- Основы расчета пневмопривода

ЛЕКЦИЯ 9

Основы расчета пневмопривода

Пневмопривод применяют преимущественно на путевых машинах : на снегоочистителях, снего- и землеуборочных машинах, стругах, путеизмерителях, рельсошлифовальных поездах и т.п. На прицепных вагонах, перемещаемых локомотивом, сжатый воздух поступает от компрессора ло­комотива, в результате чего на путевой машине нет силовой установки и компрессора, что упрощает и удешевляет кон­струкцию машины, облегчат уход и обслуживание. На само­ходных машинах устанавливают компрессор. Пневмосистема путевой машины состоит из подводящих воздухопроводов, соединённых с компрессором, предохра­нительных, кранов управления, разводящих трубопрово­дов, пневмоцилиндров и пневмодвигателей (рис. 1, а). Пневмопривод прост и дешев. Его недостатки — громозд­кость исполнительных органов и малая скорость движения поршня пневмоцилиндров.

Рис. 1Схема пневмосистемы (а) путевой машины и циклограмма движения поршня (б).

S3 — воздухозаборник; Ф — фильтр; КМ — компрессор; КО — об­ратный клапан; МН — манометр; ВН — вентиль; ВД — влагоотделитель; КП — предохранительный клапан; МФ — междувагонная соединительная муфта; PC — ресивер; Р — пневмораспределитель; Д — пневмодвигатель; Ц1 — пневмоцилиндр двухсторонний; Ц2 — пневмоцилиндр односторонний; Т — тифон; ВТС — вентиль тифона самозапорный.

Основной исполнительный орган пневмосистемы путевых машин — пневмоцилиндр. Наиболее распространена скорость его штока: 0.33- 0,41 м/с. Минимальная скорость 0,08-0,1 м/с, меньше которой наблюдается неравномерность хода и вибрация.

Давление в системе обычно изменяется от 0,4 до 0,7 МПа. Из циклограммы движения

поршня (рис.1 б)  видно изменение давления в рабочей полости пневмоцилиндра. Время работы складывается из времени подачи команды на распределитель (время от начала нажатия кнопки машинистом до начала движения) t₁ времени наполнения рабочей полости пневмоцилиндра воздухом t₂ и времени движения поршня t_ΙΙ. После остановки поршня в период времени t_ΙΙΙ проис ходит повышение давления в полости до р _раб. Если противоположная полость цилиндра была под давлением р _раб, то оно измеяется   до   атмосферного.   Для   плавной   остановки   рабочих органов используется пневмоцилиндр с демпферами. Для расчёта  пневмосистемы принимаются следующие допущения:  — не учитывается объём «вредного пространства» пневмоцилиндра, включая подводящие трубопроводы, который составляет примерно 20% рабочего объёма пневмоцилиндра; — не учитывается время наполнения пневмоцилиндра до страгивания. Сила трения в пневмоцилиндре с манжетами определяется так

Р^пц_тр = 0.1(р_раб + 1)S_n                                            (1)

Рекомендуемые материалы

При  расчёте  пневмоцилиндров  задаются  исходные данные: Р-   усилие на штоке от рабочего органа, Н; L — ход поршня, м; t_пр,t_об - заданное время прямого и обратного хода привода, с. Определяются: D, d_шт — диаметры цилиндра и штока; d   — условный

проход подводимого трубопровода и воздухораспределителя; v_пр, v_об— скорость поршня при прямом и обратном ходе поршня. Общее усилие, действующее на шток, Н,

Р_об =Р + Р^пц_тр             (2)

где Р — усилие от рабочего органа, Н;

    Р^пц_тр     — сила трения в пневмоцилиндре, Н.

Если рабочее давление в пневмоцилиндре р _раб (в МПа) пода­ётся в поршневую полость, то внутренний диаметр, м,

D = √4 Р_об /π р _раб10⁶                (3),

Если давление подаётся в штоковую полость пневмоцилиндра, то

D = √(4 Р_об /π р _раб10⁶)+d²_шт            

где d_шт    — диаметр штока, м:

d_шт = √ 4 Р /π[σ] 10² ,           (4)

где [σ]— допускаемое   напряжение   выбранного   материала   штока   на растяжение или сжатие в зависимости от условий работы, МПа.

Длинные штоки [L>(8+10) d_шт] при расчёте на сжатие проверяют на продольную устойчивость

d_шт = √ 4 Р /π[σ_сж]φ 10² ,      (5)

где φ — коэффициент, учитывающий гибкость штока.

По найденному внутреннему диаметру цилиндра D по ГОСТу подбирают цилиндр и диаметр. Выбранный диаметр проверяют по параметру загрузки, принимая Р_ов в Н; р_раб в МПа, S_n в м².

Ψ = Р_об / 10⁶ р_рабS_n,                  (6)

'Рекомендуется φ = 0,5÷0,65. Значения φ меньше рекомендуемых указывают на неоправданно завышенный размер D, что связано с  увеличением габаритов цилиндра и расходом воздуха.   Большие  значения (φ > 0,65) могут привести к нарушению плавности хода поршня или его остановке. Ход поршня L выбирается, исходя из кинематики механизма управления рабочим органом. При прямом соединении штока с рабочим органом ход поршня равен ремещению рабочего органа, а при пневморычажной системе необходимо учитывать соотношение плеч рычагов. По заданному времени срабатывания и ходу поршня определяют скорость поршня, м/с:

v = L / t.                    ,               (7)

Рекомендуется v = 0,08÷1 м/с.

 Для нормализованных цилиндров V = 0,1÷0.41м/с. При V > 0,41м/с целесообразно применять

тормозные золотники или пневмогидравлические амортизаторы.

Зная V,  находим кинетическую энергию Е системы

Е = mv² / 2                 ,                  (8)

Где т — масса движущихся частей, приведённая к поршню, кг; v— скорость, м/с.

При Е > 0,3кгм /с рекомендуется пневмоцилиндр с демпфированием.

Расход сжатого воздуха для выбранного i-го цилиндра, м³/с,

W_i = V_ni / t_i = S_nL_i / t_i               ,                  (9)

Где V_ni—объём поршневой полости, м ;

S_n—площадь, м ;

Li—ход поршня, м;

t_i—заданное время движения поршня, с.

Внутренний диаметр трубопровода и пневмораспределителя, м²,

d_mi = √ 4W_i / πv                      ,                  (10)

Скорость воздуха V =10÷25м/с.

Средний расход воздуха при атмосферном давлении для всей машины, м /с,

W = 1 Σk_iW_ip_max10⁶ / 3600                       (11)

где k_i — среднее число включений i-го цилиндра за 1час;

п— число работающих пневмоцилиндров машины; P_max— давление воздуха, МПа.

Подача компрессора, м³/с,

П = 3600βW,                                         (12)

где β — коэффициент запаса, учитывающий неравномерность работы систе­мы и

утечки (β = 1,3÷1,4).

Объём ресивера, м³,

V_p = αWt / (p_max - p_min)10,                     (13)

где α — коэффициент запаса (α = 3÷8);

W—секундный расход сжатого воздуха пневмосистемы, м³/с; t—время, необходимое для подкачки ресивера (t =20÷30 с);

Обратите внимание на лекцию "18. Перспективы совершенствования ДОУ".

p_max —максимальное давление в ресивере, МПа;

 р_тiп— минимальное давление в ресивере, МПа (обычно p_тах -р_тin~ 0,35).

В качестве примера рассмотрим кратко пневмосхему управления рабочими органами струга-снегоочистителя  (рис. 2). Сжатый воздух от локомотива через кон­цевой кран КК, обратный клапан КО, регулятор давления РК, очиститель О, подается в рабочие воздухосборники BCI-BC7 (ре­сиверы), откуда он поступает к распределительным пультам /77-113 управления боковыми крыльями и снегоочистительными ус-i ройствами,затем через кран управления В воздух направляется и пневмоцилиндры подъема, открытия, наклона основного откосного крыла ПЦ4-ПЦ7. На каждом боковом крыле установ-||сны, кроме пневмоцилиндров, пневмостопоры ПС, а также пневмодвигатель Д кюветной части крыла. Каждое снегоочис­тительное устройство оснащено четырьмя пневмоцилиндрами ПЦ1-ПЦ2 открытия крыльев, двумя пневмоцилиндрами ПЦЗ подъема подвижной части передних щитов и двумя пневмостопорами ПС.

Рис. 2  Пневмосхема струга -снегоочистителя