Герц Е.В. Крейнин Г.В. - Расчет пневмопривода, страница 4

Различают следующие виды автоматического управления пневмоприводами [46): 1) управление с контролем по координате положения рабочего органа; 2) управление с контролем по давлению в рабочей полости; 3) управление с контролем по времени выстоя поршня исполнитечьного устройства. В первом случае переход элементов привода от одного состояния к другому совершается после подачи сигнала о выполнении предыдущей операции, в результате которой рабочий орган занял определенное положение.

Привод с таким управлением изображен на Рис. 1.!. Привод, показанный на рис. 1.6, отличается от предыдущего тем, что управление главным распределителем осуществляется не путем повышения давления, а путем его понижения. Полости Управления главного распределителя 1 соединены через дроссели 2 и У с линией питания. Пуск системы производится посредством тумблера 4. Левая полость распределителя соединяется с ат- 15 Ю мосферой, в результате чего распреде.

литель ! переключается. Сжатый воздух нз магистрали поступает в левую 7 б полость исполнительного устройства 5, перемещая поршень направо. В конце хода кулачок на штоке поршня переключает конечный выключатель б (вспомогательный двухлинейный распределитель), в результате чего правая полость главного распределителя г 5 сообщается с атмосферой.

Распределитель ! снова переключается, и поршень возвращается в исходное положение, срабатывает конечный выключатель 7, и процесс повторяется. Управление с контролем по давлению (рис. 1.7) применяется в тех случаях, когда требуется получить определенное усилие, развиваемое приводом в конце его хода, например, в зажнмных устройствах.

При этом применяют так называемые клапаны последовательности, которые подают сигнал на переключение главного распределителя только при достижении в рабочей полости заданного давления. Полости управления клапанов последовательности ! и 2 соединены с обеими полостями рабочего цилиндра 3. Как только >(явление в штоковой полости цилиндра 3 достигает требуемой величины, сигнал от клапана последовательности ! при включенном пусковом тумблере 4 подается на распределитель 5, который переключается. Сжатый воздух из магистрали теперь поступает в бесштоковую полость рабочего цилиндра. При соответствующем давлении в ней включается клапан последовательности 2, в результате чего распределитель 5 возвращается в исходное положение.

В схемах с управлением по времени сигналы на переключение распределителей поступают с необходимой задержкой. Рассмотрим схему управления односторонним приводом с выстоем поршня в конце рабочего хода (рис. 1.8). При нажатии на кнопку ! сжатый воздух из магистрали поступает на вход главного распределителя 2 и переключает его, вследствие чего бесштоковая полость цилиндра 3 сообщается с магистралью и поршень перемещается вправо. Одновременно сжатый воздух из магистрали после дросселирования в устройстве 4 поступает на вход двухлинейного распределителя 5. В течение этого процесса поршень остается в крайнем правом положении.

После переключения распределителя 3 полость управления главного распределителя 2 сообщается с атмосферой и его золотник возвращается в исходное положение под действием пружины. Время выстоя поршня в крайнем положении определяется временем заполнения полости распределителя б через регулируемый дроссель. В зависимости от типа исполнительного устройства пневмоприводы делят на приводы непрерывного и дискретного действия, гз Приводом непрерывного действия называют такой привод, рабочий орган которого совершает движение без остановки. Приводом дискретного действия называют привод, рабочий орган которого имеет остановки в течение цикла в заданных фиксированных положениях.

К приводам непрерывного действия относятся ротационные двигатели, следящие приводы, машины виброударного действия и т.д. К дискретным приводам относятся приводы, применяемые в машиностроении для подачи деталей и инструментов. Конструкции пневматических приводов могут быть сложными, содержащими большое число составных частей. Однако на практике наибольшее распространение получил так называемый типовой привод.

Под типовым пневмоприводом поннмаютпривод, в исполнительном устройстве которого имеется не более двух полостей. Этот привод может быть одностороннего или двустороннего действия. В настоящей работе рассматриваются в основном вопросы расчета н проектирования типового пневмопривода, теория которого разработана наиболее полно. Теории сложных приводов посвящена специальная глава (4-я).

Проектирование пневмопривода начинается после того, как решен вопрос о применении именно этого типа привода, что связано с оценкой конкретных условий его работы и анализом различных средств реализации (пневматических, гидравлических, электрических) заданных динамических характеристик. Учитывая, что прн этом даны значения полезной нагрузки и имеются ограничения по габаритам привода, можно хотя бы грубо определить возможное время срабатывания исполнительного устройства, например по упрощенным методам, и сравнить его с заданным (4, 17). Время срабатывания исполнительных устройств обычно является основной составляющей времени рабочего цикла.

Проектирование пневмопривода начинается с решения задач структурного синтеза системы управления в соответствии с той аппаратурой, которая выбрана для реализации этой системы (20, 59!. нс И7. Привод, управляемый посредством клапанов-нооаедевиаелвнвеви Рис. 1.8. Поршневой привод одностороннего действия с возвратной пружиной !7 Следуюшим этапом проектирования привода является решение задач динамического синтеза 124, 27, 38!. Для воспроизведения заданного закона движения рабочих органов исполнительных устройств или ваданного времени срабатывания выбирают параметры исполнительных н распределительных устройств, а также параметры линий связи. Зйтем по каталогам и нормалям выбирают элементы всего привода, Так как параметры стандартных и нормализованных алементов могут значительно отличаться от полученных при синтезе, то следующим этапом является определение времени рабочего цикла или закона движения рабочего органа.

Это задача динамического анализа, которая дает возможность выяснить, удовлетворяет ли спроектированная система требуемому быстродействию. Если не удается осуществить заданные закон движения или время срабатывания с требуемой точностью, то задачу решают, используя другие средства автоматизации. В случае положительного решения задачи проводят структурный (логический) анализ привода с целью упрощения его структуры благодаря использованию динамических свойств и особенностей системы. Так, например, вместо специальных устройств для выдержки времени в приводе можно использовать трубопроводы; в зависимости от типа аппаратуры (распределители одно- или двустороннего действия) можно сократить количество линий связи 116! и т.

д. Таким образом, основными разделами теории пневматрческих приводов являются: 1) динамический анализ и синтез; 2) структурный анализ и синтез. Эти разделы построены на использовании разных областей пауки и на различном математическом аппарате. В 1 разделе используются методы общей теории машин и газо- термодинамики, во 11 — методы кибернетики и математической логики. Эти разделы разработаны не в одинаковой степени. Поэтому на практике задачи динамики привода и его структуры решаются не в комплексе, а разрозненно различными специалистами, задачи анализа отрываются от задач синтеза. Иногда привод и систему управления выбирают без расчета.

Однако оптимальное и всестороннее проектирование приводов может быть достигнуто только прн выполнении последовательности указанных выше этапов расчета. В инженерной практике динамические расчеты пневмоприводов принято разделять на поверочные расчеты готовых конструкций (аналнз) и проектные расчеты (сннтез) новых разрабатываемых конструкций. Целью поверочных расчетов является определение времени рабочего цикла привода, характера движения рабочего органа, времени его торможения и т. д.

Целью проектных расчетов является выбор параметров привода для осуществления заданных законов движения или быстродействия. В этой работе рассмотрены только вопросы динамики. Вопросы структурного синтеза пневмоприводов изложены в работах (16, 20, 59!. !а ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ПРИ ПОСТОЯННОЙ МАССЕ ГАЗА В настоящем разделе в краткой форме приведены все необходимые материалы из термо- и газодинамики, без знания которых невозможно понять и правильно применить расчетные уравнения, описывающие динамику пневмоприводов. Р а бо ч и м телом в пневмоустройствах является сжатый воздух. Обычно воздух рассматривают как идеальный газ.

Под идеальным понимают такой газ, у которого отсутствуют силы сцепления между молекулами, а молекулы являются материальными точками, не имеющими объема. Эти допущения позволяют в значительной степени упростить расчеты, сохранив точность достаточной для решения большинства аадач в машиностроении. Но чем выше давление питания, тем больше отклонения расчетных данных от действительных. Поэтому в последнее время прн использовании приводов высокого давления заметна тенденция рассматривать рабочее тело не как идеальный газ, подчиняющийся уравнению Клапейрона, а как реальный газ, состояние которого описывается одним из многочисленных уравнений (Ван-дер-Ваальса, Дюпрэ, Абеля и т. д.) в зависимости от конкретных условий (6, 33, 42, 50). Основными критериями применения тех или иных уравнений состояния газа являются результаты сравнительного анализа полученных расчетных и опытных данных, а также требуемая точность. Прн этом расчеты значительно усложняются.

В настоящей работе состояние сжатого воздуха описывается уравнением Клапейрона. Это уравнение выведено с помощью методов кинетической теории газов в предположении, что молекулы газа представляют собой материальные точки, взаимное притяжение между которыми отсутствует. Как показали многочисленные эксперименты, проведенные авторами и другими исследователями, разработанные прн этом допущении методы расчета пневмоприводов дают результаты, достаточно близкие к опытным данным. Состояние газа характеризуется тремя параметрами: абсолютным давлением, удельным объемом (или удельным весом) и абсолютной температурой.

В большинстве случаев давление измеряется в килограммах на квадратный сантиметр (кгс/см'). Различают давление абсолютное и избыточное. Параметром состояния газа является только абсолютное давление. В дальнейшем во все расчетные уравнения и во все термодинамические зависимости кроме особо оговариваемых входит только абсолютное давление р. А б с о л ю т н ы м д а в л е н и е м называют силу газа, действующую по нормали к поверхности и отнесенную к единице ее площади. На практике инженеры обычно имеют дело с избыточным или манометрическим давлением, которое ~оказывают почти все приборы (манометры, вакуумметры, тягомеры и т д ), кроме барометров.

Эти приборы указывают, насколько давление в измеряемом объеме выше (или ниже) давления окружающей 'Рель. При расчетах к манометрическому давлению нужно прибавить давление окружающей среды, условно принимаемое равным 19 (1,1) где Т' — нес газа в объеме г'. Удельный вес газа ~/ ь~' Часто пользуются понятием плотности р, под которой понимают массу газа в единице его объема. Плотность р и удельный вес у вещества связаны следующим соотношением: т 1 р= И % где и — ускорение свободного падения. Параметр состояния газа — абсолютная температура Т вЂ” измеряется по абсолютной шкале Кельвина, которан связана с температурой /' по шкале Цельсия зависимостью Т= /'+273.

(1.2) К нормальным условиям состояния газа относят температуру !' = 0' С, или Т = 273 К. Параметры состояния газа однозначно связаны между собой уравнением состояния Р' = (р,, Т) =О. (1.3) Как указывалось выше, в настоящей работе принято уравнение состояния Клапейрона ро = /сТ, (1,4) где /7 — газовая постоянная, или с учетом выражения (1.1), р$~ = Р/т Т.