметр опорного диска
Do ” D& — 2 (6 + г).
Максимальное значение хода штока устройства с фигурными мембранами приближенно определяют в соответствии с активной частью высоты мембраны по формуле
д = н — h3~ nr,
где Н — общая высота мед!браны; h3 — часть высоты мембраны, находящаяся в заделке.
Уточненные методы расчета мембранных двигателей приведены в работах [3, 6].
СИЛЬФОННЫЕ ПНЕВМОДВИГАТЕЛИ
На рис. 2.10, а и б представлены конструктивные схемы сильфонных пневмодвигателей с внешним и внутренним подводом сжатого воздуха. В пневмодвигателях первого типа (см. рис. 2.10, а) сжатый воздух через входной канал А корпуса цилиндра 1 поступает в полость Б, вызывая осевое перемещение сильфона за счет сжатия его гофрированной части. В пневмодвигателях второго типа (см. рис. 2.10, б) сжатый воздух через входной канал А опорного диска 1 цилиндра поступает во внутрь сильфона (полость 5), вызывая осевое перемещение за счет растяжения его гофрированной части. При соединении полости Б с атмосферой сильфоны возвращаются в исходное положение в результате упругих свойств материала, из которого они изготовлены. При использовании сильфонов, изготовленных из материала с низкой упругостью (резины, пластиков и др.), для возврата сильфона в исходное положение требуется установка пружин.
Сильфонные пневмодвигатели применяют для получения относительно небольших перемещений при высокой герметичности. Они обладают значительной работоспособностью в сравнительно широком диапазоне температуры окружающей среды. Рекомендуемая величина максимального перемещения в одну сторону: металлических сильфонов 5—15% его свободной длины, резиновых сильфонов — до 50%. При повышенных требованиях к долговечности изменение длины сильфонов должно быть в 2'—2,5 раза меньше максимально допустимой деформации.
В сильфонах с внешним подводом сжатого воздуха допустимое давлеиие на 25—30% выше, чем у сильфонов с внутренним нагружением [2]. Сильфоны изготовляют из латуни, коррозионно-стойкой стали и других металлов, а также из резины и упругих синтетических материалов. В пневматических сильфонных двигателях нашли применение сильфоны с наружным диаметром от 16 до 100 мм.
Усилие, которое может развить сильфон при своем перемещении,
где гв и гн — внутренний и наружный радиусы сильфона; р — давлеиие сжатого воздуха, воздействующее на сильфон; сг — жесткость сильфона; h — текущее значение перемещения сильфона.
Жесткость сильфонов съ выпускаемых отечественной промышленностью, приведена в технических условиях.
ПОВОРОТНЫЕ
ПНЕВМОДВИГАТЕЛИ
Поворотные пневмодвигатели предназначены для поворота на ограниченный угол рабочих органов автоматизируемых объектов [9, 10]. В зависимости от конструкции
Рис, 2.11. Двухпозиционный поворотный Пневмодвигатель типа ПДП*
рабочей камеры их подразделяют на поршневые и пластинчатые. По количеству фиксированных положений выходного вала они могут быть двух- или многопозиционными.
Поршневые поворотные пневмодвигатели. В ^отечественной и зарубежной промышленности нашли применение поршневые пневмодвигатели с передаточными механизмами следующих типов: реечными, рычажными, винтовыми и цепными.
На рис. 2.11 представлена конструкция двухпозиционного поршневого поворотного двигателя типа ПДП, который состоит из двух пневмоцилиндров с рейкой 1 на штоке, находящейся в зацеплении с зубчатым колесом 2, установленным в блоке 3.
Поворотное движение колеса 2 осуществляется при подаче сжатого воздуха в поршневые полости. Наличие демпфирующих устройств исключает удары поршней о крышку цилиндров в конце хода. Техническая характеристика пневмодвигателей типа ПДП приведены в табл. 2.5 (изготовитель — Симферопольское НПО «Пневматика»).
В многопозицнонном поворотном двигателе (рис. 2.12) зубчато-реечная передача 1 приводится в движение многопозиционными цилиндрами 2 и 3, при этом обеспечивается поворот вала на заданный угол.
Пневмодвигатели с передаточным механизмом рычажного типа по конструкции аналогичны двигателям с реечным механизмом, но реечное зацепление в них заменено поворотным рычагом, что делает пневмодвигатели этого типа проще и дешевле. Однако пневмодвигатели последнего типа не допускают углов поворота выходного вала свыше 90—100°.
Рис, 8.12. Многопозиционный поворотный пневмодвигатель 46
Техническая характеристика поворотных пневмодвигателей типа ПДП (номинальное давление 1,0 МПа)
Параметр
о
ОО
о
■ф о
Е Ц С
о
ОО
о
-ф о
сч и
Е Ц с
о со
о
Ю о
СЧ со"
сч ri КС Е
о ОО
о
о
со
СО 6 сч ri кС Е
о со
со со о
со
О) ri КС Е
о
сч
со СО о об
сч ri кС Е
о
ОО
со СО о
СО
сч ri КС с
о
сч со
СО о
СО
6
СЧ ri КС Е
о 00
о о
LO сч
сч ri КС с
о сч
о
to СЧ
сч
КС
Е
о со
о о
о
б сч
Е
КС
о
СМ о о
о ■ф
см
Е
Крутящий
10
20
32
63
80
80
160
160
250
250
400
400
момент на валу двигателя при номинальном давлении воздуха, Н • м Угол пово-
180
180
180
180
180
270
180
270
180
270
180
270
рота вала двигателя, град
Масса, кг
4,5
11
8
18
12
18
28
32
20
25
35
42
Размеры, мм: длина
300
300
370
370
518
642
518
642
635
795
635
795
ширина
115
180
132
193
166
165
224
224
200
200
270
270
высота
55
65
70
80
80
80
90
90
118
118
128
128
На рис. 2.13 приведена конструкция пневмодвигателя с рычажным механизмом, предназначенного для дистанционного управления запорными и регулирующими механизмами. Он состоит из закрытого крышками 1 и 4 корпуса 6 с запрессованными гильзами 5, в которых перемещается поршень 7. Головки поршня уплотнены резиновыми манжетами 8. При подаче сжатого воздуха в рабочие камеры поршень приводит в движение рычаг 3, который вращает выходной вал 2.
В пневмодвигателях с винтовым механизмом (рис. 2.14) поступательное движение поршня 2 преобразуется во вращательное движение вала 1 посредством обычной ходовой винтовой пары. Угол поворота вала зависит от величины хода поршня и, как правило, не превышает 360°. Проворачивание поршня устраняется установкой направляющих стержней 3.
Имеются конструкции пневмодвигателей, в которых винтовая пара вынесена за рабочие камеры цилиндра, а трение скольжения заменено на трение качения.
В пневмодвигателях с цепным механизмом (рис. 2.15) преобразование движения поршня во вращение выходного вала происходит с помощью цепной передачи. В корпусе пневмодвигателя помещены поршни 2 и 4, соединенные цепью 1. При подаче сжатого воздуха к отверстию А, поршень 2, имеющий большую площадь, чем поршень 4, движется вправо, перемещает цепь и вращает звездочку 5 с выходным валом по часовой стрелке. При реверсировании сжатый воздух подается к отверстию В, поршень 2 перемещается влево, проворачивая выходной вал против часовой стрелки. Поршень 4 предназначен для герметизации полостей 4 и В.
Шиберные поворотные пневмодвигатели. На рис. 2.16 схематично представлен поворотный двигатель с одной пластиной. Вал, выполненный заодно с пластиной, установлен на двух опорах в крышках. Между крышками находится корпус, выполненный в виде кольца. В корпусе между крышками расположена неподвижная перегородка, ограничивающая поворот лопасти, а следовательно, и выходного вала двигателя. В зазорах по контуру пластины выполнены специальные уплотнения.
Конструкция пластинчатого пневмодвигателя с двумя пластинами приведена на рис. 2.17. Крутящий момент в конструкциях этого типа вдвое больше, чем
Рис. 2.13. Поршнерычажный поворотный пневмодвигательРис. 2.13. Поршнерычажный поворотный пневмодвигательшибер 5 вместешибер 5 вместепри этомпри этомс валомс валомманжетами 6. сжатый воз- отверстие 7,манжетами 6. сжатый воз- отверстие 7,пор, пока не будет выбранпор, пока не будет выбранчасовой стрелки до техДля обеспечения поворота на заданный угол сжатыйчасовой стрелки до техДля обеспечения поворота на заданный угол сжатыйзиций до 32.зиций до 32.г.5. ПНЕВМОМОТОРЫг.5. ПНЕВМОМОТОРЫРис. 2.15. Поршнецепной поворотный пневмодвигательРис. 2.16. Схема пластинчатого поворотного двигателя с одной пластиной 48Рис. 2.15. Поршнецепной поворотный пневмодвигательРис. 2.16. Схема пластинчатого поворотного двигателя с одной пластиной 48АРис. 2.18. Миогопознционный пластинчатый поворотный двигательАРис. 2.18. Миогопознционный пластинчатый поворотный двигатель
Рис. 2.13. Поршнерычажный поворотный пневмодвигатель
Рис. 2.13. Поршнерычажный поворотный пневмодвигатель
шибер 5 вместе
шибер 5 вместе
при этом
при этом
с валом
с валом
манжетами 6. сжатый воз- отверстие 7,
манжетами 6. сжатый воз- отверстие 7,
пор, пока не будет выбран
пор, пока не будет выбран
часовой стрелки до тех
Для обеспечения поворота на заданный угол сжатый
часовой стрелки до тех
Для обеспечения поворота на заданный угол сжатый
зиций до 32.
зиций до 32.
г.5. ПНЕВМОМОТОРЫ
г.5. ПНЕВМОМОТОРЫ
Рис. 2.15. Поршнецепной поворотный пневмодвигатель
Рис. 2.16. Схема пластинчатого поворотного двигателя с одной пластиной 48
Рис. 2.15. Поршнецепной поворотный пневмодвигатель
Рис. 2.16. Схема пластинчатого поворотного двигателя с одной пластиной 48
А
Рис. 2.18. Миогопознционный пластинчатый поворотный двигатель
А
Рис. 2.18. Миогопознционный пластинчатый поворотный двигатель
Рис. 2.17. Пластинчатый поворотный двигатель с двумя пластинами
в одношиберных, однако угол поворота выходного вала не превышает 130—140°. Шиберные пневмодвигатели имеют значительно меньшие размеры и массу по сравнению с поршневыми, но более сложны в изготовлении.
Конструкция многопозиционного поворотного двигателя со специальными шиберами показана на рис. 2.18. Шибер 2 соединен с цилиндром, а шибер 5 — с валом 1. Уплотнение ши
беров обеспечивается В исходном положении дух подводится через поворачивается против
зазор между шиберами. . . . . .
воздух подается к отверстиям 8, 9, 10. Например, при подаче рабочего давления питания (его величина должна быть больше величины давления подпора) в отверстие,# шибер 3, а вместе с ним шиберы 4, 5 и вал 1 повернутся по часовой стрелке на угол Фг; в отверстие 9 — на угол ф2, в отверстие 10 — на угол ф3; в отверстия 8, 9 и 10 одновременно — на угол равный фг + ф2 + ф3 (такое положение изображено на рисунке) и т. д. В зависимости от конструкции максимальный угол поворота вала может быть равен 70—120°, при числе no-
Пневмомоторы предназначены для преобразования энергии сжатого воздуха во вращательное движение выходного вала. По виду рабочего элемента моторы подразделяют на шестеренные, пластинчатые, поршневые, мембранные, винтовые и турбинные. В зависимости от возможности получения вращения выходного
Рис. 2.19. Схема шестеренного пнев- момотораРис. 2.19. Схема шестеренного пнев- момотора
Рис. 2.19. Схема шестеренного пнев- момотора
Рис. 2.19. Схема шестеренного пнев- момотора
вала в обе стороны или в одну моторы соответственно разделяют на реверсивные и нереверсивные.
Шестеренные моторы. По способу зацепления зубьев шестеренные моторы подразделяются на моторы с наружным зацеплением, с внутренним зацеплением и промежуточным серповидным элементом, с внутренним зацеплением без промежуточного элемента (героторные). Моторы последних двух типов встречаются крайне редко.
В шестеренном моторе (рис. 2.19) сжатый воздух с давлением pt поступает через входной канал А к зубчатым колесам. Зубья колес, касаясь друг друга в точке Ь, не дают воздуху пройти в полость канала В. Давление сжатого воздуха воздействует на зубья колес, которые имеют два неуравновешенных участках ab и de, равные участку Ьс. На этих участках возникают неуравновешенные силы, равные произведению давления сжатого воздуха на площадь неуравновешенных участков зубьев. Эти силы создают
крутящие моменты, вращающие колеса в направлениях, показанных стрелками. Отработанный воздух во впадинах между зубьями выходит в полость выхлопного канала В с давлением р2. Поскольку площадь участков ab и Ьс постоянно меняется, крутящий момент, развиваемый мотором, является пульсирующим. На рис. 2.20 изображена типичная конструкция шестеренного пневмомотора без редуктора. Он состоит из корпуса 5, крышек 4 и 7 и коробки управления 8. В расточках корпуса на роликоподшипниках вращаются зубчатое колесо У с выходным валом 2 и колесо 3. В коробке управления находятся регулятор скорости, распределитель и автоматическая масленка 9, подающая в сжатый воздух распыленное масло для смазывания зубчатых колес. Центробежный регулятор 12 приводится во вращение от вала зубчатого колеса 1 и в зависимости от величины расхождения грузов перемещает поршневую заслонку И, уменьшая или увеличивая расход сжатого воздуха, поддерживая постоянной частоту вращения вала при изменении нагрузки на выходном валу мотора. Регулятор скорости обычно настроен на поддержание постоянной номинальной частоты вращения.
Моторы выпускают с регуляторами скорости, обеспечивающие две различных частоты, независимых от нагрузки. Вместо регулятора скорости может быть встроено автоматическое выключающее устройство, срабатывающее при нарушениях в пневматических системах.
Моторы можно снабжать встроенным остановочным тормозом, который при пуске автоматически отжимается под давлением сжатого воздуха, а при останове тормозит вал усилием пружины. Наличие встроенного тормоза избавляет от необходимости устанавливать на транспортерах, лебедках и т. д. обычные тормоза.
Распределительный золотник 13 обеспечивает реверсирование вала мотора путем изменения направления подачи сжатого воздуха. К коробке управления сжатый воздух подводится через патрубок 14. Воздух проходит через фильтрующую сетку 10, поршневую заслонку И, распределительный золотник 13 и по одному из каналов В поступает в полость рабочих колес мотора. Отработанный воздух через канал В, распределительный золотник, канал Б и далее по каналам, расположенным вдоль стенок мотора, через выхлопную трубу 6 отводится в атмосферу. Такое решение отвода выхлопного воздуха позволяет снижать шум без установки специальных глушителей. При необходимости дополнительного снижения уровня шума на моторе вместо выхлопной трубы устанавливают глушитель. Управление распределительным золотником может быть ручным или дистанционным (пневматическим).
Рис. 2.20. Шестеренный пневмомотор без редуктора
Моторы с наружным зацеплением изготовляют с прямыми, косыми и шевронными зубьями. Моторы с прямыми и косыми зубьями работают без расширения сжатого воздуха и без обратного сжатия. Их реверсируют изменением направления подачи сжатого воздуха или механическим путем.
Моторы с шевронными зубьями работают с частичным расширением сжатого воздуха и без обратного сжатия. Реверсирование этих моторов выполняют, как правило, механическим путем, так как при воздушном реверсировании развивается противодавление во впадинах зубьев, что резко снижает КПД. Моторы с шевронными зубьями, работающие с расширением сжатого воздуха, имеют более высокий КПД, меньшие размеры (при равной мощности), чем моторы предыдущих двух типов, и не имеют осевого усилия. Адиабатический КПД моторов с шевронными зубьями может быть поднят до 0,55—0,6 путем правильного выбора степени расширения сжатого воздуха, угла наклона’зубьев и окружной скорости колеса. Адиабатический КПД прямозубых и косозубых моторов не превышает 0,4.
Недостаток моторов с шевронными зубьями, не позволяющий им полностью вытеснить прямозубые и косозубые моторы, — относительная сложность их изготовления.
МоторНоминальная мощность (предельное отклонение + 12 %), кВтНоминальная частота вращения выходного вала, с-1 (об/мин)Номинальный удельный расход воздуха, м3/мнн кВтУсловный проход присоединяемой арматуры, ммКосозубый2,250 (3000)1,425З.о4,016,7 (1000);25 (1500);32 (1920)1,3405,57,51,25010,011,015,01.1318,522,01,16330,0Шевронный15,012,5 (750);16,7 (1000);25 (1500);50 (3000)1,05018,522,00,976330,037,045,00,98055,0МоторНоминальная мощность (предельное отклонение + 12 %), кВтНоминальная частота вращения выходного вала, с-1 (об/мин)Номинальный удельный расход воздуха, м3/мнн кВтУсловный проход присоединяемой арматуры, ммКосозубый2,250 (3000)1,425З.о4,016,7 (1000);25 (1500);32 (1920)1,3405,57,51,25010,011,015,01.1318,522,01,16330,0Шевронный15,012,5 (750);16,7 (1000);25 (1500);50 (3000)1,05018,522,00,976330,037,045,00,98055,0Таблица 2.6Таблица 2.6Основные параметры шестеренных пневмомоторовОсновные параметры шестеренных пневмомоторовРис. 2.21. Схема пластинчатого пневмомотораРис. 2.21. Схема пластинчатого пневмомоторапластин 3. Статор с торцовпластин 3. Статор с торцовРис. 2.22. Нереверсивный пластинчатый пиевмомотор:I — начало впуска; II — конец впуска; III — начало выхлопа; IV — конец выхлопаРис. 2.22. Нереверсивный пластинчатый пиевмомотор:I — начало впуска; II — конец впуска; III — начало выхлопа; IV — конец выхлопа
Мотор
Номинальная мощность (предельное отклонение + 12 %), кВт
Номинальная частота вращения выходного вала, с-1 (об/мин)
Номинальный удельный расход воздуха, м3/мнн кВт
Условный проход присоединяемой арматуры, мм
Косозубый
2,2
50 (3000)
1,4
25
З.о
4,0
16,7 (1000);
25 (1500);
32 (1920)
1,3
40
5,5
7,5
1,2
50
10,0
11,0
15,0
1.13
18,5
22,0
1,1
63
30,0
Шевронный
15,0
12,5 (750);
16,7 (1000);
25 (1500);
50 (3000)
1,0
50
18,5
22,0
0,97
63
30,0
37,0
45,0
0,9
80
55,0
Мотор
Номинальная мощность (предельное отклонение + 12 %), кВт
Номинальная частота вращения выходного вала, с-1 (об/мин)
Номинальный удельный расход воздуха, м3/мнн кВт
Условный проход присоединяемой арматуры, мм
Косозубый
2,2
50 (3000)
1,4
25
З.о
4,0
16,7 (1000);
25 (1500);
32 (1920)
1,3
40
5,5
7,5
1,2
50
10,0
11,0
15,0
1.13
18,5
22,0
1,1
63
30,0
Шевронный
15,0
12,5 (750);
16,7 (1000);
25 (1500);
50 (3000)
1,0
50
18,5
22,0
0,97
63
30,0
37,0
45,0
0,9
80
55,0
Таблица 2.6
Таблица 2.6
Основные параметры шестеренных пневмомоторов
Основные параметры шестеренных пневмомоторов
Рис. 2.21. Схема пластинчатого пневмомотора
Рис. 2.21. Схема пластинчатого пневмомотора
пластин 3. Статор с торцов
пластин 3. Статор с торцов
Рис. 2.22. Нереверсивный пластинчатый пиевмомотор:
I — начало впуска; II — конец впуска; III — начало выхлопа; IV — конец выхлопа
Рис. 2.22. Нереверсивный пластинчатый пиевмомотор:
I — начало впуска; II — конец впуска; III — начало выхлопа; IV — конец выхлопа
В табл. 2.6 приведены основные параметры шестеренных пневмомоторов по ГОСТ 10736—71 при давлении сжатого воздуха на входе в пневмомотор 0,4 МПа без глушителя шума на выхлопе.
Для пневмомоторов со встроенным воздухораспределителем реверса допускается снижение мощности до 8% и увеличение удельного расхода воздуха до 12%; для пневмомоторов с редукторами (кроме червячных) допускается снижение мощности и увеличение удельного расхода воздуха до 5% номинальных значений.
Пластинчатые (ротационные) моторы работают с частичным расширением сжатого воздуха и частичным обратным сжатием.
На рис. 2.21 показана схема самой распространенной конструкции пластинчатого мотора. Он состоит из^ксцентрично расположенных статора 1 и ротора 2. В продольных пазах ротора перемещается несколько
закрывается крышками, в которых имеются отверстия для подвода и выхлопа воздуха. Участок ВВ' является впускным, а участок СС — выхлопным. При движении пластины а от точки А по направлению к впускному отверстию она преодолевает сопротивление сжатого воздуха. Как только пластина а пройдет кромку В, давление по обе ее стороны уравнивается и сохраняется до тех пор, пока она не пройдет кромку В'. Тогда давление сжатого воздуха на пластину с рабочей стороны (со стороны впускного отверстия) начинает превышать давление с другой стороны, и усилие, возникшее вследствие разности давлений, создает крутящий момент, направленный по часовой стрелке.
На рис. 2.22 показана конструкция, а в табл. 2.7 приведены основные параметры нереверсивных пластинчатых пневмомоторов по ГОСТ 16850—71 при давлении сжатого воздуха на входе 0,4 МПа и выхлопе отработанного воздуха из мотора в атмосферу (без глушителя). Значения параметров моторов при других значениях давления на входе и противодавления на выхлопе указаны в табл. 2.8.
Статор 3 пневмомотора (см. рис. 2.22) закрыт с торцов крышками 2 и 5, в которых установлены шарикоподшипники, являющиеся опорами ротора 1 с выходным валом. В пазах ротора перемещаются текстолитовые пластины 4. Принудительное поджатие пластин к статору обеспечивается центробежными
52
53
Основные параметры нереверсивных пластинчатых пневмомоторов при давлении воздуха на входе 0,4 МПа
Номинальная мощность, кВт (предельное отклонение -Ю %)
Число пластин, шт.
Частота вращения, с”1 (предельное отклонение ±15 %)
Расход воздуха, ма/мни (предельное отклонение + Ю %)
Номинальная мощность, кВт (предельное отклонение -ю %)
Число пластин, шт.
Частота вращения, с-1 (предельное отклонение ±15 %)
Расход воздуха. м3/мин. (предельное отклонение + 10 %)
0,09
284
0,2
4
150
0,12
267
0.3
1,10
5
133
1,4
0,18
4
250
0,4
6
117
0,25
234
0,5
4
133
4
210
1,50
5
117
1,7
0,37
5
200
0,6
6
100
4
192
4
117
0,55
5
175
0,8
1,80
5
100
1,9
4
167
6
83
0,75
5
150
1,0
4
100
6
133
2,20
5
92
2,1
4
158
6
4
83
83
0,9
5
142
1,2
2,65
5
75
2,4
6
125
6
67
Основные параметры реверсивных пластинчатых пневмомоторов при разных значениях давления воздуха на входеОсновные параметры реверсивных пластинчатых пневмомоторов при разных значениях давления воздуха на входесилами и давлением сжатого воздуха, подводимым через специальные каналы, просверленные в роторе. Подвод воздуха к рабочей камере может быть боковым (в плоскости, перпендикулярной оси статора) и торцовым (канал со стороны торца мотора). Боковой подвод воздуха предпочтительнее, так как сечение впускных каналов в этом случае больше, что значительно снижает потери давления при подаче сжатого воздуха в рабочую камеру [14].
Основные параметры реверсивных пластинчатых пневмомоторов при разных значениях давления воздуха на входе
Основные параметры реверсивных пластинчатых пневмомоторов при разных значениях давления воздуха на входе
5 S КГ
” о я
>я
So О о 5 у я S g с
2 =и к х
5s Q.2 Ся ь я
Мощность
Частота вращения
Расход воздуха
У— я
5 н S и
3 о я
। я о , та С Ч я < о z с д 2 go о т 5 —, я Д G я н
Мощность
Частота вращения
Расход воздуха
% номинального значения
% номинального значения
0,3
0 0,05
60
40
80
65
75
65
0,5
0 0,05 0,1 0,15
140
110
90
70
110
100
90
80
120
110
100
90
0,4
0 0,05 0,1
100
75
60
100
85
75
100
90
85
0,63
0 0,05 0,1 0,15
220
190
170
150
140
120
100
80
165
150
140
130
Таблица 2.8
Рис. 2.23. Схема радиально-поршневого мотора
Рис. 2.24. Пятицилиндровый поршневой мотор
Пластинчатые моторы обладают рядом достоинств по сравнению с другими типами моторов: высокой энергоемкостью (при одинаковой мощности пластинчатые моторы имеют меньшую массу и меньшие размеры), простотой конструкции, плавностью крутящего момента. Недостатки пластинчатых моторов: значительные утечки; повышенное трение, в связи с этим быстрый износ пластин; сильный шум и большой расход смазочного материала.
Указанные качества четко определили область применения пластинчатых моторов: они выгодны лишь там, где крайне ограничены размеры и масса. Поэтому наиболее широко их используют для привода ручного пневматического инструмента: сверлильных машин, ключей, гайковертов, щеток напильников, ножниц и др. Моторы применяют как с редуктором, так и без него, в зависимости от того, какая нужна выходная скорость инструмента. Пластинчатые моторы используют также для привода пневматических талей и других подъемных устройств.
Поршневые моторы подразделяют на радиально-поршневые с поршнями, движущимися перпендикулярно оси выходного вала, и аксиально-поршневые с поршнями, движущимися параллельно оси выходного вала. Наибольшее распространение получили радиально-поршневые моторы.
Обычная схема радиально-поршневого мотора (рис. 2.23) представляет собой кривошипно-шатунный механизм с поршнем 2, движущимся в рабочем цилиндре /, шатуном 3 и коленчатым валом 4, являющимся выходным звеном. В рабочий цилиндр сжатый воздух подается распределительным золотниковым механизмом 8, который приводится в движение от выходного вала через шестерни 5, 6 и шатун 7. Сжатый воздух через золотник поступает в цилиндр и перемещает поршень вниз. Распределитель выполнен таким образом, что примерно на 5/8 длины полного хода поршня полость цилиндра разобщается с впускным каналом. После «отсечки» поршень перемещается вследствие расширения замкнутого объема воздуха. При обратном ходе поршня золотник сообщает рабочую полость с атмосферой. В момент, когда поршень находится на некотором расстоянии от конца хода, золотник перекрывает выходной канал и при дальнейшем движении поршня происходит сжатие оставшегося воздуха. Таким образом, поршневой мотор работает с частичным расширением сжатого воздуха и с частичным обратным сжатием. Поршневой мотор можно изготовить с переменной степенью наполнения, что позволяет регулировать величину крутящего момента. Это достигается изменением фазы распределения (подачи сжатого воздуха) в рабочую
Номинальная мощность (предельное отклонение + 12 %), кВтНоминальный удельный расход воздуха, м3/минкВтУсловный проход присоединительной арматуры, мм3,01,20204,0255,51,167, 54011,015,05018,522,01,0863Номинальная мощность (предельное отклонение + 12 %), кВтНоминальный удельный расход воздуха, м3/минкВтУсловный проход присоединительной арматуры, мм3,01,20204,0255,51,167, 54011,015,05018,522,01,0863Таблица 2.9Таблица 2.9Основные параметры радиальнопоршневых пневмомоторов при давлении сжатого воздуха на входе 0,4 МПа н номинальной частоте вращения выходного вала 750 с-1Основные параметры радиальнопоршневых пневмомоторов при давлении сжатого воздуха на входе 0,4 МПа н номинальной частоте вращения выходного вала 750 с-1камеру. В поршневых моторах применяют распределители двух типов — золотниковые и осевые (крановые).Поршневые моторы, как правило, изготовляют многоцилиндровыми. По способу расположения цилиндров они подразделяются на: звездообразные — с расположением цилиндров по радиусам в одной плоскости; рядные — с расположением цилиндров параллельно друг другу; V-образные — с расположением цилиндров под углом Друг к другу. Получили также распространение моторы с поршнями двустороннего действия, в которых сжатый воздух подводится к обеим сторонам поршня. Одноцилиндровый мотор двустороннего действия можно рассматривать как двухцилиндровый мотор одностороннего действия, у которого совмещены оба цилиндра и поршни.На рис. 2.24 приведена конструкция пятицилиндрового поршневого мотора. В радиальных расточках корпуса 9 установлены пять (в других моделях — четыре) рабочих цилиндра 7. Каждый поршень 6 имеет уплотнительные кольца и палец 10, на котором смонтирована головка шатуна 5. Нижняя часть шатуна на роликах посажена на шейку кривошипа,камеру. В поршневых моторах применяют распределители двух типов — золотниковые и осевые (крановые).Поршневые моторы, как правило, изготовляют многоцилиндровыми. По способу расположения цилиндров они подразделяются на: звездообразные — с расположением цилиндров по радиусам в одной плоскости; рядные — с расположением цилиндров параллельно друг другу; V-образные — с расположением цилиндров под углом Друг к другу. Получили также распространение моторы с поршнями двустороннего действия, в которых сжатый воздух подводится к обеим сторонам поршня. Одноцилиндровый мотор двустороннего действия можно рассматривать как двухцилиндровый мотор одностороннего действия, у которого совмещены оба цилиндра и поршни.На рис. 2.24 приведена конструкция пятицилиндрового поршневого мотора. В радиальных расточках корпуса 9 установлены пять (в других моделях — четыре) рабочих цилиндра 7. Каждый поршень 6 имеет уплотнительные кольца и палец 10, на котором смонтирована головка шатуна 5. Нижняя часть шатуна на роликах посажена на шейку кривошипа,
Номинальная мощность (предельное отклонение + 12 %), кВт
Номинальный удельный расход воздуха, м3/мин
кВт
Условный проход присоединительной арматуры, мм
3,0
1,20
20
4,0
25
5,5
1,16
7, 5
40
11,0
15,0
50
18,5
22,0
1,08
63
Номинальная мощность (предельное отклонение + 12 %), кВт
Номинальный удельный расход воздуха, м3/мин
кВт
Условный проход присоединительной арматуры, мм
3,0
1,20
20
4,0
25
5,5
1,16
7, 5
40
11,0
15,0
50
18,5
22,0
1,08
63
Таблица 2.9
Таблица 2.9
Основные параметры радиальнопоршневых пневмомоторов при давлении сжатого воздуха на входе 0,4 МПа н номинальной частоте вращения выходного вала 750 с-1
Основные параметры радиальнопоршневых пневмомоторов при давлении сжатого воздуха на входе 0,4 МПа н номинальной частоте вращения выходного вала 750 с-1
камеру. В поршневых моторах применяют распределители двух типов — золотниковые и осевые (крановые).
Поршневые моторы, как правило, изготовляют многоцилиндровыми. По способу расположения цилиндров они подразделяются на: звездообразные — с расположением цилиндров по радиусам в одной плоскости; рядные — с расположением цилиндров параллельно друг другу; V-образные — с расположением цилиндров под углом Друг к другу. Получили также распространение моторы с поршнями двустороннего действия, в которых сжатый воздух подводится к обеим сторонам поршня. Одноцилиндровый мотор двустороннего действия можно рассматривать как двухцилиндровый мотор одностороннего действия, у которого совмещены оба цилиндра и поршни.
На рис. 2.24 приведена конструкция пятицилиндрового поршневого мотора. В радиальных расточках корпуса 9 установлены пять (в других моделях — четыре) рабочих цилиндра 7. Каждый поршень 6 имеет уплотнительные кольца и палец 10, на котором смонтирована головка шатуна 5. Нижняя часть шатуна на роликах посажена на шейку кривошипа,
камеру. В поршневых моторах применяют распределители двух типов — золотниковые и осевые (крановые).
Поршневые моторы, как правило, изготовляют многоцилиндровыми. По способу расположения цилиндров они подразделяются на: звездообразные — с расположением цилиндров по радиусам в одной плоскости; рядные — с расположением цилиндров параллельно друг другу; V-образные — с расположением цилиндров под углом Друг к другу. Получили также распространение моторы с поршнями двустороннего действия, в которых сжатый воздух подводится к обеим сторонам поршня. Одноцилиндровый мотор двустороннего действия можно рассматривать как двухцилиндровый мотор одностороннего действия, у которого совмещены оба цилиндра и поршни.
На рис. 2.24 приведена конструкция пятицилиндрового поршневого мотора. В радиальных расточках корпуса 9 установлены пять (в других моделях — четыре) рабочих цилиндра 7. Каждый поршень 6 имеет уплотнительные кольца и палец 10, на котором смонтирована головка шатуна 5. Нижняя часть шатуна на роликах посажена на шейку кривошипа,
остальные шатуны шарнирно связаны с шатуном 5. Коленчатый вал мотора состоит из кривошипа 11, выходного вала 12 и противовеса 2, соединенных с кривошипом сегментными шпонками. Опорами коленчатого вала служат три шарикоподшипника. С противовесом 2 с помощью штифта 3 соединена распределительная ось 4. Трущиеся поверхности мотора смазываются маслом, которое заливается в картер через отверстие, закрытое пробкой /, и разбрызгивается вращающимся кольцом 8.
В табл. 2,9 приведены основные параметры радиально-поршневых моторов по ГОСТ 10736—71 при давлении сжатого воздуха на входе 0,4 МПа без глушителя шума на выхлопе.
Типичная конструкция аксиально-поршневого мотора с одноступенчатым редуктором представлена на рис. 2.25. В расточках блока цилиндров 2 помещены поршни 3, связанные шатунами 4 с наклонной шайбой 5. Распределительная ось выполнена за одно целое с крышкой 1, имеющей отверстия подвода и отвода воздуха. Сжатый воздух по одному из каналов А подводится в рабочие цилиндры. Усилие от давления сжатого воздуха на поршни через шатун передается на наклонную шайбу 5. Тангенциальная составляющая этого усилия заставляет шайбу и блок поворачиваться, при этом вращается вал 8, который связан фланцем с блоком цилиндров и силовым карданом 9 с наклонной шайбой. Отработанный воздух из рабочих камер выходит через второй канал А в распределительной оси, а также через канал Б в блоке цилиндров. На конце вала 8 нарезаны зубья, находящиеся в зацеплении с зубчатыми колесами 6 планетарного редуктора. Водило 7 редуктора является выходным валом пневмомотора.
Выпускаются также пневмомоторы с двуступенчатым редуктором.
Поршневые моторы по сравнению с другими типами моторов обладают рядом достоинств: имеют малую утечку воздуха, легко реверсируются изменением направления потока сжатого воздуха, допускают перегрузку, позволяют изменять степень наполнения.
Рис. 2.25. Аксиально-поршневой мотор с одноступенчатым^редукторомРис. 2.25. Аксиально-поршневой мотор с одноступенчатым^редуктором
Рис. 2.25. Аксиально-поршневой мотор с одноступенчатым^редуктором
Рис. 2.25. Аксиально-поршневой мотор с одноступенчатым^редуктором
Поршневые моторы применяют для привода машин, лебедок, конвейеров во взрывоопасных цехах и участках, а также для привода сверлильных машин.
Мембранные моторы (рис. 2.26). Сжатый воздух, подводимый к каналу А распределительного устройства 1 проходит через выточки золотника 2 в канал Б и поступает в рабочую камеру. Мембранный узел 3 перемещается, проворачивая при помощи храпового механизма 4 колесо 5. Водило 6, жестко связанное с мембранным узлом, в конце перемещения переключает золотник 2, сообщая рабочую камеру через канал В с атмосферой. Происходит выхлоп отработанного воздуха. Мембранный узел 3 усилием пружины 7 возвращается в исходное положение, переключая золотник на подачу сжатого воздуха. Цикл повторяется.
На рис. 2.27 представлена зависимость мощности Мо и крутящего момента Мо мембранного мотора от частоты вращения. Моторы этого типа тихоходны, но способны развивать высокий крутящий момент. Так, при одинаковом расходе сжатого воздуха мембранные моторы развивают крутящий момент примерно в 800 раз больший чем шиберные, и в 40 раз больший, чем радиально-поршневые моторы. Как и поршневые моторы, они могут быть выполнены с переменной степенью наполнения.
Имеются конструкции с двумя и тремя мембранными приводами, передающими усилие на общий выходной вал. Высокий крутящий момент при низкой скорости вращения и резкое падение его при увеличении скорости вращения предопределили области использования моторов этого типа. Мембранные моторы
Рис. 2.26. Мембранный мотор
Рис. 2.27. Зависимость мощности /Vo н крутящего момента Мо от частоты вращения л0 для мембранных моторов
Рис. 2.28. Элементы конструкции винтового мотора
широко применяют в приводах клапанной арматуры, где максимальные усилия необходимы в начальный момент открытия клапана (затем усилие подъема значительно снижается в результате выравнивания давления).
Винтовые моторы представляют собой корпус с расточкой в виде «восьмерки», двух торцовых крышек, двух (или более) находящихся в зацеплении винтов, оси которых расположены параллельно, н синхронизирующих шестерен. Винты установлены на подшипниках качения, смонтированных в крышках^ В сечении, перпендикулярном оси, винты представляют собой находящиеся в зацеплении шестерни с зубьями специальных профилей. Однако если в шестеренных моторах сжатый воздух перемещается по окружности зубчатых колес, то в винтовых он движется в осевом направлении вдоль спиральных зубьев к полости выхлопа. Выступы одного винта плотно входят во впадины другого и в нескольких местах (в зависимости от того, насколько длина винта больше его шага) отделяют полость давления от выхлопа. Давление сжатого воздуха воздействует иа зубья и создает крутящий момент.
На рис. 2.28 показаны рабочие элементы одной из конструкций моторов этого типа. Винт 1 с выходным валом — четырехзаходный, профиль его зубьев образован выпуклыми полуокружностями; винт 2 имеет шесть зубьев, профиль которых выполнен в виде вогнутых полуокружностей. Синхронизирующие косозубые колеса 3 и 4 предохраняют от силового контакта между винтами, что предотвращает их износ, при этом можно не предъявлять высоких требований к качеству их смазывания.Вследствие спирального расположения зубьев процесс взаимодействия винтов протекает непрерывно, поэтому развиваемый крутящий момент является плавным, без пульсаций. Вибрации при работе мотора отсутствуют.
Винтовые моторы подобно шестеренным с шевронными зубьями работают с частичным расширением сжатого воздуха. Отсутствие силового контакта, относительно малый диаметр винтов, применение подшипников качения обеспечивают частоту вращения до 250 с-1 (15 000 об/мин). Винтовые моторы долговечны, компактны, быстроходны, развивают плавный крутящий момент, имеют относительно высокий КПД, не требуют смазывания при работе и высокой очистки сжатого воздуха, однако высокая сложность их изготовления и, как следствие, высокая стоимость, сдерживают широкое применение моторов этого типа в промышленности.
Турбинные моторы отличаются от объемных тем, что в них кинетическая энергия потока воздуха непосредственно превращается в механическую работу. В турбинных моторах сжатый воздух входит в суживающееся сопло с начальным давлением, затем, расширяясь, выходит из сопла с большой скоростью прямо на рабочие лопатки мотора. Направление струи воздуха, проходящего по каналам между рабочими лопатками, изменяется, в результате чего развивается сила, приложенная к лопаткам и создающая крутящий момент, таким образом, сжатый воздух отдает часть своей энергии турбинному колесу.
На рис. 2.29 изображен турбинный пневмомотор, предназначенный для встраивания в качестве привода в ручные шлифовальные машины и силовые 58
Рис. 2.30. Зависимость мощности Л’п и крутящего момента Мо от частоты вращения пв для турбинных пневмомоторовРис. 2.30. Зависимость мощности Л’п и крутящего момента Мо от частоты вращения пв для турбинных пневмомоторовРис. 2.29. Турбинный пневмомотор
Рис. 2.30. Зависимость мощности Л’п и крутящего момента Мо от частоты вращения пв для турбинных пневмомоторов
Рис. 2.30. Зависимость мощности Л’п и крутящего момента Мо от частоты вращения пв для турбинных пневмомоторов
головки. Рабочее колесо 4 с выходным валом 1 вращается на двух шарикоподшипниках, встроенных в корпус 2. Лопатки рабочего колеса охватываются бандажным кольцом 5. Сжатый воздух поступает в полость А и через отверстия Б в сопловом аппарате 3 подается на лопатки рабочего колеса.
Типичные кривые зависимости мощности N6 и крутящего момента 4% от частоты вращения п0 для турбинных пневмомоторов показаны на рис. 2.30.
Турбинные моторы могут быть одноступенчатыми — с одним рабочим колесом и одним венцом лопаток или двухступенчатыми — с одним рабочим колесом и двумя венцами лопаток. Двухступенчатые моторы обычно изготовляют как специальные на большие мощности.
Достоинства турбинных моторов: малые масса на единицу мощности и размеры; высокая скорость выходного вала; возможность регулирования мощности изменением числа сопел.
Недостатки этих моторов: низкий КПД при малой мощности; сложность реверсирования; понижение КПД при резком изменении режима работы; неустойчивость работы при малой частоте вращения.
Турбинные моторы можно применять там, где требуется высокая частота вращения и постоянный режим работы. Моторы используют для привода пнев- мошпинделей и ручного инструмента — малых высокоскоростных шлифовальных машин для тонкой обработки.
Выбор типа пневмомотора. Ни один из рассмотренных типов моторов не является безукоризненным, пригодным для любого случая. Каждый из них имеет свои достоинства и недостатки, и выбор типа мотора в каждом конкретном случае должен сопровождаться всесторонней оценкой его особенностей. Не последнюю роль играет в этом экономический анализ: иногда бывает выгодно потерять в КПД, но выиграть в массе и размерах, или же проиграть в размерах, но выиграть в долговечности и т. п.
В табл. 2.10 представлены основные параметры пневмоторов различных типов. Рабочее давление для всех типов моторов примерно одинаково: 0,3— 0,6 МПа.
Самую большую частоту вращения способны развивать турбинные моторы, меньшую пластинчатые, винтовые и шестеренные. Мембранные и радиальнопоршневые моторы являются самыми тихоходными. Радиально-поршневые моторы рекомендуется применять при рабочих скоростях вращения ниже 25—30% скорости холостого вращения, так как при этой скорости вращения они лучше регулируются и меньше потребляют воздуха.
„ Пластинчатые, винтовые и турбинные моторы развивают стабильный крутящий момент, а у мембранных, поршневых и шестеренных моторов момент пульсирующий.
Наиболее высокий адиабатический КПД (наименьшие утечки сжатого воздуха) имеют поршневые и мембранные моторы; КПД пластинчатых и шестеренных моторов гораздо ниже из-за значительных утечек. Снижает КПД также установка глушителей шума. КПД турбинных моторов высок лишь при больших мощностях. Расход воздуха на единицу мощности меньше у тех моторов, которые работают С частичным расширением сжатого воздуха, поэтому расход воздуха для прямо-
ssТаблица 2.10
s
s
Основные параметры пиевмомоторов различных типов
Параметр
Мотор
шестеренный
поршневой
мембранный
пластинчатый
винтовой
турбинный
Прямозубые и косозубые шестерни
Шевронные шестерни
радиальный
аксиальный
Рабочее давление, МПа
0,3—0,6
0,3—0,8
0,3—0,6
Мощность, кВт
2 — 60
0,2—25
0,1—3
0,05 — 0,5
0,05 — 15
3 — 50
0,03 — 2
Частота вращения: максимальная (без нагрузки и редуктора), с-1 (об/мин) рабочий диапазон, с-1 (об/мин) соответствующая максимальной мощности, % максимальной
До 50 (3000)
25зз (1500 — 2000)
50 — 60
До 50 (3000)
10 — 25 (600—1500)
50-
До 100 (6000)
20 — 50 (1200 — 3000)
-65
До 1,7 (100)
0 — 0,3 (0 — 20)
20 — 25
До 330 (20 000)
33 — 250 (2 000 —
15 000) 45 — 55
До 250 (15 000)
83—133
(5 000 — 8 000) 50 — 60
До 2 000 (120 000)
330 — 1 330 (20 000 — 80 000) 75 — 90
Удельный расход воздуха, ма/мии иа 1 кВт
1,1 —1,4
0,8—1,2
0,9 —2,0
0,9 —1,8
1,0 —2,0
1,0—1,5
1,1 —1,4
Коэффициент расширения воздуха
—
1,1
1,1—2,0
1,1-1,6
1,3 —2,0
1,1
—
Относительная масса, кг/кВт
8 — 15
6—15
Свыше 20
1,5 — 4
6 — 12
2,5 — 6
О
X • X
X
X to 2 л X л X X X
X to
to X X
X to
X to л
л
to в л X X -X
X Cd
X я X хе
2 о
2 л X
X to
л л Sa X X X X
л л
л ЗУ to
о
X о ч о
о ч X о Е л X X X
X
2 л X У Е to л
V
л X
л X
Л to
Xs
to л
л о
о ®
£ л X X X
X л
X 2 л 5
ЗУ to л £з л X X X
X
X л о ЗУ X
л
Л
О л
X to
X 2 л X X 6
о ч о
Ел
Е л л
Л
л X X Е 2 X
S
X ч о
to
2 X
о
X о я Е Е to л
X
ЗУ л X X X
X
S3 X
X to
л л to
X
X
ЗУ л ч to Sa л Хе
X X
2 о
Л
X о
X to to to X to
X
X
to X
X to X
X о Хе
^ х н СУ ^.45 2х Е х ч ч я л
о о
Xо
4и 5 О О QJ СИ хе д
3 to
ЗУ to л
л
03
2 о ч о
to
X о л
X to
Л
х Е
ч О Зу
Х<
X to
3
to
л to
Л X о ЗУ л
to
ЗУ о л
л S3 о
00^ Л X ^ о
X о о
о\2 2 2 Ss о 5 о X Ч о Ч со О 45 о X *Т5 О *Т5
о
to
о
л X о
X о X о
5 л
X 45
Л
X
о л
о о о
X о о
X X л
Ss X X о о § 2 »»
to X о л Ss л X
X X X
X
л
X О\
Ss
л л л S3 X
to л S3 л X
о ч to X
X
to
X X л
X X
л о ЗУ
X to
X
to X о хе
X to
Sa 5 О\ о л
я
л
2 X
О\ л to
о X to л
X to 2 л X л X X X
л Ss Я X о
to О\ о,
о
ЗУ Sa X
л
со to л о ЗУ о л
X to
X л Е X
X to 2 л X л X X л
Ss л
о о
о
2 о
X о о
ЗУ to л Sa л X X
X to
to X X
X to 2 л X X 5
to л
о
X о
X
Л
о о
О
Л
X
X X X хе
X о 2 X X to Ss У X о
Ss X
о
to 2 X
Хе Л
X
о
о X 2 о о
л X X
Xо
о о
л
3
О\ л to
to я Ss X
5 £
л
2 о ч о
Л
О X ч 45 О
to X
X
S*T5
to 2
Л о Х»й
X "
X О\
Ss X to
X
X о ЗУ to
X я X
2 О 2 л X
Хе X
to
X
Ss X
л ч о
^ato ^Я
X to 2 л X л X X X
Ss л
X X
л
л Sa X X о 2
о
to
О X о
X 45
X О\
Ss X
X to X
л
л Ss я X о
to
2 о
2 л л
to 45
X
Л
toл
о л X
лX
Л д х о Хе **
2 о я X о о
X X X 2 to X
X
5 о ч о
я
о
X to 2 л X л X X л
to л X л X X X
ЗУ л
X
2 о ч о
о л
X о
2 о я X о о ч X
X X
о л X
л Ss
X
X
л
л Хе^З
2 о я X о о
X £ л ч о
л
2 о
о
о л
2 о
л
О\ я
л
М S3 . X
X
X
X л л
to л
5
2 о 2 л X
to
X to 2 л X л X X л
X
я Е Е л
о X to л о Зу X
о л о to л о Ss X л
to 2 л X л X X X
X to
о о
X о
Ss о
Зу
Сл $
X
X
00
О X о
о о
to л
о
л
X
to
ло
л
л
X
Ч Т5 О
о to X о ч о
л
X
лX
Л
Хе Ч Л
У X
о 2 л X
л о
to О\ о
л X л X X л 2
о
toл
л X X 5
X
X
X to
to X ч л
X о
X X
Е. х«
л о ЗУ ЗУ л
to О\ о
о
л
о
X о X л
to о X о Зу
я о
S
X л to
л
to л
о
ЗУ to л S3 л X X X
X X X X 2 X
X to
л
to
^, л х X ^ X о -
to X X
X to
я л ЗУ о
Зу Ss X
X о X О
о
л
X я о ЗУ л
л
2 л X
X
X о Ss о о
о ч о
X
to ох о ч л
X
л ч о
X X
2 О 2 л X
О X X 2 to л
с
X
Ss ' X X л хе X о
ЗУ
хе О
X X X Хе
X о ЗУ to
X to
to
о
X
о
л
Ss X
Зу X X
X о X
X to X 5 2 X Ч к хе
to о
о ч л
л
to я л X X X
to X О X 2 to S3 X X to X
л to Ss to
о ч о
to
о о о
Ss
X
л
X
О X о
о £
to л
Е to : Л
о X
ЗУо
X
X X
л
я
to я л X X X
2 to X О X 2 to Ss X X о л
to X to
л X X л
л
X
о о
to X о л Ss л X X о 2
2 о ч о
л
° 5Х45
л
О X о
о о
X
X о Ss о о
о ч о
X о ЗУ to
X л X to
л X X о ч о
2 о ч о
to
ЗУ о я л ЗУ л X X о хе
Зу о
о л
л ЗУ л Ss л X X о ч о
л
л ЗУ л Ss to
X to
я X о ЗУ л
X to 2 л X X л ч О X
о
со to ■
л
2
2 о
X о о
л
л X о л to
Ч X
О СО X У
Л
Ss X
л
X
о о
to X о л Ss л X X о 2
2 о ч о
л
ЗУ о
to X О X 2
.2to
X
X
to л
о ч л
о
о ч о
to
Ss X
ЗУ л
X
to ох о
X X
ЗУ to я
л X
X хе
о я X о О
X
2 о ч о
to л
X
л о о
о X X X о 2
ЗУ to я Sa л X X X
а to
X X X
X л to
л X о
х о\ я
л я _ о
о to ЗУ
Зу
X
О
2 о
о о
Xto
2 о
о
Я л
nd оо
л о X to to to X X
X л X
X Е л
X я Е л 2 о я X о о
X
X
X
X я л ч о
2 о 2 л X
to
to
X
2 л
О Ss 8
л ЗУ X X л X X Е Хе
Е 2
ЗУоО
X to
Xо
Л
to X to
X о to to
л о Sa
о
о
X X л
Xо
О\ X
Л
toX
л
о О X о л X
л
л to
to 2 л
л
о
X to
to X ч л
X
X
Xto
о
О
to
to
по\
■v Е
ЗУ X to X о
со о л
X Е 2 X
л
а к
О щ
Е X л я о хе
ЗУ X Е 2 X
to to
ЗУ о Ss X
О л X
2 л X to X X to 2 to 2 X
X
to
5 5х
X
3to л
X
л
л
1§
2х х
л 3
л X
X л 2
X о Sa
X о хе
to X ч л
X to
X о
о О н X
to X
л л л
ОX
2 о ч о
л
О
3 45
ОX
л л л
Ss
Е X 2
о
to
о я Е 2
л
Е gХе 5
X
to л
XX
to
хе
2 о н о
О X
о л to
X л
2
2 л X л л
2 о
X к
X
2
X
2 о 2 л
X
о 2
X
О\ о Sa л л
ло
л О\
Sa X
X я Е X о Ss X л X X
Xл
2 о ч о
о л
X
л л л
о 2 л
О X л X X
X
л
л
2
л л
л 2 л X
X to л
to л £з л X X X
О О
О\ о
S3 X
Е л
to
X
я о to
Л
О\
to X X Е X
X
Е л О
л
л X X
X
О
Е л я
о X X Я
X
СО
X СО 2 Л X Л X X л 2
Л
л л л
X
X to л о Ss X л X
X
л
л о
ЗУ X л
О\ X
X
X
£ л О
л Ss X
л
я
2 л
2 ок
toX
X
л о
Е X л я
X
ох X
X
X
Е'
X ■
л Е X
2 X X X 2 to Ss X X Е 2
Е 2
Q О
Е X л я Е X
Е л о
Л
X 45
to to 2 л
л X X Е X
О
о ч X X
to
5
о X
о
Л
X л
Ох
X -о
X X Е л
X о
о
X
to 2 X
X
л X X
43 л
SsX
о л to X X л
л
о
2 л
2 О\
to X X Е X
Л
X X О
to о
X X
2 л X
to
л
to
X я Ss X 5
О X
о О X о л X
2 X
X л to
X
Зу Ss X
л Е X
2 о ч о
о л
я О S3 л ЗУ О
л X л
л ч о
о X X
О\ X
X X
Е X
X
to X О
to
X о
л о
Е X л
X to X О\ о
л л
X X to X to
to о о to
X to
Ss Зу
Хе X to
о я X о о
ЗУ Ss X
X
Зу
X
о ч о
о л
Со
О\ Е X
Я
л Sa to О
X
X
to
2 X
в •о
У £ л
2 л
X
у
S
ьо
з £« я® Г
S X X X X
О\ X X X Е X
X л о л
л
л л
со л Ss X X
Е to л
X о о о to
> Ь; X
п
X
2 о
О\ Е X
Г5
У W bi 5
X о
S
2 о я X о о
о ч о
о л
to Л X о ЗУ
to О X о ЗУ
Е л Q л
X
2 to
л о to
ЗУ X X
л X X Е X
X >
У п Sa го
S S
to У в S о S 2 о
г
•о
о » ^6
л У
о
го о
2 о
X СО 2 л X л х х л 2
о ч о
to X
X
л
л л
X £ л ч о
2 о 2 л X
to
Sa to
о о л л Ss
л Е X
2 о
ЗУл
X
X о
о о
Для прикидочных расчетов расход воздуха при давлении 0,6 МПа и работе двигателя на максимальной мощности может быть определен, исходя из эксплуатационных средних данных расхода на 1 кВт мощности, приведенных ниже:
1—3 Св. 31,2-1,5 0,9-1,21—3 Св. 31,2-1,5 0,9-1,2N, кВт 1
1—3 Св. 3
1,2-1,5 0,9-1,2
1—3 Св. 3
1,2-1,5 0,9-1,2
Q, м*/мин на 1 кВт 1,5— 2
Расход воздуха Q в режиме холостого хода двигателей без регулятора ско- рости составляет приблизительно 130%, а при 25%-ной скорости холостого хода — приблизительно 60% расхода воздуха в режиме максимальной мощности. Для определения расхода воздуха при любой промежуточной частоте вращения двигателя по указанным выше данным определяют расход при максимальной мощности, 25%-ной скорости и скорости холостого хода. Через эти точки проводят плавную кривую в системе координат, где на одной оси указывается частота вращения, а на другой — расход воздуха. По этой кривой определяют расход при любой частоте вращения.
Пневмомоторы выбирают на основании механических характеристик, дающих зависимость движущего момента М на валу мотора, его мощности N и расхода Q сжатого воздуха от установившейся скорости w или частоты вращения п (см., например, рис. 2.31). Механические характеристики могут быть получены экспериментально нли теоретически [4, 9, 10].
Точное определение расхода воздуха для моторов различного типа весьма сложно, поэтому для приближенных расчетов можно воспользоваться следующими упрощенными формулами.
Для шестеренных моторов с двумя зубчатыми колесами
Q — 6,5РноШ^Пм11об "^ * ~ Ра
где ^но — диаметр начальной окружности; т — модуль; b — ширина зубчатого колеса; пм — частота вращения вала мотора; т]об — объемный КПД; ра — абсолютное атмосферное давление.
Для пластинчатых моторов [9]:
Q — еЧгпмх\0^Q — еЧгпмх\0^+ —cos (2ф0 + у) sin у+ —cos (2ф0 + у) sin уР1 4” РаРаР1 4” РаРа
Q — еЧгпмх\0^
Q — еЧгпмх\0^
+ —cos (2ф0 + у) sin у
+ —cos (2ф0 + у) sin у
Р1 4” РаРа
Р1 4” РаРа
где е — эксцентриситет ротора мотора; I— длина ротора; г — число пластин;, у — угол между двумя соседними пластинами ротора,
у = 2л/г = 360°/г;
г0 — радиус ротора; <р0 — угол поворота ротора, соответствующий концу зоны впуска (см. рис. 2.21).
Для поршневых моторов:
радиально-поршневых одноходовых
<2=4 ОЧгп^ Рл±Е»_;
радиально-поршневых двухходовых
Q = лОТ?/гт]об ^-i_£5. Ра
аксиально-поршневых с односторонним расположением поршней
Q - -^ D2znDa tg ух fl±Pa; 4„ Ра
аксиально-поршневых с двусторонним расположением поршней
q = 4 D2znDn tg Yi zРа
где D — диаметр поршней; 2 — число поршней; Dn — диаметр окружности, на которой расположены оси цилиндров; ух — угол между осью цилиндрового блока и наклонной шайбой.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Артоболевский И. И. Механизмы в современной технике. Т. 5. М.: Наука, 1976, с. 848.
Башта Т. М., Зайченко И. 3., Ермаков В. В., Хаймович Е.^М. Объемные гидравлические приводы. М.; Машиностроение, 1969. 628 с.
Герц Е. В. Пневматические приводы. Теория и расчет. М.: Машиностроение, 1969. 359 с.
Герц Е. В., Бозров В. М. Механические характеристики пластинчатых пневмомоторов. — В кн.; Пневматика и гидравлика. Приводы и системы управления. Вып. 7. М.: Машиностроение, 1979, с. 241 —245.
Герц Е. В., Долженков Б. С. Выбор параметров быстродействующего пневмопривода. — Станки и инструмент, 1977, № 4, с. 15 — 17.
Герц Е. В., Крейнии Г. В. Расчет пневмоприводов. М.: Машиностроение, 1975. 272 с.
Гуревич Д. Ф. Расчет и конструирование трубопроводной арматуры. Л.: Машиностроение, 1969. 887 с.
Дегтярев В. И-, Мялковский В. И., Борисенко К- С. Шахтные пневмомоторы. М.: Недра, 1979. 190 с.
Зеленецкий С. Б., Рябков Е. Д., Микеров А. Г. Ротационные пневматические двигатели. Л.: Машиностроение, 1976. 239 с.
Зиневич В. Д., Ярмоленко Г. 3., Калита Е. Г. Пневматические двигатели горных машин. М.: Недра, 1975, 344 с.
Кожевников С. Н., Пешат В. Ф. Гидравлические и пневматические приводы металлургических машин. М.: Машиностроение, 1973. 359 с.
Крейнин Г. В., Солнцева К- С. Воспроизведение заданного закона движения механизмов с пневмоприводом. — Машиностроение, 1971, № 3, с. 35—41
Перельцвайг М. И. К расчету ударного пневматического поршневого привода. — В кн.: Теория машин-автоматов и пневмоприводов. М.: Машиностроение, 1966, с. 203 — 211.
Справочник металлиста. Том 1. М.; Машиностроение. 1976. 768 с.
Цилиндры пневматические на номинальное давление 10 кгс/см2 по ГОСТ 15608 — 70. Конструкция и исполнительные размеры. Ч. I и ч. II.. 2-е изд. Харьков: 1974, 150 с.; 149 с. (ВНИИГидропривод).
Pneumatlsche Steuerungsgerate. Martonair Druckluftsteuerungeii GmBH, 1976, 8. 2.3. 115.
Глава 3Глава 3ПНЕВМОПРЕОБРАЗОВАТЕЛИПНЕВМОПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ
Глава 3
Глава 3
ПНЕВМОПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ
ПНЕВМОПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ
Пневмопреобразователи предназначены для преобразования энергии потока сжатого воздуха в энергию потока рабочей жидкости, выдачи электрического командного сигнала по достижении в пневматической системе заданного давления, сигнализации о наличии давления на различных участках системы. В эту группу устройств входят: пневмовытеснители, пневмогидропреобразователи, пневмогидронасосы, пневмогидроаккумуляторы, реле давления и пневмоэлектропреобразователи, индикаторы давления.
ПНЕВМОВЫТЕСНИТЕЛИ
Пневмовытеснители предназначены для передачи давления сжатого воздуха гидравлической жидкости без изменения величины давления. По конструктивному признаку пневмовытеснители могут быть: без разделителя сред и с поршневым и мембранным разделителями. Пневмовытеснители без разделителя сред представляют собой закрытый сосуд, верхняя часть которого сообщена с пневматической системой через распределитель, а нижняя — с гидроциляндром. К недостаткам пневмовытеснителей этого типа следует отнести растворение воздуха в жидкости; быстрое окисление масла; невозможность установки их в любом положении. Эти недостатки устранены в пневмовытеснителях с разделителями сред, лучшими из них являются те, в которых разделители сред выполнены в виде фигурной мембраны. Отсутствие перепада давления между рабочими средами позволяет применять тонкие эластичные фигурные мембраны, что практически исключает потери давления на деформацию мембраны при вытеснении рабочей жидкости.
На рис. 3.1 представлена схема пневмовытеснителя 2 мембранного типа, применяемого для обеспечения перемещения поршня гидроцилиндра 3 одностороннего действия с пружинным возвратом. При включении распределителя 1 сжатый воздух подается в полость А и рабочая жидкость из полости Б вытесняется в бесштоковую полость гидроцилиндра. Поршень цилиндра возвращается в исходное положение при сообщении полости А с атмосферой.
Рис. 8.1. Схема пневмовы- тесните» мембранного танаРис. 8.1. Схема пневмовы- тесните» мембранного тана
Рис. 8.1. Схема пневмовы- тесните» мембранного тана
Рис. 8.1. Схема пневмовы- тесните» мембранного тана
а)б)Рис. 3.2. Пневмогидропреобразователи последовательного действияа)б)Рис. 3.2. Пневмогидропреобразователи последовательного действияПНЕВМОГИДРОПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ
а)б)
Рис. 3.2. Пневмогидропреобразователи последовательного действия
а)б)
Рис. 3.2. Пневмогидропреобразователи последовательного действия
Пневмогидропреобразователи предназначены для преобразования энергии сжатого воздуха в энергию рабочей жидкости с другими значениями давления. По принципу действия различают пневмогидропреобразователи прямого действия, передающие рабочей жидкости гидравлической системы высокое давление с момента подачи сжатого воздуха в полость пневмоцилиндра, и последовательного действия, передающие в гидравлическую систему вначале низкое давление рабочей жидкости, а затем высокое. По конструктивному признаку пневмогидропреобразователи можно подразделить на поршневые, мембранные и комбинированные.
На рис. 3.2, а показан поршневой пневмогидропреобразователь последовательного действия. В корпусе 6 помещен поршень 7 пневмоцилиндра с плунжером 5 гидроцилиндра. В промежуточной плите 8 и стакане 9 смонтирован корпус 3 гидроцилиндра высокого давления.
В верхней части корпуса 3 расположено клапанное устройство 1. Сжатый воздух, подводимый к каналу 4, по трубке 2 поступает в верхнюю полость камеры А. В ней создается давление, под действием которого жидкость по трубке 10 поступает в клапанное устройство и затем в гидроцилиндр И. Поршень гидроцилиндра перемещается и создает усилие предварительного зажима. При подаче сжатого воздуха в полость В пневмоцилиндра поршень 7 с плунжером 5 переме-
Рис. 3.3. Пневмогидропреобразова- тели прямого^ действия поршневого типа (а), мембранного типа (7)
3 Е. В. Герц и др.
щается вверх, прижимая клапан к седлу, вытесняя жидкость в гидроцилиндр щ развивая необходимое усилие зажима на штоке гидроцилиндра. Для возврата поршня и плунжера в исходное положение сжатый воздух подается в полость Б. Недостаток этой конструкции — наличие непосредственного контакта сжатого воздуха с жидкостью (обычно минеральным маслом), что приводит к ее окислению и насыщению воздухом.
На рис. 3.2, б приведена конструкция пневмогидропреобразователя комбинированного типа, в котором имеется разделительная мембрана, исключающая непосредственный контакт сжатого воздуха с рабочей жидкостью.
Конструкция поршневого пневмогидропреобразователя прямого действия фирмы «Мэкман» (Швеция) показана на рис. 3.3, а [5]. Он состоит из пневмоцилиндра 1 и камеры 2 усиления давления. Жидкость в гидросистему подается при сообщении полости Л пневмоцилиндра с магистралью, а возвращается в исходное положение при подаче сжатого воздуха в полость Б. Пневмогидропреобразователь мембранного типа (рис. 3.3, б) состоит из корпуса 1, крышки 6, двух мембран 3 и 5, плунжера 2 и втулки 4. Сжатый воздух, подводимый в полость Л, ограниченную фигурной мембраной 3, перемещает плунжер 2, который вытесняет жидкость из полости Б в гидроцилиндр.
Основные достоинства конструкции — надежная герметичность и невысокие требования к очистке сжатого воздуха и рабочей жидкости.
ПНЕВМОГИДРОНАСОСЫ
Пневмогидронасосы предназначены для нагнетания рабочей жидкости в гидросистему. По конструктивному признаку различают пневмогидронасосы одностороннего и двустороннего действия.
В насосе одностороннего действия (рис. 3.4, а) сжатый воздух от пневмораспределителя 1 попеременно подается в поршневую и штоковую полости пневмоцилиндра 2. При подаче сжатого воздуха в поршневую полость рабочая жидкость из камеры нагнетания Л вытесняется через нагнетательный клапан 3 в гидросистему. При обратном ходе ^поршня пневмоцилиндра рабочая жидкость из гидробака 4 через всасывающий клапан 5 поступает в камеру нагнетания — происходит цикл всасывания. Недостатками насосов этого типа являются значительная пульсация подачи и большой расход сжатого воздуха.
В пневмогидронасосах двустороннего действия (рис. 3.4, б) расход воздуха на единицу объема нагнетаемой жидкости уменьшается в 2 раза по сравнению с расходом воздуха в насосах одностороннего действия, так как подача рабочей жидкости в гидросистему происходит при перемещении поршня пневмоцилиндра в любую сторону. Это позволяет также значительно снизить и пульсацию подачи.
В целях увеличения производительности пневмогидронасосов устройство автоматического реверса поршня пневмоцилиндра часто встраивают непосредственно в корпус цилиндра.
а)б)
Рис. 3.4. Пневмогидронасосы одностороннего (а) и двустороннего (о) действия 66
потребления гидравлической энергиипотребления гидравлической энергиирис. 3.5. Расчетные схемы пневмогидроаккумулятора
потребления гидравлической энергии
потребления гидравлической энергии
ПНЕВМОГИДРОАККУМУЛЯТОРЫ
Пневмогидроаккумуляторы предназначены для аккумулирования энергии рабочей жидкости, находящейся под давлением, и выдачи ее в гидросистему в период резкого увеличения расхода рабочей жидкости. Аккумулирование энергии рабочей жидкости происходит в пе
риод отсутствия или незначительного в гидросистеме.
Из рис. 3.5, поясняющего принцип действия пиевмогидроаккумулятора, видно, что аккумулирование и возврат энергии рабочей жидкости происходят
в результате сжатия и расширения газа.
Пневмогидроаккумулятор представляет собой емкость, заполненную сжатым газом с начальным давлением зарядки pi (см. рис. 3.5, ау При поступлении в емкость рабочей жидкости из гидросистемы происходит сжатие и повышение давления газа до максимального значения давления в гидросистеме р.г (см. рис. 3.5, бу При разрядке рабочая жидкость вытесняется из емкости вследствие расширения газа до давления р3 (см. рис. 3.5, в). Такие аккумуляторы обычно изготовляют с разделителями рабочей жидкости и газа, что исключает возможность растворения газа в жидкости и полную разрядку при неработающей гидросистеме. Пневмогидроаккумуляторы объемом несколько сот литров изготовляют без разделителя сред с датчиками сигнализатора уровня рабочей жидкости.
В зависимости от вида разделителя сред пневмогидроаккумуляторы могут быть поршневыми и мембранными. В конструкции поршневого типа (рис. 3.6, а) полость А аккумулятора заполняется газом, а полость Б — сообщается с гидросистемой. Герметизация полости А от полости Б обеспечивается эластичными уплотнениями поршня 7 и крышек 2 и 3. К недостаткам пневмогидроаккумуляторов поршневого типа необходимо отнести значительные потери давления на преодоление сил трения уплотнений поршня и возможность утечек газа в местах уплотнений поршня и крышки 2.
Рис. 3.6. Пневмогидроаккумуляторы3*Рис. 3.6. Пневмогидроаккумуляторы3*В конструкции мембранного пневмогидроаккумулятора (рис. ЗД б) для разделения рабочих сред использована мембрана 7, периметр которой зажат между разъемными корпусными полусферами 2 и 3. Отверстие Б сообщает рабочую полость аккумулятора с гидросистемой, а отверстие А предназначено для подзарядки газовой полости сжатым воздухом или инертным газом. Конструкция
Рис. 3.6. Пневмогидроаккумуляторы
3*
Рис. 3.6. Пневмогидроаккумуляторы
3*
67
мембранного пневмогидроаккумулятора с разделителем рабочих сред в виде эластичного баллона представлена на рис. 3.6, в.
Для изготовления мембран обычно применяют вулканизированную резину высокой плотности.
При расчете пневмогидроаккумуляторов определяют полную емкость аккумулятора VK, полезную емкость рабочей жидкости Vn, работу, совершаемую при разрядке, а также проверяют на прочность детали аккумулятора [1]. Полная емкость аккумулятора равна начальному объему газа (Рк = V-^ до заполнения аккумулятора рабочей жидкостью (см. рис. 3.5, й). При условии полного вытеснения рабочей жидкости из аккумулятора при разрядке полезная емкость рабочей жидкости V^ равна разности объемов газа до заполнения Ух и в конце заполнения 1^2
v'n = V,-V2 ИЛИУ
Если разрядку аккумулятора не доводят до конца н в нем остается некоторый запас V3 рабочей жидкости, а давление газа прн этом будет р3> то полезная емкость
^=УкР1
X Рз Р-2 /
Полученные выражения справедливы для изотермического режима расширения и сжатия газа, т. е. при значении показателя политропы п — 1.
При политропическом процессе изменения состояния газа (n> 1) выражения для Еп примут следующий вид:
V' = Vп k кV' = Vп k к1\ Р1 \ п1\ Р1 \ пV VП К КV VП К К11Р1 \ п ( Рх \ пРз )\ Р2 )11Р1 \ п ( Рх \ пРз )\ Р2 )
V' = Vп k к
V' = Vп k к
1
\ Р1 \ п
1
\ Р1 \ п
V V
П К К
V V
П К К
11
Р1 \ п ( Рх \ п
Рз )\ Р2 )
11
Р1 \ п ( Рх \ п
Рз )\ Р2 )
Показатель политропы процесса расширения и сжатия газа зависит от дли-' тельности протекания процесса и давления зарядки и разрядки аккумулятора. Значения показателя политропы п ~ 1 характерны для работы аккумулятора в режиме компенсации утечек в гидросистеме в случае длительной выдержки какого-либо изделия под давлением при отключенном насосе.
При работе аккумулятора для покрытия мгновенных больших расходов рабочей жидкости в гидросистеме (длительность процесса менее 1 мин) показатель политропы принимают п — 1,3—1,4. Температурные изменения, происходящие при изменении состояния газа (я> I), могут снизить полезную емкость аккумулятора.
При разрядке аккумулятора вытесняемая рабочая жидкость совершает работу, равную работе расширения газа от максимального давления р2 до давления - газа р^ — руЬ конце разрядки. Работу, совершаемую при разрядке аккумулятора, можно определить по выражениям:
для изотермического цикла
^п — Pl^K I11,
Pi
для политропического цикла
А - P1VkА - P1Vk
А - P1Vk
А - P1Vk
Рассчитывать пневмогидроаккумулятор на прочность следует по следующим формулам.
Толщина стенок цилиндра
5 Р И/ И +р2 (1 — 2ц),]
где D — внутренний диаметр цилиндра; [о] — допускаемое напряжение на разрыв; р2 — давление в конце зарядки; р — коэффициент Пуассона (для стали у = 0,3, для латуни р, = 0,35).
Толщина донышка (крышек) цилиндра: плоского
- 0.405D ]/
[а] ’
сферического
8 - Р'Л
41а] *
По последней формуле можно рассчитать также толщину полусфер шарового аккумулятора.
РЕЛЕ ДАВЛЕНИЯ
Реле давления предназначены для выдачи электрического командного сигнала при достижении в пневматической системе заданного давления (или разности давлений). Различают реле давления измерительного и дифференциального типов. Первое реагирует на избыточное давление (разность между изменяющимся давлением в системе н атмосферным), второе — на разность между давлениями в двух частях пневматической системы (иапример, в штоковой и поршневой полостях пневмоцилиндра).
Контролируемое давление, или разность давлений, воспринимается чувствительным элементом (поршнем, мембраной, сильфоном, трубкой Бурдона), Настройка реле давления на заданное значение контролируемого параметра осуществляется изменением усилия нагрузочного элемента, обычно винтовой пружины. Когда контролируемый параметр достигнет заданного значения, перемещение чувствительного элемента достигнет значения, необходимого для замыкания или размыкания электрического контактного устройства.
Электрические контактные устройства могут быть прямого или мгновенного действия. Контакты прямого действия при медленном нагружении чувствительного элемента подвергаются сильному дугообразованию, что приводит к их быстрому износу. Реле давления с контактами прямого действия применяют только как аварийные сигнальные устройства.
На рис. 3.7, а изображено реле давления измерительного типа с сильфонным чувствительным элементом и ртутным контактным устройством. Газ иод давлением подводится к штуцеру 8. Если величина давления ниже заданной, колба 2 с ртутью занимает положение, при котором оба контакта 3 касаются ртути и замкнуты через нее (как показано на рисунке). При повышении давления толкатель 7 сильфона б перемещается вверх и, растягивая пружину 5, через систему рычагов поворачивает колбу с ртутью в направлении, противоположном ходу часовой стрелки. При достижении заданного давления колба наклоняется влево настолько, что контакты размыкаются (не касаются поверхности ртути). Настройка реле давления осуществляется изменением длины пружины 5 с помощью винта 1. Стрелка 4 показывает на шкале давление настройки.
Диапазон изменения рабочего давления 0—0,1 МПа.
Использование ртутного контактного устройства делает возможным применение реле этой конструкции только в строго неизменном положении на стационарных машинах при отсутствии вибрации. Кроме того, ртутные контакты, как и все контакты прямого действия, не рекомендуется применять при пульсации давления газа, потому что их перемещение связано линейной зависимостью с перемещением чувствительного элемента. Ртутные контактны не обеспечивают при этом точности срабатывания из-за инерционности ртути, а контакты прямого действия, изготовленные из твердых металлов, быстро выходят из строя вследствие Дугообразования.
е)
На рис. 3.7, б представлена конструктивная схема пневматического реле давления с мембранным чувствительным элементом и электрическим контактным устройством мгновенного действия. Газ под давлением подводится к присоединительному отверстию в крышке 5. Усилие от действия давления на мембрану 4 снизу уравновешивается усилием пружины 3. При определенном давлении, устанавливаемом с помощью регулировочного винта 1, толкатель 2, воздействуя на штифт электрического микропереключателя, переключает его контакты.
На рис. 3.7, в изображено реле давления дифференциального типа с поршневым чувствительным элементом и с электрическим контактным устройством мгновенного действия, выпускаемое фирмой «Барксдейл вэлвз» (США) [4]. Реле давления реагирует на разность давлений в двух полостях, связанных с отверстиями А и Б. К отверстию А подводится газ низкого давления, к отверстию Б— высокого. При достижении заданной разности давлений поршень 6 сжимает пружину 5 и перемещается вверх, нажимая на штифт микропереключателя 4, связанного с пружинами / и 3. Разность давлений, при которой срабатывают электрические контакты, определяется положением микропереключателя, изменяемым с помощью винта 2.
Реле давления применяют для контроля разности давлений в диапазоне 0,035—1,0 МПа.
На базе этой конструкции фирма выпускает реле давления измерительного типа (рис. 3.7, г), реагирующее на избыточное давление в пределах 0,1—2,1 МПа, отличающееся от предыдущего только устройством корпуса 7 и поршня 6 (см. рис. 3.7, в). Точность — в пределах 2%. Обе конструкции предназначены для работы на сжатом воздухе, газах, воде и масле.
Важным достоинством поршневого чувствительного элемента являются его демпфирующие свойства (вследствие трения в уплотнении), в результате чего 70
снижается реакция контактного устройства на Пульсацию. В то же время, трение, создаваемое уплотнением поршня, приводит к увеличению зоны нечувствительности реле.
Реле давления измерительного типа применяют, как правило, для выключения машины в случае падения давления в воздушной сети ниже допустимого уровня. Применять реле давления измерительного типа для обеспечения работы исполнительных механизмов в определенной последовательности не рекомендуется по следующей причине. Реле давления дает команду на начало хода второго цилиндра, реагируя па повышение даления в рабочей полости первого цилиндра, когда его поршень доходит до упора в конце хода. Для надежной работы схемы с реле давления измерительного типа необходимо, чтобы повышение давления происходило лишь в конце хода поршня. Однако в связи с тем, что давление в выхлопной полости снижается не мгновенно, требуется довольно высокое давление газа в рабочей полости, чтобы поршень стронулся с места; поэтому при небольшом запасе давления возможен ложный командный сигнал пуска второго цилиндра, отданный раньше, чем стронулся с места поршень первый. Если применить реле давления дифференциального типа, а в качестве сигнала о завершении хода поршня первого цилиндра использовать увеличение разности между давлением в рабочей и выхлопной полостях цилиндра, то вероятность появления ложного сигнала уменьшится, так как достаточная для переключения реле разность давления достигается лишь в конце хода поршня.
Реле давления, в которых отсутствует возможность регулирования величины давления, при котором происходит переключение электрического контактного устройства, принято называть пневмоэлектропреобразователями. <
Конструктивно пневмоэлектропреобразователи аналогичны реле давления с настраиваемых значением контролируемого давления, однако отсутствие устройства для регулирования усилия нагрузочного элемента позволяет значительно упростить конструкцию и уменьшить размер пневмоэлектропреобразователей.
ИНДИКАТОРЫ ДАВЛЕНИЯ
Индикаторы давления предназначены для визуального контроля наличия давления воздуха на различных участках пневматических систем. Принцип действия индикаторов давления заключается в преобразовании энергии сжатого воздуха в механическое перемещение индицирующего элемента (поршня, мембраны, жидкости и т. д.). По способу индикации давления индикаторы можно разделить на штоковые, типа ламп и табло.
У штоковых индикаторов типа B52-1I (рис. 3.8, а) признаком наличия давления является шток /, выдвинутый из корпуса на 4—6 мм. Индикатор этого типа представляет собой миниатюрный пневмоцилиндр одностороннего действия с подпружиненным поршнем 2. Наличие эластичных уплотнений поршня требует относительно высокого уровня переключающего давления, что ограничивает область применения штоковых индикаторов.
Индикаторы типа ламп функционально аналогичны электрическим сигнальным лампам и поэтому должны обеспечивать четкую индикацию наличия и отсутствия давления в системах, размещенных в помещениях с нормальной освещенностью без использования подсветки. Для этой цели в них используют подвижные детали, окрашенные в цвета с высокой отражательной способностью, появляющиеся в поле зрения при наличии давления. Применяют конструкции индикаторов давления поршневого, мембранного и жидкостного типов.
На рис. 3.8, б приведена конструкция индикатора давления типа П-ИДС, индицирующий элемент которого выполнен в виде поршня 1 с окрашенным коническим углублением. Конфигурация линзы 2 и поршня обеспечивает четкую индикацию наличия и отсутствия давления в системах низкого давления. Для работы индикатора необходимо, чтобы его входы были подключены к двум взаимноинверсным выходам струйного элемента.
В индикаторе типа РУС-1 с мембранным приводом (рис. 3.8, в) при подаче газа под давлением мембранный узел 1 перемещается совместно с шайбой, имеющей фигурный вырез, и приводит во вращение винтовой шток 2, поворачивая на 90° окрашенный флажок 3.
В индикаторе типа ИП-1 (рис. 3.8, г) сжатый’воздух, поступающий на вход, растягивает окрашенную в яркие цвета эластичную мембрану L Мембрана раздвигает секторные участки шторки 2, которые расходятся по окружности и ложатся на нижнюю часть стекла 3. Мембрана выкладывается по профилю стекла и изменяет его окраску. Цвет мембраны хорошо виден как с лицевой, так и с боковой стороны индикатора. При снятии управляющего сигнала мембрана под действием сил упругости возвращается в исходное положение, и шторки сходятся.
Индикатор типа ИПЗ-1 (рис. 3.8, д) обеспечивает сигнализацию и запоминание в течение 2 ч наличия давления. Это достигается с помощью обратного клапана 1. При подаче и последующем снятии сигнала мембрана не возвращается в исходное положение, так как в индикаторе давление будет сохраняться до тех пор, пока нажатием на кнопку 2 камера не будет соединена с атмосферой.
В жидкостных индикаторах используют свойство жидкости точно повторять фигурные поверхности, что дает хороший визуальный эффект.
На рис. 3.9, а приведена конструкция пневматического индикатора,в котором использована непрозрачная жидкость в качестве шторки, изолирующей индицирующий элемент от прозрачного экрана. При подаче воздуха под давлением мембрана / перемещает поршень 4 и жидкость 3 вытесняется в кольцевую проточку 2. При соприкосновении поршня с прозрачным стеклом становится видимым индикационный знак на его торце.
Окрашенная жидкость может быть использована и в качестве индицирующего элемента. В индикаторе давления (рис. 3.9, б) в полости между мембраной 1 72
Рис. 3.9. Индикаторы давления жидкостного типа
и стеклом 2 в выточке находится жидкость 3. При появлении пневматического сигнала мембрана вытесняет жидкость из выточки на поверхность линзы, в результате чего она окрашивается в цвет жидкости.
Аналогично электрической сигнальной арматуре в пневматических индикаторах давления' используют красный и зеленый цвета, реже — желтый и голубой. В ряде случаев
наносят знаки, цифры или надписи. Для удобства наблюдения и контроля наличия командных сигналов, поступающих в систему, применяют групповые индикаторы. Каждый индицирующий элемент в них пронумерован и соответствует определенной команде.
ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
СЕРИЙНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ
В пневмогидропреобразователе типа ПГП (рис. 3.10) камера низкого давления / заполнена минеральным маслом до определенного уровня. В нижней части штока 7 встроен клапан 5. Камера высокого давления 4 через клапан 5 сообщена с камерой низкого давления, а через отводное отверстие— с рабочей полостью гидроцилиндра. Управление пневмогидропреобразователем производится с помощью кранового пневмораспределптеля последовательного действия типа В71-33. При подаче сжатого воздуха в камеру 1 происходит заполнение рабочей полости гидроцилиндра минеральным маслом под низким давлением. Затем после переключения пневмораспределителя 3 сжатый воздух подается в полость 8 пневмоцилиндра, что приводит к вытеснению рабочей жидкости из камеры высокого давления 4 и заготовка окончательно зажимается гидроцилиндром. Клапан 5 при этом отсекает камеру 4 от камеры 1.
Возврат поршня 2 в исходное положение и заполнение камер 4 и 1 рабочей жидкостью происходят при подаче сжатого воздуха в полость 6 пневмоцилиндра.
Техническая характеристика пневмогидропреобразоват^лей типа ПГП
Номинальное давление воздуха, МПа 0,63
Номинальное давление рабочей жидкости, МПа: при предварительном зажиме 0,63
при окончательном зажиме 16
Объем рабочей полости жидкости, см’: низкого давления 1000
высокого давления 63
Коэффициент усиления 25
90%-ный ресурс, цикл 250000
90%-ная наработка до первого отказа, цикл 50 000
Масса, кг, не более 36
Поршневой пневмогидроаккумулятор типа АР (рис. 3.11) состоит из цилиндра 2, поршня 3 и крышек 1 и 4. Уплотнение поршня и крышек обеспечивается резиновыми кольцами. Заряжают аккумулятор через узел 5, отверстие Б которого предназначено для подключения к источнику нагнетания газа при зарядке, а отверстие А — для подключения манометра, контролирующего давление газа. Крепление крышек к корпусу выполнено с помощью разрезных колец и винтов.
Технические характеристики аккумуляторов типа АР приведены ниже, а полезные обьемы аккумуляторов различных типоразмеров в зависимости от изменения давления масла при отборе его из аккумулятора в^ гидросистему могут быть определены по графикам, приведенным на рис. 3.12 и 3.13 [2]. Из
Рис. 3.10. Пневмогидропрсобразова» тель типа ПГП
Рис. 3.11. Поршневой пневмогидроак* кумулятор типа АР
двух точек на оси абсцисс, соответствующих максимальному и минимальному давлениям жидкости рж в гидросистеме, проводят вертикальные прямые до пересечения с кривой выбранного давления рг зарядки газа, затем из точек пересечения проводят горизонтальные прямые до пересечения с ординатами объемов V3 и соответствующего типоразмера аккумулятора. Разность между двумя полученными значениями на оси ординат соответствует объему масла УЖ) который будет подаваться гидроаккумулятором в гидросистему.
^г.л 0,4 1 2,5 6,3 16 40 100
6,J2|
0,8
ад
Рис. 3.13. График для выбора полезного объема пиевмогидроаккумулятора при изотермическом процессе
028
0.1
Ш
\020
0,6
020
05
v
k io
0/1
1У
W2
о.з
0,2
\0,0S
О
О
32
60
ли
ад
2'1
20
ад
16
Ml
И
1,89\
0,25
ОМ
О
О
О
О
8
16
20
12
21
28рж,ЫПа
\11,2\28
60
80
Рис. 3.12. График для выбора полезного объема пиевмогидроаккумулятора при адиабатическом процессе
Техническая характеристика пиевмогидроаккумулятора типа АР
Рабочая среда
Номинальное давление
Полость газа — технический азот второго сорта
■ ' ■(ГОСТ 9293 — 74)
Рекомендуемое давление зарядки Перепад давления для страги- вания поршня Диапазон температуры рабочей жидкостиОт
Полость
жидкости
Р1НОМ
Р2ПОМ
— минеральное
= 16 МПа
.= 32 МПа
масло
О'*3рраб max Рзар ^’®
Рдвиж °’2
0,94) рраб mjn
МПа
— 30 до +90 °C (допустимая температура масла аккумуляторе)
в
Реле давления (ГОСТ 19486—74). Давление сжатого воздуха воздействует через мембрану / и грибок 2 на толкатель 3 (рис. 3.14). Если усилие, развиваемое давлением воздуха на грибок 2, станет больше усилия пружины 4 (пружина настраивается с помощью поводка 5, передающего вращение гайке 6), то толкатель 3 переместится и через штифт 7 вызовет срабатывание микропереключателя 8. При понижении контролируемого давления пружина 4 возвращает толкатель 3 в исходное положение, а пружина микропереключателя вызывает его обратное переключение.
' 75
Техническая характеристика реле давления [3]Техническая характеристика реле давления [3]Номинальное давление, МПа Диапазон контролируемых давлений (давление замыкания илн размыканияНоминальное давление, МПа Диапазон контролируемых давлений (давление замыкания илн размыканияТехническая характеристика индикатора давлениятипа В52-11 [3 ]Техническая характеристика индикатора давлениятипа В52-11 [3 ]Рис. 3.16, Индикатор давления типа п-идРис. 3.16, Индикатор давления типа п-идРис. 3.17. Малогабаритный индикатор давления типа П-НДтРис. 3.17. Малогабаритный индикатор давления типа П-НДт
Техническая характеристика реле давления [3]
Техническая характеристика реле давления [3]
Номинальное давление, МПа
Диапазон контролируемых давлений (давление замыкания илн размыкания
Номинальное давление, МПа
Диапазон контролируемых давлений (давление замыкания илн размыкания
Техническая характеристика индикатора давлениятипа В52-11 [3 ]
Техническая характеристика индикатора давлениятипа В52-11 [3 ]
Рис. 3.16, Индикатор давления типа п-ид
Рис. 3.16, Индикатор давления типа п-ид
Рис. 3.17. Малогабаритный индикатор давления типа П-НДт
Рис. 3.17. Малогабаритный индикатор давления типа П-НДт
электрических контактов при изменении давления), МПа 0,15—1,0
Зона нечувствительности (разность между давлением срабатывания микропереключателя н давлением возврата в исходное положение), МПа , .0,03 — 0,06
Параметры микропереключателя:
поминальный ток, А 2,5
напряжение, В:
переменного тока До380
постоянного тока До220
Долговечность, цикл 5*10е
Индикатор давления типа В52-11 (рис. 3.15) представляет собой миниатюр* иый пневмоцилиндр одностороннего действия с пружинным возвратом. В кор' пусе / перемещается поршень 2, уплотняемый манжетой. При отсутствии давле’ ния на контролируемом участке пневматической системы поршень под действием пружины 3 удерживается во втянутом положении. При появлении давления поршень 2, сжимая пружину 3, перемещается влево. Выдвинутый шток сигнализирует о наличии давления на участке системы.
Давление, МПа: номинальное 0 63
минимальное ,’ 0*25
Наибольшее допустимое числи срабатывании. 1-икл/мии230
Долговечность, цикл ‘'106
Масса, кг ё. ё ё ё ё ё ё ё ё ё ё ё 0 020
Индикатор давления типа П-ИД (рис. 3.16) состоит из поршня 2 с возвратной пружиной 4, уплотненного в корпусе 3 резиновой манжетой, и линзы /. Линза выполнена в виде конуса, обращенного вершиной внутрь корпуса, а поршень имеет соответствующее коническое углубление под линзу, поверхность которого окрашена в нужный цвет. При отсутствии входного давления пружина удерживает поршень в исходном положении; при подаче давления поршень перемещается к линзе и коническая (окрашенная) поверхность его становится видимой.
В малогабаритном индикаторе давления типа П-ИД1 (рис. 3.17) в качестве индицирующего элемента используют выступающую при наличии входного давления часть штока поршня. Поршень
Рис. 3.18. Пневмоэлектропреобразователь тина П-ПЭ-СРис. 3.18. Пневмоэлектропреобразователь тина П-ПЭ-С
Рис. 3.18. Пневмоэлектропреобразователь тина П-ПЭ-С
Рис. 3.18. Пневмоэлектропреобразователь тина П-ПЭ-С
уплотнен резиновым кольцом. Возврат поршня в исходное положение при отсут ствии входного давления — пружинный.
Техническая характеристика индикаторов давления [3 ]
Давление входных сигналов, МПа . . .Угол обзора, град Активный диаметр линзы, мм Размеры выступающей части индицирующего элемента, мм Долговечность, циклМасса, кг Давление входных сигналов, МПа . . .Угол обзора, град Активный диаметр линзы, мм Размеры выступающей части индицирующего элемента, мм Долговечность, циклМасса, кг п-ид0,14 — 0,6314016п-ид0,14 — 0,63140165-10»0,135-10»0,13П-ИД10,16 — 0,63180П-ИД10,16 — 0,6318003X3 5-10® 0,02703X3 5-10® 0,027
Давление входных сигналов, МПа . . .
Угол обзора, град
Активный диаметр линзы, мм Размеры выступающей части индицирующего элемента, мм
Долговечность, цикл
Масса, кг
Давление входных сигналов, МПа . . .
Угол обзора, град
Активный диаметр линзы, мм Размеры выступающей части индицирующего элемента, мм
Долговечность, цикл
Масса, кг
п-ид0,14 — 0,6314016
п-ид0,14 — 0,6314016
5-10»0,13
5-10»0,13
П-ИД10,16 — 0,63180
П-ИД10,16 — 0,63180
03X3 5-10® 0,027
03X3 5-10® 0,027
Пневмоэлектропреобразователь типа П-ПЭ-С предназначен для преобразования пневматического сигнала в дискретный электрический сигнал. Пневмоэлектропреобразователь (рис. 3,18) состоит из основания /, в котором расположен подпружиненный поршень 2 с манжетой, кронштейна 3, на котором крепится электрический конечный выключатель, и защитного кожуха 4. Переключение электрических контактов происходит при нажатии перемещающегося под действием входного давления поршня на толкатель конечного выключателя.
Регулировка конечного выключателя относительно поршня обеспечивается за счет зазоров, образованных отверстиями в корпусе выключателя и винтами 5 крепления выключателя к кронштейну. Отверстие А в основании предназначено для подвода пневматического сигнала, отверстие Б — для вывода электрических проводов конечного выключателя. Между кожухом и основанием предусмотрена прокладка для защиты электрических контактов от загрязнений.
0,14—0,63 МП 1101 псп. 10,14—0,63 МП 1101 псп. 12025 10е 0,352025 10е 0,35Техническая характеристика пневмоэлектронреобразователя типаП-ПЭ-С [3]
0,14—0,63 МП 1101 псп. 1
0,14—0,63 МП 1101 псп. 1
20
25 10е 0,35
20
25 10е 0,35
Давление входных сигналов, МПа
Тип конечного выключателя
Время, мс, не более: включения выключения . . . •
Долговечность, цикл
Масса, кг
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Батта Т. М.. Зайченко Н. 3., Ермаков В. В». Хаймович Е. М. Обьемпые гидравлические приводы. М.: Машиностроение, 1969. 628 с,
Гидропневмоаккумуляторы типа АР. М. 1972. 6 с. (НИИМАШ).
Элементы и устройства пневмоавтоматики высокого давления. Каталог. М. 197 8. 155 с. (НИИМАШ).
I 50 4. Fluid power Handbook Directory. 1968 — 1969. Industrial publishing Co. Cleveland, 5. Mecman News. N. 42, November, 1969, 8 p.
Глава 4Глава 4НАПРАВЛЯЮЩАЯ ПНЕВМОАППАРАТУРА
Глава 4
Глава 4
Направляющая пневмоаппаратура предназначена для изменения направления потока сжатого воздуха путем полного открытия пли закрытия рабочего проходного сечения.
К этой группе ппевмоустройств относятся пневмораспределители, обратные пневмоклапаны, пневмоклапаны быстрого выхлопа, последовательности, выдержки времени, логические (ИЛИ; И).
4.1. ПНЕВМОРАСПРЕДЕЛИТЕЛИ
Пневмораспределители предназначены для изменения направления или пуска и останова потоков сжатого воздуха в двух или более внешних пневмолиниях в зависимости от внешнего управляющего воздействия. Под внешними пневмолиниями понимают воздухопроводы и каналы для течения воздуха (в том числе и отверстия для связи с атмосферой), соединяемые в определенных сочетаниях при различных положениях распределительного органа.
Число внешних линий определяет линейность распределителя. Применяют в основном двух-, трех-, четырех- и пятилинейные распределители. Распределители для специальных целей, а также крановые применяют и с большим числом линий.
По числу фиксированных положений распределительного органа различают двух-, трех- и миогопозиционные распределители. Последний тип (за исключением крановых распределителей) применяют редко и его относят к специальным. Наибольшее применение получили двухпозиционные распределители, распределительный орган которых может занимать одно из двух крайних положений. Распределительный орган трехпозиционных пневмораспределителей при отсутствии управляющего воздействия занимает среднее положение. Иногда используют распределители, состоящие из двух двухпозиционных пневмораспределителей. Такие распределители относятся к четырехпозиционным, хотя могут выполнять функции трехпозициоиных, если не используется одна позиция.
Двухпозиционные пневмораспределители могут иметь одностороннее и двустороннее управление (трехпозиционные — только двустороннее). Под односторонним понимают такой вид управления, при котором для переключения распределительного элемента управляющее воздействие прикладывается только к одному чувствительному элементу и в одном направлении, а возврат в исходное положение происходит после снятия управляющего воздействия под действием сил механической или пневматической пружины. При двустороннем управлении, чтобы распределительный элемент привести в заданное состояние, необходимо управляющее воздействие приложить к соответствующему чувствительному элементу (если их два) или изменить направление действия.
На рис. 4.1 приведена схема пятилинейного двухпозиционного распределителя с односторонним управлением. Управляющее отверстие обозначается двумя 78
Рис. 4.1. Схема пятилниейиого двухпозиционного распределителя с односторонним управлением
цифрами. Вторая цифра указывает отверстие, которое будет соединено с отверстием 1 при подаче единичного сигнала к управляющему отверстию.
К двух- и трехлинейным распределителям с односторонним управлением относятся «нормально закрытые» (при отсутствии управляющего воздействия питание «закрыто», т. е. сжатый воздух не проходит к выходному каналу распределителя) и «нормально открытые» (при отсутствии управляющего воздействия питание «открыто»).
Двухпозиционные распределители с двусторонним управлением можно использовать как устройства памяти.
Число внешних линий и позиций, а также характер управления (одностороннее или двустороннее) определяют схему исполнения пневмораспределителя. Наибольшее применение в промышленности получили схемы исполнения, приведенные в табл. 4.1 и 4.2 [1].
Крановые распределители применяют также со специальными схемами исполнений по числу позиций и линейности, в частности трехпозиционный шестилинейный распределитель — для последовательного управления двумя цилиндрами (рис. 4.2, а), шестипозиционный восьмилинейный распределитель (шестипозиционный переключатель, рис. 4.2, б) — для обеспечения подачи давления поочередно к каждому из шести выходных каналов, при этом остальные выходные каналы соединяются с атмосферой.
Важным функциональным признаком распределителей является вид управления.
Схема классификации основных видов управления изображена на рис. 4.3. Условные обозначения видов управления соответствуют ГОСТ 2.721—74.
Известны также механическое управление с малым усилием (рычаг управляет вспомогательным клапаном, приводящим в действие обычный механизм пневматического управления, рис. 4.4, о) и механическое бесконтактное управление, достигаемое обычно механическим воздействием на струю сжатого воздуха (рис. 4.4, б). Наиболее широкое распространение в промышленной практике получили следующие конструкции распределительных устройств: клапанные, с цилиндрическим золотником, с плоским золотником и крановые.
Принцип клапанного распределения без «короткого замыкания» ясен из рис. 4.5. Обозначение присоединительных отверстий: / — вход (питание); 2— выход (к потребителю); 3— выход в атмосферу. Обозначение управляющего отверстия содержит две цифры, указывающие сообщаемые при подаче управляющего сигнала присоединительные отверстия; цифра 0 показывает, что присоединительное отверстие перекрыто. В исходном положении, обеспечиваемом двумя возвратными пружинами, выходное отверстие 2 через полый толкатель сообщено с выходом в атмосферу. При подаче управляющего сигнала к отверстию 12 вначале выходное отверстие 2 разобщается с отверстием 3, а затем сообщается с входным отверстием.
Рис. 4.2. Примеры схем исполнения крановых распределителей
Основные пневматические схемы дв'хлинейпых и трехлинейных распределителей
Таблица 4,1
Число позиций распределительного элемента
Управление
Схема соединения пиевмо- линии в исходной позиции
Число внешних пневмо- линий
Условное графическое обозначение ПО ГОСТ 2.781 — 68
2
Одностороннее
Нормально открытая
2
2
7
3
2
3 1
Нормально закрытая
2
7
3
2
W
3 7
Двустороннее
2
2
1
/
3
2
3
То же
С закрытым центром
3
2
L 1 X
Т А 1т «г
1
3 7 ■
80
Число позиций распределительного элемента
Управление
Возврат в исходное поло/кение
Число внешних пиевмо- лиинй
Условное графическое обозначение по ГОСТ °.781— 68
2
Одностороннее
Пружинный
4
J 2
у!
4 7
5
№
гч
1
>
3*1
Пневматический
4
3 2
и
т
6
,24
К1/^
Двустороннее
4
2
КГ
з /
5
гч
3 1 5
3
То же
4
2 4 ют
3 7
5
2 4
' 5 ' 5
Основные пневматические схемы четырехлинейных и пятилинейных распределителей
Таблица 4.2
81
мораспределителями
с механическим управлением
Рис. 4.5. Трехлинейный клапанный распределитель без «короткого замыкания»
Рис. 4.4. Распределители
Рис. 4.G. Трехлинейный клапанный распределитель с «коротким замыканием»
Как видно из рис. 4.5, трехлинейный клапанный пневмораспределитель образуется комбинацией двух пар клапан—седло. Для двухлинейного распределителя достаточно одной пары, а для четырех- или пятилинейного необходимы четыре пары; обычно четырехлинейные клапанные распределители образуются из двух (нормально открытого и нормально закрытого) трехлинейных распределителей, размещенных в общем корпусе параллельно или соосно.
В распределителях клапанных с «коротким замыканием» (рис. 4.6) в момент переключения (перемещения клапанного узла из одного крайнего положения в другое) все каналы (питания, выхода и атмосферный) соединены между собой. Такие распределители несколько проще, но при их переключении возникает колебание давления, возможно появление ложных сигналов в системе управления, увеличивается расход воздуха. Кроме того, такая схема не применима при ручном и механическом управлении, когда перемещение клапанного узла может быть медленным.
Распределители с цилиндрическим золотником наряду с клапанными широко применяют в промышленности вследствие простой и технологичной конструкции, широким функциональным возможностям и удобной компоновке.
Распределители этого типа в качестве распределительного элемента имеют цилиндрический золотник, перемещающийся вдоль оси в корпусе или во втулках, помещенных в корпусе. Проточки (пояски) золотника в разных фиксированных положениях сообщают или запирают разные проточки (отверстия) корпуса (втулок). Основная проблема при конструировании — уплотнение золотника — решается путем использования эластичных уплотнений или малого зазора. Эластичные уплотнения работают в тяжелых условиях, так как при каждом ходе золотника проходят кромки прогочек или отверстий, и тем не менее они должны удовлетворять требованиям герметичности в течение длительного срока службы, измеряемого миллионами и даже десятками миллионов циклов. Поэтому в распределителях с эластичными уплотнениями применяют уплотнения повышенной точности или особой конструкции, используя при этом специальные способы их установки. Распределители с малым зазором требуют изготовления прецизионной пары.
Эластичные уплотнения можно устанавливать в корпусе или на золотнике. Обычно применяют такие конструкции, в которых зазор между корпусом и зо- ; лотником уплотняется за счет не столько предварительного натяга уплотнительного кольца, сколько его прижатия к уплотнительным поверхностям под действием давления воздуха. Поэтому при проходе кольцевой канавки на уплотняемой цилиндрической поверхности возможно выдавливание уплотнительного кольца из своего гнезда. Чтобы избежать этого, в конструкциях распределителей с кольцевыми проточками применяют уплотнительные кольца и посадочные места такой геометрической формы, которая исключает выдавливание кольца. Вместо кольцевой проточки, например, во втулке, помещенной в корпус, по окружности делают ряд отверстий небольшого диаметра или ряд продольных пазов на торцах втулок или на золотнике, суммарное сечение которых обеспечи- ваег необходимый проход, а взаимное расположение позволяет сохранить по окружности часть цилиндрической поверхности, которая обеспечивает нормальное перемещение уплотнительных колец.
Примеры конструкций уплотнительных устройств приведены на рис. 4.7.
На рис. 4.8 показана конструкция пятилинейного пневмораспределителя с цилиндрическим золотником и пневматическим управлением. Золотник уплотнен специальными Т-образными уплотнениями, которые монтируют с помощью набора втулок. Две крайние втулки являются направляющими и имеют дроссели в виде отверстий малого диаметра для создания воздушной подушки в целях демпфирования ударов в конце хода золотника. Обозначение присоединительных отверстий: 1 — питание; 2 и 4— выходы (к пневмоцилиндрам); 3 и 5 — выходы в атмосферу. Обозначение управляющего отверстия содержит две цифры, указывающие сообщаемые при подаче управляющего сигнала присоединительные отверстия. На основе цилиндрического золотника легко получить распределители с различными функциональными схемами и модификациями по способу монтажа. Так, трехпозиционные пятилинейные распределители с закрытым центром (в нейтральной позиции все пневмолинии закрыты) получаются наи-
Рис. 4.7.Рис. 4.7.Примеры конструкцийПримеры конструкцийуплотнительных узловуплотнительных узлов
Рис. 4.7.
Рис. 4.7.
Примеры конструкций
Примеры конструкций
уплотнительных узлов
уплотнительных узлов
более просто; для реализации этой же схемы с клапанным распределением требуются два трехлинейных и два двухлинейных распределителя. Трехлинейный распределитель с цилиндрическим золотником без каких-либо изменений в конструкции может быть нормально открытым или нормально закрытым; для изменения схемы достаточно поменять местами трубопроводы питания и выхлопа. Пяти- лииейные распределители с цилиндрическим золотником обеспечивают раздельный выхлоп каждой полости пневмсцилиндра, что позволяет применять весьма простые дроссельные устройства. Для получения четырехлинейного распределителя из пятилинейного достаточно объединить выхлопные линии.
В распределителях с плоским золотником (рис. 4.9) потоки сжатого воздуха распределяются парой плоский золотник—плита, причем отверстия для прохода воздуха выведены на плоскую,тщательно обработанную поверхность плиты, по которой перемещается золотник с канавкой, попарно сообщающей между собой упомянутые отверстия. Золотник перемещается относительно плоскости с отверстиями с помощью привода, наиболее часто — пневматического, хотя для распределителей малых размеров используют ручное, механическое и другие виды управ- • ления. При пневматическом приводе давление управления действует на поршневое или плунжерное устройство. Обозначение распределительных отверстий то же, что и на рис. 4.8.
Среди крановых распределительных элементов наибольшее распространение получил плоский поворотный золотник (рис. 4.10). Обычно крановые распределители имеют ручное управление.
Клапанные и золотниковые распределители применяют с различным управлением: ручным, механическим, пневматическим, электромагнитным или элек- тропневматическим, Причем обычно различные виды управления достигают установкой разных видов приводов на базовую модель распределителей при максимальной возможной унификации деталей.
Выбор и расчет пиевмораспределителей. Наибольшую сложность при проектировании пневматических систем представляет выбор распределителей с требуемыми расходными характеристиками и быстродействием.
2 42 43 153 15Рис. 4.8. Пятнлинейный распределитель с цилиндрическим золотником и эластичными уплотнениямиРис. 4.8. Пятнлинейный распределитель с цилиндрическим золотником и эластичными уплотнениями
2 4
2 4
3 15
3 15
Рис. 4.8. Пятнлинейный распределитель с цилиндрическим золотником и эластичными уплотнениями
Рис. 4.8. Пятнлинейный распределитель с цилиндрическим золотником и эластичными уплотнениями
2 42 4Рис. 4.9. Четырехлинейный распределитель с плоским золотникомРис. 4.9. Четырехлинейный распределитель с плоским золотникомРис. 4.10. Четырехлинейный крановый распредеРис. 4.10. Четырехлинейный крановый распределительлитель
2 4
2 4
Рис. 4.9. Четырехлинейный распределитель с плоским золотником
Рис. 4.9. Четырехлинейный распределитель с плоским золотником
Рис. 4.10. Четырехлинейный крановый распреде
Рис. 4.10. Четырехлинейный крановый распреде
литель
литель
Определение требуемой расходной характеристики распределителя — сложная задача, так как необходимо учесть (применительно к пневмоприводу возвратно-поступательного действия) размер цилиндра, внешнюю нагрузку, перемещаемую массу, закон изменения скорости перемещения и его время, а также сопротивление подводящей и выхлопной пневмолиний, в которые входит распределитель. Эту задачу решают методами динамического анализа и синтеза, которые достаточно полно изложены в справочном пособии [1].
Для приближенного выбора требуемой пропускной способности распределителя, управляющего работой пневмоцилиндра при постоянном коэффициенте нагрузки на штоке и минимальном сопротивлении потоку в трубопроводах и их соединениях, можно воспользоваться формулой
„127Fsp
« ts у ^p (р — Zxp)
где Ки— пропускная способность распределителя, м3/ч; F— площадь поршня, м2; s— ход поршня, м; ts — заданное время перемещения поршня, с; р — абсолютное рабочее давление, МПа; Ар — перепад давления на распределителе, МПа.
Предполагается, что площадь поршня выбрана из условия
% = PlpF = 0,5,
где х — безразмерная нагрузка на штоке; Р — постоянная сила сопротивления перемещению поршня.
Значение Ар для определения КУ рекомендуется выбирать из следующих соображений: в большинстве случаев следует принимать Ар = 0,03 МПа; если уменьшение размера и массы имеет первостепенное значение, можно увеличить Ар до 0,08 МПа, а когда КУ выбирают с запасом — уменьшить до 0,015 МПа. Обычно пропускную способность распределителя выбирают с некоторым запасом, особенно при высоких средних скоростях перемещения поршня, когда требуется его торможение в конце хода, и при длинных трубопроводах.
Расходные характеристики распределителей отечественных конструкций приведены в табл. 4.3, где кроме пропускной способности Ки и эффективной
Распределитель
S
к d ё°
5 g.
Проп\скная способность, Ку, М3/ч
Эффективная площадь проходного сечения р, мм2
Длина эквивалентного трубопровода (при dT = Dy) S’ м
Питание- выход
Выход— атмосфера
Пита- выход
Выход— атмосфера
Пнта-
выход
Вы> од— атмосфера
П-РОЗП
2,5
0,11
0,12
2,28
2,56
0,46
0,33
П-Р515П
2,5
0,12
0,11
2,40
2,20
0,39
0,48
В63-11
4,0
0.20
0,21
4,00
4,20
2,10
1,90
В76-21
4,0
0,33
0,18
6,60
3,60
0,50
2,10
П-ЭПК
4,0
0,19
0,19
3,80
3,80
2,40
2,40
В63-13
12,0
1.30
1,30
26,00
26,00
10,30
10,30
В63-23М
12,0
1,30
1,20
26,20
24,00
10,30
12,40
В63-14М
16,0
2,24
2,00
44,80
41,00
15,00
18,00
В63-24
16,0
2,15
2,11
43,00
42,00
16,50
16,50
Б В64-14М
16,0
2,54
2,39
50,80
48,00
11,50
12,40
В64-24М
16,0
2,36
2,15
47,20
43,00
13.80
16,50
В63-15М
20,0
4,90
4,76
98,40
95,00
9 10
9,70
В63-25
415255 0080
20,0
4,30
5,41
86,20
108,00
12, 10
7,30
415255 0081
415255 0082
8
1,22
1,27
24,0
25,0
1,3
1.1
415255 0083
10
1,23
1.28
25,0
24,0
4.5
3,9
415255 0100
415255 0101
12
2,65
2,60
53,0
51,8
2,1
2,2
415255 0102
16
3,20
3,20
63,0
64,6
6,8
6,8
415255 0103
415255 0120
20
3,50
3,80
70,2
76,8
25,3
15,5
415255 0121
25
11,70
11,50
233,0
230,0
4,1
4,8
415255 0122
32
13,60
13,00
271,0
259,0
11,7
13,7
415255 0123
40
14,30
13,40
285,0
269,0 -
34,4
41,3
Расходная характеристика пиевмораспределителей
Таблица 4.3
Время срабатывания распределителей с электрическим и электропневматическим управлением
Распределитель
Время, мс
Р/тспреде- литель
Время, мс
включе-
выключения
включения
выключения
Давление питания, МПа
Давление питания, МПа
0,4
0,63
0.4
0.63
0,4
0,63
0,4
0,63
П-ЭПК
БВ64-13М
БВ64-14М
БВ64-15М
В64-23М
В64-24М
18
80
200
115
20
75
200
110
12
160
12
160
415255 0090
415255 0110
415255 0130
415255 0091
415255 0111
415255 0131
40
50
125
45
80
240
36
40
110
40
75
210
60
100
340
63
110
350
Таблица 4.4
площади /э указана длина эквивалентных трубопроводов L3, удобная для определения общей расходной .характеристики цепи последовательно соединенных элементов [1]. Расходные характеристики, приведенные в табл. 4.3, получены во ВНИИГидроприводе экспериментально путем проливки водой и продувки сжатым воздухом.
Задача определения времени срабатывания на практике возникает чаще всего применительно к распределителям с пневматическим, электромагнитным и электропневматическим управлением; при ручном, ножном и механическом управлении время срабатывания зависит ог скорости воздействия на механизм управления.
Наибольший интерес представляет определение времени срабатывания распределителей с пневматическим управлением, так как они могут приводиться в действие пневматическими сигналами от распределителей малого проходного сечения (называемых в этом разделе управляющими устройствами) с ручным, ножным, механическим, пневматическим и электромагнитным управлением, причем распределители с электропневматическим управлением удобно рассматривать как распределители с пневматическим управлением и встроенным управляющим устройством, имеющим электромагнитное управление.
Расчет времени срабатывания пневмораспределителей приведен в гл. 11.
Экспериментальные данные ВНИИГидропривода о времени срабатывания для некоторых типов пневмораспределителей приведены в табл. 4.4 и 4.5.
со S
Время, мс
й 5
Вгемя, мс
Распределитель
Ч*- « к о =
с £
включения
выключения
Распределитель
Ч"- О к ® S Э®
включения
выклк- чения
Н с
S = = £
Давление питания, МПа
'О §
Давление питания, МПа
0,4
0,63
0.4
0,63
^ ч
0.4
0,63
0,4
0,63
МВ76-21
В63-13М
В63-14М
В63-15М
В63-23М
1
3
10
1
3
10
1
3
10
1
16
34
136
60
76
175
95
145
300
83
12
28 105
45 72
170 100 150 310
80
28 160 590
86
32 180 686
90
В63-24М
В63-25М
415255 0100
415255 0101
3
10
1
3
10
1
3
10
1
3
10
110
275
92 140 290
72 100 200
90 125 260
120 280
85
140
300
65
80
175
90
120 250
145
405
140
215
480
90
140
350
150 440
158
215
500
95
150
380
Время срабатывания распределителей с пневматическим управлением
Таблица 4.5
Примечание. Время измеряли при следующих условиях: 1) давление питания управляющего устройства равно давлению питания распределителя; 2) внутренний диаметр трубопровода в линии управления dT — 4 мм; 3) в качестве управляющего устройства для МВ76-21 использован П-ЭПК, для остальных — МВ76-21, управляемый от П-ЭПК.
86
4.2. ПНЕВМОКЛАПАНЫ ОБРАТНЫЕ
Обратные пневмоклапаны предназначены для пропускания сжатого воздуха только в одном направлении. По исполнению запорного элемента пневмоклапаны выпускают с конусным, плоским и сферическим элементами (рис. 4.11, а, б, в).
Обратные пневмоклапаны с конусным и сферическим запорными элементами обеспечивают меньшее гидравлическое сопротивление потоку сжатого воздуха, но более трудоемки в изготовлении по сравнению с пневмоклапанами с плоским
Рис. 4.11. Обратные клапаны с конусным (а), плоским (б) и сферическим (в) запорными элементами
запорным элементом. Подъем запорного элемента обычно выполняют в пределах, обеспечивающих (0,6 —■ 1) FT, где FT — площадь сечения подсоединяемого трубопровода. Обратные пневмоклапаны без пружины обычно изготовляют для больших проходных сечений (Оу > 25 мм) в целях уменьшения гидравлического сопротивления. Пневмоклапаны без пружины рекомендуется устанавливать вертикально, седлом запорного элемента вниз, что повышает герметичность и сокращает время закрытия клапана. Иногда обратные пиевмоклапаны изготовляют без пружин для небольших типоразмеров (с малыми проходными сечениями), что позволяет уменьшить их размеры. Запорные элементы в этих конструкциях выполняют из резинового шарика или мембраны. Для обеспечения надежной герметичности уплотнения в пневмоклапанах этого типа необходимо давление ие менее 0,05—0,07 МПа.
4 .3. ПНЕВМОКЛАПАНЫ БЫСТРОГО ВЫХЛОПА
Пиевмоклапаны быстрого выхлопа служат для повышения быстродействия пневмоприводов путем уменьшения сопротивления выхлопной линии.
Схема применения клапана быстр ого выхлопа, приведенная на рис. 4.12, а, обеспечивает увеличение скорости втягивания штока пневмоцилиндра 1 под действием пружины. При включении пневмораспределителя 5 сжатый воздух проходит через клапан быстрого выхлопа 3, который беспрепятственно пропускает его в поршневую полость цилиндра по трубопроводу 2, обеспечивая перемещение поршня вправо. Прн выключении пневмораспределителя 5 давление в трубопроводе 4 падает, клапан быстрого выхлопа 3 переключается, обеспечивая быстрый выпуск воздуха из полости пневмоцилнндра непосредственно в атмосферу, минуя трубопровод 4 и пневмораспределитель 5.
Применение клапанов быстрого выхлопа (при условии установки их в непосредственной близости от опорожняемой полости) позволяет увеличивать
а)8)
Рис. 4.12. Клапан быстрого выхлопа;
а — схема применения; б — пример конструкции
Рис. 4.13. Клапан быстрого выхлопа с летающей мембраной н резьбовым атмосферным отверстием
скорость срабатывания пневмоцилиндров (особенно значительно, если объем опорожняемой полости существенно превышает объем сокращаемой части выхлопной линии) или же (при определенных соотношениях параметров схемы) дает возможность использовать трубопроводы и распределители с уменьшенным проходным сечением, что способствует уменьшению массы и размера привода и сокращает потери сжатого воз
духа.
Как правило, размер резьбы клапана быстрого выхлопа для соединения с пневмораспределителем соответствует размеру резьбы распределителя. Размер проходных сечений отверстий для присоединения к цилиндру и для выхода в атмосферу, а также проходные сечения внутри клапана быстрого выхлопа обычно делают на о дну-две ступени выше (в 1,5—2 раза больше) для уменьшения сопротивления потоку воздуха, выходящего в атмосферу. Соответственно длина трубопровода, соединяющего клапан с опорожняемой полостью, должна быть минимальной.
На рис. 4.12, б изображена конструкция клапана быстрого выхлопа : защемленной мембраной. Отверстие А служит для соединения с распределителем, отверстие Б — с цилиндром, а ряд сверлений В — для выхода воздуха в атмосферу. В этой конструкции не предусмотрена возможность присоединения глушителя. В некоторых случаях применение глушителей является обязательным, и тогда необходимо применять клапаны быстрого выхлопа, конструкция которых обеспечивает резьбовое присоединение глушителя к атмосферному отверстию (рис. 4.13).
Сжатый воздух от распределителя подводится к отверстию А корпуса 2. Под давлением сжатого воздуха перемещается н прижимается летающая мембрана 3 к атмосферному каналу В крышки /, сообщая полость цилиндра через отверстие Б с распределителем. При снятии давления мембрана потоком воздуха, выходящего из полости цилиндра, отбрасывается вниз и воздух через канал В и глушитель выходит в атмосферу.
ПНЕВМОКЛАПАНЫ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ
Пневмоклапан последовательности предназначен для контроля рабочего цикла по давлению (разности давлений) в пневматических системах управления путем выдачи пневматического сигнала при возрастании контролируемого давления (разности давлений) до заданной величины. Такие пневмоклапаны применяют также для переключения пневматически управляемых узлов в системах в тех случаях, когда нельзя использовать для этой цели конечные выключатели (например, при переменной длине хода поршня).
На рис. 4.14, а приведена конструкция активного клапана последовательности типа B62-2I. Чтобы избежать ложного сигнала до начала и в процессе движения поршня цилиндра, предусмотрен дифференциальный поршень /, полости которого сообщаются с напорной (отверстие //н) и выхлопной (отверстие Цв) полостями цилиндра. Так как до начала движения и в процессе движения поршня цилиндра разность давлений в его полостях меньше, чем после окончания хода, дифференциальный поршень 1 надежно удерживается в верхнем положении пружиной 2, настраиваемой с помощью винта 3, и давлением в выхлопной полости, действующим на большую площадь поршня /.
После прихода поршня цилиндра в крайнее положение и его останова давление в напорной полости становится равным давлению в магистрали, а в выхлопной полости — атмосферному. Вследствие этого поршень 1, преодолевая действие
пружины 2, перемещается вниз и через толкатель 4 перемещает клапан 5, тем самым соединяя его выход 0 с каналом питания П. На выходе образуется пневматический сигнал, который может использоваться либо для реверсирования этого же пневмоцилиндра, либо для управления работой других элементов схемы.
После реверсирования пневмоцилиндра поршень 1 под действием пружины 2 и разности давлений в полостях перемещается вверх, и выход сообщается с атмосферой через отверстие Л.
Пневмоклапан последовательности пассивного типа изображен на рис. 4.14, б. В положении, показанном на рисунке, конический клапан 4 усилием пружины / прижат к седлу. Выходное отверстие Б сообщается с атмосферой через отверстие Л. Когда усилие от давления сжатого воздуха, подведенного к каналу Г, на площадь конического клапана преодолеет усилие пружины /,
клапан оторвется , от седла, и давление начнет действовать на большую площадь, так как выходу воздуха из полости В препятствует пружина 6, прижимающая втулку 5 к поверхности клапана 3. Вследствие этого обеспечивается быстрый и четкий прижим уплотнения 2 к седлу, и отверстие Б отсе-
Рис. 4.15. Схема автоматического управления цилиндром с использованием клапанов последовательности
кается от атмосферы. Под действием давления в полости В втулка опускается, и сжатый воздух проходит к отверстию Б.
На рис. 4.15 показан пример схемы управления цилиндром с использованием клапанов последовательности.
ЛОГИЧЕСКИЕ ПНЕВМОКЛАПАНЫ
Логический клапан ИЛИ предназначен для выдачи выходного пневматического сигнала при подаче одного или двух входных сигналов. Логический клапан И предназначен для выдачи входного пневматического сигнала только при наличии двух входных сигналов.
В промышленности нашли применение пневмоклапаны с распределительными элементами шарикового, клапанного, золотникового и мембранного типов. На рис. 4.16, а показана конструкция пневмоклапана ИЛИ с шариковым распределительным элементом, выполненным нз резины. При подаче сжатого воздуха к отверстию В, шарик прижимается к седлу, отсекая отверстие А от выхода (отверстия 5), который сообщается с пневмолннией В, находящейся под давлением. При подаче сжатого воздуха к отверстию А и сообщении отверстия В с атмосферой шарнк займет правое крайнее положение, отсекая атмосферу, а сжатый воздух пройдет к отверстию Б.
На рис. 4.16, б показан пневмоклапан ИЛИ с клапанным распределительным элементом, а на рис. 4.16, в с золотниковым.
На рис. 4.17 показан пневмоклапан И с клапанным распределительным элементом. При подаче сжатого воздуха к отверстию А и сообщении отверстия В с атмосферой сжатый воздух не может пройти к выходному отверстию Б, так как распределительный элемент отсекает его от давления. То же самое произойдет при подаче давления к отверстию В и сообщении отверстия А с атмосферой. При подаче сжатого воздуха к отверстиям А и В поток сжатого воздуха пройдет к выходному отверстию Б, так как распределительный элемент выполнен таким образом, что ои не может одновременно перекрыть выход от входных отверстий А и В.
Рис. 4*16. Логический клапан ИЛИРис. 4*16. Логический клапан ИЛИРис. 4.17. Логический клапан ИРис. 4.17. Логический клапан И
Рис. 4*16. Логический клапан ИЛИ
Рис. 4*16. Логический клапан ИЛИ
Рис. 4.17. Логический клапан И
Рис. 4.17. Логический клапан И
Рис. 4.18. Пневмоклапаны выдержки времени с регулируемой емкостью (я) и с регулируемым дросселем (б)Рис. 4.18. Пневмоклапаны выдержки времени с регулируемой емкостью (я) и с регулируемым дросселем (б)
Рис. 4.18. Пневмоклапаны выдержки времени с регулируемой емкостью (я) и с регулируемым дросселем (б)
Рис. 4.18. Пневмоклапаны выдержки времени с регулируемой емкостью (я) и с регулируемым дросселем (б)
a)
ПНЕВМОКЛАПАНЫ ВЫДЕРЖКИ ВРЕМЕНИ
Пневмоклапаны выдержки времени предназначены для изменения направления нли пуска и останова потока сжатого воздуха через заданный промежуток времени после подачи управляющего сигнала. Современные конструкции таких пневмоклапанов содержат инерционное звено, состоящее из пневмоемкости и пневмодросселя, пневмоклапан последовательности и пиевмораспределитель, встроенные в корпус. Имеются конструкции, в которых пневмоклапан последовательности или распределитель отсутствует.
Инерционное звено позволяет ре-
гулировать темп изменения давления °*путем настройки проходного сечения
дросселя или объема пневмоемкости. Пневмоклапан последовательности по достижении заданного уровня давления в емкости формирует дискретный пневматический сигнал, который используется для переключения распределителя или как выходной сигнал устройства.
На рис. 4.18, а представлен клапан выдержки времени конструкции ЗИЛа. , Сигнал управления подается к отверстию Л. Под действием давления сжатого воздуха дифференциальный золотник 2 пятилинейного распределителя переме
щается вправо, изменяя направление проходящих через него потоков воздуха, что соответствует началу отсчета времени. Сжатый воздух проходит через отверстие малого диаметра в детали 1 и заполняет емкость Б. Так как площадь правого торца золотника 2 больше площади левого торца, возрастание давления в емкости Б приводит к переключению золотника в исходное положение и выдаче в систему сигнала об окончании времени выдержки. Время выдержки настраивается изменением объема емкости Б, определяемого положением поршня 3.
Пневмоклапан выдержки времени конструкции ЭНИМС показан на рис. 4.18, б. Пневматический входной сигнал подается к отверстию У, расположенному в плите /, поступает в полость б и проходит по каналу Г к мембране 9. Под давлением сжатого воздуха мембрана 9 прижимается к седлу корпуса 8 и закрывает выход в атмосферу. Одновременно сжатый воздух через металлокерамический фильтр 4 и дроссель 7 поступает в надпоршневую полость в. В начальный момент давление под поршнем б превышает давление над ним вследствие
потери давления на дросселе 7. При увеличении давления в полости в над поршнем до определенного значения поршень 6 начинает движение вниз. Как только клапан 12 отрывается от седла 11, подпоршневая полость сообщается с атмосферой, давление в ней резко падает, что обеспечивает быстрое перемещение поршня вниз. При этом связанный с поршнем 6 толкатель 10 закрывает выхлопной канал (центральное отверстие внутри толкателя 10) н перемещает клапан 2, открыв проход сжатому воздуху из отверстия из П к отверстию 0.
Время от подачи входного сигнала до момента появления выходного сигнала является временем выдержки, которое определяется настройкой дросселя и объемом дополнительной емкости, подсоединяемой к отверстию D.
В нижнем положении вкладыш 5 отсекает подпоршневую полость от атмосферы, упираясь в седло И. В этом положении пневмоклапан выдержки остается до момента снятия входного сигнала. При снятии входного сигнала мембрана 9 отжимается от седла корпуса и сообщает надпоршневую полость с атмосферой через отверстие Лг Под действием пружины 13 и остаточного давления в подпоршневой полости поршень 6 возвращается в исходное положение. Пружина 14 и давление возвращают клапан 2 в первоначальное положение и прижимают его к седлу 3. При этом отверстие 0 разобщается с отверстием П и сообщается с отверстием А.
КОНСТРУКЦИЯ И ТЕХНИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ СЕРИЙНОЙ НАПРАВЛЯЮЩЕЙ ПНЕВМОАППАРАТУРЫ
Пневмораспределители типа В76-2 представляют собой двухпозиционные трехлинейные клапанные нормально закрытые распределители. По виду привода вы
пускают следующие конструкции.
С путевым управлением: В76-21 (с роликом), БВ76-21 (с толкателем), ИВ76-21 (со штифтом), КВ76-21 (с ломающимся рычагом).
С ручным управлением: ГВ76-21 и ГВ76-22 (с кнопкой), ДВ76-21 (с рукояткой, имеющей два фиксированных положения).
С пневматическим управлением: МВ76-21.
В пневмораспределителе толкатель 1 при отсутствии воздействия на ролик 2 под действием пружины 3 находится в положении, показанном на рис. 4.19. При этом клапан 4 прижимается к седлу усилием пружины 5 и давлением сжатого воздуха. Капал /7 перекрывается, выход 0 соединяется с атмосферным каналом А. При нажатии на ролик 2 толкатель 1 вначале упирается в клапан 4 и отделяет выход 0 от канала А, а затем при дальнейшем движении открывает клапан 4 от седла и соединяет выход 0 с каналом П. При освобождении ролика 2 подвижные части возвращаются в исходное положение под действием пружин 3 и 5. Штифт 6 служит для ограничения хода рычага.
На рис. 4.20 показаны исполнения пневмораспределителей с другими видами управления. В пневмораспределителе исполнения МВ76-21 с пневматическим управлением (см. рис. 4.20, е) на толкатель 1 воздействует поршень 2, перемещающийся под действием давления сжатого воздуха, подводимого через резь
бовое отверстие в крышке 3.
Пневмораспределитель типа ГВ76-22 (рис. 4.21), в отличие от ГВ76-21 имеет присоединительную резьбу в отверстии для выхода в атмосферу и больший условный проход.
Техническая характеристика пневмораспределителей приведена в табл. 4.6 [2].
Рис. 4.19. Пневмораспределитель типа В76-21
Рис. 4.20. Исполнения пиевмораспределигелей типа В76-2 по видам управления:Рис. 4.20. Исполнения пиевмораспределигелей типа В76-2 по видам управления:а — с толкателем; б — со штифтом;в — с ломающимся рычагом; г — с кнопкой;^ — с рукояткой; с — с пневматическим управлениема — с толкателем; б — со штифтом;в — с ломающимся рычагом; г — с кнопкой;^ — с рукояткой; с — с пневматическим управлением00
Рис. 4.20. Исполнения пиевмораспределигелей типа В76-2 по видам управления:
Рис. 4.20. Исполнения пиевмораспределигелей типа В76-2 по видам управления:
а — с толкателем; б — со штифтом;в — с ломающимся рычагом; г — с кнопкой;^ — с рукояткой; с — с пневматическим управлением
а — с толкателем; б — со штифтом;в — с ломающимся рычагом; г — с кнопкой;^ — с рукояткой; с — с пневматическим управлением
0
0
Пневмораспределители типа П-ЭПК (клапаны электропневматические) "представляют собой трехлинейные двухпозиционные пневмораспределители ■ с электромагнитным управлением. К отверстию П (рис. 4.22) присоединяют линию питания, к отверстию 0— линию потребителя, к отверстию А — атмосферную линию. При обесточенной катушке 1 электромагнита якорь-клапан 2 усилием пружин 3 прижимается к седлу 4, перекрывая отверстие П и соединяя отверстие А с 0. При подаче напряжения на катушку 1 якорь-клапан 2, преодолевая усилие пружин 3, поднимается, перекрывает отверстие А и соединяет отверстия П н 0. Пневмораспределитель имеет специальное устройство 5 для ручного переключения при обесточенной катушке электромагнита.
Рис. 4.21. Пиевмораспределитель типа ГВ76-22
Предусмотрены исполнения пневмораспределителей с нормально открытой схемой и для различного напряжения.
Техническая характеристика пневмораспределителей типа П-ЭПК
Условный проход, мм 4
Номинальное давление, МПа 1,0
Пропускная способность, К л/мин . . . .3
Режим работыДлительныйи по
вторно-кратковре-менный
Наибольшее число включений, цикл/мин 1500
Время срабатывания, с, не более при включении•. . . .0,020
при выключении 0,012
Род токаПостоянный
Напряжение, В 24
Долговечность, цикл 22,5-10®
Масса, кг, не более 0,6
Техническая характеристика пневмораспределителей
Параметры
см со
«
со ь- 03 03
О1
со t- 03 S
см
03 ^
С-1 сО
03
см со
03
Ц
О1
со
03
5
см см
со
03
Условный проход, мм Номинальное давление, МПа
Диапазон давления управления, МПа . ,
4
0,63
0,2 —
8 0,63
Расход воздуха при давлении 0,4 МПа, м3/мии Потеря давления при указанном расходе, не более, МПа Пропускнаяспособ
ность К^ л/мин . . . Наибольшее допускаемое число включений, цикл/мии
0,032
0,02
3
1
0,63
250
0,25
0,03
10
Усилие, необходимое для открытия клапана при номинальном давлении, Н, не более . .
35
90
116
35
45
15
30
Долговечность, цикл
Масса, кг
0,27
0,22
1 • 10е 0,24
0,46
0,28
0,31
2-10е 0,41
1 • 10е 0,16
Пневмораспределитель типа B74-2L Сжатый воздух подводится к присоединительному отверстию П (рис, 4.23) и поступает под плоский золотник /, который вместе с плунжером 2 может занимать одно из двух крайних положений. Одно положение обеспечивается воздействием усилия на ролик 3, а другое после снятия усилия с ролика — подачей в отверстие У пневматического сигнала, воздействующего на плунжер 2. В левом крайнем положении золотника отверстие Цу сообщается с отверстием П подвода сжатого воздуха, а отверстие Ц^— с атмосферным отверстием А; в правом крайнем положении сообщаются отверстия Ц2 с П, а Цг — с А.
Техническая характеристика пневмораспределителятипа В74-21 [2]
40,630,250,25 — 0,630,0630,0153,540,630,250,25 — 0,630,0630,0153,5200250211 • 10е0,62200250211 • 10е0,62Условный проход, мм Давление, МПа: номинальное минимальное
4
0,63
0,25
0,25 — 0,630,0630,015
3,5
4
0,63
0,25
0,25 — 0,630,0630,015
3,5
200250
21
1 • 10е0,62
200250
21
1 • 10е0,62
Диапазон давления управления, МПа Расход воздуха при давлении 0,4 МПа, м3/мин
Потеря давления при указанном расходе, МПа, не более Пропускная способность Ку, л/мии
Утечки воздуха из-под золотника при номинальном давлении, нс более, см3/мин
Наибольшее допустимое число срабатываний, цикл/мин
Усилие, необходимое для перемещения ролика при номинальном давлении, Н, не более Долговечность, цикл Масса, кг
Пневмораспределитель типа В79-11. Сжатый воздух подводится к присоединительному отверстию П в плите / (рис. 4.24), попадает в полость а корпуса и далее через дроссель 9 в полость в корпуса, В положении, изображенном на рисунке, клапан 2 перекрывает сопло 10 и вследствие равенства давлений с обеих сторон поршня 3 пружина 4 удерживает поршень с плоским золотником в крайнем правом положении. При этом соединяются отверстия: Цу и Пу, а Ц2 с А.
При воздействии на ролик 5 рычаг 6, преодолевая усилие пружины 7, открывает клапан 2. Сжатый воздух из полости в через сопло 10 выходит в атмосферу, давление в полости падает, и поршень 3 с плоским золотником 8 под действием давления с правой стороны перемещается влево. В этом положении золотника сообщаются * отверстия: Ц2 с П, а Цг с Л. После прекращения воздействия на ролик клапан 2 перекрывает сопло 10, давление сжатого воздуха с обеих сторон поршня выравнивается, и поршень с золотником под действием пружины 4 возвращается в исходное крайнее правое положение.
Техническая характеристика пневмораспредслитслятипа В79-11 [2 ]
40,630,250,0630,025240,630,250,0630,0252Условный проход, мм
4
0,630,250,0630,025
2
4
0,630,250,0630,025
2
Давление, МПа: номинальное
минимальное
Расход воздуха при давлении 0,4 МПа, м3/мин
Потеря давления при указанном расходе, МПа, не более
Пропускная способность, Ку, л/мии
10025021 • 1090,6610025021 • 1090,66Утечка воздуха из-под золотника при номинальном давлении, см’/мин, ие более Наибольшее допустимое число срабатываний, цнкл/мии
100
250
2
1 • 1090,66
100
250
2
1 • 1090,66
Усилие, необходимое для перемещения ролика при номинальном давлении, Н, ие более
Долговечность, цикл
Масса, кг
Пневмораспределители типов 4152550100 и 4152550101 представляют собой пятилинейные распределители с цилиндрическим золотником и эластичными уплотнениями с двусторонним (рис. 4.25) и односторонним (рис. 4.26) пиевмо- управлением. Распределители имеют пять отверстий 1, 2, 3, 4 и 5 для присоединения внешних линий и отверстия 12 и 14 для присоединения линий управления. Все резьбовые присоединительные отверстия выполнены в монтажной плите, на которой устанавливается распределитель, уплотняемый с плитой О- образными кольцами. Распределитель содержит золотник с набором уплотнений и втулок, размещенных в корпусе, закрытом крышками или управляющими устройствами в виде цилиндра с поршнем. Сжатый воздух подводится к отверстию /.
Параметр4152550......100—01...100 — 03...101 — 01...101 — 03Условный проход, мм Присоединительная резьба по12161216ГОСТ 6111—52К 3/8"К 1/2"К 3/8"К 1/2"Номинальное давление, МПа0,10Рабочее давление минимальное, МПа0,050,25Вид управления ДвустороннееОдностороннееДавление управления минимальное, МПа0,250,1 + 0,6рПропускная способность Ку:М*/ч2,362,82,362,8л/мии40464046Время срабатывания, с:включения0,0630,125выключения 0,080Наибольшая допускаемая частота вклю-чений, вкл/мии 200Масса, кг 3,33,23,73,6Параметр4152550......100—01...100 — 03...101 — 01...101 — 03Условный проход, мм Присоединительная резьба по12161216ГОСТ 6111—52К 3/8"К 1/2"К 3/8"К 1/2"Номинальное давление, МПа0,10Рабочее давление минимальное, МПа0,050,25Вид управления ДвустороннееОдностороннееДавление управления минимальное, МПа0,250,1 + 0,6рПропускная способность Ку:М*/ч2,362,82,362,8л/мии40464046Время срабатывания, с:включения0,0630,125выключения 0,080Наибольшая допускаемая частота вклю-чений, вкл/мии 200Масса, кг 3,33,23,73,6Таблица 4.7Таблица 4.7Техническая характеристика распределителей типов 4152550100 и 4152550101Техническая характеристика распределителей типов 4152550100 и 4152550101
Параметр
4152550...
...100—01
...100 — 03
...101 — 01
...101 — 03
Условный проход, мм Присоединительная резьба по
12
16
12
16
ГОСТ 6111—52
К 3/8"
К 1/2"
К 3/8"
К 1/2"
Номинальное давление, МПа
0,10
Рабочее давление минимальное, МПа
0,05
0,25
Вид управления
Двустороннее
Одностороннее
Давление управления минимальное, МПа
0,25
0,1 + 0,6р
Пропускная способность Ку:
М*/ч
2,36
2,8
2,36
2,8
л/мии
40
46
40
46
Время срабатывания, с:
включения
0,063
0,125
выключения
0,080
Наибольшая допускаемая частота вклю-
чений, вкл/мии
200
Масса, кг
3,3
3,2
3,7
3,6
Параметр
4152550...
...100—01
...100 — 03
...101 — 01
...101 — 03
Условный проход, мм Присоединительная резьба по
12
16
12
16
ГОСТ 6111—52
К 3/8"
К 1/2"
К 3/8"
К 1/2"
Номинальное давление, МПа
0,10
Рабочее давление минимальное, МПа
0,05
0,25
Вид управления
Двустороннее
Одностороннее
Давление управления минимальное, МПа
0,25
0,1 + 0,6р
Пропускная способность Ку:
М*/ч
2,36
2,8
2,36
2,8
л/мии
40
46
40
46
Время срабатывания, с:
включения
0,063
0,125
выключения
0,080
Наибольшая допускаемая частота вклю-
чений, вкл/мии
200
Масса, кг
3,3
3,2
3,7
3,6
Таблица 4.7
Таблица 4.7
Техническая характеристика распределителей типов 4152550100 и 4152550101
Техническая характеристика распределителей типов 4152550100 и 4152550101
К отверстиям 2 и 4 присоединяются линии, ведущие к исполнительным устройствам, а отверстия 3 и 5 сообщаются с атмосферой.
При подаче управляющего сигнала к отверстию 12 соединяются отверстия 1 и 2 (4 и 5). При подаче управляющего сигнала к отверстию 14 соединяются отверстия 1 и 4 (2 и 3).
В распределителях с односторонним управлением исходное положение золотника поддерживается постоянным подпором давления под его торцом; при этом соединены отверстия 1 и 4 (2 и 3).
Техническая характеристика распределителей приведена в табл. 4.7, она соответствует ГОСТ 21251—75.
Пневмораспределители типов 4152550110 и 4152550111 представляют собой пятилинейные распределители с цилиндрическим золотником и эластичными уплотнениями с двусторонним (рис. 4.27) и односторонним (рис. 4.28) электро- пневматическим управлением. Распределители имеют пять отверстий 1, 2, 3, 4 и 5 для присоединения внешних линий. Присоединительные отверстия выпол-
Рис. 4.28. Пневмораспределнтель типа 41525501 1 1
йены в монтажной плите, на которую устанавливают распределитель, уплотняемый с плитой О-образными кольцами. Распределитель содержит золотник с набором уплотнений и втулок, размещенных в корпусе, закрытом крышками, или управляющими устройствами в виде цилиндра с поршнем. На распределителе устанавливают управляющие трехлинейные пиевмораспределнтели с электромагнитным управлением типа П-ЭПК.
Сжатый воздух подводится к отверстию 1. Отверстия 2 и 4 соединяются с исполнительными устройствами, отверстия 3 и 5 —с атмосферой. При подаче напряжения на электромагнит, расположенный со стороны отверстия 3, соединяются отверстия 1 и 2 (4 и 5). При подаче напряжения на электромагнит, расположенный со стороны отверстия 5, соединяются отверстия 1 и 4 {2 и 3). В распределителях с односторонним управлением исходное положение золотника поддерживается постоянным подпором давления под его торцом, при этом соединены отверстия 1 и 4 (2 и 3).
Пневмораспределители можно выполнить с выводом проводов через сальник или со штепсельным разъемом.
Пневмораспределители с условным проходом 12—20 мм комплектуют плитой с резьбовыми присоединительными отверстиями, а с условным проходом 20 мм — также плитой (рис. 4.29) для стыкового монтажа с цилиндрическими отверстиями 1—5, расположенными в шахматном порядке н уплотняемыми О-образными резиновыми кольцами.
Техническая характеристика распределителей приведена в табл. 4.8 (ГОСТ 21251—75), параметры электромагнитов — в табл. 4.9.
Пневмораспределителн типов В63-1 и ПВ63-1 изготовляют соответственно с резьбовым и стыковым присоединениями.
Рис. 4.29. Плита пневмораспре-<
делителей типов 4152550110-06 и 4152550111-06
Поршень 1 (рис. 4.30 и 4.31) вместе с плоским золотником 2 может занимать одно из двух крайних положений. Золотник из одного крайнего положения в другое перемещается под давлением сжатого воздуха, подводимого поочередно под торцы поршня J через отверстие У. В одном из крайних положений золотника сообщаются отверстия: Цу с П, а Ц^ с 4, в другом крайнем положении золотника —Поршень 1 (рис. 4.30 и 4.31) вместе с плоским золотником 2 может занимать одно из двух крайних положений. Золотник из одного крайнего положения в другое перемещается под давлением сжатого воздуха, подводимого поочередно под торцы поршня J через отверстие У. В одном из крайних положений золотника сообщаются отверстия: Цу с П, а Ц^ с 4, в другом крайнем положении золотника —Цу а А, а Цй П.Распределитель со стыковым присоединением показан на рис. 4.32. Техническая характеристика распределителей приведена в табл. 4.10 [2].Пневмораспределители типов В63-2 и ПВ63-2 с резьбовым н стыковым присоединением.Цу а А, а Цй П.Распределитель со стыковым присоединением показан на рис. 4.32. Техническая характеристика распределителей приведена в табл. 4.10 [2].Пневмораспределители типов В63-2 и ПВ63-2 с резьбовым н стыковым присоединением.ПараметрыЗначения параметров при токепостоянномпеременномНапряжение. В Частота, Гц Мощность, не более2412 Вт220 5015 В-АПараметрыЗначения параметров при токепостоянномпеременномНапряжение. В Частота, Гц Мощность, не более2412 Вт220 5015 В-АТаблица 4.9Таблица 4.9Параметры электромагнитовПараметры электромагнитовизготовляют соответственноизготовляют соответственноРис. 4.30. Пиевмораспределитель тира В63-11Рис. 4.30. Пиевмораспределитель тира В63-11Техническая характеристика распределителей типов 4152550110 и 4152550111
Поршень 1 (рис. 4.30 и 4.31) вместе с плоским золотником 2 может занимать одно из двух крайних положений. Золотник из одного крайнего положения в другое перемещается под давлением сжатого воздуха, подводимого поочередно под торцы поршня J через отверстие У. В одном из крайних положений золотника сообщаются отверстия: Цу с П, а Ц^ с 4, в другом крайнем положении золотника —
Поршень 1 (рис. 4.30 и 4.31) вместе с плоским золотником 2 может занимать одно из двух крайних положений. Золотник из одного крайнего положения в другое перемещается под давлением сжатого воздуха, подводимого поочередно под торцы поршня J через отверстие У. В одном из крайних положений золотника сообщаются отверстия: Цу с П, а Ц^ с 4, в другом крайнем положении золотника —
Цу а А, а Цй П.
Распределитель со стыковым присоединением показан на рис. 4.32. Техническая характеристика распределителей приведена в табл. 4.10 [2].
Пневмораспределители типов В63-2 и ПВ63-2 с резьбовым н стыковым присоединением.
Цу а А, а Цй П.
Распределитель со стыковым присоединением показан на рис. 4.32. Техническая характеристика распределителей приведена в табл. 4.10 [2].
Пневмораспределители типов В63-2 и ПВ63-2 с резьбовым н стыковым присоединением.
Параметры
Значения параметров при токе
постоянном
переменном
Напряжение. В Частота, Гц Мощность, не более
24
12 Вт
220 50
15 В-А
Параметры
Значения параметров при токе
постоянном
переменном
Напряжение. В Частота, Гц Мощность, не более
24
12 Вт
220 50
15 В-А
Таблица 4.9
Таблица 4.9
Параметры электромагнитов
Параметры электромагнитов
изготовляют соответственно
изготовляют соответственно
Рис. 4.30. Пиевмораспределитель тира В63-11
Рис. 4.30. Пиевмораспределитель тира В63-11
Таблица 4. 8
Параметры
4152550...
...ПО--03
...110—06
...111-03
...111-06
Условный проход, мм
16
20
16
20
Присоединительная резьба
К 1/2"
—
К 1/2"
(ГОСТ 6111—52)
Номинальное давление. МПа
1,и
Рабочее давление минимальное, МПа
0.25
Вид управления
Двустороннее
Одностороннее
Пропускная способность Ку‘
м3 / ч
2,80
3,15
2.80
3,1 ь
л/мин
46
53
46
53
Время срабатывания, с:
включения
0,063
и, 1UU
выключения
0,125
Наибольшая допустимая частота включе-
200
ний, вкл/мин
Масса, кг
4.6
I 4,4
14,5
4,3
Рис. 4.31. Пневмораспределнтель типа В63-1Рис. 4.31. Пневмораспределнтель типа В63-1Мг
Рис. 4.31. Пневмораспределнтель типа В63-1
Рис. 4.31. Пневмораспределнтель типа В63-1
Параметры
оо
СО
5 ОО
1 00 to
5 ОО
ОО to
к
ОО to
ОО to
К
ю
ОО to
00 to
с
Условный проход, мм Присоединительная резьба Давление, МПа: номинальное минимальное
Диапазон давления управления, МПа
Расход воздуха при давлении 0,4 МПа, м3/мин Потеря давления прн указанном расходе, не более. МПа
Пропускная способность Ку, л/мин . . . Утечка воздуха из-под золотника при номинальном давлении, не более, см3/мин Время срабатывания при давлении 0,4 МПа, не более, с
Наиб ольшее допустимое число срабатываний, цикл/мин
Долговечность, цикл . Масса, кг
4
К 1/8"
0,2
0,2 — 0,63
0,063
0,015
3,0
200
10е
0,72
1
К 3/8 "/
0,
20
2.75 |
2
4
1
5[
0.1
2,5 |
16
К 1/2"/ -
0,63
0,25
0,25 — 0,63
0,8
0,02
36
0
250
5- 10е
3,2 | 3,1 |
20 К 3/4"/ -
1,6
’ 80
1000
0,2
6,3 | 6,3
Техническая характеристика пневмораспределнтелей
Таблица 4 10 типов В63-1 и ПВ63-1
Б-ББ-Б
Б-Б
Б-Б
Рнс. 4.33. Пневмораспределитель типа В63-2
При подаче сжатого воздуха к отверстию П и соответственно в полость б дифференциальный поршень / вместе с плоским золотником 2 займет положение, показанное на рис. 4.33, и соединит отверстия Ц^ с П, а Ц2 через отверстие А с атмосферой. При подаче сжатого воздуха через отверстие У под торец поршня 1 последний с золотником 2 переместится влево и соединит отверстия: Цг с А, а Ц2 с П. При сообщении отверстия У с атмосферой поршень с золотником под давлением сжатого воздуха, находящегося в полости б, возвратится в исходное положение.
Техническая характеристика пневмораспределителей приведена в табл. 4.11 [2].
Пневмораспределители типов БВ64-1 и ПБВ64-1 изготовляют соответственно с резьбовым и стыковым присоединениями.
Сжатый воздух подводится (рис. 4.34) через отверстие П к внутренней полости а и далее через дроссельные отверстия б поступает в полости виг под торцы поршня 3. Положение поршня с плоским золотником определяется состоянием клапанов, управляемых электромагнитами 6 и 1. На рисунке правый электромагнит 6 включен, а левый электромагнит 1 выключен. При включении
Рис. 4.84. Пневмораспределнтель типа БВ64-1 и ПБВ61-1
Таблица 4.11
Параметры
2
2
2
8
с
Условный проход, Присоединительная
мм . . резьба
12
К 3/8" |
К 1/2"
6
0,63
0,25
20 К 3/4" |
Техническая характеристика пневмораспределителей типов В63-2 и ПВ63-2
с
S
8
5
со
8
1о
Параметры
5
с
с
Таблица 4 12
Техническая характеристика пневмораспределителей типов БВ64-1 и ПБВ64-1
20 3/4" |
Давление, МПа: номинальное . . . . . минимальное . . . .
Диапазон давления управления, МПа ....... Расход воздуха при давлении 0,4 МПа, м8/мнн . . Потеря давления при указанном расходе, не более МПа Пропускная способность Ку, л/мин Утечка воздуха из-под золотника прн номинальном давлении, не более, см8/мин Время срабатывания прн давлении 0,4 МПа, не более, с
Наибольшее допустимое число срабатываний, цикл /мии Долговечность, никл . . . Масса, кг .
0,25-0,63
0,4
0,8
1,6
20
500
0,1
3,0
2,9
0,02
36
5-Ю6
3,0
80
1000
0,2
6,3
Условный проход, мм . . Присоединительная резьба Давление, МПа: номинальное минимальное . . . .
Расход воздуха прн давлении 0,4 МПа, м8/мин . . Потеря давления при указанном расходе, МПа, не более Пропускная способность Ку, л/мин ........ Утечка нз-под золотника при номинальном давлении, ма/мнн, не более Время срабатывания при давлении 0,4 МПа, с, не более . . . Наибольшее допустимое число срабатываний, цикл/мин Напряжение катушки электромагнита, В . . . .
к
3/8" |
! к
16 1/2" |
0,63
0,25
К
0,4
0,8
1,6
20
500
0,1
0,02
36
80
80
1000
0,2
якорь электромагнита 6 нажимает на стержень 5 клапана управления 4, который отодвигается влево и выпускает в атмосферу из полости г сжатый воздух через отверстие д. Это вызывает уменьшение давления в полости г, перемещение поршня 3 с золотником 2 в правое положение и соединение отверстий: Цг с П, а Ц2 с А. Поршень 3 кольцевым выступом упирается в резиновый вкладыш 7 и закрывает выход сжатому воздуху через отверстие д в атмосферу в течение всего времени, пока электромагнит включен. При выключении электромагнита клапан 4 возвращается в исходное положение. Если включить левый электромагнит 1, то аналогичным образом полость в соединится с атмосферой, поршень с золотником переместится влево, соединив отверстия Д2 с П, а Д1 с А.
Техническая характеристика распределителей приведена в табл. 4.12 [2]. ‘ Пневмораспределители типов В64-2 и ПВ64-2 изготовляют соответственно с резьбовым и стыковым присоединениями.
На рис. 4.35 электромагнит 1 изображен в выключенном положении, полость б соединяется с атмосферой. Вследствие наличия результирующей силы, направленной вправо, дифференциальный поршень 2 с золотником 3 занимает правое крайнее положение и соединяет отверстия: Цгс П, а Ц2 с А. При включении электромагнита 1 его якорь втягивается, открывает клапан 4, сообщает полость б с давлением и отсекает выход в атмосферу. Изменяется направление результирующей силы, действующей на поршень, который вместе с золотником 3 переместится влево и соединит отверстия: Д1 с А, а Д2 с П.
Техническая характеристика распределителей приведена в табл. 4.13 [2].
Пневмораспределнтели крановые (ГОСТ 18467—73) представляют собой двухпозиционные четырехлинейные пневмораспределители с плоским поворотным золотником с ручным управлением. Распределители выпускают двух исполнений: с присоединительными отверстиями на торце основания и с присоединительными отверстиями на боковых сторонах основания. Сжатый воздух подается через отверстие П (рис. 4.36) во внутреннюю полость а н по пазу б в золотнике 1 проходит к одному из отверстий Цг или Ц2, Другое из них в это время по другому пазу
Потребляемая мощность, Вт Д' лговечность, цикл .
-127
-220
-380
4,45
7,6
Рис. 4.35. Пневмораспределитель типа В64-2 и ПВ64*2
Техническая характеристика пневмораспределителей типов В64-2 и ПВ64-2
Параметры
с
Условный проход, мм . . Присоединительная резьба Давление, МПа: номинальное минимальное . , . .
Расход воздуха при давлении 0,4 МПа, м8/мин . . Потеря давления при указанном расходе, МПа, не более Пропускная способность Ку, л/мин
Утечка воздуха из-под золотника при номинальном давлении, не более, см3/мин Время срабатывания при давлении 0,4 МПа, не более, с Наибольшее допустимое число срабатываний, цикл/мин Напряжение катушки электромагнита, В . . . .
Потребляемая мощность, Вт Долговечность, цикл . . . Масса, кг
12
16
120
К 3/8" |-
1 К 1/2" |-
1 К 3/4" |-
0,63
0,25
0,4
I0,8
11,6
20
36
80
500
1000
0,1
0,2
0,02
-127
-220
-380
45
3 - 106
4,25 I 3,7
Рис. 4.36. Пневмораспрсде.титель крановый по'ГССТ 18467 — 73
Техническая характеристика крановых распределителейТехническая характеристика крановых распределителей
Техническая характеристика крановых распределителей
Техническая характеристика крановых распределителей
Параметры
08—11, 08—21
12—11, 12 — 21
16—11, 16—21
Условный проход, мм Присоединительная резьба Номинальное давление, МПа Расход воздуха при давлении 0,4 МПа, м3/мии Потеря давления при указанном расходе, МПа, не более Пропускная способность Ку» л/мин, не менее Утечка воздуха из-под золотника при номинальном давлении, ие более, см8/мии Усилие переключения при номинальном давлении, ие более, Н Долговечность, цикл
81216
К 1/4" 1 К 3/8" | К 1/2" 1,0
0,25|0.63|1,0
0,02
10|25I40
.350|500|500
30
2- 106
Таблица 4 14
в золотнике сообщается с атмосферой через отверстие А. Золотник поворачивают рукояткой 2.
Техническая характеристика приведена в табл. 4.14.
Пневмораспределители крановые последовательного включения типа В71-33 представляют собой трехпозиционные шестилинейные распределители с ручным управлением. Сжатый воздух подводится через отверстие П (рис. 4.37) к внутренней полости крана. Плоский поворотный золотник 3 прижимается к зеркалу крышки давлением сжатого воздуха и пружиной 4. Золотник 3 поворачивается 106
с помощью валика 5 и рукоятки 6, имеющих три фиксированных положения, которые обеспечивают сообщение отверстий ЦЛ, Ц», Ц3 и Ц4 с П или с атмосферным отверстием А в порядке, указанном на рис. 4.37.
Такие распределители служат для изменения направления потоков сжатого воздуха в пневмоприводах и могут быть использованы для управления последовательной работой двух пневмоцилиндров двустороннего действия.
Техническая характеристика кранового распределителятипа В71-33 [2]
Условный проход, мм 12
Присоединительная резьба К 3/8'
Номинальное давление, МПа 0,63
Расход воздуха прн давлении 0,4 МПа, м3/мнн 0,4
Потеря давления при указанном расходе, МПа, не более . .0,02
Пропускная способность Ку, л/мин 14
Утечка воздуха из-под золотника при номинальном давлении, см3/мин, не более 500
Усилие переключения,Н, не более 30
Долговечность, цикл 1 -10е
Масса, кг 2,5
Пневмораспределитель крановый (переключатель многопозиционный) типа ППМ. Переключатель представляет собой шестипозиционный восьмилинейный распределитель с ручным управлением.
Давление питания подается к центральному отверстию корпуса 1 (рис. 4.38) и по каналам в распределителе 2 поступает в одно из шести выходных отверстий. Распределитель 2 поворачивают рукояткой 3, при этом фиксируется в определенной позиции с помощью шарика 4 и пружины 5. Уплотнение подвижного соединения обеспечивается плоским золотником 6, который прижимается к плоскости
108
корпуса 1 пружиной 7. Выходные отверстия, кроме того, в которое подводится сжатый воздух в данной позиции, через зазоры между корпусом / и распределителем 2, распределителем 2 и проставкой 8 и через отверстия в проставке соединяются с атмосферой.
Техническая характеристика переключателя типа ППМ
Условный проход, мм . . , . 4
Максимальное число позиций 6
Число выходов . 6
Давление питания, МПа: номинальное., , .1,0
минимальное 0,002
Пропускная способность, Ку, ма/ч . . . .0,18
Утечка воздуха, м3/мин, ие более 2’10"4
Момент переключения, Н-см 63
Долговечность, цикл . 1 -10е
Масса, кг 0,36
Пневмораспределители типов П-РОЗ, П-Р515 с пневматическим управлением предназначены для построения центральной (логической) части пневматических систем управления.
Пневмораспределители с ручным управлением (пневмокнопки и пневмотумблеры) предназначены для ручного ввода в системы управления пневматических сигналов — кратковременных с помощью пневмокнопок и длительных с помощью пневмотумблеров. Пневмораспределители с механическим управлением предназначены для выдачи пневматического сигнала при достижении подвижным органом объекта управления заданного положения. Указанные пневмораспреде- лители предназначены также для непосредственного управления небольшими по расходу исполнительными механизмами.
Номенклатура пневмораспределителей типов П-РОЗ и П-Р515 приведена в табл. 4.15. Распределители типов П-РОЗ и П-Р515 являются частью комплекса устройств миниаппаратуры, объединенных едиными монтажнокоммуникационными параметрами, и предназначены для построения пневматических систем управления.
На рис. 4.39 показан трехлинейный пневмораспределитель с односторонним пневматическим управлением типа П-Р03П1-С. Распределительным органом
Номеиыатура пневмораспределителей типов П-РОЗ, П-Р515
Пневмораспределители
Шифр
Условное обозначение по ГОСТ 2.781—68
Трехлинейные
С односторонним пневматическим управлением
П-Р03П1-С
-
W
С двусторонним пневматическим управлением
П-Р03П2-С
С нормальным толкателем
П-Р03Р13
С утопленным толкателем
С грибовидным толкателем
П-Р03Р14
П-Р03Р15
ф:
L
XN
С защищенным толкателем
П-Р03Р16
С управлением рычагом
П-РОЗФ
С управлением толкателем
П-Р03М11
ц
С управлением роликом
П-Р03М12
М
у-
1\
С управлением ломающимся рычагом
П-Р03М13
С бесконтактным управлением
П-Р03М16
Пятилинейные
С односторонним пневматическим управлением
П-Р515П1-С
М
У/
С двусторонним пневматическим управлением
П-Р515П2-С
ш
W
НО
Продолжение табл. 4.15
Пневмораспределнтели
Шифр
Условное обозначение п® ГОСТ 2.781—68
Пятили- иейиые
С нормальным толкателем
П-Р515Р13
1/J П1 уц/ЖН
С утопленным толкателем
П-Р515Р14
С грибовидным толкателем
П-Р515Р15
С защищенным толкателем
П-Р515Р16
С управлением рычагом
П-Р515Ф
С управлением штоком
П-Р515М11
С управлением роликом
П-Р515М12
С управлением ломающимся рычагом
П-Р515М13
служит цилиндрический золотиик 3 диаметром 8 мм, расположенный в корпусе 4 с зазором 2—6 мкм. В корпусе выполнены кольцевые проточки, с которыми соединены отверстия для подвода и отвода воздуха.В крышке 1 и втулке 2 выполнены каналы для управляющего сигнала, а в крышке 5 — канал, соединяющий полость пружины с атмосферой через фильтр 6, который установлен для предотвращения попадания загрязнений из окружающей среды внутрь распределителя. Каналы в полости управления задросселированы, что позволяет исключить жесткие удары золотника о крышку. Распределитель установлен на унифицированной плате 7 (отверстие 10 в данном случае не используется) и уплотняется кольцами 8. Распределитель может работать как в нормально открытом, так и в нормально закрытом режиме.
Трехлинейный распределитель с двусторонним пневматическим управлением типа П-Р03П2-С (рис. 4.40) отличается от распределителя с односторонним пневматическим управлением наличием устройства удержания золотника в определенном положении при отсутствии управляющих сигналов. Устройство включает хвостовик 2, закрепленный в золотнике 1, и эластичное кольцо 3. Сила трения, возникающая из-за предварительного натяга между наружной поверхностью хвостовика 2 и внутренней поверхностью кольца 3, удерживает золотник в определенном положении.
Рнс. 4.40. Пневмораспределитель типа П-Р03П2-С
Конструкция пятилинейных распределителей с пневматическим управлением типов П-Р515П1-С и П-Р515П2-С аналогична трехлинейным и отличается только числом каналов и проточек в золотнике.
Трех- и пятилинейные пневмораспределители с ручным управлением построены на базе распределителей с односторонним пневматическим управлением. На рис. 4.41, а и б показана конструкция трех- и пятилинейной кнопки (распределителя) с нормальным толкателем. Резьбовые отверстия для присоединения гибких трубок выведены на торец платы /.
Другие виды ручного управления (утопленным толкателем, грибовидным толкателем, защищенным толкателем и рычагом) приведены на рис. 4.42, причем одни и те же механизмы управления используются для трех- и пятилинейных распределителей. В кнопке с защищенным толкателем (см. рис. 4.42, в) резиновая мембрана / предохраняет полость нажимного устройства от попадания загрязнений, что позволяет использовать ее в тяжелых условиях.
Для обеспечения четкого функционирования тумблера необходимо обеспечить перебег нажимной детали 2 (см. рис. 4.42, а), что достигается соединением последней с золотником через компенсирующее устройство 3.
На рис. 4.43 приведена конструкция трехлинейного пневмораспределителя управляемого толкателем /. В конструкции использованы корпус 6, золотник 5, крышка 7 трехлинейного пневмораспределителя с односторонним пневматическим управлением и компенсирующее устройство 4 тумблера, плата 8 пневмораспределителей с ручным управлением. Оригинальными деталями являются крышка 3 и резиновый защитный колпачок 2, предохраняющий внутренние полости распределителя от загрязнений. Компенсирующее устройство 4 обеспечивает дополнительный ход толкателя на 1,5 мм.
Принцип построения и конструкция трехлинейного и пятплинейного распределителей с механическим управлением аналогичны.
Схемы механического управления распределителей представлены на рис. 4.44. На рис. 4.45 показан трехлинейный пиевмораспределитель с бесконтактным механическим управлением, для переключения которого, в отличие от 112
Рис. 4.41. Трехлинейные (<?) и пятилинейные (б) пневмораспределители с ручным управлением
Рис. 4.42. Схемы ручного управления пневмораспределителей.
л — утопленным толкателем; б — грибовидным толкателем; в — защищенным толкателем; г — рычагом (тумблер)
а — штоком;а — штоком;б — роликом; в — ломающимся рыб — роликом; в — ломающимся рычагомчагом
а — штоком;
а — штоком;
б — роликом; в — ломающимся ры
б — роликом; в — ломающимся ры
чагом
чагом
Рис. 4.43. Пневмораслределнтель типа П-РОЗМП
Риг. 4.44. Схемы механического управления распределителей:
ИЗ
а 6 6а 6 6Рнс. 4.45. Пневмораспределитель П-Р03М1БРнс. 4.45. Пневмораспределитель П-Р03М1Бaiweod-uto оElWSISd-U eiweod-u1ZlWSlSd-UZIW£0d-U1aiweod-uto оElWSISd-U eiweod-u1ZlWSlSd-UZIW£0d-U1I IWSISd-U uweod-uI IWSISd-U uweod-uф^l^d-u®E0d-Uф^l^d-u®E0d-U9IdSISd-U 9IdE0d-d9IdSISd-U 9IdE0d-dSldSlSd-USIdSOd-USldSlSd-USIdSOd-UHdSISd-UHdSOd’UHdSISd-UHdSOd’UEIdSI9d-U SldSOd-UEIdSI9d-U SldSOd-UЭ-ZUSISd-U o-zueod-uЭ-ZUSISd-U o-zueod-uD-IUSISd-n o-iueod-uD-IUSISd-n o-iueod-uРис. 4.46. Обратный пневмоклапан типа В51-1Рис. 4.46. Обратный пневмоклапан типа В51-1
а 6 6
а 6 6
Рнс. 4.45. Пневмораспределитель П-Р03М1Б
Рнс. 4.45. Пневмораспределитель П-Р03М1Б
aiweod-u
to о
ElWSISd-U eiweod-u
1
ZlWSlSd-U
ZIW£0d-U
1
aiweod-u
to о
ElWSISd-U eiweod-u
1
ZlWSlSd-U
ZIW£0d-U
1
I IWSISd-U uweod-u
I IWSISd-U uweod-u
ф^l^d-u®E0d-U
ф^l^d-u®E0d-U
9IdSISd-U 9IdE0d-d
9IdSISd-U 9IdE0d-d
SldSlSd-U
SIdSOd-U
SldSlSd-U
SIdSOd-U
HdSISd-U
HdSOd’U
HdSISd-U
HdSOd’U
EIdSI9d-U SldSOd-U
EIdSI9d-U SldSOd-U
Э-ZUSISd-U o-zueod-u
Э-ZUSISd-U o-zueod-u
D-IUSISd-n o-iueod-u
D-IUSISd-n o-iueod-u
Рис. 4.46. Обратный пневмоклапан типа В51-1
Рис. 4.46. Обратный пневмоклапан типа В51-1
других распределителей с механическим управлением, не требуется непосред- г ственного механического контакта подвижного органа объекта управления с нажимным механизмом распределителя.
I Для этой цели служит бесконтактный струйный пневматический конечный выключатель /, который управляет пневмораспределителем с односторонним пневматическим управлением и пружинным ? возвратом. Между конечным выключателем и распределителем установлена плита 2, через которую проходят толкатель мембранного привода золотника и канал питания выключателя. Все коммуника- 3 ционные каналы выполнены в плате 4, имеющей стыковую плоскость, общую для корпуса 3 и плиты 2.
Принцип действия выключателя 1 состоит в следующем. Сжатый воздух подается к питающему соплу дик приемному соплу в. При отсутствии заслонки в пазу б поток воздуха из сопла а проходит через паз б, блокирует приемное сопло в и выход г в атмосферу; давление в полости над мембраной возрастает, и золотник распределителя перемещается 1 вниз. Если же заслонка прерывает поток воздуха от сопла а к соплу в, то воздух из камеры над мембраной выходит в атмосферу через канал г и сопло в.
Принцип действия струйного выключателя и его конструктивные особенности существенно уменьшают засорение сопла в и позволяют при необходимости прочищать его без демонтажа и разборки устройства. Конечный выключатель предназначен для работы в нормально открытом режиме.
Техническая характеристика распределителей приведена в табл. 4.16.
Пневмоклапаны обратные типа В51-1 и по ГОСТ 21324—75. В обратном клапане типа В51-1 клапан 1 (рис. 4.46) усилием слабой пружины 2 прижимается к коническому седлу в штуцере 3. Стык уплотнен резиновым кольцом 4. Сжатый воздух, подводимый к присоединительному отверстию в штуцере 3 преодолевает усилие пружины 2 и, отжимая от седла клапан 1, проходит по его каналам Б к отверстию в корпусе 5. При изменении направления движения потока воздуха на обратное клапан 1 прижимается к седлу усилием пружины 2, давлением сжатого воздуха и перекрывает путь потоку в обратном направлении.
Обратные пневмоклапаны по ГОСТ 21324—75 (рис. 4.47) отличаются от клапанов В51-1 тем, что для увеличения пропускной способности направлиющий
Рис» 4.47. Обратный пиевмо- клапан по ГОСТ 21324 — 75Рис» 4.47. Обратный пиевмо- клапан по ГОСТ 21324 — 75
Рис» 4.47. Обратный пиевмо- клапан по ГОСТ 21324 — 75
Рис» 4.47. Обратный пиевмо- клапан по ГОСТ 21324 — 75
хвостовик клапана выполнен в виде цилиндрического хвостовика 1 небольшого диаметра. Центрирование клапана выполняется с помощью хвостовика /, проходящего через проставку 2, имеющую каналы А для прохода воздуха.
Технические характеристики обратных пневмоклапанов приведены в табл. 4.17.
Пневмоклапаиы последовательности типов В62-21 н П-КМ. Конструкция клапана последовательности типа В62-21 описана выше (см. рис. 4.14, а).
На рис. 4.48 показан клапан последовательности типа П-КМ, входящей в в комплекс устройств миниаппаратуры. В исходном положении сжатый воздух подводится к присоединительному отверстию А, которое закрыто клапаном 10. Канал выходного отверстия Б через паз и отверстие в клапане 6 и через паз в крышке 4 соединен с атмосферой.
Заданное давление срабатывания настраивают вращением винта 3, при этом гайка /, перемещаясь в осевом направлении, изменяет усилие пружины 2.
Сжатый воздух под контролируемым давлением подается через канал присоединительного отверстия в в камеру а, где вследствие разности эффективных площадей мембран создается усилие, которое при достижении заданного давления, преодолевая сопротивление пружины 2, перемещает мембранный узел. Под действием давления сжатого воздуха клапан 10 открывается, и воздух поступает в выходной канал, а также, создавая дополнительное усилие на мембрану 9, обеспечивает скачкообразный эффект включения, при этом выход в атмосферу перекрывается уплотнением 5 клапана 6. При использовании клапана
Параметры
03 1
1
1
08-1К
12-1К
16-1К
20-1К
25-1К
СП
СП
ю
ю
по ГОСТ 21324-75
Условный прокод, мм
Присоединительная резьба
Номинальное Давление, МПа Расход воздуха при давлении 0,63 МПа, м*/мин Потеря давления при указанном расходе воздуха, МПа, не более
Пропускная способность Ку, л/мин
Долговечность, ч
Масса, кг
8
К 1/4"
0,36
0,
7
0,13
10
К 3/8"
0, 0,58
06
11
5С
0,22
16
К 1/2"
63
1,16
0
23
00
0,45
20
К 3/4"
2,3
05
46
0,5
8
К 1/4"
0,4
0,04
9
0,17
12
К 3/8"
0,8
20
104 (8
0,35
16
К 1/2" 1,0 1,6
0,
40
МЛН. Ц1 0,33
20
К 3/4"
2,5
03
60
1КЛ.)
0,32
25
К 1"
4,0
100
0.54
Техническая характеристика обратных пневмоклапанов
Таблица 4.17
17
Рис. 4.48. Пневмоклапан последовательности типа П-К.И
последовательности в дифференциальном режиме второй поток сжатого воздуха подается через канал присоединительного отверстия Г в камеру б, при этом из-за разности эффективных площадей мембран 7 и 8 возникает усилие, препятствующее включению клапана последовательности.
При применении клапана последовательности для контроля по давлению ци- •кла работы системы управления сжатый воздух из рабочей и выхлопной полостей
- цилиндра подводится к присоединительным отверстиям В и Г соответственно.
Пневмоклапан последовательности устанавливают на унифицированную ,плату.
Техническая характеристика пневмоклапанов последовательности приведена
в табл. 4.18.
7Таблица 4.18
Техническая характеристика пневмоклапаиов последовательности
Параметры
В62-21
п-км
Условный проход, мм
Давление, МПа:
4
2,5
номинальное
0,63
0,63
минимальное
0,3
0,14
Колебание давления срабатывания. МПа, не более . .
±0,01
0,008
Расход воздуха прн давлении 0,4 МПа, м8/мии . . .
0.063
0,04
Потеря давления прн указанном расходе, МПа . .
0,02
0,02
Пропускная способность, Ку, л/мнн
Утечка воздуха в выходной канал прн номинальном
2,2
1,45
давлении, см3/мин, не более
300
—
Долговечность, цикл
10е
3- 10s
Масса, кг
1,26
0,22
Пиевмоклапаны ИЛИ типов В67-11 н П-КЧ. На рис. 4.49 показан пневмоклапан ИЛИ типа В67-11. При подаче пневматического сигнала к отверстию Пг или П^ поршень перемещается в крайнее правое или крайнее левое положение. В этом случае отверстие, которое в данный момент сообщено с атмосферой, перекрывается, а пневматический сигнал поступает к отверстию 0. Таким образом,
о
Рис. 4.4А. Пневмоклапан ИЛИ типа В67-11Рис. 4.4А. Пневмоклапан ИЛИ типа В67-11Рис. 4.51. Пневмоклапан И резьбового исполнения типа П-КИ-4/10 (а) и стыкового исполнения типа П-КИ-4/10-С (б)Рис. 4.51. Пневмоклапан И резьбового исполнения типа П-КИ-4/10 (а) и стыкового исполнения типа П-КИ-4/10-С (б)Рис. 4.52. Пневмоклапан выдержки времени типа П-КВВРис. 4.52. Пневмоклапан выдержки времени типа П-КВВ
Рис. 4.4А. Пневмоклапан ИЛИ типа В67-11
Рис. 4.4А. Пневмоклапан ИЛИ типа В67-11
Рис. 4.51. Пневмоклапан И резьбового исполнения типа П-КИ-4/10 (а) и стыкового исполнения типа П-КИ-4/10-С (б)
Рис. 4.51. Пневмоклапан И резьбового исполнения типа П-КИ-4/10 (а) и стыкового исполнения типа П-КИ-4/10-С (б)
Рис. 4.52. Пневмоклапан выдержки времени типа П-КВВ
Рис. 4.52. Пневмоклапан выдержки времени типа П-КВВ
клапан позволяет питать линию, присоединенную к отверстию 0, от двух источников питания.
На рис. 4.50 показана конструкция пневмоклапана ИЛИ типа П-КЧ. При подаче сжатого воздуха в одной из двух входных отверстий клапана ИЛИ (на рисунке входные отверстия крайние) клапан с резиновыми кольцами перемещается, закрывая противоположный вход и обеспечивая прохождение сигнала к выходному отверстию (центральное на рисунке) непосредственно или через лыски иа наружной цилиндрической поверхности клапана. При наличии одио- времеиио двух входных сигналов иа выход проходит больший по величине сигнал (клапан закрывает входное отверстие со стороны меньшего сигнала), при их равенстве — частично оба (клапан находится в нейтральном состоянии).
Техническая характеристика пневмоклапанов ИЛИ приведена в табл. 4.19,
Таблица 4.19
Техническая характеристика пневмоклапанов ИЛИ
Параметры
В67-И
п-кч
Условный проход, мм .. .
Давление, МПа: номинальное минимальное
Расход воздуха при давлении 0,4 МПа, м8/мин . . . Потеря давления при указанном расходе, МПа, не более Пропускная способность К^, л/мин Долговечность, цикл Масса, кг
4
0,63 0,25 0,032 0,02
1,2 10е 0,16
2,5
0,63 0,14 0,04
0,025 1,3
2-10’ 0.025
Пневмоклапан И типа П-КИ-4/10. На рис. 4.51, а показана конструкция пневмоклапана И резьбового исполнения типа П-КИ-4/10. Клапанный узел со- состоит из двух клапанов, которые своими хвостовиками свободно входят в направляющую, имеющую на наружной поверхности лыски для прохода воздуха. Линейные размеры деталей клапанного узла таковы, что при подаче сжатого воздуха в оба входных канала оба клапана закрыться не смогут. При сбросе давления воздух из выходного канала проходит к входным каналам, при этом клапаны расходятся и упираются в крышки, иа поверхности которых расположены пазы для прохода воздуха.
На рис. 4.51, б показана конструкция пиевмоклапана И стыкового исполнения типа П-КИ-4/10-С, который можно комплектовать монтажной плитой 118 ■
с резьбовыми присоединительными отверстиями иа иижией плоскости платы (тип П-КИ-4/10-1С) или иа боковых поверхностях (тип П-КИ-4/10-2С).
Техническая характеристика приведена в табл. 4.20.
Техническая характеристика пневмоклапанов И
Таблица 4.2 0
Параметры
о
С) о
К ¥
о о
О о>
о
6
Условный проход, мм Номинальное давление, МПа
Мииимальиое давление, МПа
Пропускная способность, Ку. м3/ч
Долговечность, цикл Исполнение по виду монтажа
Масса, кг
0,272
Резьбовое
0,068
1
0
к Стыковое без платы 0,07
4
,0
1
0,24
Стыковое
0,136
с платой
0,126
Техническая характеристика пневмоклапанов выдержки времени
Таблица 4.2 /
Параметры
В61-21
П-КВВ-4/10
ПП-КВВ-4/10
Условный проход, мм
Давление, МПа:
4
4
номинальное
0,63
1,0
минимальное
0,25
0,25
Минимальное давление управления, МПа
0,3
0,25
Пропускная способность, л/мин
1,12
4
Время выдержки, с
Изменение времени выдержки при постоянном давлении на входе (колебания давления не более 0,002 МПа), %, не
0,5-6
0,5-15
более
±2
±2
Долговечность, цикл
5- 10s
3- 10е
Масса, кг
1,42
0,7/1,0
Пневмоклапаны выдержки времени типов П-КВВ и B61-2L Конструкция пневмоклапана типа П-КВВ-4/10 резьбового исполнения показана на рис. 4.52. Пневматический входной сигнал подводится к поршню 1 в левую от мембраны 2 полость и через дроссель 3 (настройка которого определяет время выдержки) в правую полость, которая отсекается от атмосферы поршнем 7. При определенном соотношении давления в правой и левой полостях поршень 4, перемещаясь влево, соединяет левую полость с атмосферой, открывает клапан 5, и на выходе появляется сигнал.
На базе резьбового исполнения построен клапан выдержки времени стыкового исполнения типа ПП-КВВ-4/10.
Принципиальная конструкция пневмоклапана выдержки времени типа В61-21 описана выше (см. рис. 4.18, 6).
Техническая характеристика пневмоклапанов выдержки времени приведена в табл. 4.21,
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Герц F. В., Крейннн Г. В. Расчет пневмоприводов. М.: Машиностроение, 1975. 272 с.
Элементы н устройства пневмоавтоматики высокого давления. Каталог. М.: 1978. 155 с. (НИИМАШ).
Глава 5Глава 5РЕГУЛИРУЮЩАЯ ПНЕВМОАППАРАТУРА
Глава 5
Глава 5
Регулирующая пневмоаппаратура предназначена для изменения давления и расхода сжатого воздуха путем регулирования величины открытия проходного сечения. К этой группе пневмоаппаратуры относятся: пневмодроссели, редукционные и предохранительные пневмоклапаны.
ПНЕВМОДРОССЕЛИ
Пневмодроссели предназначены для изменения расхода путем создания местного гидравлического сопротивления потоку сжатого воздуха. Различают дроссели постоянные (нерегулируемые), сопротивление которых (величина проходного сечения, форма или длина канала) не может быть изменено в процессе эксплуатации, и переменные (регулируемые), сопротивление которых можно изменять настройкой. Дроссели используют главным образом для регулирования скорости пневмодвигателей и скорости заполнения или опорожнения емкостей в целях создания временных задержек.
Дроссели обычно выполняют в виде отдельных регулируемых устройств и часто снабжают обратным клапаном, устанавливаемым параллельно дросселирующему узлу. В последнем случае эти устройства называют дросселями с обратным клапаном; они дросселируют поток воздуха только в одном направлении, а поток воздуха противоположного направления пропускают с небольшим сопротивлением, создаваемым обратным клапаном.
Разновидностью пневмодросселей являются выхлопные дроссели, характерная особенность которых заключается в том, что их ввертывают непосредственно в присоединительное отверстие распределителя, из которого воздух выходит в атмосферу. Выходное отверстие выхлопного дросселя может быть без присоединительной резьбы или с резьбой для ввертывания глушителя. При этом полость между дросселирующим узлом и резьбой под глушитель в выхлопном дросселе может быть негерметичной.
Регулируемые дроссели применяют с ручным и механическим управлением. В дросселях с ручным управлением расход воздуха (сопротивление дросселя) устанавливают в период наладки оборудования и он остается неизменным при рабочем цикле. В дросселях с механическим управлением (называемых также тормозными дросселями) расход воздуха зависит от величины перемещения управляющего элемеита (штока, ролика), определяемого обычно профилем копира или кулачка, установленного на выходном звеие пневмодвигателя, или на подвижной части автоматизируемого объекта. Таким образом, выбирая необходимый профиль копира, можно изменять сопротивление пневмодросселя на всей длине перемещения выходного звена пневмодвигателя (например, штока цилиндра), обеспечивая заданный закон движения, т. е. требуемую зависимость между скоростью и перемещением выходного звена.
Нерегулируемые дроссели, как правило, являются частью других устройств. Когда необходимо точно обеспечить заданную величину сопротивления, дроссели
Рис. 5.1. Пневмодроссели без обратного (я) и с обратным (б) клапанамиРис. 5.1. Пневмодроссели без обратного (я) и с обратным (б) клапанамивыполняют в виде калиброванных отверстий в деталях простой формы типа втулок или шайб, которые при необходимости можно легко заменить.
Рис. 5.1. Пневмодроссели без обратного (я) и с обратным (б) клапанами
Рис. 5.1. Пневмодроссели без обратного (я) и с обратным (б) клапанами
В пневмоавтоматике, использующей устройства малых проходных сечений (Оу с 2 мм), широко применяют цилиндрические и щелевые дроссели. Первые из них имеют канал цилиндрической формы и, как правило, не регулируются. Под щелевыми дросселями понимают переменные дроссели, канал которых образован двумя концентрически расположенными цилиндрическими или коническими поверхностями. Их называют соответственно щелевыми цилиндрическими или щелевыми коническими дросселями.
В приводах применяют также дроссели типа конус—отверстие, шарик—отверстие и др.
На рис. 5.1, а представлена типичная конструкция дросселя, а на рис. 5.1, б— дросселя с обратным клапаном, причем конструктивно обратный клапан и дросселирующий элемент совмещены. Для обеспечения плавности и точности регулирования игла дросселя имеет угол конуса 10—15°, резьбу выполняют с мелким
Рис. 5.2. Тормозной пневмодроссельРис. 5.2. Тормозной пневмодроссельшагом и соосно с дросселирующим отверстием.
Рис. 5.2. Тормозной пневмодроссель
Рис. 5.2. Тормозной пневмодроссель
На рис. 5.2 показана конструкция тормозного дросселя. Принцип работы дросселя при торможении цилиндра заключается в следующем. Отверстия А и Б сообщаются соответственно с полостью цилиндра и с распределителем. При ненажатом ролике (как показано на рисунке) воздух из выхлопной полости цилиндра свободно проходит через зазор между проточкой золотника / и втулкой 4. При нажатии на ролик этот путь перекрывается и воздух проходит к распределителю через только дроссель 3. При противоположном направлении потока воздуха открывается обратный клапан 2.
Основными параметрами дросселя являются расходная и настроечная характеристики. Расходной характеристикой дросселя называют зависимость между
расходом сжатого воздуха через дроссель и соотношением давлений до дросселя и после него. Расходная характеристика дросселей, как и других пневматических устройств, существенно зависит от режима течения — ламинарного или турбулентного. Ламинарный режим характеризуется прямолинейностью траекторий частиц жидкости, которая может существовать лишь на достаточном удалении от входного сечения; ламинарный режим имеет место при малых значениях числа Рейнольдса Re < Rerp. При турбулентном режиме движение частиц имеет неупорядоченный характер и Re> Rerp.
Число Рейнольдса можно определить по формуле
Re = 4г?^р/т|д, где гг — гидравлический радиус сечения канала (отношение площади поперечного сечения к его периметру); су — средняя по сечению канала скорость течения сжатого воздуха; р — его плотность; т]д — коэффициент динамической вязкости, определяемый по диаграмме (рис. 5.3, а).
Формулы для определения г и го, а также коэффициента сопротивления £ТР для ламинарного режима течения воздуха через дроссели с различной формой сечения канала приведены в табл. 5.1 [1], где I — длина канала дросселя; д, b и h — указаны на чертежах.
Расход воздуха через щелевой конический дроссель с малым углом конуса можно определить по формулам для щелевого цилиндрического дросселя, если вместо D использовать среднее и по длине значение среднего диаметра щели.
Массовый расход G можно получить умножением объемного расхода Q на плотность сжатого воздуха при среднем давлении, определяемом как рСР = = р2 + ^Р^, где р2 — давление на выходе из дросселя.
При равных площадях проходного сечения отношение массовых расходов 2d через щелевой цилиндрический и через цилиндрический дроссели -g— ~ -^у [3]. Так как обычно D ^> 6, то практически расход через цилиндрический дроссель может быть в десятки раз больше, чем через щелевой дроссель. Засоряемость щелевых дросселей при этом больше, чем засоряемость цилиндрических, так как поперечный размер проходного сечения (щели, имеющей большой периметр) меньше. Это относится к дросселям типов конус—отверстие, шарик—отверстие и другим с аналогичной формой проходного сечения. Применение дросселей с малыми проходными сечениями требует тщательной очистки воздуха не только от твердых загрязнений, но и от влаги.
Из условия обеспечения постоянства расходной характеристики во времени, по данным харьковского завода ОКБ «Теплоавтомат»,целесообразно применять по-
стоянные дроссели с поперечнымстоянные дроссели с поперечнымразмером канала не менее 0,3—0,4 мм.
стоянные дроссели с поперечным
стоянные дроссели с поперечным
К ч «и
о я
ч я я
я я
е
Ч
Я
-
<3
*
S
42
II
Я
*Ц
>
$
£
h
ОТ
я я
4 4?
2л s’0
К
=0
+
м•
< о ++
з«”15 ^15
'г!
Ш соIго
+
<9
+
о
ч
5
СО
э
я £7
1
1
ю
1
<
’ If4
к
X
>
5 |S
3
S
э
S
я
о -
О' я о
3
S
о
v ч
Я
Я
Я О.
£ =
я
сх я
1
я
Параметры ламинарного течения воздуха в прямом осесимметричном канале
Переменные дроссели могут иметь каналы меньших поперечных размеров так как их можно поднастраивать и прочищать перемещением подвижного элемента без разборки.
Особенностью щелевых дросселей является^ более высокий, чем у цилиндрических дросселей, граничный перепад давления Аргр, при котором в дросселе происходит переход ламинарного режима течения в турбулентный. В этом состоит одно из преимуществ щелевых дросселей, когда требуется получить ламинарный режим при сравнительно высоком значении Ар.
Для турбулентного режима течение воздуха по гладким каналам [1] средняя по сечению скорость to = Qlf, где Q — объемный расход воздуха; / — площадь поперечного сечения; потеря давления
I рш2
“ £тР 4гг 2 ’
где г г — гидравлический радиус (см. табл. 5.1).
Коэффициент сопротивления £ТР, характеризующий потери на трение при движении жидкости, при Rerp ■< Re ■< 105 определяют по формуле Блазиуса
£тр =0,314 Re’0'25,
а при 105 <CRe ■< 108 по формуле Никурадзе
£тр = 0,00332 + 0,221 Re’0'237 ;
полный коэффициент сопротивления дросселя. , .
£ = &зх + £трМ>
где £вх — коэффициент местных потерь на входе в дроссель, определяемый по графикам (рис. 5.4); d — диаметр канала.
Массовый расход воздуха определяется по приближенным формулам для докритического истечения
о^увЗЕ
Рис. 5.5. Расчетные схемы регулируемых дросселей:
а — щелевого цилиндрического; б — щелевого конического
и для надкритического истечения
G Vrt2 ’
где р — коэффициент расхода воздуха, определяемый из выражения р = = 1/К1 + $ или по графику (рис. 5.3, б); f — площадь поперечного сечения канала дросселя; pi и р2 — абсолютное давление воздуха на входе и выходе дросселя; R— газовая постоянная; Т2— температура воздуха на выходе из дросселя.
Граничное число Rerp для каналов круглого и прямоугольного сечений различных размеров лежит в пределах 800—1200 (уменьшается с уменьшением размера сечения) [1], а для щелевых цилиндрических и щелевых конических — 1100 [2, 3].
Для дросселей с ламинарным течением воздуха характерны небольшие размеры поперечного сечения, большая длина каналов (lid > 10) и докритические перепады давления. При большом значении lid и малом Re преобладающее значение имеют потери на трение в канале дросселя, а сопротивлением на входе в канал можно пренебречь и считать £ = £тр. К таким типам дросселей можно отнести щелевые цилиндрические, щелевые конические, цилиндрические дроссели (капилляры), дроссели с винтовыми каналами и др.
Дроссели с турбулентным течением воздуха имеют относительно большой размер сечения канала при его малой длине. Поэтому преобладающее значение имеет сопротивление на входе в канал, т. е. можно принять $ = £Вх. К этим дросселям можно отнести дроссели типа конус—отверстие, шарик—отверстие, отверстия с малым значением lid и др.
Настроечная характеристика дросселя представляет собой зависимость расхода от перемещения дросселирующего элемента.
Настроечная характеристика щелевого цилиндрического дросселя
(рис. 5.5, a) G=C1ll1 где Сг =——— Др— коэффициент пропорциональ- 12Т)д
иости.
Настроечная характеристика щелевого конического дросселя [3] с малым ,_ лРра3 .
углом конуса (рис. 5.5, б) G = С2 , где С2 = —— Др; и — сред-
to— S12Т1д
иее значение среднего диаметра щели; а — угол наклона образующей к оси конуса, s и /0 — указаны на чертеже.
Для дросселей типа конус—отверстие настроечная характеристика имеет вид G = С3 (Do — s cos a sin а) s, где Do — диаметр отверстия; С3 — рл sin а X
Г Do \d-. Pl
X у Для докритического режима и С3 = рл sin аДля над
критического режима истечения через дроссель.
Характеристики пневматических дросселей различных типов подробно рассмотрены в работах [1, 2, 3].
РЕДУКЦИОННЫЕ ПНЕВМОКЛАПАНЫ
Применяемые в пневмоприводах редукционные пневмоклапаны (регуляторы давления), различают по следующим основным признакам: по типу нагрузочного элемента (пружина, давление — с управлением от вспомогательного регулятора); по степени разгружеиности редуцирующего клапана (со сбалансированной и несбалансированной площадью клапана); по возможности сброса избыточного выходного давления воздуха (с клапаном сброса и без клапана сброса); по виду уплотнения редуцирующего клапана по седлу (с эластичным уплотнением, с металлическими уплотняющими поверхностями); по типу чувствительного элемента (мембранные и поршневые).
Схемы редукционных пневмоклапанов основных типов приведены на рис. 5.6.
При выборе типа редукционного клапана следует учитывать давление воздуха в сети, необходимый диапазон регулирования выходного давления воздуха и его допустимые колебания; диапазон изменения расхода воздуха; возможность превышения давления воздуха сверх заданного и необходимость перенастройки с большего давления на меньшее путем сброса сжатого воздуха через редукционный пневмоклапан; необходимость дистанционного управления.
Наибольшее применение получили редукционные пневмоклапаны с пружинным нагрузочным элементом. Так как с увеличением условного прохода размер редукционных пневмоклапанов, площадь чувствительного элемента, а следовательно, и усилие пружины возрастают, пружинные редукционные пиевмокла- паны с условным проходом более 25 мм применяют редко. Увеличение усилия, а следовательно, и жесткости пружины (при сохранении приемлемого размера), отрицательно влияет на точность редукционного клапана. Это объясняется тем, что при изменении параметров потока воздуха на входе или выходе редукционного клапана (по сравнению с теми, которые были в момент настройки) чувствительный элемент, реагируя на изменение, обеспечивает соответствующее перемещение редукцирующего клапана. При этом изменяется длина пружины и, следовательно, в новом установившемся состоянии усилие, развиваемое пружиной, будет отличаться от усилия в условиях настройки на величину, определяемую ходом редуцирующего клапана и жесткостью пружины, что вызовет соответствующее изменение выходных параметров потока воздуха.
Редукционные пневмоклапаны с нагрузкой давлением сжатого воздуха (при дистанционном управлении от вспомогательного редукционного клапана малого условного прохода) имеют условные проходы 16—40 мм и более, и обеспечивают лучшую стабилизацию давления, чем клапаны с пружинным нагрузочным элементом.
Редукционные клапаны с несбалансированным редуцирующим клапаном наиболее просты и их применяют при относительно постоянном давлении в воздушной сети или при сравнительно невысоких требованиях к точности стабилизации выходного давления. Редукционные клапаны со сбалансированным реду-
Рис. 5.6. Схемы редукционных клапанов основных типов:
а —* с пружинной нагрузкой, с несбалансированной площадью клапана, без клапана сброса; б — с пружинной нагрузкой, с несбалансированной площадью клапана, с клапаном сброса; в — с пружинной нагрузкой, со сбалансированной площадью клапана, с клапаном сброса; а — с нагрузкой давлением сжатого воздуха;со сбалансированной площадью клапана, с клапаном сброса
Рвых. МПа
Рис. 5.7. Регулировочные характеристики редукционного клапана при различном давлении настройки и расхода
Рис. 5.8. Расходные характеристики редукционного клапана
цирующим клапаном обеспечивают большую (в сравнении с указанными выше клапанами) точность поддержания выходного давления при изменении входного давлеиия сжатого воздуха.
Показателями точности редукционных пневмоклапанов являются изменение выходного давления при изменении входного давления сжатого воздуха (регулировочная характеристика) и изменение выходного давления при изменении расхода воздуха через пневмоклапан (расходная характеристика).
Типичные регулировочные характеристики приведены на рис. 5.7, расходные характеристики — на рис. 5.8.
ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНЫЕ ПНЕВМОКЛАПАНЫ
Превышение давления в пневмосети выше допустимого может нарушить нормальную работу пневмоприводов и систем управления или привести к аварии. Обычно пневмосеть предприятий предохраняют путем установки необходимых устройств на компрессорных станциях, однако в ряде случаев это требуется и на отдельных участках сети.
Устройство, открывающееся для сброса сжатого воздуха в атмосферу при превышении установленного давления воздуха и закрывающееся при восстановлении его до величины, близкой к заданной, называется предохранительным клапаном. Принцип действия клапана основан на уровновешивании усилием пружины (или весом груза) давления воздуха, действующего на запорно-чувствительный элемент.
Применяемые в пневмосистемах предохранительные клапаны различают по следующим основным признакам: по виду нагрузочного элемента — пружинного типа и грузового типа; по исполнению запорно-чувствительного элемента — с шариковым, коническим, плоским, мембранным элементом; по характеру управления открытием клапана для сброса избыточного давления воздуха—клапаны прямого действия, в которых запорный элемент выполняет также роль чувстви- тельного элемента, и клапаны с сервоуправлением, в которых основной клапан открывается по сигналу от вспомогательного клапана, воспринимающего давление в лневмосистеме.
Принято также подразделять предохранительные клапаны по высоте подъема запорного элемента и ряду других конструктивных признаков. В промышленных пиевмосистемах нашли применение предохранительные клапананы пря- 128
6)
Рис. 5.9. Предохранительные клапаны:
а — с плоским запорным элементом и эластичным уплотнением; б —г с коническим запорным элементом н металлическими уплотняющими поверхностями; в — со сферическим запорным элементом; г — с мембранным запорным элементом
мого действия пружинного типа (здесь не рассматриваются предохранительные клапаны для компрессорных установок) с условным проходом до 25 мм.
На рис. 5.9, а изображен предохранительный клапан с плоским запорночувствительным элементом, имеющим эластичное уплотнение 4, нагруженным пружиной 2. Когда давление воздуха в системе достигает предельного значения, запорно-чувствительный элемент отрывается от седла, и воздух выпускается через отверстие А в колпачковой гайке L При понижении давления воздуха в системе пружина прижимает клапан к седлу. Регулируют давление в системе гайкой /, которую затем стопорят контргайкой 3.
Конструкция предохранительного клапана, изображенного на рис. 5.9, б, отличается от предыдущей только конической формой запорно-чувствительного элемента / и отсутствием эластичного уплотнения. Для обеспечения надежного уплотнения элемент 1 направляется по цилиндрической поверхности в корпусе 2. Элемент 1 изготовлен из коррозионно-стойкой стали, а корпус 2— из бронзы.
На рис. 5.9, в показан предохранительный клапан со сферическим запорным элементом — стальным шариком 5, центрируемым с помощью штампованного поршня 4, Заданное давление воздуха в системе настраивают с помощью разрезной гайки 2, которую стопорят винтом 1.
В предохранительном клапане с мембранным запорно-чувствительным элементом (рис. 5.9, а) сжатый воздух подводится в полость Б под мембраной 3. При достижении заданного давления воздуха пружина 2, усилие которой настраивают с помощью винта /, сжимается, мембрана отрывается от седла, и сжатый воздух через отверстие А сбрасывается в атмосферу.
К предохранительным клапанам предъявляются следующие основные требования [4].
При достижении предельного давления воздуха клапан должен безотказно открываться.
В открытом состоянии клапан, при установленном давлении воздуха должен обеспечивать сброс сжатого воздуха в количестве, равном производительности источника питания.
Клапан должен закрываться прн давлении воздуха, минимально отличающемся от рабочего.
В закрытом состоянии клапана утечка воздуха должна быть минимальной.
Высокая надежность срабатывания является обязательным условием при оценке пригодности предохранительного клапана.
Величину настройки предохранительного клапана устанавливают в соответствии с правилами [5] на максимальное избыточное давление для сосудов: при рабочем давлении до 0,3 МПа ртах < р + 0,05 МПа; свыше 0,3 до 6 МПа ртах С С 1,15р; при рабочем давлении свыше 6 МПа ртах с 1,1 pt
ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СЕРИЙНОЙ
РЕГУЛИРУЮЩЕЙ ПНЕВМОАППАРАТУРЫ
Редукционные пиевмоклапаны. На рис* 5.10 представлен редукционный пневмоклапан типа В57-16. Сжатый воздух подводится к присоединительному отверстию /7, стабилизированный по давлению воздух отводится через отверстие 0. Настраивают пневмоклапан с помощью винта /, действующего через пружину 2 и толкатель 3 на редуцирующий клапан 4. Выходное давление воздуха, действующее на мембрану 5 снизу, уравновешивается усилием пружины 2. При понижении выходного давления воздуха указанное равновесие нарушается, мембрана 5 прогибается и через толкатель 3 отжимает редуцирующий клапан 4, увеличивая проход для воздуха и, тем самым, расход и давление. При повышении давления воздуха на выходе пружина 2 сжимается, редуцирующий клапан 4 прикрывается, что приводит к уменьшению расхода и давления.
Пневмоклапаны типа БВ57-1 (рис. 5.11) имеют дополнительный клапан сброса^воздуха в^атмосферу. При повышении давления воздуха на выходе выше настройки сжатый воздух поступает в подмембранную полость и вызывает подъем мембраны / с клапаном 2. В результате сжатый воздух через отверстие в клапане 2 и отверстие Л выпускается в атмосферу, снижая давление на выходе до величины, определяемой настройкой пружины 3.
Наличие клапана сброса позволяет обеспечивать перестройку пневмоклапана с высокого давления воздуха на выходе на низкое прн отсутствии расхода воздуха через редуцирующий клапан.
В пневмоклапанах типа БВ57-3 (рис. 5.12) редуцирующий клапан выполнен разгруженным от действия давления воздуха на входе (сбалансированный реду-
Рис. 5.10. Редукционный пневмоклапан типа В57-16Рис. 5.10. Редукционный пневмоклапан типа В57-16Рис. 6.11. Редукционный пневмоклапан тина БВ57-1Рис. 6.11. Редукционный пневмоклапан тина БВ57-1
Рис. 5.10. Редукционный пневмоклапан типа В57-16
Рис. 5.10. Редукционный пневмоклапан типа В57-16
Рис. 6.11. Редукционный пневмоклапан тина БВ57-1
Рис. 6.11. Редукционный пневмоклапан тина БВ57-1
Рис. 5.12. Редукционный пневмоклапан типа БВ57-3 (ГОСТ 18468 — 79)Рис. 5.12. Редукционный пневмоклапан типа БВ57-3 (ГОСТ 18468 — 79)Рис. 5.13. Редукционный пневмоклапаи типа П-КР (ГОСТ 18468—79)Рис. 5.13. Редукционный пневмоклапаи типа П-КР (ГОСТ 18468—79)цирующий клапан). Подклапанная полость А изолирована от входного отверстия П и соединена отверстиями в теле редуцирующего клапана с надклапанной полостью Б. Редукционные клапаны со сбалансированным редуцирующим клапаном обеспечивают большую точность поддержания давления воздуха на выходе по сравнению с пневмоклапанами с несбалансированным редуцирующим клапаном.
Рис. 5.12. Редукционный пневмоклапан типа БВ57-3 (ГОСТ 18468 — 79)
Рис. 5.12. Редукционный пневмоклапан типа БВ57-3 (ГОСТ 18468 — 79)
Рис. 5.13. Редукционный пневмоклапаи типа П-КР (ГОСТ 18468—79)
Рис. 5.13. Редукционный пневмоклапаи типа П-КР (ГОСТ 18468—79)
Редукционные пневмоклапаны типа П-КР обладают всеми конструктивными особенностями описанных выше клапанов и имеют аналогичную конструкцию.
На рис. 5.13 приведена конструкция рованиым редуцирующим клапаном и с клапаном сброса. Для получения мидификации с несбалансированным редуцирующим клапаном удаляют уплотнительное кольцо 3 и не выполняют отверстий в толкателе 4 для связи подклапанной А и надклапанной Б полостей. Модификация без клапана сброса обеспечивается заменой клапана сброса 1 обычным упором.
пиевмоклапана типа П-КР со сбаланси-пиевмоклапана типа П-КР со сбаланси-Рис. 5.14. Редукционный пневмоклапан типа П-КРКРис. 5.14. Редукционный пневмоклапан типа П-КРКУ пневмоклапанов типа П-КРК (рис. 5.14) настроечное усилие на мембрану / обеспечивается давлением сжатого воздуха, подаваемого в камеру управления Г через отверстие У. Клапан сброса 2 установлен между толкателем 3 и клапаном 4. Воздух от клапана сброса 2 отводится через отверстие в редуцирующем клапане.
пиевмоклапана типа П-КР со сбаланси-
пиевмоклапана типа П-КР со сбаланси-
Рис. 5.14. Редукционный пневмоклапан типа П-КРК
Рис. 5.14. Редукционный пневмоклапан типа П-КРК
Техническая характеристика редукционных пневмоклапанов типов БВ57-1, В57-16 и типа БВ57-3 [2]
Параметры
БВ57-13 БВ57-33
БВ57-14 БВ57-34
В57-16 БВ57-36
Условный проход, мм . . . Присоединительная резьба Номинальное давление, МПа Диапазон регулирования давления на выходе (давление настройки), МПа
Номинальный расход при давлении на выходе 0,4 МПа, М5/МИН . . . Снижение давления на выходе при изменении расхода воздуха от нуля до поминальной величины, МПа, не более . . Увеличение давления на выходе при снижении давления на входе от номинального значения до давления настройки, МПа, не более Превышение давления на выходе над давлением настройки, при котором открывается клапан сброса, МПа, не более
1 Долговечность, ч Масса, кг
12
К 3/8" 0,631,0
0,1-0,5 0,1-0,9
0,40,63
0,03
0,040,015
0,180,06
50006000
1,41,7
16
К 1/2" 0,631,0
0,1—0,5 0,1 —0,9
0,81,0
0,05
0,050,025
0,180,06
50006000
1,41,7
25
К 1" 0,631,0
0,1—0,5 0,1—0,9
2,5
0,07
0,070,035
—0,06 .
50006000
2,12,5
Таблица 5.2
Редукционные пневмоклапаны типа П-КРП так же, как и клапаны типа П-КРК, имеют дистанционную настройку.
Технические характеристики редукционных пневмоклапанов приведены в табл. 5.2—5.4 [6].
Пневмодроссели с обратным клапаном. На рис. 5.15 представлена конструкция пневмодросселя с обратным клапаном типа В77-1. При подводе сжатого воздуха к присоединительному отверстию в штуцере 1 клапан 2, преодолевая усилие слабой пружины 3, отжимается от конического седла в штуцере 1 и пропускает сжатый воздух к присоединительному отверстию в корпусе 4. При изменении
Рнс. б» 15. Пиевмодроссели с обратным клапаном типа В77-1
132
С
3 хо
О
Й
св
S
в О
св К
1
S с
3 S S о
S в
1
S
X
св О. св
X Ж X
//I3-S3d>!-U
7о4।।
оо°
sОО
ю —•
*’ ^й® и’
SCOОО О
14Ч°
ЮоОоо С4
H-SZd^I-U
Z/15-OZdM-U
ОО
С4^ ^_ 1_J
^О<£>СОоО
UOО®°О
Il-05dM-U
Z/58-91d'M-U
L.ogОCD
5О*^С4ООО О t2
|°Ч°.©О^-
юо”оОо ОС —
И-9М/Я-И
Z/Zo-51d)I-U
lOgО*CD
^СCD £
SoС12фS
1°.°°-R-
1gО^°CD
I 1-ZldM-U
Z/55-80diI-U
I 1 1 1
CDW
ОUI„ф$ О
|3°.°.°.
ЛООо
H-80dM-U
2
’ кк д 54 © 6Sms® к я®
•$ • -§t™= -§ss ssx“ Cs. Sx а ...
- я . 5 ■ С сов-
X J- К Я ^ w S ” S ± t^ s SO-rsJ-J^W S S x 3 42•
°©” x <n,5«ta5e4't-n® nScS^SS^S^.Q. 6 b
= =S¥='se»s^s«go«,%g$^00
£cs xg5ggx gS5 8 5!§ ” Sg £ Sc ^S &«i §« 5 ^g
13
_Таблица 5.4
Техническая характеристика редукционных клапанов типа П-КРП и П-КРК-40/10
Параметры
П-КРП16
П-КРП20
П-КРП25
П-КРП32
П-КРП40
П-КРП50
П-КРК-40/10
Условный проход, мм
Присоединительная резьба основных отверстий: коническая метрическая
Присоединительная резьба в отверстии управления Номинальное давление, МПа , . Диапазон регулирования иа выходе (давление настройки), МПа Номинальный расход при Давлении на выходе 0,4 МПа, м*/мии
16
К 1/2" М22х 1,5
1,0
20
К 3/4" М27Х2.0
К 1/8"
1,6
25
К 1" МЗЗХ2.0
0,05
2,5
32
К 1 1/4"
М42Х2.0
1,0
— 0,9
4,0
40
К 1 1/2" М48Х2.0
К
6,3
50
К 2" М60х2,0
1/4"
10,0
40
К 1 1/2"
0,1—0,9
6,3
Снижение давления на выходе при изменении расхода воздуха от нуля до номинального значения, МПа, не более
Увеличение давления иа выходе при снижении давления иа входе от номинального значения до давления настройки, МПа, не более
Превышение давления на выходе над давлением настройки, при котором открывается клапаи сброса, МПа, не более
Расход воздуха через полностью открытый клапаи сброса при давлении настройки 0.4 МПа, м8/мин, не меиее
Долговечность, ч . , Масса, кг
0,02
0,02
1,20
0,035
0,025
0,
0,084
2,40|2,30|
06
8000
0,04
0,04
0,120
4,20
0,04
0,04
0,04
6,3
Техническая характеристика пневмодросселей с обратным клапаномТаблица 5.5
3 а & 2 ГО а го Е
СУ
го ©§ го
S
СП • © а •
©
Я *
га К
EJ я
2
^33$ ■
2
еС
га • я
© =5 , СУ
S^ а $
я а а а 5 _ . * с3б"« '
О X о а к
« 3 я СУ о ч ©
Я •
Я • ЕС © • о © • я а _
га . ЕС
© * © , к
го . к я §Е
5S
О со
СУ с©
о'
ЕС
О д
X я га S
s ” 2 g ■
го V «
£ 2 С у
& оо
К х и яхз О я
С \о
^ ч
X Й ° ао © а от а < о я
го X
га X
2 О н
>6 о
© я
©
2 О
3
6- ©
5 О
3 •
ч о
Ч
© Ч
X а с
43 Я aS й го fc
«“
g
АО о и
3 а
X (-
а X го от
о я АР О ©
3 а
X ь*
а X го от *
с
от © а
© © О &
СУ го ЕС
ч о
от
л
о
о
о
А 1
©
2
>О
©
а
Ч
>я
О
Я ©
< о х
2
н о
я га
2
а го
©
2 я
©
го X
3
я
А
© X
А
я 03 го ЕС
и го а
© Я я
я
©
К го ч
X
го
ь © о
ч
Ч X
©
X я
к го я X
и О я ч
о а
я
еС от о
СУ
3 а
X го от
ГО я я 2
я я 2
©
я
к
о
о
я
2
и
о
^^ 2*
О «
©
а
<У ь о С
2 о я я го от
с © 5
© о © _ © я © 8 О н е а а го б я <ао
с
а
С
с£ч в о ' &^в
>> с о а С
■^ -U “^
я го - ач .Л я х •<
я
©
^5
2 43
© о
я
я а с
2
X я я
СУ о
ч о К(
го* © © го
Рис. 5.19. Тормозной пневмодроссель типа П-ДТРис. 5.19. Тормозной пневмодроссель типа П-ДТ
Рис. 5.19. Тормозной пневмодроссель типа П-ДТ
Рис. 5.19. Тормозной пневмодроссель типа П-ДТ
через регулируемый зазор в дроссельной паре. При обратном направлении движения потока воздуха обратный клапан под действием давления воздуха, преодолевая сопротивлением слабой пружины, открывается и пропускает основной поток воздуха к центральному отверстию (при этом небольшое количество воздуха проходит также и через зазор в дроссельной паре).
‘Пневмодроссель с обратным клапаном входит в комплекс пневматической миниаппаратуры и монтируется на унифицированной плате.
Ниже и в табл. 5.5 приведены технические характеристики пневмодросселей с обратным клапаном.
Техническая характеристика пневмодросселяс обратным клапаном типа П-ДК-С [б ]
Условный проход,мм 2,5
Давление, МПа: номинальное 0.63
минимальное 0,14
Расход воздуха прир — 0,4 МПа, м3/мин 0,04
Потеря давления при расходе воздуха 0,04 ма/мин через открытый обратный клапан (дроссель полностью закрыт), МПа, не более 0,035
Потеря давления при расходе воздуха 0,04 м3/мии, пропускаемого через пол
ностью открытый дроссель при закрытом обратном клапане, МПа, не более 0,055
Долговечность, цикл 107
Масса, кг . 0,15
Тормозные пневмодроссели типа П-ДТ. При ненажатом ролике 3 (рис. 5.19) воздух из опорожняемой полости цилиндра через отверстие П в корпусе / и открытый клапан 5 проходит в полость б, через отверстие 0 и основной пневмораспределитель в атмосферу. Шток цилиндра перемещается со скоростью, определяемой начальным положением клапана 5, настраиваемым с помощью винта 6. Нажатие на ролик 3 вызывает перемещение клапана 5, что приводит к уменьшению проходного сечения и к плавному торможению поршня цилиндра. Плавность торможения и его продолжительность определяются длиной и профилем упора, воздействующего на ролик 3. При полностью закрытом клапане 5 воздух из опорожняемой полости цилиндра вытесняется только через регулируемый дроссель 2.
При переключении основного пневмо- распределителя сжатый воздух из 'магистрали подается через отверстие 0 в полость б. Преодолевая усилие пружины 4, сжатый воздух открывает клапан 5 и проходит в полость а, откуда через отверстие П по трубопроводу поступает в цилиндр. Таким образом, обеспечивается беспрепятственное наполнение полости цилиндра сжатым воздухом, несмотря на то что ролик 3 еще остается в течение некоторого времени нажатым.
Тормозные пневмодроссели целесообразно применять вместо тормозных устройств, встроенных в крышки цилиндров, когда требуется значительная длина торможения.
Техническая характеристика тормозных пневмодросселей приведена в табл. 5.6 [6].
Предохранительные пневмоклапаны по OCT 2.В58-1—78. При превышении заданного давления, определяемого настройкой пружины / (рис. 5.20), клапан 2 отходит От седла 3, обеспечивая свободный выход воздуха в атмосферу. Приспособление для принудительного откры-
ПараметрыйвКС ЧКS ч сУсловный проход, мм , ,81625Присоединительная резьба К 1/4"К 1/2"К 1"Давление, МПа: номинальное минимальноеРасход воздуха при давлении 0,63 МПа, м’/мии0,41,00,2Потеря давления прн указанном расходе воздуха через обратный клапан при полностью закрытом дросселе, МПа, не более Пропускная способность Лу, л/мин80,043280Утечка воздуха при номинальном давлении через обратный клапан при полностью закрытом дросселе и нажатом рычаге, м8/мин Усилие, необходимое для перемещения ролика при номинальном давлении, Н, не более Долговечность, ЦИКЛМасса, кг . . . .0,00050,00100,00300,5 |1005-10®0,6 [1,5ПараметрыйвКС ЧКS ч сУсловный проход, мм , ,81625Присоединительная резьба К 1/4"К 1/2"К 1"Давление, МПа: номинальное минимальноеРасход воздуха при давлении 0,63 МПа, м’/мии0,41,00,2Потеря давления прн указанном расходе воздуха через обратный клапан при полностью закрытом дросселе, МПа, не более Пропускная способность Лу, л/мин80,043280Утечка воздуха при номинальном давлении через обратный клапан при полностью закрытом дросселе и нажатом рычаге, м8/мин Усилие, необходимое для перемещения ролика при номинальном давлении, Н, не более Долговечность, ЦИКЛМасса, кг . . . .0,00050,00100,00300,5 |1005-10®0,6 [1,5Таблица 5.6Таблица 5.6Техническая характеристика тормозных пневмодросселей типа П-ДТТехническая характеристика тормозных пневмодросселей типа П-ДТРис. 5.20. Предохранительный пневмоклапан поOCT 2.В58-1—78Рис. 5.20. Предохранительный пневмоклапан поOCT 2.В58-1—78
Параметры
йв
К
С Ч
К
S ч с
Условный проход, мм , ,
8
16
25
Присоединительная резьба
К 1/4"
К 1/2"
К 1"
Давление, МПа: номинальное минимальное
Расход воздуха при давлении 0,63 МПа, м’/мии
0,4
1,0
0,2
Потеря давления прн указанном расходе воздуха через обратный клапан при полностью закрытом дросселе, МПа, не более Пропускная способность Лу, л/мин
8
0,04
32
80
Утечка воздуха при номинальном давлении через обратный клапан при полностью закрытом дросселе и нажатом рычаге, м8/мин Усилие, необходимое для перемещения ролика при номинальном давлении, Н, не более Долговечность, ЦИКЛ
Масса, кг . . . .
0,0005
0,0010
0,0030
0,5 |
100
5-10®
0,6 [
1,5
Параметры
йв
К
С Ч
К
S ч с
Условный проход, мм , ,
8
16
25
Присоединительная резьба
К 1/4"
К 1/2"
К 1"
Давление, МПа: номинальное минимальное
Расход воздуха при давлении 0,63 МПа, м’/мии
0,4
1,0
0,2
Потеря давления прн указанном расходе воздуха через обратный клапан при полностью закрытом дросселе, МПа, не более Пропускная способность Лу, л/мин
8
0,04
32
80
Утечка воздуха при номинальном давлении через обратный клапан при полностью закрытом дросселе и нажатом рычаге, м8/мин Усилие, необходимое для перемещения ролика при номинальном давлении, Н, не более Долговечность, ЦИКЛ
Масса, кг . . . .
0,0005
0,0010
0,0030
0,5 |
100
5-10®
0,6 [
1,5
Таблица 5.6
Таблица 5.6
Техническая характеристика тормозных пневмодросселей типа П-ДТ
Техническая характеристика тормозных пневмодросселей типа П-ДТ
Рис. 5.20. Предохранительный пневмоклапан по
OCT 2.В58-1—78
Рис. 5.20. Предохранительный пневмоклапан по
OCT 2.В58-1—78
тия дает возможность проверить продувкой исправность клапана. При приложении усилия к кольцу 4 пружина 1 сжимается и клапан 2 освобождается от ее воздействия. Если клапан не заклинен, то он отходит от седла, обеспечивая выход сжатому воздуху. Для исключения возможности перенастройки клапана без нарушения пломбы применен защитный колпачок 5.
Исполнения пиевмоклапанов' на различные номинальные давления при одних н тех же условных проходах обеспечивается сменными пружинами.
Техническая характеристика предохранительных пневмоклапанов приведена в табл. 5.7.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ,
Богачева А. В. Пневматические элементы систем автоматического управления. М.: Машиностроение. 1966. 240 с.
Дмитриев В. Н., Градецкий В. Г. Основы пневмоавтоматики. М.: Машиностроение. 1973. 360 с.
Залмаизон Л. А. Теория элементов пневмоннки. М.: Наука, 1969. 507 с.
Кондратьева Т. Ф. Предохранительные клапаны для компрессорных установок. М. — Л.: Машгнз, 1963. 179 с.
Правила устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением. М.: Металлургия, 1976. 104 с.
Элементы и устройства пневмоавтоматики высокого давления. Каталог. М.: 1978. 155 с. (НИИМАШ).
Параметры
16-11
16-21
16-31
25-13
25-23
25-33
Условный проход, мм Присоединительная резьба* Номинальное давление, МПа
Пределы настройки давления воздуха, МПа
Расход воздуха при коми-* нальном давлении. м*/мин Долговечность, Масса, кг
0,4
0,2 —0,5
0,8
16 М24Х1.5
0,63
0,5-0,7
2,5 6 000 ч 0.350
1,0
0,7—1,0
4,0
(25 000 с
1
0,4
0,2 —0,5
2,5 рабатыва
25 МЗЗХ2.0
0,63
0,5 —0,7
6,3
1ИЙ)
0,900
1.0
0,7 —1,0
10
п^ОСТ6^ 658^?—78еРИСТИКа предохранительных пневмоклапанов
Таблица 5.7
138
Глава 6Глава 6УПЛОТНИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА
Глава 6
Глава 6
Надежность работы, потери энергии и другие эксплуатационные характеристики пневмоустройств в значительной мере зависят от качества применяемых в них уплотнительных устройств. Уплотнительные устройства обеспечивают герметичность пневмоустройств. Под герметичностью пневмоустройств понимают непроницаемость сжатого воздуха через соединения деталей, находящихся в состоянии движения или покоя относительно друг друга.
В зависимости от требований уплотнительные устройства должны обеспечивать полную герметизацию пневмоустройств или значительно уменьшать утечку сжатого воздуха. Как правило, утечка сжатого воздуха не допускается в неподвижных соединениях деталей пневмоустройств и ряда ответственных уплотнительных соединений подвижных деталей, где утечка может привести к аварии или несчастным случаям. Для большинства уплотнительных устройств, разделяющих полости пневмоустронств, находящихся под разным давлением, а также для уплотнительных устройств подвижных соединений допускается незначительная утечка сжатого воздуха.
Герметичность пневматических устройств обеспечивается устранением зазора или созданием малого зазора между поверхностями соединяемых деталей. По характеру уплотняемых соединений уплотнительные устройства подразделяют на следующие виды: для соединений неподвижных деталей; для соединений деталей, имеющих относительное возвратно-поступательное движение; для соединений деталей, имеющих относительное вращательное движение.
ГЕРМЕТИЗАЦИЯ НЕПОДВИЖНЫХ СОЕДИНЕНИЙ
Герметизация неподвижных соединений пневматических устройств обеспечивается: неразборных — сваркой, пайкой, склеиванием, заливкой эпоксидными смолами, герметиками и красками, развальцовкой; разборных — кольцами и манжетами, прокладками, лентой ФУМ, набивкам^.
В табл. 6.1 приведены основные виды герметизации неразборных соединений [1 ] и области применения их в пневматических устройствах. Примеры конструктивных схем герметизации неразборных соединений устройств приведены на рнс. 6.1.
Разборные неподвижные соединения пневматических устройств чаще всего уплотняют резиновыми кольцами круглого сечения по ГОСТ 9833—73 илн резиновыми и синтетическими прокладками. Набивки и металлические прокладки, как правило, применяют для пневматических устройств, работающих при высоких давлениях, в широком диапазоне температур или при агрессивном воздействии окружающей среды. Ленту ФУМ применяют для уплотнения резьбовых соединений.
Резиновые кольца круглого сечения. На рис. 6.2 приведены способы установки резиновых колец в неподвижных соединениях пневматических устройств. При 140
Неразборные соединения пневматических устройств
Метод соединения
Соединяемые материалы
Рабочее давление, МПа
Рабочая температура, °C
Область применения в устройствах
•
Сварка (электродуго- вая, аргоииая, атомио- водородная)
Металлы
30—150
500
Фланцевые соединения, трубопроводы, корпусные детали и т. п.
Сварка (электросты- ковая, точечная, шовная)
10
Сварка (игнитронная, газовая)
30—50
Сварка тепловоздушная
Синтетические материалы
1—2
75
Трубопроводы и детали из синтетических материалов
Пайка с припоем (серебряным, медно-цинковым, оловянно-свннцовым)
Металлы
30
20
10
500
250
100
Фланцевые соединения, трубопроводы и детали из цветных металлов
Склеивание клеем БФ-2,БФ-4,№ 88,
карбинальным, бакелитовым, эпоксидным
Металлы и пластмассы
0,5 —0,8
80 — 200
Изготовление коммутационных плат, струйных элементов н модулей, деталей из оргстекла
Склеивание клеем
ВС-ЮТ, ИП-9, Д1
200 — 250
Заливка эпоксидных смол ЭД-5, ЭД-6 и герметиков КГ-206, КГ-207
1-2
100—150
Исправление литейного брака корпусных деталей
Комбинированный (резьбы со склеиванием, резьбы с заливкой суриком или шеллаком, растворенным в спирте)
2
100
Резьбовые соединения пневмоустройств с высокими требованиями по герметичности и ра- боте при высоких температурах
Комбинированный (резьбы с пайкой и сваркой)
Металлы
30 — 50
150 — 450
Завальцовка
Металлы и синтетические материалы
0,5 — 1,0
100 — 200
Трубопроводные соединения
WrtW/i, Л\Х\\\Х\Х
rzzz/z#w#, \xxxx\xxxx
m)
Рис. 6.1. Конструктивные схемы герметизации неразборных соединений:
а — сварка трубопроводов; б — сварка фланцевого соединения; в — сварка корпусных деталей; г — пайка сильфонных уплотнений; д — склеивание коммутационных плат; е — склеивание струйных элементов*, ж — комбинированная (резьба со сваркой); з — заваль- цовка
конструировании и изготовлении неподвижных соединений с использованием резиновых колец круглого сечения рекомендуется обеспечивать следующие основные требования. Предельные отклонения диаметров сопрягаемых деталей неподвижных соединений не должны превышать значений, указанных в табл. 6.2 (ГОСТ 9833—73). Шероховатость рабочих поверхностей под уплотнение должна быть не ниже указанной на рис. 6.3.
При давлении более 10 МПа кольца следует предохранять от выдавливания в уплотняемый зазор защитными шайбами, устанавливаемыми со стороны, противоположной направлению давления, а при двустороннем давлении — с обеих сторон кольца (см. рис. 6.2). В качестве материала для защитных шайб и колец рекомендуется использовать: капролон Bf, фторопласт 4 марки Н для работы при температуре не более 70°С и давлении до 10МПа; текстолит ПТК, полиамидную
Рис. 6.2. Герметизация неподвижных соединений кольцами круглого сечеиня:
а — д — торцовые соединения; е, ж — цилиндрические соединения без защитных шайб? з — с защитными шайбами
Предельные отклонения диаметров сопрягаемых деталей для неподвижных соединений
Уплотняемый диаметр, мм
Допускаемые отклонения уплотняемых диаметров при давлении, МПа
до 5
5—10
10
Отверстие
Вал
Отверстие
Вал
Отверстие
Вал
3-6
6 — 10 10-18 18-30
30 — 50
50 — 80
80 — 120 120—180
Свыше 180
НЮ
е9
НЮ
е9
НЮ
г9
Н8
Н8
Н8
Ь8
П
А8
/18
смолу 68Н или 68С по ГОСТ 10589—73. Толщина цельных защитных шайб из фторопласта должна быть не менее 1_0 t мм. Наружный диаметр защитных шайб выполняют равным диаметру уплотняемых поверхностей с предельным4 отклонением по наружному диаметру Н8 и внутреннему — кВ. Для любой конструкции посадочного места величина деформации кольца рекомендуется в пределах 17— 35%. При ремонтных работах группу резины колец для изготовления в зависимости от фактического зазора в сопрягаемых деталях рекомендуется выбирать по табл. 6.3.
Манжеты. В ряде случаев неподвижные соединения пневмоустройств рекомендуется уплотнять манжетами. Так, если имеется опасность раскрытия стыка сопрягаемых поверхностей в значительных пределах, кольца круглого сечения не обеспечивают надежной герметизации соединений. В этом случае применяют уплотнения манжетного типа. На рис. 6,4 приведены конструкция манжеты П-образното сечения и рекомендации по ее установке. Размеры резиновых манжет П-образиого сечения приведены в табл. 6.4. Ширину канавки в деталях (см. рис. 6.4) рекомендуется выполнять на 0,3—0,5 мм меньше ширины b манжеты [1].
Прокладки. Герметичность соединения при применении прокладок обеспечивается заполнением поверхностей сопрягаемых деталей легко деформируемым прокладочным материалом. При этом контактное давление в соединении должно превышать давление уплотняемой среды. В качестве прокладок используют различные эластичные материалы. Материал прокладок выбирают с учетом дав-
Давление, МПаВеличина зазора на сторону (мм) для резины группы2340 — 50,15 — 0,100,20 — 0,100,25 — 0,155 — 100,10 — 0,060,15 — 0,080,15 — 0,1010—160,06 — 0,030,08 — 0,060,08 — 0,0116 — 200,03 — 0,020,03 — 0,020,08 — 0,05Давление, МПаВеличина зазора на сторону (мм) для резины группы2340 — 50,15 — 0,100,20 — 0,100,25 — 0,155 — 100,10 — 0,060,15 — 0,080,15 — 0,1010—160,06 — 0,030,08 — 0,060,08 — 0,0116 — 200,03 — 0,020,03 — 0,020,08 — 0,05Таблица б.зТаблица б.зРекомендуемые группы резины для уплотнительных колецРекомендуемые группы резины для уплотнительных колецРис. 6.3. Шероховатость рабочих поверхностей под уплотне ния:а — цилиндрическое неподвижное ^соединение; б — торцовое соединениеРис. 6.3. Шероховатость рабочих поверхностей под уплотне ния:а — цилиндрическое неподвижное ^соединение; б — торцовое соединение
Давление, МПа
Величина зазора на сторону (мм) для резины группы
2
3
4
0 — 5
0,15 — 0,10
0,20 — 0,10
0,25 — 0,15
5 — 10
0,10 — 0,06
0,15 — 0,08
0,15 — 0,10
10—16
0,06 — 0,03
0,08 — 0,06
0,08 — 0,01
16 — 20
0,03 — 0,02
0,03 — 0,02
0,08 — 0,05
Давление, МПа
Величина зазора на сторону (мм) для резины группы
2
3
4
0 — 5
0,15 — 0,10
0,20 — 0,10
0,25 — 0,15
5 — 10
0,10 — 0,06
0,15 — 0,08
0,15 — 0,10
10—16
0,06 — 0,03
0,08 — 0,06
0,08 — 0,01
16 — 20
0,03 — 0,02
0,03 — 0,02
0,08 — 0,05
Таблица б.з
Таблица б.з
Рекомендуемые группы резины для уплотнительных колец
Рекомендуемые группы резины для уплотнительных колец
Рис. 6.3. Шероховатость рабочих поверхностей под уплотне ния:
а — цилиндрическое неподвижное ^соединение; б — торцовое соединение
Рис. 6.3. Шероховатость рабочих поверхностей под уплотне ния:
а — цилиндрическое неподвижное ^соединение; б — торцовое соединение
Рис. 6.4. Конструкция и способы установки уплотнительных маижет П-образного сечення:
а — уплотнительная манжета П-образного сечения; б — конструктивная схема установки манжеты во фланцевом соединении; в — конструктивная схема установки манжеты для пневмоустройств стыкового исполнения
ления и температуры уплотняемой среды. Рекомендуется при pt < 102 (где р — давление уплотняемой среды, МПа и t — температура, °C) применять неметаллические прокладки, а
при более высоких значениях pt — металлические (4]. Из неметаллических прокладок в пневмоустройствах нашли применение резина по ГОСТ 733877, полихлорвиниловый пластикат, фторопласты 3 и 4, паронит по ГОСТ 48180* капрон; из металлических — медные прокладок марки Ml и М3 по ГОСТ 859—78 алюминиевые по ГОСТ 11069—74, стальные.
К недостаткам металлических прокладок относятся: необходимость высоких контактных давлений для обеспечения герметизации; высокие требования к шероховатости обработки уплотняемых поверхностей; высокие, по сравнению с ана-
Размер уплотнительных маижет П-образного сечения, мм
Таблица 6.4
d
D
Dt
Ъ
bl
го
S
Кк
Ф е)
Ei 2 с ё
А R го X X 2 «
Сх
° S
У
X ф о EI с
сё
го X X
23
Ж х
Я X
Со
X
я« О 2 С я
Ф у у 5
сё
го X X 2
Ф у
X у £ ф у
Ф о
С о
8
10
+ 0.20
15
18
— 0.10
— 0,15
11
14
+ 0,24
12
14
+ 0,24
20
22
—0,15
— 0,30
16
18
4
0,7
— 0.10
16
18
24
28
20
23
20
30
25
+ 0,28
22
25
+ 0,28
32
36
27
30
+ 0,20
28
30
40
42
33
35
32
34
38
40
42
+ 0,34
45
48
52
54
56
-0,20
-0,35
38
40
44
46
48
+ 0,34
5
1,0
— 0,20
46
48
50
60
62
64
52
54
56
+ 0,40
6
52
+ 0,40
70
60
7
+ 0,30
1,5
Примеч
а н и е
Буквенные обозначения см, на рис. 6.4.
Рис. 6.5. Конструктивные схемы применения прокладок в пневмоустройствах
логичными неметаллическими прокладками, требования к точности изготовления уплотнения. Для снижения контактного давления в последнее время применяют смазку контактных поверхностей герметиками.
Конструктивные схемы применения прокладок приведены на рис. 6.5.
При расчете прокладочных уплотнений определяют контактное давление Мко, достаточное для внедрения материала прокладки в микронеровности уплотняемых поверхностей на величину, при которой обеспечивается герметичность при малых значениях (близких к нулю) давления в рабочих полостях, и контактное давление УКР, при котором обеспечивается герметичность под давлением рабочей среды [1, 3]. Так как NKP может быть меньше или больше ЖКо, необходимое усилие затяжки прокладок производят по большему из них. Для неметаллических, а также плоских, овальных, восьмигранных и гребенчатых металлических прокладок (рис. 6.6) усилие обжатия при их установке определяют по формуле
7V0 = ^DnBq01
где ^п — средний диаметр прокладки; В — ширина прокладки; q0— удельное давление на прокладку. Удельное давление зависит от материала, размеров и формы прокладки.
Для прокладок из паронита, картона и фторопласта
q0 = qvd/26 VВ;
для прокладок из резин твердых и средней твердости, пластиката
для плоских, гребенчатых
и овальных металлических прокладок
Параметр
Пароиит
Капрон
Резина
Пластикат
Фторопласт
мягкая
средней твердости
<7у. Ю-= Па
200
100
20
40
40
100 — 350
С
m
4,5
3
1,5 — 2
«1
0,10 — 0,15
—
0,95
—
0,9
0,05
Таблица" <■•
Значения коэффициентов qy, С, m н ч для соединений неметаллическими прокладками при S > 4 мм, 6 < 4 мм
Примечание. Dn в см.
q0 = QyC,
где 6 — толщина прокладки, мм; В в см; qy и С — коэффициенты, рекомендуемые значения которых приведены в табл. 6.5 и 6.6. Усилие обжатия, обеспечивающее герметичность в рабочих условиях определяют по формуле
Ap = nDnS(?p + (l —^N,
где qP — удельное давление на прокладку в рабочих условиях; т] — коэффициент разуплотнения (для металлических прокладок т] = 0, для неметаллических про-
Таблица 6.5
Значения коэффициентов q^, Сит для соединений металлическими прокладками различного типа
Плоские
Гребенчатые
Овальные,восьми-гранные
Параметр
2
К
ч *
5§
Xs
2 s ««
R
ч к
ч
Xs
б S
О 2
Цу-Ю*6 Па
300
4
450
700
6
900
7
Примечание. Dn в см.
140
2,8
170
3,5
240
3,8
300
160
220
1,5
кладок значения т] указаны в табл. 6.6); N = pnD^/4 — усилие, возникающее от действия давления рабочей среды; р — давление рабочей среды.
Для неметаллических прокладок
qp = mpil/&V В,
где 6 — в мм, В — в см;
для плоских и гребенчатых металлических прокладок
qy = mp,V В;
для овальных и восьмигранных прокладок qP = mp.
Для линзовых прокладок усилие обжатия определяют по формуле
Np = 10^, Н,
где Dn — диаметр окружности соприкасания прокладки с фланцем, см; К — коэффициент, зависящий от давления рабочей среды (при р = 0,6 МПа К = = 240; при р = 10 МПа К = 290; при р = 32 МПа К = 450; при р — 70 МПа Л = 750).
Герметизирующие замазки. Для герметизации неразборных соединений пневматических устройств иногда используют замазки. Основным материалом замазок являются резина, синтетические смолы, продукты дистиляции дегтя и асфальта; пластификатором — вода, керосин или высыхающие масла, наполнителем — порошковый асбест, бумага, текстильные отходы, металлические порошки [7]. Имеются замазки, изготовленные из синтетических смол. Для работы в широком диапазоне температур применяют замазки из силикона и фторсили- кона.
6.2. УПЛОТНИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА ДЛЯ СОЕДИНЕНИЙ
С ВОЗВРАТНО-ПОСТУПАТЕЛЬНЫМ ДВИЖЕНИЕМ
Для герметизации соединений деталей пневматических устройств, имеющих относительное возвратно-поступательное движение (поршней, штоков, золотников, толкателей, клапанов), используют контактные и щелевые уплотнительные
Рис. 6.7. Разновидности уплотнительных колец: а — круглые; б — прямоугольные; в — Х*образные
устройства и устройства с гибкими разделителями. Контактные уплотнительные устройства подразделяют на следующие основные типы: кольцевые, манжетные и сальниковые.
Герметизация кольцами. Уплотнения этого типа обеспечивают наименьший размер уплотнительного узла. В зависимости [от профиля
а а поперечного сечения различают следующие Ф ' разновидности уплотнительных колец: круг
лые, прямоугольные и Х-сбразные (рис. 6.7). Материалом для^изготовления колец служат резиновые смеси, металлы, комбинации резины с пластмассами.
В пневматических устройствах нашли применение резиновые кольца двух типов: с созданием натяга по уплотняемому диаметру при сборке и без натяга. Герметизация рабочей среды в соединениях с кольцами первого типа обеспечивается при нулевом давлении обжатием его поперечного сечения по высоте, которое затем повышается под действием давления рабочей среды (рис. 6.8).
Круглые кольца второго типа («плавающие» кольца) при сборке практически не подвергаются поперечному сжатию по высоте (рис. 6.9), вследствие чего они не обеспечивают полной герметизации при нулевом и малом (до 0,02 МПа) давлении рабочей среды. Герметизация этими кольцами обеспечивается только при превышении определенного значения давления.
Уплотнение кольцами круглого сечения с созданием натяга по уплотняемому диаметру наиболее распространены в пневматических устройствах.
На рис. 6.10 приведены конструктивные схемы установки уплотнительных колец круглого сечения по ГОСТ 9833—73 в устройствах. При применении указанных колец необходимо обеспечить выполнение следующих основных требований.
Допускаемые отклонения диаметров уплотняемых устройств должны соответствовать данным табл. 6,7.
Деформация колец круглого сечения по ГОСТ 9833—73 независимо от конструкции посадочного места рекомендуется в пределах 12—25%. Для предохранения уплотнений от выдавливания в зазор при давлении свыше 10 МПа необходимо применять защитные шайбы. Шероховатость поверхности сопрягаемых деталей с учетом покрытий должна быть не ниже указанной на рис. 6.11. На поверхности не допускаются забоины, риски и другие повреждения. Для повышения долговечности резиновых колец рекомендуется покрытие поверхностей штоков и гильз цилиндров: стальных — твердое хромирование; из алюминиевых сплавов — хромово-кислое анодирование или другие методы поверхностного упрочнения. К трущимся поверхностям уплотнительного соединения с круглыми кольцами необходимо обеспечивать подачу смазочного материала.
Уплотнение «плавающими» кольцами круглого сечения. Кольца этого типа устанавливают в канавку (см. рис. 6.9) с зазором по торцам и дну уплотнительной канавки, т. е. кольцо может перемещаться («плавать») в осевом направлении под действием давления рабочей среды. Наружный диаметр кольца несколько
Рис. 6.8. Схема, поясняющая действие резиновых колец круглого сечения с радиальным обжатиемРис. 6.8. Схема, поясняющая действие резиновых колец круглого сечения с радиальным обжатием
Рис. 6.8. Схема, поясняющая действие резиновых колец круглого сечения с радиальным обжатием
Рис. 6.8. Схема, поясняющая действие резиновых колец круглого сечения с радиальным обжатием
Рис. 6.9. Схема, поясняющая действие «плавающих» резиновых колец круглого сечения
148
a)
Рис. 6.10. Конструктивные схемы установки уплотнительных колеи круглого сечения: а — без защитных колец; б — с защитными кольцами
больше внутренней расточки уплотняемого устройства, что вызывает внешнее обжатие кольца при его сборке в уплотнительном узле. Плавающие кольца обеспечивают снижение трения покоя и движения, повышают срок службы по сравнению с уплотнительными кольцами по ГОСТ 9833—73. Высокие требования к точности и качеству изготовления плавающих колец ограничивают их применение в отечественной практике. К недостаткам колец этого типа относится также потеря герметичности при давлении рабочей среды ниже 0,015—0,025 МПа.
Уплотнение кольцами прямоугольного сечения. Герметизация соединения кольцами прямоугольного сечения при малом давлении рабочей среды обеспечивается за счет предварительного сжатия кольца при сборке уплотнительного узла. Рекомендуется радиальное обжатие кольца принимать равным 0,1-—0,2 мм. При наличии давления рабочей среды на одной из сторон кольца оно смещается
Таблица 6.7
Допускаемые отклонения диаметров уплотняемых устройств
Диаметр, мм
Допускаемые отклонения при давлении, МПа
до 5
5—10
10 — 20
Отверстие
Вал
Отверстие
Вал
Отверстие
Вал
4 — 6
Н8
е9
Н8
е9
НЮ
е9
6-10
10—18
18-30
30 — 50
f 7
f 7
50 — 80
Н7
*
80—120
f 7
g 6
120—180
180 — 400
g 6
Н7
h 8
Рис. 6.1!. Шероховатость рабочих поверхностей^под кольца в подвижных соединениях
Рис. 6.12. Схема, поясняющая действие резиновых колец прямоугольного сечения
к боковой стенке канавки, обеспечивая герметичность соединения плотным контактом по трем поверхностям (рис. 6,12). Размеры колец, используемых в пневматических устройствах, обычно равны: ширина 3—6 мм, высота 5—8 мм. Размер колец и канавок выбирают из расчета обеспечения бокового зазора в пределах 0,2—0,25 мм при сборке кольца (без обжатия).
Для снижения силы трения колец в ряде конструкций уменьшают ширину пояска, контактирующего с уплотняемой поверхностью, снятием фасок. Это позволяет значительно повысить долговечность колец при рабочем давлении до 1,0 МПа. Требования к точности и качеству сопрягаемых поверхностей, смазыванию трущихся поверхностей в основном аналогичны приведенным для колец круглого сечения.
Уплотнение кольцами л-образного сечения. Кольщ. этого типа (см. рис. 6.7) по своим характеристикам превосходят кольца круглого и прямоугольного сечений. Опи меньше, чем круглые кольца, подвержены спиральному скручиванию, имеют меньшее трение, чем кольца круглого и прямоугольного сечения, обеспечивают надежную герметизацию при меньшем значении поперечного обжатия кольца. Полость кольца между его двумя контактными кольцевыми полосками способна удерживать смазочный материал, что снижает трение при трогании и движении кольца по уплотняемой поверхности. Требования к точности и шероховатости сопрягаемых поверхностей для колец этого типа ие отличаются от требований, приведенных для колец круглого сечения.
К недостаткам колец Х-образного сечения относится технологическая сложность изготовления прессформ для их производства. Однако высокая долговечность и другие преимущества, указанные выше, свидетельствуют о перспективности применения колец этого типа.
Уплотнение кольцами из металла и пластических^материалов. Герметизация соединения кольцами этого типа обеспечивается плотным контактом их с поверхностью цилиндра и стенками канавок поршня, а также лабиринтным действием набора колец. Контактное давление на уплотняемые поверхности кольца создается за счет деформации его при установке в уплотняемое соединение и давления рабочей среды (рис. 6.13). В свободном состоянии кольца имеют размер, больший размера диаметра уплотняемого цилиндра и прорези (замки). В канавку поршня кольцо устанавливают с торцовым зазором. Число поршневых колец в соединении рекомендуется выбирать с учетом разности давлений, воспринимаемой уплотнением поршня [8]:
Число колец 22 — 333 — 44— 55 — 6
Разность давлений,
МПа До 0,4 0,4 — 0,63 0,63—1,0 !,0 —1,61,6 —2,52,5 —4,0
Число колец 6— 77 — 88—1010 — 1212 — 15
Разность давлений,
МПа 4,0— 6,3 6,3—1010 — 1616 — 2525 — 40
Прорези в кольцах выполняют прямой формы при давлении до 5 МПа, косой — при давлении до 20 МПа, ступенчатой — при давлении свыше 20 МПа (рис. 6.14) [1]. Долговечность колец определяется выбором материала для их изготовления и условиями эксплуатации. Материалом для изготовления колец служат сплавы чугуна, бронзы, гетинакс, текстолит и пластмассы. Лучшими ма- 150
териалами для колец являются, как правило, пластмассы, срок службы которых превышает 25 000 ч, при этом значительно уменьшается износ уплотняемой поверхности цилиндра, [8].
К недостаткам колец этого типа необходимо отнести следующие: невозможность обеспечения полной герметичности; высокие требования к точности и качеству изготовления рабочих поверхностей уплотняемого соединения и самих колец; относительно большой осевой размер поршня для высокого давления рабочей среды.
Размеры и основные характеристики стандартных поршневых колец регламентированы OCT 2А54-1-72.
Уплотнение кольцами комбинированного типа. Одной из основных тенденций повышения качества уплотнительных устройств является применение колец комбинированного типа. На рис. 6.15 приведена конструкция, а в табл. 6.8 — размеры применяемого в отечественной промышленности резино-фторопластового уплотнения. В этом уплотнении круглое резиновое кольцо обеспечивает необходимое контактное давление по уплотняемым поверхностям соединения, а П-образная манжета из фторопласта-4 — снижение сил трения. В пневматических устройствах резино-фторопластовые уплотнения снижают силы трения в 4—6 раз [1] и обеспечивают надежную работу в условиях недостаточного смазывания трущихся поверхностей. Так, при испытании пневмоцилиндров с диаметром поршня до 40 мм во ВНИИГидроприводе (г. Харьков) уплотнения этого типа обеспечивали надежную работу до 200 тыс, цикл, без дополнительной подачи смазочного материала (поверхности смазывали пластичной смазкой только при сборке цилиндров).
К недостаткам резино-фторопластового уплотнения относятся сложность обеспечения высокой герметичности из-за жесткости фторопластовой манжеты (особенно при малом давлении рабочей среды) и повышение трудоемкости изготовления уплотнения.
Герметизация манжетными уплотнениями. В уплотнениях манжетного типа первоначальная (при малом давлении) герметизация обеспечивается контактной поверхностью за счет ее деформации при сборке уплотнительного узла. При повышении давления рабочей среды в уплотняемом узле контактное давление и площадь контакта увеличиваются (рис. 6.16).
Манжетные уплотнения получили наиболее широкое применение в пневматических устройствах вследствие их высокой долговечности и герметичности, а“также менее’жестких требований ьк точности и качеству обработки уплотняемых поверхностей по сравнению с резиновыми кольцами. К недостаткам манжетных уплотнений относятся их относительная сложность изготовления и большой размер уплотнительного узла.
Рис. 6.14. Формы прорезей уплотнительных колец из металла и пластмасс:
а — прямая; б — косая; в, г — ступенчатая
Рис. 6.15. Резино-фторопластовые уплотненияРис. 6.15. Резино-фторопластовые уплотненияа bа b*—►]а>Ь>са) ■ б) 6)профиля. В отечественной практике*—►]а>Ь>са) ■ б) 6)профиля. В отечественной практике
Рис. 6.15. Резино-фторопластовые уплотнения
Рис. 6.15. Резино-фторопластовые уплотнения
а b
а b
*—►]а>Ь>с
а) ■ б) 6)
профиля. В отечественной практике
*—►]а>Ь>с
а) ■ б) 6)
профиля. В отечественной практике
Диаметр уплотняемых поверхностей с предельным отклонением
Диаметр сечеиня кольца d2
Манжета
Канавка
D (Н7)
л ш
(f7)
+ 0,1
Лспр
С + 0,1
Е
^спр
ь ±0,2
10—15
6—11
1,9
0,15
0,95
2,5
0,1
1,65
2,5
16 — 25
12-20
2,5
1,15
3,2
2,15
3,2
26 — 45
21-38
3,6
0,25
1,55
4,5
0,2
3,25
4,5
46—70
40—60
4,6
0,3
1,8
5,7
4,3
5,7
72—100
62 — 88
5,8
7,0
5,3
7,0
102 — 145
90 — 130
7,5
1,83
9,0
6,8
9,0
150 — 250
135 — 245
8,5
2,4
10,0
7,8
10,0
Таблица 6.8
Размеры резино-фторопластовых уплотнений, мм
Примечание. Буквенные обозначения см. рис. 6.15.
Рис. 6.16. Схема, поясняющая действие манжетных уплотнений U-образного профиля: а — манжета до монтажа; б — манжета при монтаже; в — манжета под давлением
В табл. 6.9 приведены основные типы, области применения и характеристики манжетных уплотнений, применяемых в отечественной и зарубежной практике. На рис. 6.17 показаны конструктивные схемы установки манжет для уплотнения по наружному диаметру, а на рис. 6.18— по внутреннему диаметру подвижных соединений устройств.
Уплотнение манжетами и-образного
наиболее распространены манжеты по ГОСТ 6678—72, предназначенные для эксплуатации в условиях, указанных в табл. 6.10.
Технические требования к сопряженным деталям уплотнительного узла должны соответствовать требованиям, приведенным ниже:
Шероховатость поверхности трения Ra 1,25
Шероховатость посадочного места Ra 2,5
Допускаемые отклонения уплотняемых диаметров НИ;ЛИ
Поверхность уплотняемого цилиндра или штока должна быть изготовлена из коррозионно-стойкого материала или иметь антикоррозийное покрытие. К трущимся поверхностям необходимо обеспечить подачу смазочного материала.
Уплотнение манжетами других профилей. На рис. 6.19, а изображена манжета чашечного типа, применяемая для уплотнения поршней пневмоцилиндров. Для обеспечения хорошей герметичности при низком давлении рекомендуется применять распорные пружинящие кольца (рис. 6.19, б, в), изготовляемые из листовой пружинной стали или жесткой латуни. Материалом для изготовления манжет чашечного типа может быть резина, прорезиненная ткань и кожа. Размеры манжет этого типа [7]: высота при диаметре до 50 мм— 12—15 мм, при диаметре от 50 до 100 мм — не более 16 мм, при диаметре от 100 до 150 мм — 18 мм и при диаметре от 150 до 250 мм — 25 мм. В устройствах обычно устанавливают по одной мантеже с каждой стороны поршня.
На рис. 6.20 изображена манжета уголкового типа, используемая для уплотнения штоков пневмоцилиндров.
С целью повышения герметичности и надежности уплотнительного узла в отечественной и зарубежной практике все шире применяют манжеты специальных
Рис. 6.17. Конструктивные схемы установки манжет для уплотнения по наружному диаметру подвижных соединений
154
6s
3 £*
5 д
s s а ф о в
s с
3 g.
X г
С s Р
3 cl
X
Ч к X X
X Ф — о s к
2 £ cl » К
X Ф
Ч S X х
= Е Р х с Сда
з^ S = = 5 s о Ч S s X
i = = В CsS
а
д д
С
3 °"
= та
® о
5 s X со
5 С ”
Сян
с
та
S о
а
. 6 е _ s Е л у та К f- о S х у 5 л ч 5
Ь о Н S X
х
и
S
ч к
5 та
S о
о 3
б
к
и
■ " Я ре § 2 о
я ч
о х
2 х
cl О
2 8 и Я §2.
*
S К h CL Н ® С § X
о g °
S $ о 0^8
о 1 о ' 1 О*-* * ? ° s
1'2 gm
§2 5 5
5
О д ф
X
tt x £ Я о о о ч ° та с 5
та аз о
□ ^° Я о
X , 1
о
° 1 дЩ О н cl
ч а К О О S СО X ч
к
X ч а РГ
а
а я§ = ="1 со UD О^- - 1 0) gm о
О КС ч м s О О К со я ч
□ s Я S
ч
Р 1
X 1
со
о о а со д к
а |
° о 04
Е ° к О к
о
ЧХО о о а со х к
а
s 7 X 1 о10 ч X о о со х
та g
+
7 б
7 б
§
7 б
+
7 б
о
X
W о
та i|
§
5
§
3
Д S с
о
о к д ч та д
\О D.
° Д
□
3
1
3 о
5 Й
о к X § та cl о ю а о д
GO
о К К § а"®1 >о а ° с
о К д ч та х а-6*
? С 14
о к х ч
а"®4 # е
Характеристика и область применения манжетных уплотнений, используемых в пневматических устройствах общепромышленного применения
Рис. 6.18. Конструктивные схемы установки манжет для уплотнения по внутреннему диаметру подвижных соединений
профилей (рис. 6.21). К преимуществам этих манжет необходимо отнести высокую долговечность, небольшую величину трения, малогабаритность; к недостаткам —
повышенную сложность изготовления.
Сальниковые уплотнения, предназначенные для герметизации рабочей среды
в соединениях с возвратно-поступательным движением, изготовляют с ручным регулированием усилия затяжки набивки уплотнения (рис. 6.22, а) и автоматическим при помощи пружины (рис. 6.22, б, в). К недостаткам сальниковых уплотнений без пружин относятся: большие потери на трение и сложность обеспечения надежной герметичности из-за трудности контроля усилия затяжки; необходимость частой подтяжки в процессе работы; малый срок службы.
Установка пружины в сальниковом уплотнении позволяет частично устранить указанные недостатки. Пружина может быть смонтирована как со стороны давления, так и с противоположной стороны (см. рис. 6.22). Сальниковые уплотнения с пружиной, установленной со стороны набивки, противоположной давлению, рекомендуется применять при рабочем давлении до 1,0 МПа, а с пружиной со стороны давления — свыше 1,0 МПа [6].
Высокую надежность в работе показали сальники с коническими элементами, изготовленными нз композиций на основе фторопласта-4 с различными наполнителями: графитом, стекловолокном, коксом [8]. Для повышения антифрикционных качеств вводят в состав идвухсернистый молибден. На рис. 6.23 показана конструкция сальникового уплотнения завода «Борец» (г. Москва)
з ^
1 а с
Рабочее давление, МПа
Температура, *С
1
2
0,005—1,0
От —27 до +70 От —55 ДО +70
Примечание. Максимальная скорость возвратнопоступательного движения уплотняемой поверхности для цилиндров с диаметром до 150 мм — до 1 м/с, свыше 150 мм — до 0,5 м/с.
\Таблица 6.10
Эксплуатационные условия для манжет по ГОСТ 6678—72
с коническими уплотняющими кольцами 1, изготовленными из композиций на основе фторопласта-4. Каждый элемент уплотнения состоит из двух уплотняющих колец 1, помещенных между нажимными кольцами 2, промежуток между
Рис. 6.19. Конструктивная схема установки чашечной манжеты с распорной пружиной: а — чашечная манжета; б — схема установки; в — распорная пружина
155
Рнс. 6.20. Манжета уголкового типа
Рис, 6,21, Манжетные уплотнения специального профиля:
а м S-образные; б — Т-образные; в — Л-образные; г — Ф-образные
Рис. 6.22. Конструктивные схемы сальниковых уплотнений:Рис. 6.22. Конструктивные схемы сальниковых уплотнений:
Рис. 6.22. Конструктивные схемы сальниковых уплотнений:
Рис. 6.22. Конструктивные схемы сальниковых уплотнений:
а — с ручной затяжкой набивки; б — с подтяжкой набнвки пружиной со стороны, противоположной давлению; в — с подтяжкой набнвки пружиной со стороны давления
Рис. 6.23. Сальник с уплотняющими элементами, изготовленными ив жомиозицни иа основа фторопласта-4Рис. 6.23. Сальник с уплотняющими элементами, изготовленными ив жомиозицни иа основа фторопласта-4
Рис. 6.23. Сальник с уплотняющими элементами, изготовленными ив жомиозицни иа основа фторопласта-4
Рис. 6.23. Сальник с уплотняющими элементами, изготовленными ив жомиозицни иа основа фторопласта-4
которыми перекрыт кольцом 4 нз маслостойкой резины. Первоначальное уплотнение обеспечивается поджатием колец 1 пружинами 3, затем к этому усилию добавляется усилие от давления рабочей среды на неразгруженную часть сальникового уплотнения. Число уплотняющих элементов зависит от давления рабочей среды. Сальниковые уплотнения этого типа применяют в компрессорах для давления до 60 МПа и обеспечивают ресурс до 5000 ч.
В качестве материала для изготовления колец сальниковых уплотнений используют также графитовые, асбестовые и полуметаллические материалы. Значительные габариты, относительно низкая долговечность и большие потери энергии на трение ограничивают область применения этого типа уплотнений в устройствах (поршневых компрессорах, пневмоцилиндрах для работы в условиях высоких температуры и давления).
Уплотнения щелевого типа (за счет малых зазоров) в основном применяют для герметизации золотниковых пар пневмораспределителей. На рис. 6.24 приведена конструктивная схема уплотнения этого типа для пневмораспределителей с плоским золотником, а на рис. 6,25 — с круглым (цилиндрическим) золотником. Щелевые уплотнения не обеспечивают полной герметичности. Обеспечение приемлемой для практики герметичности достигается высокой точностью и малой шероховатостью обработки сопрягаемых золотниковых пар. Для плоских золотников — неплоскостность поверхности не более 0,005 мм (только вогнутость), шероховатость поверхности 7^ц"0,16мкм. Для цилиндрических золотников необходимо обеспечить диаметральный зазор между золотником и корпусом (втулкой) в пределах 0,002—0,006 мм при шероховатости поверхности Ra = = 0,08 мкм.
Герметизация гибкими разделителями. Гибкие разделители применяют при необходимости создания высокой герметичности. Эти разделители могут быть мембранного или сильфонного типов. Материалом для изготовления гибких разделителей служат резины, резиноткани, синтетические материалы и металлы.
Мембраны. В пневматических устройствах нашли применение мембраны плоского (рис, 6.26, а), плоского с гофрами (рис. 6,26, б) и фигурного (рис. 6.26, в) типов.
По исполнению полей под заделку мембраны изготовляют: с плоскими полями; с плоскими полями и утолщением под заделку (рис. 6.27).
Диапазон применяемости мембран в устройствах: плоских без гофра — для Цилиндров диаметром 10—630 мм (при толщине мембран 0,2—10 мм); плоских с гофром — для цилиндров диаметром 16—500 мм (при толщине мембран 0,2— 6 мм и высоте изгиба поперечного сечения 1,5—90 мм), фигурных мембран—для цилиндров диаметром 25—200 мм (при толщине мембран 0,2—1 мм и высоте Ю—150 мм). Максимальный ход мембран обычно рекомендуется принимать: плоских без гофра — не более 7—15% диаметра заделки мембраны; плоских
Рнс. 6.24. Конструктивная схема щелевого уплотнения с плоским золотником
Рнс. 6.25. Конструктивная схема щелевого уплотнения с круглым золотником
Рис. 6.27. Ковструктнвные схемы заделки мембрааРис. 6.27. Ковструктнвные схемы заделки мембраа
Рис. 6.27. Ковструктнвные схемы заделки мембраа
Рис. 6.27. Ковструктнвные схемы заделки мембраа
Рнс. 6.26. Мембраны:
с — плоские; б — плоские с гофром; в — фигурные
с гофром—до 20—25% диаметра заделки мембраны, но не более двойной высоты гофра; фигурных мембран — на 20—25% меньше удвоенной высоты мембраны.
Тканевую прослойку мембран выполняют из найлона, дакрона, тефлона, стекловолокна и хлопчатобумажных тканей, пропитанных акриловой или силиконовой резиной, бутил-каучуком.
Металлические мембраны изготовляют из тонких (0,1—0,5 мм) листов специальных сортов коррозионно-стойкой стали и бронзы. Металлические мембраны применяют для устройств, работающих при низкой и высокой 'температурах или агрессивном воздействии окружающей среды.
На рис. 6.28 изображены конструктивные схемы установки незащемленной мембраны.
Эффективная площадь мембраны приближенно определяют по формуле ^к ~ 0,9D^, Где Do — диаметр опорного диска.
Рабочий ход мембраны s С 0,8 (Я — 6), где Н — высота расточки; 6 — толщина мембраны. Угол расточки а не должен превышать 60° для : приводов двустороннего действия; 90° для приводов одностороннего действия.
Отношение диаметров расточки DjD = 0,75-5-0,8 (D и Dx см. рис. 6.28). При отношении диаметром менее 0,75 расточка должна образовываться двумя отдельными деталями, что значительно облегчает монтаж мембраны. Диаметр опорных шайб d выполняют на 2—3 мм меньше внутреннего диаметра расточки Dv
a)
Рис. 6.28. Конструктивные схемы установки незащемленных мембран: а — двустороннего действия; б — одностороннего действия
Наружный диаметр мембраны изготовляют примерно на 1% больше наружного диаметра расточки D. Угол заострения кромки мембраны принимают (см. рис. 6,28) ₽ = (0,554-0,65) а.
Край кромки мембраны должен иметь скругление радиусом 0,5—1 мм. На рис. 6.28, б приведена конструктивная схема установки мембраны этого типа в пневмоприводах типа В26-4.
Сильфоны. В пневматических системах сильфоны нашли применение как силовой элемент ряда приборов (манометров, датчиков, регуляторов); уплотнительное устройство штоков и толкателей; сальник для гибкого соединения труб. Сильфоны, как и мембраны, обеспечивают высокую герметичность, однако величина осевого перемещения их незначительна. Сильфоны изготовляют из томпака, латуни, фосфористой и бериллиевой бронзы, антикоррозионных сортов стали, резины и синтетических материалов. Наибольшее перемещение обеспечивают сильфоны из резины — до 50% полной его длины в свободном состоянии в каждую сторону. Рекомендуемая максимальная величина перемещения металлического сильфона составляет 25% его свободной длины (15% на сжатие и 10% на растяжение) [7]. При высоких требованиях к долговечности величина перемещений сильфона ие должна превышать 7—12%.
Долговечность сильфона из коррозионно-стойкой стали в циклах до разрушения может быть определена из выражения [7]:
N = (11 200/s/)3-5,
где N — число циклов (деформаций до разрушения); s/ — амплитуда колебания напряжения, МПа.
Металлические сильфоны изготовляют однослойными и многослойными с наружным диаметром от 5 до 250 мм. Номинальное давление сильфонов зависит от конструктивных параметров и материала, из которого они изготовлены. Так, допускаемое давление для однослойных сильфонов малого диаметра составляет до 3 МПа, большого диаметра — до 0,2 МПа. Многослойные сильфоны используют в пневматических системах с более высоким рабочим давлением.
Рис. 6.29. Конструктивные схемы заделки сильфонов:
° — резиновый сильфон для защиты штока; б — металлический сильфон для мщнты штока; в — металлический сильфон в роли силового элемента
На рис. 6.29 приведены конструктивные схемы заделки сильфонов.
К преимуществам металлических сильфонов следует отнести работоспособность в широком диапазоне температур окружающей и рабочей среды. Так, сильфоны из специальных сортов коррозионно-стойкой стали работают при температуре от —240 до +650 °C [7].
УПЛОТНИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА
ДЛЯ ВРАЩАЮЩИХСЯ СОЕДИНЕНИЙ
Герметизацию вращающихся соединений пневматических устройств обеспечивают контактными и бесконтактными уплотнительными устройствами. К контактным устройствам относятся: радиальные кольцевые, манжетные, сальниковые и торцовые уплотнения. К бесконтактным — щелевые, лабиринтные и некоторые типы других специальных уплотнений. В пневматических устройствах общепромышленного применения наибольшее распространение получили контактные уплотнительные устройства. Бесконтактные уплотнительные устройства нашли применение в компрессорах, пневмотурбинках и специальных пневматических устройствах. Однако они не обеспечивают полной герметизации соединения.
Контактные уплотнения радиального типа. Резиновые кольца круглого сечения рекомендуют для герметизации вращающихся соединений (поворотных пневмодвигателей и соединений) пневматических устройств кратковременного действия с небольшой окружной скоростью.
На рис. 6.30 показано поворотное соединение с резиновыми кольцами. При более высоких окружных скоростях (выше 0,5 м/с) или длительной работе на контактной поверхности развиваются высокие температуры, что приводит к выводу уплотнения из строя. Рекомендуемая величина радиального сжатия кольца не должна превышать 5—6% при размещении кольца в канавке, расположенной перпендикулярно оси вращения, и 9—11% при расположении колец в канавке под некоторым углом к плоскости, перпендикулярной к оси вращения [2, 6]. Угол а (рис. 6.31) обычно принимают равным 3—4°. Наклонное расположение кольца по отношению к оси вращения значительно улучшает отвод теплоты от поверхности трения и подвод смазочного материала, что снижает коэффициент трения и повышает надежность работы уплотнительного узла. Рекомендуется [2] размеры кольца и вала подбирать так, чтобы кольцо можно было монтировать на вал без растяжения, для чего наружный диаметр кольца в свободном состоянии должен быть на 5—8% больше диаметра донышка канавки. Это обеспечивает контакт кольца с уплотняемой поверхностью вала только за счет окружного и поперечного сжатия кольца без его растяжения. Шероховатость поверхности вала должна быть не выше Ra = 0,25—0,1 мкм, овальность не более 0,01 мм, радиальное биение вала не более 0,05 мм и осевое биение не более 0,3—0,5 мм.
Для поворотных пневмодвигателей и соединений не предъявляются высокие требования к долговечности уплотнений, поэтому требования к точности и шероховатости обработки менее жесткие.
Манжеты. Герметизацию вращающихся соединений устройств манжетами в основном применяют при давлении рабочей среды до 0,6 МПа. Как и для уплот-
Рис. 6.30. Поворотное соединениеРис. 6.30. Поворотное соединениеРис. 6.31. Конструктивная схема установки круглого кольца в канавке под углом к плоскости, перпендикулярной к осн вращенияРис. 6.31. Конструктивная схема установки круглого кольца в канавке под углом к плоскости, перпендикулярной к осн вращения
Рис. 6.30. Поворотное соединение
Рис. 6.30. Поворотное соединение
Рис. 6.31. Конструктивная схема установки круглого кольца в канавке под углом к плоскости, перпендикулярной к осн вращения
Рис. 6.31. Конструктивная схема установки круглого кольца в канавке под углом к плоскости, перпендикулярной к осн вращения
скорости вращения вала. Сложность обеспескорости вращения вала. Сложность обеспеРис. 6.32. Конструктивные схемы установки манжет по ГОСТ 8752—79 без конусного (а) н с конусным (6) упорами
скорости вращения вала. Сложность обеспе
скорости вращения вала. Сложность обеспе
нительных соединений с кольцами круглого сечения, основной причиной выхода из строя уплотнительных соединений манжетного типа является высокая температура в месте контакта манжеты с поверхностью вала. Эта температура повышается при увеличении давления рабочей среды и окружной
чения подачи смазочного материала к месту контакта манжеты с поверхностью вала и отвода теплоты ограничивают использование манжет для герметизации устройств с высокой окружной скоростью (как правило, не выше 10 м/с).
Конструктивная схема установки манжет по ГОСТ 8752—79 приведена на рис. 6.32. При давлении рабочей среды выше 0,05 МПа рекомендуется установка конусного упора (см. рис. 6.32, 6) для предохранения рабочей кромки манжеты от выворачивания. Манжету следует устанавливать на вал с натяжением, при котором внутренний диаметр уплотняющих кромок увеличивается на 5—8% [2]. На практике внутренний диаметр манжеты в свободном состоянии обычно выбирают на 1—2 мм меньше диаметра вала. Материалом для изготовления манжет служат различные сорта резин и кожа.
Технические требования к деталям, сопряженным с уплотнениями манжетного типа приведены в табл. 6,11 [5]. Перед монтажом необходимо правильно собрать и смонтировать пружину на манжетах по ГОСТ 8752—79. Пружина, свернутая в кольцо, должна ложиться на плоскость, при этом допускаемый просвет не должен быть более 2 мм. Смонтированная на манжете пружина должна равномерно облегать сжимаемую кромку манжеты. Манжета должна быть плотно установлена в корпусе, исключающем ее проворачивание или осевое перемещение.
Сальниковые уплотнения. Этот тип уплотнений применяют для защиты внутренних полостей устройств от пыли и влаги, герметизации рабочей среды, а также предотвращения утечки смазочного материала из подшипниковых узлов пневматических устройств. На рис. 6.33 приведены основные конструктивные схемы сальниковых уплотнений. Наиболее просты сальниковые уплотнения, предназначенные для защиты внутренних полостей устройств от попадания пыли н влаги (см. рис. 6.33, а). Это уплотнение не обеспечивает герметизацию избыточного давления. Материалом для набивки сальникового уплотнения этого типа
Таблица 6.11
Технические требования к деталям, сопряженным с уплотнениями манжетного типа
Показатели
Вал
Отверстие
Шероховатость поверхности Твердость поверхности трення для стали Н^С, не менее Квалитет по СТ СЭВ 145 — 75
Радиальное биение (мм, не более) при частоте вращения вала, с-1 (об/мин):
до 8,3 (до 500)
св. 8,3 до 25 (св. 500 до 1500). .
Несоосность посадочного места относительно оси вала (мм, ие более) при диаметре посадочного гнезда:
до 80
св. 80 до 150
Ra ~ 0,63 — 0,16 мкм
30
10
0,20
0,15
Ra = 2,5 — 1,25 мкм
8
0,12
0,15
Рнс. 6.33. Конструктивные схемы сальниковых уплотнений для соединений с вращательным движением
служат фетровые и войлочные кольца. Аналогично сальниковым уплотнениям для соединений с возвратно-поступательным движением, их разделяют на уплотнения с ручной и пружинной затяжкой набивки (см. рис. 6.33, б, в).
Повышение надежности и герметичности сальниковых уплотнений достигается подбором материалов с хорошими антифрикционными свойствами и теплопроводностью. Наиболее полно этим требованиям отвечают графитовые и полуметаллические набивки. Для обеспечения самосмазывания сальникового уплотнения в набивках используют графит, баббит и другие антифрикционные материалы. В устройствах сальниковые уплотнения применяют, как правило, во вращающихся соединениях с рабочим давлением до 1,0 МПа и окружной скорости вращения вала до 1^0 м/с. Из-за малой долговечности и значительных размеров этот тип уплотнений не нашел широкого применения в пневматических устройствах общемашиностроительного применения. Вопросы расчета сальниковых уплотнений подробно освещены в работе [6].
Торцовые уплотнения в последнее время все шире используют для герметизации вращающихся соединений пневматических устройств. К их преимуществам относятся высокая долговечность, надежная герметизация при работе (вращении) соединения, работоспособность в широком диапазоне температуры, возможность работы без дополнительной подачи смазочного материала и незначительные потери мощности на трение. На рис. 6.34 показаны конструктивные схемы неразгруженного и разгруженного торцового уплотнения. У неразгруженных торцовых уплотнений на запирающих поверхностях устанавливается отношение давлений рЧр > 1, у разгруженных рЧр < 1 [6], где р' — среднее контактное давление на запирающих поверхностях от усилий поджатия; р— давление рабочей среды. г
Рнс. 6.34. Конструктивные схемы торцовых уплотнений: а — неразгруженного типа; б — разгруженного типаРнс. 6.34. Конструктивные схемы торцовых уплотнений: а — неразгруженного типа; б — разгруженного типаТорцовое уплотнение состоит из уплотнительного кольца /, поджимаемого пружиной 2 к торцу опорного кольца 3. Уплотнительное кольцо 1 имеет свободу перемещения в осевом направлении, что дает возможность пружине 2 создать на контактных поверхностях уплотнительного узла давление, достаточное для обеспечения герметичности при давлении рабочей среды, близком к нулю. При возрастании давления к усилию пружины 2 добавляется усилие давления рабочей среды иа неразгруженную площадь уплотнительного кольца. Это приводит к возрастанию контактного давления. С целью исключения вращения уплотнительного кольца в конструкции должна быть предусмотрена механическая связь
Рнс. 6.34. Конструктивные схемы торцовых уплотнений: а — неразгруженного типа; б — разгруженного типа
Рнс. 6.34. Конструктивные схемы торцовых уплотнений: а — неразгруженного типа; б — разгруженного типа
i)
Рис. 6.35. Конструкции торцовых уплотнений:
а— с сильфоном; б — с эксцентричным расположением уплотнительного кольца; е — со свободно плавающим графитовым уплотнительным кольцом
его с корпусом (шпонкой, штифтом, пайкой к сильфону и т. п.). Герметизация зазора между корпусом и валом обеспечивается установкой резиновых колец, манжет или сильфонами. У разгруженного торцового уплотнения снижение контактного давления на площадь уплотнительного кольца 1 достигается частич- иой разгрузкой его от давления рабочей среды. Площадь кольца f = "4" № — ^)> на которую действует давление рабочей среды (см. рис. 6.34, б), выбирают меньше площади контакта пары F = -^- (d^ — ^). Отношение f!F — называют коэффициентом уравновешивания [3]. Подбором отношения f/F можно обеспечить полную разгрузку уплотнительного кольца от давления рабочей среды. На практике всегда производят только частичную разгрузку, что повышает герметичность соединения при хороших показателях долговечности. Отсутствие или недостаточная подача смазочного материала к поверхностям контакта торцового уплотнения, характерная для пневматических устройств, приводит к необходимости применять разгруженные торцовые уплотнения даже при рабочем давлении 0,6—1,0 МПа.
При высоких требованиях к герметичности соединения торцовые уплотнения применяют в сочетании с сильфонами (рис. 6.35, а, в). При высоких давлениях рабочей среды применяют двойное торцовое уплотнение с принудительной циркуляцией жидкости для подачи смазочного материала к поверхностям треиия и отвода теплоты, возникающей при трении [7]. Давление жидкости принимают на 0,1—0,2 МПа выше давления запираемой рабочей среды. Не рекомендуется применение торцовых уплотнений для высоких давлений газа без принудительной подачи смазочного материала и отвода теплоты от контактных поверхностей.
На рис. 6.35, б показано оригинальное торцовое уплотнение, которое состоит из неподвижного уплотнительного кольца 1, эксцентрично установленного относительно вала 2. Это значительно улучшает условия подачи смазочного материала и отвода теплоты от мест контакта трущихся деталей [6]. Уплотняющая кромка имеет очень малую ширину (0,125 мм) й является частью гибкой мембраны, что обеспечивает малую силу трения и предохраняет место контакта от загрязнений. Данное уплотнение показало высокую работоспособность при высоких давлениях рабочей среды и больших скоростях вращения, хорошую температуроустойчивость, коррозиоииостойкость и долговечность. Парис. 6.35, в приведена конструкция торцового уплотнения со свободно плавающим кольцом, что позволяет уменьшить скорость скольжения уплотняемого кольца в месте контакта [2]. Плавающее кольцо в этом уплотнении изготовляют из графита или пластмассы, а сопряженные с ним кольца из стали.
На рис. 6.36, а изображена головка подвода воздуха с одним подводом и с торцовым уплотнением. Стальной шпиндель 1 установлен в корпусе 2 на двух
1 \23
Рис. 6.36. Головин подвода воздуха
радиальных шарикоподшипниках. Уплотнение вращающегося шпинделя достигается применением втулки 3 из графитовой бронзы, поджимаемой к торцу шпинделя усилием пружины и давлением сжатого воздуха. На рис. 6.36, б изображена головка с двумя подводами воздуха и торцовыми уплотнениями 1 и 3 из графитовой бронзы, поджатыми пружиной 2. Значительное влияние на работоспособность торцового уплотнения оказывает выбор ширины пояска уплотнительного кольца. Исследования различных материалов уплотнительного соединения (сталь — бронза, сталь — фторопласт, сталь — бронзографит, сталь — же- лезографит, сталь — графит, сталь — текстолит различных марок) для муфт подвода воздуха к вращающимся пневмоцилиндрам станков, проведенные во ВНИИГидроприводе, показали, что лучшие результаты обеспечивает пара сталь— текстолит марки ПТК. При диаметрах уплотнительного кольца до 50 мм и ширине пояска 1,5—2 мм торцовое уплотнение с этой парой обеспечивало надежную работу при давлении сжатого воздуха до 1,0 МПа и частоте вращения 50 с-1 (3000 об/мин). Для обеспечения высокой надежности работы торцовых уплотнений необходимо обеспечить определенные требования при изготовлении уплотняемого и опорного колец.
Величина торцового биения для колец с диаметром до 50 мм и частоте вращения вала до 50 с-1 (3000 об/мин) не должна превышать 0,02 мм. Неперпенди- кулярность плоскости уплотнительного пояска кольца к оси вала, при указанных выше значениях диаметра кольца и частоте вращения вала, не должна превышать 0,01—0,02 мм. Неплоскостность уплотняющих поверхностей колец не должна превышать 1—2 мкм. Малые значения неплоскостности улучшают герметичность, однако условия отвода теплоты ухудшаются. Допуски на точность изготовления уплотняемого и опорного колец могут быть снижены при применении уплотнительных колец со сферическими контактными поверхностями [2].
Рнс. 6.37. Муфта подвода воздуха с щелевым уплотнением 164
Рис. 6.38. Разновидности лабиринтного уплотнения с расположением гребней: а — односторонним; б — двустороннимРис. 6.38. Разновидности лабиринтного уплотнения с расположением гребней: а — односторонним; б — двусторонним
Рис. 6.38. Разновидности лабиринтного уплотнения с расположением гребней: а — односторонним; б — двусторонним
Рис. 6.38. Разновидности лабиринтного уплотнения с расположением гребней: а — односторонним; б — двусторонним
Шероховатость рабочих поверхностей уплотнительного и опорного колец должна быть Ra = 0,160—0,080 мкм.
Бесконтактные уплотнительные устройства. Из существующих типов бесконтактных уплотнительных устройств в пневматических устройствах нашли применение уплотнения щелевого и лабиринтного типов.
Уплотнения целевого типа не обеспечивают полной герметичности. Величина утечек через уплотнение зависит от давления рабочей среды, геометрических размеров щели и режима истечения воздуха. С целью снижения утечек зазор в сопрягаемых деталях стараются делать возможно меньшим, а длину щелевого зазора большей.
Изображенная на рис. 6.37 муфта подвода воздуха к вращающимся пневмоцилиндрам по МН 3453—62 с использованием щелевого уплотнения (между вращающимся шпинделем / и втулкой 2) предназначена для работы при давлении сжатого воздуха до 0,6 МПа и частоте вращения 20 с"1 (1200 об/мин). Известны конструкции муфт, обеспечивающие работу при частоте вращения 67 с"1 (4000 об/мин). Втулка 2 муфты изготовлена из материала с высокими антифрикционными свойствами. Смазочный материал подается через масленку, которая ввинчивается в отверстие А. Кольцевые проточки на втулке служат для сбора загрязнений, попавших в кольцевой зазор, что предохраняет вращающее соединение от заклинивания. Щелевые уплотнения имеют незначительные потери энергии от трения, однако высокие требования к их изготовлению, утечка рабочей среды, чувствительность к наличию загрязнений и температурным деформациям ограничивают области их применения в устройствах.
В уплотнениях лабиринтного типа рабочая среда герметизируется за счет дросселирования ее при движении через последовательно расположенные сужения. Как и щелевые уплотнения, они не обеспечивают полной герметичности. По виду движения потока рабочей среды в лабиринтном уплотнении их разделяют на уплотнения с односторонним расположением гребней (рис. 6.38, а), в которых движение потока прямолинейное, и с двусторонним (рис. 6.38, б) — с поворотом потока на 180°.
Рис. 6.39. Варианты кольцевых выточек лабиринтного уплотнения
167167
167
167
Таблица 612
Физико-механические свойства материалов уплотнения
Материал
Модуль упругости £.1О'5, Па
Предел прочности, 0.10—6, Па
Твердость
0) я о
5
и я 3
£ я
® Ч от
О
OS о ”
^ 2 о
о у с s ч Г % ,<и 0 4 Ня*
Коэффициент линейного расширения
Коэффициент трения по стали
5с
£ О У U 5 ™ ° о 3
К 2О
5 2 £
на сжатие
на растяжение
на изгиб
смазки
при смазке
Резина
30 — 70
—
100—140
—
55-70
(по ТМ-2)
140 — 300
—
0,42 — 0,84
12-Ю-5
0.8
0,02 — 0,08
0,45
—
8—120
Фторопласт-4
1700
120
160
110 —
140
НВ 3 — 4
250 — 500
—
0,84
(8—21) 10-’
0,07 — 0,1
0,06
—
195—250
Полнкапро- лактам (капрон)
8000
600 — 650
700 — 800
900
НВ 10—12
150 — 200
50 — 55
0,924
(11-14) 10-5
0,106
0,092
80 — 90
Графит
(4,7-7,5) 104
1 260 —
2 590
70—210
260 —
910
HSh 30 — 100
—
—
336 — 672
(2,7 —3,6) 10"’
0,23
0,04
—
4 — 20 *
315 — 340
Сталь
2,1 •10е
4 000 —
10 000
—
НВ 100 — 300
17 — 40
—
168 — 210
1210-“
0,18—0,5
0,09
0,25 — 0,3
—
480
Бронза
(0,63—1,05) 10'
—
4 600
—
—
20 — 30
1
—
231
18-10-“
0,18
0,1
0,32 — 0,35
—
260
Чугун
(0,7 — 1,25) 10’
6 DOO-
14 000
1 400 —
2 500
—
—
—
—
—
(10,8—14,4) 10-“
0,15 — 0,18
0,1
0,23 — 0,27
—
340 — 370
Полиэтилен нд
(5 — 8) 10s
—
200 — 400
200 —
380
70—120 (по Джонсону)
150 — 800
125
1,43
10"4
0,045
0,032
—
—
—
Полиамид П-68
12 000
400 — 500
800 —
1 000
800 —
850
НВ 14 — 15
100
60
(11 — 12) 10-’
0,098
0,091
—
—
120 — 160
Текстолит птк
(4-6,5) 10*
1 500
2 500
1 000
1 600
НВ 35
1
125
0,63
(2 — 4) IO"5
0,25 — 0,4
20,Ol-
О. 05
—
—
* Для непропнтаиных графитов.
166
Рис. 6.40. Конструктивная схема установки лабиринтного уплотнения
Размеры канавок и зазоры лабиринтных уплотнений рекомендуется подбирать методом, изложенным в работе [6]. Форма кольцевых выточек лабиринтного уплотнения оказывает малое влияние на качество герметичности уплотнения этого типа. Из различных вариантов форм выточек для сжатого воздуха рекомендуется вариант, изображенный на рис. 6.39, д, обеспечивающий лучшие результаты по герме
тичности и технологичности изготовления [6]. Лабиринтные уплотнения обладают высокой надежностью, имеют небольшие потери энергии на трение в уплотнительном узле, однако утечка рабочей среды в них относительно велика. Конструктивная схема установки лабиринтного уплотнения приведена на рис. 6.40.
МАТЕРИАЛЫ УПЛОТНЕНИЙ
Материал уплотнений выбирают с учетом следующих факторов: характера уплотняемого соединения (неподвижное, возвратно-поступательное или вращательное); режима работы (скорости и интенсивности рабочих движений); давления рабочей среды; температуры окружающей и рабочей среды, требований к герметичности и долговечности; конструктивных параметров соединения и др.
В табл. 6.12 приведены физико-механические свойства различных материалов уплотнений [6].
Ниже приведен ряд рекомендаций, составленный на основании работ [1, 2, 6, 7, 8], которые необходимо учитывать при выборе материала уплотнений.
Резиновые уплотнения обеспечивают надежную работоспособность в относительно узком интервале температуры. Их долговечность снижается при повышенных давлениях рабочей среды и недостаточном смазывании трущихся поверхностей. Быстрому выходу из строя резиновых уплотнений способствует прилипание их к поверхности металлических изделий, при этом значительно возрастает усилие, необходимое для страгивания подвижных частей пневматических устройств, и повреждаются рабочие кромки уплотнений. Наиболее эффективным методом борьбы с прилипанием является создание на резиновых деталях уплотнений защитных покрытий из фторопласта или других материалов, не склонных к прилипанию, применение комбинированных кольцевых уплотнений или покрытие металлических поверхностей.
Фторопласт-4 рекомендуется применять в пневматических устройствах, где от материала уплотнений требуется высокая тепловая и химическая стойкость. При этом следует иметь в виду увеличение его мягкости с повышением температуры и текучесть на холоде.
Недостаток эластичности фторопласта обычно компенсируют комбинацией его установки с резиной или поджатием пружиной. Из-за этого недостатка фторопласт-4 не рекомендуется для изготовления самоуплотняющихся уплотнений при невысоких давлениях. Уплотнения из фторопласта при сборке рекомендуется смазывать, что снижает коэффициент трения. Как правило, уплотнения из фторопласта-4 не обеспечивают надежной герметизации при длительной эксплуатации из-за нарушения геометрических размеров.
К недостаткам фторопластовых уплотнений относится также плохой отвод теплоты от места контакта (это особенно характерно для пневматических устройств с вращательным движением уплотнительного узла), что приводит к перегреву трущейся поверхности уплотнения и быстрому износу.
Графит можно применять как в чистом виде, так и после его пропитки маслами, синтетическими смолами, медью, свинцом, баббитом и другими легкоплавкими сплавами металлов. Вследствие того что графит является инертным материалом, хорошо рассеивает теплоту, выдерживает термические напряжения и обла-
дает самосмазывающими свойствами, уплотнения иа его основе нашли применение для особо тяжелых условий работы (высокие давления и скорости, широкий диапазон рабочих температур окружающей или рабочей среды).
Для изготовления манжет обычно используют кожу, обработанную дубильными веществами и пропитанную воском или синтетическими резинами. Уплотнения из кожи рекомендуется применять при температуре не выше 80—85 °C. Кожа обладает свойством фитильной смазки, что снижает коэффициент трения. Однако при хорошей подаче смазочного материала, коэффициент трения уплотнений, изготовленных из-кожи, выше коэффициента трения уплотнений, изготовленных из резины.
Композиционные материалы рекомендуются для режимов работы с высокими требованиями к надежности герметизации и долговечности. В настоящее время стали применять композиционные материалы на основе фторопласта и наполнителей из графита.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Абрамов Е. И., Колесниченко К- А., Маслов В. Т. Элементы гидропривода. Киев: Техника, 1977. 320 с.
Башта Т. М. Машиностроительная гидравлика. Справочное пособие. М.: Машиностроение, 1971. 664 с.
Гуревич Д. Ф. Расчет и конструирование трубопроводной арматуры. Л.: Машиностроение. 1969. 887 с.
Детали машин. Расчет и конструирование. Под ред. Н. С. Ачеркана. Т. 2. М.: Машиностроение, 1969. 432 с.
Кисельников В. Б. Пневматические приводы и аппаратура электросварочного оборудования. Л.: Машиностроение, 1978. 200 с.
Макаров Г. В. Уплотнительные устройства. Л.: Машиностроение, 1973. 232 с.
Башта Т. М., Зайченко И. 3., Ермаков В. В., Хаймович Е. М. Объемные гидравлические приводы. М.: Машиностроение, 1969. 628 с.
Френкель М. И. Поршневые компрессоры. Теория, конструкции и основы проектирования. Л.: Машиностроение. 1969. 743 с.
Глава 7Глава 7
Глава 7
Глава 7
ПНЕВМОЛИНИИ
Пневмолинин предназначены для транспортирования сжатого воздуха в пневматических системах. В состав пневмолиний входят трубопроводы и соединения, обеспечивающие разветвление пневмолиний, присоединение трубопроводов к агрегатам, устройствам и элементам пневматических систем, соединения участков трубопроводов между собой.
ТРУБОПРОВОДЫ
Выбор типа и материала трубопровода зависит от рабочего давления, температуры и агрессивности окружающей и рабочей сред, вида соединений труб, условий гибки и монтажа, массы и стоимости труб. Трубопроводы могут быть гибкими и жесткими. Необходимость в применении гибких трубопроводов возникает в тех случаях, когда нужно подвести сжатый воздух к пневматическим устройствам, закрепленным на узлах и механизмах, имеющих относительное перемещение, или поочередно к различным потребителям от одного источника. Гибкие трубопроводы удобнее для монтажа, особенно в труднодоступных местах.
В качестве жестких трубопроводов применяют обычно металлические трубы. Трубы из меди, медных сплавов, латуни и алюминиевых сплавов отличаются высокой гибкостью, удобны для применения на коротких участках со сложными изгибами и при необходимости подгонки в процессе монтажа. Эти преимущества в наибольшей степени проявляются при небольших диаметрах, поэтому такие трубы применяют большей частью до диаметров 20—25 мм. Трубы из цветных металлов не требуют специальных покрытий против коррозии, однако стоимость их достаточно высока. Стальные трубы применяют обычно для больших диаметров. Трубы из углеродистой стали необходимо предохранять от коррозии покрытием цинком, медью и т. д.
В качестве гибких трубопроводов применяют резинотканевые рукава, трубки из синтетических материалов (полиэтилена, полихлорвинила и др.), пневматические кабели, содержащие определенное число синтетических трубок. Преимуществом гибких трубопроводов из синтетических материалов является их высокая стойкость против коррозии, небольшая стоимость, малая масса и удобство монтажа.
Расчет трубопроводов. Размер трубопроводов в определенной мере определяет качественные характеристики пневматических систем, особенно в части непроизводительных потерь (потерь давления), быстродействия и т. п.
Трубопроводы следует рассчитывать в такой последовательности: а) определить ориентировочную величину внутреннего размера трубопровода по заданному расходу; б) определить потери давления по длине трубы и потери давления на местных сопротивлениях; в) суммарные потери давления сравнить с допустимыми, при значительном расхождении соответственно изменить диаметр трубы и сделать перерасчет (выбранный диаметр трубопровода корректируют по сортаменту); г) рассчитать (проверить) на прочность.
Внутренний диаметр трубопровода определяют по формуле:
у nw р
где Q — расход воздуха; w — скорость воздуха; р0; р — плотность воздуха соответственно при нормальном атмосферном давлении и при давлении в трубопроводе.
Оптимальная скорость движения воздуха в трубопроводах зависит от многих факторов, в том числе от их размеров и назначения.
В магистральных трубопроводах в зависимости от их протяженности, рабочего давления и расхода воздуха скорость воздуха рекомендуется принимать от 6 до 12 м/с. Для предприятий с относительно малой протяженностью магистральных трубопроводов (до 300 м) при давлении до 0,6—0,7 МПа скорость воздуха допускается принимать выше 10—15 м/с. Величина потерь давления в магистральных трубопроводах при прохождении сжатого воздуха от компрессора до потребителя не должна превышать 5—10% рабочего давления.
Для подводящих трубопроводах, соединяющих элементы пневмопривода, рекомендуемые максимальные скорости движения воздуха составляют 16—40 м/с. Меньшие значения скорости принимают при более высоких рабочих давлениях. Уменьшение скорости воздуха при тех же величинах расходов может привести к увеличению проходных сечений трубопроводов, пневмоаппаратуры и устройств и неоправданному увеличению размеров и массы всей системы. Приближенно потери давления в жестких трубопроводах и в резиновых рукавах можно определить по номограммам (рис. 7.1, 7.2) [4]. Пример пользования номограммой на рис. 7.1 показан штриховой линией. Если расход Q — 2 м3/мин, а давление р — 0,4 МПа, то при внутреннем диаметре трубопровода dT = 19 мм потеря давления составит 0,002 МПа. В правой части номограммы на рис. 7.2 даны потери давления на 1 м длины резиновых руковов при давлении воздуха 0,4 МПа. Левая часть номограммы дает возможность определить потерю давления для рукавов длиной 1—30 м при давлении воздуха 0,1—0,8 МПа. Например, если при давлении 0,4 МПа расход воздуха Q — 2 м3/мин, а внутренний диаметр рукава dT = 19 мм, то потеря давления на 1 м длины рукава составит примерно 0,0018 МПа (см. штриховую линию на рис. 7.2). Перенеся точку, определяющую потерю давления, в левую часть номограммы до вертикальной линии, соответствующей давлению р — 0,4 МПа, и перемещаясь по наклонной линии, можно определить потерю давления для других условий (для р = 0,6 МПа Ар = = 0,0011 МПа). При длине рукава 1 = 20 м и давлении 0,7 МПа Ар = 0,02 МПа.
Потери давления на местных сопротивлениях можно приближенно определить по номограмме на рис. 7.1, если пользуясь данными табл, 7,1 заменить каждое из местных сопротивлений длиной трубопровода, эквивалентной ему по сопротивлению.
Таблица 7.1
Длина трубопроводов, эквивалентная величине местных сопротивлений
Вид местного сопротивления
Длина трубопровода (м) при условном проходе трубопровода, мм
8
10
12
16
20
25
32
40
50
100
150
200
Нормальное колено г -- Ad Тройник Задвижка Вентиль нормальный: угловой проходной
2
3,5
3
4
3,5
4,5
4
5
4,5
5.5
0,2
2 0,3
5
6
0,3
2,6
0,4
6,5
9,0
0,35
3,2
0,5
8,0
12,0
0,4
4 0.7
10
15
1,0
10
1,5
20
35
1,7
17
2,5
32
60
2,4
24
3,5
45
65
8 -8-18 18 18 19 8» 38 48 № dTlMM8 -8-18 18 18 19 8» 38 48 № dTlMM0,000066-0,000066-0,00002—=0,00002—=0,00020,00020,000'1-0,000'1-0,006—0,006—0,010,010,02-0,02-Q,m3/mumQ,m3/mum0,050,050,060,050,050,060,00000—220,00006 ~0,00006 -^0,0001 —=0,00000—220,00006 ~0,00006 -^0,0001 —=0,000008™0,00001 ™0,000008™0,00001 ™0,00'1 —0,00'1 —II10 2050 100 200 500 1ООО10 2050 100 200 500 1ООО173173
8 -8-18 18 18 19 8» 38 48 № dTlMM
8 -8-18 18 18 19 8» 38 48 № dTlMM
0,000066-
0,000066-
0,00002—=
0,00002—=
0,0002
0,0002
0,000'1-
0,000'1-
0,006—
0,006—
0,01
0,01
0,02-
0,02-
Q,m3/mum
Q,m3/mum
0,05
0,05
0,06
0,05
0,05
0,06
0,00000—22
0,00006 ~
0,00006 -^
0,0001 —=
0,00000—22
0,00006 ~
0,00006 -^
0,0001 —=
0,000008™
0,00001 ™
0,000008™
0,00001 ™
0,00'1 —
0,00'1 —
I
I
10 2050 100 200 500 1ООО
10 2050 100 200 500 1ООО
173
173
р.мпа -1,5 -2,0 -1,6 -1,2 -1.0 -0,9 —6,65 -0,5 —OA -0,3 -025 -0,1 —0,16 "0,12 —0,01 -0,065 -0,06 — 0,025 -0
0,0006 g 0,0008-Al % 0,001 —
Рис. 7J. Номограмма для определения потери давления на 1 м длины жестких воздухопроводов
Общая величина потерь давления равна сумме потерь давления на прямых участках трубопроводов и в местных сопротивлениях
^р L д^т + L ^Рм-
При выборе труб по прочностным характеристикам следует исходить не только из величины передаваемого давления, но и из возможности механического повреждения труб, условий гибки, конструкции соединений и т. п. В основном применяют трубы, для которых отношение наружного диаметра трубы D к толщине стенки б менее 16. В этом случае прочность прямых отрезков трубопроводов, нагруженных внутренним статическим давлением, может быть определена следующим образом [2].
172
Характеристика металлических трубопроводов
Вид трубопроводов
|Размер, мм
Давление
Материал
Примечание
Трубы стальные во-
Условный проход 6—150;
Гндравлнческое давление
Сталь по ГОСТ 380 — 71
Трубы можно изготовлять
догазопроводные (ГОСТ 3262—75):
наружный диаметр 10,2 — 165
Толщина стенкн:
испытания, МПа:
без покрытия или с цинковым покрытием наружной и внутренней по-
с резьбой и в комплекте с муфтами; без резьбы и муфт; без резьбы в ком-
легкие обыкновенные усиленные
1,8—4,0 2,0—4,5
2,5—5,5
2,5
2,5
3,2 5 — по заказу потребителя
Давление при нспыта-
верхностен трубы
плекте с муфтами
Трубы стальные бес-
Наружный диаметр 25 и
Сталь Ст2сп; Ст4сп;
По заказу потребителя
шовные горячеката-
выше
ниях без осевого подпо-
Ст5сп, Стбсп; 10, 20, 35,
трубы можно поставлять
ные, ГОСТ 8732 — 78
Толщина стенки не менее 2,5
ра определяют по формуле
где d и б — внутренний диаметр и минимальная толщина стенкн; R^ — допускаемое напряжение при испытаниях
45, 10Г2, 20Х, 40Х, ЗОХГСА, 15ХМ. ЗОХМА, 12ХН2
термическиобработан
ными
Трубы из нержавею-
Наружный диаметр 8—
Гидравлическое давление
Сталь 04Х18Н10,
Трубы поставляют в тер-
щей стали электро-
102
испытания р — 6 МПа,
08Х18Н10Т, 12Х18Н10Т,
мнчески обработанном со-
сварные
(ГОСТ 11068—64)
Толщина стенки 1—4
но не более:
2бЯ„ р _ -
(Ян равно 40 % временного сопротивления разрыву). По требованию потребителядавление
можно увеличить, но не выше полученного по формуле
08Х18Н12Т, 12Х18Н12Т,
10Х17Н13М2Т,
10X17H13M3T,
08Х22Н6Т,12Х21Н5Т,
06ХН28МДТ
стояния По требованию потребителя трубы можно поставлять без термической обработки
Трубы бесшовные холодно- н теплодефор- мнрованные из коррозионно-стойкой стали (ГОСТ 9941—72)
Наружный диаметр 5 — 250, толщина стенки 0,2 — 22
Сталь 08Х17Т,08X13,
12X17, 15X251, 04Х18Н10.08Х20Н14С2,
08Х17Н13М2Т, 08Х18Н12Б,10Х23Н18,
08X18HL0,08XL8H10T,
08Х18Н12Т, 08Х17Н16МЗТ, 12Х18Н10Т, 12Х18Н12Т,
То же
Трубы бесшовные го-
Наружный диаметр
57-
Гидравлическое давление испытания
26«н
Р - d
09Х14Н18В2БР, 12Х18Н9, 17Х18Н9, 08Х22Н5Т
Сталь 08X13,08Х17Т,
12X13,12X17,15X28,
Термообработку труб проводят по требованию по-
рячедеформированные нз коррозионно-стой
кой стали
(ГОСТ 9940—72)
325, толщина стенки
3,5 — 32
(^н Равно 40 % временного сопротивления разрыву)
15Х25Т, 04Х18Н10,
10Х23Н18, 08Х17Н15МЗТ, 08Х18Н10,08Х18Н10Т,
12Х18Н9.12Х18Н10Т,
12Х18Н12Т, 09Х14Н19В2БР.
17Х18Н9, 08Х22Н6Т
требителя
Трубы бесшовные осо- ботонкостеиныеиз
коррозионно-стойкой стали (ГОСТ 10498—63)
Трубы стальные прецизионные
(ГОСТ 9567—75) Горячекатаные
Холоднокатаные и холоднотянутые
Трубы стальные элек- трос вар ные х ол одн о- тянутые и холоднокатаные
(ГОСТ 10707 — 73)
Трубы стальные бесшовные холоднодефор- мнрованные
(ГОСТ 8734—75)^
Наружный диаметр 4 — 120, толщина стенкн 0,2 — 1
Наружный диаметр 25 — 325, толщина стенкн 2,5—50
Наружный диаметр 5 — 710, толщина стенкн 0,2 — 32
Наружный диаметр 5 — 110, толщина стенкн 0,5 — 5
Наружный диаметр 5 — 250, толщина стенкн для особотонкостенных 0,3 — 4; для тонкостенных 0,6—16; для толстостенных 1.6 — 24
Гидравлическое или пневматическое давление при испытаниях: для труб диаметром до 20 мм — не менее
0,5 МПа; для труб диаметром более 20 мм — не менее 1,0 МПа
Давление при испытаниях без осевого подпора
26^н р
Давление при испытаниях без осевого подпора
26«н p=d”
Сталь 06Х18Н10Т, 09Х18Н10Т, 13Х13С2М2, 06Х16Н15МЗБ, 04Х16Н15МЗБ, ОЗХ16Н15МЗБ
Сталь Ст2сп, Ст4сп, Ст5сп, Стбсп, 10, 20, 35, 45, 10Г2, 20Х, 40Х, ЗОХГСА, 15ХМ, ЗОХМА, 12ХН2
Сталь 10, 20, 35, 45, 10Г2,15Х,20Х,40Х,
ЗОХГСА, 15ХМ
Сталь 10,20,35,45,
10Г2,15Х,20Х,40Х,
ЗОХГСА, 15ХМ
Сталь 10, 20, 35, 45, 10Г2,15Х,20Х, 40Х,
ЗОХГСА, 15ХМ
В зависимости от заказа трубы можно поставлять с травленной, шлифованной, полированной или электрополированной наружной поверхностью, а также с травленной или электрополнрованной внутренней поверхностью Трубы поставляют в термически обработанном состоянии
По заказу потребителя трубы можно поставлять термическиобработан
ными
Трубы изготовляют термически обработанными. Без термообработки изготовляют трубы, у которых отношение наружного диаметра к толщине стенкн 50 и более, и по заказу потребителя То же
Продолжение табл. 7.2
Вид трубопроводов
Размер, мм
Давление
Материал
Пр имечание
Трубы медные (ГОСТ 617—72)
Тянутые и холоднокатаные трубы
Прессованные трубы
Трубы латунные (ГОСТ 494 — 76)
Тянутые и холоднокатаные
Прессованные
Трубы алюминиевые (ГОСТ 18475-73)
Трубы прессованные из алюминия и алюминиевых сплавов (ГОСТ 18482 — 79)
Наружный диаметр 3 — 360, толщина стенкн 0,5 — 10
Наружный диаметр 30 — 280, толщина стенки 5 — 30
Наружный диаметр 3 — 100, толщина стенкн 0,5—10
Наружный диаметр 21 — 195, толщина стенки 1,5 — 42,5
Наружный диаметр 6 — 180, толщина стенкн 0,5 — 10
Наружный диаметр 18 — 340, толщина стенки 1,5—40
Гидравлическое давление испытания
р = ^ , МПа
Испытания на герметичность проводят при гидравлическом давлении 5 МПа
Временное сопротивление разрыву 60 — 520 МН/м2 в зависимости от марки материала, термообработки и размеров
Медь Ml, М1Р, М2, М2Р, М3, МЗР, томпак Л96
Латунь ЛбЗ, Л68
Латунь Л60, Л63,
ЛС-59-1, ЛЖМц59-Ы
Алюминий АДО, АД1, алюминиевые сплавы АМц, АМг2, АМгЗ, АМго, АМгб, АВ, Д1, ДЮ
Алюминий АДО, АД1, АД, алюминиевые сплавы АМц. АМг2, АМгЗ, АМгб, АМгб, АД31, АВ, Д1,Д16, АК6, В95,
1915, 1925
Трубы изготовляют мягкими (отожженными) (М); полутвердыми (ПТ), твердыми (Т)
Трубы изготовляют мягкими (М) и полутвердыми (ПТ)
Трубы изготовляют отожженными, закаленными и естественно состаренными (Т), закаленными и искусственно состаренными (Т1), нагартованны- ми (Н)
Трубы изготовляют закаленными и естественно состаренными, отожженными, без термообработки
Н Е
оо °
£
оо го ~
я Cd 73 Л О 3=1 в
й
= ^ ^ О —73 Я я СО Ч 2 т
СНО С 1 О ф
to СХ“ 1 я я СО к 73
х .д го а
о а ।я
»о со о й о м н g
о ь я 5 5 го - ЯкС ®е Ч
Ь2ЕЙ
5
2
75
2 2
~ Н = О я О о Ьз а “ я ь 2
о ° § ? 5^ ф н □ to
К ^3 о №
&
Я top К д Н 2 Я □ ь ь о to о
О « я 2s^
л ГО Ч х 5 ГО 8S5"SSggS
я 2 ш
Я Я1Я г
to ф -г 5 я£
с § До* о
к» < Д *7 ? х го д
а
2
3=5 3з3 С"7
2^S=”2”=8
СП я 2 Н и to-» to ®—to Л to
Ф- w —V w ? to д —99 to ® Я 75Я К Е Я 73
Д л? и 5 3 о гоto ° 5 °^5 го 2 е го
ГО toОО— го £д73 toдоОS 73 to. - Е toto
I п яIр to sля Ят2Я я дI Го тзЯs
J, я я1, *5 Е«С я1Е £ я12гоЕя
я О2 2 ° ' о2 ГО о-Ч Я Я ГО О
ОО го 1°оя'со1<31'1
д Cd тз д
O)a
I
о й5й
-§Ь
00 ч 1 S7 лемI Я
Го 1 яI Sf S1 к
~ ^ Яс09»' »СО»
?
2
75
3
3
? -сй -с
я £ £СХtoГО я to-^ У
Я Ч О® ® ОЯя Д о1 го у-<
^яё05^=2grog1 го»
^Д _ я^Se гоГОСОЙ ы
?^=я°^“as™
£7з ?“S»
।.Л1 ГО X X _зТДЙНИОХТЗОчМЯ1_ДЛТЗПОП5
тн| ь о гомгооо чгоюяч;Е тз “го як
s§iS5|5§E^+^igSSg"”=s*S3sg
ЧX* 2 75 JЕГОиХй?О'|ГОиО EД EX ГО to
5siss»^^«hs^^Iog^g^ls
,° Я | Я^groSx + to-kXcО 2 H° toI о
°оЯ^ТУ2Д2слЧсл°ГО1 Sо о
4г Л ^ Lx^^y^^to'tog-ly1ЛОтз212-,д
g- я СЛ “ОС ф С °С ООТ<^ГО 073 О О
LУз х » ч; сх+д “ я О ОД 2.ы *20 н s §<
51° X 2 ° 2 нСПд'<С?'лх$я'о Я 73 4 я р ГО я
OgSPs?§ ? o?^ p ' Уof ?5 1 ?"? ? ?
5 I
Продолжение табл. 7.4
Вид трубопроводов
Размер, мм
Давление
Примечание
Трубки из поливинилхлорида ПБ-2 ТУ6-05-021-204-73
Внутренний диаметр 2^-50, толщина стенки 0,8— 5,3
Номинальное давление эксплуатации для трубок с внутренним диаметром до
12 мм — 0,6 МПа, свыше 12 мм —
0,2 МПа. Допускается кратковременное повышение в 1,5 раза номинального давления трубок при эксплуатация Внутреннее давление прн разрыве при 20 °C для трубок с номинальным давлением
0,6 МПа — 4 МПа, для трубок с номинальнымдавле
нием 0,2 МПа— 1,4 МПа
Трубки предназначены для смазочных и смазочноохлаждающих систем металлорежущих станков, работающих в климатических зонах СССР и в районах с тропическим климатом
Марка
Пневмокабель
Наружный диаметр и толщина стенки труб, мм
Применение
ТПО
Из полиэтиленовых труб в поливинилхлоридной оболочке
6X1
8X1
8Х 1,6
В условиях повышенной влажности, механических колебаний и вибраций
ТПОП
Из полиэтиленовых труб в поливинилхлоридной оболочке в оплетке из стальных оцинкованных проволок
6X1 8X1 8Х 1,6
В условиях повышенной влажности, при наличии легких механических воздействий
ТПОБ
Из полиэтиленовых труб в поливинилхлоридной оболочке, в броне из стальных лент с противокоррозионной защитой
6X1
8X1
8Х 1,6
Для внутренних и наружных открытых проводок на трассах с большим числом мест возможных механических воздействий и при отсутствии в окружающей среде веществ, разрушающих броню
ТПОБО
Из полиэтиленовых труб в поливинилхлоридной оболочке, в броне из стальных лент в поливинилхлоридной оболочке
6X1 8X1 8Х 1,6
В условиях вредных сред, повышенной влажности, при наличии большого числа мест возможных механических воздействий
ТПББГ
Из полиэтиленовых труб, обмотанных лентами из кабельной бумаги, в броне из стальных лент с противокоррозионной защитой
8Х 1,6
Для внутренних и наружных проводок, в местах возможных механических воздействий и при отсутствии в окружающей среде веществ, разрушающих броню
ТПВБГ
Из полиэтиленовых труб, обмотанных поливинилхлоридными лентами, в броне из стальных лент с противокоррозионной защитой
8Х 1,6
Для внутренних и наружных проводок, во взрыво- и пожароопасных помещениях, в местах возможных механических воздействий, прн отсутствии в окружающей среде веществ, разрушающих броню
Примечание. В пиевмокабеле ТПВБГ 7 труб, в остальных 7, 12.|
Характеристика пневмокабеля
Таблица 7.5
Минимальное разрушающее давление в трубе / d л \ °в (s
2 \ d / + 6 +
где d — внутренний диаметр трубопровода; ов — временное сопротивление разрыву.
Рабочее давление
Рраб “ Pp/rtn>
где рр — минимальное разрушающее давление; пп — запас прочности.
Запас прочности выбирают в зависимости от назначения трубопровода (обычно в пределах 3—6) [1].
Для тонкостенных труб (0/6 ^ 16) минимальное разрушающее давление 2бов d •
Основные данные, характеризующие трубопроводы, приведены в табл.
7.5.
СОЕДИНЕНИЯ
Неразъемные соединения имеют преимущества для трубопроводов, не требующих демонтажа. Их выполняют сваркой встык (газовой для стальных труб с толщиной стенки менее 3,5 мм и электросваркой для стальных труб с толщиной стенки более 3,5 мм) и пайкой (для медных и латунных труб). Применяют также соединения со специальными втулками с прямым и косым обрезом, с раздачей конца *одной трубы на двойную толщину стенки трубы (рис. 7.3). Использование втулок с косым обрезом предпочтительнее вследствие понижения напряжения в поверхностном слое трубы за счет распределения их на большую длину. Трубы монтируют во втулке с зазором между торцами, равным толщине стенки трубы. Длина втулки обычно равна 50—80 мм, длина раструба при раздаче трубы примерно 50—60 мм.
На рис. 7.3, г показана схема одного из возможных соединений труб пайкой с применением самофлюсующегося припоя в среде аргона. В конусных концах муфты выполнены отверстия, против которых на внутренней цилиндрической поверхности муфты проточены кольцевые канавки, в которые закладывается припой. Диаметральный зазор между муфтой и трубой выбирают в пределах 0,05—0,1 мм. Подлежащие пайке концы труб зачищают и вводят в муфту, затем место соединения нагревают в среде аргона до температуры плавления припоя. Для этого применяют индукционный нагрев в высокочастотном поле, вследствие чего зона нагрева может быть сведена к минимальной величине. Для замены участка трубопровода в эксплуатационных условиях соответствующие муфты нагревают до расплавления припоя, после чего поврежденную секцию удаляют и впаивают новую, используя те же муфты.
Применение неразъемных соединений позволяет значительно уменьшить массу трубопроводов в сравнении с разъемными соединениями.
Рис. 7.3. Схемы неразъемных соединений труб:*Рис. 7.3. Схемы неразъемных соединений труб:*еевееевввеадм^еевееевввеадм^
Рис. 7.3. Схемы неразъемных соединений труб:*
Рис. 7.3. Схемы неразъемных соединений труб:*
еевееевввеадм^
еевееевввеадм^
а, б — со втулкой с обрезом соответственно прямым и косым; в — е раздачей одного конца трубы; а — с применением самофлюсующегося припоя
Рис. 7,4. Соединение флейцевое по ГОСТ 19535 — 74 (тип 1 — соединение концевое, тип 2 — соединение промежуточное)
Разъемные соединения трубопроводов различают по типу применяемого соединения (резьбовые и фланцевые), крепления трубопровода к деталям соединения (с механическим креплением, с использованием сварки или пайки) и по способу герметизации разъема (обжатием трубы, обжатием деталей соединений, с использование?*! прокладки).
Соединения резьбового типа обычно применяют для труб с диаметром до 30— , необходимые для затяжки
(особенно при соединении по наружному конусу и с торцовым уплотнением), поэтому для труб большего диаметра используют фланцевые соединения, которые просты в изготовлении и монтаже, а также не требуют высокого класса точности и чистоты поверхностей. Сменные уплотнительные прокладки позволяют делать практически неограниченное число переборок. Для жесткой связи трубы с фланцем применяют фланцы плоские приварные и приварные встык. Если при монтаже необходим разворот фланцев нли труб, то используют фланцы свободные на приварном кольце или с буртом.
Все виды фланцевых соединений требуют применения прокладок, уплотвя-* ющих место соединения. Материал и конструкцию прокладок выбирают в зависимости от давления и температуры сжатого воздуха. Обычно для фланцевых соединений пневматических систем используют мягкие прокладки из паронита, резины или картона. Толщину картона для прокладок берут в пределах 1— 3 мм, резины в пределах 3—5 мм. Качество картонных прокладок повышается, если картон, предварительно вымоченный в воде и высушенный, пропитывают олифой. При установке таких прокладок утечка значительно уменьшается. При использовании паронитовых прокладок их необходимо предварительно выдержать в горячей воде, а затем смазать поверхность прокладки смесью из графита и масла. При изготовлении прокладок их внутренний диаметр необходимо делать на 2—3 мм больше внутреннего диаметра трубы, а внешний — равным диаметру прижимного кольца для возможности контроля правильности установки прокладки.
На рис. 7.4 показано фланцевое соединение по ГОСТ 19535—74. Для уплотнения трубопроводов могут быть использованы также фланцы стальные с шейкой на резьбе на давление 0,1—1,6 МПа по ГОСТ 12826—67, ГОСТ 1245—67; плоские приварные на давление 0,1—2,5 МПа по ГОСТ 12827—67, ГОСТ 1255—67, ГОСТ 12828—67; стальные приварные встык на максимальное давление 4, 10, 20 МПа по ГОСТ 12829—67—12835—67; стальные свободные на приварном кольце на давление 0,1—2,5 МПа по ГОСТ 1268—67, ГОСТ 12834—67; стальные свободные на отбортованной трубе на давление 0,1; 0,25; 0,6 МПа по ГОСТ 1272—67.
На концах трубопроводов могут быть установлены фланцевые заглушки по ГОСТ 12836—67—12839—67. При необходимости продолжения трубопровода заглушки снимают и устанавливают на глухой конец нового участка трубопровода.
Фланцевые замковые соединения (рис. 7.5) удобны для переносных трубопроводов, подвергающихся частому демонтажу. Их применяют для труб диаметром до 150 мм. Конструкция этих соединений позволяет не отворачивать
гайки полностью, а только ослаблять их с тем, чтобы можно было повернуть фланец с прорезями.
Наиболее простым резьбовым соединением является муфтовое (рис. 7.6). Этот вид соединений требует применения уплотняющих материалов, например в виде пеньки, смазанной свинцовым суриком или белилами.
На рис. 7.7 приведена конструкция шаровой соединительной муфты, которую применяют в тех случаях, когда трубопроводы не могут быть проложены по прямой линии с необходимым числом опор или подвесок. Шаровые муфты допускают угловое смещение соединяемых труб до 15° без нарушения уплотнения и без дополнительного напряжения от изгиба в стыках.
Соединения по наружному конусу с развальцовкой трубы (рис. 7.8) применяют в широком диапазоне давления, они хорошо работают в условиях вибрации, компактны, легки. Такие соединения используют для труб, изготовленных из различных материалов, их можно многократно демонтировать. Так как для развальцовки пригодны только тонкостенные бесшовные трубы, то рабочее давление ограничивается прочностью трубы и с увеличением диаметра трубы снижается. Развальцовку трубы можно выполнять с помощью переносного приспособления, что позволяет делать стыковку непосредственно на изделии и облегчает ремонт трубопроводов.
Соединения по внутреннему конусу (рис. 7.9) применяют для тонкостенных и толстостенных труб с использованием сварки или пайки. Требования к точности монтажа соединений по внутреннему конусу значительно ниже, чем по наружному. При сферическом ниппеле допускается перекос соединяемых трубопроводов до 5°. Моменты затяжки соединений по внутреннему конусу в 1,5—2 раза меньше моментов затяжки соединений по наружному конусу.
Соединения с врезающимся кольцом (рис. 7.10, а) не требуют сварки или пайки. При стягивании соединения врезающееся кольцо обжимается и его кромка внедряется в трубу. При применении такого соединения предъявляются повышенные требования к точности диаметра и шероховатости поверхности трубы.
Соединение с врезающимся кольцом и радиальным монтажом (рис. 7.10, б) совмещает в себе принципы соединения с врезающимся кольцом и соединения с торцовым уплотнением. В отличие от остальных резьбовых соединений, в которых обязательным является осевое смещение деталей при сборке, это соединение выполняют без осевого смещения, что позволяет производить радиальный монтаж жестких трубопроводов. Такое соединение является более сложным и состоит из большего числа деталей, чем остальные рассматриваемые соединения. Труба закрепляется в соединении в результате внедрения в нее кромки врезающегося кольца, которое осаживается на корпусе штуцера или нажимного кольца при затяжке гайки. При первой сборке для нормального врезания кольца соединение рекомендуется затянуть полностью, затем разобрать, проверить закромку на трубе и собрать вновь, сделав, когда кольцо сядет на место, от 1/8 до V3 оборота. При соединении тонкостенных труб следует применять оправку, которая вставляется внутрь трубы и препятствует ее смятию в месте врезания кольца. Разборка и сборка соединения не влияют на его качество.
Соединения с торцовым уплотнением (рис. 7.11) выполняют по государственным стандартам — ниппельные по ГОСТ 4340—77, ГОСТ 4341—77 и штуцерио- торцовые по ГОСТ 5890—78. Прокладки обычно применяют медные или паро- нитовые. В условиях повышенной вибрации более надежными являются прокладки из резиновых колец. Для выполнения соединений требуется строгая соосность труб.
На рис. 7.12 показано соединение с конусными муфтами. Характеристика стандартизованных и нормализованных соединений для металлических труб приведена в табл, 7.6.
Для пластмассовых трубопроводов применяют соединения, конструкция которых учитывает механические свойства пластических масс.
Для пластмассовых трубопроводов применяются соединения по наружному конусу с наконечником (рис. 7.13, а), с уплотняющей гайкой (рис. 7.13, б) на давление до 0,6 МПа; с обжимным кольцом на давление 0,14 МПа (рис. 7.13, в); безрезьбовое соединение для резиновых труб на давление 0,14 МПа (рис. 7.13, а). Этот вид соединения можно использовать не только для резиновых трубок, по
Рис. 7.6. Муфтовые соединения труб: ° без контргайки; б — с контргайкойРис. 7.6. Муфтовые соединения труб: ° без контргайки; б — с контргайкойа)5)Рис. 7.8. Соединение труб по наружному конусу с развальцовкой конца трубы: а с проходником ввертным; б — с угольником ввертным; в — с тройникома)5)Рис. 7.8. Соединение труб по наружному конусу с развальцовкой конца трубы: а с проходником ввертным; б — с угольником ввертным; в — с тройникомРис. 7.9. Соединения по внутреннему конусу:Рис. 7.9. Соединения по внутреннему конусу:а — концевое; б — проходноеа — концевое; б — проходноеРис. 7.10. Соединение с врезающимся кольцом (а) и врезающимся кольцом и радиальным монтажом (о)Рис. 7.10. Соединение с врезающимся кольцом (а) и врезающимся кольцом и радиальным монтажом (о)
Рис. 7.6. Муфтовые соединения труб: ° без контргайки; б — с контргайкой
Рис. 7.6. Муфтовые соединения труб: ° без контргайки; б — с контргайкой
а)5)
Рис. 7.8. Соединение труб по наружному конусу с развальцовкой конца трубы: а с проходником ввертным; б — с угольником ввертным; в — с тройником
а)5)
Рис. 7.8. Соединение труб по наружному конусу с развальцовкой конца трубы: а с проходником ввертным; б — с угольником ввертным; в — с тройником
Рис. 7.9. Соединения по внутреннему конусу:
Рис. 7.9. Соединения по внутреннему конусу:
а — концевое; б — проходное
а — концевое; б — проходное
Рис. 7.10. Соединение с врезающимся кольцом (а) и врезающимся кольцом и радиальным монтажом (о)
Рис. 7.10. Соединение с врезающимся кольцом (а) и врезающимся кольцом и радиальным монтажом (о)
Рис. 7.5. Фланцевое вамжовое соединение
Рис. 7.7. Шаровая соединительная муфта
Рис. 7.11. Соединение с торцовым уплотнением 182
Рис. 7.12. Соединение с конусными муфтамиРис. 7.12. Соединение с конусными муфтамиРис. 7.13. Соединения для эластичных трубопроводов:Рис. 7.13. Соединения для эластичных трубопроводов:а — по наружному конусу с наконечником; б — по наружному конусу с уплотняющей гайкой; в — с обжимным кольцом; г — безрезьбовоеа — по наружному конусу с наконечником; б — по наружному конусу с уплотняющей гайкой; в — с обжимным кольцом; г — безрезьбовое
Рис. 7.12. Соединение с конусными муфтами
Рис. 7.12. Соединение с конусными муфтами
Рис. 7.13. Соединения для эластичных трубопроводов:
Рис. 7.13. Соединения для эластичных трубопроводов:
а — по наружному конусу с наконечником; б — по наружному конусу с уплотняющей гайкой; в — с обжимным кольцом; г — безрезьбовое
а — по наружному конусу с наконечником; б — по наружному конусу с уплотняющей гайкой; в — с обжимным кольцом; г — безрезьбовое
и для других эластичных трубопроводов при небольших давлениях. Конфигурация уплотнительной поверхности при этом может быть различной.
Известны и другие конструкции соединений для пластмассовых трубопроводов (рис. 7.14). Оригинальным является бесштуцерное соединение (см. рис. 7.14, в), в котором эластичная труба уплотняется резиновым кольцом и удерживается в отверстии кольцевым выступом цанги. При демонтаже цангу необходимо подать вглубь отверстия и вынуть трубу.
Монтаж рукавов в зависимости от геометрических размеров рукава, рабочего давления и других условий эксплуатации может быть выполнен в каждом конкретном случае различными способами.
Для небольших давлений (до 0,3 МПа) рукава монтируют на ниппеле с кольцевыми проточками и обжимают хомутами (рис. 7.15, а), Рукава, рассчитанные на давление до 10 МПа, зажимаются между ниппелем и резьбовой муфтой (рис. 7.15, б). Для систем с рабочими давлениями свыше 10 МПа рукав зажимают между ниппелем и муфтой, которая обжимается в специальном приспособлении (рис. 7.15, в).
Быстроразъемные соединения позволяют быстро и легко сообщать и разобщать рабочие полости потребителей с магистралью сжатого воздуха. Соединения содержат замковые устройства, которые обеспечивают механическое соединение частей трубопроводов и уплотнение стыка. Соединения могут быть без перекрытия потока при разъеме, с односторонним или двусторонним перекрытием.
На рис. 7.16, а показано быстроразъемное соединение без перекрытия потока. Фиксация осуществляется с помощью шариков, уплотнение— с помощью
Рис. 7.14. Соединения для эластичных трубопроводов:Рис. 7.14. Соединения для эластичных трубопроводов:а — с фигурным ниппелем и уплотнительной гайкой; б — с ниппелем и торцовым уплотнением; в — с цаигойа — с фигурным ниппелем и уплотнительной гайкой; б — с ниппелем и торцовым уплотнением; в — с цаигой
Рис. 7.14. Соединения для эластичных трубопроводов:
Рис. 7.14. Соединения для эластичных трубопроводов:
а — с фигурным ниппелем и уплотнительной гайкой; б — с ниппелем и торцовым уплотнением; в — с цаигой
а — с фигурным ниппелем и уплотнительной гайкой; б — с ниппелем и торцовым уплотнением; в — с цаигой
Таблица 7.6
Характеристика соединений
|Вид соединения
ГОСТ, нормаль
Размер
Материал
Примечание
По наружному конусу
ГОСТ 13954 — 74 —
ГОСТ 13974 — 74, ГОСТ 13976—74 —
ГОСТ 13977—74
ГОСТ 20188—74 —
ГОСТ 20200 — 74
Наружный диаметр присоединяемых труб 3 — 38 мм. Присоединительная резьба коническая от К 1/10" до К 1 1/2", метрическая от Мб до М45 X 1,5
Сталь 45, ЗОХГСА, 14Х17Н2, 12Х18Н9Т, 15Х12Н2ВМФ, алюминиевый сплав Д16Т, АК6, бронза БрАЖМц 10-3-1,5
Угол развальцовки трубы 74°. Детали соединений должны быть термообработаны. В номенклатуру входят проходни- ки прямые, ввертные; переходники прямые, ввертные; угольники проходные, ввертные переходные; тройники и крестовины проходные, переходные, ввертные; заглушки. Температура от —60 до 4-500 °C, давление до 106 МПа в зависимости от материалов труб и арматуры
Нормаль станкостроения С91-С92
Наружный диаметр присоединяемых труб 4 — 28 мм. Присоединительная резьба трубная 1/8 — 1", коническая 1/8 — 1"
Сталь 35, А12
Угол развальцовки трубы 68°. В номенклатуру входят соединения прямые концевые и промежуточные; угловые концевые; тройниковые концевые и промежуточные. Давление для медных труб до 6,3 МПа, для стальных до 12,5 МПа
С конусными муфтами
ГОСТ 9112 — 67 —
9122 — 67
Наружный диаметр присоединяемых трубопроводов 3— 20 мм. Присоединительная резьба коническая К 1/16 — К 3/4"
Сталь А12, латунь
ЛС59-1, Л62
В номенклатуру входят соединения с ввертным н проходным штуцерами, с ввертным и проходным угольниками, с ввертным и проходным тройниками. Макснмальное давление 6,4 МПа
1;
С врезающимся кольцом с радиальным монтажом
ГОСТ 18544 — 79 —
ГОСТ 18560 — 79
Наружный диаметр присоединяемых труб 10 — 38 мм. При соеди н ительн а я р езь ба трубная 3/8—1 1/2", метрическая от М16Х1,5 до
М48Х 2
Сталь 35, А12, 45, АЗО, 40Х. 12ХНЗА, 1 Окп
В номенклатуру входят соединения проходные, переходные, концевые. Угловые проходные и концевые; тройниковые проходные, переходные и концевые; крестовины проходные, переходные, концевые. Давление до 25 МПа. Температура от —40 до 4-120 °C
Ниппельное
ГОСТ 4340 — 77
ГОСТ 4341 — 77
Условный проход 3—20 мм. Наружный диаметр присоединяемых труб 8—30 мм
Материал деталей соединений по ГОСТ 4361—77
В номенклатуру входят соединительные муфты, тройники, крестовины. Максимальное давление 25 МПа, температура от —50 до 4-50 °C
С врезающимся коль-
ГОСТ 15764 — 70— — ГОСТ 15781 — 70; ГОСТ 15802 — 76;
ГОСТ 15803 — 76
Условный проход 3—25 мм. Наружный диаметр присоединяемой трубы 6 — 38 мм. Присоединительная резьба метрическая от М12Х1.5 до М48Х2, трубная от 1/4" до 1 1/2"
Сталь 35, 45, А12,
АЗО, 40Х, 12ХНЗА,
Юкп
В номенклатуру входят соединения проходные, переходные, концевые; угловые проходные, концевые; тройниковые проходные, переходные, концевые; крестовые проходные, переходные, концевые. Давление 40 МПа. Температура от —40 до 4-120 °C
По внутреннему конусу с шаровым ниппелем
ГОСТ 20969 — 7 5 —
ГОСТ 20986 — 75;
ГОСТ 15763—75
Условный проход 3—25 мм. Присоединительная резьба метрическая от М12Х1.5 до М48Х2, трубная 1/4—1 1/2"
То же
То же
Нормаль станкостроения Г91
Условный проход 8—40 мм. Присоединительная резьба трубная 1/4—1 1/2", коническая К 1/4—К 1 1/2"
Сталь 35, А12
В номенклатуру входят соединения прямые концевые, промежуточные, угловые концевые, проходные, тройниковые. Предусмотрены исполнения на давление до 20 и до 32 МПа
ОоОо
Оо
Оо
Продолжение табл. 7.6
си S я го У си
S Си с
। । .. । . . > у ОЛФФЯФОЯФ Cur^ 3 Си Я 3 я С О в CD О Я CD к
Ь-нСЬьСсчЧьд (- >» О. 2 Ф С. Я у Ф К си " х >,а о е; Kt я ® си м 41 Н П 2 та Ф я « 2 * ©Ns К х s 5 2 си v си
>•©3 2 2 - s 5 2 сих К о 5 2 4,0 5 pspg.+c* * . Си к Xs и1 Ф Й X С я . Ф X С < К 5 х - д2
= Kt X о Kt- 2со х ° л го 1
CQ х я ь х Я сч 1 Kt с
£ 3 с
Э s
И Сир—
Kt « • о я го х Е
йЗ°°
Я О ь п о
Ч х
X о 2
X CU Я
Ф С м —
3Си
S^p
Ю KfCj Си
Т
Kt Ф 1
s а । ° к с^ го
ф Ф X ” фф
Sep
5 = "|и
« ОЕ^0
Ф я -о я ф22
и £ ££ g
Ф к ф2 } фф Ф я
яо Xл С X
ФфС2Й«‘я .S « ЧА 5 Kt ф та
Kt . « - g та о &я х
Ч X XKt си
cuidсс
у 2 Я ф X Я ”Х$*оХЛХя
2фС-2лдХ2Е-“1'
Ь 2 Го ы5 С 2
СЯуяс-ч-ЯХ
Ся^го
SKtXo Н Ф'Э-Х о
Н Kt^ X С" Ktx S Q.K
я го я* та Ч Ч ЙХ Ф
ЯС
и з я О о я
ID Я .
-mgs
кс2
^^х
го.- X та
3 Я СиЯ н Ч Ь X
ч ГО к Си си Е- го S
со
-О' S ■
ХТОСЧ
л””
СО и — —
о со
SS 1О1=>< 04
я го ч я та н о Л та Си U г^о
ф 5 6 ф2 о е
2ихчэ
У X дк я
о . я с2Год
}° X“ ^
S Йо.
«’’ч^ф° и С 2
ян2^яакс£
и 2 22 w
о О я о з ф5 2 3 ф
Си си
го го си
К со
2 та”
гоО 5 Х
я
« Яо
3 х я et
Е gc о
• та Зо S л
I х
Kt го
о Е о
3 gx
о © < < иС.
Ю
Kt с
Sg
2 2зя
| я[Я
Фо X
X XX та
оо X
Си Я
с£СЙ
Е Л X£X
□ го ГоД « о
л ч сч
Си
О Я
и о и
о
Оо "7
00 7
СУ) 00 ю
О
ID
о
NNN
cocoО
CD CD
00 co CO 0000 00
H HH H
uuuuuu
oooooo
U.U.UU
к я си я к Kt си О CJ
Я «
ОКУ X X X
у U С
CU с С
« «я
С я s и
6
а
2 Ч л С х
*g
ф ф
Я s та
55§ V Я X
сч у уУ
ф _ф
Я О
ч2
Фоф я
уя ч
So=£S®
Рис. 7.15. Присоединение рукавов:
а — с ниппелем н хомутом; б — с резьбовой муфтой; в — с обжимной муфтой
эластичной прокладки. Для рассоединения трубопроводов необходимо перемещать втулку, преодолевая сопротивление пружины, до тех пор, пока шарики получат возможность выйти в кольцевую выточку во втулке.
На рис. 7.16, б показано соединение с односторонним перекрытием потока. При рассоединении трубопроводов клапан с эластичным уплотнением под действием пружины и давления воздуха перекрывает выход воздуха из трубопровода в атмосферу.
На рис. 7.16, в показано соединение с двусторонним перекрытием потока, имеющее два клапана с эластичными уплотнениями.
Поворотные соединения предназначены для подвода сжатого воздуха к качающимся пневматическим механизмам. Во многих случаях они могут заменить гибкие рукава.
На рис. 7.17 показаны прямое и угловое поворотные соединения, они не рассчитаны на большую скорость вращения. Так, соединение, приведенное на рис. 7.17, б, допускает максимальную частоту вращения до 10 об/мин [3].
Вращающиеся соединения применяют для подвода воздуха к вращающимся пневмоцилиндрам, мембранным камерам, пневматическим муфтам. Такие соединения обычно называют муфтами (головками) подвода воздуха. Их подразделяют: по числу подводов — с одним (для цилиндров и камер одностороннего действия) и с двумя (для цилиндров и камер двустороннего действия)подводами; по типу уплотнительного элемента — с мягкими уплотнениями, с уплотнением за счет малой величины зазора, с торцовым уплотнением.
На рис. 7.18, а изображена муфта с одним подводом. Уплотнение вращающегося шпинделя достигается применением втулки из графитовой бронзы, поджимаемой к торцу шпинделя усилием пружины и давлением сжатого воздуха. Муфта, показанная на рис. 7.18,6, имеет два подвода и торцовое уплотнение. Вращающиеся уплотнительные текстолитовые втулки, посаженные на резиновых кольцах, своими торцовыми уплотнительными поверхностями обеспечивают
Рис. 7.16. Быстроразъемные соединения:Рис. 7.16. Быстроразъемные соединения:а — без перекрытия потока; б — с односторонним перекрытием потока; в — с двусторонним перекрытием потокаа — без перекрытия потока; б — с односторонним перекрытием потока; в — с двусторонним перекрытием потокаРис. 7.17. Прямое (а) н угловое (б) поворотные соединенияРис. 7.17. Прямое (а) н угловое (б) поворотные соединения
Рис. 7.16. Быстроразъемные соединения:
Рис. 7.16. Быстроразъемные соединения:
а — без перекрытия потока; б — с односторонним перекрытием потока; в — с двусторонним перекрытием потока
а — без перекрытия потока; б — с односторонним перекрытием потока; в — с двусторонним перекрытием потока
Рис. 7.17. Прямое (а) н угловое (б) поворотные соединения
Рис. 7.17. Прямое (а) н угловое (б) поворотные соединения
Рис. 7.18. Муфты подвода воздуха: а — с одним подводом; б — с двумя подводамиРис. 7.18. Муфты подвода воздуха: а — с одним подводом; б — с двумя подводамигерметизацию полостей муфты в месте контакта с неподвижными стальными дисками.
Рис. 7.18. Муфты подвода воздуха: а — с одним подводом; б — с двумя подводами
Рис. 7.18. Муфты подвода воздуха: а — с одним подводом; б — с двумя подводами
На рис. 7.19 приведена воздухоподводящая головка по ОСТ 2КП92-1—72, предназначенная для подачи сжатого воздуха в полость вращающихся пневмо-
Рис. 7.19. Воздухоподводящая головка поОСТ 2КП92-1 — 72Рис. 7.19. Воздухоподводящая головка поОСТ 2КП92-1 — 72муфт при включении н быстрого выброса воздуха из полости пневмомуфт в атмосферу прн отключении, для чего в головку встроен клапан быстрого выхлопа.
Рис. 7.19. Воздухоподводящая головка по
ОСТ 2КП92-1 — 72
Рис. 7.19. Воздухоподводящая головка по
ОСТ 2КП92-1 — 72
При включении сжатый воздух по центральному каналу через отверстия в металлическом диске поступает на диафрагму, отгибает ее, закрывая отверстия во фланце, и через отверстия в диафрагме поступает в полость пневмомуфты. При отключении воздух, выходя из полости муфты, прижимает диафрагму к диску, закрывая входные отверстия в нем и проходит через открытые отверстия во фланце в выточку, затем через отверстия (на рисунке не показаны) в полость под кожух и через сетку кожуха в атмосферу, минуя центральный канал, подводящий трубопровод и распредели-
Рис. 7.20. Пневморазъемы:
а — на давление до 0,4 МПа; б — для струйных систем
тельное устройство. Сопротивление выхлопной линии через клапан быстрого выхлопа существенно меньше сопротивления выхлопу через линию подвода и следовательно меньше время опорожнения полости пневмомуфты.
Пневморазъемы служат для одновременного соединения механическим путем и герметизации пневматических контактов определенного числа трубопроводов.
В пневморазъемах типа РПУ (рис. 7.20, а) на давление до 0,4 МПа пневматические контакты уплотняют введением конических поверхностей штуцеров в цилиндрические отверстия в резиновой прокладке. Металлические втулки, помещенные в отверстия резиновой прокладки, ограничивают перемещение"штуцеров при соединении частей пневморазъема, предотвращая повреждение резины. Пневморазъем снабжен цангой и муфтой для закрепления пневмокабеля.
В пневморазъемах типа П-ШРК для струйных систем управления (рис. 7.20, б) пневматические контакты уплотняют поджатием части штуцера, выполненной в виде цилиндрического сопла, к резиновой проставке при соединении разъема. Для предотвращения самоотвинчивания гайки предусмотрено стопорное пружинное кольцо.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Абрамов Е. И., Колесниченко К. А., Маслов В. Т. Элементы гидропривода. Киев: Техника, 1977. 320 с.
Башта Т. М. Машиностроительная гидравлика. Справочное пособие. М.: Машиностроение, 1971. 671 с.
Савии И. Ф. Гидравлический привод строительных машин. М.: Стройиздат, 1974. 240 с.
Элементы и устройства пневмоавтоматики высокого давления. Каталог. М.; 1978. 155 с. (НИИМАШ).
Глава 8Глава 8ПНЕВМАТИЧЕСКИЕ
Глава 8
Глава 8
ЭЛЕМЕНТЫ И УСТРОЙСТВА СРЕДНЕГО УРОВНЯ ДАВЛЕНИЯ
Пневмоавтоматика среднего (нормального) уровня давления нашла широкое применение в отечественной промышленности в 60-х годах. Это стало возможным вследствие создания универсальной системы элементов промышленной пневмоавтоматики (УСЭППА), которая по своим функциональным и монтажно-коммутационным данным близка к современной промышленной электротехнике. Номенклатура УСЭППА состоит из устройств центральной части, входных, выходных, вспомогательных устройств и монтажно-коммутационных деталей.
Информация через входные устройства — от рабочих органов объекта и датчиков, а также от устройств автоматического ввода программы — поступает в центральную часть системы. Центральная часть перерабатывает эту информацию и реализует заданную последовательность работы исполнительных механизмов автоматизируемого объекта, выдавая им команды и информацию оператору через выходные устройства. Номенклатура устройств УСЭППА является функционально полной, что позволяет реализовать на ее базе релейные, аналоговые (непрерывные) и аналогово-релейные схемы.
Важной особенностью устройств УСЭППА является высокая унификация деталей и стыковой монтаж элементов, при котором коммутация межэлементных входов и выходов обеспечивается при помощи каналов, выполненных в платах.
В газовой промышленности широкое применение нашли элементы СКВ Газприборавтоматики, которые обеспечивают надежную работу при температуре окружающей среды от —40 до +50 °C и относительной влажности до 95% .
Из других устройств пневмоавтоматики среднего давления следует отметить агрегатную унифицированную систему (АУС), АУС ЭДД Северодонецкого филиала ОКБА, системы ЦИКЛ, ПЭРА и пневматические устройства для автоматического измерения линейных размеров деталей завода «Калибр».
В ГДР изготовляют систему Дрелоба, которая по основным параметрам, номенклатуре и функциональным возможностям является лучшей из устройств пневмоавтоматики среднего давления в зарубежной промышленности.
Рассмотрим конструкции основных устройств пневмоавтоматики среднего давления, используемых в системах управления отечественной промышленности.
ВХОДНЫЕ УСТРОЙСТВА
Входные устройства предназначены для ввода в систему управления внешних заданий (команд), информации о состоянии и положении исполнительных механизмов или рабочих органов объекта управления, о величине параметров контролируемых процессов и т. п. Ввод внешних заданий обеспечивается устройствами ручного или автоматического ввода информации. Внешние сигналы, поступающие в систему в виде сигналов другого вида энергии, например электрические, преобразовываются в пневматические сигналы с помощью соответствующих преобразователей. Информация о состоянии параметров процесса и поло-
Рис. 8.1. Устройства ручного ввода информации:а — пневмокиопка; б — пиевмотумблер; в — переключательРис. 8.1. Устройства ручного ввода информации:а — пневмокиопка; б — пиевмотумблер; в — переключатель
Рис. 8.1. Устройства ручного ввода информации:
а — пневмокиопка; б — пиевмотумблер; в — переключатель
Рис. 8.1. Устройства ручного ввода информации:
а — пневмокиопка; б — пиевмотумблер; в — переключатель
жеиии исполнительных механизмов (сигналы обратной связи) поступает от конечных выключателей и датчиков. Преобразование аналоговых сигналов обратной связи в дискретные обеспечивается выключателями граничных значений (реле давления, элементами сравнения и т. п.).
Устройства ручного и автоматического ввода информации. К устройствам ручного ввода информации в УСЭППА относятся пневмокнопки и пневмотумблеры, обеспечивающие ввод в систему пневматических единичных или нулевых сигналов кратковременных (с помощью пневмокнопок) и длительных (с помощью пневмотумблеров). Пневмокнопки и пневмотумблеры аналогичны по конструкции и отличаются только исполнением нажимного органа, который обеспечивает два положения распределительного элемента.
На рис. 8.1, а показана конструкция пневмокнопки, которая состоит из корпуса 5, подвижного узла 4, пружины 6> клапана 2 и крышек 1 и 3. Между корпусом 5 и крышкой 3 защемлена мембрана подвижного узла. Сжатый воздух подводится в камеру А, которая в исходном положении не соединена с камерой выхода Б. При нажатии на кнопку стержень подвижного узла разъединяет камеры Б и В, открывает клапан 2 и соединяет систему с питанием через камеру Б. При отпускании кнопки клапан под действием пружины закрывается, а воздух из системы через камеры Б и В выходит в атмосферу.
Пневмотумблер (рис. 8.1, б) состоит из рычага /, гайки 2, мембранного узла 3, пружины 4, клапана 5, корпуса 7, крышек 6 и 8. Детали мембранного узла 3 имеют каналы для соединения системы с атмосферой (когда на узел не воздействует рычаг /). Накидная гайка 2 предназначена для крепления тумблера на панели. При переводе рычага 1 тумблера влево мембранный узел перемещается вниз, открывая клапан 5. Сжатый воздух, подводимый в камеру А, поступает в камеру Б и далее в систему. Перевод рычага тумблера в исходное положение приводит к запиранию камеры питания и сообщению выхода, а следовательно, и системы с атмосферой.
Для обеспечения последовательного включения групп каналов (одновременной подачи нескольких сигналов в систему) используют многопозиционные переключатели. В системе элементов СКВ Газприборавтоматикн эту роль выполняют переключатели со сменными кулачками типов ПП-4 и ПП-5. На рис. 8.1, в изображен переключатель типа ПП-4, который состоит из корпуса 3, конечных выключателей 2, валика /, снабженного съемными кулачками, и рукоятки 4. Программа замыкания контактов переключателя задается установкой кулачков соответствующего профиля. Поворотом рукоятки на фиксированные позиции включаются заданные контакты. Предусмотрена возможность установки кулачков с замыканием контактов трех типов: в одном фиксированном положении рукоятки; в двух соседних фиксированных положениях рукоятки; трех соседних фиксированных
Рис. 8.2. Командоаппарат с перфолентой и обратным контактным считываниемРис. 8.2. Командоаппарат с перфолентой и обратным контактным считываниемположениях рукоятки. Таким образом, переключатель является малогабаритным командоаппаратом с ручным приводом. Устройства автоматического ввода командных сигналов (командоаппараты) обеспечивают последовательный автоматический ввод в систему управления программы, зафиксированный на программоносителе.
Рис. 8.2. Командоаппарат с перфолентой и обратным контактным считыванием
Рис. 8.2. Командоаппарат с перфолентой и обратным контактным считыванием
Командоаппараты различаются по характеру движения программоносителя, типу программоносителя, способу управления командоаппаратом и др. (см. стр. 283).
На рис. 8.2 показана конструктивная схема командоаппарата с перфолентой и контактным способом считывания, используемого в системах среднего уровня
давления. Покадровое перемещение перфоленты осуществляется пневмоприводом 3 с зубчатым механизмом. В кадре может быть помещено информации до 200 бит (8 дорожек и 25 строк), считываемой и вводимой одновременно в систему. Считывающее устройство состоит из неподвижной 1 и подвижной 2 головок, между которыми проложена перфолента. При считывании подвижная головка перемещается и прижимает ленту к нижней головке. Сжатый воздух через дроссели 4 подводится к каналам нижней головки. При наличии отверстий в перфоленте
на выходах сигналы отсутствуют (обратный метод считывания).
Командоаппараты из универсальных блоков реализуются на базе логических элементов. Каждому такту последовательности работы в командоаппаратах этого типа соответствует универсальный блок, состоящий из элемента памяти и логических элементов. Последовательное соединение блоков позволяет строить
Рис. 8.3. Конечный выключитесьРис. 8.3. Конечный выключитеськомандоаппарат на любое число выходов. В качестве элементов памяти в командоаппаратах применяют триггеры с раздельными входами.
Рис. 8.3. Конечный выключитесь
Рис. 8.3. Конечный выключитесь
Функциональные схемы командоаппаратов из универсальных блоков приведены в гл. 10, с. 286, а реализация памяти на элементах УСЭППА — с. 297.
Пневматические конечные выключатели обеспечивают контроль положения исполнительного механизма или рабочего органа машины и выдают командный сигнал по достижении ими заданного положения.
На рис. 8.3 представлена конструкция одного из выключателей, входящих в систему элементов СКВ Газприборавтоматика. Выключатель состоит из корпуса /, клапана 2, пружин 3, 4 и 10, штока 5, подвижного узла 9, секций 6, 7 и 8. В подвижной узел входят
Рис. 8.4. Датчики температуры (а) и уровня жидкости (6)Рис. 8.4. Датчики температуры (а) и уровня жидкости (6)две мембраны, соединенные жестким центром, имеющим канал, и защемленные
Рис. 8.4. Датчики температуры (а) и уровня жидкости (6)
Рис. 8.4. Датчики температуры (а) и уровня жидкости (6)
между секциями.
При подаче сжатого воздуха в камеру Л на выходе сигнал отсутствует. Механическое воздействие на шток 5 перемещает через пружину 4 подвижной узел, который открывает клапан 2. На выходе (камера 5) появляется сигнал. При снятии механического воздействия на шток подвижной узел возвращается в исходное положение и выход сообщается с атмосферой. При подаче сжатого воздуха в камеру В воздух через канал в подвижном узле поступает в камеру Б и к выходу. Воздействие на шток приводит к перемещению мембранного узла и соединению выхода с атмосферой. При снятии механического воздействия на шток на выходе снова появляется сигнал. Пружина 4 обеспечивает дополнительный ход штока 5, вследствие чего значительно снижаются требования к точности положения подвижного элемента, воздействующего на шток 5.
Датчики и преобразователи. Вддискретных системах управления величины параметров управляемого процесса контролируют с помощью датчиков, которые преобразуют входной изменяющийся параметр (давление, температуру, уровень жидкости и т. п.) в пневматический сигнал при достижении заданного значения параметра. В качестве чувствительного элемента в датчиках используют мембраны и сильфоны, нагруженные пружиной, а выходной элемент датчика обычно строят на базе конечных выключателей, на которые воздействует чувствительный элемент.
Датчик температуры типа РТП-1 (рис. 8.4, а) предназначен для выдачи командного сигнала при достижении заданной температуры в контролируемой среде. Принцип действия датчика основан на зависимости изменения давления
наполнителя, заключенного в термобаллоне 4, от изменения температуры контролируемой среды. Давление в термобаллоне, дей
ствующее на сильфон 3, уравновешивается пружиной 2. При изменении температуры давление в термобаллоне также изменяется, что приводит к нарушению равновесия, и шток сильфона 3, действуя на нажимной элемент переключателя /, замыкает или размыкает пневматический контакт датчика, который подает сигнал на управление пневмореле. Датчик температуры настраивают регулированием Усилия пружины 2.
Рис. 8.5. Электропиевмопре- образовательРис. 8.5. Электропиевмопре- образовательДатчики уровня жидкости по принципу действия аналогичны датчикам давления мембранного типа. Принцип действия их заключается в следующем. При превышении заданного контролируемого уровня жидкости в баке 3 (рис. 8.4, б) резинотканевая мембрана 2 прижимается к соплу /, что приводит к возрастанию давления в канале А и появлению пневматического сигнала на выходе, который затем усиливается и подается в систему.
Рис. 8.5. Электропиевмопре- образователь
Рис. 8.5. Электропиевмопре- образователь
При понижении уровня жидкости мембрана отделяется от седла и канал питания сообщается с атмосферой, при этом пневматический сигнал на выходе исчезает. Обычно датчики уровня изготовляют с возможностью настройки на срабатывание при повышении или понижении контролируемого уровня жидкости.
Преобразование сигналов одного вида энергии в другой выполняется с помощью различного вида преобразователей, например электропневмопреобразова- телей. В корпусе 1 электропневмопреобразователя, входящего в УСЭППА (рис. 8.5) расположен клапан 2, соединенный с якорем 6. В корпусе 1 и крышке 4 выполнены седла, которые перекрываются клапаном 2. В исходном положении, когда катушка электромагнита обесточена, клапан 2 пружиной 3 прижат к седлу корпуса 1 и сжатый воздух, подводимый к каналу в крышке 4, проходит в выходной канал А. При подаче напряжения на электромагнит 5 якорь 6 перемещает клапан до упора в седло крышки 4. Выходной канал А при этом через зазор между корпусом / и штоком клапана сообщается с атмосферой.
УСТРОЙСТВА ЦЕНТРАЛЬНОЙ ЧАСТИ
Основным элементом дискретной части УСЭППА является трехмембранное реле, предназначенное для выполнения логических и счетных операций с дискретными сигналами.
Пневмореле типа П1Р.1 (рис. 8.6, а) и П1Р.З (рис. 8.6, б) состоит из двух частей 1 и 5 корпуса, двух промежуточных секций 2 и 3 и мембранного узла 4, состоящего из трех мембран, соединенных с помощью жесткого центра. Торцы жесткого центра и сопла в корпусах 1 и' 5 образуют два пневматических контакта типа сопло—заслонка. Реле П1Р.З отличается от реле П1Р.1 наличием пружины 6, удерживающей мембранный блок в определенном положении, и поэтому носит название «реле с фиксированным нулем». Мембранный блок реле П1Р.1 при отсутствии командных сигналов находится в неопределенном положении, отчего реле носит название «реле с неопределенным нулем».
Сигналы команды в виде воздуха под давлением подаются в камеры А и Б реле П1Р.1 (см. рис. 8.6, а). Обычно один из сигналов поддерживается постоянным (давление подпора), а другой принимает одно из двух дискретных значений О или 1, соответствующих избыточному давлению 0 или 0,14 МПа. При подаче командного сигнала в камеру А или Б мембранный блок под действием результирующего усилия от давления подпора в одной камере и давления воздуха в другой перемещается вверх или вниз, открывая один контакт и закрывая другой.
Значение давления подпора выбирают в зависимости от условий работы: если под действием подпора пневматический контакт должен быть закрыт, то
Рис. 8.6. Пиевмореле П1Р.1 (о) и П1РС3 (б)1194Рис. 8.6. Пиевмореле П1Р.1 (о) и П1РС3 (б)1194
Рис. 8.6. Пиевмореле П1Р.1 (о) и П1РС3 (б)1
194
Рис. 8.6. Пиевмореле П1Р.1 (о) и П1РС3 (б)1
194
Рис. 8.7. Логический элемент ИРис. 8.7. Логический элемент ИРис. 8.8. Логический элемент ИЛИРис. 8.8. Логический элемент ИЛИ
Рис. 8.7. Логический элемент И
Рис. 8.7. Логический элемент И
Рис. 8.8. Логический элемент ИЛИ
Рис. 8.8. Логический элемент ИЛИ
подпор устанавливают равным 0,6рПит> а если открыт-— 0,ЗрПит- В реле ГПР.З (см. рис. 8.6, б) одновременно могут подаваться два командных сигнала, так как давление подпора в нем не требуется (роль подпора выполняет пружина).Схемы реализации основных логических функций с помощью реле П1Р.1 и П1Р.З приведены в п. 5, гл. 10.
Логический элемент (рис. 8.7) предназначен для реализации функции «конъюнкция» (И) двух переменных. Элемент состоит из корпуса 1, двух одинаковых резиновых дисков 2 и 6, штока 3 и пробок 4 и 5. При подаче сигнала в камеру А резиновый диск перемещается вправо перекрывая выход воздуха в^ канал Б, и одновременно шток 3 перемещает диск 6. Сжатый воздух, подаваемый в камеру В по зазору между корпусом и диском, поступает в выходную камеру Б. Аналогично работает элемент при подаче сжатого воздуха в камеру В, а затем в камеру А. Таким образом, выходной сигнал имеется лишь при наличии двух вход
ных СИГНаЛОВ. ^rzr?
Клапан перекидной (логический элемент ИЛИ) системы элементов СКЬ Газприборавтоматика, предназначенный для реализации логической функции ИЛИ, показан на рис. 8.8. Клапан состоит из корпуса 2, мембранного узла 3 и крышек 1 и 4. При подаче входного сигнала в камеру А или Б мембранный узел перемещается вверх или вниз и уплотнениями на тарелках жесткого центра перекрывает одно из сопел в корпусе 2. Через второе сопло сжатый воздух поступает на выход клапана. При одновременной подаче двух входных сигналов мембранный блок находится в неопределенном положении, и на выход проходит один входной сигнал или оба одновременно.
На рис. 8.9 приведена конструкция обратного клапана, состоящего из двух частей 1 и 4 корпуса, мембранного узла 3 и пружины 2.
Рис. 8.9. Обратный клапанРис. 8.9. Обратный клапанПри наличии сжатого воздуха на входе мембранный узел преодолевает усилие пружины, и воздух из камеры А через канал в мембранном узле проходит в камеру Б. При подводе сжатого воздуха в обратном направлении, т. е. в камеру Б, клапан мембранного узла плотно прижимается к уплотнению в корпусе 4> перекрывая проход воздуха в камеру А.
Рис. 8.9. Обратный клапан
Рис. 8.9. Обратный клапан
ЭЛЕМЕНТЫ УСЭППА
НЕПРЕРЫВНО-ДИСКРЕТНОГО ДЕЙСТВИЯ
Элементы этой группы предназначены для непрерывно-дискретных преобразований, алгебраических и временных операций и ряда других операций. Группа элементов непрерывно-дискретного действия состоит из двух- и четырехвхо-
Рис. 8.10. Элемент типа П2ЭС.1:
а — конструкция; б, в — схема включения в режимах сравнения и повторителя
тель П2П. 1 предназначен для выдачитель П2П. 1 предназначен для выдачимало-мало-Рис. 8.11. Схема четырехвходового усилителя типа П2ЭС.ЗРис. 8.11. Схема четырехвходового усилителя типа П2ЭС.З
тель П2П. 1 предназначен для выдачи
тель П2П. 1 предназначен для выдачи
мало-
мало-
Рис. 8.11. Схема четырехвходового усилителя типа П2ЭС.З
Рис. 8.11. Схема четырехвходового усилителя типа П2ЭС.З
довых усилителей (элементов сравнения), работающих в режиме сравнения двух и более величии, повторителей, пиевмосопротивлеиий (пиевмодросселей) и пневмоемкости.
Усилители. На рис. 8.10, а приведена конструкция усилителя, обеспечивающего сравнение двух непрерывных сигналов и получение на выходе дискретного сигнала при рассогласовании сравниваемых давлений. Элемент состоит из двух частей 3 и 7 корпуса, крышек 1 и 9, секций 5 и 6, мембранного узла 4. Мембранный узел собран нз трех резинотканевых мембран, связанных с жестким центром, он имеет полированные торцы, которые вместе со втулками 2 и 8 образуют две пары контактов типа сопло — заслонка. Положение сопел регулируют винтами 10 и 11, что обеспечивает высокую точность настройки.
По схеме сравнения давлений (рис. 8.10, б) сжатый воздух из сети поступает в камеру А, а камера Г сообщается с атмосферой. Если давление в камере Б превысит давление в камере В, то на выходе появится сигнал. Камеры А и Г имеют внешнюю связь. Усилитель может быть включен также в режиме повторителя (рис. 8.10, в).
На рис. 8.11 показана схема четырехвходового усилителя, обеспечивающего сравнение четырех непрерывных сигналов pj, р2, Рз и р4.
Повторители. Набор повторителей УСЭППА состоит из двух маломощных и двух мощных (низкой и высокой точности) повторителей. Маломощный повтори-
TO»t поп 1 - -
мощного сигнала, равного по давлению входному сигналу. Повторитель П2П.1 (рис. 8.12, а) состоит из корпуса 1, мембраны 2 (служащей заслонкой), выпускного сопла 3, сообщающегося с атмосферой, и крышки 4. Схема включения повторителя показана на рис. 8.12, б. Входной сигнал поступает в камеру Л. При подаче в камеру Б через постоянный дроссель (конструктивно не входящий в П2П.1) сжатого воздуха в ней устанавливается давление, равное давлению в камере А.
При изменении входного давления равновесие мембраны нарушается, и она устанавливается в новое положение равновесия, а избыток сжатого воздуха через
Рис. 8.12. Повторитель типа П2П.1: й конструкция; б — схема включенияРис. 8.12. Повторитель типа П2П.1: й конструкция; б — схема включениязазор в паре сопло — заслонка сбрасывается в атмосферу. Мощный повторитель-усилитель П2П.7 предназначен для усиления сигнала по мощности с коэффициентом усиления по давлению, равным единице. Корпус повторителя П2П.7 (рис. 8.13) состоит из четырех частей 1, 2, 3 и 4, между которыми защемлены две гибкие мембраны 9 и мембрана с жестким’центром 8. В части 1 корпуса смонтирован клапан шарикового типа, состоящий из седла 6, шарика 7 и пружины 5. Сжатый воздух подается в камеру Е и через постоянный дроссель поступает в камеру Г, управляющую набором выходного давления. Под действием давления на входе в камеру В мембраны 9 раздвигаются, перекрывая сопла в частях 2 и 4 корпуса. При этом давление в камере Г повышается, шариковый клапан открывается и на выходе появляется сигнал. При повышении давления на выходе верхняя мембрана 9 отжимается от сопла, открывая выход в атмосферу, и давление на выходе падает. Камера А сообщается с атмосферой, а камеры В и Д обра
Рис. 8.12. Повторитель типа П2П.1: й конструкция; б — схема включения
Рис. 8.12. Повторитель типа П2П.1: й конструкция; б — схема включения
зуют проточную междроссельную камеру.
Дроссели (сопротивления). На рис. 8.14, а приведена конструктивная схема постоянного дросселя, который состоит из корпуса 2 и винта 1 с капилляром 3. Корпус и винт уплотнены резиновым кольцом 4. Дроссель снабжен фильтром тонкой очистки 5 для защиты капилляра от засорения.
На рис. 8.14, б показан регулируемый дроссель. Сжатый воздух поступает в подмембраниую камеру и через регулируемый конический дроссель, состоящий из иглы 3 и втулки 2, проходит в систему. Зазор (т. е. сопротивление) между иглой 3 и втулкой 2 регулируют винтом 1. При ввиичиваиин винта зазор умеиы
умеиь-умеиь-Рис. 8.13. Повторитель-усилитель мощ-Рис. 8.13. Повторитель-усилитель мощ-мости типа П2П.7мости типа П2П.7Рис. 8.14. Дроссели: постоянный (а) и регулируемый (б)
умеиь-
умеиь-
Рис. 8.13. Повторитель-усилитель мощ-
Рис. 8.13. Повторитель-усилитель мощ-
мости типа П2П.7
мости типа П2П.7
сум-сум-алгебраических операций иа элементах УСЭППАалгебраических операций иа элементах УСЭППАСхема включенияСхема включенияРеализуемая формулаРеализуемая формулар = Р1 — р2 Ч" Рзр = Р1 — р2 Ч" Рз—-4-—-4-РчРЛ РзРчРЛ РзPi + Р» р~2фр—Повторение давления и усиление расхода и мощностиР=Р1Д>-РерPi + Р» р~2фр—Повторение давления и усиление расхода и мощностиР=Р1Д>-Рер= к; к= к; к- к; к- к; кРг^ Рз^Рг^ Рз^Умножение на постоянный коэффициент: на двухвходовом усилителе с сумматором на дросселях к > 1на четырехвходо- вом усилителе сумматором на дросселяхУмножение на постоянный коэффициент: на двухвходовом усилителе с сумматором на дросселях к > 1на четырехвходо- вом усилителе сумматором на дросселяхА■т-р3TJА■т-р3TJПриме1а н и е.h — коэффициентусиления;а,|3 — проводимостьдросселя.——-Приме1а н и е.h — коэффициентусиления;а,|3 — проводимостьдросселя.——-^Ч7 = к’ к^Ч7 = к’ к
сум-
сум-
алгебраических операций иа элементах УСЭППА
алгебраических операций иа элементах УСЭППА
Схема включения
Схема включения
Реализуемая формула
Реализуемая формула
р = Р1 — р2 Ч" Рз
р = Р1 — р2 Ч" Рз
—-4-
—-4-
Рч
РЛ Рз
Рч
РЛ Рз
Pi + Р» р~2
ф
р
—
Повторение давления и усиление расхода и мощности
Р=Р1
Д>-
Ре
р
Pi + Р» р~2
ф
р
—
Повторение давления и усиление расхода и мощности
Р=Р1
Д>-
Ре
р
= к; к
= к; к
- к; к
- к; к
Рг^ Рз^
Рг^ Рз^
Умножение на постоянный коэффициент: на двухвходовом усилителе с сумматором на дросселях к > 1
на четырехвходо- вом усилителе сумматором на дросселях
Умножение на постоянный коэффициент: на двухвходовом усилителе с сумматором на дросселях к > 1
на четырехвходо- вом усилителе сумматором на дросселях
А
■т-р
3
TJ
А
■т-р
3
TJ
Приме1
а н и е.
h — коэффициент
усиления;
а,
|3 — проводимость
дросселя.
——-
Приме1
а н и е.
h — коэффициент
усиления;
а,
|3 — проводимость
дросселя.
——-
^Ч7 = к’ к
^Ч7 = к’ к
Рис. 8.15. Пневмоемкость типа ПОЕ.50
шается (т. е. повышается сопротивление), при вывинчивании винта игла 3 под действием пружины 4 перемещается вверх, увеличивая зазор (т. е. уменьшая сопротивление).
Пневмоемкость типа ПОЕ.50. Пневмоемкость применяют в схемах автоматического управления для регулирования постоянных времени в дифференцирующих и интегрирующих приставках, инерционных звеньях и т. п. Пневмоемкость (рис. 8.15) представляет собой замкнутый объем, состоящий из двух стаканов, которые соединены между собой с помощью резьбы на клею. В торце одного из стаканов выполнены отверстия для крепления пневмоемкости и под
соединения ее к системе.
В табл. 8.1 приведены примеры реализации ряда алгебраических операций на элементах УСЭППА [2].
ВЫХОДНЫЕ УСТРОЙСТВА
Выходные устройства предназначены для управления исполнительными механизмами и выдачи сигнала о событиях, происходящих в системе управления. К выходным устройствам в УСЭППА относятся усилители, пневмоэлектропреобразователи, индикаторы давления и т. п.
Усилители. На рис. 8.16 приведена конструктивная схема усилителя типа УП-2 СКВ Газприборавтоматики, предназначенного для управления потоком газа высокого давления. Усилитель состоит из корпуса У с двумя седлами, клапана 2, пружины 5, мембранного узла 3 и крышки 4.
Сжатый воздух подводится в камеру А. При подаче управляющего сигнала в камеру Г клапан под действием усилия на мембранный узел 3 перемещается, открывая выход сжатому воздуху из камеры А в канал Б. Снятие командного сигнала приводит к возврату плапана 2 под действием пружины 5 в исходное положение. Выходная линия через камеру В сообщается с атмосферой.
Пневмоэлектропреобразователи. На рис. 8.17 показан пневмоэлектрический дискретный преобразователь П1ПР.4, входящий в УСЭППА, который состоит из корпуса 7, крышки 3, мембраны 6, микропереключателя /, смонтированного на кронштейне 2, и гайки 4. С помощью гайки регулируют натяжение пружины 5, определяющей давление, при котором срабатывает микропереключатель. При повышении давления мембрана, преодолевая сопротивление пружины, прогибается и толкателем переключает контакты микропереключателя, замыкая элек-
Табдица 8.1
Примеры выполнения
Операции
Алгебраическое мирование:
иа дросселях
иа дросселях с повторением
на мембранном четырехвходовом усилителе
) одновременно кнопку 3 возврата шторки нии шторки ее белые полосы совпадают с) одновременно кнопку 3 возврата шторки нии шторки ее белые полосы совпадают сРис. 8.20. Фильтр типа П0Ф.2Рис. 8.20. Фильтр типа П0Ф.2размеры,Элемент (тип)Техническая характеристикаммЕмкость постояннаяV = 50 см3, масса 140 г0 40, h — 60(ПОР. 50)Сопротивление:0 0,18 мм 122X9X21постоянное (П-1127)И П 3 мм Z = 1 1,5 ММ, 0 и,о ММ 1регулируемое со шка-масса 15 г*Шкала в относительных единицах; масса36 X 45 X 50лой (П2Д.1) регулируемоебез208 гМасса 70 г24X24X49шкалы (П2Д.2)30X30X 49Делитель (П2С. 1)Сопротивление постоянное и регулируемое без шкалы; масса 120 гДелитель Ш2С.2)Сопротивление постоянное и регулируемое со шкалой, оцифрованной в относительных36X45X50единицах, масса 225 гУсилитель: двухвходовой (П2ЭС.1)Наибольшая разность давления в момент срабатывания 5-Ю3 Па; гарантийное чи-40X 40X74ело срабатываний 200 000 в течение 18 мес,двухвходовоймасса 300 гНаибольшая разность давления в момент30X30X60грубый (ПЭС.2)срабатывания 2*108 Па; масса 100 г40X40X84четырехвходовойНаибольшая разность давления в момент(П2ЭС.З)срабатывания не более 1’10® Па, гарантийное число срабатываний 25 000 в тече-иие 18 мес, масса 340 гПовторитель:маломощный (П2П. 1)Класс точности 0,25; масса 40 г30X30X3430X30X51маломощный со сдви*Класс точности 1,0 при сдвиге ±17-10’ Па,гом (П2П.2) мощный грубыймасса 75 гОсновная погрешность не более 3%; мае-40X40X27(П2П.З)мощный точныйса 230 гПогрешность повторения сигнала ±0,5%40X40X34(П2П.7)отмаксимальный собственныйрасход воздуха 100 л/ч; масса 140 гПневмореле:универсальноеПетля гистерезиса (0,33 —0,14) */7пит; га-30X30X35(ГН Р. 1)рантийное число срабатываний 2 • 10е; мае-с пружиной (ГНР.З)са 60 гПетля гистерезиса (0,33 — 0,14) • РПИт, га-30X30X 41рантнйное число срабатываний 2 -10е; мае-без короткого замы*са 90 гГарантийное число срабатываний 10е, мае-30X30X40кания (РУ1ММ)са 100 г20Х20Х 16Элемент ИЛИ (КЗК.5)Масса 20 гПневмоклапан(ПЗК.1)Гарантийное число срабатываний 5-10е; масса 55 г30X30X3020 X 20X 44Пневмокнопка (П1 КН.З)Масса 60 гПневмотумблер (П1Т.2)Гарантийное число срабатываний 15 000, масса 45 г20 X 20X 60Пневмоэлектропреобразо- ватель (П1ПР.4)Ток постоянный (0,5 — 4) А; нагрузка омическая, номинальное напряжение 30 В; гарантийное число срабатываний 2-105;24X24X43масса 60 гЭлектропневмопраобразо-Рабочее напряжение 24+4 В постоянного40X 40X76ватель (П1ПР.5)тока; сопротивление катушки 220 Ом; гарантийное число срабатываний 2*105размеры,Элемент (тип)Техническая характеристикаммЕмкость постояннаяV = 50 см3, масса 140 г0 40, h — 60(ПОР. 50)Сопротивление:0 0,18 мм 122X9X21постоянное (П-1127)И П 3 мм Z = 1 1,5 ММ, 0 и,о ММ 1регулируемое со шка-масса 15 г*Шкала в относительных единицах; масса36 X 45 X 50лой (П2Д.1) регулируемоебез208 гМасса 70 г24X24X49шкалы (П2Д.2)30X30X 49Делитель (П2С. 1)Сопротивление постоянное и регулируемое без шкалы; масса 120 гДелитель Ш2С.2)Сопротивление постоянное и регулируемое со шкалой, оцифрованной в относительных36X45X50единицах, масса 225 гУсилитель: двухвходовой (П2ЭС.1)Наибольшая разность давления в момент срабатывания 5-Ю3 Па; гарантийное чи-40X 40X74ело срабатываний 200 000 в течение 18 мес,двухвходовоймасса 300 гНаибольшая разность давления в момент30X30X60грубый (ПЭС.2)срабатывания 2*108 Па; масса 100 г40X40X84четырехвходовойНаибольшая разность давления в момент(П2ЭС.З)срабатывания не более 1’10® Па, гарантийное число срабатываний 25 000 в тече-иие 18 мес, масса 340 гПовторитель:маломощный (П2П. 1)Класс точности 0,25; масса 40 г30X30X3430X30X51маломощный со сдви*Класс точности 1,0 при сдвиге ±17-10’ Па,гом (П2П.2) мощный грубыймасса 75 гОсновная погрешность не более 3%; мае-40X40X27(П2П.З)мощный точныйса 230 гПогрешность повторения сигнала ±0,5%40X40X34(П2П.7)отмаксимальный собственныйрасход воздуха 100 л/ч; масса 140 гПневмореле:универсальноеПетля гистерезиса (0,33 —0,14) */7пит; га-30X30X35(ГН Р. 1)рантийное число срабатываний 2 • 10е; мае-с пружиной (ГНР.З)са 60 гПетля гистерезиса (0,33 — 0,14) • РПИт, га-30X30X 41рантнйное число срабатываний 2 -10е; мае-без короткого замы*са 90 гГарантийное число срабатываний 10е, мае-30X30X40кания (РУ1ММ)са 100 г20Х20Х 16Элемент ИЛИ (КЗК.5)Масса 20 гПневмоклапан(ПЗК.1)Гарантийное число срабатываний 5-10е; масса 55 г30X30X3020 X 20X 44Пневмокнопка (П1 КН.З)Масса 60 гПневмотумблер (П1Т.2)Гарантийное число срабатываний 15 000, масса 45 г20 X 20X 60Пневмоэлектропреобразо- ватель (П1ПР.4)Ток постоянный (0,5 — 4) А; нагрузка омическая, номинальное напряжение 30 В; гарантийное число срабатываний 2-105;24X24X43масса 60 гЭлектропневмопраобразо-Рабочее напряжение 24+4 В постоянного40X 40X76ватель (П1ПР.5)тока; сопротивление катушки 220 Ом; гарантийное число срабатываний 2*105Таблица 3.2Таблица 3.2Техническая характеристика серийно выпускаемых элементов УСЭППАТехническая характеристика серийно выпускаемых элементов УСЭППА201201
) одновременно кнопку 3 возврата шторки нии шторки ее белые полосы совпадают с
) одновременно кнопку 3 возврата шторки нии шторки ее белые полосы совпадают с
Рис. 8.20. Фильтр типа П0Ф.2
Рис. 8.20. Фильтр типа П0Ф.2
размеры,
Элемент (тип)
Техническая характеристика
мм
Емкость постоянная
V = 50 см3, масса 140 г
0 40, h — 60
(ПОР. 50)
Сопротивление:
0 0,18 мм 1
22X9X21
постоянное (П-1127)
И П 3 мм Z = 1 1,5 ММ, 0 и,о ММ 1
регулируемое со шка-
масса 15 г*
Шкала в относительных единицах; масса
36 X 45 X 50
лой (П2Д.1) регулируемоебез
208 г
Масса 70 г
24X24X49
шкалы (П2Д.2)
30X30X 49
Делитель (П2С. 1)
Сопротивление постоянное и регулируемое без шкалы; масса 120 г
Делитель Ш2С.2)
Сопротивление постоянное и регулируемое со шкалой, оцифрованной в относительных
36X45X50
единицах, масса 225 г
Усилитель: двухвходовой (П2ЭС.1)
Наибольшая разность давления в момент срабатывания 5-Ю3 Па; гарантийное чи-
40X 40X74
ело срабатываний 200 000 в течение 18 мес,
двухвходовой
масса 300 г
Наибольшая разность давления в момент
30X30X60
грубый (ПЭС.2)
срабатывания 2*108 Па; масса 100 г
40X40X84
четырехвходовой
Наибольшая разность давления в момент
(П2ЭС.З)
срабатывания не более 1’10® Па, гарантийное число срабатываний 25 000 в тече-
иие 18 мес, масса 340 г
Повторитель:
маломощный (П2П. 1)
Класс точности 0,25; масса 40 г
30X30X34
30X30X51
маломощный со сдви*
Класс точности 1,0 при сдвиге ±17-10’ Па,
гом (П2П.2) мощный грубый
масса 75 г
Основная погрешность не более 3%; мае-
40X40X27
(П2П.З)
мощный точный
са 230 г
Погрешность повторения сигнала ±0,5%
40X40X34
(П2П.7)
отмаксимальный собственный
расход воздуха 100 л/ч; масса 140 г
Пневмореле:
универсальное
Петля гистерезиса (0,33 —0,14) */7пит; га-
30X30X35
(ГН Р. 1)
рантийное число срабатываний 2 • 10е; мае-
с пружиной (ГНР.З)
са 60 г
Петля гистерезиса (0,33 — 0,14) • РПИт, га-
30X30X 41
рантнйное число срабатываний 2 -10е; мае-
без короткого замы*
са 90 г
Гарантийное число срабатываний 10е, мае-
30X30X40
кания (РУ1ММ)
са 100 г
20Х20Х 16
Элемент ИЛИ (КЗК.5)
Масса 20 г
Пневмоклапан(ПЗК.1)
Гарантийное число срабатываний 5-10е; масса 55 г
30X30X30
20 X 20X 44
Пневмокнопка (П1 КН.З)
Масса 60 г
Пневмотумблер (П1Т.2)
Гарантийное число срабатываний 15 000, масса 45 г
20 X 20X 60
Пневмоэлектропреобразо- ватель (П1ПР.4)
Ток постоянный (0,5 — 4) А; нагрузка омическая, номинальное напряжение 30 В; гарантийное число срабатываний 2-105;
24X24X43
масса 60 г
Электропневмопраобразо-
Рабочее напряжение 24+4 В постоянного
40X 40X76
ватель (П1ПР.5)
тока; сопротивление катушки 220 Ом; гарантийное число срабатываний 2*105
размеры,
Элемент (тип)
Техническая характеристика
мм
Емкость постоянная
V = 50 см3, масса 140 г
0 40, h — 60
(ПОР. 50)
Сопротивление:
0 0,18 мм 1
22X9X21
постоянное (П-1127)
И П 3 мм Z = 1 1,5 ММ, 0 и,о ММ 1
регулируемое со шка-
масса 15 г*
Шкала в относительных единицах; масса
36 X 45 X 50
лой (П2Д.1) регулируемоебез
208 г
Масса 70 г
24X24X49
шкалы (П2Д.2)
30X30X 49
Делитель (П2С. 1)
Сопротивление постоянное и регулируемое без шкалы; масса 120 г
Делитель Ш2С.2)
Сопротивление постоянное и регулируемое со шкалой, оцифрованной в относительных
36X45X50
единицах, масса 225 г
Усилитель: двухвходовой (П2ЭС.1)
Наибольшая разность давления в момент срабатывания 5-Ю3 Па; гарантийное чи-
40X 40X74
ело срабатываний 200 000 в течение 18 мес,
двухвходовой
масса 300 г
Наибольшая разность давления в момент
30X30X60
грубый (ПЭС.2)
срабатывания 2*108 Па; масса 100 г
40X40X84
четырехвходовой
Наибольшая разность давления в момент
(П2ЭС.З)
срабатывания не более 1’10® Па, гарантийное число срабатываний 25 000 в тече-
иие 18 мес, масса 340 г
Повторитель:
маломощный (П2П. 1)
Класс точности 0,25; масса 40 г
30X30X34
30X30X51
маломощный со сдви*
Класс точности 1,0 при сдвиге ±17-10’ Па,
гом (П2П.2) мощный грубый
масса 75 г
Основная погрешность не более 3%; мае-
40X40X27
(П2П.З)
мощный точный
са 230 г
Погрешность повторения сигнала ±0,5%
40X40X34
(П2П.7)
отмаксимальный собственный
расход воздуха 100 л/ч; масса 140 г
Пневмореле:
универсальное
Петля гистерезиса (0,33 —0,14) */7пит; га-
30X30X35
(ГН Р. 1)
рантийное число срабатываний 2 • 10е; мае-
с пружиной (ГНР.З)
са 60 г
Петля гистерезиса (0,33 — 0,14) • РПИт, га-
30X30X 41
рантнйное число срабатываний 2 -10е; мае-
без короткого замы*
са 90 г
Гарантийное число срабатываний 10е, мае-
30X30X40
кания (РУ1ММ)
са 100 г
20Х20Х 16
Элемент ИЛИ (КЗК.5)
Масса 20 г
Пневмоклапан(ПЗК.1)
Гарантийное число срабатываний 5-10е; масса 55 г
30X30X30
20 X 20X 44
Пневмокнопка (П1 КН.З)
Масса 60 г
Пневмотумблер (П1Т.2)
Гарантийное число срабатываний 15 000, масса 45 г
20 X 20X 60
Пневмоэлектропреобразо- ватель (П1ПР.4)
Ток постоянный (0,5 — 4) А; нагрузка омическая, номинальное напряжение 30 В; гарантийное число срабатываний 2-105;
24X24X43
масса 60 г
Электропневмопраобразо-
Рабочее напряжение 24+4 В постоянного
40X 40X76
ватель (П1ПР.5)
тока; сопротивление катушки 220 Ом; гарантийное число срабатываний 2*105
Таблица 3.2
Таблица 3.2
Техническая характеристика серийно выпускаемых элементов УСЭППА
Техническая характеристика серийно выпускаемых элементов УСЭППА
201
201
Рис. 8.18. Реле указательное с запоминанием положения типа РУЗ-1
трическую цепь. При понижении давления мембрана под действием пружины возвращается в исходное положение и контакты микропереключателя размыкают электрическую цепь.
Индикаторы давления. Индикатор ИП-1, входящий в УСЭППА, описан в гл. 3. Реле указательное с запоминанием положения СКВ Газприборавто- матика (рис. 8.18) состоит из корпуса 10, ползуна 9, кнопки 3, мембранного узла 8 со штоком, пружин 7 и 4, шторки 2, экрана 1, фигурной пружинной скобы 5 и крышки 6. При подаче сжатого воздуха на вход реле мембранный узел 8 перемещается, вызывая выход головки штока из расширения паза ползуна. Под действием пружины 4 ползун перемещается вместе со шторкой 2 вверх, выталкивая в исходное положение. При перемеще- прорезями на экране. На лицевой сто
роне реле появляются чередующиеся черные и белые полосы, сигнализируя о наличии давления. После снятия командного сигнала ползун удерживается в том
же положении — сигнал «запоминается». Для приведения реле в исходное положение следует нажать на кнопку 3. Тогда мембранный узел под действием возвратной пружины вернется в исходное положение, а головка штока войдет в прорезь на ползуне 9, удерживая экран во взведенном положении. Реле крепят на щите фигурной пружинной скобой 5.
ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА
К вспомогательным устройствам в УСЭППА относятся задатчики и фильтры.
Задатчики. Устройства этого типа предназначены для создания стабильного давления, подаваемого в глухие камеры приборов. На рис. 8.19 приведена конструкция маломощного задатчика, который состоит из корпуса 6, крышки 2, мембранного узла 5, пружины 4, винта регулирования 1 и ползуна 3. Заданное давление устанавливают винтом 1, при вращении которого изменяется натяжение пружины 4. Мембранный узел устанавливается в положение равновесия при выходном давлении, пропорциональном силе сжатия пружины. Для подачи сигнала на значительное расстояние (до 150 м) в УСЭППА рекомендуется исполь-' зовать мощный задатчик П23Д.4.
Рис. 8.19. Задатчик маломощный типа П23Д.З
200
Продолжение табл. 8.2
Элемент (тнп)
Техническая характеристика
Размеры, мм
Задатчик: маломощный (П23Д.З)
мощный(П23Д.4)
Фильтр (П0Ф.2)
Вентиль (П0В.1)
Индикатор (ИП.1)
Погрешность настройки не более ±0,5% максимального выходного давления; масса 70 г
Погрешность ±0,5%; задатчик обеспечивает передачу сигнала на 150 м при диаметре трассы 4 мм; масса 200 г
Масса 37 г
Масса 40 г
30X30 X 46
40X 40 X 117
24X20 ХЗО
24X24 X 46
0 24, Л = 26
Примечание. Питание элементов — сжатый воздух р = 1,4• 10® Па (±10 %). Элементы работают при температуре окружающей среды, изменяющейся от +10 до 4-50 °C, и относительной влажности до 80 %. Элементы предназначены для стыкового монтажа и имеют унифицированный ключ. В элементах непрерывного действия применяют резинотканевые мембраны толщиной б = — 0,2 мм. релейного действия — 6 = 0,3 мм. Диаметр подводящих каналов у большинства элементов 2 мм.
Прибор
Пределы измерения, настройка
Расход воздуха, л/мин
Позиционный регмлятор (ПР1 5)
Порог чувствительности 0,2-10® Па
3,0
То же, с настраиваемой зоной чувствительности (ПР1.6)
Зона возврата (0,054-0,8) 10® Па
4,2 ■
Пропорциональный регулятор (ПР2.5)
Пределы пропорциональности 5 < 6 < < 3000 %, Кр = 100/6, 0,03 < Кр < 20
3,6
Пропорцнонально-инте- гральный регулятор (ПР3.21, ПР3.22)
Пределы пропорциональности 5 < 6 < < 3000 %
Время интегрирования Т^ =
— 0,054-100 мин
4,0; 5,0
Пропорционально-интегральный регулятор соотношения (ПР3.23, IIP3.24)
Предел пропорциональности 5 < 6 < < 3000 %
Время интегрирования ТИ =
— 0,054-100 мин
Коэффициент соотношения от 1 : 1 до
1 : 10
Время предварения 7'пр = 0,054-10 мин
4,0; 5,0
Прибор прямого предварения (ИФ2.1)’
2,0
Прибор обратного предварения (ПФ3.1)
Время предварения TQ пр = 0,05-гЮ мин
1,8
Пропорционально-интеграл ьно-дифференциальный регулятор IIP3.25
Пределы пропорциональности 5 < 6 < < 3000 %. Время интегрирования ТИ = = 0,5—100 мин. Время предварения ТГ1р = 0,054-10 мин
5,0
Пропорциональный регулятор с линейной стати- (ПР^З) хаРактеРНСТнК0Й
Предел пропорциональности 2 < 6 < < 100 % н 100 % < 6 < 3000 %. Нелинейность статических характеристик ±1 % при 6 = 100 % и ±3 % при других значениях 6; 0,03 < X < 50
7,0
Пропорционально-интегральный регулятор с линейной статической характеристикой (ПР3.31)
Предел пропорциональности 2 < 6 < <100 % и 100 % <6 < 3000 %. Время интегрирования ТИ = 0,054-100 мин. Нелинейность статических характеристик — 1 % при 6 = 100 % и ±3 % при других значениях 6
7,0
Техническая характеристика приборов системы СТАРТ
Таблица 8.3
202
Продолжение табл. 8.3
Прибор
Пределы измерения, настройка
Расход воздуха, л/мин
Автоматический оптимизатор с запоминанием максимума (АРС-2-0).
Автоматический шаговый оптимизатор (АРС-2-ОИ)
Автоматический шаговый оптимизатор с недоходом до максимума (минимума) (АРС-1-ОН)
Прибор простейших алгебраических операций (ПФ1.1)
Прибор селектирования (ПФ4/5.1) lipибор ограничения (ПП11.1)
Прибор умножения на постоянный коэффициент (ПФ1.9)
Прибор извлечения квадратного корня ПФ1.17
Усилитель ( ПП1.5)
Интегрирующий прибор (ПВ9.4П)
Многоточечные обегающие устройства с ускорителем приема сигнала (УМО-8, УМО-16, БП-8) Пневматическая релейная управляющая машина РУМП
Показывающийприбор
(ПВ1.3, ПВ2.2)
Показывающий прибор с датчиком (ПВ2.3) То же, со станцией управления (ПВ3.2) Прибор контроля:
ПВ4.2П (Э)
ПВ4.3П (Э)
То же со станцией управления (ПВЮ.Ш(Э)
Зона нечувствительности 6 = 1,5-1034~ 4-6 ■ 103 Па. Время задержки импульса реверса 1 с — 30 мнн; скорость поиска 2 - 103—6- 104 Па/мии
Зона нечувствительности 6 = 1,5-103— 6-Ю3 Па. Диапазон длительности импульсов 1—60 мин; диапазон длительности сравнения 5—60 с. Приращение выходного давления за один шаг 2 • 103 —15 ■ 103 Па Зона нечувствительности 61 = 1,5-Ю3 — 6-103 Па; зона нечувствительности 62 = — 1-Ю3—6-103 Па. Диапазон длительности импульсов 1—60 мин; диапазон длительности периода сравнения 10 — 60 с. Приращение давления за один шаг 2 ■ 103 — 15-Ю3 Па
Производная постоянная ±(0 —10®) Па
Ограничения по максимуму (0,5—1,0) X X 10® Па; ограничения по минимуму (0,7 —0,2)-10® Па _ Коэффициент усиления К 0,2 — 0,95; 1,05 — 5,0
Диапазон входных сигналов (0,3—1) X X 10® Па; 0,3-Ю® < Pt < 0,9-10® Па; 0,2-10® ^ р2 < 1,0-10® Па
Время шага импульса от 30 до 300 с
Число тактов 12; число рабочих каналов в такте 1 — 12: продолжительность тактов от 10 — 12 с до 2 ч
Зона чувствительности сигнального устройства (0,04 — 0,8) 10® Па
8,0
10
15
"3,6
5,0
3,6
9,0
3,6
1,8
7,2
5 (10)4-2
65
2,4
6.0
3,0
4.2
4.0 (2,0)
4.2 (2,4)
6,0 (4.0)
Примечание. Приборы питаются сжатым воздухом давлением 1,4-10® Па ±10 %. Непрерывным сигналам соответствует давление, изменяющееся в диапазоне 2-104 —1-10® Па. Дискретным двоичным сигналам со значениями 0 н 1 соответствуют два уровня давления 0 н Рпнт. Приборы работают при температуре окружающей среды, изменяющейся от 4-5 до 4-50 °C, и относительной влажности до 80 %. Привод диаграммы вторичных приборов от синхронного двигателя СД, напряжение 127/220 В. Скорость движения диаграммы 20 мм/ч. Вторичные приборы выпускают в прямоугольном корпусе с размером по фасаду7 160x 200 мм. Погрешность всех приборов (кроме ПР1.6 и ПП1.5, для которых погрешность ±1,5%) составляет ±1 % при / — 20±5 °C.
203
Фильтры. В УСЭППА фильтры обеспечивают очистку сжатого воздуха иа отдельных линиях пневматической системы. На рис. 8.20 показан фильтр П0Ф.2, который состоит из, корпуса 2, сменных войлочных дисков 3 и винта 1. Сжатый воздух, подаваемый к входному штуцеру, проходит через войлочные диски 3, очищается от загрязнений и поступает к выходному штуцеру. К недостаткам указанного фильтра следует отнести низкую эффективность и пылеемкость, а также значительное сопротивление.
В комплект монтажных деталей УСЭППА входят различные типы штуцеров, соединительных трубок, заглушек, прокладок и уплотнительных колец. Технические характеристики серийно выпускаемых элементов УСЭППА и типовых приборов системы СТАРТ приведены в табл. 8.2 и 8.3 [5].
Подробные сведения об устройстве УСЭППА, схемах типовых узлов, приборов и систем пневмоавтоматики, а также о современных методах построения различных систем управления в промышленности на базе устройств среднего уровня давления можно найти в работах [1—4].
АГРЕГАТНО-МОДУЛЬНАЯ СИСТЕМА СРЕДСТВ
ЦИКЛИЧЕСКОЙ АВТОМАТИКИ ЦИКЛ
Система ЦИКЛ разработана институтом проблем управления (автоматики и телемеханики) и заводом «Тизприбор». Аппаратурно-элементная база системы ЦИКЛ состоит из логических струйных модулей, работающих в пассивном режиме, и из активных мембранных элементов (усилителей), которые служат для повышения уровня сигналов.
Входные сигналы логических ячеек имеют стандартный уровень давления — 0 либо (1,4+ 0,2) 10э Па. Так как для уменьшения расхода воздуха давление в самих струйных элементах существенно ниже стандартного уровня, то на входах в ячейки для понижения давления устанавливают нормализующие пневмосопротивления. Уровень выходных сигналов струйных модулей должен быть не ниже 3000 Па. Эти сигналы усиливаются по давлению (до стандартного уровня) и по мощности.
Набор пассивных логических элементов и принципиальные схемы усилителей мощности и давления, применяемых в струйно-мембранной технике, приведены на рис. 8.21 [1]. Элемент, представленный на рис. 8.21, а, реализует логическую функцию И. На рис. 8.21, б приведен элемент, реализующий логическую функцию ЗАПРЕТ, а на рис. 8.21, в — функцию ИЛИ.
Рис. 8.21. Схемы струйных логических элементов и усилителей мощности и давления: а, б, в — элементы, реализующие функции И, ЗАПРЕТ, ИЛИ; г, д — усилители, работающие по схеме повторения и отрицанияРис. 8.21. Схемы струйных логических элементов и усилителей мощности и давления: а, б, в — элементы, реализующие функции И, ЗАПРЕТ, ИЛИ; г, д — усилители, работающие по схеме повторения и отрицанияг)г)
Рис. 8.21. Схемы струйных логических элементов и усилителей мощности и давления: а, б, в — элементы, реализующие функции И, ЗАПРЕТ, ИЛИ; г, д — усилители, работающие по схеме повторения и отрицания
Рис. 8.21. Схемы струйных логических элементов и усилителей мощности и давления: а, б, в — элементы, реализующие функции И, ЗАПРЕТ, ИЛИ; г, д — усилители, работающие по схеме повторения и отрицания
г)
г)
Представленный на рис. 8.21, г усилитель работает по схеме повторения. При подаче на вход 1 усилителя сигнала низкого давления, с выхода 2 снимается сигнал, усиленный по мощности и давлению. Давление питания, равное (1,4 ± ± 0,2) 105 Па, подается через входы 3 и 4 соответственно к первому и второму каскаду усилителя. При сообщении входа 1 усилителя с атмосферой, давление в проточной камере 5 из-за наличия сопротивления 6, близко к нулю. В этом случае жесткий центр 7 под действием давления сжатого воздуха и пружины 8 занимает верхнее положение, перекрывая сопло 9 и открывая сопло 10. При этом выход 2 сообщается с атмосферой. При подаче на вход 1 сигнала низкого давления мембрана 11 перемещается вниз и закрывает сопло 12. Давление в камере 5 возрастает, и жесткий центр- перемещается вниз, перекрывая сопло 10 и открывая сопло 9. На выход 2 поступает сигнал стандартного уровня давления.
Представленный на рис. 8.21, д усилитель, работающий по схеме отрицания, отличается расположением сопел на втором каскаде усиления (они расположены навстречу друг другу). При отсутствии давления на входе 1 жесткий центр 7 занимает верхнее положение и выход 2 сообщается с питанием через вход 4. Подача на вход сигнала низкого давления приводит к перемещению жесткого центра 7 вниз, что вызывает отсечение выхода от питания и сообщение его с атмосферой.
Система ЦИКЛ состоит из восьми функциональных блоков.
Блок командно-циклический предназначен для реализации циклических последовательностей, содержащих до восьми тактов. Более сложные схемы комплектуют из нескольких блоков.
Блок обегания предназначен для преобразования последовательности импульсов в восьмиразрядное число в унитарном коде. Разрядность увеличивается в результате последовательного или каскадного соединения нескольких блоков.
Блок матрица предназначен для записи, хранения и выдачи восьми чисел, каждое из которых содержит восемь двоичных разрядов.
Блок отсчета времени предназначен для реализации четырех временных задержек.
Блок дешифратор предназначен для преобразования четырехразрядного числа в двоичном коде в унитарный код.
Блок универсальной логики предназначен для реализации восьми логических функций различной сложности; комплектуется восемью типовыми струйными модулями в любом сочетании.
Блок усилителей предназначен для реализации 16 двухвходовых логических функций (ДА, НЕ, И, ЗАПРЕТ).
Блок усилителей вспомогательного назначения используют для усиления пневматических сигналов по мощности в 16 каналах. Возможно инвертирование сигнала по любому каналу.
К достоинствам системы ЦИКЛ необходимо отнести: относительно низкие требования к характеристикам струйных элементов; возможность применения стандартных датчиков, кнопок, тумблеров, аналоговой ветви УСЭППА и исполнительных механизмов, работающих на стандартном уровне пневмоавтоматики; возможность применения агрегатно-модульного принципа построения систем управления циклическими процессами из типовых модулей.
К недостаткам струйно-мембранной техники системы ЦИКЛ следует отнести: повышенный расход воздуха по сравнению с мембранной релейной техникой; низкое быстродействие по сравнению со струйной техникой и некоторую избыточность при построении ряда схем.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Агрегатное построение пневматических систем управления/ С. А. Юдицкий, А. А. Тагаевская, Т. К- Ефремова н др. М.: Энергия, 1973. 112 с.
Дмитриев В. Н., Градецкий В. Г. Основы пневмоавтоматики. М.: Машиностроение, 1973. 360 с.
Пневмоавтоматика. Под ред. А. А. Таля. М.: Наука, 1974. 241 с.
Построение дискретных управляющих устройств на базе аппаратуры ЦИКЛ/ Т. К- Берендс. Т. К. Ефремова, А. А. Тагаевская и др. М.: 1973. 101 с. (Ин-т проблем управления).
Элементы и схемы пневмоавтоматики/Т. К. Берендс, Т. К- Ефремова, А. А. Тагаевская, С. А. Юдицкий. М.Машиностроение, 1976. 246 с.
Глава 9Глава 9ЭЛЕМЕНТЫ И УСТРОЙСТВА
Глава 9
Глава 9
СТРУЙНОЙ ТЕХНИКИ
СТРУЙНЫЕ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ
В настоящее время во многих областях техники используют струйные системы управления (СУ). Появление струйной пневмоавтоматики, быстродействие элементов которой превышает быстродействие пневматических элементов с подвижными частями и электромагнитных релейных элементов, определило дальнейшее расширение областей применения элементов и устройств пневмоавтоматики.
Высокое быстродействие, надежность и малые размеры струйных элементов позволяют строить сложные комбинационные и цифровые устройства для управления станками, промышленными роботами и другими машинами.
Простота конструкции элементов, возможность изготовления их методом печатных плат из различных материалов, способность работы струйных СУ в условиях радиации, электромагнитных полей, вибрационных и ударных нагрузок, высоких и низких температур, а также в пожаро- и взрывоопасных условиях, отсутствие движущихся механических частей и возможность широкого выбора материалов для изготовления струйных элементов — все это приводит практически к неограниченному сроку службы струйных устройств и их широкому применению.
Для питания струйных элементов используют промышленную воду, минеральные масла, выхлопные газы двигателей. Однако наибольшее распространение получили пневматические струйные элементы, что связано с рядом преимуществ, получаемых при использовании воздуха в качестве рабочей среды.
В разработке п использовании струйных элементов и СУ в народном хозяйстве СССР достигнуты значительные успехи. Областями применения струйной автоматики являются машиностроение, энергетика, нефтехимия, горнорудная, деревообрабатывающая и легкая промышленности и другие отрасли народного хозяйства. Особенно высокий экономический эффект (по сравнению с электрш ческими и другими системами управления) обеспечивается при использовании струйных систем для управления машинами, работающими в пожаро- и взрывоопасных условиях и при наличии электромагнитных и радиационных полей.
В станкостроении струйные системы целесообразно применять для управления станками, промышленными роботами, в которых в большей степени используются пневматические и гидравлические исполнительные механизмы. В этом случае эффект достигается в результате упрощения обслуживания, сокращения простоев и увеличения надежности. Использование струйной автоматики целесообразно также в станках, прессах и промышленных роботах с напряженным циклом.
В США фирмы SPEEDFAM и BURDONS & OLIVER выпускают станки со струйными системами управления. В Италии струйные элементы фирмы IMPERIAL—RIV используют в автомобилестроительной промышленности, и в частности в системах контроля на ВАЗе в г. Тольятти. В Японии струйные СУ применяют в станкостроении, роботостроении, судостроении, рыболовстве и других областях.
Рис. 9.1. Принципы действия основных струйных элементовРис. 9.1. Принципы действия основных струйных элементов
Рис. 9.1. Принципы действия основных струйных элементов
Рис. 9.1. Принципы действия основных струйных элементов
Высокая надежность и низкая стоимость струйных логических элементов определяют их широкое использование для построения сложных управляющих устройств, содержащих сотни и тысячи логических элементов.
Ниже описан накопленный волжским филиалом ВНИИАШ значительный опыт по созданию и промышленному применению элементов и устройств струйной пневмоавтоматики, а также приведены данные о внешних и других устройствах струйной автоматики, разработанных ЭНИМСом, ВНИИГидроприводом
и другими организациями.
Принцип действия основных элементов систем управления. В элементах струйных СУ используются в основном следующие гидромеханические явления:
изменение сопротивления истечению потока из канала (на рис. 9.1, а показан элемент типа сопло-заслонка, у которого выходное давление рв увеличивается при уменьшении зазора s и уменьшается при увеличении зазора);
силовое воздействие рабочей среды (воздуха) на твердое тело, например на мембрану, поршень и др. (на рис. 9.1, б), сигнал рУПр, поступающий с выхода струйного логического элемента на вход усилителя мощности, воздействует иа верхнюю управляющую мембрану, заставляя ее прикрыть сопло; в результате давление в полости иад нижней (силовой) мембраной возрастает и обеспечивает переключение клапана усилителя; иа выход рв поступает сжатый воздух
высокого давления;
Рис. 9.2. Картина течений в рабочей камере струйных элементов
прерывание струи (этот способ используется в элементах типа сопло— приемный канал, в элементах с встречными потоками; в путевом струйном выключателе, схема которого приведена на рис. 9.1, в, выходной сигнал рв становится равным нулю, когда заслонка прерывает струю; в выключателе, приведенном на рис. 9.1, г, соударение встречных питающих потоков воздуха под давлением рп препятствует засорению выходных отверстий и паза выключателя твердыми частицами; когда заслонка опускается, соударение встречных потоков прекращается, давление рв на выходе выключателя понижается, в результате чего переключается присоединенный струйный логический элемент; при отводе заслонки в исходное положение давление рв повышается и элемент переключается в первоначальное состояние);
создание потоков в результате соударения истекающих струй и потоков (используется в струйных измерительных кольцевых датчиках (рис. 9.1,5) и элементах с несколькими соударяющимися под углом струями);
изменение режима течения среды (имеет место в акустических элементах и турбулентных усилителях; при отсутствии управляющего сигнала ру у турбу- летиого усилителя, приведенного на рис. 9.1, е, ламинарная струя под давлением питания рп обеспечивает на выходе сигнал рв, поступающий на вход струйного дискретного или аналогового элемента; при наличии управляющего сигнала ру ламинарная струя турбулизуется и сигнал рв становится равным нулю);
отклонение струи вследствие соударения струй (рис. 9,1, ж) и в результате притяжения струи к стейке (см. рис. 9.1,з, и).
Часто в одном и том же элементе струйной СУ используются несколько гидромеханических явлений. В путевом выключателе (рис. 9.1, к), например, используются эффекты соударения струй и прерывания струи твердым телом. Рабочий процесс струйных логических элементов системы «Волга» основан на эффектах соударения струй, притяжения струи к твердой стенке и внутренней обратной связи.
. Принципы действия струйных дискретных и аналоговых элементов «Волга». Картина течений в рабочей камере струйного дискретного элемента изображена на рис. 9.2, а. Силовая струя, вытекая из канала питания 3 в камеру элемента, ограниченную стенками 1 и 2, эжектирует среду из окружающего пространства, поэтому в зоне между силовой струей и стенками давление ниже атмосферного. Положение струп становится неустойчивым и струя отклоняется к одной из' стенок. При этом пространство для прохода эжектируемой среды по одну сторону от силовой струи уменьшается. Давление с этой стороны струи падает, что приводит к увеличению кривизны струи. Процесс искривления струи нарастает лавинообразно до тех пор, пока струя не притянется к стенке 1. Давление рх в полости у стенки 1 уменьшается, а давление р., в полости у стенки 2 возрастает и струя удерживается у стенки 1 за счет поперечного перепада давлений Ар = р2 — pv При этом часть силовой струи, называемая отраженным потоком, отсекается дефлектором 4 и направляется в область между струей и стенкой 2, в результате чего со стороны стенки 2 давление достигает величины, равной рг + Ро. с, гДе Ро. с— давление потока обратной связи, определяемое величиной отраженного потока и геометрическими параметрами камеры элемента.
Увеличение расхода воздуха, подаваемого в управляющий канал 5, приводит к отклонению струи в сторону стенки 2. При этом отсекаемая дефлектором 4 208
часть струи растет, что приводит к увеличению в полости у стеики 2 давления, препятствующего отклонению струи, т. е. возникает отрицательная обратная связь. Этот процесс продолжается до тех пор, пока не будет достигнуто критическое взаимное положение струи и разделителя, при котором изменится режим обтекания дефлектора. При этом возникает отраженный поток с противоположной стороны дефлектора, обратная связь становится положительной и процесс переключения струи к стенке 2 происходит лавинообразно. Аналогично протекает процесс переключения струи от стенки 2 к стенке 1. Давления в управляющем канале, при которых происходит смена режимов обтекания дефлектора и переключение струи, называют давлением срабатывания и давлением отпускания.
Работа струйных аналоговых усилителей основана на соударении управляющей и силовой струй, направленных под углом друг к другу. В результате их соударения возникает результирующий поток, направление которого не совпадает с направлением взаимодействующих струй. Для двух струй, соударяющихся под прямым углом (рис. 9.2, б) угол отклонения а результирующего потока в первом приближении
tg а = ,
2 I Рп^п
где JTl J2 — количества движения соударяющихся струй, ру и ри — давление в управляющем и питающем каналах; Ьу и 6П — ширина управляющего и питающего каналов.
Требования, предъявляемые к элементам струйной техники. Для характеристики элементов струйной техники основными являются следующие показатели: быстродействие; потребляемая мощность; логические возможности; помехоустойчивость; надежность; температурный диапазон; стоимость.
Хорошие значения этих показателей у элементов струйной техники делают целесообразным применение струпных систем управления для автоматизации в различных отраслях народного хозяйства, в том числе и в машиностроении.
Конструктивное оформление. В связи с тем, что функции и области применения струйных систем управления различны, к настоящему времени выявлено несколько видов конструктивного оформления струйных элементов.
Функциональные модули, предназначенные для построения вычислительных устройств, представляют собой платы, на которых выполнены несколько (два и более) логических элементов и коммуникационные каналы. Такое конструктивное решение обеспечивает максимальную плотность монтажа, т. е. наибольшее число элементов на единицу объема устройства.
Струйные элементы, предназначенные для сборки в пакеты. Плотность монтажа ниже, чем в первом случае, поскольку на каждой функциональной плате выполнен только один элемент.
Струйные элементы и модули, имеющие штуцеры и предназначенные для монтажа как гибкими шлангами, так и с помощью печатных плат. Преимущества таких элементов — простота технологического процесса их производства и, простота обслуживания построенных на их базе струйных СУ. Элементы данного типа являются основными в комплексе струйных элементов «Волга».
Характеристики. Работу струйных дискретных и аналоговых элементов, а также внешних устройств струйной техники оценивают с помощью статических и динамических характеристик.
К статическим характеристикам относятся:
входная (рис. 9.3, а), представляющая собой зависимость входного расхода Qy от входного давления ру в управляющем канале; входная характеристика позволяет оценить входные расходы элемента при различных режимах его работы и, следовательно, дает возможность правильно согласовать источник сигнала (струйный путевой выключатель, струйный элемент и др.) с управляющими входами элементов;
выходная (рис. 9.3, б), представляющая собой зависимость расхода QB в выходном канале от давления рв в этом же канале; по выходной характеристике определяют нагрузочную способность элемента (датчика, путевого выключателя и т, п.) при работе его с логическими элементами или другими устройствами;
Рис. 9.3. Характеристики дискретных элементовРис. 9.3. Характеристики дискретных элементов
Рис. 9.3. Характеристики дискретных элементов
Рис. 9.3. Характеристики дискретных элементов
характеристика переключения (рис. 9.3, в), представляющая собой зависимость давления (расхода) на выходе элемента от давления (расхода) на любом , из его входов. По характеристике переключения определяют порог срабатывания элементов, помехоустойчивость при их совместной работе.
На рис. 9.3, г приведена схема для снятия динамических характеристик элемента, к которым, в частности, относится показанная на рис. 9.3, д зависимость пропускаемой частоты от давления на входе. Это давление зависит от \ нагрузки, т. е. от числа элементов, подключенных к выходу элемента, и от сопротивления линий связи.
Работа аналоговых усилителей описывается статической характеристикой (рис. 9.4, а, б), которая показывает зависимость разности давлений на выходах
Рв2 Рв1\
от разности давлений на управляющих входах Отношение
Ру2 ~ Ру1 ^Pv
Рис* 9е4. Характеристики аналоговых усилителейРис* 9е4. Характеристики аналоговых усилителей
Рис* 9е4. Характеристики аналоговых усилителей
Рис* 9е4. Характеристики аналоговых усилителей
разности выходных давлений к разности давлений управления называется коэффициентом усиления по давлению. Введение отрицательной обратной связи в аналоговом усилителе обеспечивает его работу в релейном режиме. Характеристика переключения и схема релейного усилителя, который часто называют триггером Шмитта, показаны на рис. 9.4, в, г.
Быстродействие. Основным показателем быстродействия струйного элемента считают среднее время задержки распространения сигнала на один элемент при его включении и отключении, иначе говоря время от момента подачи сигнала «1» на вход до момента, когда выходной сигнал достигнет значения «Ь. Быстродействие устройств оценивается временем задержки и информации как в элементах, так и в линиях связи, а быстродействие счетных триггеров определяется максимальной частотой счета входных импульсов.
Наибольшее быстродействие имеют струйные элементы, построенные с использованием соударения струй: эффекта Коанда и эффекта внутренней обратной связи. У турбулентных усилителей быстродействие ниже. Обычно время переключения струйных логических элементов не превышает одной миллисекунды и зависит от геометрических размеров струйных элементов, давления питания и других факторов.
Потребляемая мощность. Мощность, потребляемая одним струйным элементом, мала и обычно не превышает сотых или десятых долей ватта. Однако при построении больших управляющих устройств потребляемая мощность может оказаться значительной. Поэтому комплекс элементов «Волга» имеет в своей номенклатуре как элементы большого размера, предназначенные для построения несложных устройств струйной автоматики, так и элементы малого размера с малой потребляемой мощностью для более сложных управляющих устройств. Элементы первого типа отличаются большим сечением питающего и других каналов и поэтому они менее требовательны к очистке питающей среды.
Уменьшение мощности, потребляемой элементами, достигается: снижением уровня давления питания струйных элементов при оптимальных проходных сечениях каналов; у элементов «Волга» минимальное давление питания равно 1,5— 2 кПа; уменьшением проходного сечения канала питания струйных элементов; приемлемое минимальное сечение канала питания зависит как от технологических возможностей, так и от условий работы управляющих устройств (от степени очистки питающей среды и ряда других факторов); кроме того, снижение потребляемой мощности может быть обеспечено при проектировании управляющего устройства путем определения минимального числа логических и других элементов, входящих в управляющее устройство, и выбора рационального источника питания.
Для струйных СУ с большим числом элементов чаще всего наиболее экономичным источником питания является вентилятор. Но в качестве источника питания сети низкого давления можно использовать и обычную заводскую сеть сжатого воздуха. В этом случае необходимо обеспечить хорошую очистку воздуха от влаги и механических частиц, а также использовать эжекторы, которые за счет подсоса воздуха из окружающей среды (точнее из выхлопного коллектора струйного управляющего устройства) позволяют существенно уменьшить потребление сжатого воздуха.
Логические возможности для систем струйных элементов определяются следующими показателями: числом входов; нагрузочной способностью; наличием двух взаимно инверсных выходов, что позволяет снимать одновременно как прямое, так и инверсное значение логической функции; числом логических функций, реализуемых одним элементом; возможностью объединения элементов в схемы для реализации различных логических функций и цифровых устройств; совместимостью по уровням сигналов с другими системами элементов; наличием элементов, способных работать при длинных линиях связи, наличием индикаторных и других устройств.
У системы струйных элементов «Волга» все перечисленные показатели находятся на современном уровне.
Помехоустойчивость характеризует максимально допустимые давление помехи на входе, при которых не нарушается работа элемента (не происходит изменение состояния элемента). Причинами возникновения давления помех
в струйных системах управления являются остаточные давления на выходах и входах логических элементов, выходах внешних устройств, перетечки в коммуникационных платах и др. Помехи могут возникать и при совместной работе элементов в схемах, что связано с некоторыми особенностями рабочего процесса, протекающего в струйных элементах. Величина давления помех должна быть обязательно ниже величины давления отпускания струйного моностабильного (имеющего одно устойчивое состояние) элемента. Наряду с помехами большой длительности (когда время действия помех больше времени переключения элемента) при соединении элементов в схемы возможно также возникновение помех, время действия которых равно или меньше времени переключения элемента.
Струйные элементы с невысоким быстродействием менее подвержены влиянию таких помех.
В системе струйных элементов «Волга» приняты все меры по устранению причин, приводящих к возникновению помех при соединении элементов в схемы* В струйных элементах «Волга» отсутствуют остаточные давления на выходах и сведены к минимуму остаточные давления на входах, которые являются одной из основных причин, определяющих величину помех. Помехи от входных устройств чаще всего являются следствием низкого качества изготовления или неправильной эксплуатации их (например, когда заслонка конечного выключателя неполностью перекрывает струю).
Температурный диапазон. Исследования показали, что в зависимости от материала, из которого изготовлены струйные элементы, они могут успешно работать при температуре окружающей среды от —100 °C до +1000 °C и более. Температурный диапазон работы элементов «Волга», изготовляемых из ударо- . прочного полистирола, лежит в пределах —20-.—Н50°С. При изготовлении элементов из полиамида или стеклонаполненного полистирола диапазон шире —50< <+50 °C.
Долговечность струйных элементов целиком определяется долговечностью материалов, из которых они изготовлены. В процессе работы элементы никаким механическим нагрузкам не подвергаются. Из принципа работы элемента следует, что число переключений не может оказать какого-либо влияния на его долговечность. Авторам известны пластмассовые струйные элементы, сохранившие работоспособность после 12 лет непрерывной работы. Поэтому можно утверждать, что элементы, изготовленные из коррозионно-стойкой стали или из керамики, будут иметь практически неограниченную долговечность.
Надежность струйных управляющих устройств определяется надежностью не только струйных логических элементов, но и внешних устройств, элементов монтажа и др. Таким образом, надежность устройств в целом будет зависеть от его сложности, качества изготовления, подготовки питающей среды и других факторов.
Структура струйной системы управления, как правило, не отличается от структуры систем, реализованных на базе других технических средств. В состав системы входят управляющее устройство, состоящее из струйных логических элементов и элементов монтажа (монтажных блоков, трубопроводов, ар- , матуры), а также внешние устройства, к которым относятся: источник питания; элементы ввода информации (путевые выключатели, датчики и другие устройства контроля технологических операций, аппаратура ручного управления, устройства задания программы и др.); входные и выходные преобразователи одного вида энергии в другой; усилители мощности; индикаторы.
Таким образом, струйная СУ представляет собой комплекс, состоящий из управляющего устройства и внешних устройств.
ЭЛЕМЕНТЫ И КОНСТРУКЦИЯ
УПРАВЛЯЮЩЕГО УСТРОЙСТВА
Струйные дискретные и аналоговые элементы. Элементы комплекса «Волга» предназначены для построения логических и цифровых устройств струйных систем циклового и числового программного управления станками, промышленными роботами и другим оборудованием, а также для построения систем контроля и 212
Рис. 9.5. Рабочий профиль струйного дискретного элементаРис. 9.5. Рабочий профиль струйного дискретного элементавоздуха проходит в выходнойвоздуха проходит в выходной
Рис. 9.5. Рабочий профиль струйного дискретного элемента
Рис. 9.5. Рабочий профиль струйного дискретного элемента
воздуха проходит в выходной
воздуха проходит в выходной
автоматического регулирования. Наибольшее применение нашли струйные элементы однотипной конструкции двух размеров. Элементы первого (большого) размера имеют площадь сечения канала питания 1 мм2, элементы второго (малого) размера 0,25 мм2. Общим для элементов обоих размеров является то, что монтируют их в управляющих устройствах способом штекерного разъема. Базовым для элементов большего размера является элемент ИЛИ—НЕ ИЛИ, типа СТ41, а для элементов малого размера — элемент ИЛИ—НЕ ИЛИ типа СТ55.
На рис. 9.5 показан рабочий профиль элемента типа СТ41. Как и у других элементов большого размера, глубина этого профиля равна 1,3 мм. У элементов малого размера глубина профиля равна 0,7 мм. Струя воздуха, вытекающая из канала питания 1 при отсутствии управляющих сигналов в каналах 2, 3 и 6 примыкает к стенке а и идет в выходной канал 4. При наличии управляющих сигналов в канале 2 или 3 (или в обоих одновременно) струя питающего воздуха отклоняется к стенке б и идет в выходной канал 5. При одновременной подаче управляющего сигнала в один из каналов (2 или 3) и в канал 6 струя питающего канал 4.
Рабочую плату элемента, на которой выполнен рабочий профиль, склеивают с крышкой, образуя функционально законченную единицу — струйный дискретный элемент, или аналоговый усилитель. На крышке и плате элементов указывают цифровые обозначения входов и выходов, модель элемента и его условное обозначение в схемах.
Для питания струйных элементов большого размера рекомендуется воздух, очищенный не грубее 5-го класса загрязненности по ГОСТ 17433—72, для элементов малого размера — не грубее 3-го класса. Показатели надежности для элементов: наработка на отказ 1-Ю6 ч, средний срок службы 12 лет.
В табл. 9.1 приведена характеристика дискретных элементов больших и малых размеров. Характеристики переключения, условные обозначения в схемах и другие сведения по отдельным элементам комплекса «Волга» приведены ниже.
Струйный дискретный элемент типа СТ41. Взаимно инверсные выходы 4 и 5 элемента (рис. 9.6, а, в) могут быть подключены как к глухой камере, так и к входам других элементов. Возможно одновременное использование обоих выходов. Элемент не чувствителен к нагрузке на выходах. При работе в режиме «Запрет» давление на запрещающем входе 6 должно составлять не менее 150% давления на управляющем входе. Из приведенной на рис. 9.6, в характеристики переключения видно, что если выход элемента присоединен к глухой камере (Qb — 0), то давление на выходе элемента может достигнуть более 35% давления питания. Если к выходу элемента присоединяются управляющие входы двух элементов того же типа, то давление на выходе понижается примерно до 26% давления питания. Из характеристики переключения видно также, при каких значениях давления ру управляющего сигнала (в процентах от давления питания рп) происходит как срабатывание элемента, так и его отпускание — возврат в исходное состояние.
Триггер с раздельными входами типа СТ42 в отличие от элемента типа СТ41 имеет два устойчивых состояния. Элемент (рис. 9.6, а, г) предназначен для построения устройств, в которых требуется запоминание сигналов (память). Запоминание двух управляющих сигналов обеспечивается одним элементом СТ42,
Техническая характеристика струйных дискретных элементов(давление питания 2,5 — 10 кПа, номинальное давление 4 кПа)
ретные элементы
Логические функции
Расход воздуха при номинальном давлении питания, м3/с
Мощность при номинальном давлены и питания,
Вт
Рекомендуемая нагрузочная способность элементов того же типа,
Масса,
СТ41
ИЛИ—НЕ ИЛИ на два входа с запретом по одному из входов
7,5-10'6
0,32
2
0,01
СТ42
Память
GT43
И—НЕ И на два входа
GT44
ИЛИ —НЕ ИЛИ на три входа
GT45
ИЛИ—НЕ ИЛИ на два входа с кнопочным управлением по одному из входов (ключ)
10 -10-*
0,4
. GT53
ИЛИ — НЕ ИЛИ на шесть входов
7,5 ■ 10-6
0,32
1
0,02
GT54
ИЛИ на 12 входов (пассивный)
6 ■ ю-5
—
—
0,01
GT55
ИЛИ —НЕ ИЛИ на два входа с запретом по одному из входов
1,G- 10'fi
0,05
2
0,004
СТоб
Память
GT57
ИЛИ —НЕ ИЛИ на четыре входа
1
GTG0
ИЛИ — И на четыре входа
2
GT67
Два элемента ИЛИ—НЕ ИЛИ на два входа в одной плате
0,002
Таблица 9.1
214
Рис. 9.6. Струйные дискретные элементы больших размеров:
а — размер и маркировка ножек (штуцеров) элементов GT4(, GT42, GT43 и СТ45; б — размер и маркировка ножек элемента GT44; в — ж — характеристики переключения и условные обозначения в схемах элементов СТ41; СТ42; GT43; СТ44 и GT45 соответственно
в то время как для решения этой же задачи при использовании элементов СТ41 требуется схема, составленная из двух элементов СТ41.
Элементы СТ43 (рис. 9.6, а, д) и СТ44 (рис. 9.6, б, е) так же, как и элемент СТ42, обеспечивают более экономное построение управляющих устройств. Реализуемые ими логические функции можно выполнить и при использовании одних лишь элементов типа СТ41, ио общее число элементов в устройстве будет в этом случае большим. В целях сокращения номенклатуры элементов и облегчения тем самым эксплуатации устройств относительно простые управляющие устройства целесообразно строить на одних лишь элементах типа СТ41, пренебрегая некоторым увеличением общего числа элементов. Это же относится и к базовому элементу малого размера СТ55.
У элемента СТ45 (рис. 9.6, а, ж^ вход 2 через дроссель соединен с каналом питания. Срабатывание элемента по входу 2 может быть обеспечено механическим закрыванием его. Поэтому элемент удобен при работе с датчиком типа сопло-заслонка, например, в устройствах для контроля уровня. Датчик в этом случае — простейшее сопло, к которому не надо подводить внешнее питание,
215
Рис. 9.7, Струйные дискретные элементы:
а — шестивходовый элемент ИЛИ —НЕ ИЛИ типа СТ53; б — пассивный элемент ИЛИ на 12 входов типа СТ54, в — универсальный модуль типа СТ67 (плата с двумя элементами ИЛИ —НЕ ИЛИ, пакет и характеристика переключения)
а заслонкой служит контролируемый верхний уровень жидкости (или сыпучего материала) в резервуаре.
Шестивходовый элемент ИЛИ—НЕ ИЛИ типа СТ53 (рис. 9.7, а) имеет большую длину, чем элементы, описанные выше. Пассивный элемент типа СТ54 (рис. 9.7, б) реализует логическую функцию ИЛИ на 12 входов, ои предназначен для считывания программы со стандартной перфокарты ПК-80 (ГОСТ 6198—75). Давление на выходе элемента составляет не менее 15% давле-' ння иа входе.
Универсальный модуль типа СТ67 (рис. 9.7, в) состоит из функциональной и коммутационной плат. Каждая функциональная плата содержит два элемента ИЛИ—НЕ ИЛИ на два входа; коммутационная плата имеет отверстия, получаемые при отливке плат. Модули монтируют в пакеты с помощью стяжек. Наибольшее число модулей СТ67 в одном пакете 10. Высота пакета Н в этом случае составит 32 мм. Такой пакет содержит 20 элементов ИЛИ—НЕ ИЛИ (так как в одной функциональной плате размещены два элемента). Элементы соединены каналами, фрезерованными в коммутационных платах, и отверстиями, которые создают при монтаже удалением (пробиванием) тонких перегородок. Модуль разработан совместно с НИИтеплоприбором.
Струйные дискретные элементы и аналоговый усилитель малого размера. Размеры и маркировка иожек элементов этой серии приведены иа рис. 9.8, а. Элемент типа СТ55 является базовым в серии элементов системы «Волга», имеющих площадь сечения канала питания 0,25 мм2; отличается от элемента типа СТ41
уменьшенными размерами. Элемент типа СТ56 (рис. 9.8, в) имеет четыре управляющих входа в отличие от элемента СТ42 большого размера, что позволяет упростить выставку триггеров. Аналоговый усилитель СТ59 (рис. 9.8, г) предназначен для сравнения и усиления аналоговых и дискретных сигналов в системах управления, контроля и регулирования. Основные параметры технической характеристики приведены в табл. 9.2.
Элемент СТ57 (рис. 9.8, д) реализует логическую функцию ИЛИ—НЕ ИЛИ на четыре входа и позволяет при проектировании схемы сократить общее число элементов. Элемент СТ60 (рис. 9.8, с) реализует логическую функцию ИЛИ — И на четыре входа.
Струйные аналоговые усилители большого размера (рис. 9.9, табл. 9.2) предназначены для сравнения и усиления аналоговых и дискретных сигналов
Рбх рп0,30,2Рбх рп0,30,20^0 Г
Рбх рп
0,3
0,2
Рбх рп
0,3
0,2
Нагрузка
2 меменза
Рис. 9.8. Струйные дискретные элементы и аналоговый усилитель малого размера:
а — размер и маркировка ножек элементов СТ55, СТ56, СТ57, СТ59 и СТ60; б—е характеристики переключения и условные обозначения в схемах элемента СТ55 СТ56 СТ59, СТ57 и СТ60 соответственно
0,4
03
0.2
4 3 12 5
0.1
52
4 5
У
Арб 05 рп
Ms рп
\02
Мб,
Нагрузка 1 элемент СТ46
Рис. вые
9.9.
Струйные аналого-
усилители большого
размера:
а — размер и маркировка иожек, условные обозначения и статическая характеристика элемента СТ46; б, в — то же для элементов СТ47 и СТ52 соответственно
в системах управления, контроля и регулирования. Выходы усилителей СТ46 (рис. 9.9, и) и СТ47 (рис. 9.9, б) можно подключать как к глухой камере, так и к нагрузке. Размер, маркировка штуцеров условные обозначения и статическая характеристика усилителя с инверсным выходом типа СТ52 даны иа рис. 9.9, в.
Компоновка управляющих устройств. На рис. 9.10 приведена компоновка струйной системы управления, включающей в себя управляющее устройство /, входные устройства 2 (струйные путевые выключатели, различные датчики и др.) и выходные устройства 3 (пневматические усилители давления и мощности, пневмоэлектропреобразователи, электрические пускатели с пневматическим приводом и др.). Система управляет работой в заданном режиме исполнительных механизмов 4, которыми могут быть гидро- и пневмоцилиндры, гидро- и пневмомоторы, электродвигатели и др.
Управляющие устройства монтируют в унифицированных стойках высотой 1200—2200 мм. В стойке размещают монтажные блоки СТ183 или СТ195 для монтажа, главным образом, струйных элементов, а также монтажные панели СТ198 для монтажа преобразователей и других устройств. Блоки и панели имеют одинаковые габариты и присоединительные размеры и вставляются в стойку по направляющим. В нижней части стойки располагают вентиляторный источник питания струйных элементов, сжатый воздух от которого через нагнетательный и всасывающий коллекторы и гибкие шланги поступает к монтажным блокам. При этом обеспечивается замкнутая система питания элементов, так как отработанный воздух из элементов отсасывается из полостей блоков через всасывающий коллектор и вновь подается вентилятором в нагнетательный коллектор. 218
Параметры
СТ46
СТ47
СТ52
СТ59
Диапазон давления питания, кПа
0—10
0 — 150
Потребляемый расход во’здуха при номинальном давлении питания, м‘7с
5,3- IO”6
8-Ю-6
5,3-10-Б
2,6-10*8
Потребляемая мощность при номинальном давлении питания, Вт
0,2
0,35
0,2
0,09
Пропускаемая частота при номинальном давлении питания, Гц
300
600
Максимальный коэффициент усиления по давлению:
при работе на глухую камеру (QB =
= 0)
при нагрузке одним аналоговым элементом
8
5
6
4
7
3
6
4
Масса, кг
0,01
0,004
Примечание. Номинальное
давление питания 4 кПа.
Техническая характеристика аналоговых усилителей
Таблица 9.2
Стойка имеет двухстворчатую дверь, через которую ведется монтаж связей между блоками и панелями, а также подвод внешних связей с помощью разъемов.
Гибкие шланги позволяют выдвигать блоки и панели из стойки без нарушения их работоспособности. Это обеспечивает свободный доступ к элементам в процессе наладки и проверки системы управления.
При необходимости внутри стойки устанавливают блок питания типа СТ 199, предназначенный для питания усилителей. В нижней части стойки (в зоне вентилятора) может быть установлена дополнительная укороченная панель СТ198-01 для размещения преобразователей и других устройств.
В блоке типа СТ183 можно разместить до 160 струйных элементов большого размера, в блоке типа СТ195 — до 480 элементов малого размера. Блок СТ195 имеет общий коллектор, заключенный в корпус с направляющими. Через съемные крышки монтируют схемы управления и устанавливают или снимают струйные элементы. На передней панели можно монтировать устройства управления и индикации. На задней стенке корпуса размещены до десяти пневморазъемов типа СТ 182 для коммутации внешних соединений. Блок по направляющим вставляют в стойку и фиксируют внутри нее с помощью рычажных фиксаторов. Для питания элементов блоке помощью гибких шлангов присоединяют к нагнетательному и всасывающему коллекторам стойки.
Коллектор для установки и питания элементов малого размера собирают из литых пластмассовых деталей. Элементы (8 шт.) устанавливают штуцерами в пластмассовую колодку, в которой имеется общий канал питания. Колодки (до 15 шт.) собирают в пакеты (рис. 9.11) и стягивают шпильками. В блоке СТ 195 размещают четыре таких пакета. Если на передней панели блока СТ195 монтируют четыре устройства управления или индикации, то число колодок в пакете не должно превышать 12. При монтаже схемы с помощью пластмассовых трубок используют пластмассовые монтажные ниппели. Если серия выпуска одинаковых
Рис. 9.10. Компоновка струйной системы управления
Рис. 9.11. Пакет монтажный
130
Рис. *Л2. Набор монтажный
управляющих устройств велика, то с целью резкого сокращения числа пластмассовых трубок схемы можно монтировать с помощью модулей, собираемых из литых пластмассовых наборов (рис. 9.12).
Набор содержит монтажную плату, прокладку и пластину. В монтажной плате предусмотрены сквозные каналы и отверстия, расположенные согласованно с отверстиями в колодке и разделенные между собой тонкими перемычками. При сборке модуля перемычки удаляются по трафаретам, соответствующим заданной схеме. Монтажные платы разделяют между собой тонкими пластмассовыми прокладками, отверстия в которых также выполняют по трафаретам. Наборы склеивают вместе с пластинами, в которых имеются гнезда под монтажные ниппели. Модули соединяют между собой пластмассовыми трубками.
Панель монтажная типа СТ198 предназначена для монтажа пневмоэлектро- и электропневмопреобразователей и других устройств. На передней стенке панели монтируют электрические кнопки и другие устройства, на задней стенке размещают пневморазъемы СТ182 и электрические разъемы для подвода тока К преобразователям и другим устройствам.
ВНЕШНИЕ УСТРОЙСТВА
СТРУЙНЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ
Связь управляющего устройства с исполнительными механизмами управляемой машины обеспечивается внешними устройствами, которые подразделяют на входные и выходные. Одни входные устройства — путевые выключатели, реле давления, реле температуры и другие реле физических величин — служат для ввода в управляющее устройство информации о состоянии исполнительных механизмов (положении, давлении, температуре и других параметрах). Другие входные устройства (аппаратура ручного управления — кнопки, тумблеры, переключатели, устройства задания программы и др.) обеспечивают ввод в управляющее устройство информации (задания) от оператора.
Выходные устройства формируют сигналы для приведения в действие исполнительных механизмов управляемой машины, т. е. для изменения состояния этих механизмов. К выходным устройствам относятся различные преобразователи, усилители давления и мощности и др. К ним же следует отнести визуальные и звуковые индикаторы, которые обеспечивают оператора информацией о состоянии управляющего устройства и всей системы управления в целом.
to
to
to
X CD
го я я го
я я го CD 2 to н я я го п X о
о о X
я to ьз to
to ч го ь X
я н о
о СП го го я го я я to to го
X го я § я я ч 2 У
to У
Е го
я о Яс
a
? го>
to
О
го X to я я
CD Е X -3 5 я to ч го
S
Сй о Хе
g
W
Е х
нm
о ч
я я я
^5 я
to
X to
CD Е X о )= го
о -ч X Я Е н X го
X ь to я to я to
CD я
to
to У to
У
X о X ч to X ч я о
сь У 2
3 А я 2 сь
я о к=
у
tox
го ьз s я я я
S
X о я я
2 о у -
to го
я § о я о
я to
я го
3 я
X
CD CD о )= го
co
to
Си XЬ1Н
2
X ьз to я to я я о
о
S о
CD
Cb
я X X
№ я to to cd Е X о )= я о
to to п Ьз о я X to
X го
CD № го )= го я to
со
я о
X го ч X
gto
X
^ w
§ ^3
у )=з Сз
о to to
Xc-s
to to X го я ьз го я X X
X
ьз Е
to
CD У х -3 5 я to ч го -3 X
о
р
E Я
о х=
У
о
я го о го
я я X го
о
го я
S to ьз
го ч to я о со X
X я
X х=
Е
Xго
я
S
У
to Е я ^3 5
го Е го я X го
Й5 о го
о
я о го
X
я о я to
го Л я У
X
to CD я У
2
А
я to го
у У
X о )=
2
Сй Сй о
Хе
Сй
У 1 я
3
я 2 Сй
ЬЗ го to о 2
X to я to ьз го
to
О
я X ч to 5 Е
х=
CD о to
to го X о )= го
to to
го Ч го х
X я to № го
о
to to Ьз X го
” ?8
S 5°§
го
£ to §
X
O\
X
я я
я го 2
Е
яго
CD Е я о ьз я X р
го X ь го го
я У
S
тзд ГО CD ь i< Я X
)= to го
го я я
X
я к -3 to я я X
to to X го ^ го X я го
X я го
to го ь X
CD я X to
CD У
X Ъ1 3 я X ч g' X
го ь
Е
X
ь о to я X X
я to
X
2 го
о я -
Е
я
s
о
to го
2го
2 ^
Сй ^3 2 r»e Q
Сй г
3
я S <ъ
2
CD У
х ь 5 я to ч го ^3
я о X to W Е CD to 5 Е to X
to 2 го я го я я го
CD У
X
CD го 3=3 го я to
го ч to ч X я го го X to X
X to
я X го ч го ^ У X
5 Е ° Е сп_р
to Е го о X о Sc
со
я го я о
У to
5
X
to to го ь о я X о я«
to
)я ГО
)3 я о
я
я X о х=
Е х
s« о
го я и я to ь
я
ш ч о
со
X to я to
to to го ь о X
to to я Е ь го я я о го н X
to
о СП о
о о )= to CD ь го я X X
х
п
я X to
)я t3 X
о
X
)= о со to я X X
и
со
to to CD X го X 2 о го
го X
X я о я to to
to to X го ^ го X я го
я я to CD Е X о )= го
to
X го
CD CD го )= го X to
to 5 Е го х«
го
)3
to СП о ч to 5 Е го 2
W
о
to
о X я
о
X
XСО
g
CD Е
ь 3 я to н го
X
Техническая характеристика струйных путевых выключателейТаблица 9.3
Параметры
СТ135-00
СТ135-01
СТ135-02
СТ135-03
СТ143
СТ144
СТ173
Диапазон давления питания, кПа
0 — 1000
0 — 200
0 — 100
0-10
Рекомендуемое давление питания, кПа
50 — 100
10—20
4 — 10
Потребляемый расход
при давлении питания
М3/с
1.28-10-4
2,31-10-*
5,22-10-*
8,2-10-*
15-10-5
9-Ю-5
7,5- Ю-5
кПа
50
10
4
Диапазон измерения, мм
0 — 3,5
0 — 5,5
0—9
0 — 12
Показатели надежности
Наработка на отказ, ч
^10 000
5000
2000
1,5-10е переключений
Срок службы, лет
10
6
3
Материал
Металл (с защитой от коррозии)
Полистирол
Металл н пластмасса
Температура окружающей среды, °C
От —50 до 4-80
От —20
До 4-50
От 4-5 до +50
Масса, кг
0,009
0,017
0,064
0,194
0,12
0,006
0,12
Примечание. Класс загрязненности 1,3 и 5 по ГОСТ 17433 — 72.
224224Рис, 9.14. Струйные путевые выключатели типов СТ143 (а), СТ144 (б) и СТ173 (в)Рис, 9.14. Струйные путевые выключатели типов СТ143 (а), СТ144 (б) и СТ173 (в)Рис. 9.16. Струйные датчики размера типов СТ140 (я) и СТ158 (б)Рис. 9.16. Струйные датчики размера типов СТ140 (я) и СТ158 (б)
224
224
Рис, 9.14. Струйные путевые выключатели типов СТ143 (а), СТ144 (б) и СТ173 (в)
Рис, 9.14. Струйные путевые выключатели типов СТ143 (а), СТ144 (б) и СТ173 (в)
Рис. 9.16. Струйные датчики размера типов СТ140 (я) и СТ158 (б)
Рис. 9.16. Струйные датчики размера типов СТ140 (я) и СТ158 (б)
Струйные датчики размера СТ140 и СТ158 (рис. 9.16) предназначены для бесконтактного измерения размеров при активном и послеоперационном контроле деталей. Изменение измерительного зазора s — расстояния от измеряемой детали до сопла датчика — вызывает изменение давления в выходном канале датчика. Основные детали датчиков обоих типов выполняют из коррозионностойкой стали (или других металлов с надежной защитой от коррозии). Диапазон давления питания 0—100 кПа. Диапазон измерения для датчика СТ140 0—1,2мм, для датчика СТ158 0—4 мм.
Реле физических величин. На базе струйных и измерительных элементов могут быть построены различные реле (датчики) физических величин. Типовая структурная схема реле показана на рис. 9.17, а. Физическая величина (ФВ) воспринимается первичным измерительным элементом /. Им может служить измерительное сопло в устройствах измерения размеров, ламинарный или турбулентный дроссель в газовых анализаторах и устройствах контроля температуры, генератор колебаний в частотных измерителях и др. При помощи измерительного элемента ФВ преобразуется в пневматический сигнал, который при необходимости усиливается струйным аналоговым усилителем 2 и поступает на пороговый элемент 3. Когда измерительный сигнал достигнет настроечного значения, пороговый элемент переключается и дискретный сигнал подается на сигнальное устройство 4 или в цепь управления исполнительным органом того или иного механизма.
На рис. 9.17, б показана принципиальная схема струйного реле для контроля температуры жидкости, обтекающей полую спираль. В левый конец этой спирали через дроссель R подводится сжатый воздух постоянного давления р'. В левый входной канал аналогового усилителя 1 поступает сигнал давлением рг.
2252258 Е. В. Герц и др.
225
225
Ф8 —* / —*• 2 —*■ 3
Рис. 9.17. Реле физических величин:
а — структурная схема; б — струйное реле температуры; в — реле
разности давления
которое изменяется в зависимости от температуры жидкости, обтекающей спираль. В правый входной канал усилителя / подводится сигнал постоянного давления р2. Давление на выходе усилителя рв пропорционально температуре Т жидкости, обтекающей спираль. Когда эта температура достигнет определенной величины, то на выходе порогового элемента 2 появится сигнал. Для изменения диапазона измерений и порога срабатывания служат дроссели RT и R2.
Реле разности давлений показано на рис. 9.17, в. Сигналы с уровнями давления рвх1 и рвхг» разность которых надо измерить, подаются на входы аналогового усилителя / через настроечные дроссели R^ и R2. Давление выходного сигнала Арв этого усилителя пропорционально измеряемой разности давлений входных сигналов. Этот выходной сигнал усиливается аналоговым усилителем 2 и поступает на пороговый элемент 3, переключение которого регулируется с помощью дросселя R3.
На рис. 9,18, а показано струйное реле расхода с трубкой Вентури. Сигналы давлением рВХ1 и рВх2 от трубки Вентури поступают на входы аналогового усилителя 2. Разность указанных входных давлений пропорциональна скорости потока в трубопроводе 1. Выходной сигнал усиливается аналоговым усилителем 3 и поступает на пороговый элемент 4, порог срабатывания которого регулируется дросселем R.
На рис. 9,18, б приведена схема струйного реле уровня. Когда уровень Нг (жидкости или сыпучего материала) приблизится к уровню Н, давление на выходе преобразователя 1 повысится. Усиленный сигнал от аналогового усилителя 2 вызовет переключение порогового элемента 3. При постоянной высоте h уровень Иъ при котором произойдет переключение порогового элемента 3, может изменяться путем настройки дросселей Rt и R2.
Рис. 9.18. Струйные реле расхода (а) и уровня (6)226Рис. 9.18. Струйные реле расхода (а) и уровня (6)226
Рис. 9.18. Струйные реле расхода (а) и уровня (6)
226
Рис. 9.18. Струйные реле расхода (а) и уровня (6)
226
Рис. 9.19. Струйные реле линейных измерений (а, б) н измерения плотности жидкости (в)Рис. 9.19. Струйные реле линейных измерений (а, б) н измерения плотности жидкости (в)
Рис. 9.19. Струйные реле линейных измерений (а, б) н измерения плотности жидкости (в)
Рис. 9.19. Струйные реле линейных измерений (а, б) н измерения плотности жидкости (в)
Струйное реле размера представлено на рис. 9.19, а. При изменении расстояния As изменяется сопротивление измерительного сопла датчика 1 и, следовательно, изменяется давление на левом входном канале аналогового усилителя 2. Выходной сигнал с усилителя 2 поступает на вход порогового элемента 3, а с него — на дискретный элемент 4, Величина As и, следовательно, необходимый размер х настраиваются с помощью дросселей Rx и /?2.
Схема реле размера, приведенная на рис. 9.19, б отличается от рассмотренной схемы отсутствием аналогового усилителя. Здесь входной сигнал от измерительного сопла датчика 1 поступает непосредственно на вход порогового элемента 2, срабатывание которого регулируется с помощью дросселя Rt Сигнал с порогового элемента 2 включает пневмоэлектропреобразователь 3.^
Для измерения плотности жидкости может быть использовано струйное реле (рис. 9.19, в). К двум погруженным на разную глубину трубкам / и 2 через постоянные дроссели 3 подводится сжатый воздух давлением рп. Погруженные в жидкость выходные концы трубок соединяются с входами аналогового усилителя, выход которого соединен с входом порогового элемента. Плотность жидкости будет прямо пропорциональна давлению рв на выходе аналогового усилителя и обратно пропорциональна разности глубины погружения трубок 1 и 2 в жидкость.
Подробная информация и сведения о заводах-изготовителях внешних устройств для струйных СУ приведены в литературе [6, 10]. К основным внешним устройствам кроме описанных можно отнести: пневмокнопки типов П-ВЗР, П1КН, 3 (ПК): пневмотумблеры типов П-ВЗФ1, П1Т.2 (ПТ); переключатели типа П-В4Ф66, ППМ; электропневмопреобразователь типа Ф66-11; реле времени типа Ф61-21; элемент задержки типа П-ЗС; индикаторы давления типов СТ196, П-ИДС; усилитель давления типа ПФ67-21; пневмоэлектропреобразователь типа Ф62-21; пневмопривод для золотников (гидрораспределителей) типа В26-41.
ПОСТРОЕНИЕ ЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ
НА ЭЛЕМЕНТАХ «ВОЛГА»
Реализация логических функций. Проектирование логических схем основано на использовании законов алгебры логики или булевой алгебры. Основные опера ции алгебры логики, ее законы, аксиомы и теоремы см. в гл. 10 и в литературе [2, 4, 8], Там же рассмотрены вопросы упрощения и минимизации логических функций. Поэтому перейдем сразу же к реализации логических функций посредством струйных элементов.
Логические функции наиболее наглядно представляются в форме таблиц истинности, которыми и будем пользоваться в дальнейшем. В этих таблицах
Рис. 9.20. Реализация логических функцийРис. 9.20. Реализация логических функцийНаименование (функцииРеализацияТаблица истинности8. Функция Шеффера И НЕ'xi глXiХгУ007Г710771011109. Обратная импликация ЕСЛИ ТОXiХгУr^y=xz»x1007010Xi170711/10. Импликация ЕСЛИ ТОХ1ХгРУ1\у=х1*хг007017хг110011711. Равнозначность*1 I И1 чу=х,~х2Х1ХгГxz mi-Гт! П—*0010101I 00711Z. Неравнозначность (сумма по модули! 2) ИсключительноеИЛИxi pl-J39=X; ®Х2 р—^—pllх2 /Р'-Ч 7RS1X,—1 1й-ГТы,® Хг а>|№f—*1ХгУ000017100770Наименование (функцииРеализацияТаблица истинности8. Функция Шеффера И НЕ'xi глXiХгУ007Г710771011109. Обратная импликация ЕСЛИ ТОXiХгУr^y=xz»x1007010Xi170711/10. Импликация ЕСЛИ ТОХ1ХгРУ1\у=х1*хг007017хг110011711. Равнозначность*1 I И1 чу=х,~х2Х1ХгГxz mi-Гт! П—*0010101I 00711Z. Неравнозначность (сумма по модули! 2) ИсключительноеИЛИxi pl-J39=X; ®Х2 р—^—pllх2 /Р'-Ч 7RS1X,—1 1й-ГТы,® Хг а>|№f—*1ХгУ000017100770
Рис. 9.20. Реализация логических функций
Рис. 9.20. Реализация логических функций
Наименование (функции
Реализация
Таблица истинности
8. Функция Шеффера И НЕ'
xi гл
Xi
Хг
У
0
0
7
Г71
0
7
7
1
0
1
1
1
0
9. Обратная импликация ЕСЛИ ТО
Xi
Хг
У
r^y=xz»x1
0
0
7
0
1
0
Xi1
7
0
7
1
1
/
10. Импликация ЕСЛИ ТО
Х1
Хг
Р
У1\у=х1*хг
0
0
7
0
1
7
хг1
1
0
0
1
1
7
11. Равнозначность
*1 I И1 чу=х,~х2
Х1
Хг
Г
xz mi
-Гт! П—*
0
0
1
0
1
0
1
I 0
0
7
1
1Z. Неравнозначность (сумма по модули! 2) Исключительное
ИЛИ
xi pl-
J39=X; ®Х2 р—^—pll
х2 /Р'-Ч 7
RS
1X,—1 1
й-ГТы,® Хг а>|№f—
*1
Хг
У
0
0
0
0
1
7
1
0
0
7
7
0
Наименование (функции
Реализация
Таблица истинности
8. Функция Шеффера И НЕ'
xi гл
Xi
Хг
У
0
0
7
Г71
0
7
7
1
0
1
1
1
0
9. Обратная импликация ЕСЛИ ТО
Xi
Хг
У
r^y=xz»x1
0
0
7
0
1
0
Xi1
7
0
7
1
1
/
10. Импликация ЕСЛИ ТО
Х1
Хг
Р
У1\у=х1*хг
0
0
7
0
1
7
хг1
1
0
0
1
1
7
11. Равнозначность
*1 I И1 чу=х,~х2
Х1
Хг
Г
xz mi
-Гт! П—*
0
0
1
0
1
0
1
I 0
0
7
1
1Z. Неравнозначность (сумма по модули! 2) Исключительное
ИЛИ
xi pl-
J39=X; ®Х2 р—^—pll
х2 /Р'-Ч 7
RS
1X,—1 1
й-ГТы,® Хг а>|№f—
*1
Хг
У
0
0
0
0
1
7
1
0
0
7
7
0
каждому из возможных наборов аргументов ставится значение функции «0» и «1». В струйных управляющих устройствах наибольшее применение получили логические элементы СТ41, СТ55, реализующие операцию ИЛИ—НЕ ИЛИ. На базе этих элементов иа рис. 9.20 показана реализация логических функций для одной, двух и более переменных. Логические функции могут быть реализованы и с помощью других элементов «Волга»: И — НЕ И, ИЛИ — НЕ ИЛИ на три входа.
Комбинационные схемы. Логические схемы, сигналы на выходах которых в каждый момент времени однозначно определяются комбинацией сигналов на входах этой схемы в тот же момент времени, относятся к комбинационным. Например, комбинационной является схема, реализующая функцию неравнозначности. Эта схема находит широкое применение в программных управляющих устройствах под названием «сумматор по модулю 2». Рассмотрим построение схемы «сумматор по модулю 2» для трех переменных. Таблица истииности и построе-
228
Рис. 9.20 (Продолжение)
иие этой схемы на элементах СТ41, СТ52, СТ55 приведены на рис. 9.21, а, О. Из таблицы истинности и работы схемы видно, что функция у = х, + х2 + х3 истинна, если истинно нечетное число ее аргументов, т. е. сигнал на выходе схемы появляется только в том случае, когда значение «1» принимает один из любых аргументов либо три одновременно. Схема для п аргументов может строиться как последовательным (рис. 9.21, в), так и параллельно-последовательным методами (рис. 9.21, г).
Комбинационная схема — сумма по модулю 2 (неравнозначность) используется для сравнения двоичных чисел при построении цикловых и числовых управляющих устройств токарными, сверлильными станками и другим оборудованием. Во многих случаях достаточно установить равенство либо неравенство двух чисел. Рассмотрим построение схемы сравнения, вырабатывающей сигнал равенства при совпадении двух двоичных четырехзначных чисел А и В (см. рис. 9.20). Схему сравнения строим на элементах ИЛИ — НЕ ИЛИ СТ41
229
Рис. 9.20. (Окончание)Рис. 9.20. (Окончание)в инверсных аналоговых усилителях СТ52. На рис. 9.22, а, б приведены таблицы истинности и схема сравнения чисел А и В. На входах bi, Ьг, Ь3, Ь^ записывается число (т. е. на эти входы с помощью каких-либо устройств подаются сигналы «1» и «0», например, запишем число В-0110). На входы аг, а2, а3, а4 поступают сигналы от устройства, и если на этих входах появятся сигналы в последовательности ОНО, то на выходе у схемы появится сигнал «1». Значительное сокращение элементов в схемах сравнения дает использование модуля СТ60 [7].
Рис. 9.20. (Окончание)
Рис. 9.20. (Окончание)
На рис. 9.22, б показана схема последовательного действия, при совпадении сигналов в младшем разряде сигнал от него должен пройти последовательно через все разряды, что снижает быстродействие данной схемы. В тех случаях, когда к быстродействию устройства предъявляются повышенные требования, целесообразно использовать параллельно-последовательную схему. Отличие этой схемы от рассмотренной выше состоит в том, что выходы всех разрядов соединены с входами многовходового элемента ИЛИ — НЕ ИЛИ (рис. 9.22, в). При создании управляющих устройств промышленными роботами, станками и дру- 230
X,*2<3У00ии66УУ01101111ьi01110ь10101001X,*2<3У00ии66УУ01101111ьi01110ь10101001Рис. 9.21. Схема суммы по модулю 2 для трех переменныхРис. 9.21. Схема суммы по модулю 2 для трех переменныхгим оборудованием необходимо не только установить равенство двоичных чисел А и В, ио и решить задачи: А > В; А < В. Решение этих задач достигается с помощью ячейки сравнения (см. рис. 9.23, б), которая имеет два двухразрядных входа для сравниваемых чисел А и В и два, а иногда и три выхода. На рис. 9.23, а, б приведены таблица истинности и схема ячейки сравнения, построенная на элементах ИЛИ—НЕ ИЛИ [8, 9]. Схема работает следующим образом (см. таблицу истинности): если А = В, то сигналы на выходах у и г равны между собой; когда у = г = 1; числа А и В — нечетные, а если у = г = 0, то числа А и В — четные. В случае неравенства чисел: А > В, у = 1; г = 0; если А < В, то у = = 0, z = 1.
X,
*2
<3
У
0
0
и
и
6
6
У
У
0
1
1
0
1
1
1
1
ь
i
0
1
1
1
0
ь
1
0
1
0
1
0
0
1
X,
*2
<3
У
0
0
и
и
6
6
У
У
0
1
1
0
1
1
1
1
ь
i
0
1
1
1
0
ь
1
0
1
0
1
0
0
1
Рис. 9.21. Схема суммы по модулю 2 для трех переменных
Рис. 9.21. Схема суммы по модулю 2 для трех переменных
Для сравнения чисел, число разрядов которых больше двух, ячейки собирают в пирамидальную схему. На рис. 9.23, в изображена пирамидальная схема сравнения двух четырехразрядных чисел.
FSSj^bb'.Oni сраженияТГв "ШУА21а2азя»УМ^в01У000000А*801У000010к*В0УУ00У00А^В01У000УУ0к*В01У001000А*В0У700У0У0к=В01У007У0А^ В0У1007УУ0А*В01 10У0и00FSSj^bb'.Oni сраженияТГв "ШУА21а2азя»УМ^в01У000000А*801У000010к*В0УУ00У00А^В01У000УУ0к*В01У001000А*В0У700У0У0к=В01У007У0А^ В0У1007УУ0А*В01 10У0и00Рис. 9.22, Схемы сравнения двоичных чиселРис. 9.22, Схемы сравнения двоичных чиселЗапрет ИЛИ. Функция у = х, *- х2 + х3 *- х4 + х5 <- х6 + х7 <- х8 реализуется схемой, показанной на рис. 9.23, г. Здесь же приведена таблица истинности рассматриваемой логической операции. Эту схему часто используют для формирования тактовых импульсов в цикловых управляющих устройствах.
FSSj^bb'.Oni сражения
ТГ
в "ШУ
А
21
а2
аз
я»
У
М^в
0
1
У
0
0
0
0
0
0
А*8
0
1
У
0
0
0
0
1
0
к*В
0
У
У
0
0
У
0
0
А^В
0
1
У
0
0
0
У
У
0
к*В
0
1
У
0
0
1
0
0
0
А*В
0
У
7
0
0
У
0
У
0
к=В
0
1
У
0
0
7
У
0
А^ В
0
У
1
0
0
7
У
У
0
А*В
0
1 1
0
У
0
и
0
0
FSSj^bb'.Oni сражения
ТГ
в "ШУ
А
21
а2
аз
я»
У
М^в
0
1
У
0
0
0
0
0
0
А*8
0
1
У
0
0
0
0
1
0
к*В
0
У
У
0
0
У
0
0
А^В
0
1
У
0
0
0
У
У
0
к*В
0
1
У
0
0
1
0
0
0
А*В
0
У
7
0
0
У
0
У
0
к=В
0
1
У
0
0
7
У
0
А^ В
0
У
1
0
0
7
У
У
0
А*В
0
1 1
0
У
0
и
0
0
Рис. 9.22, Схемы сравнения двоичных чисел
Рис. 9.22, Схемы сравнения двоичных чисел
Результат сравнения
Бхоа
Выход I
аг
3?
b,
У
г
"К^Й
0
a
0
0
0
0
А <5
0
0
0
1
п
1
| 4 <5*
0
0
1
0
0
1
1 А <8
0
0
1
1
0
1
А ^8
о
1
0
0
1
0
А = 8
0
1
0
1
7
1
А <3
0
1
1
0
0
1
А -<8
0
1
1
1
0
1
1
0
0
0
1
п
А >8
1
0
0
1
1
0
А — В
1
0
1
0
0
0
А ^В
/
0
J
1
0
1
А ^8
1
1
0
с
1
о
А ^8
1
1
0
1
1
А
1
1
1
0
$
0
А=8
1
1
1
1
1
1
a)
Рис. 9.23. Таблица истинности и схемы сравнения двух двоичных чисел [больше меньше (б), равно (в)]; схема реализации функции «запрет ИЛИ» для восьми переменныхРис. 9.23. Таблица истинности и схемы сравнения двух двоичных чисел [больше меньше (б), равно (в)]; схема реализации функции «запрет ИЛИ» для восьми переменных
Рис. 9.23. Таблица истинности и схемы сравнения двух двоичных чисел [больше меньше (б), равно (в)]; схема реализации функции «запрет ИЛИ» для восьми переменных
Рис. 9.23. Таблица истинности и схемы сравнения двух двоичных чисел [больше меньше (б), равно (в)]; схема реализации функции «запрет ИЛИ» для восьми переменных
kaV
(г)
Последовательностные схемы. В отличие от комбинационных схем в последовательностных (многотактных) схемах кроме внешних входных сигналов имеются внутренние входные сигналы, обусловленные наличием обратных связей. Состояние последовательности схемы или цифрового автомата прн отсутствии внешних входных сигналов, определяется сигналами в линиях обратных связей. В результате этого выходные сигналы цифрового автомата зависят как от внешних входных сигналов, так и от сигналов в цепях обратных связей.
Простейшим цифровым автоматом является триггерная схема, которая имеет два устойчивых состояния: нулевое и единичное. В управляющих устройствах эту схему используют в качестве памяти. Рассмотрим работу триггерной схемы, которая имеет два входа й и S для внешних сигналов, два выхода Qn+1, Qn+i и два входа Qn и Qn для сигналов обратных связей. Первым внешним входным сигналом схема устанавливается в нулевое состояние, вторым входным сигналом в единичное, при отсутствии входных сигналов схема сохраняет прежнее состояние. Работа схемы описывается таблицей истинности, которая для цифровых автоматов называется таблицей переходов, так как отражает процесс перехода схемы из одного состояния в другое. В таблице переходов (рис. 9.24, а) индексы и и n + 1 означают последовательные моменты времени. Индекс п+1 соответствует моменту, когда сигналы на выходе схемы под воздействием входных сигналов принимают значения, соответствующие последующему состоянию.
Триггер с раздельными входами в струйной технике может быть реализован на базе одного струйного элемента, в котором сигналы обратных связей образуются в результате аэродинамических эффектов. Так, в элементе, изображенном на рис. 9.23, б, сигналы обратных связей Qn и Qn возникают вследствие поперечного перепада давления, образуемого давлением внутренней обратной связи и давлением, возникающим вследствие эжекционных свойств струи, вытекающей из канала питания. Очевидно, что устойчивость струи после снятия внешнего входного сигнала будет определяться величиной поперечного перепада давления, удерживающего струю у одной из стенок. Физическая модель, условное обозначение и график работы триггера с раздельными входами приведены иа рис. 9.24, б, в, г. Задержка распространения сигнала обратной связи определяет время переключения триггера, т. е. чтобы сигнал, переключающий триггер, успевал получить подтверждение обратной связью, его длительность должна * быть больше длительности переключения триггера.
Другим типом триггерных схем являются триггеры с внешними входами для сигналов обратных связей. К этим триггерам с раздельными входами следует отнести триггеры, построенные иа элементах ИЛИ — НЕ ИЛИ (СТ41 и СТ55), И — НЕ И (СТ43). Для триггеров данного типа необходимо, чтобы длительность входного сигнала была больше времени задержки распространения сигнала обратной связи в двух элементах. На рис. 9.24, д показана схема триггера на элементах ИЛИ — НЕ ИЛИ с внешними обратными связями.
Триггеры со счетным входом имеют один счетный вход и два выхода. Для установки триггера в исходное состояние имеются один или большее число установочных входов. Управляющий сигнал, поступающий на счетный вход, переключает триггер из текущего состояния в противоположное. Таким образом, если иа счетный вход триггера поступает четное число импульсов, то схема принимает исходное состояние, а при нечетном числе импульсов схема изменяет первоначальное состояние, т. е. триггер со счетным входом представляет собой двоичный счетчик импульсов, поступающих на его вход. Работа струйных счетных триггеров рассмотрена в литературе [2, 7, 9, 10].
На рис. 9.25 приведены схемы счетных триггеров, построенных на дискретных элементах ИЛИ — НЕ ИЛИ: СТ41 (рис. 9.25, я); СТ55 и СТ56 (рис. 9.25, б); СТ56 и аналоговом усилителе СТ59 (рис. 9.25, в); их условное обозначение
Рис, 9.24. Триггер с раздельными входами
Рис. 9.25. Триггер со счетным входомРис. 9.25. Триггер со счетным входом
Рис. 9.25. Триггер со счетным входом
Рис. 9.25. Триггер со счетным входом
ссраздельными входами,раздельными входами,содержит меньшее числосодержит меньшее число(рис. 9.25, г). Схема, построенная на базе триггеров отличается более высоким быстродействием, так как элементов в схеме, однако требует настройки с помощью дросселей. На этом же рисунке приведен график работы триггеров со счетным входом, реализованных на элементах ИЛИ — НЕ ИЛИ СТ41, СТ55 и триггерах с раздельными входами. Пропускаемая частота при давлении питания 3,5 кПа составляет: для счетного триггера, построенного на элементах СТ41 50 Гц, для триггера на элементах СТ551 150 Гц, для триггера на элементах СТ55 и СТ56 (рис. 9.25,6) 350 Гц, Быстродействие счетных триггеров с повшением давления питания возрастает: так, для схемы счетного триггера (рис. 9.25, в), построенного на элементах СТ56, СТ59, при давлении питания более 10 кПа, частота счета импульсов достигает 1000 Гц.
с
с
раздельными входами,
раздельными входами,
содержит меньшее число
содержит меньшее число
Счетчик двоичного кода представляет собой цепочку последовательно соединенных триггеров со счетным входом. Работа счетчика описывается графиком либо таблицей последовательных чисел. Состояния трехразрядного двоичного счетчика приведены на рис. 9.26, а.
На вход счетчика поступают импульсы Ти. Младший разряд изменяет свое , состояние при изменении значения счетного импульса с «1» на «0», а каждый последующий разряд счетчика изменяет свое состояние при изменении состояния предыдущего разряда с «Ь на «0» (рис. 9.26, а, в). На рис. 9.26, б, в приведены схема трехразрядного двоичного счетчика и график его работы. Максимальная пропускаемая частота счетчика определяется быстродействием его младшего разряда. Числа, формируемые счетчиком, выводятся из него в параллельной форме путем одновременного опроса всех разрядов счетчика. Списывать числа можно только между сигналами счета, т. е. после завершения переходного процесса переключения триггеров счетчика. Поэтому минимальный период следования счетных импульсов должен быть равен периоду времени, необходимому для переключения всех разрядов счетчика и времени опроса его состояния.
Счетчик, схема которого показана на рис. 9.26, б, является суммирующим. ( Счетчик по схеме (рис. 9.26, г) выполняет вычитание или обратный счет. Из со-
стояния трехразрядного Вычитающего счетчика (рис. 9.26, д) следует, что исходному состоянию счетчика соответствует единичное состояние всех его разрядов. Вычитающий счетчик, как суммирующий, образуется, посредством последовательного соединения счетных триггеров; отличие состоит в том, что нулевые выходы разрядов соединяются с входами последующих разрядов. График работы трехразрядного вычитающего счетчика приведен на рис. 9.26, е. Наряду с рассмотренными счетчиками на элементах струйной техники могут быть построены реверсивные, двоично-десятичные и другие счетчики [8, 9]. Состояние счетчика в каждый момент времени определяется с помощью дешифратора, установленного на выходах счетчика. Назначение дешифратора состоит в преобразовании разрядного двоичного кода в десятичный. Число выходов дешифратора должно соответствовать числу состояний счетчика; так, у дешифратора трехразрядного счетчика число выходов равно восьми. Выходные сигналы дешифратора есть конъюнкции сигналов «1» или «О» выходов каждого из разрядов счетчика. Состоянию трехразрядного счетчика 101 соответствует логическое произведение и т. п.
В результате неодновременного переключения разрядов счетчика на его выходах могут появляться промежуточные состояния, что в ряде случаев приводит к появлению ложных сигналов на выходах дешифратора или других схем, работающих совместно со счетчиком. На рис. 9.27, а, б приведены схема двухразрядного счетчика с дешифратором состояний, в которой показаны ложные сигналы работы этой схемы. Ложные сигналы, возникающие при работе счетчика, исключены введением сигнала стробирования на входы дешифратора (штриховая линия на рис. 9.27, а).
Командозадающие устройства, или распределители импульсов являются одним из основных узлов управляющего устройства; они обеспечивают последо-
СостояниеОзйгQi01111110г10г31004011501О600170000111СостояниеОзйгQi01111110г10г31004011501О600170000111а)а)Рис. 9.2Ь. Счетчики- суммирующий (а—в) и вычитающий (г—е)Рис. 9.2Ь. Счетчики- суммирующий (а—в) и вычитающий (г—е)
Состояние
Оз
йг
Qi
0
1
1
1
1
1
1
0
г
1
0
г
3
1
0
0
4
0
1
1
5
0
1
О
6
0
0
1
7
0
0
0
0
1
1
1
Состояние
Оз
йг
Qi
0
1
1
1
1
1
1
0
г
1
0
г
3
1
0
0
4
0
1
1
5
0
1
О
6
0
0
1
7
0
0
0
0
1
1
1
а)
а)
Рис. 9.2Ь. Счетчики- суммирующий (а—в) и вычитающий (г—е)
Рис. 9.2Ь. Счетчики- суммирующий (а—в) и вычитающий (г—е)
вательность выполнения операций, их часто используют для поэтапного ввода программы в цикловых системах управления. В общем случае командозадающие устройство представляют собой простейший сдвигающий регистр, в котором сдвиги происходят с частотой тактовых импульсов. Известно большое число различных схем командозадающих устройств [8, 9], которые могут быть применены при решении задач автоматизации производственных процессов.
Четырехразрядное командозадающее устройство на элементах «Волга» и его условное обозначение в схемах приведены на рис. 9.28, а, график работы этого устройства — на рис. 9.28, б. На вход устройства поступают тактовые импульсы Тй от генератора тактовых импульсов (временное командозадающее устройство) или от логических устройств, контролирующих окончание какой- либо операции. На выходах ^—п4 появляются сигналы с частотой поступления на вход устройства тактовых импульсов. Входным элементом командозадающего устройства является триггер со счетным входом, хотя могут быть реализованы схемы и без этого элемента.
Регистры предназначены для хранения и выдачи при опросе отдельных информационных слоев (чисел). Сдвигающие регистры (рис. 9.29) могут быть использованы для схем индикации, адресных схем в запоминающих устройствах систем управления станками, роботами и другими машинами. Сдвигающий ре-
Устанобка J)*Устанобка J)*=)=)Рис. 9.28. Четырехразрядное коман- дозадающее устройствоРис. 9.28. Четырехразрядное коман- дозадающее устройство
Устанобка J)*
Устанобка J)*
=)
=)
Рис. 9.28. Четырехразрядное коман- дозадающее устройство
Рис. 9.28. Четырехразрядное коман- дозадающее устройство
Рис. 9.29. Сдвигающий регистр
гистр строят на основе триггера с раздельными входами и логической схемой, выполняющей операцию «ЗАПРЕТ». Схема, образованная этими элементами, представляет собой устройство, в котором информация задерживается на полутакт, и называется схемой, или ячейкой задержки на полутакт. Эта схема строится на элементах НЕ ИЛИ , И, равнозначность. Схема (рис. 9.29, а) работает следующим образом: сигналы х1( х2, поступающие на входы триггера с раздельными входами, передаются на выходы пх или п2 только в том случае, если тактовый сигнал 7И = «О», при 7И — «1» сигналы на выходе схемы равны «О», потому что тактовый сигнал поступает на вход элементов НЕ ИЛИ. Таким образом, если иа вход триггера поступит сигнал при тактовом сигнале, равно «1», то этот сигнал будет храниться в ячейках до тех пор, пока тактовый сигнал не станет равным «О».
Разряд сдвигающего регистра образуется последовательным соединением двух ячеек задержки иа полутакт. Схема разряда сдвигающего регистра (рис. 9.29, б) работает следующим образом: тактовый сигнал Ти — «Ь, а Ти = = «О», на вход х схемы подается сигнал «1» в результате чего на выходе 1г триггера устанавливается сигнал «1». Последующее переключение тактового сигнала Ти — «О», Ти = «1» приводит к тому, что единица переписывается в следующий
Рис. 9.30. Сдвигающий регистр на модулях СТ60
триггер разряда. После смены уровней тактового сигнала записанная единица появляется на выходе гц регистра. В это же время на вход регистра может быть подан другой сигнал, который при подаче тактовых сигналов будет последовательно передан на выход разряда.
Сдвигающий регистр на несколько разрядов и образуется соединением отдельных разрядов в последовательную цепочку. Схема регистра приведена на рис. 9.29, в. Сдвиги в регистре производятся с частотой тактовых импульсов, т. е. сдвигающий регистр представляет собой линию задержки, в которой скорость перемещения информации определяется частотой тактовых импульсов.
Для ввода чисел в струйные цифровые устройства используют кольцевой сдвигающий регистр, предназначенный для динамического хранения чисел (рис. 9.29, г). В рассматриваемой схеме через три такта первые сигналы записанные «0» или «1», появляются на выходах регистра. Начиная с этого момента, сигналы, записанные «0» или «1», один за другим появляются на выходах регистра синхронно с тактовыми сигналами. Это происходит потому, что схема закольцована и в ней циркулируют сигналы, записанные «0» или «1» Входная схема регистра обычно имеет более сложную структуру, обусловленную условиями выбора чисел от различных источников информации. Для ввода чисел можно использовать несколько регистров, образующих групповой регистр. В этих регистрах информация, как правило, снимается с последнего разряда. Схема сдвигающего регистра на модулях СТ60 изображена рис. 9.30, а. На рис. 9.30, б изображена ячейка задержки на полутакт, построенная из модулей СТ60, а на рис. 9.30, в — ее условное обозначение. Эта схема представляет собой триггер с входными элементами И.
Формирователи тактовых импульсов. В струйных системах управления используют как однофазную систему тактовых импульсов (рис. 9.31), так и двухфазную — с импульсами, находящимися в противофазе (см. рис. 9.31, б). (Здесь Ти— длительность импульса; Т— длительность периода импульса.) Скважностью импульсов называют отношение Q = Т/Тп. В двухфазной системе Q = 2. На рис. 9.31, в показаны основные параметры тактовых импульсов (ри—амплитуда основного импульса; р0 — остаточное давление в паузе между импульсами; р^р р^ — амплитуды первого положительного и первого отрицательного выбросов; Рд2, р~2 — амплитуды второго положительного и второго отрицательного выбросов; Ти — длительность основного импульса, определяемая на уровне 0,5ри, /ф, ?СР — длительности фронта и среза импульса). На надежность работы цифровых устройств струйной техники могут существенно влиять вторые и последующие положительные и отрицательные выбросы. Первые выбросы, как правило, не оказывают существенного влияния на работоспособность схем. Форму тактовых импульсов в реальных устройствах необходимо приблизить, насколько это возможно, к идеальной, т. е. длительность фронта и среза должна быть значительно меньше длительности импульса; амплитуда выбросов (вторых и последующих) должна быть минимальной.
Тактовые импульсы формируются при помощи струйных задающих генераторов, которые, как правило, строят на базе струйных дискретных и усилительных элементов. Они должны удовлетворять следующим основным требованиям: обеспечивать высокую стабильность частоты генерируемых колебаний и малые искажения формы импульсов при изменении окружающей температуры, давления питания и др.
Схемы струйных генераторов, удовлетворяющие указанным требованиям, изображены на рис. 9.31, г—е. Генератор (рис. 9.31, г) построен на аналоговых усилителях. Триггер с раздельными входами, установленный на выходе (рис. 9.31, д) служит для исключения вторых и последующих выбросов импульсов, генерируемых элементом ИЛИ — НЕ ИЛИ с аналоговым усилителем в цепи обратной связи. Генератор (рис. 9.31, е) построена на триггере с раздельными входами. Генерируемая частота зависит от длины L соединительных трубок для генератора показана на рис. 9.31, а в пределах 10—1000 Гц; для генератора на рис. 9.31, д — в пределах 10—500 Гц; для генератора на рис. 9.31, е — в пределах 100—500 Гц.
В ряде случаев при построении управляющих устройств необходимо получить импульсы малой длительности. На рис. 9.32, а, б приведены схемы и графики работы формирователей импульсов: при появлении сигнала «0» на входе (см. рис. 9.32, а) и при появлении сигнала «I» (см. рис. 9.32, б). На рис. 9.32, в показан формирователь импульсов, который формирует импульсы большей длительности, чем сигналы, поступающие на его вход, и график его работы.
На рис. 9.32, г показана схема счетного триггера, использующего в своей работе формирователь импульсов. Триггер с раздельными входами, установлен-
Рм РиРм РиPppuPppuООРтиРиРтиРиРис. 9.31. Системы тайговых импульсов (а—б) и генераторы тактовых импульсов (г—е)Рис. 9.31. Системы тайговых импульсов (а—б) и генераторы тактовых импульсов (г—е)4 ' Т
Рм Ри
Рм Ри
Pppu
Pppu
О
О
Рти
Ри
Рти
Ри
Рис. 9.31. Системы тайговых импульсов (а—б) и генераторы тактовых импульсов (г—е)
Рис. 9.31. Системы тайговых импульсов (а—б) и генераторы тактовых импульсов (г—е)
Рис. 9.32. Формирователи импульсов
ный на выходе формирователя, играет роль фильтрующего элемента, исключающего влияние шумов, которые возникают при переключении дискретных элементов, на работу счетного триггера. Такой счетный триггер часто называют импульсным. Триггер обеспечивает высокое быстродействие: так, при использовании в схеме элементов СТ55, СТ56 и СТ59 частота импульсов на входе достигает 400 Гц.
Реле времени (рис. 9.33), построенное исключительно на струйных элементах, широко используют для построения струйных управляющих устройств. Назначение реле заключается в получении заданной выдержки времени при включении или выключении каких-либо элементов, управляющего устройства. В структурную схему реле (см. рис. 9.33, а) входят следующие основные части: воспринимающая 1, состоящая из струйных логических элементов, обеспечивающих запуск и сброс реле времени; задающая 2, представляющая собой генератор тактовых импульсов, частота работы которого определяет дискретность реле времени; линия задержки сигнала 3, обеспечивающая заданную выдержку времени с момента подачи управляющего сигнала (линия задержки может быть построена на основе двоичного, кольцевого счетчика или простейшего сдвигающего регистра); выходная 4, обеспечивающая формирование одного или нескольких выходных сигналов с задержками на заданную величину времени.
На рис. 9.33, б показана схема реле времени, построенная на основе двоичного счетчика и схемы совпадения. Время выдержки задается числовым кодом а1( ct^» аз, ^4 на входах схемы сравнения. Например, на реле, построенном на четырехразрядном двоичном счетчике и генераторе тактовых импульсов, посылающем в схему реле импульсы через 0,1 с, могут быть получены задержки времени от 0,1 до 1,5 с дискретностью 0,1 с. Увеличение разрядов двоичного счетчика позволит получить выдержки времени сколь угодной длительности. Реле имеет один выход и обеспечивает получение 15 различных выдержек времени с дискретностью 0,1 с.
На рис. 9.33, в приведена схема реле времени, построенная на основе простейшего сдвигающего регистра (командозадающего устройства), показанного на рис. 9.28. В этом регистре непрерывно сдвигается только одна кодовая последовательность 00010 ...Ос частотой тактовых импульсов задающего генератора. Максимальная задержка времени тактового реле определяется числом разрядов регистра, а дискретность зависит от частоты тактовых импульсов генератора. Число выходов реле равно числу разрядов регистра. Выходная часть схемы строится на основе коммутационного поля.
Схема реле времени; использующая в своей работе групповой регистр, изображена на рис. 9.34.
Регистр предназначен для динамического хранения четырехразрядных чисел и выдачи их в схему сравнения при поступлении тактового сигнала от управляющего устройства. Групповой регистр в данной схеме состоит из четырех регистров по три разряда в каждом и позволяет записать в него три четырехразрядных числа в двоичном коде. При записи чисел в регистр на его четыре входа подается первое число, например ОНО, ровно через один такт подается второе число — 1011 и еще через такт третье — 1110. Через три такта появляется на выходе регистров первое записанное число, через четыре такта — второе, затем — третье и, начиная с этого момента, с каждым новым тактом записанные числа в заданной последовательности появляются на выходах регистра и поступают на входы схемы сравнения. На входы схемы сравнения поступают сигналы от четырехразрядного двоичного счетчика, работающего от генератора тактовых импульсов, посылающего на вход счетчика импульсы через 0,1 с. При совпадении чисел на выходах счетчика и выходах регистра иа выходе схемы сравнения появляется сигнал.
Таким образом, первый сигнал от реле времени, соответствующий числу ОНО, появится на шестом импульсе и время выдержки будет соответствовать 0,6 с. После этого регистр сдвигается и на его выходах появляется второе записанное число 1011. Это число соответствует одиннадцати импульсам тактового генератора, т. е. сигнал на выходе реле времени появится через 1,1с после за-
Рис. 9.33. Реле времениРис. 9.33. Реле времени8)8)
Рис. 9.33. Реле времени
Рис. 9.33. Реле времени
8)
8)
Рис. 9.34. Реле времени с групповым сдвигающим регистром
пуска счетного триггера. Третий сигнал на выходе реле времени появится при поступлении четырнадцатого тактового импульса на вход счетчика и будет соответствовать времени, равному 1,4 с. Очевидно, что для получения более длительных задержек времени необходимо увеличить число разрядов двоичного счетчика и сдвигающих регистров. Увеличение времени задержки может быть достигнуто увеличением дискретности реле времени. Например, если будем подавать тактовые импульсы через 0,2 с, то максимальная выдержка времени у реле составит 3 с, т. е. возрастет в 2 раза. Триггер с раздельными входами, установленный на выходе генератора тактовых импульсов, является фильтром шумов.
Усилительные и пороговые схемы. В тех случаях, когда мощность управляющего сигнала недостаточна для приведения в действие какого-либо струйного устройства, используют схемы, которые строят на аналоговых усилителях СТ46, СТ59 и др. Последовательное соединение нескольких элементов образует многокаскадный струйный усилитель (рис. 9.35, а) с общим коэффициентом усиления к = А^з ,..., кп, где кХ1 к2, ..., кп—коэффициенты усиления первого, второго и последующих каскадов.
Пусть требуется переключить управляющим давлением, равным 20 Па, струйный дискретный элемент, давление срабатывания которого, с учетом запасов по надежности равно 600 Па. Коэффициент усиления струйного элемента одного каскада многокаскадного усилителя к = 4. Тогда коэффициент усиления трехкаскадного усилителя к ^ 4X4X4 — 64, а так как к = Арв/Арвх, т0 при Арвх ~ 20 Па будет Арв ^ к Арвх = 64 X 20= 1280 Па. Сигнал с таким уровнем давления на выходе усилительной схемы более чем достаточен для срабатывания дискретного элемента, i подающего сигнал в схему управляющего устройства. Для надежной работы многокаскадного усилителя целесообразно , на вход первого каскада подавать давление смещения. Это давление обеспечивает надежное отключение схемы при уменьшении управляющего сигнала. Изменяя величины давления смещения, можно регулировать порог срабатывания схемы в очень широких пределах — от отрицательных величин давления срабатывания до величин, равных давлению питания. Схемы этого типа можно использовать для построения реле физических величин, и в частном случае для реле контроля геометрических размеров обрабатываемых деталей. В литературе их называют пороговыми устройствами, или триггерами Шмитта.
Простейшая схема триггера Шмитта и его характеристика переключения приведены на рис. 9.35, б, в. Триггер Шмитта может быть построен и на одномструй- ном элементе. Например, аналоговый усилитель, работающий в релейном режиме и изменяющий свой порог срабатывания вследствие изменения величины дав- 242 '
Рис. 9.35. Усилительные и пороговые схемыРис. 9.35. Усилительные и пороговые схемы
Рис. 9.35. Усилительные и пороговые схемы
Рис. 9.35. Усилительные и пороговые схемы
ления смещения дросселем, включенным в линию обратной связи, представляет собой пороговый элемент — триггер Шмитта (рис. 9.35, г).
Изменить порог срабатывания аналогового усилителя, работающего в релейном режиме, можно также заданием давления смещения с помощью дросселя, соединяющего линию обратной связи с атмосферой (рис. 9.35, д). Аналогично этому могут быть построены пороговые схемы и на дискретных элементах. Однако, как показали исследования и практика внедрения устройств контроля, триггеры Шмитта, построенные на аналоговых усилителях, имеют меньший разброс по давлению срабатывания и тем самым обеспечивают более высокую точность устройств контроля.
9.5. ПОСТРОЕНИЕ СТРУЙНЫХ9.5. ПОСТРОЕНИЕ СТРУЙНЫХУПРАВЛЯЮЩИХ УСТРОЙСТВУПРАВЛЯЮЩИХ УСТРОЙСТВ
9.5. ПОСТРОЕНИЕ СТРУЙНЫХ
9.5. ПОСТРОЕНИЕ СТРУЙНЫХ
УПРАВЛЯЮЩИХ УСТРОЙСТВ
УПРАВЛЯЮЩИХ УСТРОЙСТВ
Устройства управления последовательностью операций. Технологический процесс изготовления детали или изделия на машинах-автоматах (станках, прессах), как правило, подразделяется на ряд последовательных операций. Функциями струйного управляющего устройства являются: контроль выполнения операции и управления последовательностью и длительностью операций; обеспечение мер защиты и блокировок; обеспечение заданного режима работы — ручного, автоматического; выдача оператору информации о работе управляющего устройства с помощью визуальной индикации.
При проектировании управляющего устройства необходимо анализировать следующие факторы, характеризующие условия и технологический процесс изготовления изделия:
условия производства (пожаро- и взрывобезопасность, квалификация обслуживающего персонала, качество питающего воздуха в заводской сети и т. п.), тип и характер производства — мелкосерийное, серийное с редко меняющимся
ЦйкЛом работы, серийное с неизменным циклом работы станка (в зависимости от типа и характера производства определяется и тип управляющего устройства, т. е. с программным цикловым либо числовым управлением или же с фиксированной, т. е. неизменной программой);
обеспечение режимов работы — ручной, полуавтоматический и автоматический;
функциональное назначение системы защиты и блокировок;
характер окружающей среды и влияние ее на управляющее устройство;
связь оператора с системой управления и машиной с помощью органов ручного управления и устройств индикации;
надежность работы связывающих машину и систему управления устройств— струйных путевых выключателей, преобразователей, разъемов, трубопроводов и др.;
напряженность цикла, длительность отдельных операций и цикла в целом (исходя из этих данных можно выбрать управление переходом от одной операции к другой либо по путевым выключателям или же по временном сигналам);
выбор устройств, управляющих исполнительными механизмами, и их связи с исполнительными механизмами;
удобство обслуживания системы управления (этим определяется ее компоновка, выбор средств и методов индикации правильности функционирования системы управления).
Важным фактором при проектировании является выбор технологии изготовления системы управления, ее элементной базы, логической структуры и источника питания (вентилятор, заводская сеть).
Правильно принятые решения на основе оценки указанных факторов позволят создать экономичную и высоконадежную систему управления.
Построение устройств управления последовательностью операций. Рассмотрение этого вопроса начнем с простейших примеров, последовательно усложняя их.
Пример 1. Автоматическое возвратно-поступательное движение рабочего органа осуществляется пневмо- или гидроцилиндром. Контроль выполнения операций обеспечивается нормально открытыми бесконтактными путевыми выключателями типа СТ144, у которых при отсутствии управляющего воздействия на выходе устанавливается сигнал «1». Начало и конец работы контролируются кнопками (нормально закрытыми) Кп — «Пуск» и Кс — «Стоп».
Цикл работы запишем в виде А+, А”, А+, А~; знак «4-» означает выдвижение штока цилиндра, знак «—» — возврат штока.
Схему управляющего устройства составляют по таблице состояний входных устройств — путевых включателей, кнопок и др. (табл. 9.4). На рис. 9.36, а приведена схема управляющего устройства, реализующая заданный цикл. Схема построена на струйных логических элементах ИЛИ — НЕ ИЛИ; для переключения распределителей используют усилители давления, в которых давление управляющих сигналов усиливается до 0,2 — 0,3 МПа.
Пример 2. Схема управляющего устройства для двух цилиндров, работающих по циклу А+, В2; А—; В—, приведена на рис. 9.36, б.
В табл. 9.5 дана таблица состояний входных устройств, на основании которой построена схема. Управляющее устройство, построенное на основе этой схемы, не обеспечивает защиты исполнительных механизмов при аварийных ситуациях. В нем отсутствует также ручное управление отдельными цилиндрами. В следующем примере введем соответствующие блокировки и ручное управление отдельными механизмами.
Пример 3. Пресс форма с формовочной массой подается цилиндром А. Цилиндр В прессует массу в пресс-форме до заданной высоты, контролируемой путевым выключателем ba (рис. 9.36, в). Положение штоков контролируется нормально открытыми ' путевыми выключателями. Начало и окончание работы контролируется нормально закрытыми кнопками «Пуск» и «Стоп». Управляющее устройство должно обеспечивать работу в наладочном, ручном и автоматическом режимах. Цикл работы А~Н B-j-; В—; А—.
Составим таблицу состояний входных устройств путевых выключателей, кнопок (табл. 9.6). Состояние путевых выключателей в строках второй и четвертой совпадает. Это говорит о том, что в логической схеме необходимо ввести элемент памяти, чтобы различать условия на выдвижение штока цилиндра В и на возврат штока цилиндра А. Элемент памяти — триггер с раздельными входами — запоминает сигнал выключателя Ь2, фиксирующего нижнее положение штока цилиндра В. Введем в четвертую строку таблицы дополнительное условие ПВ2 (сигнал от триггера), в результате чего получим в строках второй и четвертой различные условия на выдвижение штока цилиндра В и на возврат штока цилиндра А.
Схема устройства, реализующая заданный цикл работы, приведена на рис. 9.36, в. Ручной режим работы устройства обеспечивается кнопками (А-), К„(В+), К„(В-) и тумблером — «автомат-наладка», В ручном режиме тумблер соединяет кнопки ручного управления с источником питания с помощью усилителя и распределителя. В автоматическом режиме питание не подается к кнопкам и разрешается работа триггеров 1, 2, 3.
ИАЕ
Рис. 9.36. Простейшие схемы управления работой цилиндров
Таблица к рис. 9.Таблица 9.4Таблица 9.5состояний входных устройствТаблица состояний входных устройств36, ак рис. 9.36, 6One-ВходыВыходOne-ВходыВыходырацияага.ЯсУрацияКпtilti2blЬ»УхУзА+ А- А+ А- А+000001111А+ в+ А~ в-100000 01 10 0011 0Таблица к рис. 9.Таблица 9.4Таблица 9.5состояний входных устройствТаблица состояний входных устройств36, ак рис. 9.36, 6One-ВходыВыходOne-ВходыВыходырацияага.ЯсУрацияКпtilti2blЬ»УхУзА+ А- А+ А- А+000001111А+ в+ А~ в-100000 01 10 0011 0Рес. 9.37. Управляющее устройство с индикацией отказов путевых выключателей, вклю- чееея усилителей я блокировкамиРес. 9.37. Управляющее устройство с индикацией отказов путевых выключателей, вклю- чееея усилителей я блокировкамиТаблица состояний входных устройств к рис. 9.36, вТаблица состояний входных устройств к рис. 9.36, вОперацияВходыВыходыtilti2blь,ЯпУхУзУлУзУбА+ В+ в- А-000000011 11 11111ОперацияВходыВыходыtilti2blь,ЯпУхУзУлУзУбА+ В+ в- А-000000011 11 11111Таблица 9. 6Таблица 9. 6246246247247
Таблица к рис. 9.
Таблица 9.4Таблица 9.5
состояний входных устройствТаблица состояний входных устройств
36, ак рис. 9.36, 6
One-
Входы
Выход
One-
Входы
Выходы
рация
аг
а.
Яс
У
рация
Кп
til
ti2
bl
Ь»
Ух
Уз
А+ А- А+ А- А+
0
0
0
0
0
1
1
1
1
А+ в+ А~ в-
1
0
0
0
0
0 0
1 1
0 0
0
1
1 0
Таблица к рис. 9.
Таблица 9.4Таблица 9.5
состояний входных устройствТаблица состояний входных устройств
36, ак рис. 9.36, 6
One-
Входы
Выход
One-
Входы
Выходы
рация
аг
а.
Яс
У
рация
Кп
til
ti2
bl
Ь»
Ух
Уз
А+ А- А+ А- А+
0
0
0
0
0
1
1
1
1
А+ в+ А~ в-
1
0
0
0
0
0 0
1 1
0 0
0
1
1 0
Рес. 9.37. Управляющее устройство с индикацией отказов путевых выключателей, вклю- чееея усилителей я блокировками
Рес. 9.37. Управляющее устройство с индикацией отказов путевых выключателей, вклю- чееея усилителей я блокировками
Таблица состояний входных устройств к рис. 9.36, в
Таблица состояний входных устройств к рис. 9.36, в
Операция
Входы
Выходы
til
ti2
bl
ь,
Яп
Ух
Уз
Ул
Уз
Уб
А+ В+ в- А-
0
0
0
0
0
0
0
1
1 1
1 1
1
1
1
1
Операция
Входы
Выходы
til
ti2
bl
ь,
Яп
Ух
Уз
Ул
Уз
Уб
А+ В+ в- А-
0
0
0
0
0
0
0
1
1 1
1 1
1
1
1
1
Таблица 9. 6
Таблица 9. 6
246
246
247
247
Схема перехода от ручного режима к автоматическому может быть решена и другими;
методами.
Рассмотрим, в какой степени схема, приведенная иа рис. 9.36. в, отвечает требованиям защиты н блокировок, связи оператора с управляющим устройством. Предположим^ что в результате нарушения уплотнений в цилиндре, отказов в работе распределителей или другой аппаратуры произойдет произвольное перемещение штоков цилиндров. Наиболее опасным будем считать произвольное перемещение штока цилиндра В вниз. Это движение штока приводит к аварии — выходу из строя пресс-формы и других механизмов,.
приводимых штоком цилиндра Л. В схеме блокировки, предотвращающей указанную=
аварию, нет. Действительно, шток цилиндра Л выдвигается по сигналам путевых выключателей 01 — 0, bi — 0 и перемещается в дальнейшем независимо от состояния путевого:
выключателя blf так как триггер 2 с раздельными входами, восприняв информацию, непосредственно управляет распределителем цилиндра А. И если шток цилиндра В по каким-'
либо причинам начнет перемещаться во время движения штока цилиндра Л, произойдетj
авария.|
Аналогичная ситуация возможна и при произвольном перемещении штока цилии-1
дра А. Рассматриваемая схема не обеспечивает защиты от возможных аварийных ситуаций. При возникновении аварийной ситуации оператор должен остановить работу, нажав на кнопку «Стоп», ио схема не гарантирует останов, так как кнопка «Стоп» — нормально?
закрытая и засорение каналов, обрыв трубопровода, связывающего кнопку и логические элементы, не обеспечат прохождение сигнала на останов. Использование кнопки «Стоп» нормально открытого исполнения исключает подобные ситуации, так как засорение, обрыв трубопровода приведут к останову машины.
Причинами аварий при работе машин часто являются ложные сигналы от путевых выключателей, которые могут возникнуть в результате их засорений, поломок, обрывов трубопроводов и др. В схеме, приведенной иа рис. 9.36, в, отсутствует защита системы от ложных сигналов путевых выключателей. Рассматриваемое управляющее устройство ие обеспечивает и связи оператора с машиной, так как отсутствует индикация выполнения операций, прохождения основных сигналов, отказов путевых выключателей и т. д.
На рис. 9.37 показана схема управляющего устройства для того же цикла, но с изменениями, которые удовлетворяют требованиям базопасности работы и обеспечивают связь оператора с машиной и системой управления. Увеличение числа элементов в схеме вследствие их низкой стоимости и высокой надежности практически не отражается на стоимости и надежности устройства в целом, но значительно улучшает ее обслуживание и технические качества.
Предотвращение аварийных ситуаций, возникающих в результате произвольных перемещений штоков цилиндров А и В, достигается установкой элементов НЕ — ИЛИ 1 на выходе триггера с раздельными входами и введением
механизмаммеханизмамРис. 9.38. Структурная схема управляющего устройства из типовых функциональных узлов
механизмам
механизмам
непосредственно на их входы сигналов от путевых выключателей Ь^ и а2. Команда «Стоп» подается нормально открытой кнопкой, что обеспечит прохождение команды в случае отказа кнопки или обрыва трубопровода.
Схема, изображенная на рис. 9.37, предусматривает блокировку и индикацию отказов путевых выключателей. Вероятной причиной отказа нормально открытых выключателей и подачи ими
ложных сигналов является их засорение или обрыв трубопроводов; тогда в случае возникновения ложного сигнала на одном из выключателей одновременно подаются сигналы «О» путевыми выключателями, установленными на одном исполнительном механизме. Блокировка отказов путевых выключателей цилиндра А выполняется соединением входов элемента ИЛИ — НЕ ИЛИ 1 с выходами путевых выключателей аг и а2. Таким образом, при сигналах аг = 0, а2 — О сигнал «1» с выхода элемента / поступает на вход элемента 2. Далее сигнал, проходя через элементы 3, 4, переключает триггер 5 и дает команду на останов, отключая распределитель 6. Одновременно сигнал элемента 1 включает индикатор отказов 7. Аналогично проводятся блокировка и индикация отказов путевых выключателей цилиндра В. Эта защита обеспечивается элементом 8 и индикатором 9. Блокировки отказов нормально закрытых выключателей выполняются таким же образом, но с использованием струйных элементов, реализующих логическую операцию И.
Схема дает информацию оператору о прохождении сигналов от устройства к распределителям с помощью индикаторов, подключенных к элементам 10, 11, 12, 13. Блокировки при работе в ручном режиме предусмотрены. Схема обеспечивает «нулевую защиту» и другие меры защиты введением блокировочных сигналов на вход элемента 3. Струйные управляющие устройства строятся и при помощи других методов, использование которых обусловлено стремлением разработчиков уйти от интуитивного способа построения схем управляющих устройств. Эти методы предусматривают использование для построения схем управляющих устройств отработанных логических структур отдельных блоков.
На рис. 9.38 приведена структурная схема управляющего устройства, включающая в себя функциональные типовые блоки: питания и защиты 1; формирования тактовых импульсов 2; командозадающего устройства 3; блокировок (логики) 4; входных устройств 5; индикации 6.
Построим схему управляющего устройства, реализующего цикл А+; В+; В—; А—, в отличие от рассмотренных выше на основе функциональных блоков в соответствии со структурой, приведенной на рис. 9.38.
Разработку схемы начнем с анализа циклограммы, в которой работа цилиндров разбита на отдельные такты (рис. 9.39, а). Первый такт-т- выдвижение штока цилиндра А; второй — выдвижение штока цилиндра В; третий — возврат штока цилиндра В; четвертый такт — возврат штока цилиндра А. В схеме управляющего устройства используют типовые функциональные блоки (см. рис. 9.39, а).
Питание и защита. Этот блок обеспечивает питание устройства, осуществляет «нулевую защиту» и блокировки.
Формирователь тактовых импульсов, предназначенный для выработки тактовых импульсов при изменении состояний путевых выключателей.
Командозадающее устройство, последовательно сдвигающее импульсы в каждом такте.
Логические условия — блокировки.
Входные устройства.
Индикация.
Рис. 9.39. Схемы управляющего устройства, построенного из функциональных блоков (а) и временнбго управляющего устройства (б)Рис. 9.39. Схемы управляющего устройства, построенного из функциональных блоков (а) и временнбго управляющего устройства (б)
Рис. 9.39. Схемы управляющего устройства, построенного из функциональных блоков (а) и временнбго управляющего устройства (б)
Рис. 9.39. Схемы управляющего устройства, построенного из функциональных блоков (а) и временнбго управляющего устройства (б)
Одним из важных свойств этого управляющего устройства является то, что без каких-либо изменений его логической структуры возможно управлять работой двух цилиндров в любой последовательности. Для этого достаточно перекоммутировать трубопроводы, связывающие выходы элементов /, 2, 5, 4 с входами элементов 9, 10. Пусть требуется обеспечить работу цилиидров в следующей последовательности: В+; В—; А+; А—. Работа по этому циклу будет обеспечена соединением выходов, элементов^НЕ ИЛИ 1,2,3 с входами элементов 6, 7, 5 и введением требуемых блокировок на входы элементов 9, 10. Аналогично можно управлять работой цилиндров и с другой последовательностью.
Использование того или иного метода построения управляющих устройств в каждом конкретном случае следует определять как техническими, так и экономическими соображениями.
Пример 4. Управление последовательностью операций по времени.
Когда мет возможности установить элементы, контролирующие выполнение операций на исполнительных органах машин, используют временное управление последовательностью операций. Простейшая схема управляющего устройства, обеспечивающего работу двух цилиндров в полуавтоматическом режиме по циклу А+; В+; В-; А-, показана на рис. 9.39, б. Схема включает в себя генератор временных тактовых импульсов /, командозадающее устройство 2, логические элементы ИЛИ 3, наладочные кнопки 4, блок пуска и нулевой защиты 5, кнопки «Пуск», «Стоп» 6.
Пусть для выполнения технологических операций требуются следующие выдержки времени: выдвижение штоков цилиндров (А+) — 1 с, (В+) — 1 с, возврат штоков (А-) — 2 с, (В-) — 3 с. Исходя из того, что минимальная длительность операции 1 с, используем генератор с частотой следования тактовых импульсов, равной 1 Гц. Частота следования импульсов корректируется дросселем 7, установленным на входе усилителя 8. Длительность цикла равна 7 с с наименьшим временным интервалом 1 с; таким образом, для построения схемы используем командозадающее устройство на семь разрядов, в котором тактовые импульсы сдвигаются от разряда к разряду через 1 с.
Сигналы длительностью 1 с на выдвижение штоков цилиндров А и В поступают на усилители распределителей с первого и второго разрядов комаидозадающего устройства. Сигнал длительностью 2 с на возврат штока цилиндра А поступает от четвертого и третьего разрядов командозадающего устройства, через элемент 9, выполняющего операцию суммирования (ИЛИ). Сигнал иа возврат штока В обеспечивается суммированием сигналов пятого, шестого и седьмого разрядов регистра элементами 10, 11, т. е. на время возврата штока цилиндра В отводится 3 с.
Струйные системы циклового программного управления (ЦПУ) применяют при автоматизации металлорежущих станков, промышленных роботов и других машин, используемых преимущественно в крупносерийном производстве. В системах ЦПУ программируется только логическая и технологическая информации (последовательность выполнений операций, режимы обработки, время выполнения операций и др.), размерная информация выполняется с помощью регулируемых упоров или других устройств, предназначенных для подачи сигналов в логическое устройство при достижении механизмом заданной величины перемещения. Во временных системах ЦПУ эта величина перемещения задается продолжительностью операции (чаще в промышленных роботах). В связи с тем, что логическое устройство освобождено от переработки размерной информации, системы циклового программного управления отличаются простотой..
В крупносерийном производстве при длительной обработке одной партии деталей, в промышленных роботах, обслуживающих станки, прессы и другие машины с редко меняющимся циклом системы ЦПУ нередко могут явиться предпочтительными по сравнению с другими системами программного управления. Это связано с тем, что эти системы просты по структуре, более надежны в эксплуатации и проще в обслуживании, чем системы с числовым программным управлением.
Функциональная схема. На рис. 9.40, а изображена функциональная схема струйной системы ЦПУ, в которую входят следующие основные устройства: задания и ввода программы; переработки информации, нанесенной на программоносителе; контроля отработки этапа — такта программы — (входные устройства — путевые выключатели и др.); выходные и исполнительные устройства. Рассмотрим назначение и структуру основных устройств функциональной схемы.
Устройство задания и ввода программы содержит информацию о цикле, которая отражена в программоносителе — перфокарте, перфоленте, штеккер- ной панели или наборном поле. Программоноситель является составной частью устройства задания программы. В устройстве поэтапного ввода программы вы-
Рис. 9.40. Функциональная схема струйной системы ЦПУ (а) и структурная схема уст ройства задания и ввода программы (б)
рабатываются тактовые импульсы, которые поступают в устройство задания программы. Тактовые команды последовательно выдаются с помощью сдвигающего регистра (струйно-механического либо струйного). Тактовые импульсы, поступая в устройство, задания программы, перерабатываются в соответствии с программой, заданной на программоносителе, и с помощью считывающих элементов, направляются в устройство переработки информации. В логическом блоке устройства переработки информации выполняются блокировки, вырабатываются команды, которые поступают на усилители, преобразователи, а затем на пневмо-, гидрораспределители или же на другие исполнительные элементы н далее на исполнительные механизмы, осуществляющие технологические операции. Выполнение операций контролируется путевыми выключателями и другими датчиками, сигналы от которых поступают в устройство переработки информации, в блок логики и в блок формирования тактовых импульсов. Тактовые импульсы от формирователя поступают в устройство поэтапного ввода программы, в котором командозадающее устройство (сдвигающий регистр) сдвигает тактовые импульсы. Сдвигаемые в каждом такте импульсы поступают в устройство задания программы и затем в соответствии с программой, нанесенной на программоносителе, — в блок логики либо непосредственно на исполнительные элементы.
Классификация струйных систем ЦПУ рассмотрена в работе [3]. Здесь ограничимся классификацией струйных систем ЦПУ по конструктивным признакам и способу получения тактового импульса на переход от одной операции к другой. Существует два способа получения тактовых импульсов: первый — выполнение предыдущей операции не контролируют путевыми выключателями
и другими устройствами, и тактовые импульсы на переход от одной операции к другой формируются в блоке логики по командам от путевых выключателей. Второй способ— контроль по времени — используют тогда, когда нельзя установить путевые выключатели. В тех случаях, когда безопасность работы не обеспечена, вводят блокировки для защиты как отдельных механизмов, так и оператора с помощью путевых выключателей. В ряде случаев при проектировании струйной системы ЦПУ целесообразно использовать одновременно оба способа получения тактовых импульсов.
В струйных системах ЦПУ получили распространение в основном три типа устройств поэтапного ввода программы, отличающиеся конструктивным исполнением.
Первый тип устройств состоит только из струйных логических элементов, образующих струйное счетно-командозадающее устройство. Второй тип выполнен в виде струйно-механического или пневмомеханического обегающего устройства (шагового искателя). Третий тип состоит из струйного командозадающего устройства, каждый выход которого связан с мембранным усилителем, предназначенным для усиления сигналов от струйных элементов и их последующего размножения и ввода в устройство задания программы. Этот тип известен как струйно-мембранное командозадающее устройство.
Конструкция устройства задания программы может быть выполнена в виде штекерной панели, наборного поля, клавишной или кнопочной панели и другого устройства с внутренней памятью, либо в виде механизма для считывания^ программы с программоносителей (перфокарты, перфоленты и т. п.) — устройства задания программы с внешней памятью. Любое из этих устройств задания программы может быть использовано в каждой из классифицированных нами систем ЦПУ. Выбор какого-то определенного устройства задания программы следует определять технологическим процессом изготовления детали на машине-автомате, экономичностью, удобством в эксплуатации и рядом других факторов, которые должны быть проанализированы в каждом конкретном случае отдельно.
В струйных управляющих устройствах ЦПУ промышленными роботами и станками наибольшее распространение получили устройства задания программы, выполненные в виде наборного поля. Это объясняется их конструктивной простотой и удобством в эксплуатации.
Устройство задания и ввода программы. На рис. 9.40, б показана структурная схема струйного устройства задания и ввода программы системы ЦПУ, в которой выполнение предыдущей операции контролируется путевыми выключателями, а устройство задания программы выполнено в виде наборного коммутационного поля.
Тактовые импульсы от формирователя поступают на вход устройства поэтапного ввода программы, которое представляет собой струйное командозадающее устройство, где сдвиги происходят в соответствии с частотой тактовых импульсов. Другими словами, устройство поэтапного ввода представляет собой линию задержки, где скорость распространения информации определяется частотой тактовых импульсов. Число разрядов регистра определяется ^числом тактов, необходимых для выполнения всех операций в цикле. В устройстве задания и ввода программы предусмотрена индикация сдвига тактового импульса в каждом разряде. Съем информации с выходов командозадающего устройства выполняется блоком размножения сигналов. Блок состоит из логических элементов, назначение которых сводится к распределению сигналов с каждого разряда командозадающего устройства по нескольким каналам (причем, уровень сигнала «1» по расходу и давлению должен сохраняться в любом из этих каналов). Размноженные в блоке сигналы поступают к наборному полю, которое представляет собой ряд тактовых трубок (штуцеров). Число трубок зависит от числа тактов и числа одновременно включаемых механизмов в одном такте.
Другой ряд выходов, установленных на наборном поле, служит для приема размноженных сигналов от устройства поэтапного ввода программы. Этими трубками с наборным полем связаны многовходовые схемы ИЛИ илн многовходовые элементы ИЛИ, назначение которых состоит в обеспечении повторяемости одной и той же операции в цикле и формировании выходных команд, поступающие в блок логики либо непосредственно на усилители,
Рис. 9.41. Командозадающее устройство
Соединяя гибкими шлангами тактовые трубки с выходными трубками, можно изменять последовательность выполнения отдельных операций в цикле, включать различное число механизмов в разных тактах, повторять одну и ту же операцию несколько раз в течение пикла (включать один и тот же исполнительный механизм).
Использование в качестве устройства задания программы наборного поля обеспечивает: высокое быстродействие, низкую стоимость и экономичность устройства, возможность корректировки программы для получения оптимальных режимов непосредственно во время наладки машины; высокую надежность, так как устройство задания и ввода программы построено на струйных элементах и не имеет подвижных частей.
Рассмотрим работу отдельных элементов,, входящих в устройство задания и ввода программы.
Устройство поэтапного ввода программы представляет собой простейший сдвигающий регистр — командозадающее устройство, полная схема которого, график работы и условное обозначение показаны на рис. 9.41.
Тактовые импульсы от формирователя импульсов поступают на вход триггера со счетным входом, являющегося составной частью командозадающего устройства. Импульсы у и у триггера со счетным входом являются сдвигающими. Каждый разряд состоит из триггера с раздельными входами, построенного на элементах ИЛИ—НЕ ИЛИ либо на основе триггеров с раздельными входами.
От разряда |/ командозаданз'^
Размноженные сигналы командозадающего устройства
В Злак логикиВ Злак логики»)»)Рис. 9.42, Схемы размножения сигналов (а), схема ИЛИ для устройства задания и ввода программы (б) и схема повторною включения исполнительных механизмов в одном такте (s)
В Злак логики
В Злак логики
»)
»)
Исходное состояние регистра устанавливается подачей сигнала на входе триггера с раздельными входами первого разряда и на установочный вход d триггера со счетным входом. Подача импульсов на входы е и d приводит к установке всех разрядов в нулевое состояние (на выходах пх ... nt появляются сигналы «О»), Это состояние соответствует исходному состоянию устройства поэтапного ввода программы. Подача тактового импульса Ти на счетный вход триггера приводит к его переключению из исходного (нулевого) состояния в единичное. При этом на выходе у получаем сигнал «О», в результате чего сигнал «1» с выхода элемента / поступает на вход первого разряда. Переключением триггера с раздельными входами этого разряда на его выходе i устанавливается сигнал «О». Следовательно, на выходе пг первого разряда появляется сигнал «1». Подача второго тактового импульса на счетный вход изменяет состояние триггера со счетным входом, в результате чего на выходе у возникает сигнал «1», а на выходе#— сигнал «О», при этом происходит переключение триггера с раздельными входами во втором разряде и на выходе и2 устанавливается сигнал «1». Первый разряд устанавливается в нулевое состояние. Таким образом, в схеме командозадающего устройства происходит сдвиг тактового импульса.
Блок размножения сигналов. Струйная система ЦПУ, как правило, должна обеспечивать возможность включения нескольких механизмов в одном такте, поэтому при проектировании СУ необходимо на основе анализа технологического процесса определить максимальное число одновременно включаемых усилителей (выходов) в одном такте. Включение нескольких механизмов достигается размножением сигнала с выхода командозадающего устройства с помощью схемы, приведенной на рис. 9.42, а. Если, например, требуется получить в одном такте четыре команды, то схема, показанная на рисунке, должна распределить сигнал командозадающего устройства по четырем каналам. Сигнал с выхода командозадающего устройства поступает на вход элемента / и с выхода ух этого элемента получаем сигнал «1», а второй инверсный выход #2 элемента связан со входом элемента 2, с инверсного выхода также получаем сигнал «Ь и т. д. Выход ИЛИ элемента 2 соединен с входом следующего элемента, инверсный выход которого #3 также является размноженным сигналом. Таким образом, каждое повторение тактового сигнала требует дополнительного струйного элемента.
Выходы yv у2, у^, Уа условно назовем тактовыми выходами. Эти выходы гибкими трубками соединяются с входами многовходовых элементов ИЛИ.
Блок, многовходовых элементов ИЛИ. Обеспечение многократного включения (повторяемости) одного и того же механизма в цикле достигается использованием схемы ИЛИ с большим числом входов. Число входов схемы ИЛИ, образующей выходную команду устройства задания и ввода программы, определяет повторяемость, т. е. число входов схемы соответствует требуемому числу включений одного и того же механизма в течение цикла.
Схема ИЛИ может быть построена на многовходовых элементах ИЛИ пассивных либо активных. Схема ИЛИ устройства задания и ввода программы показана на рис. 9.42, б, в. На входы хъ х2, ..., хп поступают размноженные сигналы от командозадающего устройства. Так, выходная команда гг может быть реализована в течение цикла 6 раз, так как число входов элемента ИЛИ, обеспечивающих отработку этой команды, равно шести. Повторяемость включения достигается коммутацией размноженных схемой тактовых импульсов с входами схемы ИЛИ. Входы схемы ИЛИ связаны с коммутационными штуцерами (выходами), установленными на наборном поле.
Наборное поле представляет собой панель, на которой в определенном порядке размещены тактовые и выходные штуцера, которые связаны воздухопроводами с выходами схемы размножения и с входами схемы ИЛИ. Выходные команды zb z2, ..., zn устройства задания и ввода программы включаются коммутацией размноженных тактовых сигналов с соответствующими входами схемы ИЛИ. Как видно из рис. 9.42, в изменение числа включаемых механизмов в такте, последовательности и повторяемость их работы в течение цикла обеспечивается соединением коммутационными трубками надлежащих тактовых и выходных штуцеров. Так, на наборном поле (см. рис. 9.42, в) набрана программа, обеспечивающая включение в первом такте сигналом пх одновременно трех выходных команд z1? z2 и zn. Во втором такте сигналом п2 включаются команды Zi и z2 и в последнем такте сигналом регистра пп включается команда z2. Следовательно простой перекоммутацией трубок / легко изменить набранную программу.
Формирователи тактовых импульсов. Сдвиги в комаидозадающем устройстве происходят с частотой тактовых импульсов Ти. В струйных устройствах ЦПУ каждый сдвиг соответствует окончанию предыдущего такта и началу последующего. Информация о завершении такта в СУ вводится путевыми выключателями либо другими элементами. В процессе работы станка или манипулятора любой из исполнительных механизмов может находиться в определенном положении, взаимодействуя при этом с соответствующим путевым выключателем, сигнал от которого будет постоянно поступать в струйное управляющее устройство. Если в это же время будут работать другие механизмы, то сигналы от других путевых выключателей будут подавлены сигналом первого выключателя, т. е. не приняв определенных мер, не получим импульсов для сдвига регистра после окончания такта. Вместе с тем, при работе станка в одном и том же такте могут работать несколько исполнительных механизмов, время прихода которых в крайние положения может быть различным. Эти исполнительные механизмы взаимодействуют со своими путевыми выключателями и выдают команды.
Необходимо получить тактовый импульс для сдвига командозадающего устройства независимо от числа работающих в такте исполнительных механизмов и времени их взаимодействия с путевыми выключателями, датчиками и другими устройствами контроля. Итак, назначение формирователя тактовых импульсов состоит в формировании одного тактового импульса после отработки такта любым числом исполнительных механизмов независимо от длительности взаимодействия этих механизмов с путевыми выключателями.
На рис. 9.43 приведены схема формирования тактовых импульсов и график ее работы. Пусть в каком-либо такте работают два исполнительных механизма — цилиндры А и В, выдвижение штоков которых контролируется путевыми выключателями а2, b2, а исходное положение — выключателями ai, Ьг. Цилиндры А, В не одновременно достигают своих крайних положений, и в связи с этим путевые выключатели могут включаться не одновременно; так, в одном такте цикла
Рис. 9.43. Формирование тактовых импульсов
цилиндр А может опередить цилиндр В, а в том же такте следующего цикла цилиндр В опередит цилиндр А. Действительно, тактовый импульс Ти появляется только тогда, когда цилиндры А и В достигают своих крайних положений, при которых выключатели а2 и Ь2 выдают сигналы «О», а сигнал на возврат цилиндра А, формируемый этим импульсом, равен «1». Как только сигнал на возврат цилиндра А поступит в схему формирователя тактовых импульсов, тактовый импульс Тп на выходе элемента исчезнет. Аналогично формируется тактовый импульс Ги на возврат цилиндра В. Таким образом, с приходом сигнала на включение какого-либо механизма тактовый импульс Ги, формирующий этот сигнал, исчезает, что, несомненно, является достоинством приведенной схемы.
Система ЦПУ (рис. 9.44) обеспечивает работу управляемой машины в наладочном, операционном полуавтоматическом и автоматическом режимах, позволяет программировать рабочие циклы с изменяемой последовательностью операций при числе тактов, равном 20 и числе выходов 8. В любом из тактов одновременно могут быть включены два исполнительных механизма, и любой механизм в течение цикла может быть включен 3 раза. Программа задается на наборном поле путем коммутации воздухопроводами соответствующих тактовых и выходных трубок. Поэтапно программа вводится двадцатиразрядным командозадающим устройством II.
СУ работает следующим образом. В соответствии с набранной на наборном поле программой включаются в определенной последовательности усилители давления А+- А—, В+, В—, С+, С—, D+, D—, обеспечивая заданный цикл машины. Путевыми выключателями а^, а2, ЬХ) Ь2, с2, с1э (Ц, d2 контролируется перемещение рабочих органов и подаются команды в схему III формирования тактовых импульсов. Сформированные тактовые импульсы поступают на вход командозадающего устройства и выполняют в нем сдвиги. Выходные сигналы от разрядов через схему размножения поступают к наборной панели и далее в соответствии с заданной программой проходят на входы многовходовых элементов ИЛИ и далее иа входы усилителей. После отработки всех операций, запрограммированных в цикле, проходит последняя запрограммированная команда «Конец цикла». Этой командой командозадающее устройство устанавливается в исходное состояние.
Устройства контроля размеров. Элементы «Волга» вместе с применяемыми в пневматических устройствах первичными преобразователями типа сопло- заслонка, выключателями СТ135, датчиками СТ140 и СТ158 могут быть использованы в устройствах для автоматического контроля линейных размеров. Струйные устройства можно применять как в активном, так и в послеоперационном контроле. Их можно успешно эксплуатировать в широком диапазоне темпера-
Рис. 9.44. Упрощенная схема струйной системы ЦПУРис. 9.44. Упрощенная схема струйной системы ЦПУ
Рис. 9.44. Упрощенная схема струйной системы ЦПУ
Рис. 9.44. Упрощенная схема струйной системы ЦПУ
Рис. 9.45. Схемы устройств активного контроля
туры „при наличии электромагнитных полей и вибраций. Применение струйных устройств контроля вследствие низкого уровня и отрицательного значения давления входных сигналов позволяет расширить диапазон измерения и увеличить измерительный зазор за счет более полного использования возможностей эжекторных, кольцевых и эжекторно-кольцевых преобразователей.
В зависимости от требуемой точности измерения используют различные первичные преобразователи и схемы построения устройств контроля. На рис. 9.45 приведены принципиальные схемы устройств активного контроля типа КС, Устройства предназначены для контроля геометрических параметров шлифовальных кругов в процессе механической обработки и могут быть использованы в других отраслях машиностроения. На рис. 9.45, а показана принципиальная схема 258
устройства с использованием в качестве измерительного элемента эжекторного датчика. Схема работает следующим образом. Сжатый воздух от узла 1 при постоянном давлении рп = 0,075 МПа подается к эжекторному преобразователю (датчику) 4 и одновременно через дроссель 2 к коллектору 3 питания струйных элементов. Сигнал от преобразователя поступает на входы усилителей 5 и 10. Элементы 5, 6, 7 н 10, И, 12 образуют два триггера Шмитта с регулируемыми в результате изменения сопротивлений 7?х и Т?2 порогами срабатывания.
При уменьшении измерительного зазора s давление на входах 2 элементов 5, 10 увеличивается, что приводит к последовательному срабатыванию триггеров Шмитта и загоранию лампочек «Внимание» и «Размер» при включении триггеров 8, 9, 13, 14 с раздельными входами. При поступлении команды «Размер» через элемент 17 включается усилитель 18, отводящий датчик в исходное положение. Кнопки 15, 16 служат для ручного управления механизмом подвода и отвода датчика из зоны обработки.
В схеме устройства активного контроля (рис. 9.44, б) в качестве измерительного давления используется разрежение, создаваемое датчиком 4 (СТ140). При большем расстоянии между срезом сопла и контролируемой поверхностью на выходе датчика имеется значительное разрежение, под действием которого силовая струя в элементах 5 и 10 полностью отклонена влево в сторону входных каналов (3), при этом на прямом выходе 5 элемента 7 и инверсном выходе (4) элемента 11 сигналы отсутствуют. По мере уменьшения измерительного зазора s падает разрежение на выходе датчика 4. Силовая струя в элементе 5 возвращается в исходное положение, и на инверсном выходе (4) появляется сигнал, который усиливается элементом 6, и при определенной величине входного вакуума происходят срабатывание элемента 7 н включение лампочки «Внимание» через триггеры 8, 9 с раздельными входами. Вследствие большого коэффициента усиления элемента 10 (СТ46) по сравнению с элементом 5 (СТ52) возврат струи в нейтральное положение в элементе 10, срабатывание элемента 11 и загорание лампочки «Размер» произойдут при меньшем измерительном зазоре. Схема на требуемый размер настраивается перемещением датчика 4.
На рис. 9.45, в показана схема устройства активного контроля с использованием в качестве первичного преобразователя датчика СТ135 с кольцевым соплом. Для измерения используют положительную ветвь характеристики датчика. В целях повышения точности выполнения команд триггеры Шмитта выполнены на двух усилителях типа СТ59 (1,2) и (3, 4), точки срабатывания которых регулируются переменными сопротивлениями Ri—R4. Путевой выключатель 5 триггера Шмитта (6, 7) служит для блокировки индикаторов «Внимание» и «Размер» при выходе датчика из зоны измерения.
На рис. 9.45, а приведена схема устройства активного контроля, использующая для измерения отрицательную ветвь рабочей характеристики датчика СТ135 с кольцевым соплом; с усилителя измерительный сигнал поступает на показывающий прибор 1. Сигналом «1» с блокировочного путевого выключателя 2 является также отрицательное давление (разрежение). В остальном работа схемы аналогична описанным выше.
Монтаж и эксплуатация струйных систем управления. Элементы и устройства струйной автоматики можно монтировать в любом положении: вертикальном, горизонтальном, наклонном. При монтаже струйных систем управления необходимо выполнять ^необходимые условия.
Коллекторы и трубопроводы являются одним из основных элементов систем управления, и при их конструировании, изготовлении и монтаже необходимо использовать металл с антикоррозионным покрытием нли же антикоррозионные металлы н материалы. После сборки коллекторов их следует тщательно очистить от грязи, окалины н других частиц, попавших во внутренние полости коллекторов при изготовлении. До установки элементов в блоки управляющего устройства надо подключить устройство к источнику питания и продуть его сжатым воздухом в течение 2—3 ч. Емкость коллекторов должна обеспечивать равномерное распределение давления питания перед всеми устройствами, питаемыми от коллектора. Для' контроля давления питания в коллекторах в каждом из них должны быть контрольные точки для замера. Питающие щ другие коллекторы должны иметь пробки для их очистки в процессе эксплуатации струйной системы управ-
ления. Межэлементные связи монтируют с помощью полихлорвиниловых и поливинилхлоридных трубок. Трубки изготовляют в соответствии с ГОСТ 19034—73. Внутренний диаметр трубопроводов, связывающих путевые выключатели, усилители давления и другие элементы, если они расположены вне управляющего устройства, должен быть равен 4—5 мм.
Внутренний диаметр трубопроводов для соединений элементов в управляющем устройстве должен быть для элементов: СТ55 1,8—2,5 мм; СТ41 3—4 мм, толщина стенки трубопроводов не менее 0,8 мм.
Внешние устройства. Входные, выходные и вспомогательные устройства следует располагать в местах, удобных для обслуживания. Установка путевых выключателей должна обеспечить защиту от возможного попадания в их каналы минеральных масел, стружек и других загрязнений. Надежная работа путевых выключателей и управляющего устройства при работе в запыленных условиях достигается установкой фильтрующих элементов на выходах путевых выключателей. Четкая работа выключателей может быть обеспечена при правильном конструировании упоров. Заслонки, закрепленные на упорах, должны входить в паз выключателя, не контактируя с его корпусом.
Усилители давления надо располагать в непосредственной близости к пневмо- и гидрораспределителям. Усилители должны быть защищены от попадания на них масла, стружки (обычно их закрывают кожухом).
Входные и другие устройства следует закреплять так, чтобы их штуцера не были нагружены трубопроводами, а трубопроводы, в свою очередь, не подвергались воздействию массы аппаратов. Пневмокабели, гибкие шланги, связывающие внешние устройства с управляющим устройством и объединяющие отдельные блоки, должны быть жестко закреплены так, чтобы штуцера разъемов не были нагружены их весом.
Электроаппаратура. Устройства, содержащие электрические элементы, следует изолировать от других устройств так, чтобы была обеспечена безопасность работы при монтаже, ремонте и наладке системы управления.
Эксплуатация. Надежная и долговечнаи работа струйной системы управления может быть обеспечена при условии сохранения постоянства геометрии рабочего профиля элемента. Поэтому струйные элементы и устройства в целом следует питать сжатым воздухом, очищенным в соответствии с ГОСТ 17433—72 не ниже 5-го класса, а для питания струйных элементов малого размера — не ниже 3-го класса. Источник питания (заводскую сеть или вентилятор) надо выбирать на основе анализа условий работы управляющего устройства, энергетических затрат и других факторов.
Питание струйных систем управления и контроля может осуществляться от сети сжатого воздуха или от индивидуальных источников. При питании элементов от сети сжатого воздуха в качестве понизителя давления можно применять постоянные и переменные дроссели или эжектор, который, засасывая значительную часть воздуха из окружающей среды, позволяет резко сокращать расход сжатого воздуха. Дроссельное питание в основном применяют для схем с малым числом логических элементов (1—30), например в устройствах контроля и регулирования. Эжекторное питание целесообразно использовать для схем, содержащих среднее число элементов (50—200). Индивидуальные источники питания (вентиляторы илн воздуходувки) рекомендуется применять дли схем с большим числом логических элементов (системы программного управления роботами, станками, прессами и другим оборудованием).
Для лабораторных испытаний СУ в качестве индивидуальных источников питания можно использовать всевозможные пылесосы с уменьшенной частотой вращения. Снижают частоту вращения пылесосов включением их в сеть через лабораторный регулировочный автотрансформатор модели ЛАТР-2М.
Известны два способа организации питания струйных элементов: первый — по разомкнутой схеме, второй — по замкнутой или полузамкнутой [7, 10]. В замкнутой схеме весь воздух, подаваемый на питание (в полузамкнутой — часть воздуха) многократно используется в элементах, которые находятся в пространстве, изолированном от окружающей среды. Это позволяет предотвратить попадание в рабочие камеры (через атмосферные отверстия) струйных элементов', загрязнений из окружающей среды и тем самым повысить надежность СУ.
Пуск в эксплуатацию. Перед пуском системы управления необходимо визуально проверить систему, правильность монтажа; отсоединить питающие шланги блоков управляющего устройства и включить источник питания для дополнительной продувки — очистки коллекторов; после продувки подсоединить трубопроводы; измерить в соответствии с техническими требованиями уровни давления питания элементов, выходных сигналов на усилители, сигналов от путевых выключателей и других устройств; проверить давление питания усилителей.
Обслуживание н ремонт. Перед выполнением профилактических и ремонтных работ системы управления необходимо отключить питающую сеть электродвигателя вентилятора и другой электроаппаратуры. Отключить питание высокого давления для выходных устройств и других аппаратов. Ежедневно проверять уровень давления питания в управляющем устройстве; сливать из фильтров- влагоотделителей влагу, удалять с путевых выключателей грязь и пыль — обязательно при выключенном управляющем устройстве; осматривать линии связи. Еженедельно проверять затяжку крепежных деталей путевых выключателей, кнопок, усилителей, внешних трубопроводов и других устойств; крепление заслонок и штанг конечных выключателей; правильность входа заслонок в пазы путевых выключателей; крепления пневмоприводов гидро- и пневмораспределителей; плотность закрытия крышек логического блока. Ежемесячно очищать фильтры путевых выключателей и сопла и проверять уровень выходного сигнала; проверять уровень выходных сигналов к усилителям; осматривать пневмоприводы гидро- и пневмораспределителей и устранять утечки масла в полость привода; удалять из коллекторов накопившуюся влагу и грязь. Через каждые шесть месяцев очищать блок питания.
Ежегодно проверять рабочее состояние всех устройств системы.
Управляющее устройство. Снять выборочно не менее пяти логических элементов и проверить их характеристики на соответствие паспортным данным. Результаты проверки занести в журнал. При несоответствии характеристик паспортным данным элементы снять и продуть чистым сухим сжатым воздухом давлением 0,1—0,2 МПа. Если продувкой восстановить характеристики не удаетси, то элементы необходимо промыть спиртом и снова продуть чистым сухим сжатым воздухом давлением 0,1—0,2 МПа или заменить новыми. Расход спирта — 2 г на один элемент.
Входные и выходные устройства. Снять выборочно не менее трех устройств каждого наименования (путевые выключатели, кнопки, преобразователи, датчики, усилители, пневмоприводы и др.) и проверить их на соответствие паспортным данным. Результаты проверки занести в журнал. При несоответствии характеристик паспортным данным надо снять все устройства данного наименования, очистить от грязи и продуть сжатым воздухом давлением 0,1—2 МПа. Все детали с видимыми значительными следами разрушений должны быть заменены.
Блок питания. Снять усилитель пневмораспределителя и проверить на соответствие паспортным данным. Результаты проверки занести в журнал; снять, очистить и продуть сжатым воздухом все аппараты очистки воздуха.
Коллекторы и трубопроводы. Снять все трубопроводы с коллекторов, прочистить внутренние стенки, продуть сжатым воздухом; проверить плотность соединения трубопровода с разъемами и штуцерами. При проведении ремонтных работ в системе управления со снятием трубопроводов штуцера и все остальные отверстия во всех блоках закрывать пластмассовыми или металлическими пробками. Применение пробок из тряпок и дерева категорически запрещается.
Некоторые неисправности в струйной системе управления н их возможные причины. Нарушение цикла работы системы управления. Возможные причины: засорение путевого выключателя; прижим лепестка к выходному соплу путевого выключателя, работающего на принципе соударения струй; перегиб, обрыв трубопроводов; неплотность соединений, выход из строя усилителя вследствие засорения или износа деталей; выход из строя пневмоприводов распределителей; несоответствие уровней питающих давлений логических элементов уровням питающих давлений входных и выходных устройства; выход из строя схемы выставки триггеров; выход из строя логического элемента вследствие засорения или старения материала;
Отсутствие питания в системе управления. Возможные причины: засорение фильтров блока подготовки воздуха; выход из строя усилителя пневмораспределителя блока питания; выход из строя пневмораспределителя; нарушение блокировок, разрешающих включение усилителя пневмораспределителя в блоке питания; выход из строя вентиляторного источника питания; нарушение уплотнения питающих шлангов; разрыв шлангов.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
L Залманзон Л. А. Дэрогидродинамические методы измерения входных параметров автоматических систем. М.: Наука, 1973. 464 с.
Залманзои Л. А. Теория аэрогидродинамических систем автоматического управления. Мл Наука, 1977, 416 с.
Залманзон Л. А. Специализированные аэрогидродинамические системы автоматического управления. М.: Наука, 1978. 400 с.
Лазарев В. Г., Пийль Е. И. Синтез управляющих автоматов. М.: Энергия, 1970, 72 с.
Лебедев И. В., Трескунов С. Л., Яковенко В. С. Элементы струйной автоматики. М.: Машиностроение, 1973. 345 с.
Струйные логические элементы и устройства программного управления станками и промышленными роботами. Каталог. М.: НИИМАШ, 1979. 72 с. (НИИМАШ).
Филиппов А. Г., Белкин О. С. Проектирование логических узлов ЭВМ. М.: Советское радио, 1974. 167 с.
Цикловое программное управление металлорежущими станками. М.: Машино- строние, 1971. 112 с.
Чудаков А. Д. Цифровые устройства пневмоники. М.: Энергия, 1971. 68 с.
Элементы и устройства пневмоавтоматики низкого давления (струйной техники). Каталог-справочник. М.: 1973 (НИИМАШ).
Глава 10Глава 10ПРОЕКТИРОВАНИЕ
Глава 10
Глава 10
ПНЕВМАТИЧЕСКИХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ
Под пневматической системой управления (ПСУ) понимают совокупность определенным образом связанных пневматических устройств, обеспечивающих формирование заданной последовательности и (или) величины выходных сигналов в зависимости от состояния объекта управления и внешних управляющих воздействий. Носителем информации обычно является давление сжатого воздуха. ПСУ могут быть аналоговыми и дискретными.
В аналоговых системах давление может принимать любое значение из принятого диапазона и каждому значению давления соответствует определенное состояние пневматических устройств системы и параметров регулируемого объекта. Аналоговые системы применяют преимущественно для стабилизации или изменения по определенному закону параметров автоматизируемого объекта.
В дискретных системах давление может принимать только два резко различимых значения обозначаемых «О» и «Ь (обычно «О» соответствует атмосферному давлению, а «Ь — рабочему). Дискретные ПСУ применяют преимущественно для обеспечения заданной последовательности работы рабочих органов автоматизирован н ого объекта.
Схемы представляют собой условное графическое обозначение устройств и линий связи систем управления (СУ).
ПСУ могут быть реализованы на пневматических элементах различных типов: высокого, среднего или низкого уровня давлений. К элементам высокого уровня давления относятся элементы, которые функционируют при давлении питания той же величины, что и исполнительные пневматические механизмы, т. е. порядка 0,2—1,6 МПа. Элементы среднего уровня давления действуют при давлении 0,1— 0,3 МПа. Это обычно мембранные элементы. Наиболее широко из этой группы применяют элементы универсальной системы элементов промышленной пневмоавтоматики (УСЭППА), для которых величина давления питания установлена 0,24 ± 10% МПа. К элементам низкого уровня давления относятся в основном струйные элементы, питание которых составляет не более 0,01 МПа.
В данной главе рассмотрены вопросы проектирования дискретных ПСУ, методы их формализованного синтеза на основании математической логики, приведены краткие сведения по математической логике и способы реализации схем на пневматических элементах различных типов.
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ И ПОРЯДОК РАЗРАБОТКИ
ПНЕВМАТИЧЕСКИХ СХЕМ
Типы схем в зависимости от основного назначения, а также общие требования к их выполнению определены ГОСТ 2.701—76. Пневматические схемы следует выполнять по ГОСТ 2.704—76.
В процессе разработки принципиальных пневматических схем выбирают логические элементы и устройства, предназначенные для автоматизации опре-
деленного технологического процесса. В ряде случаев при построений схем управления выбор аппаратуры сочетают с предварительными расчетами системы, выполняемыми на основе статических и динамических характеристик автоматизируемого объекта и технических требований к качеству управления. Задачу автоматизации наиболее эффективно решают в процессе разработки объекта автоматизации, так как при этом объект и СУ рассматривают во взаимосвязи, причем на базе технико-экономического анализа можно наиболее рационально приспособить друг к другу СУ и автоматизируемый объект.
При модернизации действующих объектов СУ разрабатывают применительно к существующей технологической схеме. При этом необходимо наметить требующиеся изменения технологической схемы, мероприятия по механизации оборудования и выявить практические возможности их осуществления. В том и другом случае для составления принципиальной схемы необходимы следующие исходные материалы: описание и техническая характеристика автоматизируемого объекта; циклограмма работы объекта, т. е. описание порядка (последовательности) работы исполнительных механизмов объекта; значения контролируемых параметров, требования к точности контроля, сведения об источниках питания (пневматических и при необходимости электрических и гидравлических); чертежи технологического оборудования, на котором предусматривается установка средств автоматизации; условия эксплуатации СУ; необходимые данные для подсчета технико-экономической эффективности; при модернизации существующих объектов — перечень мероприятий по возможным изменениям технологического процесса.
Порядок разработки принципиальной схемы следующий: составление формализованного описания алгоритма функционирования СУ на основании описания, технических характеристик и требований, циклограммы работы автоматизируемого объекта; составление на основании формализованного описания алгоритма функционирования СУ, математического описания СУ; построение на основании математического описания СУ структурной схемы; выбор аппаратуры и необходимые расчеты отдельных звеньев СУ; корректировка структурной схемы в соответствии с возможностями принятой аппаратуры и вычерчивание принципиальной схемы.
СОДЕРЖАНИЕ схем
На принципиальных пневматических, пневмогидравлических, пневмоэлектри- ческих схемах изображают всю аппаратуру автоматизации, с помощью которой управляют технологическим циклом машины.
На схемах показывают элементы и устройства, преобразующие измеряемую величину в пневматический сигнал, элементы, выполняющие логические операции, устройства сигнализации, переключатели, аппаратуру для ручного и дистанционного управления, исполнительные устройства, а также устройства для преобразования пневматических сигналов в гидравлические и электрические и контрольно-регулирующие аппаратуру. Изображают фильтры, редукционные пневмоклапаны, маслораспылители, блоки питания воздухом, усилители давления и мощности, позиционеры, запорную аппаратуру; на принципиальных схемах — линии связи между элементами с указанием их номеров (маркировки). В спецификацию на принципиальной схеме должны быть внесены все аппараты, указанные на чертеже. Сложные устройства, выпускаемые заводами-изготовителями, как готовые изделия (блоки подготовки воздуха и др.), следует специфицировать комплектно, без расчленения на отдельные элементы.
На сложных пневматических схемах для облегчения их чтения желательно приводить условия их работы (условия управления, блокировки, сигнализации), выполненные в виде поясняющего текста либо функциональных зависимостей. На схемах должна быть приведена таблица взаимосвязи входных и исполнительных устройств. Для облегчения понимания схем, а также для того, чтобы при их чтении не требовалась дополнительная уточняющая документация, на чертежах приводят необходимые поясняющие надписи, примечания и т. п. В зависимости от характера все дополнительные данные могут быть приведены в виде таблиц, выносок, примечаний.
ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ
К РАЗРАБАТЫВАЕМЫМ СИСТЕМАМ УПРАВЛЕНИЯ
Общие технические требования к ПСУ и пневмогидравлическим СУ регламентированы ГОСТ 18460—73 и ГОСТ 17411—72. Ниже приведены некоторые основные положения и требования, которыми необходимо руководствоваться при проектировании СУ.
ПСУ питается от заводских сетей сжатого воздуха (индивидуального источника) с соответствующей подготовкой и стабилизацией сжатого воздуха в зависимости от применяемой в СУ аппаратуры (высокого, нормального или низкого давления). Для питания гидравлических устройств, как правило, необходимо предусматривать индивидуальный источник.
СУ должна иметь защиту от перегрузок, исключать возможность одновременной подачи командного сигнала от устройств ручного и автоматического управления. При управлении из двух и более мест СУ должны быть построены таким образом, чтобы исключалась возможность одновременного управления из разных пунктов. СУ должна обеспечивать возможность прекращения выполнения технологического процесса на любой стадии (аварийный останов) и последующего его пуска (с доработкой цикла или через нулевую защиту с начала цикла), она должна быть построена так, чтобы для ее реализации потребовалось оптимальное число аппаратуры.
При проектировании следует стремиться к применению однотипных средств автоматизации. Использование однотипной аппаратуры дает значительные эксплуатационные преимущества как с точки зрения ее обслуживания, так и в отношении обеспечения ремонта, запасными частями, настройки и т. п. Тип аппаратуры надо выбирать тот, который определяется действительными требованиями автоматизируемого объекта.
Разработанную СУ следует проанализировать с технико-экономической точки зрения (при необходимости разрабатывается несколько вариантов СУ для выявления наилучшей). СУ должна обладать помехоустойчивостью, т. е. отсутствием сбоев в производственных условиях при механических вибрациях и ударах, производственных допусках на условия эксплуатации, допустимых колебаниях уровней давления командных сигналов. Для обслуживания и текущего ремонта СУ не должны требоваться специально подготовленные специалисты, эти функции должен выполнять наладчик после подготовки, полученной во время освоения новых изделий.
Входные и выходные сигналы ПСУ должны стыковаться с входными, выходными сигналами пневмогидравлических, пневмоэлектрических преобразователей, приборами и устройствами ГСП. На схеме все устройства изображают в исходном положении. При наличии отклонений необходимо давать ссылку на чертеже. В ПСУ необходимо предусматривать глушители шума. Подпор, создаваемый глушителями, не должен оказывать вредного влияния на работоспособность СУ.
Важным требованием, которое следует учитывать при проектировании СУ, является ее надежность. Однако отсутствие систематизированных данных и проверенных практикой инженерных методов расчета надежности ведет к тому, что расчетная оценка этого фактора в процессе проектирования затруднена. Требования по надежности СУ обеспечивают рядом технических мероприятий, таких, как применение наиболее надежных элементов и устройств, резервирование элементов, автоматический контроль за исправностью системы и т. п.
СУ должна обеспечивать возможность быстрого и простого выбора необходимого режима работы, перехода от автоматического управления на ручное, снятие и введение блокировок. СУ проектируют так, чтобы ее эксплуатация в производственных условиях была предельно простой, требовалось минимум затрат труда и внимания обслуживающего персонала, обеспечивалась возможность проведения ремонтных и наладочных работ с соблюдением необходимых мер безопасности.
Проектируемая СУ должна удовлетворять требованиям техники безопасности (ГОСТ 12.3.001—73 и ГОСТ 16028—70).
Монтаж СУ необходимо выполнять с учетом компактности и удоства обслуживания при эксплуатации.
МЕТОДЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ
Оптимальные или близкие к ним СУ можно построить, используя методы математической логики. В дискретных ПСУ сигналом управления, как указывалось выше, служит давление сжатого воздуха. Оно должно иметь два четко различаемых значения: наличие избыточного давления на входах нли выходах элементов или системы в целом (в дальнейшем обозначать будем цифрой «1»), отсутствие избыточного давления (обозначать будем цифрой «0»),
Математическим аппаратом анализа и синтеза этих систем является двузначная алгебра логики (булева алгебра).
Некоторые определения и функции алгебры логики. Переменные в алгебре логики (булевой алгебре) обозначают буквами латинского алфавита и они принимают только два значения «0» и «1». Основу аппарата булевой алгебры составляют элементарные логические (булевы) функции, название и обозначения которых, и состояние переменных приведены в табл. 10.1.
Основой соотношений и законов булевой алгебры являются следующие постулаты:
х = 0,
если х+1;
0-0 = 0;
1-1 = 1;
х = 1,
если х^О;
0+0 = 0;
1 + 1 = 1;
1.0 = 0-1 = 0;
0+1 = 14-0 = 1;
6 = 1;
1 =0.
Операции над булевыми функциями, которые проводят при синтезе схем, основываются на следующих соотношениях и законах
X + 1 = 1 X + X = 1
х-1 = х х-х = 0
х + 0 = х х = х
х-0 = 0
Закон перестановки
х1-х2 = ХуХх; xt + х2 = х2 + Л,
Сочетательный закон
(хх-х2)-х3 = хг (х2-хэ); (хх + х2) + Х8 = Хх + (х2 + х,).
Распределительный закон
хг- ^ + х3) = хгхг + Хх-Хд;
Xj + Х2Хд = (Хх + Х2)- (Хх + Хд).
Закон повторения
х-х ... х = х; х + х + ... +х = х.
Закон инверсирования
х-х2 = Хх + х2; Хх + х2 = Хх*х2.
Дополнительные соотношения' .
Хх + Хх-Х2 = xt; Хх (Хх + х2) = Хх; Xj + ХхХ2 = хх + х2;
Хх-(Хх + Х2) = Хх-Х2; ХхХ2 + ХхХд = Хх (х2 + х3).
(Хх + х2) (Хх + Хд) = Xj + х2х8; Хд- х2 + х2Хд + ХхХд = XjX3 + х^д;
(+ + х2) (Хх + х3) = ХхХ2 + ХхХ3.
Логические операции умножения, сложения, инверсии, импликации и другие являются взаимно зависимыми и выражаются друг через друга. Системы логических операций, с помощью которых можно выразить все другие операции, 266
Таблица 10.1
Логические функции
х, о 0
1 1
—! Обозначение
Логическая функция
Обозначение по ГОСТ 2.743—72
х201
логической o 1функции
fi00
11fl = Xi
Повторение (функция ДА)
X—
1
— f
и 0 1
01f, = x2
То же
fa11
00f3 = X1
Отрицание (функция НЕ, инверсия хО
Х1
fi 1 о
10fl = X2
Отрицание (функция НЕ, инверсия х.)
Хг1— f
.fa — Xi + x2
= V x8)
Дизъюнкция (логическое сложение, функция ИЛИ)
ГП— F
^2 " J
f= 00
f. =
°(fa = Xt Л X2)
Конъюнкция (логическое умножение, функция И)
^2
— f
f, 10
f, = xt ~ xa
01(f7 = x.s x2)
Равнозначность (эквивалент* ность)
X,
^2*
—f
fa11
01fa = Xi -> x2
Импликация (импликация от Xi к х2; функция ЕСЛИ—ТО
л,2ГН
fa 10
f» = Xi <- x$ (f» = X2 -> Xj)
Обратная импликация (импликация.» от х2 К XV функция ЕСЛИ-ТС
1
))
fi» o
fIQ — Xl ~ X2
10(fio = X, V X2)
(fio = Xl Ф x2)
Неравнозначность (сумма п модулю 2; аль тернатива, исключающее ИЛИ)
3X,
х2 —
m2
Продолжение табл. 10 1
Х1
0
0
1
1
Обозначение логической функции
Логическая функция
Обозначение по
ГОСТ 2.743 — 72
х2
0
1
0
1
/и
1
0
0
0
fn — ^i х2 (fn ~ xi Т х2) (fll = *i О х2)
Стрелка Пирса (отрицание дизъюнкции, функция Вебба, функция НИ-НИ)
у Т '
^2—1
/12
1
1
1
0
/12 = Х2/х2
(/12 = ^i • х2)
Штрих Шеффера (инверсия конъюнкции)
у1 1 1
& 1
^^1—1
/13
0
0
1
0
/13 — *i ~ х2
Запрет по х2 (отрицание импликации от xt к х2^
— f
/14
0
1
0
0
/14 = X2 ^ Xi
Запрет по xt (отрицание импликации от Х2 К Xi)
^—L-
— f
fie
1
1
1
1
/15 = 1
Единичная функция (константа единица, всегда истинная функция)
—
/1в
0
0
0
0
/13 — 0
Нулевая функция (константа ноль, всегда ложная функция)
—
называют функционально полными. Так, простейшими функционально полными будут системы: конъюнкции и инверсии; дизъюнкции и инверсии; операции Стрелка Пирса; импликации и др.
Выражение логических функций с помощью функционально полных систем требует в большинстве случаев выполнения значительного числа логических операций. Применение таких систем целесообразно лишь тогда, когда аппаратура, с помощью которой выполняются логические операции, будет элементарно простой по конструкции, недорогой по стоимости и обладать достаточно высоким быстродействием. Во всех других случаях для реализации логической функции целесообразно использовать какую-либо избыточную систему, позволяющую сокращать число логических операций.
Наибольшее распространение получил избыточный набор, состоящий из трех логических функций — конъюнкции, дизъюнкции и инверсии (И, ИЛИ, НЕ).
Выражение элементарных логических функций через указанный набор приведено в табл. 10.2.
Любая булева функция (фукция любой сложности и любого количества переменных) может иметь множество равносильных формул, отличающихся используемым видом элементарных функций. Все это множество при помощи формул булевой алгебры может быть приведено к форме, представляющей собой 268
Функция
Формула
Равнозначность
f = Xt ~ Х2 = *Г Х2 -У XfX2
Импликация от Хх к х2
f = Xt -> х2 = Xt + х2
Импликация от х2 к xt
f = Xi <- х2 = Xi + х2
Неравнозначность
f = X1 ~ X 2 — X1X g -|- X1X 2
Стрелка Пирса
f = Xi 4- х2 = х2 -f- х2
Штрих Шеффера
f = xjx2 = Х1Х2
Функция запрета по х2
f — Xi -> Х2 = хг• х2
Функция запрета по xt
f = X 2 -> X1X । • х2
Логические функций
Таблица 10/2
дизъюнкцию (конъюнкцию) элементарных конъюнкций (дизъюнкций), называемой дизъюнктивной — ДНФ (конъюнктивной — КНФ) нормальной формой.
Логическую функцию к нормальной форме приводят в следующем порядке: знаки операций импликации, равнозначности, неравнозначности, Штриха Шеффера, Стрелки Пирса, используя логические формулы заменяют на знаки конъюнкции, дизъюнкции и инверсии; знаки инверсии относят только к отдельным переменным; раскрывают все скобки; устраняют лишние знаки отрицания, исходя из того, что х — х = х; х—х.
Пример, t = Щ, (х, ~ х2) = (х, + х3) (хД + х,х2) = х^2 + Х1х1Х1 +
+ ^Х2Х3 + XjX2X3 = х,х2 (1 + Х3) + х,х2х3 = х,х2 + ххх2х3.
Если ДНФ не содержит одинаковых слагаемых, г.е имеет слагаемых, содержащих одинаковые множители или переменную вместе с ее отрицанием и содержит в каждом слагаемом все входящие в форму переменные или их отрицания, то ее называют дизъюнктивной совершенной нормальной формой (ДСНФ). Аналогично определяют конъюнктивную совершенную нормальную форму (КСНФ).
Для предыдущего примера, преобразуя первый член путем хД — х^Хд+ + хДхз, так как х^Хз-|- ХхХ2х3 = хгх2 (х3 + х3) = Х]Х2, получим ДСНФ
/ = ХхХ2Х3 + XjX2X3 + X^oXg.
Кроме описанного метода задания булевых функций алгебраическим способом они могут задаваться и другими способами.
Булевые функции могут быть изображены с помощью таблиц истинности. Таблицы истинности состоят из (я + 1) столбцов, где п столбцов отводятся для значений переменных изображаемой функции, а последний столбец — для значений самой функции. Число строк таблицы 2\ В каждую строку записывают одну из возможных комбинаций значений переменных и соответствующее ей значение функции. Пример табличного изображения булевой функции трех переменных приведен в табл. 10.3.
Методика перехода от табличного изображения к алгебраическому в форме ДСНФ (КСНФ) следующая: выделить строки с единичным значением булевой
Таблица 10.3Булева функция трех переменныхТаблица 10.3Булева функция трех переменныхО ОО о11 11О ОО о11 11о о11 11 о оо о11 11 о оо 11 о о11 оо 11 о о11 оо о1 о1 1 о оо о1 о1 1 о офункции (с нулевым значением булевой функции); выписать для каждой отмеченной строки элементарные конъюнкции переменных (элементарные дизъюнкции инверсий переменных); соединить их знаком дизъюнкции (конъюнкции).Пример. В табл. 10.3 выделяем строки с единичным значением функции — ОН; ИО; 111.Алгебраическое изображение булевой функции, представленной в табл. 10.3 в форме дизъюнкции элементарных конъюнкций, имеет вид:f — XiXsXg +Xi^2.v3 + Xi^.ta.Если в этой же таблице выделить строки с нулевыми значениями функции: ООО; 001; 010; 101; 100, то алгебраическая форма выразится в виде конъюнкции элементарных дизъюнкций инверсий переменных:функции (с нулевым значением булевой функции); выписать для каждой отмеченной строки элементарные конъюнкции переменных (элементарные дизъюнкции инверсий переменных); соединить их знаком дизъюнкции (конъюнкции).Пример. В табл. 10.3 выделяем строки с единичным значением функции — ОН; ИО; 111.Алгебраическое изображение булевой функции, представленной в табл. 10.3 в форме дизъюнкции элементарных конъюнкций, имеет вид:f — XiXsXg +Xi^2.v3 + Xi^.ta.Если в этой же таблице выделить строки с нулевыми значениями функции: ООО; 001; 010; 101; 100, то алгебраическая форма выразится в виде конъюнкции элементарных дизъюнкций инверсий переменных:
Таблица 10.3
Булева функция трех переменных
Таблица 10.3
Булева функция трех переменных
О О
О о
1
1 1
1
О О
О о
1
1 1
1
о о
1
1 1
1 о о
о о
1
1 1
1 о о
о 1
1 о о
1
1 о
о 1
1 о о
1
1 о
о о
1 о
1 1 о о
о о
1 о
1 1 о о
функции (с нулевым значением булевой функции); выписать для каждой отмеченной строки элементарные конъюнкции переменных (элементарные дизъюнкции инверсий переменных); соединить их знаком дизъюнкции (конъюнкции).
Пример. В табл. 10.3 выделяем строки с единичным значением функции — ОН; ИО; 111.
Алгебраическое изображение булевой функции, представленной в табл. 10.3 в форме дизъюнкции элементарных конъюнкций, имеет вид:
f — XiXsXg +Xi^2.v3 + Xi^.ta.
Если в этой же таблице выделить строки с нулевыми значениями функции: ООО; 001; 010; 101; 100, то алгебраическая форма выразится в виде конъюнкции элементарных дизъюнкций инверсий переменных:
функции (с нулевым значением булевой функции); выписать для каждой отмеченной строки элементарные конъюнкции переменных (элементарные дизъюнкции инверсий переменных); соединить их знаком дизъюнкции (конъюнкции).
Пример. В табл. 10.3 выделяем строки с единичным значением функции — ОН; ИО; 111.
Алгебраическое изображение булевой функции, представленной в табл. 10.3 в форме дизъюнкции элементарных конъюнкций, имеет вид:
f — XiXsXg +Xi^2.v3 + Xi^.ta.
Если в этой же таблице выделить строки с нулевыми значениями функции: ООО; 001; 010; 101; 100, то алгебраическая форма выразится в виде конъюнкции элементарных дизъюнкций инверсий переменных:
/ — (Xj + ^2 "Ь #3) (^1 4* Х2 4" ^3 ) (#1 4™ ^2 4™ ^з) (-^l + ^2 + ^3) ^1 4" Х2 4~ *») ■
Если в таблице истинности число строк с единичным и нулевым значениями функции одинаково, то безразлично, по какому пути следовать. Одиакоесли в столбце, соответствующем значениям функции, преобладают единицы, то проще получать функцию по строкам, соответствующим нулевым значениям функции.
Если же имеется сравнительно мало строк, которым соответствует единичное значение функции, то надо поступать наоборот.
Синтез систем управления. СУ реализует логическую функцию, если всем возможным значениям переменных этой функции поставить в соответствие такие же сочетания значений входных сигналов СУ и если при этом значения функции совпадают со значением выходного сигнала.
Устройства, реализующие элементарные логические функции называют логическими элементами. Логической системой управления называют СУ, построенную из логических элементов с целью реализации заданной функции.
Процесс синтеза СУ можно выполнять различными методами [1, 2, 4—8] и в общем случае его подразделяют на следующие этапы: составление формализованного описания работы системы по известной циклограмме или словесному описанию; составление логических уравнений; упрощение логических уравнений; построение принципиальной схемы.
В зависимости от условий работы различают однотактные (комбинационные) и многотактные (последовательностные) СУ. В однотактных СУ состояние вы- ' ходов однозначно зависит от состояния входов в данный момент времени. В многотактных СУ состояние выходов определяется состоянием входов в данный момент времени и внутренним состоянием СУ, которое обусловлено комбинациями входных сигналов, поступивших в предыдущие моменты времени. Учет ранее поступивших входных сигналов обеспечивается введением элементов памяти (ЭП) или элементов (линий) обратной связи.
Элемент памяти в общем случае представляет собой устройство, в котором при поступлении входных сигналов значение выходных сигналов меняется на противоположное и остается неизменным («запоминается») после изменения значений входных сигналов на нулевые. Элементы (линии) обратной связи служат для введения в СУ промежуточных сигналов, определяемых состоянием выходов системы и назначением элементов обратной связи. Сигналы от элементов обратной связи в совокупности с входными сигналами определяют внутреннее состояние СУ.
Под состоянием СУ понимают совокупность значений входных, выходных и промежуточных переменных в некотором интервале времени, в течение которого указанные переменные сохраняют неизменные значения. Состояния СУ могут быть устойчивыми, когда остаются неизменными состояния входных, выходных и промежуточных переменных, и неустойчивыми, когда состояние входных переменных изменилось, а состояние промежуточных и выходных переменных еще им не соответствует.
Состояние входных переменных называют условным, если соответствующее им состояние выходных сигналов не определено. Условные состояния могут возникнуть, когда соответствующие состояния входов не могут иметь место (например, не могут быть одновременно включены два конечных выключателя,
ограничивающие с двух сторон перемещение одного и того же подвижного органа), или когда проектировщику безразлично, как в этом случае сработает СУ.
Состояния входных переменных называют соседними, если они отличаются значением одной переменной.
Синтез однотактных систем управления обычно выполняют с помощью таблиц состояний [2, 6] или по методу Карно.
Рассмотрим метод синтеза однотактных СУ первьш способом на примере построения СУ цилиндром, шток которого выдвигается при включе- нии двух из трех входных устройств. По условиям функционирования СУ три входных устройства не
Таблица 10.4Таблица 10.4Таблица состоянийТаблица состояниймогут быть включены одновременно.
Таблица 10.4
Таблица 10.4
Таблица состояний
Таблица состояний
По заданным условиям работы составляется таблица состояний, т. е. таблица истинности (табл. 10.4). В таблицу состояний записываются все возможные комбинации входных переменных (хх—х3), причем для каждой комбинации проставляется соответствующее значение выходной функции / («0» или «1»).
Условные состояния отмечаются в таблице, например, прочерками, с их помощью можно упростить структуру СУ путем задания значения выхода (О* или 1*) на дальнейших этапах, исходя из получения более простого выражения для выходной функции.
В соответствии с правилами перехода от таблицы истинности к алгебраической форме записи для данного примера запишем: f — X]X2x3 + х^Хд + х^Хд.
Если в схеме имеется несколько выходов, то логическая функция записывается для каждого из них. Записанная по таблице состояний функция обычно содержит избыточность понуждается в упрощении (минимизации).
Под минимизацией понимают сведение к минимуму числа членов логической функции, числа переменных в каждом члене и числа знаков логических операций, т. е. в конечном итоге числа логических элементов, необходимых для построения заданной^СУ.
Из рассмотрения логического уравнения и условного состояния (Xi — 1; х2 — 1; х3 — 1) можно сделать вывод, что если задать для него значение функции, равное I, и ввести соответствующий член в логическую функцию, то он будет отличаться от имеющихся значением одной переменной. Это позволит, используя соотношения булевой алгебры, упростить выражения. Обозначим соответствующее состояние выходной функции 1* (см. табл. 10.4) и соответствующим образом перепишем формулу:
t — хгх2х3 -ф XjXgXg Ч~ Я]Х2Хз Ч- ^х^г^З’
так как xtx2x3 = х1х2х3 + х1х2х3 ..., то можно записать
/ =2 хгх2х3 + хгх2х3 + XtX2X3 + XiX2Xg + xtx2x3 + хгх2х3.
Группируя и вынося общие части за скобки, получаем: f — х2х3 (х^ -ф х^) ф х^ (х2 -ф х2) *ф хгх2 (Хд 4' х3)»
так как х + х — 1 и х-1 — х, то f = х2х3 + ххх3 + хгх2.
Синтез однотактных СУ вторым способом проводится с помощью матриц Карно.
Матрицы Карно изображаются в виде прямоугольников, содержащих 2П клеток, где п — число переменных.
Число столбцов определяется как 2т, а число строк как 2/г-/”, где 1 с m С С п. Каждой клетке матрицы соответствует один член ДСНФ. Столбцы и строки в матрицах обозначают таким образом, чтобы соседние клетки представляли собой соседние состояния переменных, т. е. состояния, отличающиеся значением одной переменной. В каждую клетку вписывается значение выходной функции с учетом условных состояний.
Рис. 10.1. Схема, реализующая функцию I = Хх (х2 {- + *з) + х2х3Рис. 10.1. Схема, реализующая функцию I = Хх (х2 {- + *з) + х2х3Для рассматриваемого примера матрица имеет следующий вид (табл. 10.5).
Рис. 10.1. Схема, реализующая функцию I = Хх (х2 {- + *з) + х2х3
Рис. 10.1. Схема, реализующая функцию I = Хх (х2 {- + *з) + х2х3
Учитывая тот факт, что расположенные рядом клетки отличаются одной переменной, и учитывая соотношения, использованные при алгебраическом упрощении, на основе матрицы Карно можно сразу записать упрощенное выражение выходной функции. Для этого вводят понятие подкуба. В подкубы объединяют клетки, содержащие 1. Подкубы могут быть двухклеточными — две клетки отличаются значением одной переменной, такие клетки называют соседними; четырехклеточными — каждая клетка должна быть соседней с двумя клетками; восьмиклеточными — каждая клетка должна быть соседней с тремя клетками.
конъюнкции переменных записываются не для каждой единицы, входящей в подкуб, а для всего подкуба, причем переменные, меняющие свое значение для различных клеток подкуба, исключаются. Таким образом, двухклеточный подкуб исключает одну переменную, четырехклеточный — две, восьмиклеточный — три.
В рассматриваемом примере можно организовать три подкуба (табл. 10.6), причем матрица Карно наглядно показывает, можно ли, используя условное состояние, упростить функцию.
Получилось такое же выражение, как и при упрощении алгебраическим способом.
Минимизированную формулу следует попытаться преобразовать в целях уменьшения числа логических операций (следовательно, и логических элементов) путем вынесения за скобки и т. п.
f ХрХо "К Х^д Ч" Х^Хд Xl (Хо Ч- Xg) Ч" XgXg.
Число операций сократилось с пяти до четырех. Схема, реализующая данную функцию, приведена на рис. 10.1.
Если требуется построить схему на элементах, реализующих другие виды элементарных функций, то полученное выражение следует преобразовать, используя соотношения и законы алгебры логики.
Например, для реализации схемы па элементах ИЛИ—НЕ—ИЛИ, запишем xix2 ~ *1Ч~ х2; хгх2 = xtx2 = хг + х2; таким образом f = хх Ч- х2 Ч- ^i + х3Ч~ Ч- Х2 Ч- х3.
Синтез многотактных систем управления. Существуют различные методы построения многотактных СУ. Одним из них является метод Хафмена, который следует применять для СУ, содержащих небольшое число входов (дотрех, четырех), так как при увеличении числа входов существенно возрастает громоздкость метода.
Таблица 10.6Таблица 10.60001и10000101011*10001и10000101011*1Таблица 10.5Таблица 10.5Матрица КарноМатрица КарноХхХ2ХхХ2Матрица КарноМатрица Карно0001 И Щ0001 И Щ
Таблица 10.6
Таблица 10.6
00
01
и
10
0
0
0
1
0
1
0
1
1*
1
00
01
и
10
0
0
0
1
0
1
0
1
1*
1
Таблица 10.5
Таблица 10.5
Матрица Карно
Матрица Карно
ХхХ2
ХхХ2
Матрица Карно
Матрица Карно
0001 И Щ
0001 И Щ
Таблица 10.7
Первичная таблица переходов
Таблица 10.8
Первичная таблица переходов
хц х2
f
XV» Хг
f
00
01
11
10
00
01
11
10
<1> 3 <з> 1
4
<4)
2 <2)
0
1
1
0
< I > 3 <з>
1
4
4
<4)
—
2 <2>
2
0
1 1
0
Рассмотрим этот .метод на примере построения СУ работой цилиндра одностороннего действия со следующим циклом:
Хр х2 00 - 10 — 00 — 01 —00
I о — I — 1 — о — о,
где хг и х2 — сигналы от конечных выключателей; f — сигнал на выдвижение штока цилиндра.
При этом состояние конечных выключателей Xi = I; ха = 1 существовать не может. Невозможно также одновременное изменение двух переменных.
По заданным условиям работы составляют первичную таблицу переходов (изменений состояний системы). В левой части таблицы (табл. 10.7) помещают столбцы с полным набором комбинаций входных переменных, в правой — столбцы, соответствующие выходам.
Каждому устойчивому состоянию в первичной таблице переходов соответ- вует одна строка. Устойчивые состояния отмечают скобками. Таким образом в столбце 00 в первой строке следует записать состояние (1) и соответствующее ему значение выхода / — 0. При изменении входных переменных в соответствии с циклом работы система переходит в неустойчивое состояние, отмеченное цифрой 2, а затем в устойчивое (2) которое записывают во второй строке. Выход при этом равен 1.
Аналогично заполняют таблицу для очередных изменений переменных. Когда СУ перейдет в устойчивое состояние (4), цикл работы заканчивается, следовательно, при очередном изменении переменных СУ необходимо перевести в исходное состояние<1>для обеспечения автоматического цикла работы. Поэтому в четвертой строке столбца 00 поставлена 1. Затем надо проанализировать таблицу и определить поведение СУ при других возможных переходах. При этом может появиться необходимость во введении дополнительных строк.
В соответствии с условиями работы СУ состояние xt = 1; х2 — 1 исключается, поэтому в столбце 11 (табл. 10.8) ставим прочерки.
Так как невозможно одновременное изменение двух переменных, то в строке дли состояния (2) необходимо поставить прочерк в столбце 01, а в строке для состояния (4)—в столбце 10.
Для состояния (1) возможен переход 00—01. Поведение СУ в этом случае определяется исходя из условий работы. В нашем примере, так как такой переход не соответствует циклу работы из исходного положения, СУ следует перевести в состояние (4) с тем, чтобы при обратном переходе вернуться к (1) (другие переходы от (4) невозможны). Состояние выхода при этом не изменится, т. е. СУ не отреагирует на такую последовательность изменения входных сигналов. Следовательно, в первой строке в столбце 01 необходимо поставить 4. В состоянии (3) возможен переход от 00 к 10. СУ следует возвратить в состояние (2), так как переход от (2) к (3) и наоборот состояние выхода не меняет.
Однако могут быть заданы и другие условия. Например, при нарушении заданной последовательности изменения входных сигналов на выходе должен появиться 0 и СУ должна возвратиться в исходное состояние. В этом случае необходимо ввести новую строчку с устойчивым состоянием (5) в столбце 10
XV, х200011110<1)°<4>°2<3)’4<2>iXV, х200011110<1)°<4>°2<3)’4<2>iТаблица. Io. 9Таблица. Io. 9Вторичная таблица переходовВторичная таблица переходовУXV, х2000111100<1>°<4)°21О)14—<2>iУXV, х2000111100<1>°<4)°21О)14—<2>iМатрица переходовМатрица переходов
XV, х2
00
01
11
10
<1)°
<4>°
2
<3)’
4
<2>i
XV, х2
00
01
11
10
<1)°
<4>°
2
<3)’
4
<2>i
Таблица. Io. 9
Таблица. Io. 9
Вторичная таблица переходов
Вторичная таблица переходов
У
XV, х2
00
01
11
10
0
<1>°
<4)°
2
1
О)1
4
—
<2>i
У
XV, х2
00
01
11
10
0
<1>°
<4)°
2
1
О)1
4
—
<2>i
Матрица переходов
Матрица переходов
и выходом, равным 0, и перевести СУ из (3) в (5), а затем в (1) (при этом следует проанализировать поведение СУ при всех возможных переходах из<5>).
Возможны и другие варианты условий и в каждом из этих случаев таблица переходов будет выглядеть по разному.
Число строк таблицы переходов определяет число комбинаций дополнительных или промежуточных переменных (линий обратной связи или ЭП), поэтому необходимо стремиться к их объединению. Объединение строк выполняют по следующим правилам.
Две строки могут быть совмещены в одну, если номера состояний в соответствующих столбцах одинаковы или в одной из строк есть прочеркнутое место.
Если среди объединяемых номеров состояний одно является устойчивым, то в совмещенной строке проставляют устойчивое состояние.
Если совмещаемые строки имеют различные устойчивые состояния в разных столбцах, то значения выходов объединяемых строк могут быть различными.
В нашем примере можно объединить первую и четвертую, вторую и третью строки. Полученную таблицу (табл. 10.9) называют вторичной таблицей переходов. Значения выходов поставлены над каждым устойчивым состоянием.
Для двухстрочной таблицы переходов требуется одна промежуточная переменная (число возможных комбинаций значений промежуточных переменных должно быть не меньше числа строк).
Полученную таблицу (табл. 10.10) называют матрицей переходов.
При размещении состояний нескольких промежуточных переменных необходимо стремиться к тому, чтобы все возможные переходы между устойчивыми состояниями, находящимися в различных строках, происходили при изменении значения только одной промежуточной переменной. Это позволит устранить состязание элементов, т. е. появление ложных сигналов на выходе схемы из-за некоторого различия времени срабатывания одновременно срабатывающих элементов. Если этого не удается добиться, то можно допустить одновременное изменение состояний двух промежуточных переменных для тех переходов, которые выполняются при устойчивых состояниях, находящихся в столбцах, не имеющих других устойчивых состояний.
По матрице переходов составляют матрицы Карно для промежуточных и выходных переменных. Матрицы Карно строят таким образом, чтобы строки соответствовали состояниям промежуточных переменных, а столбцы — состояниям входных переменных. В матрицах для промежуточной переменной (табл. 10.11) вместо номеров устойчивых состояний записывают состояния промежуточных переменных, соответствующих строкам, в которых находятся устойчивые состоя-
Таблица 10.11
Матрица промежуточных переменных XV, х2
0001И10
Матрица выходов
00
т. х2
01
Таблица 10.12
1110
0
0
0
—-
1
0
0
0
—
1
1
1
0
—
1
У
1
1
0
—
1
ния. Для неустойчивых состояний записывают те же значения,^что и для соответствующих устойчивых состояний.
Матрицу выходов (табл. 10.12) строят аналогично, но вместо устойчивых состояний в клетки матрицы записывают соответствующие им значения выходов. В клетку с неустойчивым состоянием можно записывать любое значение, позволяющее упростить схему, если при данном неустойчивом состоянии происходит смена значения выхода. В противном случае для неустойчивого состояния пишут то же значение, что и для устойчивого.
Последующий порядок — упрощение, запись логических формул для функций выхода f и функций промежуточных переменных (у) — построения многотактных СУ проводится так же, как и для однотактных СУ.
Метод построения систем управления с применением логических схем алгоритмов. Для формализованного описания работы СУ может быть применен язык ЛСД (логических схем алгоритмов) [1, 6, 7]. ЛСД записывают в виде выражения, состоящего из символов операторов, логических условий и специальных знаков, указывающих последовательность выполнения операторов.
Выполнению операторов в ЛСД соответствует формирование на определенном выходе СУ командного сигнала. Так как пневматические исполнительные устройства обычно имеют два (включающий и выключающий) управляющих входа (например, пневмоцилиндры, распределители с двухсторонним управлением) выделено два типа операторов: Л^ — соответствует появлению сигнала, включающего I—е исполнительное устройство; Л^. — соответствует появлению сигнала, выключающего I—е исполнительное устройство. Последовательность выполнения операторов в ЛСД определяется порядком записи. Операторы, выполняемые одновременно, заключаются в скобки.
Логические условия интерпретируются как сигналы от конечных выключателей, кнопок, временных устройств и т. п. и содержат информацию о выполнении предыдущего оператора, разрешающих и запрещающих командах. Последовательность проверки логических условий определяется порядком их записи.Одновременно выполняемые логические условия заключаются в скобки.
Последовательность работы СУ обозначают в помощью стрелок. Начало
^-й стрелки ^обозначается t) стоит справа от проверяемого логического усло
вия, а ее конец \обозначается | / слева от того члена ЛСД, который должен выполняться, если логическое условие не выполнено (имеет нулевое значение). Если логическое условие выполнено (приняло единичное значение), то выполняется член ЛСД (оператор или логическое условие), записанный непосредственно справа от данного логического условия. Отсутствие стрелки перехода справа от логического условия означает переход от выполнения оператора Л^^ (записанного слева от логического условия) к оператору Л2,г (записанного справа) при выполнении логических условий. Невыполнение такого логического условия означает останов цикла. При задании ЛСД удобно использовать логические условия, тождественно равные нулю, — всегда ложные логические условия. Их обычно обозначают со. Применение логического условия со поясним на примере ЛСД:
• • • Л2со f I Л 1 • • I At • •.
Так как со = 0, то после оператора Л2 всегда выполняется оператор Л/,
а переход к Л3 возможен только по стрелке f .
Рассмотрим пример ЛСД
ЛСД U — | хп | Л^х^^х^^Хд | Л^х4Л^ (^5*^6 ) | ^z2x2^zgX7 | х
2 IV СО t
описывает следующую последовательность работы СУ. По сигналу хп включается исполнительное устройство гг (выполняется оператор А^ — на выходе г^ СУ появляется единичный сигнал). После выполнения Л^ проверяется логическое условие Xi- При xv = 1 выполняется оператор А^ и так далее до повторного выполнения оператора А^ , после чего проверяется логическое условие
2
х4-х8. При х4 -хд = 1 следует переход по t, выполнение оператора Л^ и начало 1
нового цикла. Прн х4-х8 = 0 следует переход по t . В этом случае новый цикл может начаться только после подачи сигнала хп.
Выполнение оператора (или группы одновременно выполняемых операторов) характеризуется ситуацией, которая определяется состоянием входных, промежуточных и выходных переменных, т. е. в общем случае каждой ситуации должно соответствовать определенное состояние ЭП. В целях уменьшения числа ЭП полученную ЛСА можно разделить на макроситуации. Макроситуацией называют часть ЛСА, не содержащую одновременно операторов включения и отключения одного и того же исполнительного устройства. Деление ЛСА на макроситуации выполняют с помощью прямых вертикальных линий, слева от которых проставляют помер макроситуации (см. запись ЛСА) [7].
Синтез логических уравнений по полученной ЛСА выполняют аналогично методу, описанному ниже.
Метод построения многотактных систем управления, разработанный во ВНИИГидроприводе позволяет проектировать схемы с любым числом входных сигналов.
Проектируемую СУ строят таким образом, чтобы содержался блок памяти, т. е. совокупность ЭП, логические цепи включения (отключения) ЭП и исполнительные устройства. Пример компоновки блока памяти приведен на рис. 10.2, где в качестве ЭП использованы трехлинейные пневмораспределители с двухсторонним пневматическим управлением. Как видно из рисунка, при работе СУ включенным остается только один ЭП, его выходной сигнал у; отключает предыдущийЭП (поступая на вход /?;_}) и участвуете формировании сигнала Sf+n включающего следующий в цикле ЭП. Ц — сигнал из схемы управления. Тогда процесс построения СУ сводится к определению числа ЭП н размещению их состояний, а также к построению однотактных цепей (схем включения—отключения) ЭП и исполнительных устройств.
Для формализованного описания СУ применен язык режимов, условий и ситуаций ЯРУС, разработанный под руководством О. П. Кузнецова в институте проблем управления. Описание СУ на языке ЯРУС состоит нз трех разделов: первого, содержащего списки входов и выходов СУ; второго, состоящего
из пунктов и ограничений; и третьего,из пунктов и ограничений; и третьего,Рис. 10.2. Блок памяти276Рис. 10.2. Блок памяти276содержащего метаописание.
из пунктов и ограничений; и третьего,
из пунктов и ограничений; и третьего,
Рис. 10.2. Блок памяти
276
Рис. 10.2. Блок памяти
276
Под пунктом понимается описание работы отдельных частей СУ. Описания СУ делят на пункты из технологических, конструктивных, функциональных и других соображений. Например, отдельными пунктами могут быть описаны работа СУ или ее частей в разных режимах, параллельная работа частей ПСУ и т. п.
Описание работы СУ или ее частей внутри пункта состоит из ука-
зания ситуаций, возникающих в про- СУ. Под
цессе функционирования ситуацией понимаетсяцессе функционирования ситуацией понимаетсясостояниесостояниеисполнительных устройств (например, для пневмоцилиндра шток втянут или выдвинут), а также состояние памяти СУ. Ситуации «Ь соответ-
цессе функционирования ситуацией понимается
цессе функционирования ситуацией понимается
состояние
состояние
ствует предпусковое состояние СУ (или ее части). При автоматическом повторении циклов СУ в ситуацию «Ь может не попасть. Описание пункта может быть представлено в виде графа (см. рис. 10.3), вершины которого, изображенные на рисунке в виде кружков, интерпретируют как ситуации (упрощенно можно считать, что вершине соответствует, например, движение исполнительного устройства от одного конечного положения к другому), а линии—как переходы из одной ситуации в другую, причем направление перехода на рисунке указано стрелкой. Условия перехода указываются на дугах выше или слева от черты и задаются булевыми функциями, причем вне скобок записываются сигналы, вызывающие и разрешающие данный переход (назовем их сигналами возбуждения), а в скобках — сигналы, равные единице на данном переходе, но не оказывающие на этот переход влияния.
Ниже или справа от черты указывают сигналы включения или отключения исполнительных устройств. Отсутствие сигнала означает, что состояние соответствующего исполнительного устройства не изменяется.
Метаописание содержит сведения о взаимодействии между пунктами и общие сведения для СУ в целом.
Рассмотрим пример построения СУ формовочным полуавтоматом, заданного следующим словесным описанием.
Исполнительными устройствами полуавтомата служат пневмоцилиндры (Ui—Щ), которым соответствуют выходы системы управления гх—z5, вибраторы В6 и S7 (выходы z6—Z;) и сопло для обдува формы С8 (сигнал выхода z8). Цилиндр Цх поднимает и опускает опоку, причем нижнее исходное положение контролируется конечным выключателем х7, а верхнее — конечным выключателем х8. Цилиндр Ц2 производит подпрессовку, исходное положение цилиндра контролируется конечным выключателем х5, а конечное — реле времени т (2^) (настройка которого определяет продолжительность подпрессовки). Цилиндр Ц3 служит для выполнения протяжки. Цилиндр Ц4 отодвигает шибер, что приводит к заполнению опоки формовочной смесью, причем исходное положение шибера контролируется конечным выключателем х9, а конечное — х10. Цилиндр Ц6 ставит траверсу в рабочее положение, которое контролируется конечным выключателем Хц.
Цикл работы начинается с нажатия на пусковую кнопку (хх — 1), в результате чего опока перемещается вверх (г^ = 1) и останавливается в верхнем положении. Затем по сигналу (х8 = 1) включается вибратор (2^ = 1) и выдвигается шибер (zS = 1), при этом формовочная смесь заполняет опоку, после чего по сигналу (х10 = 1) шибер возвращается в исходное положение. По сигналу (х9 = — 1) отключается вибратор (z^ = 1) и опускается опока (2^ = 1). Затем по сигналу (х7 — 1) траверса устанавливается в рабочее положение. По сигналу (xn = 1) поднимается опока (2^= 1) и происходит подпрессовка (2^= 1), продолжительность которой контролируется реле времени, по сигналу т(2^= 1) опускается опока (z^ — 1), заканчивается подпрессовка (zt^ = 1), выдвигается цилиндр протяжки (2^ = 1) и включается вибратор опоки (z^ — 1).
По сигналу хб-х7 = 1 траверса возвращается в исходное положение (z^ = 1) и выключается вибратор опоки (z^ = 1). После этого оператор вручную включает (х4 — 1) обдув формы (2^— 1) и отключает протяжку (2^— 1). Цикл заканчивается.
СУ полуавтоматом должна обеспечивать два режима работы — полуавтоматический и наладочный, для чего установлен переключатель режимов. Аварийный останов полуавтомата производится в любом режиме по сигналу х2 = 1 путем прекращения подачи сжатого воздуха к исполнительным устройствам с помощью клапана безопасности.
Описание работы полуавтомата на языке ЯРУС имеет следующий вид
Раздел 1. ОБЩИЙ
Xt — кнопка пуска; х2 — клапан безопасности; х3 — переключатель режимов в позиции «Автомат»; ха — переключатель режимов в позиции «Наладка»; х4 —кнопка обдува формы.
Остальные данные приведены в. табл. 10.13.
Выходные сигналы
Входные сигналы
Автоматический режим
Наладка
Обозначение
Операции
исходное положение
конечное положение
Промежуточные конечные выключ атели
обо- / наивна- мено- чение вание
Включение
Отключение
z3
Z3 z4 z5 ze
Z?
Z8
Перемещение опоки . .
Подпрессовка . .
Протяжка
Перемещение шибера
Перемещение траверсы Встряхивание опоки , *бункера
Обдув формы , , .
*? х%
Хд
х8
т у)
*10
Хц
—
х12
*i4
<16
*18
*20 *22
*24
*4
*13
*15
*1 7 X 19 *21 *23 Xg8
Х4
Таблица 10.13
Раздел 2. ПУНКТЫ И ОГРАНИЧЕНИЯ
Пункт 1. Полуавтоматический режим (табл. 10.14)
Номер ситуации
Единичные входные сигналы
Единичные выходные сигналы
Номер следующей ситуации
Ограничения
1
X, (х5х,х9)
2f
2
Х3 = 1
2
*8 (*5*9)
3
X, = 1
3
Хю (Х5х8)
4
4
Хз = 1 Т.
4
*9 (*5*s)
4- 21
5
Хз = 1
5
X, (ХаХа)
2f
6
*3 ~ 1
6
*11 (*5*7 *э)
г5 г5
г1 ' г2
7
Хз — 1
7
Т (2f) (*8*9*11)
„R _R S г1 ’ г2 ‘ 23 »
8
Хз = 1
8
*5*7 ( X g Х11)
,R 2R
z5 • 46
9
Хз = 1
9
*4 ( *5*7 *э)
г₽ 2S
г3 ’ 8
10
Хз = 1
10
*4 (*5*7*в)
ZR г8
1
Хз = 1
Т аблица 10.14
278
Р.5
к 5
2
к 2 5 X = го S с 5 Мд 5
О 3 д
и я 5
д s о
О 2 В
Е Ч н
О я
&я
2
3 д з х 2
® 55
5X2 Уди
3 Д
5 = 2
К X 5
5е 2 х д и
i S
р, д s
s 8 £
32 el н
к S
Сх К
О я
1.1
*12
2?
2
Хз = 1
2
*13
4
1
Хз = 1
1.2
*14
4
3
Хз = 1
3
*15
4
1
Хз = 1
1.3
4
4
*3—1
4
*17
4
1
х3 = 1
1.4
*18
4
5
Хз = 1
5
*19
4
1
Хз = 1
1.5
*20
4
6
Хз = 1
6
*21
4
1
Хз = 1
1.6
*22
4
7
Хз = 1
7
*23
4
1
Хз = 1
1.7
*24
4
8
Хз = 1
8
*2 5
4
1
Хз = 1
1.8
Х4
4
9
X, = 1
9
*4
4
1
X, = 1
Пункт 2. Наладка (табл. 10.15)
Таблица 10.15
Раздел 3. МЕТАОПИСАНИЕ
Исходная ситуация:
входы: х5 — х7 = д.-д = 1, если х2 = 1, то цикл прерывается.
На рис. 10.3 изображен граф, соответствующий пункту 1, а на рис. 10.4 — граф, соответствующий пункту 2 раздела 2 описания рассматриваемого примера.
Очевидно, что схема СУ для автоматической или полуавтоматической работы с минимальным числом аппаратов может быть получена при использовании на каждом переходе только сигналов возбуждения. Однако это не всегда возможно из-за противоречий, возникающих между этими сигналами в различных переходах и вызывающих неправильное функционирование СУ. Устранение
Рис. 10.3. Граф ситуаций автоматического режима
Рис. 10.4. Граф ситуаций наладочного режима
279
этих противоречий может быть произведено с помощью сигналов, поступающих от ЭП, введенных в СУ.
В общем случае каждой ситуации (вершине графа) может быть поставлен в соответствие сигнал от одного ЭП. Число ЭП может быть сокращено объединением в макроситуации следующих друг за другом ситуаций, которые не содержат сигналов включения (z^) и отключения (2^), одного и того же исполнительного устройства (на графе это соответствует операции «стягивание или сжатие» вершин). С этой целью, начиная с первой вершины, проверяют выходные сигналы, соответствующие вершинам графа. Вершина, которой соответствует выходной сигнал, противоположный какому-либо из выходных сигналов на предыдущих
вершинах, отделяется. Затем проверку выходных сигналов аналогичным образом продолжают, начиная с отделенной вершины до тех пор, пока не будут просмотрены все вершины. Если граф содержит несколько контуров, состоящих из последовательно расположенных вершин, т. е. СУ либо переналаживаемая и имеет несколько режимов автоматической или полуавтоматической работы, либо распадается на ряд независимо и одновременно работающих участков, либо определенная часть последовательности операций должна повториться неопределенное число раз, например до получения необходимого размера, то каждый контур проверяют отдельно. Под контуром в теории графов понимают чередующуюся последовательность вершин и дуг, в которой все вершины различны, а первая и последняя вершины совпадают.
Полученные таким образом подмножества вершин в рассматриваемом примере на рис. 10.3 обведены штриховой линией. Включение в одну макросятуа- цию ситуаций 1 и 10 в данном случае допустимо, так как сигналы х4 = 1 и х4 = 0 подаются вручную от кнопки «Обдув формы» и нарушения последовательности работы исполнительных устройств вызвать не могут.
В случае переналаживаемой СУ в одну макроситуацию могут быть включены вершины, расположенные в разных цепях графа, так как цикл работы СУ может осуществляться только по одной из цепей. При этом должно быть выполнено условие, чтобы объединения вершин разных цепей ие входили в другие объединения.
После удаления всех дуг между вершинами одной макроситуации и объединения этих вершин в одну получим новый граф (рис. 10.5), вершины которого интерпретируются как макроситуации. Условия перехода (S;) из р,-й макроситуации в последующую / указывают на дугах и задают булевыми функциями. Значения этих условий равны условиям перехода из последней ситуации (вершины) |л-й макроситуации в ближайшую ситуацию (вершину) /*-й макроситуации. Теперь сигнал от одного ЭП может быть поставлен в соответствие одной макроситуации. Исключение составляет случай, когда в СУ содержатся две макроситуации. Тогда целесообразно использовать один ЭП с двумя взаимноинверсными выходами.
Включение /-го ЭП (соответствующего /-й макроситуации) может быть произведено либо из предпускового состояния СУ при выполнении условий пуска, либо при выполнении условий перехода из предшествующей макроситуации, связанной на графе дугой с данной, а также при наличии сигнала от ЭП, соответствующего этой предшествующей макроситуации.
На основании изложенного выше запишем выражения для функций включения (S) и отключения (7?) ЭП:
где Хр и Xq — конъюнкция сигналов возбуждения, указанных На дуге, исходящей из первой вершины и на ^-й дуге, входящей в вершину /-й макроситуации; у^ — выход предыдущего /-му ЭП; А — число ЭП.
Выражение несправедливо для участка СУ, распадающегося на ряд независимо и одновременно работающих контуров, сходящихся в одной вершине, являющейся началом /-й макроситуации.
В этом случае следует пользоваться следующими выражениями
S/ = Хр + & УА
R/ = L ^v (/> V = 1, 2, . . ., й),
где у^ — выход следующего за /-м ЭП.
Для СУ с одним ЭП выражения принимают вид
Включение (отключение) ИУ в Z-й ситуации может быть произведено при выполнении условий перехода из предшествующей ситуации при наличии сигнала от ЭП текущей макроси гуации. Тогда функция для выходного сигнала гг с учетом возможности его многократного появления в течение цикла работы СУ запишется:
Zr = Т х^/ (г = 1 > 2, . . ., т; с = 1, 2, . . ., л),
где хс — конъюнкция сигналов возбуждения, указанных на дуге, входящей в Z-ю вершину (ситуацию); т — число исполнительных устройств; п — число дуг (переходов).
При совпадении условий перехода в Z-ю ситуацию с условиями перехода в /-ю макроситуацию указанная выше функция принимает вид: zr — ^Ур
Для рассматриваемого примера СУ функции включения и отключения ЭП имеют вид:
Si = х3 (x6x7z/iv+ xi);Su = x3x10z/i;Sin = x3xnt/n;51у = х3т(г^)1/ш;а функции выходов приSi = х3 (x6x7z/iv+ xi);Su = x3x10z/i;Sin = x3xnt/n;51у = х3т(г^)1/ш;а функции выходов при444442644444442644_ х3_ х3— хз^ПР— хз^ПР— X3#1V>— X3#1V>= ^зх8^р= ^зх8^р— ^XyZ/jp— ^XyZ/jp— X3^1V’— X3^1V’= Х^Х\= Х^Х\= х^ух.= х^ух.Ri=x3yn; Rii = Хзущ, Rin ^х3уху; Riv хз^ьработе СУ в автоматическом режиме будут г^ — (x9z/H + yxv) х3;Ri=x3yn; Rii = Хзущ, Rin ^х3уху; Riv хз^ьработе СУ в автоматическом режиме будут г^ — (x9z/H + yxv) х3;4 = ЭДу!4 = Хз^г/!;4 =хзУи-4=хзУ1-4 =хзУ^4 =х3л9уп.4 = ЭДу!4 = Хз^г/!;4 =хзУи-4=хзУ1-4 =хзУ^4 =х3л9уп.
Si = х3 (x6x7z/iv+ xi);
Su = x3x10z/i;
Sin = x3xnt/n;
51у = х3т(г^)1/ш;
а функции выходов при
Si = х3 (x6x7z/iv+ xi);
Su = x3x10z/i;
Sin = x3xnt/n;
51у = х3т(г^)1/ш;
а функции выходов при
4
4
4
4
4
26
4
4
4
4
4
4
4
26
4
4
_ х3
_ х3
— хз^ПР
— хз^ПР
— X3#1V>
— X3#1V>
= ^зх8^р
= ^зх8^р
— ^XyZ/jp
— ^XyZ/jp
— X3^1V’
— X3^1V’
= Х^Х\
= Х^Х\
= х^ух.
= х^ух.
Ri=x3yn; Rii = Хзущ, Rin ^х3уху; Riv хз^ь
работе СУ в автоматическом режиме будут г^ — (x9z/H + yxv) х3;
Ri=x3yn; Rii = Хзущ, Rin ^х3уху; Riv хз^ь
работе СУ в автоматическом режиме будут г^ — (x9z/H + yxv) х3;
4 = ЭДу!
4 = Хз^г/!;
4 =хзУи-
4=хзУ1-
4 =хзУ^
4 =х3л9уп.
4 = ЭДу!
4 = Хз^г/!;
4 =хзУи-
4=хзУ1-
4 =хзУ^
4 =х3л9уп.
Как следует из анализа полученных таким образом выражений, реализуемая по ним схема СУ обладает повышенной надежностью — защитой за пределами макроситуации против ложных срабатываний конечных выключателей. Так, сигнал х8 может действовать только в течение первой макроситуации (если сигнал уг = 1).
Однако эта надежность дости
Рис. 10.6. Граф /<Рис. 10.6. Граф /<гается ценой некоторой избыточности числа аппаратов в схеме. Избыточность может быть устранена в результате исключения из схемы некоторых элементов И, связывающих входные сигналы с сигналами отЭП. Это допустимо для входных сигналов, действующих только в пределах одной макроситуации. При этом следует иметь в виду, что в несложных СУ эти сигналы могут быть определены при просмотре графа.
Рис. 10.6. Граф /<
Рис. 10.6. Граф /<
Для устранения упомянутой избыточности по графу СУ (см. рис. 10.3) строим новый граф (обозначим его буквой /Q таким образом, что каждая из его вершин соответствует
конъюнкции сигналов возбуждения. Из каждой вершины исходят дуги в те
вершины, конъюнкции сигналов возбуждения которых полностью содержатся во входном наборе исходной вершины. Если граф СУ содержит несколько контуров, то граф К целесообразно строить для каждого контура отдельно. На рис. 10.6 представлен граф К для рассматриваемой СУ.
Далее на графе К штриховой линией обводим относительно входов полученные для макроситуаций объединения. Затем на графе К найдем вершины, в которые не входят дуги, исходящие из вершин других макроситуаций (на рис. 10.6 отмечены звездочкой). Если такие вершины имеются, то для переходов, в которых действуют соответствующие этим вершинам конъюнкции сигналов возбуждения, функции принимают вид соответственно:
5/ — хр+ 5 Ч’
Sj — Хр -|- & Xq\2г — У Хс.
На основании изложенного выше для рассматриваемого примера СУ функции включения и отключения ЭП принимают вид:
•$! — х3 (X5X7Z/lV 4-
■*i);^1=х3уц;
5ц = x3Xf0; йц = х3г/ш;
Зщ = х3хиуц;
S1v=x3t(z5);
Функции выходов:
^iii=x3z/iV;
^iv = ЗД-
?i =х3 х^ущ ;=х3 г/н
Z2 — Х3^1Р
23 = X3#IV*
p
Z2 = x3//lV’
z3 = X3X4’
z4 =хЗХ8Ур
z5 ~ Х3Х7УП>
ze = ^iv;
zS=x3xsyv,
2f = X3^I I ’
zs = x3^i *
4=ччуи-
?8
Зх4;
Подчеркнуты функции, претерпевшие изменения в результате проведенной операции, которая в рассматриваемом примере позволила сэкономить пять элементов И.
После определения функций включения и отключения ЭП и функций выходов для каждого пункта с учетом требований метаописания (останов машины, возврат исполнительных устройств в исходное положение и т. п.) составляют обобщенные соотношения, описывающие проектируемую СУ
Sj = Xg (X5X7Z/IV + ^1)'» ^H = X3X1O;^m — ^з^ц//1ьsiv = хзт(г2);Sj = Xg (X5X7Z/IV + ^1)'» ^H = X3X1O;^m — ^з^ц//1ьsiv = хзт(г2);ггггs Is 2s Is 2= х= х2S237S242S237S24~ ХЗ^Ш + Х3ХИ* — X3^IV + X3XI6* — X3X8^I + X3X18*~ ХЗ^Ш + Х3ХИ* — X3^IV + X3XI6* — X3X8^I + X3X18*Ra = Упхз;Ян = z/iiix3;Яш = t/iv*3:Я^ ~ #IX3’zf " (#11 + #iv) x3z2 ~ X3#IV + ^3XIo» V V I v VRa = Упхз;Ян = z/iiix3;Яш = t/iv*3:Я^ ~ #IX3’zf " (#11 + #iv) x3z2 ~ X3#IV + ^3XIo» V V I v VA = хзх7Уц + *3X20;A = хзх7Уц + *3X20;zf = ЧУи + ^3X19 =zf = X3^I + X3X2Pzf = ЧУи + ^3X19 =zf = X3^I + X3X2P
Sj = Xg (X5X7Z/IV + ^1)'» ^H = X3X1O;
^m — ^з^ц//1ь
siv = хзт(г2);
Sj = Xg (X5X7Z/IV + ^1)'» ^H = X3X1O;
^m — ^з^ц//1ь
siv = хзт(г2);
г
г
г
г
s I
s 2
s I
s 2
= х
= х
2S
23
7S
24
2S
23
7S
24
~ ХЗ^Ш + Х3ХИ* — X3^IV + X3XI6* — X3X8^I + X3X18*
~ ХЗ^Ш + Х3ХИ* — X3^IV + X3XI6* — X3X8^I + X3X18*
Ra = Упхз;
Ян = z/iiix3;
Яш = t/iv*3:
Я^ ~ #IX3’
zf " (#11 + #iv) x3
z2 ~ X3#IV + ^3XIo» V V I v V
Ra = Упхз;
Ян = z/iiix3;
Яш = t/iv*3:
Я^ ~ #IX3’
zf " (#11 + #iv) x3
z2 ~ X3#IV + ^3XIo» V V I v V
A = хзх7Уц + *3X20;
A = хзх7Уц + *3X20;
zf = ЧУи + ^3X19 =zf = X3^I + X3X2P
zf = ЧУи + ^3X19 =zf = X3^I + X3X2P
26 X3#IV + X3X22>26 X3#IV + X3X22>z7 = хзхаУ1 + x3x2-vz7 = хзхаУ1 + x3x2-v26 - X3#I + X3X23’Z? = X3X9#II + X3X25*26 - X3#I + X3X23’Z? = X3X9#II + X3X25*
26 X3#IV + X3X22>
26 X3#IV + X3X22>
z7 = хзхаУ1 + x3x2-v
z7 = хзхаУ1 + x3x2-v
26 - X3#I + X3X23’
Z? = X3X9#II + X3X25*
26 - X3#I + X3X23’
Z? = X3X9#II + X3X25*
23 — ^3^4 + x3^4 — x4*
Аварийный останов в данном случае производят с помощью клапана безопасности путем отключения подачи питания к исполнительным устройствам. Схема, построенная по полученным выражениям функций приведена на рис. 10.7.
Во ВНИИГидроприводе разработай комплект алгоритмов и программ, позволяющих проводить автоматизированное проектирование ПСУ на электронных цифровых вычислительных машинах.
В отличие от рассмотренных методов синтеза СУ на основе элементов, выполняющих элементарные логические функции, применяют и методы агрегатного построения [8].Такие методы позволяют синтезировать схему СУ из отдельных нормализованных блоков, что упрощает ее построение и снижает время проектирования. Основным недостатком агрегатных методов синтеза является то, что в ряде случаев они дают избыточную структуру схемы и, следовательно, приводят к большим аппаратурным затратам при ее реализации.
Системы управления с командоаппаратами. Построение СУ с помощью пневматических командных устройств (командоаппаратов) в ряде случаев позволяет упростить СУ, обеспечить их перенастройку на любой требуемый цикл (в пределах максимального числа команд), и возможность визуального контроля цикла работы [3].
Командоаппараты служат для последовательного введения в СУ командных сигналов в соответствии с программой, зафиксированной на программоносителе. Различают командоаппараты со сменными кулачками, барабанного типа, роторные, с перфокартой или перфолентой, на базе логических элементов и др. По характеру движения программоносителя командоаппараты могут быть с непрерывным движением и шаговые.
В наиболее распространенных шаговых "командоаппаратах переключение с такта на такт осуществляется^командным сигналом, поступающим от СУ. Применяют временной, путевой и_смешанный способы управления командоаппаратами.
Управление с временном контролем цикла (рис. 10.8, а) обеспечивается подачей команды от реле времени, генератора импульсов или других устройств по ^стечении определенного времени от начала предыдущего такта без проверки
Рис. 10.7. Структурная схема СУ формовочным полуавтоматом
Рис. 10.8. Структурная схема управления командным устройством с контролем по времени (а), по конечному положению (б) и со смешанным контролем (в):
1 — командное устройство;- 2 — временной блок; 3 — логический блок; 4 — конечные выключатели
выполнения ранее поданных команд. Этот способ обеспечивает простоту СУ, четкость временного цикла и легкость распределения операций во времени.
Недостатки управления по времени — это возможность нарушения цикла н более низкая по сравнению с другими способами управления производительность. Первый недостаток обусловливается отсутствием контроля выполнения предыдущей операции, а второй — тем, что время, отведенное на каждую операцию цикла для большей уверенности выполнения последовательности, берется несколько завышенным.
При управлении с путевым контролем цикла (рис. 10.8, б) команда на выполнение следующего такта программы поступает после проверки завершения действия по предыдущей команде. Командные сигналы поступают в логический блок, формирующий командный сигнал на переключение командоаппарата. При таком управлении контролируются операции, но временной цикл при этом нечеток, т. е. распределение операций по времени недостаточно определенно.
При управлении со смешанным контролем цикла (рис. 10.8, в) используется одновременно временной и путевой контроль. Ряд операций выполняется во временной последовательности, а там, где требуется особый кошроль по пути, переход на следующий такт осуществляется по сигналу выполнения предыдущего действия. Такой способ управления позволяет обеспечить и контроль исполнения и краткость времени цикла.
Применяют командоаппараты с различными типами программоносителей. В командоаппаратах со сменными кулачками вал обычно приводится во вращение через редуктор пневмо- или электродвигателем или непосредственно вращающимся органом машины. Определенным образом спрофилированные кулачки воздействуют на конечные выключатели (распределители с механическим управлением), которые выдают пневматические сигналы в соответствии с заданным циклом работы. Кулачковые командоаппараты обычно находят применение для управления объектами с временном контролем несложных рабочих циклов.
Командоаппараты барабанного типа более гибки в программировании. В них в качестве программоносителя применяют барабаны, на поверхности которых размещены кулачки. Программирование выполняется смещением кулачков по поверхности барабана. Барабан вращается храповым механизмом, управляемым как сигналами от конечных выключателей, так и сигналами от временного устройства. Здесь так же, как и в кулачковых командоаппаратах, в качестве устройств, выдающих командные сигналы, используются конечные выключатели.
Аналогично работают и командоаппараты с бесконечной кулачковой лентой, смонтированной на вращающемся барабане. Лента может быть снята и сохранена для повторного использования.
Недостатком командоаппаратов с механическим воздействием на конечные выключатели является износ контактирующих элементов. Однако дешевизна и простота их конструкции позволяют использовать командоаппараты с кулачками в СУ с относительно небольшим числом исполнительных механизмов и несложным циклом.
Командоаппараты с перфокартой или перфолентой основаны на считывании программы, нанесенной в виде отверстий или прорезей на программоносителе. Считывание может быть контактным или бесконтактным. При контактном считывании считывающая головка поджимается к программоносителю специальным устройством. Преимуществом контактного способа является отсутствие непроизводительных потерь воздуха, возможность получения выходных сигналов высокого
Рис. 10.9. Функциональные схемы командоаппаратов из универсальных блоков:
а — с возможностью останова только в конце цикла; б — с возможностью останова в любом такте; в — с управлением от генератора импульсов
уровня давления. При бесконтактном считывании головка упрощается, износ перфоленты минимальный, однако непроизводительный расход воздуха велик, что ограничивает область его применения в основном для получения выходных сигналов низкого давления.
Командоаппараты из универсальных блоков могут быть реализованы на базе логических элементов низкого, среднего или высокого уровней давления.
Каждому такту последовательности работы в командоаппаратах этого типа соответствует универсальный блок, состоящий из ЭП и логических элементов для обеспечения различных условий работы, пуска и останова. Последовательное соединение блоков позволяет строить командоаппарат на любое число выходов. В качестве ЭП в командоаппаратах применяют триггеры с раздельными входами.
Схема командоаппарата из универсальных блоков представлена на рис. 10.9, а. Каждый блок состоит из элемента И и триггера с раздельными входами. Триггер включается выходным сигналом элемента И данного блока, а выключается — выходным сигналом триггера следующего блока. Первоначальный пуск командоаппарата производится пусковым сигналом х«, который поступает на один из входов элемента И. При наличии разрешающего сигнала хг и хп на выходе элемента И образуется единичный сигнал, включающий триггер первого блока. Выходной сигнал г^ триггера первого блока поступает к исполнительному механизму или на усилитель, а также на один из входов элемента И второго блока и иа отключение триггера последнего такта командоаппарата. Выходной сигнал zn триггера последнего такта поступает на вход элемента И первого блока, подготавливая триггер первого блока к срабатыванию. Таким образом происходит автоматическая работа командоаппарата. Если переход с одного такта иа другой связан с выполнением ряда блокировок или осуществляется от ие-
Рис. 10.10. Схема командоаппарата роторного типа
скольких конечных выключателей, необходимо построение дополнительной собирательной схемы из элементов И для суммирования разрешающих сигналов в один с последующей выдачей его иа вход элемента И основной схемы.
Схема блоков командоаппарата усложняется при введении возврата в исходное положение из любого промежуточного или при введении команды «Стоп», запрещающей включение триггера.
На рис. 10.9, б приведена схема командоаппарата, в котором включение триггера каждого блока происходит только при условии xaxit где ха = хст + гг_^ (хст — команда «Стоп»). Отключается триггер сигналом г;+1.
Пневматические командоаппараты, построенные из отдельных блоков на базе ЭП и логических элементов, могут работать как по сигналам последовательности лд; х2, ...» хп, поступающим от конечных выключателей, так и по периодической команде от генератора импульсов (рис. 10.9, в), выдающего сигналы xt и Xt определенной длительности. Для обеспечения наглядности хода цикла и простоты поиска неисправностей каждая секция командоаппарата должна быть снабжена сигнальной лампой.
На рис. 10.10 показана схема командоаппарата роторного типа (позициями со штрихами обозначены элементы схемы аналогичные позициям элементов без штрихов), в которой в качестве привода используется пневмоцилиндр 1 с храповым механизмом 2, а в качестве распределительных органов — роторные краны 3 и 4. Принцип работы такого командоаппарата со тоит в следующем. После подачи выходной команды к исполнительному органу 6 по линии 5 шток последнего переключает в конце хода конечный выключатель 7 и сигнал с его выхода по линии 8 через кран 3 и конечный выключатель 9 поступает в управляющую полость распределителя 10. Его переключение вызывает выдвижение штока цилиндра / и поворот кранов 3 и 4 на один шаг с выдачей следующей выходной команды по линии 5. Цилиндр 1 в исходное положение возвращается в результате срабатывания конечного выключателя 11, после чего цикл командоаппарата повторяется.
Для реализации последовательности с многократного повторяющимися командами необходимо добавить логические элементы ИЛИ для суммирования сигналов, поступающих в управляющую полость одного и того же распределителя с разных выходов крана, выходы же с конечного выключателя, отмечающего выполнение многократно подаваемой команды, подключают непосредственно сразу к нескольким выходам краиа 3,
Наименование функцииОбозначение функцияПовторениеXОтрицаниеXДизъюнкцияХ1 + X,Х1 Ф X,КонъюнкцияХхХ2Хх 4* х2Стрелка ПнрсаXi ф Х2*1**1Штрих ШеффераХХ'Хгххх2Xt + х2ЗапретХх ” Х2*1*2Xi Т х2ИмпликацияХх -^ х2Х1 + х2Хх Т х2*1%2Неравнозначностьх± ~ х2(*1 -> Х^ 4"4- (*1 т *1)(х, Т *«) +-f- (xi 4* *я)Х2Х2 + Х1*2Равнозначностьхх ~ х2(*1 -> *я) 4*Т (*1 <- *2)(Z, -> Хд) XX Ui <~ Х2)ХхХ2 + ^1^2(xt + хо1) 4- 4* (хх 4- -^г)Наименование функцииОбозначение функцияПовторениеXОтрицаниеXДизъюнкцияХ1 + X,Х1 Ф X,КонъюнкцияХхХ2Хх 4* х2Стрелка ПнрсаXi ф Х2*1**1Штрих ШеффераХХ'Хгххх2Xt + х2ЗапретХх ” Х2*1*2Xi Т х2ИмпликацияХх -^ х2Х1 + х2Хх Т х2*1%2Неравнозначностьх± ~ х2(*1 -> Х^ 4"4- (*1 т *1)(х, Т *«) +-f- (xi 4* *я)Х2Х2 + Х1*2Равнозначностьхх ~ х2(*1 -> *я) 4*Т (*1 <- *2)(Z, -> Хд) XX Ui <~ Х2)ХхХ2 + ^1^2(xt + хо1) 4- 4* (хх 4- -^г)Булевые функцииБулевые функцииТаблица 10.16Таблица 10.1628828810 Е. В. Герц и др.10 Е. В. Герц и др.Рис. 10.12. Реализация логической функции «инверсия»Рис. 10.12. Реализация логической функции «инверсия»Рис. 10.111 Реализация логической функцииРис. 10.111 Реализация логической функции«дизъюнкция»«дизъюнкция»Рис. 10.14. Реализация логической функции «конъюнкция»Рис. 10.14. Реализация логической функции «конъюнкция»289289
Наименование функции
Обозначение функция
Повторение
X
Отрицание
X
Дизъюнкция
Х1 + X,
Х1 Ф X,
Конъюнкция
ХхХ2
Хх 4* х2
Стрелка Пнрса
Xi ф Х2
*1**1
Штрих Шеффера
ХХ'Хг
ххх2
Xt + х2
Запрет
Хх ” Х2
*1*2
Xi Т х2
Импликация
Хх -^ х2
Х1 + х2
Хх Т х2
*1%2
Неравнозначность
х± ~ х2
(*1 -> Х^ 4"
4- (*1 т *1)
(х, Т *«) +
-f- (xi 4* *я)
Х2Х2 + Х1*2
Равнозначность
хх ~ х2
(*1 -> *я) 4*
Т (*1 <- *2)
(Z, -> Хд) X
X Ui <~ Х2)
ХхХ2 + ^1^2
(xt + хо1) 4- 4* (хх 4- -^г)
Наименование функции
Обозначение функция
Повторение
X
Отрицание
X
Дизъюнкция
Х1 + X,
Х1 Ф X,
Конъюнкция
ХхХ2
Хх 4* х2
Стрелка Пнрса
Xi ф Х2
*1**1
Штрих Шеффера
ХХ'Хг
ххх2
Xt + х2
Запрет
Хх ” Х2
*1*2
Xi Т х2
Импликация
Хх -^ х2
Х1 + х2
Хх Т х2
*1%2
Неравнозначность
х± ~ х2
(*1 -> Х^ 4"
4- (*1 т *1)
(х, Т *«) +
-f- (xi 4* *я)
Х2Х2 + Х1*2
Равнозначность
хх ~ х2
(*1 -> *я) 4*
Т (*1 <- *2)
(Z, -> Хд) X
X Ui <~ Х2)
ХхХ2 + ^1^2
(xt + хо1) 4- 4* (хх 4- -^г)
Булевые функции
Булевые функции
Таблица 10.16
Таблица 10.16
288
288
10 Е. В. Герц и др.
10 Е. В. Герц и др.
Рис. 10.12. Реализация логической функции «инверсия»
Рис. 10.12. Реализация логической функции «инверсия»
Рис. 10.111 Реализация логической функции
Рис. 10.111 Реализация логической функции
«дизъюнкция»
«дизъюнкция»
Рис. 10.14. Реализация логической функции «конъюнкция»
Рис. 10.14. Реализация логической функции «конъюнкция»
289
289
РЕАЛИЗАЦИЯ БУЛЕВЫХ ФУНКЦИЙ
СРЕДСТВАМИ ПНЕВМОАВТОМАТИКИ
Если~описание работы СУ задано в форме булевой функции, то последовательность реализации может быть следующая.
В предлагаемой булевой функции выделяют элементарные логические функции и по табл. 10.16 определяют название этих функций.
Пусть дана функция вида:
У = XjX2 + Х2Х3 -ф у (Х2 -ф Х4) -ф XjX3X4 -ф х3, где х4х2—операция конъюнкции (четвертая строка, табл. 10.16); х2х3 — операция «Запрет» (седьмая строка, табл. 10.16).
Третье слагаемое у (х2 -ф х4) преобразуем следующим образом: по табл. 10.16 в шестой строке определяем, что сомножитель (х2 -ф *4) обозначает элементарную логическую функцию «Штрих Шеффера», которая может выражаться также в форме (х2х4). Произведя замену конъюнкции х2х4 = z, получим угг, что определяет логическую функцию «Запрет» (табл. 10.16, седьмая строка).
В следующем слагаемом х4х3х4 по аналогии с предыдущим, выделим два множителя х4х4 и х3. Первый множитель Х1Х4(табл. 10.16, пятая строка) обозначает логическую функцию «Стрелка Пирса», которую можно представить в форме
Рис. 10.15. Реализация логической функции «Стрелка ПирсаРис. 10.15. Реализация логической функции «Стрелка ПирсаРис. 10.18. Реализация логической функции «импликация»Рис. 10.18. Реализация логической функции «импликация»Рис. 10.16. Реализация логической функции «Штрих Шеффера»Рис. 10.16. Реализация логической функции «Штрих Шеффера»290290д)д)Рис. 10.19. Реализация логической функции «неравнозначность»Рис. 10.19. Реализация логической функции «неравнозначность»Рис. 10.17. Реализация логической функции «Запрет*.Рис. 10.17. Реализация логической функции «Запрет*.
Рис. 10.15. Реализация логической функции «Стрелка Пирса
Рис. 10.15. Реализация логической функции «Стрелка Пирса
Рис. 10.18. Реализация логической функции «импликация»
Рис. 10.18. Реализация логической функции «импликация»
Рис. 10.16. Реализация логической функции «Штрих Шеффера»
Рис. 10.16. Реализация логической функции «Штрих Шеффера»
290
290
д)
д)
Рис. 10.19. Реализация логической функции «неравнозначность»
Рис. 10.19. Реализация логической функции «неравнозначность»
Рис. 10.17. Реализация логической функции «Запрет*.
Рис. 10.17. Реализация логической функции «Запрет*.
Xi + х4. Произведя замену дизъюнкции получим z2x3, что’определяет логическую функцию «Запрет» (табл. 10.16, седьмая строка).
Оставшиеся слагаемые объединяем логической операцией «дизъюнкция» (табл. 10.16, третья строка).
По рис. 10.11—10.20, где показаны условные обозначения логических функций (а) по ГОСТ 2.743—72 и схемы реализации логических функций на аппаратуре высокого давления (б), на реле типа П1Р.1(в), на реле типа П1Р.З (г), на струйном элементе ИЛИ—НЕ—ИЛИ (д), отыскивают нужную в зависимости от выбранной аппаратуры схему, которая реализует данную логическую функцию. Для реализации операций дизъюнкции и конъюнкции применяют также специальные элементы ИЛИ и И, работающие как на высоком, так и на среднем и низком уровнях давления.
Рис. 10.20. Реализация логической функции «равнозначность»
Рис. 10.21. Реализация сложной булевой функции на реле типа П1Р.1
Функции
Состояние входов и выходов
Принципиальная
схема
1.
Повторение
х12
к
ft
к = *is
0
0
1
\\ If
2.
Отри цание
fl = *12
1
1
0
1.
Дизъюнкция
х12
Xgfa
ft
fl = *12 + *8
0
0
00
I1
1 1
Vv
2.
Отрицание
1
01
0
j|j<i
5
ft = *12
1
1I
0
I.
Конъюнкция
Хи
*1 /1
ft
'll 14
к = *12 *1
0 0
00
10
0 1
N
2.
Запрет по Xi2
1
00
0
хи
f« = *1 ^ *12
1
1I
0
x,Г
I.
Импликация
Х12
x&f 4
к
f.
от х12 к хь
0
0I
0
4
0
I1
0
w
ft = *12 -* *5
1
00
1
2.
Повторение
fl — Х12
I
1 1
1
Xj—U
I.
Стрелка Пирса
*12
*3^4
f2 '2
Iх»
f4 = *12 | *3
0
01
0
2.
Дизъюнкция
0
I0
I
,1 J — 2 X —
f 2= *}2 + *3
1
1
00
I0
1
1
I.
Штрих Шеффера
А?
*3 fl
A
0
01
0
f2_ J /х1 '4 _ х12/ Xj
2.
Конъюнкция
0
11
0
1
01
0
# — *12*[
1
10
1
1.
Равнозначность
х12
x2f2
*12'2
f4
919
44 ^r
?2 " *12 ' *12
0
01
0
3
2.
Л9
Запрет по ху2
0
10
0
M
#2 _ 1 ЗГх2
•4 “ х12*12
1 1
00
11
1 0
Реализация логических функций иа пятилинейных распределителях
Таблица 10.17
293
292
Так, слагаемое ххх2 определяет логическую функцию конъюнкция, реализация которой представлена на рис. 10.14. На рис. 10.17 представлена реализация логической функции «Запрет» и т. д.
Выбранные схемы, реализующие элементарные логические функции, затем объединяем дизъюнкцией (см. рис. 10.13). Полученная схема, реализованная на аппаратуре УСЭППА, прдставлена на рис. 10.21.
Ряд пневматических устройств имеют более широкие функциональные возможности и позволяют реализовать сложные логические функции или несколько элементарных логических функций двух переменных одновременно. Например, в табл. 10.17 приведены логические функции, которые могут быть реализованы на пятилинейных распределителях.
РЕАЛИЗАЦИЯ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ
СРЕДСТВАМИ ПНЕВМОАВТОМАТИКИ
Ниже приведены схемы функциональных устройств наиболее часто встречающихся в пневматических системах управления.
Временнйе устройства предназначены для управления технологическим процессом по времени путем формирования сигналов требуемой длительности. Они построены на принципе заполнения воздухом рабочего объема (емкости) или истечения воздуха из него, в результате чего давление в емкости изменяется до значения, равного значению давления срабатывания аппарата, выдающего командный сигнал. Возможно также одновременное заполнение и опорожнение одной емкости (проточной полости).
Таким образом, основными элементами пневматических временных устройств являются пневматическое инерционное звено (емкость и дроссель или несколько дросселей) и пневматический аппарат релейного действия, дающий по окончании выдержки времени дискретный сигнал.
К временном устройствам относятся: устройства задержки дискретного сигнала (по переднему фронту; по заднему фронту; по переднему и заднему фронту); импульсаторы; генераторы импульсов.
Устройства задержки дискретного сигнала по переднему фронту представлены на рис. 10.22.
На рис. 10.22, ^’представлена схема, выполненная на аппаратуре высокого давления. При подаче сигнала х сжатый воздух через дроссель / наполняет емкость 2 и камеру управления распределителя 3 до давления переключения распределителя. Время задержки тх определяется величиной емкости 2 и настройкой дросселя /. После прекращения действия сигнала х сжатый воздух из емкости через
обратный клапан выходит в атмосферу. Конструктивно приведенная схема может быть реализована одним устройством (пневмоклапан выдержки времени) или собрана из отдельных аппаратов. При этом если применяется распределитель не обладающий релейным эффектом, то для повышения стабильности работы устройства следует в схему добавить клапан последовательности (рис. 10.22, б).
В устройстве, реализованном на аппаратуре УЭСППА (рис. 10.22, у) входной сигнал хпоступает в верхнюю камеру управления реле 3 и переключает его, разобщая верхнюю камеру управления реле 4 с атмосферой. Давление сжатого воздуха, поступающего в верхнюю камеру управления реле 4 через дроссель 2 и емкость 1, плавно возрастает и через некоторое время тх переключает реле 4. На выходе устройства появляется сигнал, равный 1. После прекращения действия входного сигнала х реле 3 переключается и сообщает емкость и верхнюю камеру реле 4 с атмосферой.
На рис. 10.22, г показана схема задержки сигнала, состоящая из реле времени 1 типа Ф61-21 и струйного элемента ИЛИ—НЕ—ИЛИ 2. В исходном состоянии на выходе устройства сигнал равен 0. Сигнал, поступивший на вход реле, проходит по двум каналам: через отверстие 1.2 в камеру Б и через регулируемый дроссель 1.1 в камеру А. Нижняя мембрана 1.3 под действием давления закрывает сопло 1.6, запирая камеру А. При этом давление в камере А плавно возрастает. При достижении определенного давления в камере А верхняя мембрана 1.5 прогибается и заслонка 1.4 прерывает питающую струю струйного датчика 1.8. Значение сигнала на выходе реле изменяется с 1 на 0. Струйный элемент при этом переключается, на выходе устройства появится единичный сигнал. Требуемую задержку времени тх устанавливают настройкой регулируемого дросселя. После прекращения действия выходного сигнала х-мембрана 1.3 опустится, воздух, находящийся в камере А выйдет в атмосферу, мембрана 1.5 примет исходное состояние и на выходе устройства задержки времени вновь появится нулевой сигнал.
Устройство задержки времени (рис. 10.22, 0) состоит из элемента задержки времени 2 типа П-ЗС и двух струйных элементов ИЛИ—НЕ—ИЛИ 1 и 3, подключенных соответственно на вход и выход элемента задержки времени 2. Этот элемент выполнен в виде единой конструкции, включающей в себя две камеры Л и Б, разделенные гибкой мембраной 2.1, величина прогиба которой может изменяться с помощью регулировочного винта 2.2. В исходном состоянии давление из магистрали питания подается на питающие входы элементов ИЛИ—НЕ—ИЛИ. При появлении входного сигнала х на управляющем входе элемента ИЛИ—НЕ— ИЛИ 7 происходит его переключение и сжатый воздух поступает в камеру А элемента 2, соединенную с входом элемента ИЛИ—НЕ—ИЛИ 3. Давление в камере А практически не возрастает до тех пор, пока мембрана имеет возможность прогибаться, увеличивая объем камеры. Величина прогиба мембраны и, следовательно, время задержки определяются положением регулировочного винта 2.2. После прекращения действия сигнала х элемент 1 переключится и мембрана вернется в исходное положение. Графическая зависимость выходного сигнала от входного изображена на рис. 10.22, е. Время задержки — по переднему фронту.
Устройства задержки дискретного сигнала по заднему фронту представлены на рис. 10.23 (работа аналогична работе устройств, представленных на рис. 10.22), а устройства задержки сигнала по заднему и переднему фронту — на рис. 10.24. Схемы на рис. 10.24, б, г позволяют раздельно регулировать время Т] задержки по переднему фронту и время т2 задержки по заднему фронту.
Импульсаторы предназначены для получения на выходе устройства импульсов заданной длительности. На рис. 10.25 показаны схемы импульсаторов. Длительность импульсов определяется настройкой дросселя и величиной емкости, причем длительность импульса не может быть больше длительности входного сигнала.
Генераторы импульсов (рис. 10.26) предназначены для получения импульсов давления сжатого воздуха заданной частоты и длительности. В схемах на рис. 10.26. я, б содержится по одному дросселю, с помощью которого настраивается работа генератора. При этом длительность единичного сигнала определяется временем заполнения через дроссель емкости и камеры управления аппарата, а длительность нулевого сигнала — временем истечения воздуха через тот же дроссель из указанных полостей. Схемы, в которых выходной сигнал устройства через инерционное звено поступает в камеру управления этого же устройства, 295
Рис. 10.23. Реализация задержки дискретного сигнала по заднему фронту:а — на аппарате высокого давления; б — на аппаратуре УСЭППА; в — зависимость выходного сигнала от входногоРис. 10.23. Реализация задержки дискретного сигнала по заднему фронту:а — на аппарате высокого давления; б — на аппаратуре УСЭППА; в — зависимость выходного сигнала от входногоРис. 10.25. Реализация импульсатора:Рис. 10.25. Реализация импульсатора:а — на аппаратуре высокого давления; б — на аппаратуре УСЭППА; в — зависимость выходного сигнала от входногоа — на аппаратуре высокого давления; б — на аппаратуре УСЭППА; в — зависимость выходного сигнала от входногоРис. 10.24. Реализация задержки сигнала по переднему и заднему фронту: а, б — на аппаратуре высокого Давления; в, г — иа аппаратуре УСЭППА; *»д — зависимость выходного сигнала отtвходногоРис. 10.24. Реализация задержки сигнала по переднему и заднему фронту: а, б — на аппаратуре высокого Давления; в, г — иа аппаратуре УСЭППА; *»д — зависимость выходного сигнала отtвходного296296Рис. 10.26. Реализация генератора импульсов:Рис. 10.26. Реализация генератора импульсов:а, г — иа аппаратуре высокого давления, б, 6 — на аппаратуре УСЭППА; д — график, иллюстрирующий работу генератораа, г — иа аппаратуре высокого давления, б, 6 — на аппаратуре УСЭППА; д — график, иллюстрирующий работу генератора
Рис. 10.23. Реализация задержки дискретного сигнала по заднему фронту:
а — на аппарате высокого давления; б — на аппаратуре УСЭППА; в — зависимость выходного сигнала от входного
Рис. 10.23. Реализация задержки дискретного сигнала по заднему фронту:
а — на аппарате высокого давления; б — на аппаратуре УСЭППА; в — зависимость выходного сигнала от входного
Рис. 10.25. Реализация импульсатора:
Рис. 10.25. Реализация импульсатора:
а — на аппаратуре высокого давления; б — на аппаратуре УСЭППА; в — зависимость выходного сигнала от входного
а — на аппаратуре высокого давления; б — на аппаратуре УСЭППА; в — зависимость выходного сигнала от входного
Рис. 10.24. Реализация задержки сигнала по переднему и заднему фронту: а, б — на аппаратуре высокого Давления; в, г — иа аппаратуре УСЭППА; *»д — зависимость выходного сигнала от
tвходного
Рис. 10.24. Реализация задержки сигнала по переднему и заднему фронту: а, б — на аппаратуре высокого Давления; в, г — иа аппаратуре УСЭППА; *»д — зависимость выходного сигнала от
tвходного
296
296
Рис. 10.26. Реализация генератора импульсов:
Рис. 10.26. Реализация генератора импульсов:
а, г — иа аппаратуре высокого давления, б, 6 — на аппаратуре УСЭППА; д — график, иллюстрирующий работу генератора
а, г — иа аппаратуре высокого давления, б, 6 — на аппаратуре УСЭППА; д — график, иллюстрирующий работу генератора
могут обеспечить четкое функционирование, если указанное устройство обладает ярко выраженным релейным эффектом и достаточно большим дифференциалом, т. е. имеется различие между давлением включения и выключения. На рис. 10.26, в, г приведены схемы, позволяющие раздельно регулировать длительность единичного и нулевого сигналов. Применение пятилинейных (четырехлинейных) распределителей (рис. 10.26, в) позволяет получать генератор с двумя выходами — прямым и инверсным.
Элементы памяти. В пневмоавтоматике в качестве ЭП могут быть использованы различные устройства, в том числе распределители (триггеры). По функциональному назначению триггеры разделяют на триггеры с раздельными входами и триггеры со счетным входом.
Триггер с раздельными входами—это устройство, имеющее два входа (включающий S и выключающий 7?) и один выход z или два взаимно инверсных вы-
Рис. 10.27. Реализация памяти (триггера с раздельными входами):Рис. 10.27. Реализация памяти (триггера с раздельными входами):а, б — на аппаратуре высокого давления; в, д — на реле типа П1Р.Г П1Р.З; е — на струйных элементах ИЛИ —НЕ —ИЛИа, б — на аппаратуре высокого давления; в, д — на реле типа П1Р.Г П1Р.З; е — на струйных элементах ИЛИ —НЕ —ИЛИг — на реле типаг — на реле типа
Рис. 10.27. Реализация памяти (триггера с раздельными входами):
Рис. 10.27. Реализация памяти (триггера с раздельными входами):
а, б — на аппаратуре высокого давления; в, д — на реле типа П1Р.Г П1Р.З; е — на струйных элементах ИЛИ —НЕ —ИЛИ
а, б — на аппаратуре высокого давления; в, д — на реле типа П1Р.Г П1Р.З; е — на струйных элементах ИЛИ —НЕ —ИЛИ
г — на реле типа
г — на реле типа
хода. В исходном состоянии S = R — г = 0. Переключение триггера происходит только при поочередном появлении единичных сигналов на независимых входах S и R. Повторное появление единичного сигнала на том же входе не меняет состоя- *ния триггера. Триггеры могут быть либо с доминирующим нулем (при S — Я = 1
г = 0), либо с доминирующей единицей (при S = R — 1; z = 1).
На рис. 10.27, а изображен четырехлинейный двухиозиционный распределитель с пневматическим управлением. При S = - 1; z = I; z = 0. Запоминание позиции производится за счет сил трения; при R — I; г — 0; 2 — 1. Обычные конструкции распределителей с двухсторонним управлением не допускают сочетания входных сигналов S -- R = 1, так как в этом случае состояние выходов является неопределенным.
На рис. 10.27, б изображена схема триггера, состоящая из двух трехлинейных распределителей 1 и 2 и клапана ИЛИ 3. При S = 1 распределитель / переключается. Сигнал с выхода распределителя 1 поступает в канал питания распределителя 2, г = 1. Запоминание происходит за счет сигнала, поступающего с выхода на второй вход клапана ИЛИ. При R = 1 распределитель 2 переключается, выход триггера соединяется с атмосферой, z = 0.
На рис. 10.27, в показана схема, состоящая из двух реле 1 и 2 типа П1Р.1 и клапана ИЛИ 3. При S — 1 реле 2 откроется, соединив выход с магистралью питания. На выходе реле 1 (выход триггера) z = I. Запоминание происходит за счет сигнала, поступающего с выхода реле 1 через клапан ИЛИ в верхнюю камеру управления реле 2. При R = 1 реле 1 закроется, выходной канал соединится с атмосферой z = 0.
На рис. 10.27, г показана схема триггера, состоящая из реле 1 типа П1Р.З и клапана ИЛИ 2. При S = 1 реле 1 откроется, выход реле соединится с магистралью питания, z — 1. При S — 0; z — I за счет сигнала, поступающего с выхода триггера через клапан ИЛИ в верхнюю камеру управления реле 1. При R = ~ 1 реле 1 закроется, выходной канал соединится с атмосферой, z — 0.
Триггер, изображенный на рис. 10.27, д, отличается от триггера па рис. 10.27, в наличием двух взаимно инверсных выходов, полученных вследствие введения дополнительного реле, выполняющего функцию НЕ.
На рис. 10.27, е изображена схема триггера из двух струйных элементов ИЛИ—НЕ—ИЛИ. При S = 1; г = 1; г = 0. При S = 0 г = I за счет сигнала, поступающего с инверсного выхода элемента ИЛИ—НЕ—ИЛИ 1 на второй управляющий вход элемент ИЛИ—НЕ—ИЛИ 2. Смена состояний выходов произойдет при /? = 1. При этом 2=0; 2 = 1. При R = 0 состояние выходов останется прежним за счет сигнала, поступающего с инверсного выхода элемента ИЛИ— НЕ—ИЛИ 2 на второй управляющий канал элемента ИЛИ—НЕ—ИЛИ 1. Этот триггер имеет следующую особенность: при подаче давления питания в питающие каналы элементов состояния выходов неопределены. В связи с этим триггеры необходимо устанавливать в исходное положение. Достигается это подачей установочного сигнала R во входной канал.
Триггеры со счетным входом — это устройства, имеющие один выход г (либо два взаимно инверсных выхода 2; г) и один счетный вход х. При этом значение выхода меняется на противоположное при каждом очередном появлении сигнала на счетном входе.
Триггеры со счетным входом могут иметь еще два дополнительных входа: S — устанавливает на выходах триггера значения сигналов 2 = 1, г = 0, R — значения сигналов 2=0, 2=1.
На рис. 10.28, а показана система управления, реализованная на распределителях. Примем за исходное состояние х — 0, 2=0, 2= 1. При подаче входного сигнала х, последний отключает распределители 2 и 4, через распределитель 3 поступает в камеру управления распределителя 1 и переключает его. На выходах распределителя 1 устанавливаются значения г — 1,2= 0. Сигнал 2 = 1 поступает к распределителю 2, однако не проходит через него, пока существует давление сигнала х. При снятии давления сигнала распределитель 2 под действием пружины переключается и сигнал 2 = 1 поступает в камеру управления распределителя 3 и переключает его. Таким образом, при следующем появлении сигнала х на распределителе 3 он передается по другому каналу и возвращает распределитель 1 в исходное положение.
Система (рис. 10.28, б) отличается от указанной выше наличием двух дополнительных распределителей, подключенных по схеме ИЛИ в целях организации входов S и 7?.
На рис. 10.28, в изображена схема, реализованная на реле типа П1Р1. В исходном состоянии (подано давление питания, х = 0) 2 = 0, г = 1. Поданный на счетный вход триггера сигнал х через дроссель 2 запирает реле У, попадает в питающее сопло реле 3, открывает реле 9, соединяя выход последнего с м агистралью. Далее сжатый воздух через реле 8 и 5 поступает в верхнюю камеру управления реле бив нижнюю камеру управления реле 7. Реле 6 и 7 переключаются, в результате чего 2= 0, 2 = 1.
При х = 0 состояние выхода не изменится, так как единичный сигнал с выхода 2 переключает реле 8, обеспечив запоминание: 2 = 1,2=0. С выхода 2 = 1 сигнал также поступит через реле 1 в реле 3 н переключит его. При повторном появлении сигнал х — 1 подается через реле 3 в верхнюю камеру управления реле 4, соединяя нижнюю камеру управления реле 5 с магистралью. Реле 5, 6 и 7 переключаются: 2 = 0, 2 = 1. При х = 0 состояние выходов не изменится. Для стабильности работы триггера необходимо, чтобы реле 4 выключилось раньше, чем закрылось реле /. С этой целью в схему триггера введен дроссель 2.
На рис. 10.28, г показана схема триггера со счетным входом, состоящего из семи реле типа Г11Р.З. В исходном состоянии (подано давление питания, х = 0) 2 = 0 z = 1. При х = 1 сигнал подается через реле 1, переключает реле 7, соединяя выход последнего с магистралью. Далее сжатый воздух от реле 7 через реле 3 подается в камеру управления реле 5 и 6, выход 2 соединяется с магистралью, выход 2 — с атмосферой. Прекращение действия сигнала х на состояние выходов не влияет благодаря сигналу 2 = 1, который поступает в камеру управления реле 3, выходной сигнал которого удерживает мембранные блоки реле 5 и б в прежнем положении. Сигнал 2 = I через реле 2 подается также и на реле /, переключая его мембранный блок в нижнее положение. При следующей подаче сигнала х сжатый воздух через реле 1 поступает в верхнюю камеру управления реле 2 и переключает его, сообщая выход реле с магистралью, чем удерживает мембранный блок реле / в нижнем положении. Сигнал с выхода реле / открывает реле 4, соединяя выход 299
Рис. 10Л8. Реализация триггера со счетным входом-
а. б-на аппаратуре высокого давления; , - на реле ШР.1; . _ на реле шр,3
реле с магистралью. С выхода реле сжатый воздух поступает в нижнюю камеру управления реле 5, переключая последнее. При этом z = 0, 2 = 1. Состояние системы при х — 0 не изменится.
При реализации СУ средствами пневмоавтоматики следует иметь в виду особенности конкретного вида аппаратуры. Наиболее важные из этих особенностей следующие.
Нагрузочная способность струйных элементов системы «Волга» — не более двух элементов; выключателей путевых типа Ф76-11, Ф76-21, 2Ф76-21 —не более четырех струйных элементов; пневмокнопок типа П-ВЗР и пневмотумблеров типа П-ВЗФ1 — не более трех струйных элементов.
Давление сжатого воздуха (сигналов управления) поступающего на входы струйных логических элементов, должно быть в пределах (0,25—0,8) рПпт*
При использовании входа «Запрет» в струйных элементах ИЛИ—НЕ—ИЛИ для входных сигналов должно выполняться условие рзап > Рупр- Кроме того, необходим тщательный подбор внутреннего сопротивления линии связи, соединяющий вход «Запрет» с выходом другого устройства СУ, так как при большом сопротивлении может появиться эффект запоминания.
Отдельно взятые элементы системы «Волга» работоспособны в большом диапазоне давления питания. Однако для обеспечения надежной работы СУ давление сжатого воздуха, подаваемого к совместно работающим элементам, не должно отличаться более чем на 5%.
Существенно влияет на работоспособность СУ, реализованных на элементах систем «Волга» и УСЭППА, загрязненность сжатого воздуха. При этом следует иметь в виду, что загрязнения поступают в СУ в основном по каналам питания, а в струйные СУ и по каналам управления от датчиков, конечных выключателей и т. и. и подсасываются из окружающей среды самими элементами. Для этих СУ необходима тонкая очистка и осушка питающего воздуха, изоляция струйных элементов от окружающей среды, фильтрация воздуха, поступающего от струйных входных устройств (датчиков и др.).
Струйные элементы системы «Волга» позволяют производить межэлементную коммутацию с помощью каналов, выполненных в монтажной плате, или гибкими трубками. Несмотря на то, что межэлементная коммутация с помощью каналов обладает рядом преимуществ, применение такого способа монтажа снижает надежность логического блока. Наличие в каналах г, П- и Г-образных переходов повышает их сопротивление, а наличие уплотнительных крышек увеличивает вероятность возникновения перетечек между каналами. Применение межэлементной коммутации гибкими трубками устраняет указанные недостатки.
Состояние триггера, реализованного на элементах системы «Волга», при подаче питания непредсказуемо, поэтому в схеме должна быть предусмотрена блокировка, препятствующая самопроизвольному включению исполнительных устройств. Триггер, реализованный на элементах УСЭППА, а также на аппаратуре высокого давления по схеме, изображенной на рис. 10.27, б, после отключения питания возвращается в исходное положение (отключается).
При переключении трехмембранного реле возникает «короткое замыкание», т. е. сообщение питающего, выходного и атмосферного каналов, что в некоторых случаях может нарушить работу СУ.
ПРИМЕРЫ ТИПОВЫХ ПНЕВМАТИЧЕСКИХ
СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ
Схема управления цилиндром по конечному положению (рис. 10,29) обеспечивает работу в ручном и автоматическом режимах при выполнении разрешающих условий (блокировок). С помощью тумблера 1 устанавливается режим работы — ручной или автоматический. При автоматической работе сжатый воздух подводится к конечным включателям 2 (/) и 2 (2), которые через клапаны ИЛИ 3 (/) и 3 (2) дают сигналы на переключение пневмораспределителя 4 при достижении штоком цилиндра 5 соответствующего конечного положения. Кроме того, сигнал от конечного выключателя 2 (/) подается через пневмораспределители 6 (/) ..., 6 (/2), предстгшляющие собой ячейку блокировок. Автоматическая работа схемы возможна
Рис. 10.29. Схема управления цилиндром по конечному положениюРис. 10.29. Схема управления цилиндром по конечному положениюрис. 10.31. Схема управления цилиндром по конечному положению с выстоем штока в концерис. 10.31. Схема управления цилиндром по конечному положению с выстоем штока в концеходаходаРис. 10.32. Схема управления рукой манипулятора, реализованная на элементах высокого давления:12,3 — входы от задающего устройства; /'»2' — выходык задающему устройству; 4 — элементы блокировок; 5 цилиндр выдвижения руки; о цилиндр захвата^ детали; 7 — цилиндр подъема^рукиРис. 10.32. Схема управления рукой манипулятора, реализованная на элементах высокого давления:12,3 — входы от задающего устройства; /'»2' — выходык задающему устройству; 4 — элементы блокировок; 5 цилиндр выдвижения руки; о цилиндр захвата^ детали; 7 — цилиндр подъема^руки
Рис. 10.29. Схема управления цилиндром по конечному положению
Рис. 10.29. Схема управления цилиндром по конечному положению
рис. 10.31. Схема управления цилиндром по конечному положению с выстоем штока в конце
рис. 10.31. Схема управления цилиндром по конечному положению с выстоем штока в конце
хода
хода
Рис. 10.32. Схема управления рукой манипулятора, реализованная на элементах высокого давления:
12,3 — входы от задающего устройства; /'»2' — выходы
к задающему устройству; 4 — элементы блокировок; 5 цилиндр выдвижения руки; о цилиндр захвата^ детали; 7 — цилиндр подъема^руки
Рис. 10.32. Схема управления рукой манипулятора, реализованная на элементах высокого давления:
12,3 — входы от задающего устройства; /'»2' — выходы
к задающему устройству; 4 — элементы блокировок; 5 цилиндр выдвижения руки; о цилиндр захвата^ детали; 7 — цилиндр подъема^руки
только в том случае, когда условия блокировок выполнены, г. е. распределители 6 (Г*, ..., 6 (п) включены. При нарушении условий блокировки шток цилиндра 5 останавливается во втянутом положении. При восстановлении условий блокировки автоматическая работа схемы возобновляется. При переключении тумблера 1 на ручной режим работы сжатый воздух подается в кнопки 7 (/) и 7 (2), с помощью которых через клапаны ИЛИ 3 (7) и 3 (2) осуществляется управление распределителем 4, а следовательно, и цилиндром 5. Индикатор 8 показывает режим работы схемы.
На рис. 10.30 приведена схема управления цилиндром по давлению. При включении тумблера 1 воздух поступает через конечный выключатель 2 (шток втянут и выключатель включен) к распределителю 3, который переключается, и шток цилиндра 4 выдвигается. Когда давление в поршневой полости цилиндра (а следовательно, и усилие на штоке) достигает заданного значения срабатывает пневмоклапаи последовательности 5, выходной сигнал которого через распределитель 6 переключает распределитель 3 и шток втягивается. Если тумблер / включен, то продолжается работа в автоматическом режиме. При выключении тумблера 1 шток останавливается во втянутом положении. Если клапан последовательности не обеспечивает необходимой мощности выходного сигнала, то для
уменьшения времени срабатывания, особенноуменьшения времени срабатывания, особеннопри длинных трубопроводах и большом объеме управляющей полости распределителя 3, целесообразно применять усилитель мощности. Роль усилителя выполняет распределитель 6.
уменьшения времени срабатывания, особенно
уменьшения времени срабатывания, особенно
На рис. 10.31 приведена схема управления цилиндром по конечному положению, обеспечивающая работу в автоматическом режиме с выстоем штока в конце хода. При включении тумблера 1 сжатый воздух пройдя через включенный конечный выключатель 2 (7) переключает распределитель 3, шток цилиндра 4 выдвигается
Рис, 10.30. Схема управления цилиндром по давлению
6
Рис. 10.33, Схема управления рукой манипулятора, реализованная на струнных элементах: Л 2. 5 входы от задающего устройства; /', 2' — выходы к задающему устройству; 4 — вход от схемы выставки триггеров; 5 — элементы блокировок; 6 — цилиндр выдвижения руки; 7 — цилиндр захвата детали; 8 — цилиндр подъема руки
и включает конечный выключатель 2 (2). Сжатый воздух поступает иа временное устройство 5, выходной сигнал которого переключает распределитель 3. Клапан последовательности, обладающий релейной характеристикой, и распределитель — усилитель мощности — следует включать в схему временного устройства при повышенных требованиях к точности выдержки времени. В остальных случаях выход емкости временного устройства с целью сокращения числа аппаратов целесообразно соединять непосредственно с управляющей полостью распределителя 3-
На рис. 10.32 приведена схема управления рукой манипулятора, обслуживающего автоматизированный объект и реализованная на элементах высокого давления. Схема управления обеспечивает выполнение следующей последовательности. При подаче сигнала / от задающего устройства (например, штекерной панели) и при выполнении условий блокировки происходят выдвижение руки, захват детали и подъем руки с деталью, после чего выдается сигнал Г на переключение задающего устройства на следующий такт. При появлении командного сигнала 2 от задающего устройства происходят втягивание руки, опускание руки, разжим детали и выдача сигнала 2' на переключение задающего устройства на очередной такт. Сигнал 3 от задающего устройства включает ЭП, прерывая сигнал 2'.
Для определенного класса СУ применение аппаратуры высокого давления позволяет значительно сократить общее число элементов в схеме. В качестве примера на рис. 10.33 приведена схема управления рукой манипулятора, реализующая тотже цикл, что и схема на рис. 10.32, ио построенная на технике низкого давления (струйной технике). В этом случае общее число аппаратов (исключая цилиндры и управляющие ими распределители, имеющие в большинстве случаев достаточно большой условный проход) увеличилось с 11 до 28.
На рис. 10.34 приведена схема управления манипулятором с контролем цикла по времени, используемая, например, для подачи заготовок в штамповое пространство однокривошипных листоштамповочиых прессов.
Схема обеспечивает управление в наладочном (ручном), полуавтоматическом и автоматическом режимах цилиндрами, приводящими в действие руку и захват, а также требуемую последовательность работы пресса и приспособлений, на исполнительные механизмы которых командные сигналы подаются от коммутационной панели. При автоматическом или полуавтоматическом режиме работы от генератора импульсов через определенные промежутки времени поступают сигналы установленной длительности (величина временных параметров регулируется дросселями с обратным клапаном и является постоянной для всех тактов) на' обегающее устройство. Обегающее устройство последовательно подает сжатый воздух к тактовым входам коммутационной панели, выходные сигналы от которой в соответствии с заданным алгоритмом работы подаются к механизмам и устройствам, работающим в данном такте. Если требуется проверка положения исполнительных механизмов, заготовок и т. п., то в соответствующем такте сигнал от обегающего устройства поступает на конечный выключатель, определяющий, например, правильность положения заготовки и т. п. Если условия блокировки выполнены, то сигнал через конечный выключатель поступает на коммутационную панель и работа схемы продолжается.
В противном случае генератор выключается, при этом воздух под давлением иа очередной вход коммутационной панели не поступает, и работа схемы останавливается. Работа возобновится после восстановления условий блокировки и иажатия кнопки «Пуск». Программа работы на коммутационной панели избирается пересоединением трубок, с помощью штекеров и т. п.
Схема обегающего устройства (на 20 тактов) приведена на рис. 10.35. В исходном состоянии воздух под давлением подается на выход обозначенный цифрой 0. Остальные выходы соединены с атмосферой. При подаче каждого очередного сигнала иа вход триггера со счетным входом (от генератора импульсов) сигнал с предыдущего выхода снимается и подается на очередной выход. Схема работает по замкнутому циклу, так как при поступлении сигналов от генератора после 19-го выхода включается нулевой выход и т. д. При подаче сигнала на вход х0 — «установка 0» — и при отсутствии сигнала от генератора схема из любого состояния возвращается в исходное.
В ПСУ для счета импульсов применяют двоичные счетчики, которые бывают трех типов: суммирующие, вычитающие и реверсивные. Реверсивные счетчики обеспечивают автоматическое изменение направления счета.
Двоичные счетчики состоят из одинаковых последовательно соединенных подсхем (рис. 10.36) — разрядов счетчика, соответствующих разрядам двоичного числа, представленного на выходах счетчика как результат подсчета импульсов. Разряд счетчика содержит триггер со счетным входом.
Состояния выходов zx—г» суммирующего счетчика в зависимости от количества импульсов, поступивших на счетный вход, приведены в табл. 10.18.
Таблица 10,18
Состояние выходов
Вход
0
1
2
3
4
5
6
7
Zx
0
1
0
I
0
1
0
1
Выход Zo
0
0
I
1
0
0
I
I
Zy
0
0
0
0
1
1
1
I
Рис. 10.34. Схема управления манипулятором с контролем цикла по времени:
оийнпгпПгтлпя-/Ч^1О1%Упра?ЛеНиЯ’ 2 — конечные выключатели блокировок; 3 —выходы к схеме управления прессом; 4 — кнопка ава- кнопка питания; 6 — тумблер переключения наладочного и рабочего режимов работы; 7 — тумблер переключения кнопкан полуавтоматического режимов работы; 8 — выход «Конец цикла»; 9 — кнопка «Пуск»; 10 — кнопка «Стоп»; // —
пмпияяя^ ° И/г —генератора импульсов; .13—обегающее устройство; 14 — выход к схеме управления прессом; 15 — коммута- панель, 16 цилиндры поворота руки; 17 — поворотный двигатель захвата; 18 — цилиндр выдвижения руки; 19 — цилиндр захвата, 20 -- цилиид р подъема руки
О-А
Рис. 10.36. Схема двоичного счетчика:
2 и z — взаимно инверсные выходы триггеров; х — счетный вход счетчика (н триггера); S — вход для установки иа выходе 2 сигнала равного 1; R — вход Для установки сигнала, равного 0
В вычитающем счетчике необходимо для соединения со счетным входом последующего триггера использовать тот выход предыдущего триггера, на котором представляется результат счета.
Реверсивные счетчики содержат в каждом разряде кроме триггера со счетным входом дополнительные устройства, которые позволяют автоматически изменять направление счета.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Баранов С. И. Синтез микропрограммных автоматов. Л.: Энергия. 1974, 216 с.
Герц Е. В», Зенченко В. П., Крейинн Г. В. Синтез пневматических приводов, М.: Машиностроение, 1966. 212 с.
Гогричиани Г. в. Пневматические командные устройства для управления технологическими машинами. — Вестник машиностроения, 1975, № 8, с. 13 — 16.
Келлерман К). И. О синтезе пневматических систем управления, заданных на я-ыке ЯРУС. — В кн.: Пневматика и гидравлика. Вып. 4. М.: Машиностроение, 1977. с. 108—112.и
Келлерман Ю. И., Черкашенко ЛЬ В. К минимизации структуры пневматических систем управления. — Приборы и системы управления. 1978, № 1, с. 27 — 28.
100 ^ Лазарев В. Гм Пнйль Е. И. Синтез управляющих автоматов. М.: Энергия, 1970.
Элементы и устройства пневмоавтоматики высокого давления. Каталог-справочник. М.: 1973, 67 с. (НИИМАШ).
Юдицкий С. А., Тагаевская А. А., Ефремова Т. К-. Агрегатное построение пневматических систем управления. М.: Энергия, 1973. 1 12 с.
Глава 11ДИНАМИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ
ПНЕВМАТИЧЕСКИХ ПРИВОДОВ И УСТРОЙСТВ
Пневматические системы машин состоят из различных устройств, которые по функциональному назначению рекомендуется разделять на исполнительные, распределительные и управляющие [1—5].
К исполнительным устройствам относятся пневмодвигатели поршневого, мембранного и других типов.
К распределительным устройствам относятся нневмоаппараты, предназначенные для изменения направления рабочей среды в двух или более ппевмолиииях в зависимости от внешнего управляющего воздействия. Наиболее часто применяются золотниковые, клапанные и крановые распределители, которые управляют пневмодвигателями.
Распределительные устройства, в свою очередь, приводятся в действие управляющими устройствами, связи которых с оператором, исполнительными устройствами и между собой обеспечивают выполнение заданного цикла. В роли управляющих устройств в системах управления обычно применяют распределители небольших размеров с различными видами управления, мембранные пневмореле, различные логические элементы и др.
Несмотря на разное функциональное назначение, все эти устройства имеют полости, заполняемые сжатым воздухом, под давлением которого перемещаются поршни, мембраны, золотники, клапаны и другие твердые тела. Пневмолинии (трубопроводы, соединения, каналы монтажно-коммутационных устройств) также можно рассматривать как полости, объемы которых эквивалентны объемам этих пневмолиний.
Для удобства в дальнейшем все твердые подвижные тела ппевмоустройств будем называть поршнями, а распределители, логические элементы, пневмореле и т. п. — управляющими устройствами.
Так как характер и время перемещения поршней зависит от термодинамических процессов, протекающих в полостях пневматических устройств, то целесообразно рассмотреть отдельно полости основных типов и привести расчетные зависимости для определения времени срабатывания устройств различных типов и величины давления воздуха в их полостях.
Полости в общем случае являются полостями переменного объема вследствие движения поршней. Однако в частных случаях, когда можно пренебречь временем движения поршня по сравнению с временем нарастания давления (например, в зажимных цилиндрах), полость можно рассматривать как Полость постоянного объема. Полости всех ппевмоустройств имеют постоянный объем до начала движения поршня (в подготовительный период) и после окончания движения (в заключительный период). Поэтому рассмотрим термодинамические процессы в полостях как переменного, так и постоянного объема.
Полость может иметь один или несколько входов и выходов или быть изолирована в определенные интервалы времени; на входе в полость может быть установлен дроссель. Таким образом, полости устройств могут иметь различную структуру, в соответствии с которой следует применять те или иные расчетные формулы.
В этих формулах не учитывается теплообмен с окружающей средой и приняты допущения, обычные при расчете пневмоприводов [1, 3]; во всех формулах используется абсолютное давление.
Применяемый далее термин «давление в магистрали» означает величину давления сжатого воздуха, обеспечиваемую настройкой редукционного клапана, установленного на входе в данный пневмопривод или систему управления.
УСТРОЙСТВА С ПОЛОСТЯМИ ПОСТОЯННОГО ОБЪЕМА
Полость с одним входом без дросселя (рис. 11.1). Воздух под давлением магистрали рм поступает в полость при срабатывании управляющего устройства, не показанного на рисунке. В момент, когда давление достигает давления рд, поршень начинает двигаться. Рассмотрим время изменения давления от величины ра (давление окружающей среды) до величины рд, не учитывая время tT срабатывания управляющего устройства и время Л распространения волны давления от устройства до полости.
Время наполнения полости до заданного давления сжатого воздуха [1]
(Н.1)
где Vo ~ ^ + VT; о-! = Pi/pM; <у2 = pjp^ Vj и VT — объем собственно полости и трубопровода, м3; рх и р2 — начальное и конечное абсолютное давление воздуха в полости; рм— абсолютное давление в магистрали; /уТ — суммарная эффективная площадь проходного сечения управляющего устройства и трубопровода в m2;^ (су) — функция давления, значения которой можно найти по графику на рис. 11.2.
Суммарную эффективную площадь определяют из уравнения
(Н.2)
где /у и /^ —эффективная площадь проходного сечения^управляющего устройства, установленного на входе трубопровода, и трубопровода /^ —pTfT; *
Рис. 11.1. Полость ПОСТОЯННО! о объема с одРис. 11.1. Полость ПОСТОЯННО! о объема с одним входомним входомцт — коэффициент расхода трубопровода, который можно найти по графику на рис. 11.3 в зависимости от коэффициента сопротивления £.
Рис. 11.1. Полость ПОСТОЯННО! о объема с од
Рис. 11.1. Полость ПОСТОЯННО! о объема с од
ним входом
ним входом
Рис. 11.2, Функции давления при наполнении полости ^ (а)и при истечении из полости г|)2 (а)
Рис. 11.3. Зависимость коэффициента расхода ц от коэффициента сопротивления $ трубопровода:
а — для малых значений £: б — для больших значений £
Коэффициент сопротивления [3]
^=Хпр/тМ,(п-3)
где /т —длина трубы; ^ — внутренний диаметр трубы; ХПР — приведенный коэффициент трения, принимающий значения в пределах 0,01—0,04 в зависимости от шероховатости стенок, диаметра и материала трубы [1,3].
Объем Кт подводящего трубопровода определяют по длине трубы от управляющего устройства до полости 1Д.
Эффективную площадь ^ трубопровода определяют по длине трубы от управляющего устройства до полости, а также подлине трубы на входе в управляющее устройство.
Обычно в начале процесса наполнения магистрали сжатым воздухом ох — = оа — Ра^Рм (гДе Ра — давление окружающей среды), а в конце процесса о2 — = Од = рд/рм (где рд — давление в момент начала движения поршня).
Формулу (11.1) используют при определении длительности подготовительного и заключительного периода работы различных пневматических устройств (цилиндров, распределителей, логических элементов и др.) и при определении времени наполнения различных емкостей постоянного объема (полостей времеиийх устройств, ресиверов и др.).
Критический массовый расход воздуха из магистрали при надкритическом режиме истечения, т. е. при pl p^v0,5288
^.тРмМ0*)1) ^Тм ’(И'4)
<р (°,)==°-2588’-
где k = 1,4 — показатель адиабаты; R = 287 Дж/(кг^) — газовая постоянная; 7м — температура воздуха в магистрали, К; р* — критическое давление; р текущее давление.
При Тм = 293 К (20° С) критический массовый расход
G*== 0,00236/^,
где G* — в кг/с, fyT — в м2, рм — в Па.
Расход воздуха из магистрали при подкритическом режиме истечения, т. е. при 0,5288 <С о <С 1:
Ом' (1L5)
где <р (а) = V^^"^
k!Vr =0,156,I/о = р/рм.
Рис. 11.4, Расходная функция <р (о)
Рис, 11.5. Полость постоянного объема
с дросселем на входес дросселем на входеЗначения расходной функции <р (о) даны в приложении к монографии [3], а также на рис. 11.4.
с дросселем на входе
с дросселем на входе
При Тм = 293 К расход 6М = 0,00912 /уТрм<р (о).
Давление с жатого воздуха при наполнении полости в момент времени / [1]: при надкритическом режиме
Р — "57 G*RT м^ * о
при подкритическом режиме
^ ' 17 " ^м^-^м i^- * о
(II.6)(II.6)(Н.7)(Н.7)Полость с дросселем на входе (рис. 11.5). Наполнение полости сжатым воздухом происходит через дроссель.
(II.6)
(II.6)
(Н.7)
(Н.7)
=3,62-10'8 — 'Э=3,62-10'8 — 'Э№ (<У2) -^ (с,)].№ (<У2) -^ (с,)].(И.8)(И.8)Время наполнения полости до заданного давления
=3,62-10'8 — 'Э
=3,62-10'8 — 'Э
№ (<У2) -^ (с,)].
№ (<У2) -^ (с,)].
(И.8)
(И.8)
Формула (11.8) отличается от формулы (11.1) тем, что в ней используются эквивалентный объем Гэ и эквивалентная эффективная площадь f^
(Н.9)(11.10)(Н.9)(11.10)= ГН- ЛГТ;
(Н.9)
(11.10)
(Н.9)
(11.10)
р Уут /ин
где А — коэффициент приведения объемов; ^ — эффективная площадь сечения дросселя.
Коэффициент А приведения объемов [5] определяют по графикам рис. 11,6, построенным при ^ = оа = 0,2 и су2 = од для различных значений безразмерного объема Л и безразмерного сопротивления Й:
(И.н)
Коэффициент А можно также определить в интервалах изменения Й — 0,3 — 10, Л = 0,5 — 100, са ~ 0,1 — 0,5, Од от (са + 0,05) до 0,95 по следующей формуле [5]:
In [4,04 (Од — оа)1.In [4,04 (Од — оа)1.I 0,12 + 0,02Й + 0,093Йод/ГН^ ™ од[Л + 0,148(Й-1,35Р]
In [4,04 (Од — оа)1.
In [4,04 (Од — оа)1.
При Л > 20 и ад > (оа+и0,1) коэффициент
V1 + Q2 *
Величиной присоединенных объема VT и сопротивления /уТ можно пренебречь, если при заданных О и од значение Л лежит ниже соответствующей штриховой кривой, показанной на рис. 11.7, а; в этом случае можно принимать Уэ — V1 и f| = /^ Это может быть, например, когда объем трубопровода значительно меньше объема полости, а эффективная площадь /уТ намного больше /^ В тех случаях, когда значение Л лежит выше соответствующей сплошной кривой (рис. 11.7, а), значение /^ можно не учитывать и принять Иэ = ^ + Ил и /^ — = /уТ. Погрешность, вызванная этими допущениями, не превышает 10%. Это имеет место при объемах трубопровода больших, чем объем полости, и при условии, что определяющим является сопротивление трубы.
Давление сжатого воздуха в полости находят по формулам (11.6) и (11.7), в которые вместо Vo подставляют Пэ из формулы (11,9).
При определении расхода воздуха по формулам (11.5) и (11.4) следует вместо /уТ подставить /^ из формулы (11.10).
Рнс. 11.6. Коэффициенты А приведения объемов при наполнении полости (<Го = 0,2):
а — Й = 1; б — & = 2.
в — й = 4; г — & = 10
Рис. 11.7. Графики для определения границ влияния присоединенных объема и сопротивления в линии управления: а — наполнение: б — истечение
Пример 1. Определить время наполнения воздухом до давления рд = 0,35 МПа полости пневмоцнлипдра с начальным объемом Vi = 45* 10 ® м3, управляемого от пневмо- э
распределителя с эффективной площадью проходного сечения fy = 52,5* 10"6 м2. Внутренний диаметр трубопровода dT = 0,01 м, длина трубопровода между распределителем и цилиндром /Т22 м, длина трубопровода на входе в распределитель ?Т1 = 1 м. На входе
в полость установлен дроссель с эффективной площадью fK = 23,5* 10~6 м2. Приведенный коэффициент потерь в трубе Хпр = 0,03. Давление в магистрали рм = 0,5 МПа.
Площадь сечения трубы
fT ^ 0,785^^ 0,785-0,012 = 0,785-10~4 м2.
Коэффициент сопротивления трубопровода длиной Ц = Z + ZT2 по формуле (11.3)
= XnpZT _ 0,03 (2 + Р _ 2dT 2-0.01
Коэффициент расхода трубопровода длиной 3 м по рис. 11.3, а цт = 0,335; эффективная площадь сечения трубопровода
э—4/т == цт^т = 0,335-0,785-10 = 26,3-10 м=эффективная площадь сечения линии сэ э^эfyfr52,5-26,3УТ тЛГ+РТ7+^ +52,52 +26,32|/ V У; v т/э—4/т == цт^т = 0,335-0,785-10 = 26,3-10 м=эффективная площадь сечения линии сэ э^эfyfr52,5-26,3УТ тЛГ+РТ7+^ +52,52 +26,32|/ V У; v т/учетом распределителя по формуле (11.2)-6--6 2Ю = 23,5-10 . м ;учетом распределителя по формуле (11.2)-6--6 2Ю = 23,5-10 . м ;
э—4
/т == цт^т = 0,335-0,785-10 = 26,3-10 м=эффективная площадь сечения линии с
э э
^эfyfr52,5-26,3
УТ тЛГ+РТ7+^ +52,52 +26,32
|/ V У; v т/
э—4
/т == цт^т = 0,335-0,785-10 = 26,3-10 м=эффективная площадь сечения линии с
э э
^эfyfr52,5-26,3
УТ тЛГ+РТ7+^ +52,52 +26,32
|/ V У; v т/
учетом распределителя по формуле (11.2)
-6--6 2
Ю = 23,5-10 . м ;
учетом распределителя по формуле (11.2)
-6--6 2
Ю = 23,5-10 . м ;
объем наполняемой части трубопровода Vт = f Г^Т2 — 0,785-10~4-2 = 157 Ю-6 м3;
безразмерное давление в начале и конце процесса
0-35„ ,
°1 = °а°1 = °а°2=°д= —-°’7-
°1 = °а
°1 = °а
Функции давления по рис. 11-2 Фх (стх) = 0,2 и -фх (ст2) “ 0,704;
параметры присоединенного объема и сопротивления по формуле (11.11)
157-Ю-645-Ю-6157-Ю-645-Ю-6= 3.49 и Й == 3.49 и Й =ГкГк_ 23,5-Ю“623,5-10"6 ”1,0‘_ 23,5-Ю“623,5-10"6 ”1,0‘
157-Ю-6
45-Ю-6
157-Ю-6
45-Ю-6
= 3.49 и Й =
= 3.49 и Й =
Гк
Гк
_ 23,5-Ю“6
23,5-10"6 ”1,0‘
_ 23,5-Ю“6
23,5-10"6 ”1,0‘
По рис. 11.7, а определяем, что при Й =По рис. 11.7, а определяем, что при Й =1 значение Л = 3,49 лежит выше сплошной
По рис. 11.7, а определяем, что при Й =
По рис. 11.7, а определяем, что при Й =
кривой, соответствующей о^ = 0.7, и. следовательно, при использовании формулы (11.8) э э
можно принять Кэ = Vj + VT и f9 = /ут. Тогда время нарастания давления от Ох до ст2
1/1 + V т
^3 = 3,62.10"= -^-, У Pt^)"^ (%)] = / ут
= 3,62-10"<0.7 — 0.2) =7-Ю-’ с-
Полость с одним выходом без дросселя (рис. 11.8, а). Пренебрегая временем /; срабатывания управляющего устройства и временем /2 распространения волны давления, определим время истечения из полости до заданного давления [1 ]
/' =2,53-10-2/' =2,53-10-2Урр (А-1)/2А /ут'-'аУрр (А-1)/2А /ут'-'а(11.12)(11.12)
/' =2,53-10-2
/' =2,53-10-2
Ур
р (А-1)/2А /ут'-'а
Ур
р (А-1)/2А /ут'-'а
(11.12)
(11.12)
где ф2 (°)—функция давления, значения которой определяют по графику рис. 11.2.
Остальные параметры см. на с. 310.
Рис. П.8. Полость постоянного объема с одним выходом:
0 — без дросселя па выходе; б— с дросселем на выходе
Формулу (11.12) используют при определении длительности подготовительного и заключительного периодов работы различных пневматических устройств и времени истечения сжатого воздуха из различных емкостей постоянного объема (полостей временных устройств, ресиверов и др.).
Обычно при определении подготовительного периода устройств ах = 1 и а2 " а^гдеОд— безразмерное давление в начале движения в полости выхлопа.
При расчете пневмоцилиндров и других устройств следует помнить, что начальный объем при истечении больше начального объема при наполнении на величину Fs, где F — площадь поршня, s — его ход.
Массовый расход воздуха из полости
(11.13)(11.13)G = 0,156/;^-^ W^ TM, где Ф1 (о) = ф (Ga/^/fna/G)*^”72''.
(11.13)
(11.13)
При Тм = 293 К
с^о.ооэ^^р^1)/2^!^),
где G — в кг/с, /уТ — в м2, рм — в Па.
Давление сжатого воздуха при истечении из полости постоянного объема [1]
(Н.14)(Н.14)Др —— dt
(Н.14)
(Н.14)
Vo
причем значение G подставляют из формулы (11.13), имея в виду, что расход воздуха будет переменным как при подкрнтическом, так и при надкритическом режимах [3].
Полость с дросселем иа выходе (рис. 11.8, б). Истечение воздуха из полости в атмосферу происходит через дроссель. Время истечения воздуха из полости до заданного давления
^ = 2,53-10-2^ = 2,53-10-2р (W)/2A 'эиар (W)/2A 'эиа(11.15)(11.15)
^ = 2,53-10-2
^ = 2,53-10-2
р (W)/2A 'эиа
р (W)/2A 'эиа
(11.15)
(11.15)
(11.16)(11.16)В формуле (11.15), в отличие от (11.12), используются эквивалентный объем У^ и эквивалентная эффективная площадь /|
(11.16)
(11.16)
v'3=Vx+BVT.
Коэффициент В приведения объемов [5] определяется по графикам (рис, 11.9), построенным при аа = 0,2; оу — L °2 " °д Для различных значений безразмерного объема А и безразмерного сопротивления Й. Как и при наполнении полости, А и Й определяют по формулам (11.11).
Коэффициент В можно определить в интервалах изменения Й — 0,3-4- 10, Л = 0,5-=-100, оа = 0,1 — 0,5, Од от (аа + 0,05) до 0,95 и по формуле [5]
In [8,78 (1-ад)].In [8,78 (1-ад)].10,143а' -4- 0,036а'Й + 0,07Й
In [8,78 (1-ад)].
In [8,78 (1-ад)].
/ТТ^ Л + 0,17 (Й- 1,67)2
При Л > 20, Од< 0,9 коэффициент
/‘1 +Й2 *
Величиной присоединенных объема Ут и сопротивления /^ можно пренебречь, если при заданных значениях Й и Од значение Л лежит ниже соответствую-
щей штриховой кривой, показанной на рис. 11.7, б; в этом случае можноприни- мать Уэ “ У} и f3 “ /^. Когда значение Л лежит выше соответствующей сплошной кривой можно не учитывать величину^ и принимать У3 = Уг + Ут и fl = = fyT. Погрешность, вызванная этими допущениями, не превышает 10%,
При определении расхода воздуха по формуле (11.13) следует вместо /ут подставить значение f^ полученное из формулы (11.10), а при определении давления по формуле (11.14) вместо V^ подставить У^ из (11.16).
Пример 2. Определить время падения давления от Рм До рд в полости пневмоцилиндра при истечении из нее сжатого воздуха через линию с параметрами, приведен- ними в примере 1. Эффективная площадь дросселя на выходе из полости fK = 12’ 10”“ м2. Объем полости V' = 1615* 10”“ м8. Давление в магистрали рм = 0,5 МПа, давление в начале движения рд = 0,25 МПа.
Коэффициент сопротивления трубопровода длиной / ^ по формуле (11.3)
2^т 2-0,01 '
находим коэффициент расхода трубопровода по рис. ИЗ р = 0,38;
Рис. 11.10. Проточная полость, управляющая повышением (а) и понижением (б) давления воздухаРис. 11.10. Проточная полость, управляющая повышением (а) и понижением (б) давления воздуха
Рис. 11.10. Проточная полость, управляющая повышением (а) и понижением (б) давления воздуха
Рис. 11.10. Проточная полость, управляющая повышением (а) и понижением (б) давления воздуха
эффективная площадь сечения трубопровода э—4-62
fT= UTfT = 0,38-0,785.10 =3010 м;
эффективная площадь линии с учетом распределителя по формуле (11.2)
fyfTfyfT52,5-30К52,52 + 30252,5-30К52,52 + 302-6-6 2Ю = 26 10 м ;-6-6 2Ю = 26 10 м ;
fyfT
fyfT
52,5-30
К52,52 + 302
52,5-30
К52,52 + 302
-6-6 2
Ю = 26 10 м ;
-6-6 2
Ю = 26 10 м ;
безразмерное давление в начале и конце процесса
РаРмРаРм0,10,10,50,5-0,2 и =—0,4;Рд 0,25-0,2 и =—0,4;Рд 0,25
Ра
Рм
Ра
Рм
0,1
0,1
0,5
0,5
-0,2 и =—0,4;
Рд 0,25
-0,2 и =—0,4;
Рд 0,25
фуикцнн давления по рис. 11.2 ф2 (^i) = 0,795 и фг (о2) = 0,877;
безразмерный присоединенный объем Л и сопротивление Й по формулам (11.11)
^т 157-10-’v; ” 1615-ю-’^т 157-10-’v; ” 1615-ю-’= 0,097= 0,097„ fyr н й = эfK„ fyr н й = эfK261.1^ _ 2117.12-Ю-6261.1^ _ 2117.12-Ю-6
^т 157-10-’
v; ” 1615-ю-’
^т 157-10-’
v; ” 1615-ю-’
= 0,097
= 0,097
„ fyr н й = э
fK
„ fyr н й = э
fK
261.1^ _ 2117.
12-Ю-6
261.1^ _ 2117.
12-Ю-6
При Й = 2,17 значение Л лежит ниже штриховой кривой, соответствующей Од = — Рд/рм = 0,5, и при использовании формулы (11.15) можно примять Уэ = Уу и f9 = fK
t’ - 2,53-10-2 ^22J^ (o 877 _ 0 795) _ 0 351 c
31210"6-0,2°‘I4j
Проточная полость, управляющая повышением давления воздуха (рис. 11.10, а\ В полость поступает воздух под давлением рм, при этом часть воздуха удаляется в атмосферу через отверстие малого размера (f^ < fyT),
Время наполнения полости до заданного давления [1]
(И. 17)(И. 17)
(И. 17)
(И. 17)
где Уо = ^ + VT, Qa = f3Jf^T, o=PlP«; обычно ^ = са и а2 = од.
При постоянной температуре в полости
^з —^з —62,72 у X Гут ’62,72 у X Гут ’(11.18)(11.18)
^з —
^з —
62,72 у X Гут ’
62,72 у X Гут ’
(11.18)
(11.18)
ср (а) — Qao <р <71ср (а) — Qao <р <71
ср (а) — Qao <р <71
ср (а) — Qao <р <71
причем значения интеграла 02 do
берут по графику (рис. 11.11, а^ построенному в функции ад при аа = 0,2 для различных значений Qa <: 1. При этом следует пользоваться значениями, ограниченными сверху штриховой линией.
Давление сжатого воздуха в проточной полости
ф (о) — oQa у -L- ф '1 мф (о) — oQa у -L- ф '1 м(11.19)(11.19)kpMKP3VRT»
ф (о) — oQa у -L- ф '1 м
ф (о) — oQa у -L- ф '1 м
(11.19)
(11.19)
1р-—г;—
Установившееся давление оу сжатого воздуха в проточной полости при Т = = const определяют по формуле [1]
а —а —Ф(Оу)Ф(Оу)ОуфОуф(11.20)(11.20)
а —
а —
Ф(Оу)
Ф(Оу)
Оуф
Оуф
(11.20)
(11.20)
Давление в момент начала движения поршня / должно быть меньше установившегося, т. е. Од < Оу, в противном случае поршень не сдвинется с места. Если на входе в полость имеется дроссель, то вместо Ео и f^T в выражениях (11.17) и (11.18) используют соответственно Уэ и f|, определяемые по формулам (11.9) и (11.10).
Проточная полость, управляющая понижением давления воздуха (рис, 11.10, б). Полость связана с атмосферой отверстием большей площади /уТ по сравнению с отверстием, соединяющим ее с магистралью /э.
(11.21)(11.21)Время опорожнения полости до заданного давления [1]
(11.21)
(11.21)
62,72 //Тм/’ '
Значения интеграла
dadaФ (о) —П'офФ (о) —П'оф
da
da
Ф (о) —П'оф
Ф (о) —П'оф
где Ид — /yT/fp берут по графику (рис. 11.11, б), построенному при оа = 0,2 для различных значений Q^ > 1 как функция о^. Следует пользоваться значе*
Рис. 11.12. Зависимость установившегося давления ру от коэффициента Йу пропускной способности при различном давлении рм воздуха в магистрали
ннями, ограниченными сверху штриховой линией. Давление воздуха в полости определяют по формуле (11.19), в которой
^а=М>1-
Установившееся давление Оу сжатого воздуха в проточной полости может быть найдеио из формулы (11.20), Необходимо учитывать, что давление в момент начала движения поршня 1 должно быть больше установившегося, т. е. Од> Оу или Рд> Ру, в противном случае поршень не сдвинется с места и нужно будет изменить параметры устройства.
Установившемуся значению давления соответствует минимально допустимая пропускная способность^ mjn, а следовательно, и предельная длина трубопровода, соединяющего полость с управляющим устройством. На рнс. 11.12 приведены зависимости установившегося давления от коэффициента Q' пропускной способности при различном давлении воздуха в магистрали. Пользуясь этими графиками, можно определить минимальную пропускную способность Qgmjn, если известно давление рд в момент начала движения поршня, которое принимают равным установившемуся давлению р^. Определив отсюда эффективную площадь /^, а затем приведенный коэффициент расхода р. трубы по известной площади fT ее сечения, определяют коэффициент сопротивления С по графику на рис. 11.3 и находят предельную длину /т трубы по формуле (11.3). Если на выходе из проточной полости имеется дроссель, то вместо Vo и /уТ в формуле (11.21) заменяют соответственно на V' и fv, определяемые по формулам (11.16) и (11.10). 3
УСТРОЙСТВА С ПОЛОСТЯМИ ПЕРЕМЕННОГО ОБЪЕМА
Под временем срабатывания дискретного пневматического устройства понимают отрезок времени от момента приложения управляющего воздействия к управляющему устройству до момента окончания движения поршня в одну сторону (прямой или обратный ход).
На рис. 11.13 представлена циклограмма одностороннего устройства, на верхней диаграмме изображена последовательность выстоя и движения поршня при прямом и обратном ходе, на нижней — изменение давления в напорной полости, соответствующее различным периодом работы устройства. В случае двустороннего устройства добавляется аналогичная диаграмма для выхлопной полости. Время прямого хода = ^ + z^ + ^ц и время обратного хода ^ = ^ + /р + + /цр где ty (или ^) — время от момента приложения управляющего воздействия
Рис. 11.13. Циклограмма одностороннего пневматического устройстваРис. 11.13. Циклограмма одностороннего пневматического устройства
Рис. 11.13. Циклограмма одностороннего пневматического устройства
Рис. 11.13. Циклограмма одностороннего пневматического устройства
до начала движения поршня (подготовительный период); /п (или /р) — время движения поршия на длине хода s; /ш (или Гш) — время изменения давления до заданной величины после останова поршня (заключительный период).
Подготовительный период состоит из трех интервалов: ^ = ^. +/2 +/3 и fj — ^ + ^ + ^з» где ^1 (иЛи ^1) — время срабатывания управляющего устройства; /2 (или ^2) — время распространения волны давления от управляющего устройства до рабочей полости; /3 (или Q — время изменения давления в полости до начала движения поршня.
Время it обычно указано в технической характеристике. Для применяемых в промышленности распределителей 4 = 0,007-4- 0,7 с в зависимости от типов, размеров и условий их работы, и в некоторых случаях оказывается пренебрежимо мало по сравнению с длительностью цикла работы устройства.
(11.22)(11.22)Время распространения волны давления
(11.22)
(11.22)
2 — а
где /т — длина трубопровода, м; а — скорость распространения звука в воздухе, м/с (при Т = 290 К а — 341 м/с).
Время /3 определяют по формуле (11.1) или (11.8), а время Ск — по формуле (11.12) или (11.15).
Время движения поршня определяют по графикам, полученным численным интегрированием системы нелинейных дифференциальных уравнений, описывающих изменение термодинамических параметров сжатого воздуха в полостях устройства и движение поршня (эти уравнения будут приведены ниже). Графики построены в безразмерных параметрах и позволяют определять быстродействие устройств в широком диапазоне изменения их размеров и параметров. Большинство графиков построено для безразмерного времени т, соответствующего сумме значений времени 13, изменения давления в полости и времени /ц движения поршня. В некоторых случаях приведены графики для времени ts, соответствующего времени ifn движения поршня (без подготовительного периода).
Предварительно определяют результирующую всех сил, действующих на поршень, кроме сил давления сжатого воздуха,
Р = ?! ± Р2 ± ^з ± Ро ± Ра^щ,(11.23)
где ?i — сила трения; Р2 — сила полезного сопротивления; Р3— вес груза и поступательно движущихся частей пневматического устройства; Ро — сила начального иатяжения пружины; Рш — площадь штока; ра — давление окружающей среды.
Следует отметить, что Р3 учитывают только при вертикальном расположении устройства, Ро — только для устройств с пружиной, раРш — только для пневмоцилиндров двустороннего действия с односторонним штоком;* для пневмоаппаратуры отсутствует сила полезного сопротивления.
Сила трения Р^ в уплотнениях устройства зависит от размеров поршня, конструкции уплотнений, смазки трущихся поверхностей и других факторов. Например, для пневмоцилиндров с диаметром поршня 0,05 м с некоторым запасом можно принять Рг = 0,25 рмЕ, а с диаметром поршня 0,3 м Рг = (0,034-0,05) Рм^ [3], где Г— площадь поршня.
Составляющую и результирующую сил, действующих на поршень, считают положительными, если их направление совпадает с направлением сил сопротивления, и отрицательными, если оно совпадает с направлением движущих сил. [1 2^3^ пРивеДена °бщая последовательность расчета пневматических устройств
По исходным данным определим основные параметры, влияющие на динамику устройства.
Безразмерная нагрузка
Х " 0,785pMD2 ’(1L24)
где D — диаметр поршня.
Коэффициент пропускной способности
(11.25)(11.25)О _ ^2 о1/1
(11.25)
(11.25)
/1“21/2
гДе ft и /2 эффективные площади проходных сечений подводящей и выхлопной пневмолиний.
Коэффициент &21 или Q12 определяют только при расчете устройств, имеющих две пневматических полости.
Безразмерный конструктивный параметр
(11.26)(11.26)jV=352A 1/_£l = 1105A,
(11.26)
(11.26)
^ У PMS Df У pMs ’
где Р3 и т — вес и масса груза и всех других поступательно движущихся частей; рм — в Па.
Отношения площадей торцов поршня
тт ^ D^ тГ Ел Щ
и = 77оГ-(11.27)
где Ег и F2— площади торцов поршня; Dt и D2— диаметры торцов поршня.
Коэффициенты П21 или П12 определяют только при расчете устройств, имеющих две пневматических полости.
Безразмерные начальные объемы (приведенные начальные координаты
и ?02=-^>(11.28)
где У01 и V02 — начальные объемы полостей пневматических устройств (при необходимости с учетом присоединенных объемов линий управления).
Безразмерное атмосферное давление оа = р^Рм характеризует давление в магистрали рм, так как атмосферное давление ра обычно всегда принимают 5^ 105 Па.
Методика расчета составляющих времени срабатывания устройства и приве- - денных выше безразмерных параметров зависит от наличия дросселя возле его полости и от величины присоединенных объема Ут1 и сопротивления /уТ1 линии управления по отношению к размеру начального объема Ух полости устройства и сопротивления /^ дросселя. Эти соотношения определяются
(11.29)(11.29)Л = и й = -&21
(11.29)
(11.29)
Таблица П.1
Определение времени £3 и t^ изменения давления в полости до момента начала движения поршня
.Цроссель иа входе в полость
Расположение Л (или Л') при заданных Й и рд (или °д) на рис. 11.7
Эффективная площадь линии fl
Расчетный начальный объем
Время (или fg) по Формуле
при прямом ходе (наполнении)
при обратном ходе (истечении)
Отсутствует
—
f3
' уТ1 по (11.2)
4 + 41
^ + /4$ + + Vt1
(П.1) или (11.12)
Имеется
Ниже штриховой линии
f3 — f3 'э! “ *К1
4=4
< =
= V1 + ^15
(11.8) или (11.15)
Выше сплошной линии
f3
'Э1 'ут1
по (И.2)
4 = = 4 + 4i
4 = 4 +
4- z^s 4- vT1
Между сплошной и штриховой линиями
/э1 по (11.10)
4 =
= 4 + д41
4 = 4 + + 4S + B4i
Время t3 изменения давления до начала движения при прямом ходе (включении) и ^ при обратном ходе (выключении) определяют в соответствии с рекомендациями, приведенными в табл. 11.1. Время движения поршня и время срабатывания определяют по одному из трех вариантов в соответствии с рекомендациями табл. 11.2 для обратного хода и табл. 11.3 для прямого хода.
Время обратного хода поршня рассчитывают только для односторонних пневматических устройств. Если дроссель на входе в полость отсутствует, то расчет проводят по первому варианту (безразмерное время т5 и т'находят по графикам).
При наличии дросселя возле полости устройства определяют время движения т$0 или т'о, поршня, найденное из условия fi = ^ и ^о = ^v т’ е' $ез Учета объема и сопротивления трубопровода (тз0 т'о находят по графикам).
Определяем
г - ^о^ди с* — Ts0°A
“1^01" ^oi *
Если Л/Q с С или A/Q с С', то расчет при прямом и обратном ходе можно вести по второму варианту. Время движения в этом случае ts = Ts0 ит'= Ts0> При этом ошибка расчета ие превышает 20% . Для получения более точных результатов расчет следует вести по третьему варианту.
Если A/Q > С или A/Q > С', то расчет необходимо вести по третьему варианту, причем влияние присоединенных объема и сопротивления для прямого и обратного хода учитывается по-разному.
Время т' обратного хода поршня (см. табл. 11.2) по третьему варианту определяют исходя из значений эквивалентного начального объема V' и эквивалентной эффективной площади Д проходного сечения, как н при расчете времени подготовительного периода.
Определение времени срабатывания одиостороииих пневматических устройств при обратном ходе (выключении)
Исходные данные для устройства
г!
Для расчета Й 21 н Л7
Расчетный начальный объем
Время движения
Время cpa- батывания /=<;+ +<
Без дросселя на входе в полость
'ут!
по (11.2)
FiS [бо(П12 = , ^l + ^Tl Г F2sJ
затем ts no (11.34)
т', затем V (11.34) или
Z3 + 7
С дросселем на входе в полость
Лг$0ад
а " 1.2U
[ Л<0< ] *
La" i,2501n„ J
i3
ГК1
Ts = TsO затем t no (11.34)
7s0* затем t^ по табл.
11.1
#з + ^0
С дросселем на вх в полость
Л _^Д_ a i,26„, Г Л^О^Д
L а > 1,2ь«п12
оде
'э1 по (11.10)
V1 + BV11
51,1Fts
[бо1П12 =
_ ^1 + S7T1 1 *
F2s J
Ts затем t no (11.34)
затем /^ по табл.
11.1
Примечания: 1. Для дифференциальных устройств для используют f^- 2. Для расчета Q2j и ^ ПРН наличии дросселя ^™^к2 отсутствии f3 = f3T2.
* Формулы в квадратных скобках — приведены для односторонних с пневматическим возвратом (см. с. 332).
расчета N при его
устройств
Таблица 11.2
Исходные данные для устройства
fl для расчета Н21 и N
Расчетный начальный обьем
Время движения ^s
Время срабатывания / = = f3 + 7
Без дросселя на входе в полость
f3
' ут1 по (11.2)
У1 + 7Т1
S°'F1S
^01П12 =
V 4- V ,1 *
k 1 ~Т1
F2sJ
ts, затем <s по (11.34)
т, затем / по (11.34) или ^3 + ^s
С дросселем на входе в полость при
Л < Т50аД
й " l,26oi
L Й1.26о1П12 J
fnl
7 = 7о’ затем ts по (11.34)
ts0, затем ta по табл.
11.1, ^3 +
С дросселем на входе в полость при
ЛТ50аД
йl,2£ot
Г Л7оаД 1 *
[ Й > 1,2|01П12 J
^1
601FiS
[^ = ^1*
1
^so* затем ts по (11.30) — (11.34)
^s, затем /д по табл.
11.1
‘8 + Ч
Примечания: 1. Для дифференциальных устройств для расчета N используют f®. 2. Для расчета Й21 и N при наличии дросселя )э = /а2, при его
отсутствии f2=fyT2-
* Формулы в квадратных скобках — приведены для односторонних устройств с пневматическим возвратом (см. с. 332).
Таблица 11.3
Определение времени срабатывания пиевмоустройств при прямом ходе (включении)
Если тн > т50, то безразмерное время прямого хода поршня
При расчете времени т5 прямого хода поршня (см. табл. Н.З) по третьему варианту вначале определяют превышение Аод давления в трубопроводе над давлением в полости управления в момент начала движения
02
1'1.30)
затем определяют время тн нарастания давления в трубопроводе от момента начала движения поршня до момента достижения величины рм
тн=т3(L™^ 1).(11.31)
\ Од — <Та + А°д /
Если тн < 0, то давление в трубопроводе перед дросселем в момент начала движения поршня достигло величины рм, и следует принимать is = Tso.
324
4-«V'V„^-X^'’(,L32)
если же 0 < тн < Tso, то безразмерное время перемещения определяют по формуле
Т = т + 0,8 Vf — т . (11.33)
s SO - V и ад (Од _ (ja + ДСТд) н
Формулы (11,30)—(11-33) справедливы как для действительного времени b так и для безразмерного времени т. Все величины времени, используемые в фор" мулах, должны иметь одинаковую размерность.
Если график для т$ отсутствует, а имеется график для т, то время т$ находят как разность т — та времени срабатывания и времени изменения давления до начала движения.
325
Формулы для приближенных расчетов времени движения и скорости поршня'Таблица ПЛФормулы для приближенных расчетов времени движения и скорости поршня'Таблица ПЛ
Формулы для приближенных расчетов времени движения и скорости поршня'Таблица ПЛ
Формулы для приближенных расчетов времени движения и скорости поршня'Таблица ПЛ
безразмерной время т й действительное время / сйязанЫ следующей зайиСй- Мостью
(11.34)(11.34)t = 1,03-Ю^-^ т>
(11.34)
(11.34)
где / — в с; з и D — в м; ^ — в м2.
При отсутствии графиков для требуемых исходных данных время т5 можно рассчитать по приближенным формулам для/равномерного (установившегося) или равноускоренного движения. Эти упрощенные зависимости Ts от N нанесены на некоторых графиках (см. рис. 11.15,11.17 и 11.18), приведенных ниже, прямыми штриховыми линиями (для установившегося движения — горизонтальными, для равноускоренного — наклонными). Наклонная и прямая штриховые линии проходят довольно близко к соответствующей сплошной кривой и пересекаются в точке, которой соответствует значение конструктивного параметра N* [3]. При значениях N < N* можно считать движение установившимся, а при N> >1^* — равноускоренным. Наибольшие погрешности упрощенных расчетов имеют место при значениях N, близких к N^, так как этим значениям соответствует переходный режим.
Приближенные формулы [1] для определения безразмерного времени движения т5щ безразмерной установившейся скорости ^приведены в табл. 11.4.
От времени ts к действительному времени движения ts переходят по формуле (И. 34), а от |у к действительной установившейся скорости ху — по формуле:
f3
ху = 974 4^-^(11.35)
где ху — в [м/с, f| — в м2, Ог — в м.
Установившуюся скорость £у обратного хода для любых односторонних устройств можно определить следующим образом. При любых колебаниях движущей ■силы, например веса груза, возвратной пружины, давления подпора и т. п., и силы сопротивления движению, пока результирующая сила, действующая на поршень, больше (рКР — р^ Ft = 0,89 paFv т. е. когда режим истечения надкритический, скорость поршня будет постоянной [3]. Величину этой установившейся скорости можно определить по приближенной формуле
ху« 200 —-м/с.(11.36)
Ошибка вычислений по этой формуле увеличивается с возрастанием влияния присоединенного объема.
Из приведенной зависимости видно, что при надкритическом истечении воздуха скорость поршня не зависит от результирующей силы. Таким образом, чтобы получить высокую скорость обратного хода, требуется обеспечить надкритический режим истечения и выбор соотношения р и Fp
Время движения поршня при установившемся режиме
^S=s/xy.(11.37)
Пример 3. Определить время подготовительного периода при прямом и обратном ходе пневмопривод i с исходными данными, приведенными в примерах I и 2. Время срабатывания распределителя при включении (прямой ход) = 0,080 с н при выключении #^0,1 с.
Время распространения волны давления по трубопроводу по формуле (11.22)
<' = /т2 /а 2/3410,006с;
время подготовительного периода при включении с учетом времени /3, найденного в примере 1
^ = ^ 4" ^2 + ^3 = 0.0В0 + 0.006 + 0,016 = 0,102с;
^ис. 11.14, Расчетная схема одностороннего устройства без пружины
таких устройств является пневматическийтаких устройств является пневматическийвремя подготовительного периода при включении с учетом времени t3, найденного в примере 2
таких устройств является пневматический
таких устройств является пневматический
^1 — ^i + ^з + ^з — 0,1 +
+ 0,006+ 0,351 = 0,457с.
Одностороннее устройство без пружины. Одной из часто применяемых разновидностей подъемник, расчетная схема
которого представлена на рис. 11.14. Вертикальное расположение цилиндра подъемника позволяет совершать ход поршня вниз под действием силы тяжести, причем воздух из подпоршневой полости выходит в атмосферу, а ход поршня вверх, при котором поднимается груз, происходит под действием сжатого воздуха. По такому же принципу работают подъемные цилиндры некоторых манипуляторов. Рассмотрим дифференциальные уравнения динамики подъемников.
Уравнение движения поршня вверх
тх = (р, — ра) F — Р,
где Р определяют по формуле (11.23), Уравнение давления воздуха в полости при ее наполнении
. мУр^ят; , х &Р1.
Р1 Л (*01 + х) ф(х01 4- х) Х*
(11.38)(11.38)(11.39)(11.39)Уравнения (11.38), (11.39) после перехода к безразмерным параметрам (11.24), (11.26) и (11.28) примут вид
(11.38)
(11.38)
(11.39)
(11.39)
(11.40)(11.40)^Т §01§^Т §01§Ф^)-»!^ ,Ф^)-»!^ ,(11.41)(11.41)
(11.40)
(11.40)
^Т §01§
^Т §01§
Ф^)-»!^ ,
Ф^)-»!^ ,
(11.41)
(11.41)
где
Ха = Х+Оа.
(11.42)(ИЛЗ)(11.42)(ИЛЗ)Уравнение движения поршня вниз mx=^ F (ра — р^ — Р?;
(11.42)
(ИЛЗ)
(11.42)
(ИЛЗ)
3^—1
Pf^P2 2Й ^Тм / 0а \ । ^Рй
Рг™— "\ о2 / + (S + Х02 ~ X)
Р2 (S + Х02 — х) рм 2/г
Результирующая сила Р' в уравнении (11.42) должна иметь знак минус, Чтобы поршень двигался вниз, т. е. необходимо, чтобы в формуле (11.23) Р2 + + Р3> Рх («отрицательная» нагрузка).
Уравнения (11.42) и (11.43) в безразмерной форме
d2?^2-^ -оа-оа-х';d2?^2-^ -оа-оа-х';Обычно у подъемников Q21 = 1, см. (11.25) и П21 = 1, см. (11.27).Обычно у подъемников Q21 = 1, см. (11.25) и П21 = 1, см. (11.27).(11.44)(11.45)(11.44)(11.45)
d2?
^2-^ -оа-оа-х';
d2?
^2-^ -оа-оа-х';
Обычно у подъемников Q21 = 1, см. (11.25) и П21 = 1, см. (11.27).
Обычно у подъемников Q21 = 1, см. (11.25) и П21 = 1, см. (11.27).
(11.44)
(11.45)
(11.44)
(11.45)
Рис. 11.15. Безразмерное время ts движения поршня одностороннего устройства без пружины (<Та = 0.2):
а _ |0 = 0,05; б — £0 ="- 0,1; в — £0 — 0,2 (прямой ход); г — ^0 ^ 0,2 (обратный ход)
Уравнения движения поршня и давления воздуха в полости решаются совместно для определения времени движения /s или т5 поршня до конца рабочего хода х = s или 6=1.
На рис. 11.15 приведены расчетные графики зависимости безразмерного времени т5 и т' движения поршня вверх и вниз от конструктивного параметра N для различных значений безразмерной нагрузки Ха и х' при давлении оа = 0,2. Влияние начального объема 6о на время обратного хода невелико. Поэтому графиками на рис. 11.15, г можно пользоваться при значениях £0 от Одо 0,3. Рекомендации по использованию этих графиков и по определению времени подготовительного периода приведены в табл. 11.1—11.3. Штриховые линии соответствуют приближенным формулам, приведенным в табл. 11.4. Для расчета времени подготовительного периода необходимо определить давление начала движения поршня в полости од при ходе вверх и од при ходе вниз
Од = % + Па = Ха! Од = х' + Па = Ха,
где X и х' — безразмерная нагрузка при прямом и обратном ходе,
В работах [2, 3] приведены графики безразмерного времени т как функции N, гцлючающие подготовительное время (T=ts + tj).
Рис. 11.16. Расчетная схема одностороннего устройства с возвратной пружиной
Одностороннее устройство с возвратной пружиной. В устройствах этого типа прямой ход совершается под действием давления сжатого воздуха в полости на поршень (другая полость постоянно сообщена с атмосферой), а обратный ход — под действием возвратной пружины.
На рис. 11.16 приведена расчетная схема одностороннего пнев- моцилиндра с возвратной пружиной, управляемого от распределителя 1. Эта схема и изложенный ниже метод расчета распространяются на различные распределители и другие аппараты с пружинным возратом, а также на мембранные двигатели.
Уравнение движения поршня при прямом ходе (см. рис. 11.16)
тх = (Pi ~ Ра) F — спх — Р,(11.46)
где сп — жесткость пружины.
Это уравнение решается численно совместно с уравнением (11.39) давления pt воздуха в полости.
Уравнение (11.46) после перехода к безразмерным параметрам (11.24), (11.26): примет вид
= ai - vng - Ха-(11.47)
где vn = —безразмерная жесткость пружины.
Рм*
Уравнение давления в безразмерной форме — то же, что и для подъемника (11.41).
Уравнение движения поршня при обратном ходе тх = сп (s — х) — (р2 — Ра) F — Р'.(11.48)
Уравнение давления при истечении воздуха — см. (11.43).
Уравнение (11.48) в безразмерной форме
W2-^ = vn(l -£)-(03-СГа)-%'(11.49)
для определения времени движения поршня т' следует решать совместно с уравнением (11.45), в котором П21 = Q31 = 1.
На рис. 11.17 приведены графики [1] для определения безразмерного времени т5 прямого хода устройства с возвратной пружиной, а на рис. 11.18 — времени т' обратного хода в зависимости от конструктивного параметра N при различных значениях безразмерной нагрузки Ха и х' и безразмерной жесткости пружины vn. Графиками можно пользоваться при Во = О — 0,3.
Рекомендации по использованию графиков т5 (^) и по определению времени подготовительного периода приведены в табл. 11.1 —11.3. Штриховые линии на рис. 11,18 проведены в соответствии с приближенными формулами табл. 11.4.
Давление в момент начала движения при прямом ходе
Од = X + ^а = Ха-
Рис. 11.17. Безразмерное время rs движения поршня одностороннего устройства с возвратной пружиной при прямом ходе (g0 = 0,15): а — vn = 0,05; б — vD = = 0,1; в — тц — 0,2; г — vn= 0,4Рис. 11.17. Безразмерное время rs движения поршня одностороннего устройства с возвратной пружиной при прямом ходе (g0 = 0,15): а — vn = 0,05; б — vD = = 0,1; в — тц — 0,2; г — vn= 0,4
Рис. 11.17. Безразмерное время rs движения поршня одностороннего устройства с возвратной пружиной при прямом ходе (g0 = 0,15): а — vn = 0,05; б — vD = = 0,1; в — тц — 0,2; г — vn= 0,4
Рис. 11.17. Безразмерное время rs движения поршня одностороннего устройства с возвратной пружиной при прямом ходе (g0 = 0,15): а — vn = 0,05; б — vD = = 0,1; в — тц — 0,2; г — vn= 0,4
Рис. 11.18. Безразмерное время т$ движения поршня одностороннего устройства с возвратной пружиной при обратном ходе (go = 0,15): n — vn = 0,05: б — vn=o,i: в — vn = 0,2; г — vn — 0,4Рис. 11.18. Безразмерное время т$ движения поршня одностороннего устройства с возвратной пружиной при обратном ходе (go = 0,15): n — vn = 0,05: б — vn=o,i: в — vn = 0,2; г — vn — 0,4
Рис. 11.18. Безразмерное время т$ движения поршня одностороннего устройства с возвратной пружиной при обратном ходе (go = 0,15): n — vn = 0,05: б — vn=o,i: в — vn = 0,2; г — vn — 0,4
Рис. 11.18. Безразмерное время т$ движения поршня одностороннего устройства с возвратной пружиной при обратном ходе (go = 0,15): n — vn = 0,05: б — vn=o,i: в — vn = 0,2; г — vn — 0,4
Давление в момент начала движения при обратном ходе
Од = %' + аа + vn = Ха + vn-
При обратном ходе при надкритическом режиме истечения из полости, т. е. при любых колебаниях нагрузки и усилия пружины, пока результирующая сила, действующая на поршень, больше 0,89 paFx скорость поршня будет постоянной, а ее значение определяют по формуле (11.36). Таким образом, чтобы получить высокую скорость обратного хода, требуется выбор усилия пружины, обеспечивающий надкритический режим истечения и выбор соотношения f^ и
Для зажимных цилиндров, имеющих обычно небольшой ход, время движения поршня относительно невелико по сравнению с временем подготовительного и заключительного периодов. Поэтому при расчете таких устройств в качестве суммарного времени ^3 + ^и + Лп можно принять время наполнения полости с выдвинутым штоком, т. е. с объемом Vo = Уг + Fs + VT или Vo = У1 + Fs + AVT до давления, определяемого исходя из требуемого усилия зажима.
При расчете мембранных устройств в расчетные формулы вместо площади поршня Fx следует подставлять эквивалентную площадь мембраны FK, определяемую по формуле
Fk — “j^ (^м Д' F)^Do Do)i (11.50)
где DM — диаметр мембраны в месте заделки; Do—диаметр опорного диска.
Одиостороииее устройство с пневматическим возвратом. Устройства этого типа имеют две полости, площади торцов поршня со стороны которых различны. На рис. 11.19, а приведена расчетная схема дифференциального цилиндра, управляемого специальным распределителем 1. На рис. 11.19, б приведена расчетная схема пневмораспределителя с односторонним пневматическим управлением и пневматическим возвратом, управляемого распределителем 1. Полость большого диаметра при переключении распределителя сообщается то с магистралью (прямой ход), то с атмосферой (обратный ход), а полость меньшего диаметра сообщена с магистралью постоянно с помощью канала 2.
Уравнение движения при прямом ходе
mic = p1F1 — p,F,— pa(F1 — F^ — Р(11.51)
решается численно совместно с уравнением давления рг (11.39) в поршневой и уравнением давления р2 (П .43) в штоковой полостях, причем в последнее уравнение вместо оа следует подставить оа = 1, так как возможное истечение сжатого воздуха из этой полости происходит не в атмосферу, а в магистраль.
Аналогично уравнение (11.51), выраженное в безразмерных параметрах (11.24)—(11.29),
^ -^П21о2 - (1 - П21) оа — X(U.52)
решается совместно с уравнениями (11.41) и (11.45) после подстановки в последнее уравнение оа = 1.
Уравнение движения поршня при обратном ходе, когда поршневая полость (см. рис. 11.19) соединяется с атмосферой,
тх = p2F2 + ра (F, — F^ — P1FT — Р' (11.53) решается совместно с уравнением давления (11.39) в штоковой полости, в индексы членов которого следует подставить 2 вместо 1 (например р^ вместо ръ х02 вместо х01 и т. д.) и с уравнением (11.43) давления рх в поршневой полости после обратной замены индексов (^ вместо f2, ^ вместо а2 и т. Д-)-
Уравнение (11.53) в безразмерной форме
№~Уг ^i^ +(1 ~ Щ,) °а — %' (11.54) решается совместно с уравнениями (11.41) и (11.54) после аналогичной замены в нем индексов.
Время срабатывания устройств этого типа можно определить по графикам, приведенным на рис. 11.20—11.25. Графики построены для безразмерного времени т = т3 + т5 прямого хода, т' = т3 + т' обратного хода и суммарного времени т + т' в зависимости от коэффициента П12— соотношения площадей торцов, и безразмерной нагрузки %. Эти графики построены при скачкообразном изменении нагрузки, характеризуемой коэффициентом Р " %д/% = 1,5, где /д — нагрузка в начале движения, и при постоянной нагрузке (р = 1) для следующего диапазона параметров: Q21 = 0,25ч- 1,0; Л' — 0,2ч-1,0; П12$о1 " 0,6ч-4,0. Ими можно пользоваться при сга = 0,15ч-0,3.
Рис. 11.21. Безразмерное время срабатывания гиг* устройства одностороннего действия с пневмовозвратом (Й21 = 0,25; П13£01 — 4; £02 = 0,2); штриховая линия — р = 1, сплошная — р — 1,5
Рис. 11.20. Безразмерное время срабатывания t и t' устройства одностороннего действия с пневмовозвратом (й21 = 0,25; П12£01 — °,6? |оз = 0,2); штриховая линия — р = 1, сплошная — р = 1,5
Рис. 11.22. Безразмерное время срабаты с пневмовозвратом (Й21 = 0,5; П^Лп, сплошная — р — 1,5 12”01
вания гит
^ 0,6; fc02
устройства одностороннего действия — 0,2); штриховая линия — р = 1,
устройства одностороннего действия 0,2); штриховая линия - р = 1,
Рис. 11.23. Безразмерное время срабатывания тит' с пиевмовозвратом (&21 = о,5; П.ЛП, = 4: = сплошная — р = 1,5 5 s02
Л L I I ||
^2 ^ ^ 1,8 2,0 2,2 2^ П^2
81
1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 2,4 П12
Рис. 11.24. Безразмерное время срабатывания т с пневмовозвратом (Й21 = 1; П12£п. =0 6: сплошная — р = 1,5 fe ’
и т' устройства одностороннего действия ^02 ~ 0,2); штриховая линия — р = 1;
Рис. 11.25. Безразмерное время срабатывания тРис. 11.25. Безразмерное время срабатывания т
Рис. 11.25. Безразмерное время срабатывания т
Рис. 11.25. Безразмерное время срабатывания т
с пиевмовозвратом (S221= 1; П12£01 = 4; ^02 пая — р = 1,5
и т' устройства одиостороииего действия = 0,2); штриховая ЛИНИЯ ^ р = 1, СПЛОШ-
Время движения поршня также можно определить по приближенным формулам. Для прямого хода при £ = 1
TsTs14,8Щ53614,8Щ536х —0.11,1 (П12- 1,2) .х —0.11,1 (П12- 1,2) .н при £ = 1,5н при £ = 1,5X —°-12,7(П12—1,2)X —°-12,7(П12—1,2)П12 — 1,26Q21IT12
Ts
Ts
14,8
Щ536
14,8
Щ536
х —0.1
1,1 (П12- 1,2) .
х —0.1
1,1 (П12- 1,2) .
н при £ = 1,5
н при £ = 1,5
X —°-1
2,7(П12—1,2)
X —°-1
2,7(П12—1,2)
(11.55)
П12- 1,2 \ ,6,5Q21II12 / ’(11.56)
для обратного хода при р = 1.
т$ = (4,38^21 — 0,2 — 0,1 ^01П12) П12 + О,38£о1П12 + 1 — Q21 +
(11.57)(11.58)(11.57)(11.58)+ (Х — 0,1) [2 + Q21 (ё01П12 — 0,6)]
(11.57)
(11.58)
(11.57)
(11.58)
и при £ = 1,5
т8 — 0,8^21 (5,3 — 0,25^01П12) П12 + 0,25§01П12 +1,2(1 — Qh)*
Давление воздуха в полости в начале движения поршня
„1 + °а №2 — 1) + % „ V _ I + °а №2 — 1) — X'
ади ад,
где % и х' — безразмерная нагрузка при прямом я обратном ходе.
Коэффициент П12 следует выбирать из условия
Общий порядок расчета времени срабатывания приведен выше, рекомендации по методике расчета — в табл. 11.1—11.3. Для пневмоцилиндров, у которых сила сопротивления отлична от силы трения, следует принимать £ = 1; для транспортирующих или зажимных пневмоцилиндров, золотниковых распределителей и других устройств, где в процессе движения преодолеваются только силы трения, или клапанных распределителей, где в момент начала движения происходит дискретное уменьшение сил сопротивления, следует принимать £ — 1,5.
Влияние коэффициента р на быстродействие колеблется от 3—5% при X — 0,1 до 20—30% при X ~ 0,4. Влияние конструктивного параметра W и безразмерного объема £02 на время срабатывания несущественно, поэтому пользоваться приведенными графиками и формулами (11.55)— (11.58) можно при значениях N от 0,1 до 2 и ?02 от 0,02 до 0,5. Время срабатывания т,т' ит + V линейно увеличивается по мере возрастания начального объема ?01П12 и коэффициента пропускной способности Q21. С увеличением безразмерной нагрузки X время срабатывания существенно возрастает и это влияние уменьшается с увеличением П12.
Если графики для требуемых значений £01П12, ^2i и X отсутствуют, то искомое время срабатывания можно получить методом линейного интерполирования или по формулам (11.55—11.58); линейная зависимость времени срабатывания от §01^12 н Q21 позволяет определять быстродействие и за пределами диапазона изменения этих параметров, охваченного графиками.
Из приведенных графиков видно, что с увеличением отношения площадей поршня П12 время прямого хода уменьшается, а время обратного хода увеличивается; кривые зависимости суммарного времени т + т' от П12 имеют на всех графиках ярко выраженный минимум при значении ПТ2 = П1°2ПТ’ соответствующем наибольшему общему быстродействию пневматических устройств. Это оптимальное значение П12т и следует принимать, за исключением тех случаев, когда ограничения по быстродействию распространяются только на прямой или только на обратный ход.
Рнс. 11.26. График для выбора оптимального значения П^т коэффициента отношения площадей в функции Й12; штриховая линия — 0 = 1, сплошная — 0 = 1,5
Рис. 11.27. График для выбора оптимального значения коэффициента П°пт отношения площадей в функции нагрузки %; штриховая линия — р = 1, сплошная — р = 1,5
Поэтому для удобства определения П?2ПТ на рис. 11.26 приведена зависимость этого параметра от ^12, а на рис. 11.27— от %. Характер этих зависимостей — линейный.
Пример 4. Дифференциальный цилиндр с диаметром поршня D2 = 0,063 м, ходом s = 0,2 м н начальным объемом полостей Vt = 160* 10~tt м3 и Vг = 60* 10-6 м3 преодолевает силу полезного сопротивления Р2 = 160 Н. Сила трения Рх = 150 Н, вес перемещаемых деталей Р3 = 300 Н, эффективная площадь проходного сечення обеих линий fj — f| — 23,5*10“® м^, объем трубопроводов 7Т1^= РТ2~ ^7- 10-6 м3. Давление в магистрали рм — 0,5 МПа. Определить больший диаметр Dt из условия обеспечения минимального времени срабатывания при прямом и обратном ходе.
Площадь поршня со стороны меньшего диаметра
F^^ O^dX — 0,785-0,0632 = 31.1610”4 м2,'
конструктивный параметр по (11.26) f? л/~РГ 352-23,5-10“6 ч/ 300
Л —Зо2 — у —=0 063з у 5-Ю5-0,2
безразмерная нагрузка по (11.24)
х = Pt + Р2150 + 160_о2
PmF2 5-1О5-31,16-1О“4
коэффициент пропускной способности по (11.25)
/?23,5-10“®
Й21 — =1;
f^23/5-Ю“6
безразмерные начальные объемы по (11.28)
0,348;0,348;V2 +V72(60 + 157) 10“6
0,348;
0,348;
Fss31,16-10“4-0,2
принимая ориентировочно П12 = 2, определим
V. +УТ1-(160 + 157) Ю’6
£01 1IL_ в=0,254;
n12F2-s2-31,16-Ю"4 -0,2
для х = 0,2, Q2i = 1 и 0 = 1,0 (см. рнс. 11.26) оптимальное соотношение площадей торцов поршня по (11.27) ПОП"1* = 1,58.
Оптимальное значение диаметра из (11.27)
ропт = ^ |/Попт = о о63 /^ = 0,0792 м;
принимаем ближайшее значение Dt = 0,08 из ряда по ГОСТ 12448—80. Тогда П12 = £>?/р| = 0,082/0,0632 = 1,61;
суммарное безразмерное время срабатывания цилиндра (см. рис. 11.24. и 11.25 для Й81 = 1, X = 0,2, Р = 1 получаем для П12|о1 = 0,6 т + т' = 19,5 и для Пхз^оi = 4 т + т' = 32,2; экстраполируя для уточненного значения П12|01 = 0,254* 1,61/2 = 0,205> получаем
(т + т'), — (т + т')п R
+ ^')0.205 = ^ + ^>0,в~ <°’6 * О’205' = 19’5 *
^ZZ^iL (0,6 - 0,205) = 18,02.
4 —0,6
Действительное время по (11.34)
sD^t д- f = 1,03 10”»-sD^t д- f = 1,03 10”»-18,02 = 0,627 с.18,02 = 0,627 с.l,03.10-3-0,2-0,0632
sD^
t д- f = 1,03 10”»-
sD^
t д- f = 1,03 10”»-
18,02 = 0,627 с.
18,02 = 0,627 с.
(т + 1 ) —23,5-10’®
Двустороннее устройство с начальным перепадом давления воздуха на поршне. Обычно двусторонние цилиндры управляются с помощью двухпозиционного устройства 1 (рис. 11.28), которое сообщает попеременно каждую^ из полостей двухстороннего устройства то с магистралью, то с атмосферой. В начале каждого переключения управляющего устройства в одной из полостей атмосферное давление р01 = ра, в другой —магистральное р02 = рм. Поэтому такие устройства назовем устройствами с начальным перепадом давления на поршне. К устройствам этого типа относятся главным образом пневмоцилиндры двустороннего действия. На рис. 11.28 приведена схема с дросселированием на входе.
После переключения управляющего устройства с одной полости устройства давление воздуха повышается, а в другой — падает. Поэтому давление в полостях, соответствующее моменту начала движения поршня, зависит от соотношения объемов напорной и выхлопной полостей и эффективных площадей сечения напорной и выхлопной линий, определяемого параметром [3]
^ = (Voi^)/(Vo2/!).
(11.59)
(^^/э определяется по табл* НИ для наполнения, a VQ2 и /э — По той же таблице для истечения).
Рис. 11.28. Расчетная схема двустороннего устройства с начальным перепадом давления воздуха на поршне
Рис. 11.29. Номограмма для определения давления начала движения поршня двустороннего устройства с начальным перепадом давления при П21 = 1 и сга= 0,2
Полученный параметр $ и заданный х используют для нахождения с помощью рис. 11.29 величин одн и одн. Если П21 = I и рм = 0,5 МПа, то од = адн и од = = одН. При 0,85 С П21 < 1,15 искомые давления начала движения ад = адН — — 0,5(1 — П21), (см. рис. 11.29), о^н = о;-0,1 (1 - П2,) р^рм, где р„ = 0,5 МПа — давление, для которого построена номограмма на рис. 11.29.
Если давление в рабочей полости достигает рм до начала движения, т. е. Од — 1, то давление в выхлопной полости в момент начала движения
Од = 1 — %/n2i.
(11.60)
Найденные значения од и од могут быть использованы для определения по рекомендациям табл. 11.1 значений £3 и ^ и большее из них (обычно Q — для расчета времени подготовительного периода.
Рассмотрим дифференциальные уравнения динамики двустороннего пневматического устройства.
Уравнение движения поршня
тх ргРг — p2F2 — сх — Р\
(11.61)
уравнение давления воздуха в напорной полости
.kPv „
Р1 " fl (*О1 + *) Т 1(*м + *1
уравнение давления воздуха в выхлопной полости
(11.62)
36-1
^2 —£-1
F2 (S + ^02 — *) Рм 2k
(11.63)
Ф (о) =Ф (о) =при 0,528 < о < 1 [3].при 0,528 < о < 1 [3].
Ф (о) =
Ф (о) =
при 0,528 < о < 1 [3].
при 0,528 < о < 1 [3].
Ф (о) = ф (oj = ф С-^ ) — 0,2588 при а < 0,528 и
Переменная линейно-изменяющаяся нагрузка в функции перемещения поршия характеризуется коэффициентом с. Это может быть сила сопротивления при технологических операциях, например при прессовании, транспортировании изделий, или сила сопротивления пружины (с ~ сп). Постоянную составляющую Р нагрузки определяют по формуле (11.23).
Уравнения динамики (11.61)—(11.63) в безразмерных параметрах (11.24)— (11.29) и (11.47) примут вид
У2-^- - <71 -(11.64)
-^- = t Е [Ф (ст1) - °14г] >о1 -65)См 4- с ‘ат-^- = t Е [Ф (ст1) - °14г] >о1 -65)См 4- с ‘ат3^-13^-1
-^- = t Е [Ф (ст1) - °14г] >о1 -65)
См 4- с ‘ат
-^- = t Е [Ф (ст1) - °14г] >о1 -65)
См 4- с ‘ат
3^-1
3^-1
Из общих уравнений динамики (11.61)—(11.66) двустороннего устройства можно, как частный случай, получить уравнения динамики всех приведенных выше устройств. Поэтому эти уравнения удобны для разработки программ расчета на ЭВМ.
Время срабатывания т двусторонних устройств с начальным перепадом давления, равноет3т5, можно определить по графикам, приведенным на рис. 11.30— 11.34, а также по графикам, приведенным в работах [2, 3].
По графикам можно определять время срабатывания устройств с М = 04-4,5, оа — 0,154-0,3. Значения х> П21, Й21, |0 см. на рисунке.
Графики для расчета времени срабатывания устройств этого типа с начальным объемом §01 в пределах от 1 до 5, коэффициентом П12 в пределах от 0,2 до 3, а также при нагружении переменными силами, пропорциональными перемещению н скорости, приведены в работах [2, 3]. Общий порядок расчета времени см. выше, а рекомендации по методике расчета — в табл. 11.1 —11.3.
Пример 5. Определить время движения поршня горизонтально расположенного пневмоцнлиндра двустороннего действия с диаметром поршня Dt = 0,1 мн ходом s = = 0,2 м, преодолевающего усилие Р2 = 1600 Н. Диаметр штока d = 0,025 м. Вес поршня и связанных с ним деталей Р3 = 1 000 Н. Начальные объемы полостей Vt = Vt = = 45* 10-в м3. В линиях между распределителем и цилиндром возле цилиндра установлены дроссели с обратным клапаном, как показано на рис. 11.28. Эффективная площадь проходного сечения клапана /^1 ” 23,5* 10 м2, дросселя f^2 — 12* ^0 м2. Остальные данные о напорной линии см. в примере 1, о выхлопной — в примере 2. Давление в магистрали рм = 0,5 МПа.
Силу трения Pi в уплотнениях поршня принимаем равной
0,Ip^ = 0,1-5- 10 0,786-0,Is = 392,5 Н.
Безразмерную нагрузку определяем по формуле (11.24). Давление атмосферы на площадь штока не учитываем, так как площадь штока составляет около 6% площади поршня
= 0,503 « 0,5;= 0,503 « 0,5;
= 0,503 « 0,5;
= 0,503 « 0,5;
%^м'0.785^1
1600 + 392
величина параметра О по (11.59)
V^Ft 45-10-61210-6
О =21^- =г =0,51;
V /э 45 10'6 23,5-Ю"6
340
= e"
341
Рис. 11.34. Безразмерное время т срабатывания двустороннего устоой- ства в функции N (о_ = 0,15 -=- 0,3; & = 0,11.0- П = 1 IV
й — д2| = 0.5; б — д2$ = 1; в — д21 = 1,5; г — Q2I = 3
На рис' 1 L29 определяем, что при % = 0,5 и в = 0,51 давление в полости наполнения достигает РмДо начала движения поршня и. следовательно, расчет т следует вести по варианту 2 (см. табл. 11.3),т. е. т$ = т50.Для этого по формуле (11.26) определяем
^ 1 / ?3352.23,5.10-6 , Г Ю00
Л5 I / == 0,83;
а1 V Рм0,13 У 5-1(Г5.0,2
так как графики для определения ts отсутствуют, находим т — т , поскольку оно ==^4 уавнсит от ^°’ воспользуемся графиком на рис. 11.32, б; для заданных условий т ~
Действительное время срабатывания ио (11.3-1)
= 1.03-10~3 _^11,03-Ю-з.0,2.0Д2.14 i
р23,5-Ю-6с,
для определения времени подготовительного периода найдем давление о* начала движения по (11.60)А
< =<1-0.5) 0,785 0,1 =
Д П210,785 (0,1 = — 0,0252) u’Odd-
По рис. 11.7, б для Од = 0,533, а также по найденным в примере 2 значениям Л = =, 0.097 и 9 = 2,17, определяем, что при использовании формулы (11. U) можно принять ^э2 " ^2 + ^зи /э2 “ /к- ТогДа» как н в примере 2, /3 = 0,351 с.
Время движения поршня
/$ =/ —^ = 1,227 - 0,351 = 0,876 с,
Двустороннее устройство без начального перепада давления воздуха на поршне. Двустороннее устройство можно включать в схему таким образом, что обе его полости в исходном положении будут сообщены с атмосферой, т. е. перепад давления по обе стороны поршня будет отсутствовать. Такие схемы являются обычными для распределителей с двусторонним пневматическим или электро-
Рис. 11.35. Расчетная схема двустороннего устройства без начального перепада давления воздуха на поршне
пневматическим управлением. Их можно применять и для управления пневмоцилиндрами двустороннего действия. При включении управляющего устройства в одной полости быстро нарастает' давление, в то время как в другой, по крайней мере, на первой половине хода противодавление почти отсутствует. Вследствие этого достигается сокращение времени подготовительного периода, интенсивное нарастание скорости поршня и, следовательно, высокое быстродействие устройства. При определенном соотношении параметров устройства (начальных объемов полостей и пропускной способности линий) возможен так называемый режим автоторможения, при котором достигается плавный
останов поршня в конце хода при наибольшем быстродействии [3].
FiFiХогХогv3 KZv3 KZf3*К1f3*К12»и2»иРасчетная схема двустороннего устройства без начального перепада давления воздуха на поршне приведена на рис. 11.35.
Fi
Fi
Хог
Хог
v3 KZ
v3 KZ
f3
*К1
f3
*К1
2»и
2»и
Уравнения динамики этого устройства аналогичны уравнениям для устройств
А—1^2 (s + ^02 — *) РаА—1^2 (s + ^02 — *) Рас начальным перепадом давления, однако начальные условия здесь другие: атмосферное давление воздуха ра или па в обеих полостях. Поэтому уравнения изменения давления в выхлопной полости (11.63) и (11.66) несколько изменяются
А—1
^2 (s + ^02 — *) Ра
А—1
^2 (s + ^02 — *) Ра
ЗА? — 1
2А
_к Й21 СТ2 / па \
^Т= §02 + 1 ё ^21\ ^2 /2 dT
L аа
Время подготовительного периода определяют в соответствии с табл. 11.1, причем давление в начале движения поршня ад = % + П21па. Безразмерное время т5 движения поршня и общее время т срабатывания устройства определяют по графикам, приведенным на рис. 11.36—11.43 и построенным в зависимости от конструктивного параметра N при различных значениях безразмерной нагрузки X, безразмерных начальных объемов полостей §ог = §02, коэффициентов Q21 и Р. ПРИ оа = 0,154-0,3 и коэффициенте П21 = 1.
Порядок расчета времени срабатывания приведен выше, рекомендации по методам расчета — в табл. 11.2 и 11.3.
Серии сплошных кривых на рис. 11.36—11.43 зависимости т и ts от конструктивного параметра N ограничены слева штриховой наклонной линией, представляющей собой геометрическое место точек, соответствующих минимальной скорости в конце хода поршня и значениям N = Na. Чем круче поднимается кривая т (УУ) или т$ (М) к точке минимальной скорости, тем эффективнее торможение поршня в конце хода и тем ближе режим замедления скорости к режиму автоторможения, т. е. к режиму безударного останова, и тем больше время движения поршия.
Левее штриховых линий лежит область многократных замедлений и остановов поршня, приводящих к неоправданному увеличению времени срабатывания
О,г 0,8 0,6 0,8 1,0 1Д 1Л 1,6 1,8. N О,г 0,6 0,6 0,8 1,0 1,1 1Л 1,6 1,8 N 6)'г)О,г 0,8 0,6 0,8 1,0 1Д 1Л 1,6 1,8. N О,г 0,6 0,6 0,8 1,0 1,1 1Л 1,6 1,8 N 6)'г)Рис.Рис.Рис. 11.37. Безразмерное время ts движения поршня двустороннего устройства без начального перепада давления (о1 = 0,15 4- 0,3; П21 = Г, Й21 - 0,5; р - 1,5):Рис. 11.37. Безразмерное время ts движения поршня двустороннего устройства без начального перепада давления (о1 = 0,15 4- 0,3; П21 = Г, Й21 - 0,5; р - 1,5):
О,г 0,8 0,6 0,8 1,0 1Д 1Л 1,6 1,8. N О,г 0,6 0,6 0,8 1,0 1,1 1Л 1,6 1,8 N 6)'г)
О,г 0,8 0,6 0,8 1,0 1Д 1Л 1,6 1,8. N О,г 0,6 0,6 0,8 1,0 1,1 1Л 1,6 1,8 N 6)'г)
Рис.
Рис.
Рис. 11.37. Безразмерное время ts движения поршня двустороннего устройства без начального перепада давления (о1 = 0,15 4- 0,3; П21 = Г, Й21 - 0,5; р - 1,5):
Рис. 11.37. Безразмерное время ts движения поршня двустороннего устройства без начального перепада давления (о1 = 0,15 4- 0,3; П21 = Г, Й21 - 0,5; р - 1,5):
Безразмерное время т движения поршня двустороннего
устройства без начального перепада давления /o' = 0,154-0,3; П = 1; О21 = 0,5; р = 1,0):21
•а — g0 = 0,2; б - g„ = 0,4; в - g0 = 0,7; г - g0 = 1
а — Во = 0,2; б — Во = 0,4; в — Во = 0,7; г — Во = 1
Рис. 11.38. Безразмерное время т$ движения поршня двустороннего устройства без начального перепада давления (аа = 0,15 4- 0,3;
Рис. 11.39. Безразмерное время Ts движения поршня двустороннего устройства без начального перепада давления(о'а = 0,15-1- 0,3; П21 = = 1; О21 = 1; р = 1,5):
а - g, = 0.2; б - g„ = 0,4; в - g0 = 0,7; г — g0 = 1
оэ П21 = ” а21= 1: ₽= Ь0):
й С — $0 = 0.2; б — g0 — 0,4; в — g0 = 0,7; с — g0 = 1
ооРис. 11.40. Безразмерное время т срабатывания двустороннего устройства без начального перепада давления (<та = 0,15 ч- 0,3;Рис. 11.40. Безразмерное время т срабатывания двустороннего устройства без начального перепада давления (<та = 0,15 ч- 0,3;
о
о
Рис. 11.40. Безразмерное время т срабатывания двустороннего устройства без начального перепада давления (<та = 0,15 ч- 0,3;
Рис. 11.40. Безразмерное время т срабатывания двустороннего устройства без начального перепада давления (<та = 0,15 ч- 0,3;
П21 = И Q21 = 0,5; р= 1,0):
а — $0 = 0,2; б — £0 = 0,4: s — $о = 0,7; г — £0 = 1
Рве. 11.41. Безразмерное время т срабатывания двустороннего устройства без начального перепада давления (аа = 0,15 4- 0,3; П^ = I» Q21 = 0,5; ₽=1,5);
а - $о = 0.2; б - $0 - 0,4; s — £0 = 0,7; г — £0 - I
г)
0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1.2 1.4 1,6 1.8 Я 0,1 0,4 0,0 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 N
8)
г)
Рис. 11.42. Безразмерное время т срабатывания двустороннего уст ройствабез начального перепада давлений (а = 0,154-0,3; П = 1 о21 = 1.01 ₽= 1.0):
о - g, = 0,2; б - go = 0,4; в - Ь = 0,7; г — $0 = 1
Рис. 11.43. Безразмерное время т срабатывания двустороннего устрой ства без начального перепада давления (<та= 0,15 4- 0,3; П21 = 1 Й21 = 1,0; р= 1,5):
а — 5о = 0,2; б — ?0 = 0,4; в — Ь = 0,7; г — ?о = 1
♦
устройства. После очередного останова может последовать разгон н приход поршня в конечное положение с высокой скоростью. Поэтому использование устройств двустороннего действия без начального перепада с значениями конструктивного параметра N < Ма нецелесообразно.
Исходя из изложенного, полученные для области многократных остановов расчетные значения на графиках не приведены.
Графики, приведенные на рис. 11.36—11.43, позволяют проследить влияние основных параметров на динамику рассматриваемых устройств. С повышением безразмерной нагрузки % увеличивается как время движения поршня, так и время подготовительного периода, а точки, соответствующие режиму безударного останова, смещаются в область больших значений конструктивного параметра IV.
С возрастанием начального объема ^о полостей время подготовительного периода увеличивается, а время движения и значение Na уменьшается, причем это влияние £0 уменьшается с ростом коэффициента Й21. При малых значениях ^21 ^0,14-0,2 и при малых начальных объемах резко возрастает влияние конструктивного параметра N, нагрузки % и коэффициента (3 на режим останова в области ^a и на время движения поршня. Например, уже незначительное изменение сечения дросселя ^ может привести к существенному увеличению скорости поршня в конце хода.
С увеличением коэффициента Р дискретного уменьшения нагрузки в начале движения (для пневмоцилиндров, у которых сила сопротивления отлична от силы трения, следуетприннмать Р = 1; для транспортирующих и зажимных цилиндров распределителей р= 1,5) время движения поршня уменьшается (особенно при больших х), снижается и влияние начального объема £0 на величину Na. При р = " 1,5 и £о = 0,7-т-1,0 влияние нагрузки х на время движения поршня становится незначительным.
* На рис. 11.44 приведены графики для выбора оптимального значения параметров устройства из условия безударного останова поршня в конце хода. По заданным значениям двух параметров, например, нагрузки X и начального объема So можно найти оптимальное значение третьего, например, конструктивного параметра Ма. Штриховые участки кривых на рис. 11.44, в, г соответствуют значениям
Рис. 11.44. Графики для выбора оптимального значения параметров двустороннего устройства без начального перепада из условия безударного останова поршня (<Та = 0,2):а — Р == 1; Й = 0.5; б — 0 = 1,5, й = 0.5; а — 6 = = 1; й = 1; г — 6 = 1,5 й = 1Рис. 11.44. Графики для выбора оптимального значения параметров двустороннего устройства без начального перепада из условия безударного останова поршня (<Та = 0,2):а — Р == 1; Й = 0.5; б — 0 = 1,5, й = 0.5; а — 6 = = 1; й = 1; г — 6 = 1,5 й = 1
Рис. 11.44. Графики для выбора оптимального значения параметров двустороннего устройства без начального перепада из условия безударного останова поршня (<Та = 0,2):
а — Р == 1; Й = 0.5; б — 0 = 1,5, й = 0.5; а — 6 = = 1; й = 1; г — 6 = 1,5 й = 1
Рис. 11.44. Графики для выбора оптимального значения параметров двустороннего устройства без начального перепада из условия безударного останова поршня (<Та = 0,2):
а — Р == 1; Й = 0.5; б — 0 = 1,5, й = 0.5; а — 6 = = 1; й = 1; г — 6 = 1,5 й = 1
a)ff)
Рис. 11.45. Графики для определения параметров устройства из условия обеспечения минимального времени движения и безударного останова при Й21 — 0,5:
а - р = 1: б - р = 1,5
безразмерной скорости в конце хода В> 0,1. Значение действительной скорости х можно найти по формуле (11.35).
На рис. 11.45 и 11.46 приведены графики для выбора диаметра Вг поршня из условия обеспечения наименьшего времени движения и плавного останова поршня в конце хода, при условии, что эффективная площадь ^ напорной линии не превышает некоторой величины /jmax. Длина хода s, масса т подвижных деталей, преодолеваемое усилие Р и начальный объем Во должны быть известны из исходных данных. При условии безударного останова с увеличением Dt также возрастает /э , а время движения уменьшается. Порядок определения Dt следующий. Определяем параметр [3]
г Ашахом 1 Г Рз
^тах-245—-—- у -^_.(11.67)
По графикам на рис. 11.45 и 11.46 для ^тах и заданного Во находим параметр X, а затем диаметр поршня
Пг - 1,13 V(11.68)
Полученное значение DT округляем до ближайшего меньшего из стандартПолученное значение DT округляем до ближайшего меньшего из стандартного ряда и по формуле (11.24) вычисляем уточненное значение X» которое затемного ряда и по формуле (11.24) вычисляем уточненное значение X» которое затемРис. 11.46. Графики для определения параметров устройства из условия обеспечения минимального времени движения и безударного останова при Й81 = 1:Рис. 11.46. Графики для определения параметров устройства из условия обеспечения минимального времени движения и безударного останова при Й81 = 1:а — р = 1; б — р = 1,5а — р = 1; б — р = 1,5
Полученное значение DT округляем до ближайшего меньшего из стандарт
Полученное значение DT округляем до ближайшего меньшего из стандарт
ного ряда и по формуле (11.24) вычисляем уточненное значение X» которое затем
ного ряда и по формуле (11.24) вычисляем уточненное значение X» которое затем
Рис. 11.46. Графики для определения параметров устройства из условия обеспечения минимального времени движения и безударного останова при Й81 = 1:
Рис. 11.46. Графики для определения параметров устройства из условия обеспечения минимального времени движения и безударного останова при Й81 = 1:
а — р = 1; б — р = 1,5
а — р = 1; б — р = 1,5
Рис. 11.47. Графики для определения параметров устройства из условия обеспечения заданного времени движения и безударного останова при Й21 = 0,5; штриховая линия — 0=1, сплошная — р = 1,5
Рис. 11.48. Графики для определения параметров устройства из условия обеспечения заданного времени движения и безударного останова при Q2i — 1» штриховая линия — 0=1; сплошная — 0 = 1,5
Na используем для определения времени движения ts по графикам на рис. 11.36— 11.43 и /э по формуле (11.26).
На рис. 11,47—11.48 приведены графики для определения диаметра поршня по заданному времени его движения /s при условии обеспечения плавного останова в конце хода, Длина хода, масса подвижных частей, преодолеваемое усилие и начальный объем должны быть известны из исходных данных.
Порядок определения Ог следующий. По формуле [3] находим параметр
Js = ts 1/.
s s V ms
По графику иа рис. 11.47—11.48 для полученного значения /s и заданного So находим соответствующие им значения Na и %. Полученную по формуле (11.68) величину DT округляем до большей стандартной величины, чтобы время движения ие превышало заданного, а затем используем для вычисления уточненного значения % по формуле (11.24), а значение Na определяем по графикам на рис. 11.44 и используем для определения ts по графикам на рис. 11.36—11.43 и f^ по формуле (11.26).1
Пример 6. Определить диаметр горизонтально расположенного цилиндра, включенного по схеме на рис. 11.35 и преодолевающего внешнюю силу Рг = 1200 Н, из условия обеспечения режима автоторможения н обеспечения минимального времени движения поршня при эффективной площади линий ^ = ^f 26* 10'® м2. Заполняемый объем трубопроводов между распределителем и цилиндром ^Т1 — VT2 = 157* 10”6 м8. Вес подвижных частей Ра = 1500 И. Давление в магистрали Рм = 0,5 МПа. Ход поршня s = 0,1 м.
Коэффициент пропускной способности линий по (11.25)
й21=Г^! = 1,о;
силу трения, по аналогии с предыдущим примером, принимаем рамой 390 Н, тогда результирующая всех сил Р = Ра 4- Ра = 390 4- 1200 = 1590 Н;
задаемся величиной начального объёма полостей Vx = Vt == 45* 10** М8, полагая, что диаметр цилиндра близок к 0,1 м, тогда по (11.28)
V 4- V: - £ _ 1 Т1>01-602- FiSпо формуле (11.67)V 4- V: - £ _ 1 Т1>01-602- FiSпо формуле (11.67)(±Н^ ^о 258- 0,785 0.12-О, I '’(±Н^ ^о 258- 0,785 0.12-О, I '’
V 4- V
: - £ _ 1 Т1
>01-602- FiS
по формуле (11.67)
V 4- V
: - £ _ 1 Т1
>01-602- FiS
по формуле (11.67)
(±Н^ ^о 258- 0,785 0.12-О, I '’
(±Н^ ^о 258- 0,785 0.12-О, I '’
,, _.с ЬтахРм V Р$ 245*26-Ю—6-5.10Б а Л 1500_
U=№ — у — =— у 15до од =6,15;
но графику на рис. 11.46," б для $ — 1,5 g0 = 0,258 и U = 6,15 находим X = 0,192; диаметр поршня по (11.68)
Д‘=1ЛЗ V.
округляя полученное значение до ближайшего меньшего из стандартного ряда, принимаем Dx — 0,125 м;
уточняем значение безразмерной нагрузки по(11.24)
х =Р— =_ о .59-
Ри*\ 5-10» 0,785-0,1252и'- •
для стандартных цилиндров с Dx = 0,125 м l^ = 60- 10’* м8, уточненное значение безразмерного начального объема
. V1 + VT1 = (60 + 157)-10~6 = о 177.
6о Fxs 0,785-0,1252-0,1
по графику на рис. 11.44, г находим Л^ = 0,6; эффективная площадь линии из (11.26)
э э ^3°! p«s 0,6 0.12535105.0,1_62.
Н = ^ = ^5^" Г Т? = — Г -^Г-^9-2'10
безразмерное время движения поршня по графикам на рис. 11.39 т5 = 2,5;
действительное время по (11.34)
sD21,03-10~3-0,1-0,1252-2,5
tc = 1,03-10—3Т- 0,21 с.
s/| s19,2-10-®
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Герц Е. В. Пневматические приводы. Мл Машиностроение, 1969. 359 С,
Герц Е. В., Вилков Б. П. Определение времени срабатывания дискретного Двустороннего пневмопривода. — В кн.: Механика машин. Вып. 4 3. М.: Наука, 1974. 4 9 4 с.
Герц Е. В., Крейнин Г. В. Расчет пневмоприводов. М.: Машиностроение, 1975. 272 с.
Пятидверный А. П., Лимонов Ю. М. К определению времени подготовительного периода работы пневматических устройств. — В ки. Пневматика и гидравлика. Вып. 6. М.: 1979. 153-159 с.
Элементы и устройства пневмоавтоматики высокого давления. Каталог. М. : 1978, 154 с. (НИИМАШ).
Глава 12Глава 12
Глава 12
Глава 12
КОНДИЦИОНИРОВАНИЕ
СЖАТОГО ВОЗДУХА
Кондиционирование сжатого воздуха включает комплекс мероприятий по очистке и осушке сжатого воздуха, внесению смазочных материалов для подачи их с потоком воздуха к трущимся поверхностям пневматических устройств, борьбе с шумом и загрязнением окружающей среды при выхлопе сжатого воздуха в атмосферу.
ОЧИСТКА СЖАТОГО ВОЗДУХА
ДЛЯ ПНЕВМАТИЧЕСКИХ СИСТЕМ
Загрязнения сжатого воздуха и их воздействие на пневматические устройства и системы. Компонентами загрязнений сжатого воздуха являются вода и компрессорное масло в жидком и парообразном состоянии, твердые и газообразные загрязнения. Наибольшую часть загрязнений систем обычно составляют вода и компрессорное масло.
Вода, Источником содержащейся в сжатом воздухе воды является водяной пар, всасываемый компрессором в систему вместе с воздухом. Иногда вода поступает в линию нагнетания из-за негерметичности промежуточных и концевых холодильников, а также из-за отсутствия заградительных козырьков на заборных устройствах всасывающей линии в дождливую погоду. Влагосодержание воздуха зависит от температуры и относительной влажности паровоздушной смеси. Для атмосферного воздуха эти параметры определяются климатическими условиями и временем года.
Сжатие поступившего в компрессор воздуха сопровождается повышением температуры на 100—130 °C. В процессе сжатия содержание влаги в удельном объеме воздуха увеличивается пропорционально росту давления, ио при этом вследствие повышения температуры его относительная влажность в значительной степени снижается. Так, при давлении в системе 0,7 МПа и относительной влажности всасываемого воздуха 80% сжатый воздух на выходе из компрессора имеет относительную влажность 6—10%. При движении по трубопроводам и другим элементам системы воздух охлаждается вследствие теплообмена с окружающей средой, происходит перенасыщение воздуха водяными парами и их конденсация.
Максимально возможное влагосодержание воздуха, г/кг
аи = 622 —Е™— Р ' Рип
где р — абсолютное давление сжатого воздуха; рНп — парциальное давление (упругость) насыщенного водяного пара.
Значения давления (упругости) насыщенного водяного пара приведены в Приложении 2.
Относительная влажность ф (отношение действительного влагосодержания воздуха а к максимально возможному ян при данных значениях температуры и 352
Рис. 12.1. Зависимость влагосодержаиия воздуха, насыщенного парами воды, от температуры и абсолютного давления давления) выражается в долях единицы или в процентах и достигает максимального значения, равного единице (100%), когда а = ан.
Способность сжатого воздуха удерживать пары воды уменьшается с понижением температуры и с повышением давления. При этом его относительная влажность возрастает, а после достижения состояния насыщения (ф = I) происходит конденсация избыточного количества паров и появление воды в жидком состоянии (конденсата). Температура, при которой это происходит, называется точкой росы /Р. При более высокой температуре (и том же давлении) конденсация водяных паров не происходит. Поэтому точка росы сжатого воздуха часто указывается как мера содержания в нем водяных паров.
На рис. 12.1 приведена зависимость влагосодержаиия насыщенного воздуха (ф = 1) от давления и температуры. ;
зависимость можно использовать длязависимость можно использовать дляопределения количества конденсата, выпадающего в системах при охлаждении
зависимость можно использовать для
зависимость можно использовать для
сжатого воздуха.
Масло. Источниками загрязнения сжатого воздуха маслом могут являться смазка компрессоров и пневматических устройств, масляные фильтры на линии всасывания компрессоров, пары и распыленное масло в окружающем воздухе. В сжатом воздухе масло обычно находится в парообразном и жидком состоянии. Предельная концентрация паров масла в воздухе, как и паров воды, уменьшается с понижением температуры и повышением давления.
ан " фан " фРипР-Рнп ’РипР-Рнп ’Маслосодержание воздуха, насыщенного парами масла, можно определить по формуле
ан " ф
ан " ф
Рип
Р-Рнп ’
Рип
Р-Рнп ’
где рнп — парциальное давление насыщенного масляного пара;ф— коэффициент, зависящий от молекулярной формулы масел
t =t =RRM ’RRM ’
t =
t =
R
RM ’
R
RM ’
R и RM — газовая постоянная воздуха и паров масла: R = 287 Дж/(кг-К); Rm = = —^—■ Дж/(кг*К); М— молярная масса химических соединении, из которых состоят пары масел. Для компрессорного масла М= 210-Т-400 кг/кмоль.
На рис. 12.2 приведена экспериментальная зависимость давления насыщенных паров некоторых сортов масла от температуры. Штриховой линией нанесены кривые, полученные расчетом, сплошной линией — экспериментально [4].
Для вязких сортов компрессорного масла давление насыщенных паров приведено ориентировочно, так как экспериментальные данные отсутствуют.
353353Вынос в линию нагнетания смазки компрессоров обычно является основной причиной загрязнения сжатого воздуха маслом.Количество масла, поступающего
353
353
*/2 12 е. в. Герц и др.
Рмс. 12.2. Зависимость давления насыщенных паров минеральных масел от температуры (/ — компрессорного; 2 — машинного, 3 —• иидустриальиого*50, 4 — индустриального-^)
в линию нагнетания, можно определить, исходя из норм расхода смазки в поршневых компрессорах различных типов по ГОСТ 18985—79.
В ротационных и винтовых маслозаполненных компрессорах вынос масла в линию нагнетания в 1,5—2 раза выше, чем в поршневых, и в среднем может быть принят: для компрессоров малой производительности 200—300 мг/м3; средней и большой производительности 50—100 мг/м3.
В центробежных и мембранных компрессорах вынос масла в линию нагнетания практически отсутствует.
Высокая температура в поршневом пространстве компрессоров и на начальном участке линии нагнетания (от 160 до 220 °C) приводит к парообразованию и, частично, термическому разложению масла. В результате этих процессов до 5— 6% масла окисляется и в виде нагара и лакообразной пленки осаждается на внутренних полостях компрессоров и трубопроводов, а легкие фракции в виде паров и мелкодисперсной фазы уносятся воздухом в систему.
Твердые загрязнения. Концентрация, дисперсный состав и природа твердых загрязнений сжатого воздуха зависит от загрязненности воздушного бассейна в зоне всасывания компрессора, состояния, режимов эксплуатации и обслуживания трубопроводов и пневматических устройств. Основное количество твердых загрязнений вносится при передаче сжатого воздуха по трубопроводам и соединениям. Эти загрязнения на 95—98% состоят из ржавчины и окалины. При нарушении технологии изготовления и монтажа в трубопроводы попадают частицы уплотняющих материалов и промышленная пыль. Усредненная концентрация ржавчины и окалины в межцеховых трубопроводах может составлять до 25 мг/м3 воздуха, в цеховых — до 12,5 мг/м3. При хорошем состоянии трубопроводов концентрация ржавчины и окалины обычно не превышает 2—4 мг/м3, однако разовые концентрации загрязнений в момент начала подачи воздуха, прн сотрясениях и гидравлических ударах в трубопроводах могут быть значительно большими. Металлические частицы появляются в системах в результате износа поршневых колец компрессоров и подвижных деталей устройств, а стружка, притирочные составы и абразивы — при неправильной подготовке внутренних полостей пневматических устройств. Плотность твердых загрязнений воздуха составляет от 0,1 до 8 г/см3. ■-»
Газообразные загрязнения. Основную часть газообразных загрязнений, попадающих в системы вместе с атмосферным воздухом, составляют дымовые газы от сжигания топлива; газы, образующиеся при химических процессах; пары кислот и щелочей; растворители и др. Наиболее часто в сжатом воздухе содержится сернистый газ SO2, который при соединении с конденсатом образует серную кислоту и
Классы загрязненности сжатого воздуха
Класс загрязненности
Размер твердой частицы, мкм, ие более
Содержание примесей, мг/м3, не более
Твердые частицы
Вода (в жидком состоянии)
Масла (в жидком состоянии)
0
0,5
0,001
Не допускаются
1
5
1
2
500
Не допускаются
3
10
2
Не допускаются
4
800
16
5
25
2
Не допускаются
6
800
16
7
40
4
Не допускаются
8
800
16
9
80
4
Не допускаются
10
800
16
11
Не регламентируется
12,5
Не допускаются
12
3 200
25
13
25
Не допускаются
14
10 000
100
Примечания: 1. Содержание посторонних примесей указано для воздуха, приведенного к условиям: температура 293,15 К (20 °C) и давление 101 325 Па.
2. Размер твердой частицы принимают по наибольшему измеренному значению.
сернистый ангидрид, разрушающий наряду с другими растворами кислот, щелочей и озоном поверхности устройств и уплотнений.
Классы загрязненности сжатого воздуха. СТ СЭВ 1704—79 по составу и содержанию посторонних примесей устанавливает 15 классов загрязненности сжатого воздуха, предназначенного для питания пневматических устройств и систем, работающих при давлении до 2,5 МПа (табл. 12.1).
Температура точки росы сжатого воздуха должна быть: для классов загрязненности 0 и 1 ниже минимальной температуры не менее чем на 10 °C, но не выше —10 °C; для классов 3, 5, 7, 9, 11 и 13 — ниже минимальной рабочей температуры не менее чем на 10 °C; для классов 2, 4, 6, 8, 10, 12 и 14 — не регламентируется.
За минимальную рабочую температуру принимают наименьшую из температур: минимальную температуру сжатого воздуха или минимальную температуру окружающей среды при эксплуатации пневматических устройств и трубопроводов.
Загрязнениями считаются все сорта масел и смазок при использовании сжатого воздуха в системах, не требующих внесения смазочных материалов при работе. В сжатом воздухе для питания систем, требующих внесения смазочных материалов при работе, загрязнениями считаются все сорта консервирующих и компрессорных масел и смазок.
Независимо от класса загрязненности стандарт допускает наличие в сжатом воздухе только, следов кислот и щелочен, т. е. концентраций, не оказывающих вредного воздействия на пневматические системы и устройства. Классы загрязненности сжатого воздуха следует указывать в технических требованиях к эксплуатации пневматических систем и устройств. Методы измерения загрязненности регламентированы СТ СЭВ 1705—79.
Воздействие загрязнений. Анализ данных эксплуатации и проведение исследования свидетельствуют о том, что загрязнения сжатого воздуха значительно снижают надежность и долговечность пневматических систем, приводят к нарушению технологических процессов. Из-за воздействия загрязнений сжатого воздуха износ устройств увеличивается в 2—7 раз, а выход устройств из строя по той же причине составляет до 80% общего числа отказов.
Воздействие загрязнений на пневматические системы и устройства можно разделить на физическое, химическое и электролитическое.
Физическое воздействие загрязнений заключается в закупорке отверстий и сопел влагой, льдом и твердыми частицами, в смывании смазки, в повреждении рабочих поверхностей клапанных пар, мембран, золотников, в износе и заклинивании трущихся деталей и т. п.
Химическое воздействие загрязнений проявляется в коррозии металлических деталей, разрушении покрытий и резиновых деталей, растворами кислот, щелочей и других химических активных компонентов.
Электролитическому воздействию загрязнений подвержены устройства с контактирующими деталями из разных материалов или покрытий. В этом случае кислотные и щелочные растворы являются электролитом, а детали — электродами; в результате происходит разрушение их поверхностей, даже если они выполнены из легированных сталей, латуни или бронзы.
Загрязнения сжатого воздуха приводят к нарушению технологического процесса в ряде производств химической, пищевой, керамической, бумагоделательной и других отраслей промышленности, где используется энергия сжатого воздуха. Так, содержание масла недопустимо при использовании сжатого воздуха для распыления ряда красок и лаков, при подготовке кислородных баллонов и холодильных агрегатов, в фармацевтическом и керамическом производствах.
Выбор степени очистки сжатого воздуха. Для повышения долговечности и надежности пневматических систем управления было бы идеальным полное удаление загрязнений сжатого воздуха. Однако присутствие определенного количества загрязнений в ряде устройств практически не сказывается иа их работоспособности. Поэтому полная очистка сжатого воздуха, связанная с значительными затратами, в большинстве случаев экономически нецелесообразна. Требования к очистке воздуха зависят от конструктивного исполнения и материала элементов систем управления и механизмов, размеров и точности, величины зазоров и отверстий, от требований к надежности и долговечности, от эксплуатационных условий и характера воздействия загрязнений. Установлено, что интенсивность износа устройств тем выше, чем выше твердость частиц, а увеличение твердости и пористости трущихся поверхностей повышают износостойкость.
Абразивный износ и заклинивание могут быть значительно снижены, если размер твердых частиц, поступающих в устройства с воздухом, не превышает 3/4 величины наименьшего зазора трущихся пар [13]. Примерные величины зазоров подвижных деталей различных устройств даны в табл, 12.2.
Определение степени осушки сжатого воздуха на основных участках промышленных систем. Степень осушки сжатого воздуха зависит от чувствительности конкретных устройств к содержанию влаги. К группе устройств, для которых не требуется строгая регламентация содержания влаги в жидком состоянии, отно- 356
Примерные величины зазоров подвижных деталей пневматических устройств
Устройства
Трущиеся пары
Зазор, мкм
Пневмоцилнндры
Пневмодвигатели: шиберные (пластинчатые)
шестеренные
поршневые
Пневмораспределителн: с плоским золотником с цилиндрическим золотником с уплотнением за счет зазоров с цилиндрическим золотником с мягкими уплотнениями
Шток — втулка
Поршень — гильза
Ротор — боковой диск
Ротор — статор
Лопатка — паз
Шестерня — боковой диск
Шестерня — статор
Поршень — гнльза
Ротор — распределительный диск
Золотник — основание
Золотник — втулка
Золотник — втулка
40 — 80 100 — 300
15 — 40 100—150 100 — 200
15—40
40 — 60
5 — 25 1-2
2 — 5
1,5 — 5
50—100
сятся коммуникации систем, емкости, оборудование силовых приводов мембранного типа и сильфонные устройства, имеющие надежное антикоррозийное покрытие, в которых трущиеся поверхности непосредственно со сжатым воздухом не- соприкасаются.
Содержание жидкой влаги в сжатом воздухе рекомендуется ограничивать для пневмооборудования систем механизации и автоматизации производственных процессов (цилиндров, моторов и аппаратуры). Не допускается содержание жидкой влаги в сжатом воздухе, используемом для питания пневматических систем управления с повышенными требованиями к надежности для станков, прессов, автоматических линий и других устройств; пневматических приборов и средств автоматизации, на которые распространяются требования ГОСТ 11882—73; систем, работающих при минусовых температурах окружающей среды. Для этой группы устройств должна быть исключена возможность конденсации паров воды и масла. Условием исключения конденсации является ненасыщенность сжатого воздуха; парами воды и масла.
Существенное влияние на выбор степени осушки оказывает изменение термодинамических параметров сжатого воздуха. Зная действительное значение термодинамических параметров, можно установить возможность процесса конденсации,, количество конденсата и требуемую степень осушки.
Трубопроводы. В магистральных трубопроводах скорость потока воздуха относительно невелика (от 6 до 18 м/с), следовательно, изменение температуры происходит в основном из-за теплообмена с окружающей средой. Обычно температура сжатого воздуха на выходе из компрессорной выше, чем температура окружающей среды, что приводит к охлаждению его и конденсации влаги. Для металлических трубопроводов без теплоизоляции понижение температуры на заданной длине бе$ учета влияния на теплоотдачу загрязнений теплопередающей поверхности можно определить из формулы
Тх - ^а + (^*0 — а) ехРТх - ^а + (^*0 — а) ехР
Тх - ^а + (^*0 — а) ехР
Тх - ^а + (^*0 — а) ехР
357357где То и Тх— температура сжатого воздуха соответственно в начале трубопровода и на расчетном участке; Та— температура окружающей среды; х — длина трубопровода от начала до расчетного участка; ср — удельная теплоемкость воздуха при постоянном давлении; Q — расход свободного воздуха, протекающего по трубопроводу; ах и а2 — коэффициенты теплоотдачи от сжатого воздуха
357
357
12 е. в. Герц и др.
Формулы для определения коэффициентов теплоотдачи
Течение воздуха
«2
Турбулентное течеине воздуха в труба в области критерия Re — = 1 -1O4^5-1O8
Хв 0.019X
/ w-.d_ \0,8
X — XV/
—
Турбулентное течение воздуха вдоль труб в области Re = 1 • I 5-106
—
^в ( W9dH W 0,019 -Л —? н.
"h v '
Ламинарное течение воздуха вдоль труб
—
0 17 Хв ( ^ У’33 ^н V v /
Поперечное омывание трубопроводов при угле атаки 90° в области Re = = 1 • 1034-2 • Ю6
—
Хв [ w d \ 0,62 0,18 —-2 н
dH V v /
Теплопередача горизонтальных труб в спокойном воздухе
—
1
_ \р И(Гх-^а)14
Примечание. Хв — коэффициент теплопроводности воздуха; V — коэффициент кинематической вязкости воздуха; u>t — скорость течения сжатого воздуха; w2 — скорость течения окружающего воздуха; g — ускорение свободного падения.
к стенке и от стенки к окружающему воздуху; dT и dH — внутреин ий и наружный диаметры трубопровода.
Коэффициенты теплоотдачи можно определить по обобщенным зависимостям, приведенным в работах А, Шака (табл. 12.3).
При течении сжатого воздуха в нагнетательных трубопроводах со скоростью потока к^ < 50 м/с, что имеет место при подаче воздуха к потребителям с непрерывным расходом (моторам, ручному инструменту, вибраторам и т. д.), характер термодинамического процесса аналогичен рассмотренному выше для магистральных трубопроводов.
В выхлопных трубопроводах промышленных систем процесс истечения воздуха в атмосферу из устройств с непрерывным расходом при надкритическом режиме приводит к значительному понижению температуры и конденсации влаги, а в определенных условиях может вызвать обмерзание выхлопных отверстий. При этом температура воздуха на участке непосредственного выхлопа в атмосферу может быть приближенно определена по формуле Т = 0,84 Тг при докритическом режиме истечения и Т = Тг (-^-) при надкритическом режиме, где Т^ и рг—
\ Pi /
температура, К, и давление сжатого воздуха в трубопроводе; р^ — давление атмосферы.
Следует отметить, что фактическая температура воздуха всегда будет несколько выше расчетной.
его резко падает, что может привестиего резко падает, что может привести
его резко падает, что может привести
его резко падает, что может привести
Рис. 12.3. Изменение температуры сжатого воздуха по длине трубопровода при Wj = 20 м/с; w2 — 0; Ра = = 0,7 МПа. X = 390 Вт/(м-К); dT = = 25 -j- 40 мм
На рис. 12.3 представлены графики изменения температуры сжатого воздуха по длине трубопроводов.
Местные сопротивления. При малых перепадах давления, что характерно для большинства сопротивлений пневматических устройств, температуру на входе и на выходе можно принять одинаковой. В ряде устройств (редукционные клапаны, дроссельные от-
верстия) из-за значительного рас
ширения газа на выходе температура к конденсации влаги.
Температуру воздуха на выходе из сужения можно определить приближенно по формуле
где"/?! и Тг — давление и температура сжатого воздуха перед сужением; /?3 и Т2— давление и температура сжатого воздуха на выходе из сужения; £ — коэффициент сопротивления.
На некотором расстоянии от сопротивления скорость потока в трубопроводе - падает до значений, близких к скорости потока перед сопротивлением, а температура воздуха возрастает, приближаясь к первоначальной. Повышение температуры воздуха при уменьшении давления приводит к испарению сконденсированной влаги и уменьшению относительной влажности.
При течении воздуха через капилляры происходит дросселирование (мятне).
Температура воздуха за сопротивлением при дросселировании
Т2 = 71+ а (/?2 —Pi).
Для диапазона давления и температуры систем промышленных предприятий можно принимать а = 1,6 ~ 2,5 К/МПа.
В длинных капиллярах из-за значительного влияния сил трения и теплообмена с окружающей средой температуру воздуха на выходе из капилляра можно принимать равной температуре окружающей среды. Конденсация влаги в этом случае может произойти, если температура окружающей среды ниже температуры сжатого воздуха на входе в капилляр 7а< 7Р
Пневмодвигатели. Конденсация паров воды и масла в двигателях (цилиндрах и моторах) возможна в полости выхлопа при расширении воздуха в период истечения его в атмосферу и в рабочей полости вследствие быстрого перемещения поршня при отсеченной или задросселированной подаче воздуха в рабочую полость. Определение термодинамических параметров воздуха в полостях двигателей представляет достаточно сложную задачу. Для приближенных расчетов можно использовать уравнения политропического расширения при следующих значениях показателя политропы п: для цилиндров и мембранных камер п — 1,25ч-1,38; для поршневых и шестеренных моторов п = 1,264-1,36; для шиберных (лопастых) моторов м — 1,224-1,32.
При работе моторов на полных оборотах и цилиндров со свободным выхлопом процесс расширения воздуха при истечении приближается к адиабатическому и значение показателя политропы принимают равным &. При малых скоростях
12*359
'О -15 -50 -15 -100 "115 -150'О -15 -50 -15 -100 "115 -150Ор^ 020в 0,12 0,16 р,МПаОр^ 020в 0,12 0,16 р,МПаРис. 12.4. Изменение температуры сжатого воздуха в полости выхлопа пневматических устройств в зависимости от степени расширения его при начальном абсолютном давлении р-106 Па:Рис. 12.4. Изменение температуры сжатого воздуха в полости выхлопа пневматических устройств в зависимости от степени расширения его при начальном абсолютном давлении р-106 Па:а — 2,4; б — 5; в — 7,3 и при показателях политропы; I,— п = 1,1;2 — п = 1,2; 3 — я = 1,3; 4 — п = = 1,4а — 2,4; б — 5; в — 7,3 и при показателях политропы; I,— п = 1,1;2 — п = 1,2; 3 — я = 1,3; 4 — п = = 1,4
'О -15 -50 -15 -100 "115 -150
'О -15 -50 -15 -100 "115 -150
Ор^ 020в 0,12 0,16 р,МПа
Ор^ 020в 0,12 0,16 р,МПа
Рис. 12.4. Изменение температуры сжатого воздуха в полости выхлопа пневматических устройств в зависимости от степени расширения его при начальном абсолютном давлении р-106 Па:
Рис. 12.4. Изменение температуры сжатого воздуха в полости выхлопа пневматических устройств в зависимости от степени расширения его при начальном абсолютном давлении р-106 Па:
а — 2,4; б — 5; в — 7,3 и при показателях политропы; I,— п = 1,1;
2 — п = 1,2; 3 — я = 1,3; 4 — п = = 1,4
а — 2,4; б — 5; в — 7,3 и при показателях политропы; I,— п = 1,1;
2 — п = 1,2; 3 — я = 1,3; 4 — п = = 1,4
перемещения поршней цилиндров и вращения моторов процесс происходит с заметным влиянием теплообмена с окружающей средой, поэтому при определении температуры показатель политропы принимают ниже указанных средних значений.
Для цилиндров и пневмомоторов минимальную температуру воздуха в выхлопной полости можно определить по формуле
П-1П-1
П-1
П-1
где рв — абсолютное давление в выхлопной полости.
Для цилиндров периодического действия, когда время между срабатываниями достаточно велико, значения температуры и давления воздуха в полости цилиндра до истечения принимают равными значениям в подводящей магистрали 7^ = ^mi Pi~ Ри [31. Абсолютное давление рй рекомендуется принимать в пределах 0,15—0,25 МПа с учетом характера изменения нагрузки, сопротивления линии выхлопа и подвода. Дросселирование на выхлопе и высокие скорости движения поршня увеличивают рв.
Для моторов в зависимости от режимов работы, пропускной способности подводящей и выхлопной линий абсолютное давление в полости до начала истечения принимают pt = (0,7ч- 1) рм, в конце процесса расширения рв— 0,16—0,28 МПа. Температура в полости расширения Тг ^ Тм. Температуру в полости выхлопа можно определить также с помощью графиков, показанных на рис. 12.4.
Способы очистки сжатого воздуха. В промышленности для очистки сжатого воздуха нашли применение силовые поля, фильтрация и осушка. В схемах и устройствах очистки часто последовательно используют несколько способов очистки. Область применения этих способов и их эффективность для промышленной очистки воздуха определяются характеристиками очистных устройств, реализованных на указанных способах. Поэтому перед рассмотрением основных способов очистки воздуха приведем основные понятия о важнейших параметрах очистных устройств. 360
Эффективность очистки. Для устройств очистки этот параметр принято характеризовать коэффициентом очистки, определяемым по формуле [8]
где т)фР; — фракционный коэффициент очистки, определяемый отношением массы уловленных'загрязнений данной фракции к общему количеству, внесенному со сжатым воздухом в очистное устройство за это же время; Ф; — содержание частиц заданных фракций по массе на входе в очистное устройство, %.
Из-за сложности определения действительного значения дисперсного состава загрязнений в сжатом воздухе и фракционного коэффициента очистки возникает необходимость выражать эффективность очистки косвенными параметрами: для устройств очистки с применением силовых полей — минимальным диаметром задерживаемых частиц; для устройств очистки фильтрующего типа— номинальной и абсолютной тонкостями фильтрации.
Для устройств осушки эффективность очистки определяется точкой росы сжатого воздуха на выходе.
Гидравлическое сопротивление. Этот параметр характеризует величину энергетических потерь в устройствах очистки. Гидравлическое сопротивление (потери давления) указывается в единицах давления при номинальном значении расхода сжатого воздуха через устройство.
Расходная характеристика. В настоящее время не существует единого критерия оценки качества различных устройств очистки по этому параметру. В технических данных часто указывают пропускную способность или номинальный расход воздуха как параметр, определяющий расход воздуха при наибольшем рекомендуемом перепаде давления или при наибольшей скорости воздуха, устанавливаемой исходя из условия обеспечения параметра эффективности очистки. Для устройств очистки инерционного типа указывают также величину наименьшей скорости потока, при которой еще обеспечивается заданная эффективность очистки.
|Срок службы. Для устройств очистки этот параметр связан с продолжитель-
|ностыо работы до замены или регенерации фильтроэлементов, электродов или
Iадсорбентов.
Термостойкость определяет рабочий интервал температуры окружающей
|среды и потока сжатого воздуха, в котором гарантируется нормальная работа
устройств очистки и осушки.
В табл. 12.4 приведены обобщенные данные о важнейших параметрах устройств очистки различных типов. Способы очистки имеют много разновидностей, эффективность которых может изменяться в указанных пределах в зависимости от конструктивных параметров, концентрации, дисперсности и вида загрязнений.
Очистка воздуха путем фильтрации. Процесс очистки сжатого воздуха от загрязнений вследствие их взаимодействия с элементами пористой перегородки называется фильтрацией. Фильтрующие материалы (пористые перегородки) ус- 'ловне разделяют на два вида: поверхностные (частицы удерживаются поверх-
Iностью фильтрующего материала) и объемные (частицы удерживаются не только
:на поверхности, но и в толще фильтрующего материала). К поверхностным филь-
‘трующим материалам относятся сетки, бумага, ткани, к объемным — картон, ме
таллокерамика, керамика, войлок и т. д., а также пакеты, состоящие из нескольких слоев поверхностных фильтрующих материалов.
В табл. 12.5 приведены обобщенные данные об эффективности очистки основных типов фильтрующих материалов.
\Наибольшее применение для очистки сжатого воздуха пневматических си
стем получили металлокерамические и волокнистые фильтрующие материалы.
Металлокерамические фильтрующие материалы применяют в подавляющем большинстве современных конструкций фильтров-влагоотделителей, имеющих тонкость фильтрации от 5 до 75 мкм. Это объясняется их прочностью, температур - ной стойкостью в широком диапазоне, возможностью получения деталей практически любой формы, хорошей обрабатываемостью, достаточно высокой однородностью пор»
co
to Основные параметры различных способов очистки сжатого воздухаТаблица 12.4
Способ очистки воздуха
Схема устройств, применяемых для очистки воздуха
Эффективность очистки
Гидравлическое сопротивление, Па
Пропускная способность, м3/мии
Срок службы
Начальная стоимость устройств, руб. *
Эксплуатационные расходы на 1000 м3 воздуха, руб. **
С применением силовых полей:
гравитационный
Т1 = 20^60 %; ^mln = 60 ыкм
50 — 100
0 — 500
Не лимитируется
500
0,001 —0,01
электростатический
т] = 70-85 %; dmin ~ 0’01 мкм
50 — 500
0 — 400
Не лимити- рутеся ***
12 000- lS 000
0,5 —0,8
инерционный
1
и = 40^70 %: ^mln = 10 мкм
250 — 15 000
0,04—400
Не лимитируется
200 — 1 500
0,01—0,25
Продолжение табл. 12.4
Способ очистки воздуха
Схема устройств, применяемых для очистки воздуха
Эффективность очистки
Гидравлическое сопротивление, Па
Пропускная способность, м3/мии
Срок службы
Начальная стоимость устройств, руб. *
Эксплуатационные расходы на 1000 м3 воздуха, руб. **
Фильтрация: грубая нормальная тонкая особо тонкая
1 >>
Тонкость филь- трации, мкм
2 000—50 000
0—16
6 000 — — 10 000 ч (с регенерацией фильтров)
200—1 500
0,01—0,25
номинальная
абсолютная
60
25 — 60
5-25
0,2 — 1
100
40 — 80
10 — 40
0,3 — 5
Осушка: охлаждение
абсорбция
адсорбция
Точка росы 2 — 10 °C
50 — 500
0 — 500
Не лимитируется
7 500 — 10 000
0,03 — 0,1
Точка росы 5 — 20 °C
4 000 — 8 000
0 — 320
Не лимитируется ***
2 800 — 3 800
0,05 — 0,25
Точка росы 4—10)4,4—80) °C
4 000—10 000
0 — 100
6 лет ****
9 000 — 16 000
0,3 —1,2
Я у X
со
н 2 * Я »
03
о
£»з = х» g § ° s h 8^2^
о
о
СП о.
о
Ю
CD
£ о ед
5 5 O'O
СМ
х о н ” и
см
Продолжение табл. 12.4
2
2 £
У
ч
1 о X О
£ х и 2 о^
Ю
« 2
о
х у я ч о чД « я. х Я £ X .
СО
СП
у О S И . Й
^о^о”^ 5«О^£
=0^5"?
^ у О ^ 11 О 3
6 0- Л 6^ .
©^
х ° ^С S-ь д Я
Ю СО
о
Ч у Я о - е Я >i ц У X 10 . S
О-Х >>0*2^ Л А cSS^ 11 § ®
к и н У я а
х
У о
Ю о V о с о
о
s X ? X >> я < « у о.
У
X
У я
X
У «
со
«
« 3 X
2
X
2
й
Е хз
н
о
я
•в- *6-
о
ST
У
X
X
я
У
2
2 * о 2
£ О
2 X о я О. н
О X
Ips
^О У 5 " ч 5 " ч 5 Л х «я я 2 та 2
— 5 х о х
у УХ и 3 ° №
Ч сз^ X v §
О У х
2 3 So X х О О
и 2 у х К 5е о
§§&§ 5 и у
^СПНС 1
Q.
* * *
* *
с
*
Эффективность очистки основных типов фильтрующих материалов
Фильт рующие материалы
Тонкость фильтрации, мкм
Эффективность очистки, %
твердые частицы
вода в жидком состоянии
минеральное масло в жидком состоянии
Сетчатые: сухие масляные
15—200 5—200
70 — 95 *
До 80
До 80
До 80
Металлокерамические . .
0,5 — 200
90 — 98 *
До 90
До 90
Керамические
1 — 100
90 — 98 *
До 90
До 90
Волокнистые: бумажные тканые особо тонкие . . . ,
> 10 15-30 > 0,2
60 — 80 *
До 99,999
До 95
До 95 До 99,95
До 95
До 95
До 99,95
* Эффективность очистки от частиц размером калькой тонкости фильтрации.
** Эффективность очистки от атмосферной пыли.
соответствую
щнм коми-
Металлокерамические фильтры с порами размером 0,5—3 мкм, как и другие фильтрующие материалы с аналогичной пористостью, можно при достаточно низких скоростях фильтрации применять для очистки от мелких капель масла (тумана) и воды.
Эффективность осаждения жидких частиц увеличивается в результате гидро- фобизации (обработки кремиийоргаиическими жидкостями) фильтрующих элементов.
Пропускная способность металлокерамических фильтров лимитируется гидравлическим сопротивлением и снижением эффективности при высокой скорости фильтрации (явление продувки). Гидравлическое сопротивление фильтроэлемен- тов этого типа зависит от диаметра частиц порошка и толщины стенки. Обычно площадь фильтрующих элементов принимают в 20—30 раз больше площади поперечного сечения подводящего трубопровода, а рекомендуемая скорость фильтрации составляет 0,5—2 м/с. При этом гидравлическое сопротивление фильтрующих элементов с тонкостью фильтрации 20—40 мкм в среднем составляет 0,003 МПа, с тонкостью фильтрации 12—20 мкм — 0,005 МПа, с тонкостью фильтрации 5— 10 мкм — 0,008 МПа.
Важным преимуществом металлокерамических фильтроэлемеитов по сравнению с бумажными, волокнистыми и тканевыми является возможность восстановления пропускной способности путем очистки от загрязнений обратным потоком воздуха или химического растворителя, либо прокаливанием фильтроэлемента в потоке горячего газа.
Металлические проволочные сетки применяют в основном для очистки всасываемого компрессором атмосферного воздуха, а также для предварительной очистки сжатого воздуха от твердых частиц размером более 80 мкм.
Параметры сеток по ГОСТ 6613—73, наиболее часто применяющихся для очистки сжатого воздуха, представлены в табл. 12.6.
Волокнистые фильтрующие материалы в основном применяют для очистки атмосферного воздуха (на всасывающих линиях компрессоров).
Бумажные фильтрующие элементы объемного типа некоторые фирмы используют в фильтрах-влагоотделителях контактного типа для очистки сжатого воздуха от воды и масла в жидком состоянии и от твердых^загрязиений.
Рис. 12.5. Зависимость коэффициента проскока &пр от диаметра частиц dq загрязнителя: 1 — хлопчатобумажная ткань; 2 — фетр; 3 — бумага; 4 — бумага с резиновой пропиткойРис. 12.5. Зависимость коэффициента проскока &пр от диаметра частиц dq загрязнителя: 1 — хлопчатобумажная ткань; 2 — фетр; 3 — бумага; 4 — бумага с резиновой пропиткойФильтрующий материалДиаметр волокон, мкмЭффективностьпо атмосферной пылипо СМТВоздушный висци - новый фильтр , .125800Тонкие маты из стеклянного волокна 209010495 — 9910110080Бумага0,510099,9Фильтрующий материалДиаметр волокон, мкмЭффективностьпо атмосферной пылипо СМТВоздушный висци - новый фильтр , .125800Тонкие маты из стеклянного волокна 209010495 — 9910110080Бумага0,510099,9Таблица 12.7Таблица 12.7Эффективность волокнистых фильтровЭффективность волокнистых фильтров
Рис. 12.5. Зависимость коэффициента проскока &пр от диаметра частиц dq загрязнителя: 1 — хлопчатобумажная ткань; 2 — фетр; 3 — бумага; 4 — бумага с резиновой пропиткой
Рис. 12.5. Зависимость коэффициента проскока &пр от диаметра частиц dq загрязнителя: 1 — хлопчатобумажная ткань; 2 — фетр; 3 — бумага; 4 — бумага с резиновой пропиткой
Фильтрующий материал
Диаметр волокон, мкм
Эффективность
по атмосферной пыли
по СМТ
Воздушный висци - новый фильтр , .
125
80
0
Тонкие маты из стеклянного волокна
20
90
10
4
95 — 99
10
1
100
80
Бумага
0,5
100
99,9
Фильтрующий материал
Диаметр волокон, мкм
Эффективность
по атмосферной пыли
по СМТ
Воздушный висци - новый фильтр , .
125
80
0
Тонкие маты из стеклянного волокна
20
90
10
4
95 — 99
10
1
100
80
Бумага
0,5
100
99,9
Таблица 12.7
Таблица 12.7
Эффективность волокнистых фильтров
Эффективность волокнистых фильтров
Номер сеток
Номинальный размер стороны ячейки в свету,
Максимальное отклонение от номинального размера, %
Допустимое число ячеек с максимальным размером, %
Предельное отклонение среднего арифметического размера от номинального, %
Номинальный диаметр проволоки, мм
Предельное отклонение,
0063
0,063
70
9
±12
0,040
±0,004
008
0,080
60
±10
0,050
±0,004
01
0,100
0,060
= 0,006
016
0,160
50
±9
0,100
±0,010
02
0,200
0,120
025
0,250
0,120
Параметры сеток по ГОСТ 6613—73
Таблица 12.6
Эффективность очистки волокнистыми материалами в значительной степени зависит от толщины волокон, глубины слоя, плотности и равномерности упаковки. Это объясняется тем, что волокнистые материалы типа фетра, бумаги с различными пропитками и другие имеют в значительной степени неоднородные поры, пропуская 20—40% частиц размером, соответствующим средней тонкости фильтрации. На рис. 12.5 приведены типичные кривые зависимости коэффициента проскока от диаметра частиц этих материалов [12]. При высокой концентрации загрязнений фильтры этого типа быстро засоряются, поэтому их не рекомендуют для обеспечения грубых классов загрязненности сжатого воздуха. Эффективность фильтров этого типа по атмосферной пыли и стандартному масляному туману (СМТ) приведена в табл. 12.7 [8].
Эффективность отделения масляного тумана (размер частиц до 5 мкм) бумажными фильтрующими гофрированными элементами составляет 95%, бумажными дисками — 99%.
Эффективность очистки воздуха от капельного масла одним войлочным фильтрующим элементом толщиной 12 мм и диаметром 100 мм при скорости фильтра-
Материал
Полимер
Предельная температура , воздуха, °C
Потери давления при скорости фильтрации 1 см/с, Па
Толщина слоя без подложки, мм
ФПП 15 •
Перхлорвинил
60
15
30
60
0,2 0,4 0,8
ФПП 25 *
60
15
30
60
0,2
0,4
0,8
ФПС 15 •
Полистирол
80
15
30
60
0,2
0,4
0,8
ФМП 15 *
Полиметнлметакрнлат
40
15
30
60
0,2
0,4
0,8
ФПА 15 ••
Полимер а цетилцеллюлоз а
150
15
0,2
30
60
0,4
0,8
* Устойчив к щелочам и кислотам; гидрофобен.
*• Не устойчив к щелочам и кислотам; гидрофилен.
Основные характеристики фильтрующих материалов ФП
Таблица 12.8
ции 0,07 м/с составляет 80%, а при установке последовательно шести фильтров эффективность увеличивается до 99,7% [13].
В последние годы большое применение в промышленности получили высокоэффективные фильтрующие волокнистые материалы типов ФПП и ФПА, предназначенные для очистки воздуха от аэрозолей и субмикронных частиц. Проверка их эффективности с помощью стандартного масляного тумана (размер частиц 0,3 мкм) показала хорошие результаты — 99,95% [1, 8]. Частицы размером 0,1—0,5 мкм наиболее свободно проникают через фильтрующие среды.
Рекомендуемые скорости фильтрации для тонковолокнистых фильтров (например, ФП) обычно равны 0,01—0,1 м/с, редко 0,5 м/с. Потери давления при скорости фильтрации 0,1 м/с составляют 200—1000 Па. С увеличением скорости потери давления значительно возрастают.
Срок службы фильтров с волокнистыми ультратонкими элементами в значительной степени зависит от концентрации загрязнений в подводимом сжатом воздухе. Их рекомендуется применять при концентрации твердых частиц не более' 0,5—5 мг/м3 и отсутствии воды и масла в жидком состоянии, так как смачивание уловленного осадка твердых частиц и волокон быстро выводит фильтр из строя. Особенно опасно для этих фильтрующих элементов наличие масла с концентрацией в жидкой фазе свыше 1 мг/м3. Обычно перед фильтрами тонкой очистки устанавливают очиетиые и осушивающие устройства, обеспечивающие снижение концентрации загрязнений до приемлемых значений (1 мг/м3).
Для производства фильтрующих материалов ФП используют перхлорвинил (ФПП), диацетатцеллюлозу (ФПА), полистирол (ФПС) и др.
Основные характеристики этих фильтрующих , материалов, , по данным В. В, Недииа и О. Д. Нейкова, приведены в табл. 12.8,
366
367
Рис. 12.6. Принципиальные схемы инерционных очистителей:
а — центробежного; б — аэродинамического; в — с ударом воздуха о перегородку
Инерционный способ очистки. Очистка сжатого воздуха с использованием инерционных сил проводится в центробежных, аэродинамических устройствах и с ударом воздуха в перегородку (рис. 12.6).
Наибольшее применение получили центробежные очистители, в которых загрязнения выходят из потока, совершающего круговое (спиральное) движение, под действием центробежных сил. Благодаря характеру движения потока воздуха большая группа устройств этого типа получила название циклонных очистителей.
Циклонные очистители обладают довольно высокой эффективностью <табл. 12.9).
Эффективность циклонов возрастает с увеличением концентрации загрязнений на входе, хотя при этом на выходе концентрация несколько повышается.
На рис. 12.7 показана кривая фракционной эффективности циклонов. Зона А содержит частицы, которые должны были бы пройти через циклон, но улавливаются вследствие коагуляции или в результате столкновений с более крупными частицами. В зоне Б находятся частицы, которые должны были бы улавливаться, но остаются в воздушном потоке из-за его турбулентности или срыва частиц со стенок вихрем.
При применении очистных устройств циклонного типа для очистки сжатого воздуха, содержащего воду, масло и твердые загрязнения, эффективность улавли-
Рис. 12.7. Кривые фракционной эффективности Пдр циклонов в зависимости от размера dq:Рис. 12.7. Кривые фракционной эффективности Пдр циклонов в зависимости от размера dq:/ — теоретическая; 2 *— экспери* ментальная/ — теоретическая; 2 *— экспери* ментальнаяПредельный размер частиц, мкмПредельная эффективность улавливания пыли, % по массеОбычные циклоныВысокоэффективные циклоны<5<5050 — 805—2050 — 80180 — 9515 — 4080 — 9595 — 99> 4095—9995 — 99Предельный размер частиц, мкмПредельная эффективность улавливания пыли, % по массеОбычные циклоныВысокоэффективные циклоны<5<5050 — 805—2050 — 80180 — 9515 — 4080 — 9595 — 99> 4095—9995 — 99Таблица 12.9Таблица 12.9Эффективность циклонных очистителейЭффективность циклонных очистителейвания твердых частиц должна увеличиваться вследствие усиления эффекта столкновения и коагуляции в зоне А и уменьшения эффекта срыва частиц вихрем от влажной стенки в зоне Б.
Рис. 12.7. Кривые фракционной эффективности Пдр циклонов в зависимости от размера dq:
Рис. 12.7. Кривые фракционной эффективности Пдр циклонов в зависимости от размера dq:
/ — теоретическая; 2 *— экспери* ментальная
/ — теоретическая; 2 *— экспери* ментальная
Предельный размер частиц, мкм
Предельная эффективность улавливания пыли, % по массе
Обычные циклоны
Высокоэффективные циклоны
<5
<50
50 — 80
5—20
50 — 80
180 — 95
15 — 40
80 — 95
95 — 99
> 40
95—99
95 — 99
Предельный размер частиц, мкм
Предельная эффективность улавливания пыли, % по массе
Обычные циклоны
Высокоэффективные циклоны
<5
<50
50 — 80
5—20
50 — 80
180 — 95
15 — 40
80 — 95
95 — 99
> 40
95—99
95 — 99
Таблица 12.9
Таблица 12.9
Эффективность циклонных очистителей
Эффективность циклонных очистителей
В-Вк-кВ-Вк-кРис. 12.8. Гравитационная пылеулавливающая', камераРис. 12.8. Гравитационная пылеулавливающая', камераПотери давления в устройствах циклонного типа, используемых в пневматических системах, обычно составляют 500— 5000 Па. В фильтрах-влагоотде- лителях центробежного типа с фильтроэлементом (типа В41) они больше — до 15-103 Па при номинальном расходе. Расходная характеристика устройств этого типа, как правило, определяется скоростью воздуха в зоне отделения. В фильтрах- влагоотделителях типов В41, ДВ41 и П-В максимальная скорость потока в зоне отделения составляет 8—12 м/с, а минимальная 1,5—3 м/с.
В-Вк-к
В-Вк-к
Рис. 12.8. Гравитационная пылеулавливающая', камера
Рис. 12.8. Гравитационная пылеулавливающая', камера
Срок службы устройств этого типа без фильтроэлемеита обычно не лимитируется, а с фильтроэлементом (В41-1, ДВ41-1) определяется^ временем работы фильтроэлемеита.
Преимущества очистителей инерционного типа: постоянство степени очистки, незначительные потери давления и эффективное удаление основной части загрязнений в процессе длительной эксплуатации при высокой долговечности, небольших размерах, низкой первоначальной и эксплуатационной стоимости.
Гравитационный способ очистки. Очистка сжатого воздуха с использованием,, гравитационных сил проводится в воздухосборниках, отстойниках и специальных устройствах (рис. 12,8). Кроме того, гравитационные силы используются для отвода влаги и твердых частиц из рабочей зоны инерционных, фильтрующих и других устройств.
Коэффициент очистки для устройств этого типа определяют по формуле, при-- веденной на с. 361, при подстановке фракционного коэффициента очистки, который находят из выражения
W=^'»0%,
где ПфР; — скорость осаждения частиц по заданным фракциям (рис. 12.9); L и- Н — длина и высота рабочей зоны камеры осаждения устройства; w — скорость, потока воздуха в устройстве.
На рис. 12.10 показана теоретическая зависимость фракционной эффективности устройства этого типа от диаметра частиц. Минимальный диаметр частиц, t/min, которые полностью оседают из потока, может быть определен по формуле,, приведенной в работах П. Уайта и С. Смита
1/ i8W^
- V gL (рч - Pl>) ’
где у|д₽— коэффициент динамической вязкости воздуха; рч — плотность частиц;г рР — плотность сжатого воздуха; g— ускорение свободного падения.
Хотя очистители этого типа могут обеспечить достаточно высокую степень очистки сжатого воздуха от твердых частиц и жидкой влаги, их промышленное применение в качестве очистных устройств ограничено из-за больших размеров и жестких требований к конструкции, которая должна исключать завихрения и неравномерность скорости потока.
При ориентировочных расчетах гидравлическое сопротивление гравитационных устройств очистки может быть принято равным сопротивлению эквивалентного ему по длине подводящего трубопровода.
Рис, 12,9. Зависимость скорости осаждения сферических частиц в спокойном воздухе от размера частиц
Рис. 12.10. Зависимость фракционной эффективности от диаметра частиц (pq = 1 г/см3) 1 — теоретическая; 2 — реальная
Пропускная способность устройств этого типа зависит от заданного размера частиц, которые должны быть удалены из потока воздуха, и конструктивных параметров. Наибольший расход воздуха можно определить по формуле
л _ dmir.gLFn (рч — Рр) ^^ - 18цдЯ
где Fn — площадь сечения потока воздуха в рабочей зоне камеры осаждения устройства.
Для обеспечения надежного осаждения частиц заданного размера фактический расход рекомендуется принимать в 1,5—2 раза меньше расчетного.
Срок службы обычно не лимитируется. В процессе эксплуатации требуется регулярно продувать систему или устанавливать автоматический коидеисатоот- водчик.
Способы осушки сжатого воздуха. От паров воды и масла воздух осушают поглощением его различными веществами (адсорбция и абсорбция) или охлаждением. В некоторых случаях для предотвращения конденсации паров целесообразно применить подогрев или редуцирование сжатого воздуха.
Адсорбция, Адсорбционная осушка воздуха основана на свойстве природных или искусственных пористых материалов избирательно концентрировать на поверхности водяной пар. Количество адсорбированного водяного пара возрастает с понижением температуры и увеличением его концентрации в сжатом воздухе. Эти свойства определяют такое важное свойство адсорбентов, как обратимость (регенерируемость), т. е. способность к полному или частичному удалению (десорбция) водяных паров при повышении температуры или при снижении парциального давления водяного пара в газовой фазе над слоем адсорбента.
Краткие сведения об адсорбентах. Для осушки воздуха наиболее широкое распространение получили следующие адсорбенты: силикагели, активная окись алюминия и цеолиты — молекулярные сита. В основном они отличаются друг от друга влагоемкостью, ее зависимостью от температуры, глубиной осушки и механическими свойствами.
Влагоемкость — предельное количество адсорбированной влаги на единицу массы адсорбента — выражается обычно в процентах или в граммах поглощенной влаги на 100 г адсорбента. В зависимости от условий поглощения различают ста-
тическую и динамическую влагоемкость. Под статической влагоемкостью понимают максимальное количество влаги, поглощенное из воздуха единицей массы адсорбента к моменту достижения полного насыщения адсорбента при данной температуре и концентрации влаги в осушаемом газе. Под динамической влагоемкостью понимают количество влаги, поглощенное единицей массы адсорбента в слое данной высоты из воздушного потока с определенным влагосодержаннем при данной скорости и температуре воздуха до момента проскока влаги в воздухе, покидающем слой адсорбента.
Время с начала процесса поглощения до момента проскока принято называть временем защитного действия слоя адсорбента.
Важным свойством адсорбентов является их механическая прочность. Износ адсорбентов обусловливается следующими факторами: изменением температуры в стадиях адсорбции и регенерации, наличием влаги в осушаемом воздухе и давлением лежащих выше слоев адсорбента. Потери адсорбента в результате механического разрушения за год ориентировочно составляют (в процентах от первоначального количества):
Активная окись алюминия, алюмогель н цеолиты NaA 5 — 10
Цеолиты типов СаА, NaX 8—12
Силикагели разные 10 — 15
Силикагели в зависимости от преобладающего диаметра пор подразделяют иа мелко- и крупнопористые. Отечественная промышленность выпускает силикагели по ГОСТ 3956—76.
Мелкопористые силикагели обладают большей влагоемкостью в области малых парциальных давлений водяного пара, крупнопористые — в области высоких парциальных давлений. Предельное остаточное влагосодержаиие осушенного воздуха, обеспечиваемое крупнопористыми силикагелями, соответствует температуре точки росы от —25 до —30 °C, мелкопористыми — от —40 до —55 °C. Главным достоинством силикагелей является их сравнительно малая энергоемкость при горячей регенерации. Существенным недостатком силикагелей является невысокая механическая прочность, а также растрескивание и разрушение гранул при попадании иа них капельной влаги.
По параметрам пористой структуры и некоторым другим показателям алюмогель во многом аналогичен мелкопористым силикагелям. Степень осушки воздуха, достигаемая с помощью этого адсорбента, практически такая же, как и на цеолитах, однако температура регенерации алюмогелей значительно ниже.
Значительными преимуществами активной окиси алюминия являются ее высокие механическая прочность и устойчивость к воздействию капельной влаги. В СССР выпускают различные марки активной окиси алюминия. Для осушки воздуха лучше всего использовать активную окись алюминия — осушитель газов, — характеризующуюся более высокой насыпной массой и однородностью пористой структуры.
Цеолиты могут обеспечить осушку воздуха до температуры точки росы —60 °C и ниже. Влагоемкость цеолитов мало изменяется с повышением температуры. Недостатками цеолитов являются их невысокая механическая прочность и большие энергозатраты при горячей регенерации.
Основные показатели адсорбентов, используемые при их выборе и расчетах устройств осушки, приведены в табл. 12.10 [4, 5].
В табл. 12.11 [5] приведены свойства промышленных адсорбентов.
При выборе адсорбента исходят из требований степени осушки, температурных условий, метода регенерации и т. п. Наиболее целесообразна многослойная загрузка адсорберов несколькими адсорбентами. Обычно первыми по ходу воздуха располагают адсорбенты, обладающие высокой устойчивостью к капельной влаге и большой влагоемкостью при высокой относительной влажности сжатого воздуха (активная окись алюминия, крупнопористые силикагели), а в конце — поглотители с высокой влагоемкостью в области малых парциальных давлений (мелкопористые силикагели, цеолиты).
Удаление паров масла. Очистка сжатого воздуха от паров масла проводится адсорбционным способом. В качестве адсорбента используют активированные угли, активную окись алюминия н силикагель.
Показатель
Силикагели
Активная окись алюминия
Цеолиты
Насыпная масса, кг/м3 Размер зерен (таблеток), мм
500—700
Q 7
350 — 850
600—650
Теплоемкость, кДж/(кг-К)
0,92
0,71
2500
3 — 7
2 — 4,5
Теплопроводность (30 °C), кДж/(м«ч-ю’
0,84
0,8
Теплота адсорбции паров воды, кДж/кг Достигаемая температура точки' росы
2500
2,10
4200
(практически), °C 1
Динамическая влагоемкость, %:
— 25 —55
— 55 -.60
—60 и ниже
в процессе эксплуатации свежего адсорбента
5-8
18 — 21
4—6 13—15
8 — 16
Температура регенерации, °C:
—
на входе в адсорбер
на выходе нз адсорбера Температура применения, °C, не "более "
180 — 220
80—140
35
230 — 280
100 — 150
320 — 370
120 — 200
35 и более
Основные показатели адсорбентов
Таблица 12.10
Данные о динамической активности различных адсорбентов по парам компрессорного масла ограничены. Активированные угли способны поглощать из воздуха масла до 20—50% собственной массы. Увеличение времени контакта воздуха с углем приводит к повышению степени удаления паров. Так, увеличение высоты слоя активированного угля в 3 раза повышает поглощение масла на 20— 30%. Активированные угли по сравнению с силикагелем и активной окисью алюминия по парам масла более эффективны. Однако при 45%-ном насыщении активированного угля влагой начинается вытеснение поглощенного масла в воздушный поток.
Так как в короткоцикловых безнагревных установках насыщение адсорбентов обычно не превышает 10—25% массы адсорбента, эти установки могут быть использованы для удаления масла из насыщенного водяным паром воздуха.
Степень очистки воздуха от паров масла в короткоцикловых безнагревных установках с силикагелем зависит от высоты слоя адсорбента, скорости осушки и продолжительности цикла регенерации и может достигать 98%.
Абсорбция. Способ состоит в пропускании сжатого воздуха через вещества (абсорбенты), химически взаимодействующие с водяным паром. Некоторые твердые абсорбенты при этом меняют свою консистенцию, разжижаются.
Для очистки влажных технологических газов в химической промышленности известен способ осушки газов жидкими абсорбентами (диэтиленгликолем или триэтиленгликолем) [10].
Вследствие того что одни абсорбенты не восстанавливаются и не пригодны для повторного использования, а для восстановления других требуется сиециаль-
Показатель
Силикагель
Активная окись алюминия
Цеолит
Степень осушки
Влагоемкость при парциальных давлениях: низких высоких
Устойчивость к капельной влаге
Устойчивость к кислым компонентам (СО2, SO2 н т. д.) Механическая прочность
Стоимость
Глубокая
Низкая Высокая Не устойчив
Устойчив
Прочный
Низкая
Глубокая
Низкая Высокая Устойчив
Не устойчив
Прочный
Очень высокая
Сверхглубокая
Высокая Высокая Не устойчив
Ограниченно устойчив
Ограниченно прочный Высокая
Основные свойства адсорбентов
Таблица 12,11
ная технология, промышленное применение абсорбентов для осушки сжатого воздуха ограничено.
Осушка сжатого воздуха охлаждением. При охлаждении воздух становится 1; насыщенным, и часть влаги, равная разности между действительным содержа- Р нием ее в воздухе и содержанием, соответствующим насыщению воздуха при дан- Н ной температуре, выпадает в виде жидкости. Воздух охлаждают с помощью ко нце- п вых холодильников или специальных холодильных установок. В качестве охла- f; ждающей среды для концевых холодильников применяют воду или воздух. Тем- I; пература применяемой для охлаждения воды в летнее время достигает 25—30 °C, р а зимой 5—10 °C. Обычно считают, что температура сжатого воздуха на выходе р из водяных холодильников на 10 °C выше температуры поступающей воды. Сле- р довательно, воздух можно охладить до 35—40 °C летом и до 15—20 °C зимой. | В холодильниках с воздушным охлаждением температуру выходящего потока р сжатого воздуха принимают на 15—20 °C выше температуры охлаждающего потока.
Для обеспечения более эффективного охлаждения воздуха применяют холо- j дильные установки с использованием в качестве охладителей фреона, аммиака и др. Температура точки росы, обеспечиваемая осушителями сжатого воздуха b этого типа (будем в дальнейшем называть их рефрижераторными), составляет 2—10 °C.
Подогрев сжатого воздуха. Одним из способов предотвращения конденсации Р' паров воды и масла является использование в пневматических системах горячего сжатого воздуха, температура которого с учетом изменения термодинамических параметров при эксплуатации пневматических устройств выше точки росы. Это может быть достигнуто предотвращением охлаждения сжатого воздуха, поступающего из компрессора, с помощью изоляции воздухопровода или подогрева воздуха перед потребителями с предварительным охлаждением и удалением всей выделившейся влаги.
При использовании горячего воздуха необходимо учитывать опасность возгорания и даже взрыва паров масла, которое уносится из поршневых и ротационных компрессоров.
Часто горячий сжатый воздух используют для воздушных молотов, песко- и г дробеструйных аппаратов, печей мартеновских цехов, сушки электрических машин и др.
Редуцирование сжатого воздуха. Понижение давления сжатого воздуха приводит к уменьшению относительной влажности, что может быть использовано для осушки сжатого воздуха в системах эпизодического действия (например, в пневмоприводах электрических высоковольтных выключателей). В этом случае капельная влага должна быть удалена из сжатого воздуха до его редуцирования.
Комбинированные способы осушки. Для уменьшения эксплуатационных расходов рекомендуется применять комбинированные осушители с использованием нескольких способов осушки. Так, применение комбинации осушителей рефрижераторного и абсорбционного типов обеспечивает достаточно хорошую степень осушки (температура точки росы от—5 до—15 °C) при низких эксплуатационных расходах [11]. Известны осушители с комбинацией адсорбционных и абсорбционных способов, в которых в зависимости от температуры окружающей среды автоматически переключаются режимы работы; при более низкой температуре работает осушитель адсорбционного типа, при более высокой температуре — осушитель абсорбционного типа.
Сравнительные данные устройств осушки сжатого воздуха различных типов приведены в табл. 12.12 (рис. 12.11; 12.12).
Конструкция и техническая характеристика устройств для очистки и осушки воздуха. Фильтры-влагоотделители. На рис. 12.13 представлена конструкция центробежного фильтра-влагоотделителя типа I по ГОСТ 17437—72, предназначенного для предварительной очистки от капельной влаги и твердых частиц. Технические данные этих фильтров-влагоотделителей приведены в табл. 12.13. Для выбора типоразмера фильтра-влагоотделителя в зависимости от расхода и давления сжатого воздуха пользуются диаграммой, показанной на рис. 12.14. На диаграмме для каждогоDy показаны номинальный и минимальный расходы воздуха, приведенного к нормальным условиям (СТ СЭВ 521—77). Для 373
Таблица 12.12
Показатели
Тип осушителей
адсорбционный
рефрижераторный
абсорбционный
Расход воздуха, м8/мин
Поглощающие вещества
Вид энергии, потребляемой осушителями
Температура точки росы при давлении 0,7 МПа
Удаление масла
Перепад давления, МПа
Температура сжатого воздуха иа входе, °C:
максимальная минимальная
Температура окружающей среды, °C максимальная минимальная
Размещение
Объем *
Масса *
Начальная стоимость
Эксплуатационные расходы Предварительная очистка сжатого воздуха
* Орав ннтельн чательной оч нстки. раторного типа.
От 0,14 до 200
Силикагель, активная окись алюминия, цеолиты
Электричество: для безнагревных 0,1 — 0,5 кВт на 1 ма/мнн; с термической регенерацией — 0,9 — 1,2 кВт иа
1 м’/мин. Пар и воздух для регенерации адсорбента
От —20 до —70 °C Температура точки росы зависит от расхода и давления воздуха и на протяжении каждого пнкла постепенно поднимается, но не больше чем на 3 °C
Не применяется для удаления масла
0,007 — 0,014
35 - 2
35 2
В помещении
1,25 1,5
См. рис. 12.11
См. рис. 12.12
Требуется защита адсорбента от загрязнений твердыми частицами и капельной влагой (водой и маслом)
ые данные приведены За единицу принята в
От 0,14 до 860
Электричество: 0,1—0,25 кВт на 1 м8/мнн; вода для охлаждения в конденсаторах и осушителях с водяным охлаждением
2 — 10 °C Температура точки росы постоянная, не зависит от расхода, давления и температуры сжатого воздуха на входе
Удаляется конденсацией при охлаждении сжатого воздуха 0,025 — 0,035
45 2
45 4
В помещении и вие помещения, при температуре не ниже 4 °C
1 1
См. рис. 12.11
См. рис. 12.12
Требуется защита от масла и твердых частиц для предотвращения засорениятруб
теплообменников.
Номинальная тонкость фильтрации устройств очистки на входе 50 — 80 мкм
без фильтров предвар злнчнпа для устройств
От 0,03 до 440 Химикаты (в виде таблеток); карбамид (в виде шариков)
На 12 °C ндже температуры ^Жатого воздуха на «коде
Удаляет масло в виде капель
Менее 1 % давления на входе
35
Не лимитируется
35
Не лимитируется В помещении или вне помещения
0,4 0,4
См. рис. 12.11
См. рис. 12.12
Обычно не требуется, за исключением, когда от компрессора поступает значительное количество масла ительной и окон- осушкн рефрнже-
Сравнительные данные осушителей различных типов
374
Показатели
Тип осушителей
адсорбционный
рефрижераторный .
абсорбционный
Необходимость установки устройствочистки
после сушки
Обслуживание: постоянное
периодическое
5 Ремонт
Требуется установка фильтра для удаленияпыли
адсорбента
Не требуется
Замена адсорбента каждые два—три года. Ежегодный контроль степени осушки и чистоты сжатого воздуха на выходе, замена фильтрующих элементов
Требуется квалифицированный обслуживающий персонал
Не требуется, если не предъявляются особые требования в отношении содержаниятвер
дых загрязнений
Не требуется
Очисткатепло
обменников от грязн продувкой. Очистка или замена фильтрующих элементов. Наблюдение за устройствами для автоматического отвода конденсата Требуется квалифицированный обслуживающий персонал
Как н для рефрижераторных осушителей
Требуется прн ручном отводе конденсата
Замена абсорбента каждый одни—четыре месяца
Не требуется Отсутствуют движущиеся части
Продолжение табл. 12.12
выбора требуемого типоразмера фильтра-влагоотделителя необходимо найти точку, соответствующую заданным расходу и давлению. Если точка лежит в области, где заданный расход соответствует нескольким типоразмерам, предпочтение следует отдать тому, для которого точка расположена ближе к середине или к верхнему пределу диапазона расхода.
Рис. 12.12. Зависимость эксплуатационной стоимости Цэ осушителей от их производительности Qo:
1 — адсорбционного типа; 2 — рефрижераторного типа; 3 — абсорбционного типа
Рис. 12.11. Зависимость начальной стоимости Цн осушителей от их производительности Q^: 1 — адсорбционного типа с термической регенерацией; 2 — адсорбционного типа с холодной регенерацией; 3 — рефрижераторного типа; 4 — абсорбционного типа
375
Q,m3/muhQ,m3/muhРис. 12.14. Диаграмма для выбора типоразмера фильтров-влагоотделителей типа I (штриховые линии), типа 2 (сплошные линии) по ГОСТ 17437—72Рис. 12.14. Диаграмма для выбора типоразмера фильтров-влагоотделителей типа I (штриховые линии), типа 2 (сплошные линии) по ГОСТ 17437—72
Q,m3/muh
Q,m3/muh
Рис. 12.14. Диаграмма для выбора типоразмера фильтров-влагоотделителей типа I (штриховые линии), типа 2 (сплошные линии) по ГОСТ 17437—72
Рис. 12.14. Диаграмма для выбора типоразмера фильтров-влагоотделителей типа I (штриховые линии), типа 2 (сплошные линии) по ГОСТ 17437—72
Рис. 12.13. Фильтр-влагоотделитель центробежного действия типа 1 по ГОСТ 17437—72
В конструкциях центробежных фильтров- влагоотделителей типа 2 по ГОСТ 17437—72, изображенных на рис. 12.15, а под крыльчаткой 1 встроен металлокерамический фильтрующий элемент 2. Под ним расположен отражатель 3, предотвращающий захват потоком воздуха скопившихся на дне резервуара загрязнений. Дефлектор 4 (рис. 12.15, б) способствует созданию необходимой скорости в зоне отделения и срыву пленки влаги, а отражатель 5 — экранированию фильтрующего элемента от захватываемых потоком жидких загрязнений.
Технические данные фильтров-влагоотделителей типа 2 по ГОСТ 17437—72, серийно изготовляемых черкесским заводом «Гидропневмонормаль», приведены в табл. 12.14. Диаграмма для выбора типоразмера в зависимости от требуемых расхода и давления сжатого воздуха показана на рис. 12.14. На рис. 12.15, г представлена конструкция фильтров тонкой очистки типа П-В, выпуск которых организован на Симферопольском опытном заводе пневмоаппаратуры, фильтрующий патрон состоит из нескольких слоев фильтрующих материалов. Радиальные потоки воздуха, идущего сверху, сначала попадают на фильтрующий цилиндр, выполненный
из прессованного картона. Этот фильтроэлемент является предварительной сту
пенью очистки, задерживающей крупные твердые частицы, в основном за счет ситового эффекта.
Техническая характеристика фильтров-влагоотделителей типа I по ГОСТ 17437 — 72 (номинальное давление 1,0 МПа, тонкость фильтрации 80 мкм; степень влагоотделеиия 85 %)
Обозначение
Условный проход.
Расход воздуха, * м’/мии
Номи- нальн ый перепад давлений, МПа, не более
Номинальная емкость для сбора конденсата, дмя
Размеры,
мм
номинальный
минимальный
длина
ширина
высота
1-32Х80
32
6,3
2,0
0,0050
4,0
275
200
720
1-40Х80
40
10,0
3,2
0,0063
1-50X80
50
16,0
5,0
0,0080
6,3
335
275
975
1-63X80
63
25,0
8.0
0,0100
1-80X80
80
40,0
12,5
0,0125
10,0
390
315
1225
1-100X80
100
63,0
20,0
0,0150
1-160Х 80
160
160,0
50,0
0,0150
460
375
1785
1-200X 80
200
250,0
80,0
0,0150
670
585
2775
1-250X80
250
400,0
125,0
0,0150
* Воадух приведен
к условиям по СТ СЭВ
521—77. Номинальный расход
воадуха принят
при скорости течения сжатого воздуха (при давлении О.ЬЗ МПа)
17 — 18 м/с в трубопроводе с внутренним диаметром, равным
Dy фнльтра-влаго-
отделителя.
Таблица 12.13
376
Рис. 12.15. Фильтры-влагоотделители по ГОСТ 17437—72:
а — 22-12 X 40 и 22 - 16 X 40 с ручным отводом конденсата (В41-1); б — 22-25 X 40 и 22-40 X 40 с ручным отводом конденсата (ДВ41-1); в — 26-12 X 40, 26-16 X 40 и 26-25 X X 40 с автоматическим отводом конденсата (В41-3); г —• фильтр тонкой очистки типа П-В
13 Е. В. Герц и др.
377
Способ отвода конденсатаСпособ отвода конденсата
Способ отвода конденсата
Способ отвода конденсата
03 о
co
Рис. 12.17. Дренажные устройства клапанного типа с фиксацией и помощи пружинного кожуха (а) и пружинного кольца (6Г)
Фильтры ФВ6 серийно «Калибр».Фильтры ФВ6 серийно «Калибр».К 1/8"1,040—5080Х 1400,45К 1/8"1,040—5080Х 1400,45
Фильтры ФВ6 серийно «Калибр».
Фильтры ФВ6 серийно «Калибр».
К 1/8"1,040—5080Х 1400,45
К 1/8"1,040—5080Х 1400,45
выпускает московский инструментальный завод
»»В фильтрах ФВ-2 (рис. 12.16, в), изготовляемых заводом «Старорусприбор г. Старая Русса Новгородской области), применен керамический фильтр.
»
»
Техническая характеристика фильтра ФВ-2
Присоединительная резьба по ГОСТ 6111—52 Номинальное давление, МПа Тонкость фильтрации, мкм Размеры, мм Масса, кг
Фильтр типа ПОФ-2 (рис. 12.16, г) входит в УСЭППА, его применяют для тонкой очистки воздуха перед устройствами, склонными к засорению. Воздух очищается с помощью нескольких сменных войлочных дисков, сжатых пробкой. Присоединительная резьба М6Х0.75.
Фильтры ПОФ-2 изготовляет Усть-Каменогорский завод приборов.
Устройства для отвода загрязнений из пневматических систем. Для отвода воды, масла в жидком состоянии и других загрязнений применяют ручные и автоматические дренажные устройства, к которым относятся всевозможные краны, вентили и другие запорные устройства, а также конденсатоотводчики с автоматическим и дистанционным приводом.
Ручные дренажные устройства целесообразны при небольшом количестве конденсата, накапливающегося в воздухосборниках, водосборниках и очистных устройствах, Дренажные устройства применяют в виде кранов, вентилей или оригинальных компактных конструкций (рис. 12.17).
Дренажное устройство, изображенное на рис, 12.17, а, имеет клапанное уплотнение 7 и вертикально перемещающийся шток 2, который удерживается в верхнем положении пружинным кожухом 5, входящим в наружный паз штуцера 4. Винтовая пружина 3 закрывает клапан и способствует надежной герметизации уплотнения 1 в закрытом положении. В конструкции дренажного устройства, представленного на рис. 12.17, б, шток 4 с уплотнением / связан с управляющей кнопкой 5 и удерживается в верхнем положении пружинным кольцом 3. Уплотнительное кольцо 2 предотвращает утечку вдоль штока в открытом верхнем положении.
В серийных конструкциях фильтров-влагоотделителей (В41-1) используется шариковый запорный клапан (см. рис. 12.15, а, б).
Автоматические конденсатоотводчики могут быть выполнены в виде отдельных устройств, которыми оборудуются воздухосборники, водосборники и влаго- отделители. В автоматических конденсатоотводчиках запорное устройство открывается при достижении определенного уровня конденсата в резервуаре и за- 380
крывается после его сброса. В качестве запорного элемента применяют клапан, цилиндрический золотник или кран (шибер).
Автоматическое устройство для отвода конденсата фильтра-влагоотделителя типа В41-3 изображено на рис. 12.18, а. Серийное производство этих фильтров организовано на черкесском заводе «Гидропневмонормаль». Когда конденсат в резервуаре 1 отсутствует или его мало, клапан 6 закрыт, полость А отсекается от давления сжатого воздуха и сообщается с атмосферой. Давление, действующее на диафрагму 3 снизу, и усилие пружины 4 удерживают запорный клапан 5 в закрытом положении.
Когда жидкость достигнет уровня, при котором выталкивающая сила преодолевает вес поплавка 2, клапан б открывается, сжатый воздух проходитв полость А, запорный клапан открывается под действием давления на мембрану сверху. Промежуток времени между открытием и закрытием запорного клапана определяется соотношением площадей проходных сечений отверстия Б, закрываемого клапаном поплавка, и демпферного отверстия В.
Закупорка демпферных отверстий и набухание поплавка часто являются причиной отказов работы конденсатоотводчика.
В изображенной на рис. 12.18, б конструкции для очистки демпферных отверстий предусмотрен игольчатый стержень.
Для удаления конденсата из емкостей, расположенных в труднодоступных местах, применяют конденсатоотводчики с дистанционным управлением.
В изображенном на рис. 12.18, в конденсатоотводчике конденсат сбрасывается небольшими порциями в закрытую полость Г с последующим отсечением полости Б, которая сообщается через отверстие В с опорожняемой емкостью, Сигнал управления подается в полость А, в результате чего поршень / перемещается вниз, открывая верхний клапан и закрывая нижний. Конденсат переходит в полость Г. При отсутствии давления в полости А клапан под действием пружины 2 возвращается в исходное положение, а влага из полости вытекает через отверстие.
На рис. 12.18, г показан конденсатоотводчик, который присоединяется к системе с помощью штуцера 2 с вмонтированным в него фильтром /. Конденсат поступает через фильтр У в камеру А, где размещен клапан 4, прижатый пружиной 3 к седлу 6. При подаче сжатого воздуха в полость под мембрану 7 выступ 8 поднимает клапан 4 и конденсат стекает через канал Б, Из-за разности площадей мембраны и клапана клапан открывается при давлении меньшем, чем давление в сети. При открытии клапана выступ открывает отверстие, давление под мембраной падает, и клапан 4 под действием пружины 3 закрывает проход. Работоспособность конденсатоотводчика при минусовых температурах обеспечивается нагревателем 5.
Для установки конденсатоотводчиков с дистанционным управлением требуется дополнительная линия трубопровода управления и устройство для ручного или автоматического приведения конденсатоотводчика в действие.
Рис. 12.18. Конденсатоотводчики:
а и б — поплавковые; в и г — с дистанционным управлением
Устройства осушки адсорбционного типа. Простейшее устройство для осушки сжатого воздуха представляет собой наполненную адсорбентом емкость, через которую проходит поток воздуха.
Более совершенными являются конструкции патронного типа. Адсорбент в этих устройствах содержится в патроне, монтируемом в резервуаре осушителя. После насыщения адсорбента патрон вынимают для регенерации, а вместо него Монтируют другой, заранее подготовленный для работы.
Осушители большой пропускной способности представляют собой автоматизированные установки, состоящие из устройств предварительной очистки воздуха, адсорберов, аппаратуры автоматического управления и фильтров для очистки воздуха от пыли адсорбента. В зависимости от метода регенерации адсорбента установки осушки разделяют на две группы, существенно отличающиеся друг от друга режимом работы и конструктивным оформлением. К первой группе относятся установки осушки с термической регенерацией (с подводом теплоты извне), ко второй — безнагревные установки (без подвода теплоты извне). Осушка сжатого воздуха в устройствах с термической регенерацией адсорбента прекращается незадолго до момента проскока влаги. Следующей стадией процесса является удаление поглощенной адсорбентом влаги. Нагревают адсорбент либо подачей в адсорбер горячего воздуха, либо подогревом слоя извне и изнутри с помощью специальных нагревателей, причем в последнем случае для ускорения процесса регенерации слой продувают для удаления десорбируемой влаги. После нагрева адсорбент обычно охлаждают до рабочей температуры потоком осушенного воздуха или же естественным остыванием.
Блоки осушки воздуха адсорбционного типа с термической регенерацией имеют следующие недостатки* большие размеры адсорберов; значительные энергозатраты вследствие расхода теплоты на нагрев адсорбента и корпуса адсорбера; необходимость использования силовой электроэнергии или внешних источников теплоты; сравнительную сложность технологической схемы и системы управления температурным режимом.
Техническая характеристика установок осушки адсорбционного типа с термической регенерацией, серийно изготовляемых Курганским заводом химического машиностроения, приведена в табл. 12.15.
Работа установок осушки воздуха с холодной регенерацией основана на использовании метода короткоцикловой безнагревной адсорбции.
Сущность этого метода заключается в том, что влажный воздух попеременно пропускают через циклично работающие адсорберы. Адсорбент регенерируют противоточной продувкой его частью потока осушенного воздуха. Адсорберы пере-
Параметр
2 о
О
>>
О
>>
5 о со
CQ О >>
о о
Ю
О
>>
Номинальный расход воздуха *, м’/мин Температура точки росы осушенного воздуха, °C
Расход воздуха для регенерации, м8/мин Количество адсорбента (для двух башен), кг
Расход воды для теплообменника, м8/ч Потребляемая мощность, кВт
Ток
Номинальное давление, МПа
Температура воздуха на входе в блок осушки, °C
10
1,7
350
3
9-12
Пе
20
3,4
700
6
22 — 24 ременный, 0,8
25
30
40
5.0
1050
9
30 — 34
380 В, 50
100
14
2240
30
87
Гц
1,6
Техническая характеристика установок осушки типа УОВ
Таблица 12.15
/~апНсо?наЛЬнЬ1Й Расх°Д Указан Для В03ДУха, приведенного к условиям по СТ СЭВ 521 —77 при давлении 0,8 МПа.
ключаются через короткие промежутки времени, недостаточные для установления состояния равновесия по водяному пару между воздухом и адсорбентом. Оптимальное значение полуцикла осушки (полный цикл состоит из полуциклов адсорбции и десорбции) рекомендуется от 1 до 5 мин [5].
Объемный расход осушенного воздуха, который необходимо отобрать для короткоцикловой безнагревной регенерации можно определить из уравнения материального баланса влаги в адсорбционной установке:
Qo = (Qo + QP) ( ^™ - х Р1
где Qo — объемный расход сухого воздуха, выводимого из установки; Qp — объемный расход сухого воздуха, поступающего на регенерапию адсорбента в один из адсорберов; рк и р0 абсолютные давления адсорбции и десорбции.
Так, если р} = 0,6 МПа и р0 — 0,1 МПа, из установки может быть отобрано следующее количество сухого воздуха;
Из рассматриваемого уравнения видно, что чем меньше давление, при котором происходит адсорбция, тем больше требуется воздуха на регенерацию. На практике обычно на регенерацию адсорбента используется примерно 15—20% всего количества осушенного воздуха.
Техническая характеристика установок осушки воздуха с холодной регенерацией, серийно изготовляемых Курганским заводом химического машиностроения, приведена в табл. 12.16.
Выбор устройств для очистки воздуха и схемы их применения. Очистка воздуха на предприятии — это комплекс мероприятий по рациональному выбору, размещению, монтажу и эксплуатации очистных устройств на трех участках пневматической сети: на компрессорной станции, на магистральных воздухопроводах и у потребителя. Ниже приведены данные о наиболее характерных схемах использования очистных и дренажных устройств на воздухопроводах и у потребителя.
Удаление загрязнений из магистральных воздухопроводов. Выбор схем и устройств очистки воздуха в магистральных трубопроводах зависит от класса загрязненности сжатого воздуха на выходе из компрессорной станции (установки) и от требований к чистоте сжатого воздуха у потребителей.
В том случае, когда на компрессорной станции применена одна из схем с холодильником, по мере удаления от компрессорной станции концентрация загрязнений в магистралях возрастает вследствие конденсации паров воды и масла и внесения трубопроводами и соединениями окалины, ржавчины, краски и др. Очист-
Таблица 12.16
Техническая характеристика установок с холодной регенерацией типа УОВБ
Параметр
УОВБ-0.5М
УОВБ-2М
УОВВ-5М
Номинальное давление, МПа
Температура воздуха иа входе в блок осушки, °C
Номинальный расход воздуха *, м3/мин Температура точки росы осушенного воздуха, °C
Расход воздуха для регенерации, м8/мин
Расход воды для охлаждения, м3/ч Потребляемая мощность. кВт Ток
♦ Номинальный расход указан д; СТ СЭВ 521—77 при давлении сжатого
0,811,0
25
0,5I2|5
— 40
0,110,6I1
0,211.212
0,5
Переменный, 220 В, 50 Гц
тя воздуха, приведенного к условиям по воздуха 0,6 МПа.
иые устройства в магистральных воздухопроводах не только защищают их от чрезмерного загрязнения и обводнения, но и предохраняют групповые и индивидуальные очистные устройства от перегрузки и снижения эффективности, возможных при чрезмерных концентрациях загрязнении.
Определяющим фактором при выборе рационального места, конструкции, размера и числа очистных устройств в магистрали является характер процесса конденсации и накопления влаги при движении воздуха в трубопроводах.
Понижение температуры воздуха происходит в результате прохождения воздуха по длинным участкам воздухопроводов, расположенным вне помещений, на участках воздухопроводов после литейных, термических, термоконстан^ных и других цехов.
Обычно в магистральных трубопроводах устанавливают очистные устройства инерционного типа, так как применение устройств фильтрующего типа приводит к увеличению потерь давления при прохождении воздуха и усложняет эксплуатацию магистральных очистных устройств. Воду и маслов жидком состоянии удаляют из магистралей при помощи водосборников или очистных устройств. Водосборники устанавливают в низких местах и коленах трубопроводов при большом содержании конденсата перед магистральными влагоотделителями. Устройства для улавливания влаги размещают в местах максимального скопления конденсата на входе в цехи. Для обеспечения нормальной работы водосборников и влагоотделителей необходимо принимать меры против замерзания в них конденсата при минусовых температурах, по возможности располагать их в помещениях или утеплять.
Если на компрессорной станции проводится очистка сжатого воздуха, исключающая конденсацию воды и масла в трубопроводах, с использованием адсорбентов или с помощью глубокого охлаждения, то надобность в установке водосборников и влагоотделителей отпадает.
Удаление загрязнений у потребителя. Требуемая степень очистки сжатого воздуха для различных групп потребителей может быть обеспечена установкой соответствующих очистных устройств (рис. 12.19). Цифры внутри стрелок означают: на входе в схему — класс загрязненности сжатого воздуха, поступающего из магистрали; на выходе из схемы — класс загрязненности сжатого воздуха, обеспечиваемый в результате применения в данной схеме очистного устройства (или устройств). Абсолютная тонкость фильтрации в микрометрах указана под каждым из устройств. Степень влагоотделения устройств очистки в схемах I—VIII и X должна быть не менее 90%. Применение устройств очистки в схемах I—VIII не исключает наличия определенного количества воды и масла в жидкой фазе в потоке воздуха (классы загрязненности воздуха на выходе 2, 4, 6, 8, 10, 12).
Для пневматических систем и технологических процессов, не допускающих содержания в воздухе воды и масла в жидкой фазе, рекомендуются схемы IX—XX, обеспечивающие очистку в соответствии с классами загрязненности 0, 1,3, 5, 7, 9 и 11.
В качестве примера применения схем и монтажа очистных устройств рассмотрим часть типовой пневматической системы (рис. 12.20). После компрессора 4 установлен концевой холодильник 3, затем влагомаслоотделитель 2, уменьшающий количество попадающего в ресивер 1 компрессорного масла и конденсированной в холодильнике влаги. Так как в ресиверах в результате расширения воздуха выделяется значительное количество воды, после них установлены магистральные влагоотделители 13 и 17, уменьшающие поступление воды в магистральный воздухопровод 15. Водосборник 12 и конденсатоотводчик 18 предохраняют влагоотделители 13 и 17 от перегрузки влагой.
Если магистральный трубопровод 9 имеет большую протяженность, то при движении по нему воздуха успевает выделиться большое количество влаги и может потребоваться несколько влагоотделителей.
Загрязнения из трубопроводов удаляются в наиболее низких точках 26, 27, 33, 38, 40 и 41 с помощью дренажных устройств (направления, в которых снижаются трубопроводы, указаны стрелками 16, 23, 24, 25, 35 и др.). В местах, где требуется удаление большого количества конденсата, установлены конденсато- отводчики. Так как они чувствительны к твердым загрязнениям, вызывающим заедание подвижных частей и засорение демпферных отверстий, конденсатоот- 384
80ипи 5м км80ипи 5м км25 м км25 м км80мкм80мкм40мкм40мкмШкмШкм5чкм5чкм5и пи 0,5мкм10 мкм5и пи 0,5мкм10 мкм80или Юмкм2змкм40 мкм80или Юмкм2змкм40 мкмРис. 12.19. Схемы очистки сжатого воздуха у потребителяРис. 12.19. Схемы очистки сжатого воздуха у потребителя
80ипи 5м км
80ипи 5м км
25 м км
25 м км
80мкм
80мкм
40мкм
40мкм
Шкм
Шкм
5чкм
5чкм
5и пи 0,5мкм
10 мкм
5и пи 0,5мкм
10 мкм
80или Юмкм2змкм
40 мкм
80или Юмкм2змкм
40 мкм
Рис. 12.19. Схемы очистки сжатого воздуха у потребителя
Рис. 12.19. Схемы очистки сжатого воздуха у потребителя
водчики 6 и 18 применяют совместно с водосборниками. Водосборником служит труба 10, где оседают твердые загрязнения; водосборник периодически продувается при открытии вентиля 11. Для той же цели предназначен вентиль 8,^ через который удаляют отстой из ресивера, а конденсатоотводчик, присоединяемый выше допустимого уровня скопления отстоя, через вентиль 7 отбирает более чистый конденсат. Вентили 5 и 7 позволяют отсоединять конденсатоотводчик для ремонта или замены без ненужного расхода сжатого воздуха.
Для подачи к потребителям сжатого воздуха с классом загрязненности /2 достаточно установить центробежный фильтр-влагоотделитель 20. Сжатый воздух у потребителя в соответствии с классом загрязненности 8 или 10 очищается филь-. трами-влагоотделителями 19 по ГОСТ 17437—72. Более высокая степень очистки (классы загрязненности 2, 4 и 6) может также быть обеспечена фильтрами-влаго- отделителями 34 и 42 этого типа, с требуемой тонкостью фильтрации. Рекомендуется в этом случае устанавливать перед ними фильтры-влагоотделители 29 для предварительной очистки.
Подача к потребителям сжатого воздуха, не содержащего жидкой влаги (классы загрязненности 0, 1,3, 5, 7, 9, 11), может быть обеспечена применением установок осушки (например, типа УОВ), в комплект которых входят адсорберы 37 и узлы предварительной и окончательной очистки воздуха от загрязнений. При централизованной сушке воздуха на компрессорной станции или в цехе перед потребителем достаточно установить фильтр соответствующей тонкости фильтрации; например, для класса 0 загрязненности можно применять фильтры ФВ6-336 ГОСТ 14266—69 или ФВ6. В этом случае также рекомендуется предварительно устанавливать фильтры с номинальной тонкостью фильтрации 10, 25 мкм.
Для пневматических систем низкого и среднего уровня давления, к надежности которых не предъявляется высоких требований, например цикловые системы
1 г з 41 г з 4LU ШLU ШРис. 12.20. Пример применения схем н монтажа очистных устройств и трубопроводовРис. 12.20. Пример применения схем н монтажа очистных устройств и трубопроводов
1 г з 4
1 г з 4
LU Ш
LU Ш
Рис. 12.20. Пример применения схем н монтажа очистных устройств и трубопроводов
Рис. 12.20. Пример применения схем н монтажа очистных устройств и трубопроводов
управления станками, прессами н литейными машинами, рекомендуется следующая схема установки очистных устройств; групповой фильтр-влагоотделитель 21 типа В41-1, фильтр тонкой очистки 30 типа П-В, осушитель 28 типа П-О.
Для струйных устройств после устройств очистки устанавливают эжектор 31.
СМАЗКА ПНЕВМАТИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ
Одним из важнейших средств повышения надежности пневматических устройств является обеспечение оптимального режима смазывания их трущихся поверхностей. Смазка трущихся поверхностей пневматических устройств снижает трение покоя и движения в 2—5 раз, скорость износа в 1,5—2,5 раза, коррозии в десятки раз.
Смазочные системы, используемые для подачи смазочного материала к трущимся поверхностям устройств, классифицируют по следующим основным признакам:
по виду смазочного материала — с жидким или пластичным смазочным материалом;
по виду подачи жидкого смазочного материала к поверхностям трения — капельная, струйная, аэрозольная; под капельной, струйной и аэрозольной смазочными системами понимают системы с жидким смазочным материалом, в которых масло к поверхностям трения подается соответственно в виде капель, образую- 386
щихся под действием гравитационных сил, в виде струи и масляного тумана, создаваемого распылением смазочного материала струей воздуха;
по способу дозирования подачи смазочного материала — объемного или дроссельного дозирования; в системе объемного дозирования количество масла, подаваемого к поверхностям трения, зависит от рабочего объема смазочного насоса или питателя, а в системе дроссельного дозирования — от степени дросселирования потока смазочного материала;
по характеру подачи смазочного материала — непрерывной подачи (система обеспечивает постоянную подачу смазочного материала во время работы устройства) и периодической подачи (подача смазочного материала обеспечивается во время работы устройства периодически);
по числу пневматических устройств (пар трения), к которым подается смазочный материал — индивидуальная и централизованная;
по возможности контроля подачи смазочного материала — с неконтролируемой подачей, с автоматическим и визуальным контролем;
в зависимости от степени автоматизации процесса подачи смазочного материала — ручные и автоматические.
Основными элементами смазочных систем являются смазочные нагнетатели, аппараты и емкости.
Смазочные нагнетатели по назначению и конструктивной схеме подразделяют на смазочные насосные агрегаты и станции, смазочные и заправочные шприцы. Насосные агрегаты и станции предназначены для автоматической, а шприцы для ручной подачи смазочного материала в устройства и резервуары смазочных аппаратов и емкостей. Конструкции и технические характеристики серийно выпускаемых смазочных нагнетателей приведены в работах [6, 7].
Смазочные аппараты — это смазочные питатели, маслораспылители и пресс- масленки.
Смазочные питатели предназначены для подачи смазочного материала к одной или нескольким парам трения пневматического устройства определенными порциями. На рис. 12.21, а показана схема устройства и работы смазочного питателя с подачей смазочного материала от централизованной смазочной системы. При включенном гидрораспределителе Р смазочный материал через отверстие Б поступает в полость над распределительным золотником 3, перемещает его в крайнее нижнее положение и через канал 7 проходит в полость над поршнем 4 и заполняет ее. При переключении гидрораспределителя Р масло из смазочной системы через отверстие А поступает под золотник 3, перемещает его в крайнее верхнее положение и через канал 2 проходит в полость под поршнем 4. При этом поршень 4 выдавливает находящийся над ним смазочный материал через каналы 7 и £ и обратный клапан К в полость пневмоцилиндра Ц. Последующие переключения гидрораспределителя приведут к повторению цикла. Количество смазочного материала регулируется с помощью винта 6, завинченного в трубку визуального контроля 5. Управление парораспределителем Р может быть ручным, от кулачка, электрическим, пневматическим н т, п.
Для обеспечения надежной подачи смазочного материала к трущимся поверхностям пневматических устройств давление в централизованной смазочной системе должно быть выше давления в сети.
На рис. 12.21, б, в приведены принципиальные схемы с шариковыми питателями, обеспечивающие подачу смазочного материала при срабатывании пневматического устройства. В схеме, изображенной па рис. 12.34, б, смазочный материал из централизованной смазочной системы поступает в питатель П, наполняя камеру Б при сообщении полости А пневмоцилпндра Ц с атмосферой. При этом под действием давления шарик 1 перекрывает отверстие 2. При подаче давления в полость А шарик 1 перемещается вверх, отсекая камеру Б от смазочной системы, и порция смазочного материала поступает в полость А.
На рис. 12.21, в показана схема с шариковым питателем 77, смазочный материал к которому подается из емкости М, находящейся под давлением воздуха. Как и в предыдущей схеме, зарядка питателя П смазочным материалом происходит при сообщении штоковой полости пневмоцилиндра Ц с помощью пневмораспределителя Р с атмосферой, а подача смазочного материала в пиевмоцилиндр — при сообщении его с магистралью.
ej riej riго Юго ЮV 3 X У о го <УV 3 X У о го <У>3 о а.>3 о а.X « X 3 X я У у 5 2 5§ ГО VX « X 3 X я У у 5 2 5§ ГО Vо я жго 22 252 О.о я жго 22 252 О.ч о 2 Е ° и Я ГО Я В. я о оЧ Иго о 2 сч о 2 Е ° и Я ГО Я В. я о оЧ Иго о 2 сго g = 9 н §5Р с £ t- о о я я к я о 2 а $ §Е X о Р< о з Го ffl a S52So 3 Р. о Е- Н ГО О ГОго g = 9 н §5Р с £ t- о о я я к я о 2 а $ §Е X о Р< о з Го ffl a S52So 3 Р. о Е- Н ГО О ГОх . хЕ -и« »> о 3 ..2 Я го ^х . хЕ -и« »> о 3 ..2 Я го ^О у к ГО ГО го 2 s я 2 и 7 «§ *£я «*^к 43 гок я 2 я о u го Е — Я го Н о я О 5* I i = IО у к ГО ГО го 2 s я 2 и 7 «§ *£я «*^к 43 гок я 2 я о u го Е — Я го Н о я О 5* I i = IЯ У •»2 йК•о .2 У ч5 кЕ- а о гони Н и оЯ У •»2 йК•о .2 У ч5 кЕ- а о гони Н и оЕЕя ... су « 2О ' яя ... су « 2О ' я33sea 2« fa ГОsea 2« fa ГО
ej ri
ej ri
го Ю
го Ю
V 3 X У о го <У
V 3 X У о го <У
>3 о а.
>3 о а.
X « X 3 X я У у 5 2 5§ ГО V
X « X 3 X я У у 5 2 5§ ГО V
о я ж
го 2
2 2
5
2 О.
о я ж
го 2
2 2
5
2 О.
ч о 2 Е ° и Я ГО Я В. я о о
Ч И
го о 2 с
ч о 2 Е ° и Я ГО Я В. я о о
Ч И
го о 2 с
го g = 9 н §5
Р с £ t- о о я я к я о 2 а $ §Е X о Р< о з Го ffl a S52
So 3 Р. о Е- Н ГО О ГО
го g = 9 н §5
Р с £ t- о о я я к я о 2 а $ §Е X о Р< о з Го ffl a S52
So 3 Р. о Е- Н ГО О ГО
х . х
Е -и
« »> о 3 ..2 Я го ^
х . х
Е -и
« »> о 3 ..2 Я го ^
О у к ГО ГО го 2 s я 2 и 7 «§ *£я «*^к 43 го
к я 2 я о u го Е — Я го Н о я О 5* I i = I
О у к ГО ГО го 2 s я 2 и 7 «§ *£я «*^к 43 го
к я 2 я о u го Е — Я го Н о я О 5* I i = I
Я У •»
2 йК
•о .2 У ч5 к
Е- а о гони Н и о
Я У •»
2 йК
•о .2 У ч5 к
Е- а о гони Н и о
Е
Е
я ... с
у « 2
О ' я
я ... с
у « 2
О ' я
3
3
sea 2
« fa ГО
sea 2
« fa ГО
Для обеспечения надежной подачи смазочного материала усилие, развиваемое давлением в смазочной системе на шарик питателя, должно быть меньше суммарного усилия пружины и давления сжатого воздуха в штоковой полости цилиндра. Питатели рекомендуется располагать выше уровня цилиндра и подсоединять непосредственно к его полости или входному штуцеру.
Маслораспылители обеспечивают подачу в пневматические устройства распыленного жидкого смазочного материала. По принципу подачи смазочного материала из емкости в поток сжатого воздуха маслораспылители могут быть эжекторного и фитильного типов.
В маслораспылителях эжекторного типа подача смазочного материала (минеральных масел) обеспечивается при условии: ^p > ^Н, где Др — разность между значениями давления в емкости маслораспылителя и давления в месте ввода минерального масла в поток сжатого воздуха; ум — удельный вес минерального масла; Н — высота, на которую необходимо поднять столб минерального масла над его уровнем в емкости.
В маслораспылителях фитильного типа подача смазочного материала в зону распыления происходит в основном за счет сил, действующих в капиллярах пористого стержня.
Для подачи смазочного материала к трущимся поверхностям устройств наибольшее применение в отечественной и зарубежной практике получили маслораспылители эжекторного типа с однократным распылением смазочного материала (рис. 12.21, а).
Выпускают также маслораспылители эжекторного типа с двукратным распылением смазочного материала. Характерным отличием этой конструкции масло- распылителей является принцип отвода распыленного масла. В маслораспылителях однократного распыления все масло, поступившее в зону распыления, уносится потоком сжатого воздуха в систему, а в маслораспылителях двукратного распыления поток воздуха с распыленным маслом проходит через резервуар, где крупные частицы масла осаждаются, а мелкораспыленное масло поступает к выходному отверстию. Подачу масла регулируют с помощью дросселя 1 (рис. 12.21, 3), изменяющего перепад давления между полостями резервуара и под колпачком.
Повышение стабильности подачи масла при изменении расхода воздуха достигается применением специального устройства (рис. 12.21, а), обеспечивающего автоматическое изменение площади канала при изменении расхода воздуха и поддерживающего постоянной скорость потока воздуха в канале эжекторного сопла. Однако при понижении уровня масла в резервуаре маслораспылителя его подача в зону распыления уменьшается. Этот недостаток особенно характерен для маслораспылителей со значительной высотой резервуара.
На рис. 12.21, е показана конструкция устройства для поддержания постоянства высоты всасывающего столба масла при изменении его уровня в резервуаре. Устройство состоит из трубок 2 и 3, по которым сжатый воздух транспортирует масло в емкость /, откуда оно поступает в зону распыления.
В последнее время для устройств с малой величиной хода и расположением их на разных по уровню частях станков и машин в отечественной и зарубежной практике находят применение смазочные питатели импульсного действия.
Подача смазочного материала устройствами этого типа происходит следующим образом.
При подаче воздуха из магистрали в резервуар (рис. 12.21, ж) масло по трубке 1 поступает под клапан 3, установленный с зазором в корпусе 2. Масло в полость цилиндра через отверстие 5 подается в момент, когда клапан занимает промежуточное положение между верхним и нижним седлами, ограничивающими его ход. Полость цилиндра в это время сообщена с атмосферой. Настройка величины подачи масла обеспечивается регулированием усилия пружины 4 с помощью винта 6, что изменяет время перемещения клапана от нижнего к верхнему седлу.
В одной пневмосистеме может быть смонтировано несколько питателей, что обеспечивает подачу смазочного материала к отдельно расположенным пневматическим устройствам.
Для подачи смазочного материала в индивидуальных смазочных системах с помощью нагнетателей применяют пресс-масленки по ГОСТ 19853—74, встроенные в устройства.
Пневмоустройства
Режим работы пневмоустройств
Уп
Тнп смазочной системы
Тип устройства попами смазочного материала
Пневмомоторы и пневмоинструмент с встроенным распределителем
Непрерывный д 120 включ/мнн
Автоматическая, непрерывной поДачи с дроссельным или объемным дозированием
Маслораспылители Смазочные питатели
Пневмомоторы реверсивные с дистанционным расположением распределителя реверса
До 60 включ/мнн
> 2
<2
Смазочные питатели
Свыше 60 включ/мин
Пневмоцнлиидры, иеполноповоротные двигатели н другие устройства циклического действия
До 4 включ/мнн
> 2
Маслораспылители, смазочные питатели
<2
Смазочные питатели
От 4 до 60 включ/мин
> 2
Маслораспылители, смазочные питатели
<2
Смазочные питатели
Свыше 60 включ/мнн
Распределители, тормозные дроссели, обратные, редукционные и другие клапаны
До 60 включ/мин
Маслораспылители, смазочные питатели
То же с изменением направления подачи сжатого воздуха при работе
До 60 включ/мии
> 2
То же
Смазочные питатели
<2
Свыше 60 включ/мин
Ппевмоустройства всех типов
Кратковременный до
1 включ/ч *
Ручная, реже автоматическая с периодической или непрерывной подачей
Напорные наливные масленки, пресс-масленки, шприцы, маслораспылители, смазочные питатели
Примечания: V IV, - отношение объема рабочей полости пневмо- сУ“маР”ый объем за одни цикл включения) к вну- у подводящих трубопроводов (от пневмораспределителя до входного отверстия пневмодвигателя); У„/Уу - отношение объема сжатого воздуха, проходящего через проточное ПУ, к объему сжатого воздуха в подводящей пнев- отверст."яОпротоТчаногоапТ уСТр0ЙСТва Подачн точного материала до входного
* Смазочный материал — жидкий и пластичный.
Рекомендуемые смазочные системы и устройства (смазочный материал — жидкий)
Таблица 12.17
Смазочные емкости. Для смазывания ряда устройств применяют безнапорные фитильные и с запорной иглой масленки, а также напорные наливные масленки, обеспечивающие периодическую подачу смазочного материала при завинчивании колпачковой гайки, или при сообщении питателя 1 с пневмоприводом через пневмораспределитель 2 с питанием (рис. 12.21, з).
Выбор смазочных устройств и систем. Большое разнообразие промышленных пневмосистем и объектов их применения не позволяет дать рекомендации по выбору смазочных устройств и систем для всех случаев, вследствие чего эти рекомендации могут быть приведены только для типовых пневматических устройств.
В табл. 12.17 указаны области предпочтительного применения смазочных устройств и систем для наиболее широко используемых в промышленности пневматических устройств.
При выборе конкретных типов смазочных устройств и систем из рекомендуемых в табл. 12.17 необходимо учитывать: тип, число, расположение и режим работы пневмоустройств в пневмосистеме; требования к надежности и периодичности обслуживания пневмосистемы; требования к расходу смазочного материала; технические характеристики, стоимость смазочных устройств и т. п.
Ниже приведен ряд рекомендаций по областям предпочтительного применения различных типов устройств подачи смазочного материала.
1. Маслораспылители однократного распыления надежны и просты в эксплуатации, что позволяет использовать их для подачи смазочного материала в пневмоустройства различных типов. Однако при режимах работы, расположении и параметрах пневмоустройств, указанных в п. 2, их не рекомендуют к применению, так как они не обеспечивают надежного смазывания устройств. Техническая характеристика серийных маслораспылителей однократного распыления приведена в табл. 12.18.
Типовые схемы установки маслораспылителей для пневмомоторов и пневмоинструмента приведены на рис. 12,22, а, б; для пневмодвигателей циклического действия на рис. 12.22, е, ж; для проточных пневмоустройств на рис. 12,22, к, л. При постоянном расходе воздуха место установки маслораспылителя не оказывает существенного влияния на работу маслораспылителя. Однако при малой скорости течения сжатого воздуха в трубопроводах смазочные масла перемещаются только под действием гравитационных сил, вследствие чего рекомендуется монтировать трубопроводы с уклоном в сторону смазываемых пневмоустройств.
Техническая характеристика маслораспылителей однократного (В44-1) н двухкратного (В44-2) распыления
Параметры
3
3
3
3
3
3
Условный проход, мм
12
16
25
12
16
25
Давление, МПа: номинальное минимальное
Расход воздуха при давлении 0,4 МПа, м3/мив: максимальный
0,5
1,0
1.0
0
2,5
2
0,4 I
0,63
0,8
минимальный
0,1
0,2
0,4 ।
0,2 |
0.4
1,25
Потеря давления при максимальном расходе МПа, не более Пропускная способность Ку, л/мин
20
40
0,025
100 | 16 |
35
100
Диапазон регулирования подачн масла при постоянном расходе воздуха, капл/мин:
максимальном минимальном Полезная емкость резервуара для масла, см3
200
0—40
0-15
200
400
200
0 — 40
200
400
Долговечность, ч
Масса, кг
1,00
6000
1,00
1,64
1,00
5000
1,00
1,64
Таблица 12.18
Маслораспылнтели двухкратного распыления из-за повышенного расхода масла и возможности загрязнения рабочих помещений масляными аэрозолями, как правило, не рекомендуют для смазывания пневмоустройств. Их применяют в смазочных системах подшипниковых узлов, закрытых передач, для транспортирования масляных аэрозолей к смазываемым узлам на значительные расстояния (до 30 м) с установкой на выхлопе из смазываемых устройств фильтров или конденсаторов для улавливания масляных аэрозолей.
Пневматические питатели импульсного действия рекомендуются для подачи смазочного материала в пневмосистемах: с малой величиной хода подвижных деталей пневмоустройства, при резко отличающемся потреблении сжатого воздуха разными устройствами; в тяжелых условиях по запыленности и влажности окружающей среды, при высоких нагрузках и требованиях к надежности; при наличии большого числа смазываемых пневмоустройств, расположенных на разных уровнях; при значительной протяженности пневмолиний от распределителя к исполнительному устройству.
На pjic. 12.22, г, гц м приведены типовые схемы установки пневматических питателей импульсного действия. Рекомендуется подключать линию подвода смазочного материала от питателя непосредственно к входному штуцеру смазываемого устройства с расположением питателя выше уровня установки писвмоуст- ройства.
Питатели централизованной смазочной системы станков, прессов и других машин незаменимы для пневмоустройств с высокой цикличностью, в которых пневматические питатели не могут быть использованы из-за их относительно низкого быстродействия. Типовые схемы их установки приведены на рис. 12.22, в, д, з, к.
Безнапорные наливные масленки рекомендуют для подачи смазочного материала в подшипниковые опоры и редукторы пневмоустройств, работающих в относительно легких режимах (например, эпизодического действия), а также в нерабочие полости пневмоустройств (рис. 12.22, л).
Напорные наливные масленки могут быть использованы как в случаях, указанных для безнапорных масленок, так и для периодической ручной подачи 392
смазочного материала к трущимся поверхностям втулки и штока пневмоцилиидра, муфты подвода воздуха и т. п.
Пресс-масленки и смазочные шприцы применяют для ручного ввода смазочного материала в пневмоустройства, работающие в относительно легких по нагрузке и цикличности режимах работы. Кроме того, эти устройства нашли применение в системах, где использование устройств автоматического ввода в поток смазочного материала (минеральных масел) не допускается из-за выноса масляных аэрозолей в атмосферу.
Краткая характеристика смазочных материалов. Для смазывания трущихся поверхностей пневмоустройств используют жидкие, пластичные (консистентные) и твердые смазочные материалы. В последнее время в пневмоустройствах все шире применяют самосмазывающиеся материалы. При выборе смазочных материалов необходимо учитывать следующие факторы: материал трущихся поверхностей, рабочую температуру, частоту вращения или линейную скорость, нагрузку, эксплуатационные требования и др.
Системы с жидким смазочным материалом имеют следующие преимущества: низкий коэффициент трения, возможность применения при высокой частоте вращения и линейной скорости, охлаждающее действие и возможность обеспечения непрерывной подачи нового масла. К недостаткам этих систем относятся утечка, относительно большой расход смазочного материала, загрязнение окружающей среды масляными аэрозолями и парами. К положительным свойствам смазочных систем с пластичным смазочным материалом следует отнести: возможность применения для смазывания трущихся поверхностей пневмоустройств, работающих при высокой температуре, вибрациях, большой нагрузке; длительность смазывающего эффекта; меньшую, по сравнению с жидкой смазкой, чувствительность к наличию влаги в сжатом воздухе; простоту конструкции. Недостатками систем с пластичным материалом являются относительно высокий коэффициент трения, ограниченность применения при низких температурах, высокая трудоемкость обслуживания устройств из-за необходимости периодического контроля и ручного способа смазывания. Применение самосмазывающихся материалов в пневмоустройствах является в перспективе наиболее оптимальным решением проблемы смазывания их трущихся поверхностей, однако серийный выпуск пневмоустройств такого типа в настоящее время отсутствует. Поэтому рациональный выбор жидких смазочных материалов является наиболее актуальной задачей при проектировании и эксплуатации пневмосистем.
Из жидких смазочных материалов наибольшее применение в пневмосистемах получили минеральные масла, обеспечивающие хорошее распыленней последующее осаждение капель на смазываемых поверхностях пневмоустройств.
Надежность работы маслораспылителей в значительной степени зависит от вязкости применяемого масла. Масло с вязкостью до ЗОХ 10"4 м2/с (30 сСт) может хорошо распыляться без подогрева, а при использовании масла с более высокой вязкостью для обеспечения эффективного распыления, как правило, необходим подогрев масла или сжатого воздуха. При неизменной настройке маслораспыли- теля изменение вязкости масла влияет на его расход и количество полученного масляного тумана. Поэтому для поддержания постоянства производительности маслораспылителя изменение температуры масла при работе должно быть минимальным.
При значительных изменениях температуры окружающей среды сорт масла выбирают с учетом его нагрева (или охлаждения) и соответствующего изменения вязкости. Применяющийся в системах сжатый воздух часто может содержать влагу, которая вместе с масляным туманом поступает в пневмоустройство. Поэтому в масло целесообразно вводить антикоррозийную присадку, а в пневмоси- стемах удалять влагу. При низких температурах окружающей среды применяют масло с пониженной вязкостью или подогревают его. Для высоких температур рекомендуются сорта масел с вязкостью до 10-3 м2/с (100 сСт) при температуре 50 °C. Для пневмоустройств, работающих в условиях ударных нагрузок и вибрации, рекомендуются сорта масел, имеющие высокопрочную пленку.
Расход смазочных материалов определяют конструктивными параметрами и материалами трущихся пар, а также режимом и условиями его работы (частота включений, температура и др.).
Величины подачи минеральных масел обычно устанавливают из расчета двух—пяти капель масла на 1 м3 свободного воздуха, поступающего в устройство.
Пластичные смазочные материалы (ЦИАТИМ-201, 221) используют для смазывания эпизодически работающих пневмоустройств при невозможности или недопустимости применения жидких смазочных материалов. Расход пластичных смазочных материалов определяют периодичностью смазывания пневмоустройства. При качественной очистке сжатого воздуха (отсутствие влаги в жидком состоянии) и правильном выборе трущихся пар период между внесением пластичного смазочного материала обычно составляет 5000—50 000 включений пневмоустройства. Наличие влаги в сжатом воздухе значительно сокращает время между периодами смазывания.
Смазочные материалы для пневмоустройств должны быть стойкими к окислению, не должны оказывать разрушающего воздействия на материал уплотнений и образовывать отложений.
БОРЬБА С ШУМОМ И ЗАГРЯЗНЕНИЕМ
ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ПРИ РАБОТЕ ПНЕВМОСИСТЕМ
Увеличение быстродействия и энергоемкости пневматических устройств привело к резкому возрастанию интенсивности шума и загрязнению окружающей среды масляными аэрозолями из-за выноса смазочных материалов с отработанным воздухом. Шумы, возникающие при работе устройств, могут быть механического и аэродинамического происхождения.
Шумы механического происхождения возникают при ударах поршней, золотников, клапанов, вибрации трубопроводов и т. п.; снижение их уровня до требований санитарных норм достигается в результате оптимизации конструктивных параметров этих устройств или введения тормозных и амортизирующих устройств.
Наиболее сложной задачей является борьба с шумами аэродинамического происхождения, возникающими в основном из-за турбулентного смешения сжатого воздуха с окружающей средой при выхлопе. Интенсивность этого шума пропорциональна восьмой степени скорости истечения струи сжатого воздуха.
Так как давление сжатого воздуха в промышленных пневмосистемах составляет 0,4—0,6 МПа, истечение сжатого воздуха в атмосферу при выхлопе происходит, как правило, в надкритическом режиме со скоростью потока, близкой к скорости звука.
Уровень шума при работе наиболее распространенных пневмоприводов, не оснащенных устройствами его снижения, составляет 95—120 дБА, причем наибольшие значения уровня расположены в высокочастотной части спектра.
Таким образом, уровень шума при работе пневмоприводов существенно превышает действующие санитарные нормы, а импульсный и высокочастотный характер шума усугубляют вредное воздействие его на человека.
Компрессорное масло и смазочные материалы для смазывания пневмоустройств, содержащиеся в сжатом воздухе, при выхлопе распыливаются и загрязняют воздух производственных помещений. Концентрация масляных аэрозолей (масляного тумана) более 5 мг на 1 м3 воздуха производственных помещений может привести к ингаляционному повреждению легких.
Для снижения уровня шума при выхлопе сжатого воздуха применяют активные и реактивные глушители. Активные глушители (глушители трения) наиболее универсальны и эффективны в широком диапазоне частоты (25—8000 Гц). Их изготовляют как отдельные устройства, реже — встроенными, для применения с различными видами пневмоприводов, в том числе с пневматическими двигателями поступательного и вращательного движения. Реактивные глушители (акустические фильтры) используют, как правило, для снижения шума пневматических моторов и инструментов с определенной полосой частот наибольшей интенсивности шума. Сопротивление реактивных глушителей меньше, чем активных, однако большой размер и появление из-за вихреобразования собственного низкочастотного шума значительно сужает область их применения.
Из применяемых глушителей наиболее широкое распространение получили активные глушители с радиальным выходом потока воздуха. Звукопоглощающий 394
б)б)a)a)tear-tear-6)6)Рис. 12.23. Конструкции, устройств для снижения шума:Рис. 12.23. Конструкции, устройств для снижения шума:а — с втулкой из пористой керамики или пластмассы; б — из пористой металлокерамики; в — фильтр- глушительа — с втулкой из пористой керамики или пластмассы; б — из пористой металлокерамики; в — фильтр- глушительэлемент в глушителях этого типа представляет собой пористую втулку, изготовляемую из пористого материала (синтетики, металлокерамики, шамотной керамики и т. п.).
б)
б)
a)
a)
tear-
tear-
6)
6)
Рис. 12.23. Конструкции, устройств для снижения шума:
Рис. 12.23. Конструкции, устройств для снижения шума:
а — с втулкой из пористой керамики или пластмассы; б — из пористой металлокерамики; в — фильтр- глушитель
а — с втулкой из пористой керамики или пластмассы; б — из пористой металлокерамики; в — фильтр- глушитель
Наиболее эффективны глушители с втулками из пористой синтетики с порами размером до 100 мкм, имеющие достаточно высокую пропускную способность и обеспечивающие улавливание масляных аэрозолей в отработанном сжатом воздухе.
На рис. 12.23, а приведена конструкция, а в табл. 12.19 [9] даны основные параметры глушителей типа П-ГП, выпускаемых черке-
сским заводом «Гидропневмонормаль». К недостаткам глушителей этого типа (с втулками из керамики и пористой пластмассы) следует отнести большие размеры и низкую прочность звукопоглощающего элемента.
Глушители шума с втулками из пористой металлокерамики (рис. 12.23, б) имеют небольшие размеры и высокую прочность, однако их эффективность по улавливанию масляных аэрозолей ниже.
При повышенных требованиях к улавливанию масляных аэрозолей при выхлопе сжатого воздуха необходимо использовать специальные глушители комбинированного типа. Конструкции глушителей этого типа могут быть построены на базе фильтров-влагоотделителей типа 3 по ГОСТ 17437—72.
При поступлении в фильтр-глушитель (рис. 12.23, в) сжатый воздух проходит через первый мелкопористый слой фильтроэлемента, в котором мелкие частицы масла объединяются в более крупные капли, затем проходит через второй, грубо- волокнистый слон фильтроэлемента. Расширение сжатого воздуха во втором слое фильтроэлемента и на выходе приводит к значительному снижению скорости потока воздуха, и капельки масла под действием силы тяжести выпадают и собираются в нижней части резервуара. Выхлоп воздуха в атмосферу происходит через пористую втулку. Устройства этого типа эффективно снижают шум и улавливают масляные аэрозоли. Учитывая более сложную конструкцию, более высокую стоимость и увеличенные размеры, целесообразно устанавливать фильтр-глушитель на общем выхлопном трубопроводе для всей пневмосистемы.
Параметр
П-ГН 8/0,63
П-ГП 12/0,63 |
П-ГИ 16/0,63
П-ГП 20/0,63
Условный проход, мм . . Номинальный расход воз-
8
12
16
20
духа, м’/мии
Общий уровень шума, дБА
0,4
1,0
8
L6
5
2,5
Долговечность, ч
5000
Maccat кг
0,180.
0,300|
0,450
0,750
Таблица 12.19
Техническая характеристика глушителей типа П-ГП
(номинальное давление в системе 0,63 МПа, потеря давления при номинальном расходе 0,02 МПа)
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ 1
Басманов П. И.. Борисов Н. Б. Фильтры АФА. Каталог — справочник. М.: Атомиздат, 1970. 44 с.
Башта Т. М. Машиностроительная гидравлика. Справочное пособие. М.: Машино* строение, 1971. 542 с.
Герц Е. В.э Крейнин Г. В. Динамика пневматических приводов машин-автоматов. М.: Машииостроеиие, 1969. 236 с.
ЛишневскиЙ М. И. Воздухоснабжение пневматических систем автоматизации. Тематический обзор. М.: 1973. 80 с. (ЦНИИТЭнефтехим).
СидоровА. И., Шумяцкий Ю. И. Адсорбционная осушка газов. М.: 1972. 104 с (МХТИ).
Смазочное оборудование. Каталог. М.: 1979. 142 с. (НИИМАШ).
Смазочное оборудование. Каталог—справочник. М.:, 1969. 225 с. (НИИМАШ).
Ужов В. Н.,Мягков Б. И. Очистка промышленных газов фильтрами. М.: Химия, 1970. 148 с.
Элементы и устройства пневмоавтоматики высокого давления. Каталог. М. 1978. 154 с. (НИИМАШ).
Newman Р. Е., Connel С. F, Selecting dry compressed air sistems <Air Conditioning, Heating and Ventilating», november, 1978, p. 47—51.
O' Keete W. Air dryers, aftercoolers and filters. — Power, 1972, № 12, p. 21—28.
Pneumatic Handbook. Second Edition Morden, Surrey, Trade and Technical Press Ltd., 616 p.
Warring R. H. Filters and filtration. Morden, Surrey, Trade and Technical Press Ltd. 1969. 228 p.
°а
= 0,1
аа =
0,15
°а =
0,2
аа =
0,25
°1У
£у
°1У
"У
°1У
£у
°!У
0,5
0,1261
0,9500
0,1261
0,9500
0,1261
0,9500
0,1261
0 9500
1.0
0,2468
0,8220
0,2468
0,8220
0,2468
0,8220
0,2468
0,8220
1,5
0,3592
0,6817
0,3592
0,6817
0,3592
0,6817
0,3592
0,6817
2,0
0,4627
0,5582
0,4627
0,5582
0,4627
0,5582
0,4625
0^5584
2,5
0,6606
0,4620
0,5597
0,4624
0,5583
0,4630
0,5406
0,4797
3,0
0,6626
0,3960
0,6526
0,3960
0,6526
0,3960
0,5928
0,4383
5,0
0,9961
0,2630
0,8791
0,2920
0,7720
0,3354
0,6819
0,3780
Q
°а =
= 0.3
аа =
0.4
°а =
= 0,5
аа =
= 0,6
бу
°1У
°1У
-у
°1У
£у
а1У
0,5
0,1261
0,9500
0,1261
0,9500
0,1251
0,9509
0,1176
0,9536
1,0
0,2468
0,8220
0,2459
0,8227
0,2349
0,8363
0,2090
0,8650
1,5
0,3692
0,6817
0,3450
0,6995
0,3102
0,7434
0,2649
0,7999
2,0
0,4522
0,5703
0,4080
0,6220
0,3530
0,6893
0,2945
0,7631
2,5
0,5108
0,5065
0,4442
0,5790
0,3773
0,6593
0,3109
0,7425
3,0
0,5474
0,4760
0,4654
0.5552
0,3914
0,6420
0,3204
0,7300
5,0
0,6084
0,4254
0,4980
0,5196
0,4130
0,6161
0,3357
0,7113
(X = 0,
2. П„ =
0,9)
Й
°а =
0,1
аа =
0,15
°а =
0,2-
°а =
0,25
ty
°1У
^У
°1У
ty
°1У
бу
°1У
0,5
0,1240
0,9487
0,1240
0,9487
0,1240
0,9487
0,1240
0,9487
1.0
0,2421
0,8275
0,2421
0,о275
0,2421
0,8275
0,2421
0,8275
1.5
0,3508
0,6922
0,3508
0,6922
0,3508
0,6922
0,3508
0,6922
2,0
0,4497
0,5730
0,4494
0,5734
0,4490
0,5736
0,4380
0,5860
2,5
0,5392
0,4800
0,5392
0,4800
0,5292
0,4890
0,4865
0,5319
3,0
0,6236
0,4150
0,6047
0,4279
0,5590
0,4630
0,5130
0,5040
5,0
0,7950
0,3250
0,6950
0,3723
0,6162
0,4190
0,5529
0,4680
й
° а =
= 0,3
°а =
0,4
°а =
0,5
° а =
0,6
1у
°1У
бу
°1У
1у
aiy
а1У
0,5
0,1240
0,9487
0.1240
0,9487
0,1190
0,9525
0,1044
0,9631
1,0
0,2421
0,8275
0,2375
0,8340
0,2126
0,8619
0,1735
0,9039
1,5
0,3469
0,6972
0,3156
0,7365
0,2697
0,7939
0,2151
0,8591
2,0
0,4152
0,6135
0,3593
0,6819
0,2982
0,7586
0,2324
0,8392
2,5
0,4517
0,5707
0,3822
0,6532
0,3141
0,7384
0.2444
0,8249
3,0
0,4720
0,5477
0,3952
0,6370
0,3243
0,7256
0,2504
0,8177
5,0
0,5018
0,5164
0,4153
0,6132
0,3360
0,7100
0,2591
0,8071
Значения установившихся значений скорости и давления (X ^0,1, П31 =0,9)
Q
° a =
0.1
°а “
0,15
° а =
0,2
° а =
0,25
$у
°1У
$у
°1У
ч
aiy
бу
°1У
0,5
0,1217
0,9509
0,1217
0,9509
0,1217
0,9509
0,1187
0,9528
1,0
0,2344
0,8341
0,2344
0,8341
0,2344
0,8341
0,2344
0,8341
1,5
0,3411
0,7044
0,3411
0,7044
0,3411
0,7044
0,3367
0,7099
2,0
0,4343
0,5911
0,4343
0,5911
0,4216
0,6058
0,3953
0,6396
2,5
0,5150
0,5025
0,4958
0,5219
0,4606
0,5605
0,4240
0,6027
3,0
0,5718
0,4525
0,5243
0,4935
0,4799
0,5390
0,4391
0,5852
5,0
0,5882
0,4390
0,5588
0,4630
0,5048
0,5126
0,4592
0,5619
° a =
0,3
° а =
0,4
аа =
0,5
° а =
0,6
Q
^У
°1У
^У
°1У
бу
°1У
бу
°1У
0,5
0,1157
0,9550
0,1097
0,9595
0,0957
0,9689
0,0707
0,9828
1,0
0,2340
0,8346
0,2178
0,8560
0,1806
0,8968
0,1260
0,9479
1,5
0,3211
0,7295
0,2752
0,7872
0,2189
0,8663
0,1505
0,9262
2,0
0,3659
0.6734
0,3033
0,7520
0,2367
0,8341
0,1598
0,9174
2,5
0,3880
0,6460
0,3178
0,7338
0,2464
0,8224
0,1663
0,9111
3,0
0,3999
0,6314
0,3253
0,7244
0,2520
0,8250
0,1696
0,9076
5,0
0,4172
0,6109
0,3381
0,7082
0,2600
0,8030
0,1743
0,9032
(X = 0,
4, П21 =
0,9)
° а =
= 0,1
°а =
0,15
= 0,2
° а =
0,25
Q
ty
aiy
бу
а1У
^У
aiy
бу
°1У
0,5
0,1188
0,9526
0,1188
0,9526
0,1188
0,9526
0,1182
0,9527
1,0
0,2300
0,8417
0,2300
0,8417
0,2300
0,8417
0,2296
0,8423
1,5
0,3297
0,7188
0,3297
0,7188
0,3248
0,7248
0,3062
0,7484
2,0
0,4150
0,6134
0,4031
0,6279
0,3728
0,6636
0,3416
0,7038
2,5
0,4706
0,5493
0,4329
0,5922
. 0,3949
0,6377
0,3579
0,6833
3,0
0,4791
0,5399
0,4464
0,5768
0,4054
0,6250
0,3655
0,6739
5,0
0,5089
0,5085
0,4617
0,5593
0,4195
0,6084
0,3782
0,6583
°а =
= 0,3
° a '
= 0,4
аа =
= 0,5
Q
1у
°1У
1у
°1У
бу
°1У
0,5
0,1160
0,9549
0,1095
0,9596
0,0832
0,9762
1,0
0,2214
0,8519
0,1861
0,8910
0,1311
0,9430
1.5
0,2814
0,7795
0,2233
0,8497
0,1527
0,9240
2,0
0,3086
0,7453
0,2400
0,8298
0,1624
0,9150
2,5
0,3216
0,7289
0,2487
0,8196
0,1675
0,9099
3,0
0,3297
0,7188
0,2533
0,8138
0,1699
0,9077
5,0
0,3397
0,7062
0,2610
0,8048
0,1749
0,9027
Продолжение
(X = 0,3, Пи = 0,9)
Q
аа = 0,1
аа = 0,15
°а = 0,2
Оа = 0,25
бу
°1У
Ч
aiy
ч
ajy
бу
"1У
0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0
5,0
0,1156 0,2227
0.3158 0,3822 0,4036 0,4128 0,4216
0,9555 0,8504
0,7362 0,6532 0,6270
0,6161 0,6056
0,1156 0,2227
0,3111
0,3497
0,3644 0,3726
0,3807
0,9555 0,8504 0,7421 0,6936 0,6753 0,6650 0,6550
0,1156 0,2227
0,2885 0,3154 0,3267
0,3325
0,3404
0,9555 0.8504 0,7706 0,7368 0,7226
0,7153 0,7053
0,1156 0,2110
0,2598 0,2785 0,2890
0,2940
0,3011
0,9555 0,8637 0,8061
0,7831
0,7699 0,7637 0,7548
Q
аа = 0,3
аа = 0,4
бу
°1У
бу
°1У
0,5 1,0 1,5 2,0 2.5
3,0 5,0
0,1115 0,1916
0,2284 0,2435 0,2513 0,2554 0,2615
0,9581 0,8851 0,8438 0,8254 0,8164 0,8114 0,8041
0,0867
0,1353
0,1555
0,1644
0,1688
0,1713
0,1754
0.9742 0,9394
0,9214 0,9130 0,9086 0,9061
0,9022
(X = 0,6, П„ = 0,9)
Й
аа = 0,1
аа = 0,15
°а ~ 0,2
Оа = 0,25
бу
°1У
бу
°1У
бу
aiy
6у
°1У
0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 5,0
0,1107 0,2127 0.2821 0,3227 0,3310 0,3353
0,3420
0,9580 0,8609 0,7782
0,7271
0,7170 0,7101 0,7033
0,1107
0,2111
0,2606 0,2863 0,2925
0,2972 0,3044
0,9580 0,8618 0,8049 0,7740 0,7660 0,7599
0,7515
0,1105 0,1951 0,2341 0,2484 0,2533 0,2583 0,2627
0,9584
0,8822
0.8366
0,8203
0,8140 0,8088 0,8031
0,1101 0,1808 0,2001 0,2082 0,2137 0,2176 0,2213
0,9589
0,9029
0,8775
0,8658
0,8611
0,8571
0,8526
й
аа = 0,3
£
а1У
0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 5.0
0,0962 0,1374 0,1540 0,1660 0,1700
0,1730 0,1760
0,9719 0,9377 0,9229 0,9109 0,9078 0,9050
0,9018
(X = 0,5, П21 = 0,9)
Продолжена6
°а =0,1°а =0,15°а =0,2° а =0,25Qбу°1убу°1Убу»1Убу°1У0,50,10720,96150,10220,96180,09540,96900,07100,98271,00,20160,87500,18450,89780,14530,93000,10170,96501,50,23830,83230,20440,87120,16300,91480.11230,95802,00,25420,81360.21330,86170,16900,90850,11570,95502,50,25740,80910,21670,85740,17200,90550,11810,95303,00,26220,80320,21870,85500,17370,90380,11900,95205,00,26330,80210,22160,85180,17600,90140,12200,9500°а =0,1°а =0,15°а =0,2° а =0,25Qбу°1убу°1Убу»1Убу°1У0,50,10720,96150,10220,96180,09540,96900,07100,98271,00,20160,87500,18450,89780,14530,93000,10170,96501,50,23830,83230,20440,87120,16300,91480.11230,95802,00,25420,81360.21330,86170,16900,90850,11570,95502,50,25740,80910,21670,85740,17200,90550,11810,95303,00,26220,80320,21870,85500,17370,90380,11900,95205,00,26330,80210,22160,85180,17600,90140,12200,9500(Х = 0,7, П21 =0,9)(Х = 0,7, П21 =0,9)ПродолжениеПродолжениеПРИЛОЖЕНИЕ 2ПРИЛОЖЕНИЕ 2Температура, °CДавление Рнп насыщенного водяного пара, ПаТемпература, °CДавление Рип насыщенного водяного пара, ПаТемпература, °CДавление Рип насыщенного водяного пара, Па-601.08-2285,3+ 161915— 581.41-20102--182 062— 561,84-18125--202 337-542,37-16151--222 642— 523,07-14181--242 982— 503,93-12218--263 360— 485,04-10260--283 778— 466,41-8310--304 241— 448,12—6369--324 753-4210,2— 4437--345 318-4012,9— 2517--365 940— 3816,10610--386 624— 3620.1+2706-407 375—3424,9+ 4813-428 198— 3230,9+ 6935--449 100-3038,1+ 81072— 4610 085— 2846,8+ 101227— 4811 162— 26— 2457,370,1+ 12 + 1414011597+ 5012 335Температура, °CДавление Рнп насыщенного водяного пара, ПаТемпература, °CДавление Рип насыщенного водяного пара, ПаТемпература, °CДавление Рип насыщенного водяного пара, Па-601.08-2285,3+ 161915— 581.41-20102--182 062— 561,84-18125--202 337-542,37-16151--222 642— 523,07-14181--242 982— 503,93-12218--263 360— 485,04-10260--283 778— 466,41-8310--304 241— 448,12—6369--324 753-4210,2— 4437--345 318-4012,9— 2517--365 940— 3816,10610--386 624— 3620.1+2706-407 375—3424,9+ 4813-428 198— 3230,9+ 6935--449 100-3038,1+ 81072— 4610 085— 2846,8+ 101227— 4811 162— 26— 2457,370,1+ 12 + 1414011597+ 5012 335Давление (упругость) насыщенного водяного параДавление (упругость) насыщенного водяного пара
°а =
0,1
°а =
0,15
°а =
0,2
° а =
0,25
Q
бу
°1у
бу
°1У
бу
»1У
бу
°1У
0,5
0,1072
0,9615
0,1022
0,9618
0,0954
0,9690
0,0710
0,9827
1,0
0,2016
0,8750
0,1845
0,8978
0,1453
0,9300
0,1017
0,9650
1,5
0,2383
0,8323
0,2044
0,8712
0,1630
0,9148
0.1123
0,9580
2,0
0,2542
0,8136
0.2133
0,8617
0,1690
0,9085
0,1157
0,9550
2,5
0,2574
0,8091
0,2167
0,8574
0,1720
0,9055
0,1181
0,9530
3,0
0,2622
0,8032
0,2187
0,8550
0,1737
0,9038
0,1190
0,9520
5,0
0,2633
0,8021
0,2216
0,8518
0,1760
0,9014
0,1220
0,9500
°а =
0,1
°а =
0,15
°а =
0,2
° а =
0,25
Q
бу
°1у
бу
°1У
бу
»1У
бу
°1У
0,5
0,1072
0,9615
0,1022
0,9618
0,0954
0,9690
0,0710
0,9827
1,0
0,2016
0,8750
0,1845
0,8978
0,1453
0,9300
0,1017
0,9650
1,5
0,2383
0,8323
0,2044
0,8712
0,1630
0,9148
0.1123
0,9580
2,0
0,2542
0,8136
0.2133
0,8617
0,1690
0,9085
0,1157
0,9550
2,5
0,2574
0,8091
0,2167
0,8574
0,1720
0,9055
0,1181
0,9530
3,0
0,2622
0,8032
0,2187
0,8550
0,1737
0,9038
0,1190
0,9520
5,0
0,2633
0,8021
0,2216
0,8518
0,1760
0,9014
0,1220
0,9500
(Х = 0,7, П21 =0,9)
(Х = 0,7, П21 =0,9)
Продолжение
Продолжение
ПРИЛОЖЕНИЕ 2
ПРИЛОЖЕНИЕ 2
Температура, °C
Давление Рнп насыщенного водяного пара, Па
Температура, °C
Давление Рип насыщенного водяного пара, Па
Температура, °C
Давление Рип насыщенного водяного пара, Па
-60
1.08
-22
85,3
+ 16
1915
— 58
1.41
-20
102
--18
2 062
— 56
1,84
-18
125
--20
2 337
-54
2,37
-16
151
--22
2 642
— 52
3,07
-14
181
--24
2 982
— 50
3,93
-12
218
--26
3 360
— 48
5,04
-10
260
--28
3 778
— 46
6,41
-8
310
--30
4 241
— 44
8,12
—6
369
--32
4 753
-42
10,2
— 4
437
--34
5 318
-40
12,9
— 2
517
--36
5 940
— 38
16,1
0
610
--38
6 624
— 36
20.1
+2
706
-40
7 375
—34
24,9
+ 4
813
-42
8 198
— 32
30,9
+ 6
935
--44
9 100
-30
38,1
+ 8
1072
— 46
10 085
— 28
46,8
+ 10
1227
— 48
11 162
— 26
— 24
57,3
70,1
+ 12 + 14
1401
1597
+ 50
12 335
Температура, °C
Давление Рнп насыщенного водяного пара, Па
Температура, °C
Давление Рип насыщенного водяного пара, Па
Температура, °C
Давление Рип насыщенного водяного пара, Па
-60
1.08
-22
85,3
+ 16
1915
— 58
1.41
-20
102
--18
2 062
— 56
1,84
-18
125
--20
2 337
-54
2,37
-16
151
--22
2 642
— 52
3,07
-14
181
--24
2 982
— 50
3,93
-12
218
--26
3 360
— 48
5,04
-10
260
--28
3 778
— 46
6,41
-8
310
--30
4 241
— 44
8,12
—6
369
--32
4 753
-42
10,2
— 4
437
--34
5 318
-40
12,9
— 2
517
--36
5 940
— 38
16,1
0
610
--38
6 624
— 36
20.1
+2
706
-40
7 375
—34
24,9
+ 4
813
-42
8 198
— 32
30,9
+ 6
935
--44
9 100
-30
38,1
+ 8
1072
— 46
10 085
— 28
46,8
+ 10
1227
— 48
11 162
— 26
— 24
57,3
70,1
+ 12 + 14
1401
1597
+ 50
12 335
Давление (упругость) насыщенного водяного пара
Давление (упругость) насыщенного водяного пара
ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ
А
Абсорбция 372
Адсорбция 363, 370
Б
Безразмерная нагрузка 41, 322
— установившаяся скорость 327, 396
Безразмерное время 321, 323—327
— давление 322, 328, 330, 396
атмосферное 322
Безразмерный конструктивный параметр
I 322, 327
— начальный объем 322
— параметр нагрузки 41, 322
Виды управления распределителей 82
Влагоемкость 370—372
— динамическая 371
— статическая 370
Влагосодержание воздуха 353
Влажность абсолютная 8
— относительная 8
Воздействие загрязнений на пневмоустройства
физическое 356
химическое 356
электролитическое 356
Воздух влажный 8, 353
Воздухосборник 23,
Временное устройство 294
Время безразмерное 321, 323—327
— защитного действия слоя адсорбента 371
— истечения из полости до заданного давления 315, 316, 319
— наполнения полости до заданного давления 310, 312, 318
— распространение волны давления 321
Время срабатывания + 19, 27, 42, 320
— — Дискретного пиевмоустройства 320, 322, 324, 325
пневмораспределнтелей 86, 87
Выбор материала прокладок 143
и типа трубопроводов 170
— пневмораспределителей 84
— пневмоцилиндра с заданным законом движения поршня 42
— редукционных пневмоклапанов 127
— смазочных устройств н систем 391
— степени очистки сжатого воздуха 356
— типа пневмомоторов 59, 60
— устройств для очистки воздуха 383
— — осушки сжатого воздуха 383
Выключатель путевой струйный 222
Г
Газ идеальный 9, 10
— реальный 10
Газовая постоянная удельная 10, 13, 311, 353
Генератор импульсов 294
Герметизация гибкими разделителями 157
— манжетными уплотнениями 151 — 154
неподвижных соединений 140
— — иеразборных 140
— разборных 140
— соединений с возвратно-поступательным движением 147
Герметичность пиевмоустройств 140
Гидравлический радиус 123
Гндрофобизация 366
Глушитель активный 394
— реактивный 394
Д
Давление абсолютное 8, 12, 13, 20, 21
атмосферное 8
безразмерное 322, 328, 330
в магистрали 310
избыточное 8, 69
номинальное 95—109
нормальное атмосферное 8
— питания 109
установившееся 319, 396
Датчик размера 221
температуры 193
уровня жидкости 193
Движение изоэнтропическое 10 Дроссель см. пневмодроссель
3
Загрязнения сжатого воздуха 352 водой 352 — — — газообразные 354 — — — маслом 353, 355 твердые 354, 355 Задатчик 200 Закон Бойля —Мариотта 9 — Гей-Люссака 9 — термодинамики первый 10 — Шарля 9 И Импульсатор 294 Индикатор давления 71, 76, 77 — — малогабаритный 77
К
Клапан см. пиевмоклапаи
Классы загрязненности сжатого воздуха 355
Командоаппарат 19 2, 283 — 287
Компрессор 23 — 25
Кондиционирование сжатого воздуха 352
Конструктивный параметр безразмерный 322, 326, 327 Контур графа 280 Концевой холодильник 280 Коэффициент динамической вязкости 10, 13 — кинематической вязкости 10, 358 — очистки 361, 363 — — фрикционный 361 —- полезного действия 59 — пропускной способности 322 — расхода 12, 18, 126, 310, 311 — сопротивления 125, 311, 317 — теплопроводности 358 — теплоотдачи 358
Л
Логическая система 270
Логические функции 267, 293
— в дизъюнктивной нормальной форме 269
— в конъюнктивной нормальной форме 269
в дизъюнктивной совершенной нормальной форме 269
— — в конъюнктивной совершенной нормальной форме 269
Логический элемент 195 м Манжета 143 Макросптуация 280 402
Маслораспылитсль 389;
Маслодержание воздуха 353
Материалы уплотнений 166
Матрица Карно 271
для "выходных переменных 274
— — для промежуточных переменных 274
— переходов 274
Мембрана 332
Метаописание 277, 279
Метод Хафмеиа 272
— построения систем управления с применением логических схем алгоритмов 275
Методика расчета пневмоустройства 322, 325
Минимизация логической функции 271
Монтаж струйных систем 259
— трубопроводов 259
— электроаппаратуры 260
Мощность струйных элементов 211
Муфты подвода воздуха 187
Н
Нагрузка безразмерная 41, 322
Надежность пневматических устройств и систем 19, 212
Напряжения, допускаемые для листовой резины 44
О
Общие требования к системам управления 265
Объем безразмерный 322
— — начальный 322
— удельный 8, 9, 13
— эквивалентный 312, 316
Оператор 275
Основные данные по металлическим трубопроводам 174
— — — пластмассовым трубопроводам 177
— _ _ пневмокабелям 178
—рукавам и резиновым трубкам 177
— — — соединениям для металлических труб 184
Основные параметры пиевмомоторов поршневых 52
_ _ _ различных типов 60
пластинчатых 54
— — — шестеренных 52
радиально-поршневых 56
показатели адсорбентов 372
свойства адсорбентов 371
Осушитель рефрижераторного типа 373
Осушка сжатого воздуха комбинированными способами 373
охлаждением 373
— — редуцированием 373
Отношение давлений критическое 13
надкритическое 13
подкритическое 13
Очиститель циклонный 368
П
Параметр безразмерной нагрузки 41, 322 конструктивный 322, 326 Переключатель 191
Период заключительный 321
— подготовительный 321
Плотность 9, 13, 14
Площадь эффективная 18, 310, 312
— — мембраны 322
эквивалентная 322
Пневматическая система управления 263, 309
— — — аналоговая 263
— дискретная 263
Пневматический конечный выключатель 192
Пневмоаппаратура направляющая 78 — регулирующая 121, 130, 264 Пневмовытеснитель 64 — без разделителя сред 64 — с разделителем сред 64
Пневмогидроаккумулятор 67, 73, 74 Пневмогидронасос 66
Пневмогидропреобразователь 65, 73, 74
Пиевмодвигатель камерный 32 — мембранный 31, 33, 43—45 — поворотный 32, 45—49 — поршневой 29 — 36, 359 — сильфонный 32, 45 — шиберный 47 — 49 — шланговый 32 Пневмодроссель 121, 197, 312 — выхлопной 121, 316 — ламинарный 126 — нерегулируемый 121 — переменный 122, 125 — постоянный 123 — регулируемый 121, 126 — с механическим управлением 121 — с обратным клапаном 132, 135 — тормозной 121, 122, 137 — турбулентный 123, 126 — цилиндрический 122, 123, 126 — щелевой 122, 123, 125 Пневмоемкость 198 Пневмоклапаи быстрого выхлопа 88, 89 — выдержки времени 92, 119 — логический «И» 91, 118 «ИЛИ» 91, 118 — обратный 87, 114 — последовательности 89, 116, 117 — предохранительный 128—130, 137 — редуктивный 127, 130—134 Пневмокиопка 191 Пневмолинии 170 Пиевмомотор 32, 49 — 83, 359
— винтовой 33, 58
— мембранный 33, 57, 58
— пластинчатый 33, 49, 53—55
нереверсивный 53, 54
— — реверсивный 54
— поршневой 33, 55—57
— — пятицилиндровый 56
— турбинный 33, 58, 59
— шестеренный 32. 50—53
Пневмопреобразователь 64
Пневморазъем 189
Пневмораспределитель 78
— клапанный 79, 83
— крановый 78, 84
— нормально закрытый 79
открытый 79
— с золотником цилиндрическим 83
— — — плоским 79, 84
Пневмотумблер 191
Пневмоцилиндр 29, 83
— поршневой 29, 30, 3 4 — 36, 3 8
— — вращающийся 31, 36, 37
— — — С ПОЛЫМ ШТОКОМ 31
_ _ — со сплошным штоком 31
— — двустороннего действия 29, 30, 35 —
40
— с двусторонним штоком 30, 35-40
— — зажимной 30, 40
— — одностороннего действия 29, 30, 34
-с гибким штоком 38
ударный 39
— сдвоенный 34, 35
— — с внешним нагружением 45
— — с внутренним нагружением 45
транспортирующий 40, 41
Пневмоэлектропреобразователь 77, 198
Повторитель 196
Подкуб в матрице Карно 272
Позиционер поршневой 36—38
Полость объема переменного 309, 320
— — постоянного 309, 310
— проточная 318, 319
Проектирование пневматических систем управления 263
— на элементах «Волга» 227
Пропускная способность 17, 18, 322
— — распределителя 85
Прокладки 144
Проход условный 16, 95 — 109
Процесс термодинамический 10, 11, 68, 74, 75
Р
Расход воздуха критический 20 — 22, 31L
— — массовый 12, 23, 125, 311
объемный 17—19, 22, 23, 42
— — — в двигателях 62
403
■в дросселях 125
в моторах 62, 63
Расчет динамический пневматических устройств 309, 322, 327, 335
с полостями постоянного объема 310—318
— мембран 332
— пиевмогидроаккумуляторов 68, 74, 75
— пневмораспределителей 84
— пневмоцилиидров 40—42, 328, 330, 337, 342
прокладочных уплотнений 145
— трубопроводов 170, 179
Реализация булевых функций средствами пневмоавтоматики 288
-на аппаратуре высокого давления 291
пятилииейиых распределителях 294
реле УСЭППА 291
струйных элементов 291
Режим течения ламинарный 123
— турбулентный 123
— истечения надкритический 311, 312
подкритический 311, 312
•— — установившийся 327
Реле давления 69, 75
дифференциальное 69
— расхода 226
— — измерительное 69
— трехмембраииое 194
— указательное 200
— физических величин 225
С
Свойства воздуха 8
Сигнал пневматический 19, 86
— управляющий 19
Синтез систем управления многотактнык 272
*однотактных 271
Система элементов «Волга» 211, 227
СТАРТ 202
УСЭМПА 191, 201
ЦИКЛ 204
Системы управления миоготактные 263 — — однотактиые 270, 272 программного 250
— — с комаидоаппаратами 283 — 287
— смазывания 386
Скорость воздуха в трубопроводах 171 — безразмерная установившаяся 326, 327, 396
Смазка пневматических устройств 386
Смазочный нагнетатель 387
— емкости 391
— питатели 387
— устройства импульсного действия 389
Соединения 179
— быстроразъемиые 183, 187
— вращающиеся 187
— для пластмассовых трубопроводов 183
— неразъемные 179
— по внутреннему конусу 181
— поворотные 187
— по наружному конусу 181
— разъемные 180
— с вращающимся кольцом 181
конусными муфтами 181, 183
торцовым уплотнением 181
— фланцевые 180, 182
Соотношение между единицами измерения давления 9
температурными шкалами 9
Соотношения и законы булевой алгебры 266
Состояние входных переменных соседнее 271
—условное 270
— системы управления 270
неустойчивое 270
устойчивое 270
Способ очистки сжатого воздуха гравитационный 369
—инерционный 368
Способ осушки сжатого воздуха 370
— очистки сжатого воздуха 360, 362
комбинированный 373
— установки манжет 151 —153
резиновых колец 148—150
Стоимость сжатого воздуха 4, 23
Схема комбинационная 228
— логическая 227
— пороговая 242
— последовательностная 232
Т
Таблица состояний (истинности) 271
переходов вторичная 274
_ первичная 275
Температура абсолютная 8, 311, 316
Теплоемкость 10, 11
удельная 10, 11
— — прн постоянном давлении 10, 11, 13
—— объеме 10, 11, 13
Техническая характеристика глушителей
395
— _ индикаторов давления 76, 77
— — маслораспылителей 391
_ „ переключателя 109
— — пиевмогидроаккумуляторов 75
_ _ пневмогидропреобразователей 7 3
— — пневмодвигателей поворотных 47
пиевмодросселей с обратными кла
панами 136, 137
—тормозных 138
•= — пиевмоклапанов выдержки времени 120
«И» 120
—«ИЛИ» 118
— обратных 116
—последовательности 116, 117
—предохранительных 136, 137
• редукционных 132—134
пиевмораспределителей 96—107, 115
— — пиевмоцилиндров вращающихся 37
— — пневмоэлектропреобразователей 198
— — приборов СТАРТ 202
— — реле давления 76
— — струйных аналоговых усилителей 219
дискретных элементов 214
путевых выключателей 223
— — установок осушки адсорбционного типа с термической регенерацией 382
с холодной регенерацией 383
фильтров-влагоотделнтелей центробежных 376
фильтров для окончательной очистки сжатого воздуха 379
элементов УСЭППА 201
Течение ламинарное 13, 125
— турбулентное 13, 125
Точка росы 353, 355
Триггеры с раздельными входами 213, 297
— со счетным входом 233, 297, 299
Трубопроводы 170, 357
У
Удаление загрязнений из магистральных трубопроводов 383
иа выходе из компрессора 383
— — — лниии всасывания компрессора 384
у потребителя 384
Уплотнение кольцами круглого сечення 140, 148
— плавающими 148
— —из металла и пластических материалов 150
— — комбинированного типа 151
прямоугольного сечения 149
— манжетами 151, 153, 155
Уплотнение лабиринтное 165
— сальниковое 155, 161
— торцовое 162
— щелевое 157
Уравнение Бернулли 12
— неразрывности потока 12
— процесса адиабатического 11, 12
— — изобарического 11
— — изотермического 11
изохорического 11
— — политропического 11
— состояние газа 9
— давления 312, 316, 319, 328, 343
— движения 328, 330, 332, 338
— динамики 338, 339, 343
Уровни давления 4
Усилители 196
Устройство внешнее 221
вспомогательное 200
— входное 190
— выходное 198
двустороннее без начального перепада
давления 342
— с начальным перепадом давления 337
— для отвода загрязнений 380
задержки дискретного сигнала по заднему фронту 294
По переднему фронту 294
-по переднему и заднему фронту 294
— исполнительное 264, 275, 297, 309
— контроля размеров 256
— мембранное 332
— односторонние с пневмовозвратом 332
— — без пружины 328
с пружиной 330
-— осушки абсорбционного типа 370
адсорбционного типа370,372
комбинированноготипа373
— распределительное 309
— с полостями переменного объема 309 320—350
постоянного объема 310—320
— струйное 206
— уплотнительное 140
— — для соединений с возвратно-поступательным движением 147
с вращательным движением 160
— управляющее 212, 243, 261, 309
— центральной части 194
Утечки 19
Ф
Фильтрация 360, 361
Фильтрующие материалы волокнистые 355
металлокерамические 355
объемные 361
— — поверхностные 361
сетчатые 355
Фильтры 204, 373, 376 — 380
Формирователи тактовых импульсов 255
Функция расходная 312
X
Характеристика настроечная Дросселя 122, 126
— расходная 16—18, 85, 122, 126, 361
пиевмораспределителей 86
редукционного пиевмоклапаиа 128
— регулировочная редукционного пневмоклапана 128
— смазочных материалов 390
— фильтрующих материалов 367
Ц
Циклограмма 321
Цилиндр пневматический 29, 34 — 38, 40— 45
— пневмогидравлический 38, 39
Ч
Число Рейнольдса 13, 123
Ш
Шум аэродинамический 394
— механический 394
Э
Электропневмопреобразователь 198
Элемент обратной связи 270
— памяти 270, 297
— струйный 206
аналоговый 210, 218
дискретный 210, 213 — 217
Энергия внутренняя 10
— — удельная 10
Энтальпия 10
Эффективность очистки 3 61, 3 68, 379
— цикловых очистителей 368
Я
Язык логических схем алгоритмов 275
Язык ЯРУС 276
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие
Введение
Список литературы .
Глава 1. Общие сведения о пневматических устройствах и системах
Свойства воздуха
Термодинамические процессы
Основные закономерности течения газов
Структура пневматических систем и устройств.
Основные параметры пневматических устройств
Рабочее давление и расход сжатого воздуха
Общие сведения о компрессорах и воздухосборниках . . .
Сравнительная оценка пневматических и других систем управления . . . . Список литературы
4.5.Логические пневмоклапаны91
4.6.Пневмоклапаны выдержки
времени 92
4.7.Конструкция и технические
данные серийной направляющей пневмоаппаратуры . . .93
Список литературы 120
5.1.
145.2.
165-3-
205'4'
23
Глава 5. Регулирующая пиевмоаппаратура 121
Пиевмодроссели 121
Редукционные пневмоклапаны 127
Предохранительные пневмо- клапаны 128
Технические характеристики серийной регулирующей инев- моаппаратуры 130
Список литературы 139
Глава 2. Пневмодвигатели
Поршневые пневмодвигатели
Мембранные пневмодвигатели
Сильфонные пиевмодвнгатели
Поворотные пиевмодвнгатели
Пневмомоторы
Список литературы
28Г л а в а 6. Уплотнительные
устройства 140
296.1.Герметизация неподвижных
соединений 140
296.2.Уплотнительные устройства
43для соединений с возвратио-по-
45ступательным движением . .147
456.3.Уплотнительные устройства
49для вращающихся соединений160
636.4. Материалы уплотнений . . .168
Список литературы 169
Г л а в а 3. Пиевмопреобразо- вателн
Пневмовытеснители . . .
Пневмогидропреобразователн
Пневмогндроиасосы . . . .
Пневмогидроаккумуляторы
Реле давления
Индикаторы давления . .
Технические характеристики серийных преобразователей Список литературы
Глава 7. Пиевмолииин170
64
7.1.Трубопроводы 170
gg7.2.Соединения 179
gyСписок литературы 189
69 71
Глава 4. Направляющая пиевмоаппаратура
Пневмораспределители . . .
Пневмоклапаны обратные . .
Пневмоклапаны быстрого выхлопа
Пневмоклапаны последовательности
Глава 8. Пневматические
73элементы и устройствасред-
77него уровня давления....190
Входные устройства.. . .190
Устройства центральной части194
788.3.Элементы УСЭППА непрерывно-дискретного действия . . •195
788.4.Выходные устройства. . .198
878.5.Вспомогательные устройства200
3.6.Агрегатно-модульная система-
88средств циклической автоматики ЦИКЛ 204
89 Список литературы 2^5
Глава 9. Элементы и устройства струйной техники . .206
Струйные системы автоматического управления 206
Элементы и конструкция управляющего устройства ...212
Внешние устройства струйных систем управления.....221
Построение логических схем на элементах «Волга»...227
Построение струйных управляющих устройств 243
Список литературы 262
Глава 10. Проектирование пневматических систем управления 263
Исходные данные и порядок разработки пневматических схем 263
Содержание схем . . . . .264
Общие требования к разрабатываемым системам управления .. . .265
Методы проектирования систем управления 266
Реализация булевых функций средствами пневмоавтоматики. . .288
Реализация функциональных устройств средствами пневмоавтоматики 294
Примеры типовых пневматических систем управления301
Список литературы . . ..303
Глава 11. Динамические расчеты пневматических приводов и устройств 309
Устройства с полостями постоянного объема .....310
Устройства с полостями переменного объема 320
Список литературы . . .351
Глава 12. Кондиционирование сжатого воздуха 352
Очистка сжатого воздуха для пневматических систем . .352
Смазка пневматических устройств 386
Борьба с шумом и загрязнением окружающей среды при работе пневмосистем...394
Список литературы...396
Приложение 1 397
Приложение 2 400
Предметный указатель 401
ИБ № 3158
Елена Васильевна Герц» Алексей Иванович Кудрявцев»
Олег Викторович Ложкин» Анатолий Прокофьевич Пятидверный»
Евгений Андреевич Рагулин» Эдуард Иванович Чаплыгин»
Василий Иванович Щербаков
ПНЕВМАТИЧЕСКИЕ УСТРОЙСТВА И СИСТЕМЫ В МАШИНОСТРОЕНИИ
Редактор Н. А. Иванова
Художественный редактор И. К. Капралова
Технический редактор А. И. Захарова. Корректоры И. М. Борейша и А. М. Усачева
Оформление художника В. П. Астафьева
Сдано в набор 09.Q4.8L Подписано в печать 23.10.81. Т-23686.
Формат 60X90V1I. Бумага типографская № 1. Гарнитура литературная.
Печать высокая. Усл. печ. л. 25,5 Уч.-изд. л. 34,1, Тираж 15 000 экз.
Заказ 534. Цена 2 р. 20 к.
Ордена Трудового Красного Знамени
издательство «Машиностроение», 107076, Москва, Стромынский переулок, 4
Ленинградская типография Na 6 ордена Трудового Красного Знамени Ленинградского объединения «Техническая книга» им. Евгении Соколовой Союзполиграфпрома при Государственном комитете СССР по делам издательств, полиграфии и книжной торговли.
193144, г. Ленинград, ул. Моисеенко, 10.
ПНЕВМАТИЧЕСКИЕ УСТРОЙСТВА И СИСТЕМЫ в машиностроении
СПРАВОЧНИК
Под обицей редакцией
д-ра техн, наук Е. В. ГЕРЦ *
МОСКВА "МАШИНОСТРОЕНИЕ" 1981
ББК 32.965.2
ПИ
УДК 62.85
Рецензент д-р техн, наук О. Н. Трифонов
ПИ Пневматические устройства и системы в машиностроении: Справочник/Е. В. Герц, А. И. Кудрявцев, О. В. Лож- ; кин и др. Под общ. ред. Е. В. Герц — М.: Машинострое- j. ние, 1981. — 408 с., ил./
В пер.: 2 р. 20 к.
В справочнике приведены классификация, конструкции, основные технические данные пневматических устройств, изготовляемых отечественными предприятиями. Рассмотрены типовые схемы пневматических систем управле- •, ння станками, прессами, манипуляторами и другими машинами, а также спо- £ собы и схемы очистки сжатого воздуха и смазки пневматических устройств. Приведены методы динамических расчетов и проектирования пневматических . приводов и устройств.
Для инженерно-технических работников, занимающихся проектированием | и эксплуатацией пневматических приводов и систем управления.
ББК 32.965.26П5.7ББК 32.965.26П5.7
ББК 32.965.2
6П5.7
ББК 32.965.2
6П5.7
© Издательство «Машиностроение», 1981 г.