6. Особенности регулирования скорости пневмопривода

Свойства рабочей среды гидро - и пневмопривода суще­ственно различаются. Газы отличаются большей сжимаемостью, чем капельные жидкости. Для примера сопоставим локальные модули упругости рабочих сред. У жидкостей, применяемых в гидроприводах, E_ж = 1400 ... 1900 МПа, у воздуха E_в = Kp, что при показателе адиабатного процесса к = 1,4 и давлении воздуха р = 0,2 ... 0,6 МПа составляет Е_в = 0,28 ... 0,84 МПа. Как видно, разница между значениями Е_ж и Е_в весьма суще­ственная.

Рабочий процесс в объемной машине зависит от сжимаемости рабочей среды. Сжимаемость газов исключает возможность при­менения машинного (объемного) способа регулирования скорости привода. Скорость пневмоприводов регулируется только дрос­сельным или струйным способом. При этом преимущественно применяются в пневмоприводах турбулентные дроссели. Ламинар­ные используют в маломощных управляющих устройствах.

С помощью регулируемого дросселя изменяется расход газов от источника энергии к объемному двигателю. В зависимости от указанного расхода изменяется скорость движения выходного звена пневмодвигателя. Вследствие высокой сжимаемости газов целесообразно при расчете пневмоприводов с дроссельным регу­лированием скорости пользоваться понятием массового расхода через дроссель.

Аналитическая связь между объемным расходом Q и массовым расходом G

где ρ - плотность рабочей среды.

Плотность газов в различных сечениях потока неодинакова. Она зависит от давления и температуры газов. В соответствии с уравнением Клапейрона можно для начального и конеч­ного сечений рассматриваемого участка потока записать уравнения состояния идеальных газов

(4)

где р₀ и р - давления в начальном и конечном сечениях потока газов; ρ₀ и ρ - плотность газов в начальном и конечном сече­ниях; Т_о и Т - абсолютная температура газов в начальном и конечном сечениях потока; R — удельная газовая постоянная. Величина R численно равна работе, совершаемой идеальным газом массой 1 кг при изобарном нагревании на 1 К. Для сухого воздуха R = 287 Дж/(кг ^. К).

Физическая картина процессов в турбулентном дросселе пока­зана на рис. 8. Из-за малой протяженности турбулентного дросселя процесс расширения газов при переходе из входного канала через дросселирующее отверстие в выходной принимается адиабатным (без теплообмена с окружающими стенками). Урав­нение такого процесса идеального газа применительно к началь­ному (индекс 0) и конечному (без индекса) сечениям потока в тур­булентном дросселе имеет вид [9]

(5)

где k = 1,4 - показатель адиабатного процесса.

_{Рис. 8. Схема течения рабочей среды в турбулентном дросселе}

Особенность течения газов через турбулентный дроссель - ограничение скорости движения частиц в дросселирующем отвер­стии местной скоростью звука

(и_с ≤ u_зв). Скорость движения частиц, равную местной скорости звука, называют критической, режим течения газовой среды при и_с < u_зв называют докритическим, а при и_с = и_зв - надкритическим.

(6)

Ограничение, связанное с переходом от докритического к надкритическому течению газов, выражается зависимостью

(7)

При надкритическом течении газов в формулу (4.8) подстав­ляется постоянное значение р/р₀ = р_кр. Формула (4.8) была впервые получена для изоэнтропического истечения газов из неограниченного объема и названа формулой Сен-Венан и Ванцеля.

По указанным соображениям в диапазоне 0,9 < р/р₀ < 1 можно пренебречь изменением плотности и использовать формулу для массового расхода жидкости через турбулентный дроссель

(8)

Погрешность при этом не превышает 5,5%.

7.Примеры применения пневмоцилиндров в Машиностроении