Никитин О.Ф. Гидравлика и гидропневмопривод DJVU (948287), страница 69
Текст из файла (страница 69)
381 Ч. 11. Гидропнеамооривод Особенности расчета рабочих параметров ниевмоцилиндра. Расчет сводится к определению сил на штоке поршня, получаемых при движении и останове, а также закона движения и времени, затрачиваемого на рабочий цикл — прямой и обратный ходы. Закономерности изменения рабочих параметров рассмотрим на примере пневмоцилиндра одностороннего действия, конструктивная схема которого представлена на рис. 10.4, а. Прн срабатывании управляющего устройства (на рисунке не показан) газ поступает в рабочую гюршневую полость обьемом гв.
Поршень под действием давления р„з сжатого газа, втекающего через открывшуюся дросселирующую щель управляющего устройства, начинает перемещаться вправо, сжимая пружину, — прямой ход (ПХ). Приложенная к штоку поршня сила г'„может как содействовать движению, так н противодействовать ему в зависимости от направления действия приложенной силы. Из полости, в которой расположена пружина, имеющийся газ вытесняется в окружающую среду. Давление в этой нерабочей полосги, р,з > р„,зависит от длины соединительных каналов и скорости движения поршня.
Ргз Рнс. 10.4. Пневмоцнлннлр одностороннего действия: о — конструктивная схема; б — статическая харакгсристкка; в — цикаограмма работы 382 Гл. 10. Пневмопрявод В обратном направлении — обратный ход (ОХ) — поршень пневмоцилиндра перемещается под действием силы сжатой пружины. Движение начинается после того, как рабочая полость соединится с линией сброса (с атмосферой), что осуществляется управляющим устройством (направляющим распределителем, краном и т.
д.). Двигаясь влево, поршень вытесняет газ через дросселирующую щель управляющего устройства в линию сброса. Здесь, как и в случае движения поршня вправо, сила Г„может содействовать или противодействовать его перемещению. Нерабочая полость, в которой расположена пружина, сообщается с атмосферой через отверстие большого диаметра и поэтому при всех расчетах принимают, что давление в этой полости равно атмосферному. К важным характеристикам пневмоцилиндра относится статическая характеристика — зависимость перемещения поршня от давления в рабочей полости — поршневой полости, х = г (рзп ).
Статическая характеристика пневмоцилиндра одностороннего действия, без учета управляющего устройства, представлена на рис. 10.4, б. В общем случае эту характеристику можно получить аналитически, исходя из условия равенства сил на штоке поршня: тп (Ргз Ритм ) = спрх+ Рвпр + тп + Ртр ~ где ߄— площадь поршня; р„з- — давление в рабочей полости пнев- моцнлиндра; спр — жесткость пружины; х — перемещение поршня; Рп па — сила начального сжатия пружины; Г, — сила, приложенная к штоку поршня; статическая характеристика имеет гистерезис; Г,р — сила трения. Период времени от момента начала переключения управляющего устройства до момента начала движения поршня называется подготовительным периодом.
Время подготовительного периода Т,складывается из времени б, открытия щели в управляющем устройстве и времени бп нарастания давления в поршневой полости до значения, при котором поршень начинает двигаться (Рис. 10.4, в), Т ~ < 1гп ь б„п. Разделение времени подготовительного периода на два указанных интервала не является строгим: время этого периода нельзя 383 Ч.
П. Гидропневиопривод представить как сумму интервалов, так как уже в процессе переключения распределительного устройства может начаться заполнение рабочей полости, иными словами, эти интервалы времени могут перекрывать друг друга. В дальнейшем будем считать, что время переключения управляющего устройства имеет весьма малое значение по сравнению с интервалом времени от начала наполнения полости до момента начала движения поршня. Если время открытия управляющего устройства велико, то его надо учесть. После того как давление в рабочей полости достигнет значения,при котором сила, создаваемая им на штоке поршня,преодолеет силы сопротивления, поршень придет в движение. При перемещении поршня объем рабочей полости будет увеличиваться, поэтому темп роста давления р„з уменьшится.
После того как поршень достигнет крайнего правого положения, давление в рабочей полости будет повышаться до тех пор, пока не достигнет значения питающего давления рвь Вообще говоря, давление до момента начала обратного хода (после снятия назрузки) должно иметь заданное значение для достижения необходимой силы на штоке поршня. Период времени, в течение которого поршень совершает прямой ход, Тих = Т1 и-Т2 и-Тз, где Т~ — время от момента включения управляющего устройства до начала движения (время подготовительного периода); Тз — время движения поршня; Тз — время изменения давления от давления, достигнутого в конце хода поршня, до давления рп или давления до момента начала обратного хода, при снятии нагрузки, при котором на штоке поршня создастся необходимая сила.
По истсчснин некоторого промежутка врсмснв гв, называемого временем выстоя (В) поршня, срабатывает управляющее устройство, при этом рабочая полость привода будет сообщаться с атмосферой. Сжатый воздух через дросеелирующую щель и управляющем устройстве начинает вытекать в атмосферу, и давление рп будет падать. Когда давление упадет до некоторого зна чения, при котором поршень находится под действием силы пру жины, сжатой при прямом ходе, начнется обратный ход. В отли ш . 384 Гк 10. Пневмопривод от прямого хода поршня при обратном ходе воздух как бы выжимается поршнем через каналы распределителя в атмосферу.
Рабочая полость превращается в полость противодавления. При обратном ходе можно наметить точно такие же по назначению интервалы времени, как и при прямом ходе (Ть Тг, Тз) (см. рис. 10.4, в). Все процессы рассматривают при следующих допущениях: температура питающего воздуха равна температуре воздуха в рабочей полости и температуре окружающей среды, которая остается постоянной в процессе работы привода; термодинамический процесс изменения состояния воздуха при прохождении его через дросселирующую щель в распределительном устройстве — адиабатный, так как скорость протекания воздуха через дроссель велика, а длина канала дросселя мала; режим течения воздуха через дросселирующую щель — турбулентный; питающее давление рп, давление р„„и коэффициент расхо- да р принимаем постоянными. Время наполнения рабочей полости (подготовительный период) вплоть до начала движения поршня можно определить по формулам, полученным выше для случая заполнения глухой полости ()'а = сопз1): для надкритического режима истечения, когда г~„р — — р,з/р„~ < < 0,528 йнр = ("1кг "ь г))~ р5ж и для докритического режима истечения, когда г~, р — — р„з/р,~ > > 0,528 ба р — — — агс18 — агс18 где гыр и г~ р — соответственно значения относительного давления при наполнении рабочей полости пневмоцилиндра; 5„- площадь проходного сечения щели распределителя; Ра — начальный объем при х =- 0 (см.
рис. 10,4, а). Ч. П. Гидроппекиопривод Значение гьп р может быть от 0 до 0,528 в зависимости от остаточного давления — давления газа в полости на момент начала за- полнения, а значению гьтр соответствует давление р,п вычисляе- мое по силе Р„, при которой начинается движение поршня: Рк (Ро + Рп + Ртр)/~п Рабочий ход поршня привода одностороннего действия осуществляется при переменном объеме заполняемой воздухом рабочей полости, причем изменяется сила воздействия пружины на поршень, появляются сила инерции и сила демпфирования: (Ртз Рати)оп птт 1 Р+ спрх т(ропр + Рп + Ртр).
Исходя из этого в уравнении изменения состояния воздуха в полости необходимо учесть изменение объема. Найдем уравнение изменения состояния воздуха в рабочей полости при прямом ходе поршня. Изменение массы воздуха в поршневой полости пневмоцилиндра с течением времени получают с учетом массового расхода воздуха, изменение объема полости определяют по формуле йт ~р (Р; 1 Ь При совместном решении двух последних уравнений, кроме времени Т2 движения поршня, можно определить законы изменения давления и перемещения с течением времени. Заключительный этап — время изменения давления Тз от достигнутого в конце хода поршня до р,1 или давления до момента начала обратного хода — рассчитывают так же, как на подготовительном этапе.
За начальные условия принимают параметры, соответствующие концу этапа перемещения поршня. Так, начальный объем Ро + Ы„а за начальное давление следует принять давление в рабочей полости пневмоцилидра, которое будет достигнуто в моментх =А, При обратном ходе поршня рабочая полость превращается и полость противодавления, которая через управляющее устройство соединяется с атмосферой. Время 21„п, в течение которого давлс 386 Гл.
! О. Пвевллопр овод ние в полости противодавления падает до значения,при котором начинается движение поршня в обратном направлении, определяют по формулам: ДЛЯ НаДКРИтИЧЕСКОГО РЕжИМа ИСТЕЧЕНИЯ, КОГДа Г3„р — — Р, /Рг, < < 0,528 ~;+Ы3( 1 1 1 1'2 23 пп— 1и — — 1и — ~— РКп 1, Г'3п.р Г!п р И ДЛЯ ДОКРИтИЧЕСКОГО РЕжИМа ИСТЕЧЕНИЯ, КОГДа Г3лр — — Р м/РМ > > 0,528 1о +2,5п 1 — гм 1 — гнпп В этих уравнениях хм„и гмп есть отношение давления в момент открытия выхлопного отверстия и в момент начала движения поршня (чаще всего р„, /рз,р — — р„,„/р3„).
Давление р„, при котором начнется движение поршня, определяют по формуле: Рп =(О~пр + Снп2 + Гп Гпгр)/83 + Рпгм где Р„берут со знаком плюс, если направление их действия совпадает с направлением силы поджатия возвратной пружины. Уравнение движения поршня при обратном ходе имеет вид (Рг3-рп )~,+т'+ОХ=-.рХ4РОпр+Спят,-ЬГп-~р), где х отсчитывают от нового исходного положения и за его положительное направление принимают направление справа налево— прямой ход. Уравнение изменения давления в полости опорожнения выводят так же, как и для полости наполнения. С учетом нового исходного положения поршня и изменившегося направления х это уравнение можно записать в следующем виде: Ялг= ~ г~ х~ Рг2 387 Ч. и. Гидроппевл ~опривод В левой части уравнения поставлен знак минус, так как расход в направлении «из полости» приводит к уменьшению количества воздуха в ней.
При опорожнении полости давление р,. после дросселя управляющего устройства будет постоянным, а перед дросселем давление р„, управляющего устройства — переменным. Совместное решение двух последних уравнений движения поршня, кроме времени Тз', позволяет определить законы изменения давления и перемещения с течением времени. За начальное давление заключительного периода принимают давление, соответствующее концу хода поршня в обратном направлении, а за конечное давление — давление р„,„. Полное время обратного хода Т,, = Т,' + Тз' -ь Тз'.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
