- •Міністерство освіти і науки України
- •Приводи автоматизованого устаткування
- •1.1. Пневматичні приводи і їх основні елементи
- •1.2. Фізико-механічні характеристики повітря
- •1.3. Термодинамічні процеси при постійній кількості повітря
- •2. Ідеальні пневмомашини
- •2.1. Ідеальний компресор
- •2.2. Ідеальний вакуумнасос
- •2.3. Ідеальний пневмодвигун
- •2.4. Ідеальний вакуумдвигун
- •2.5. Вид кривих стискання і розширення
- •2.6. Кількість роботи ідеальних пневмомашин
- •3. Реальні пневмомашини
- •3.1. Генераторні пневмомашини
- •3.1.1. Класифікації і схеми генераторних пневмомашин
- •3.1.2. Теорія генераторних пневмомашин
- •3.2. Пневмодвигуни
- •3.2.1. Теорія і розрахунок пневмоциліндрів
- •3.2.2. Теорія обємних пневмомоторів
- •3.2.3. Спеціальні пневмодвигуни металорізальних верстатів, промислових роботів і маніпуляторів
- •4. Пневмоапаратура
- •4.1. Апаратура підготовки повітря
- •4.2. Напрямна аппаратура
- •4.3. Апаратура регулювання
- •4.4. Апаратура контролю і керування
- •5. Розрахунок газових потоків
- •5.1. Постановка задачі
- •5.2. Система рівнянь, що описують рух газу
- •5.3. Повні параметри газового потоку
- •5.4. Розрахунок адіабатного потоку
- •5.5. Розрахунок ізотермічного потоку
- •5.6. Розрахунок витікання газу
- •5.7. Розрахунок пневмоліній за формулами витікання
- •5.8. Області застосування різноманітних моделей розрахунку
- •5.9. Розрахунок складеної пневмолінії
- •6. Динамічний розрахунок пневмопривода
- •6.1. Рівняння енергії для пневмомеханізму
- •6.2. Наповнення і спорожнювання пневмоємності
- •6.2.1. Розрахунок наповнення
- •6.2.2. Розрахунок спорожнювання
- •6.3. Принципи нелінійного динамічного
- •6.3.1. Фази роботи пневмопривода
- •6.3.2. Способи розрахунку окремих фаз роботи пневмопривода
- •7. Пневмоавтоматика
- •7.1. Застосування засобів пневмоавтоматики
- •7.2. Елементи пневмоавтоматики
- •7.3. Пневматичні підсилювачі і перетворювачі
- •Приводи автоматизованого устаткування
1.3. Термодинамічні процеси при постійній кількості повітря
Параметри повітря при переході його від одного стану до іншого змінюються. Такий перехід називається термодинамічним процесом. В обмеженому діапазоні тисків і температур, який має місце при роботі більшості пневматичних пристроїв, користуючись рівнянням стану для ідеального газу, можно установити звязок між параметрами для двох різних станів 1 кг повітря:
p1V1 / T1 = p2V2/T2. (1.8)
Енергетичний бік переходу від стану до стану описується рівнянням першого закону термодинаміки: dq = du + dl – прирощення тепла dq, що підводиться ззовні витрачається на зміну внутрішньої енергії du і виконання зовнішньої роботи dl.
Як окремі випадки можливі такі найпростіші термодинамічні процеси при постійній кількості повітря: 1) ізохорний (v = const) – процес при постійному обємі; 2) ізобарний (p = const) – процес при постійному тиску; 3) ізотермічний (T = const) – процес при постійній температурі; 4) адіабатичний (dq = 0) – процес без зовнішнього теплообміну. Основні параметри цих процесів наведені в табл. 1.1 [1].
Найбільш загальним є процес при постійній теплоємності с, який називається політропним. Його рівняння pvn = const, n = (cp – c)/(cv – c) – показник політропи, який може приймати різні постійні чисельні значення.
Таблиця 1.1
Параметри найпростіших термодинамічних процесів
при постійній кількості повітря
Процес |
Звязок між параметрами |
Рівняння першого закону термодинаміки |
Теплота |
Зовнішня робота |
Показ-ник політ-ропи |
Ізохор-ний |
р1 / р2 = Т1 /Т2 |
dq = du |
q = cv (T2 – T1) |
l = 0 |
n = |
Ізобар-ний |
v1 / v2 = T1 /T2 |
dq = du + dl |
q = cp (T2 – T1) |
l = p(v2 – v1) = R(T2 – T1) |
n = 0 |
Ізотер-мічний |
p1 v1 = p2 v2 |
dq = dl |
q = l |
l = RT ln (p1 /p2) |
n = 1 |
Адіабатичний |
p1 v1k = p2 v2k |
du = - dl |
q = 0 |
l = (p1 v1 – p2 v2)/ (k – 1) |
n = k |
2. Ідеальні пневмомашини
Пневмомашини служать для перетворення механічної енергії в пнев-матичну і навпаки. Для наочності і кращого розуміння доцільно спочатку розглянути роботу ідеальних пневмомашин, якими називають пристрої, що працюють без втрат.
Пневматична енергія може бути вироблена у вигляді енергії надли-шкового тиску повітря або розрідження. У відповідності з цим розпов-сюджені двоякі генераторні пневмомашини – компресори і вакуумнасоси. В свою чергу для перетворення пневматичної енергії в механічну можуть використовуватись два види пневмодвигунів (виконавчих пристроїв) – це пневмодвигуни, що працюють на надлишковому тиску і вакуумдвигуни.
Тиск повітря і сили, що діють в пневмомашинах, є змінними величи-нами. В цьому звязку при аналізі робочих процесів пневмомашин доціль-но застосовувати графічний метод, при якому процеси розглядаються в координатах тиск - обєм (р – V).