Башта Т.М. - Гидропривод и гидропневмоавтоматика (1067398), страница 71
Текст из файла (страница 71)
Очевидно, вследствие этого воздух перете- а (' кает из цилиндра с более высоким дав- я пением в цилиндр с меньшим давле- Х нием, что может служить причиной колебания среднего индикаторного давления. Рис. 228. Ипдикаториая диаграмма писв- В соответствии с этим идеализиро- момотора ванная индикаторная диаграмма дает верхнюю границу эффективности пневмопривода (его максимально возможную работу) без учета потерь сжатого воздуха. Отношение площади фактической индикаторной диаграммы (упрощенный вид этой диаграммы отмечен точечной штриховкой) к площади идеализированной характеризует качество пневмомотора и называется коэффициентом полноты индикаторной диаграммы. Среднее значение расчетного крутящего момента пневмомотора может быть вычислено по уравнению (36): м М= 2яи где тт' — расчетная мощность; и — частота вращения в об(мин.
Подставив значение )Ч = ЛрЯ = Лрг)п, получим М=— агч 2я где Лр — средний перепад давления, вычисленный по индикаторном диа- грамме; г) — рабочий объем мотора. Перепад давления можно для приближенных расчетов принять равным высоте прямоугольника, площадь которого равна площади индикаторной диаграммы.
Скорость вращения ротора пневмомотора регулируется изменением расхода сжатого воздуха с помощью дросселя, включаемого обычно во входную иагистраль, а крутящий момент — изменением давления, осуществляемым зегулятором (редуктором) давления. Мембранные исполнительные пневмомеханизмы В пневмосистемах, и в особенности в пневмоавтоматике с небольшими :одами исполнительных механизмов и давлениями (<10 кГ(сма), широко )аспространены пневмоаппараты, основанные на использовании упругих 283 элементов (мембраны, сильфоны и пр.). Эти аппараты применяются как в качестве исполнительных механизмов, так и в качестве чувствительных элементов, воспринимающих измеряемую величину.
В системах промышленной пневмоавтоматики применяются преимущественно приборы с эластичными неметаллическими (резиповыми и пластмассовыми) мембранами, которые отличаются простотой конструкции, а также возможностью обеспечения полной герметичности. Принцип действия и основные расчеты этих устройств были рассмотрены выше, однако применительно к условиям работы в чувствительных элементах пневмоавтоматики к мембранным устройствам предъявляется ряд дополнительных требований. В частности, характеристики узлов этих пневмоприборов в значительной мере определяются свойствами их упругих элементов — эластичных мембран, определяемыми как качеством материала, так и их свойствами сохранять эффективную плошадь при различных условиях работы (величинах хода, перепадах давления и пр.).
б) а) Рнс. 229. Схемы мембранных узлов Наиболее важным параметром является постоянство эффективной площади мембраны, изменение которой является одним из основных источников погрешностей мембранных механизмов. Эти изменения эффективной площади в функции изменения перепада давления и перемещения'жесткого центра мембраны относительно плоскости ее защемления являются основной характеристикой мембранных пневмоприборов. Для обеспечения высокой чувствительности мембрана должна иметь малую жесткость на изгиб и быть податливой при растяжении в окружном направлении, но должна быть достаточно жесткой при растяжении в радиальном направлении. Обеспечение заданного закона изменения эффективной площади мембранного узла.
Рассмотренное выше свойство мембран изменять свою эффектив. ную площадь при перемещении жесткого центра (см. стр. 58), которое длг большинства случаев применения мембран является отрицательным фак тором, поскольку оно ограничивает точность пневмоприборов, часто исполь зуется для создания ряда специальных приборов пневмоавтоматики. В частности, в системах пневмоавтоматики требуется обеспечить плавно~ ' бесступенчатое регулирование (изменение) эффективной площади мембрань по заданному закону. На рис. 229, а изображена схема мембранного узла, эффективная пло щадь мембраны которой регулируется смещением жесткого центра. Мем бранное полотно 2 защемлено по периметру между верхней ! и нижней,.' частями корпуса.
Центральная часть полотна зажата на грибообразпоз штоке 4, который выполняет роль жесткого центра. 284 Внутренняя боковая поверхность нижней части корпуса 3 и внешняя боковая поверхность жесткого штока 4 выполнены по заданному профилю (обычио в виде усеченного прямого конуса с равными углами конусности при вершине, составляющими 60 ).
Усилие давления подводимого воздуха передается на выход через шток 5 регулируемой длины. Прн допущении, что участок свободного провисания на дуге аЬ (рис. 229, а) очерчен дугой круга и образующие конусов являются каса'и!льпылан к этой дуге, эффективная площадь определяется текущими значениями диаметров Р и д граничных линий касания полотна мембраны с коническими поверхностями.
Последнее обусловлено тем, что участки мембранного полотна, лежа!цие на конических поверхностях корпуса и жесткого центра, в работе мембранного механизма не участвуют, причем при равных, углах конусности дуга кривой участка провисания сохраняется постоянной для всех положений жесткого центра по оси. Однако поскольку провнсание мембранного полотна, определяющее эффективную площадь мембраны, изменяется при перемещении жесткого центра в осевом направлении, изменяется с положением этого центра также и эффективная пло!цадь мембраны. Так, например, при максимальном смещении жесткого центра нз некоторого текущего положения, определяемого диаметрами контакта полотна Р н г(, вверх (на рис.
229, а это положение изображено штриховой линией) контакт мембраны с внутренней поверхностью конуса 'корпуса 3 происходит по диаметрам Р „„) Р и с внешней поверхностью конуса жесткого штока 4 по диаметру основания конуса !(,„) г(. В соответствии с этим эффективная площадь мембраны достигает в этом положении максимального значения, определяемого нз выражения Л 2 2 3паах = !з (Рп!ах + РтахАпах + Ахах) Аналогично для крайнего нижнего положения жесткого центра текущие значения и( и Р принимают значения !( м (д и Р „, (Р, причем !( !„ равно диаметру жесткого центра, а Р „— диаметру нижнего отверстия корпуса 3 (рис. 229, а). В соответствии с этим минимальная эффективная площадь мембраны я п ! Зппп = !2 (Рп1!и + Р паап!п+ Ап!и) Диапазон изменения эффективной площади ~вах 3п!!и.
Следовательно, минимальная и максимальная эффективная площадь мембраны и диапазон изменения этой площади определяются наименьшими и наибольшими диаметрами оснований этих конусов. Анализ уравнений и результаты испытаний показывают, что эффективная площадь изменяется при перемещении жесткого центра от Б !„ до Я ,х по параболе (вытяжкой полотна мембраны пренебрегаем). Соответственно жесткость мембраны, характеризуемая функцией, 3 ~(х), где х — перемещение центра, находится для рассматриваемой схемы и условий в линейной зависимости от положения жесткого центра относительно его крайнего нижнего положения. Для расширения диапазона изменения эффективной площади мембранного прибора применяют схемы с двумя мембранами, соединенными с общим жестким центром в виде двух усеченных прямых конусов равной конусности, вершины которых обращены друг к другу (рис.
229, б). Нетрудно видеть, что усилия, развиваемые этими мембранами при подаче воздуха в камеру, направлены в противоположные стороны, ввиду чего эффективная плошадь такой двухмембранной коробки равна разности эффективных площадей ее мембран, которые определяются, как и в ранее рассмотренной схеме, текущими эффективными диаметрами Р, и Р,. В соответствии с этим с помощью такой двухмембранной коробки можно получить как нулевую, так и отрицательную эффективную площадь мембраны, т. е, усилие такого механизма может изменить свой знак.
При перемещении общего центра 1 мембран вниз эффективная площадь нижней мембраны 3 уменьшается, а верхней 2 — увеличивается. Поскольку эффективная площадь всей мембранной коробки в этой схеме равна разности эффективных площадей мембран 2 и 3, то при некотором положении жесткого центра 1, в котором площади мембран равны, результирующая эффективная площадь равна нулю. При дальнейшем смещении жесткого центра в том же направлении эффективная площадь верхней мембраны 2 станет болыпе, чем нижней 3 (эффективная площадь станет «отрицательной»), в соответствии с чем изменится знак усилия на штоке. Анализ показывает, что эффективная площадь такой мембранной коробки практически находится в линейной зависимости от перемещения се жесткого центра, и следователыю, она обладает постоянной жесткостью.
Распределительная и регулирующая аппаратура пневмосистем В пневмосистемах применяется распределительная и регулирующая аппаратура тех же типов и'конструктивных исполнений, что и в гидросистемах, и лишь в отдельных случаях применяются дополнительные средства для повышения герметичности и обеспечения смазки. Так, например, повсеместно .применяются распределительные и прочие регулирующие клапаны с дополнительными средствами герметизации в виде резиновых уплотнительных колец, а также клапаны с эластичными затворами.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
