Дроссельное регулирование скоростей. Пневматические исполнительные механизмы

Регулирование скорости движения поршня. Рассмотренные выше методы расчета гидравлических исполнительных механизмов позволяют найти минимально возможное при заданных условиях время срабатывания, что существенно при их проектировании. В условиях эксплуатации, в зависимости от конкретных условий, приходиться регулировать время срабатывания. Это осуществляется управлением скоростью движения поршня.

Существует несколько способов регулирования скорости движения поршня, среди которых находится дроссельное, заключающееся в том , что поток рабочей жидкости проходит через устройство с суженным отверстием (дроссель), создающим сопротивление потоку.

Заметим, что такой способ регулирования имеет определенный недостаток – часть энергии рабочей жидкости тратится на преодоление сопротивления дросселя, причем эта энергия переходит в тепло, которое нагревает жидкость и сокращает срок ее службы. Однако простота системы и удобство обслуживания обеспечили ее широкое распространение.

В зависимости от места установки дросселя различают несколько схем регулирования скорости.

Рис. 13. Дроссельное регулирование скорости движения поршня:

а – дроссель на входе; б – дроссель на выходе; в – дроссель на ответвлении

1.Дросселирование на входе Регулируемый дроссель Др, у которого проходное сечение f может меняться от f_max до 0, устанавливается на напорной магистрали последовательно с гидроцилиндром, слив свободный.( Рис.13, а)

Система регулирования имеет низкий к.п.д.; нагретая в дросселе рабочая жидкость поступает в гидроцилиндр и входит в контакт с его уплотнительными элементами. Систему нельзя использовать при отрицательных направлениях силы сопротивления Р_С­, что может привести к разрыву потока жидкости. Пример такой ситуации  ГЦ с вертикальным расположением оси, поршень которого находится под воздействием силы тяжести поступательно движущихся частей.

– уравнение Бернулли.

– площадь прохода

V

f

Особенности этой схемы:

“+” – линейная характеристика.

“-” – низкий КПД, КПД<36%.

“-” – разогрев жидкости (из-за ее сжатия)

“-” – Если Рс<0, то происходит разрыв потока, т.е. регулирование не работает – это гидравлический удар.

2. Дросселирование на выходе (рис.13 б). Как и в предыдущем случае, дроссель Др установлен последовательно с гидроцилиндром ГЦ, но на линии слива.

Отличительные особенности этой системы регулирования – возможность ее использования при отрицательных величинах усилия Р_С ; нагретая в дросселе жидкость в гидроцилиндр не попадает, а направляется в сборник, где подвергается кондиционированию. Прочие свойства – те же, что и у системы с дросселем на напорной линии.

1. Дросселирование на ответвлении (рис. 13, в). В этом случае осуществляется параллельная установка дросселя и гидроцилиндра. Нагретая в дросселе Др жидкость в гидроцилиндр ГЦ не поступает; к.п.д. гидропривода при такой системе регулирования выше, чем в предыдущих случаях, однако использовать ее при отрицательных Р_С нельзя.

“+” – жидкость не нагревается (горячая жидкость сбрасывается)

“+” – можно работать с отрицательной Рс

“-” - КПД<36%.

V

F

3. Дросселирование на ответвлении (рис. 13, в). В этом случае осуществляется параллельная установка дросселя и гидроцилиндра. Нагретая в дросселе Др жидкость в гидроцилиндр ГЦ не поступает; к.п.д. гидропривода при такой системе регулирования выше, чем в предыдущих случаях, однако использовать ее при отрицательных Р_С нельзя.

V

f

“+” – КПД выше (1) и (2)

“+” – нагретая жидкость не поступает

“-” – при Рс<0 система не регулируется, дроссель не работает.

Пневматические исполнительные механизмы.

Пневматический привод состоит из тех же элементов, что и гидравлический привод. Далее рассматриваются лишь особенности, характерные для этого типа привода, отличающие его от гидравлического.

В пневматическом приводе рабочее тело – воздух, иногда азот. Воздух подвергается предварительной подготовке: очистке от влаги и пыли, масляных брызг.

Обычно давление воздуха в сети промышленных предприятий составляет 0,4…0,63 МПа. Для сжатия воздуха используются воздушные насосы (компрессоры) поршневого типа или ротационные.

Применение низкого давления обеспечивает сравнительную безопасность эксплуатации сосудов (цилиндров, ресиверов), находящихся под избыточным газовым давлением, а также позволяет осуществлять сжатие воздуха в одной ступени компрессора.

В систему пневматического привода, помимо компрессоров, входят коммуникационные линии, воздухосборники (ресиверы), фильтры, охладители, различные распределительные, регулирующие и контрольные устройства, по принципу действия аналогичные используемым в гидроприводе, а также исполнительные механизмы – пневматические цилиндры.

Наибольшее распространение в машинах-автоматах химических производств получили пневматические исполнительные механизмы с поступательно перемещающимся рабочим органом. В пневматическом цилиндре двойного действия (рис, а) прямой и обратный ход поршня осуществляется под действием сжатого воздуха, поступающего попеременно то в левую, то в правую полости цилиндра. В пневматическом цилиндре простого действия (рис., б) ход поршня влево происходит под воздействием сжатого воздуха, который не только преодолевает силу внешнего сопротивления, но и сжимает пружину. Ход поршня вправо осуществляется возвратной пружиной.

Мембранный исполнительный механизм (рис., в) позволяет обойтись без уплотнительных манжет. Мембрана обычно изготовляется из резинотканевых материалов и зажимается между фланцами корпуса. Ход штока мембранного исполнительного механизма незначителен.

Рис.14. Пневматические исполнительные механизмы:

а – пневматический цилиндр двойного действия с односторонним штоком; б – пневматический цилиндр простого действия; в – мембранный пневматический исполнительный механизм

Пневматический привод, как и гидравлический, прост по конструкции, компонуется из стандартных элементов, удобен в управлении. В отличие от гидравлического привода ему свойственны легкость реверсирования движения ведомых звеньев и большая скорость срабатывания. Это обусловлено тем, что не приходиться перемещать значительных масс жидкости в трубопроводах системы.

Использование воздуха в качестве рабочего тела делает пневматический привод взрыво- и пожаробезопасным, обеспечивает надежность работы его систем управления в запыленных помещениях, где контакты электрогидравлических систем управления быстро выходят из строя.

Характерные недостатки пневматического привода – колебания скорости движения поршня, вследствие сжимаемости воздуха, наличие ударов при работе механизмов. Из-за ограничения рабочего давления воздуха пневматический привод не используется для преодоления значительных по величине сил сопротивления: габариты пневматических цилиндров получаются большими, а вся конструкция – металлоемкой.

Указанные обстоятельства ограничивают область использования пневматического привода в машинах-автоматах; он применяется в большинстве случаев для выполнения вспомогательных операций, например, в механизмах фиксации объектов обработки, для их транспортировки и т.п. Иногда пневматический привод в машинах-автоматах используется в сочетании с гидравлическим.

Проектирование пневматических цилиндров выполняется методами, изложенными в разделе 9. 2. При расчете цилиндров двойного действия следует учитывать противодавление в полости, противоположной той, в которую подается рабочее тело; оно обычно находится в пределах р₂ = (0,25…0,35)р­₁ , где р₁ – рабочее давление воздуха. При расчете пневматического цилиндра простого действия следует учитывать не только силу внешнего сопротивления, но и максимальное усилие, возникающее при деформации пружины.

Коэффициент трения в манжетных уплотнениях пневматических цилиндров f = 0,09…0,15.

В пневматическом приводе обычно используются трубы диаметром 5…25 мм; рекомендуемые скорости движения воздуха в трубах 10…15 м/c, хотя в отдельных случаях могут иметь место значительные превышения рекомендованных значений.

Расчет времени срабатывания исполнительного механизма пневматического привода связан с большими трудностями, чем расчет гидравлического механизма. Это обусловлено сжимаемостью применяемого в пневматическом приводе рабочего тела и изменением массы воздуха в процессе заполнения или опорожнения полостей пневматического цилиндра. Условия теплообмена и теплопередачи в упомянутых процессах недостаточно хорошо изучены. Исследованию динамики пневматического привода посвящены специальные монографии.

Основные Выполнение функций действия Обеспечение заданной последовательности

Вспомогательные 1. Пуск 2. Останов 3. Наладочный режим 4. Полуавтоматический режим 5. Контроль наличия исходного материала 6. Отбраковка 7. Учет производительности 8. Температура 9..Температура смазки, давление и т.д.

.

Лекция 12

Системы управления машинами-автоматами.

Функции СУ МА:

Мы рассматриваем только основные функции.

Классификация СУ МА

Замкнутая СУ (информация с обратной связью)

Разомкнутая (жесткая)

Централизованная F(t)

Децентрализованная F(S)

Распределит-й Вал (РВ)

Контурная (копир.)

Команд-аппарат

Позиционная (Путевой контроль)

Управление методом копирования (контурное копирование).

« - » Для каждого нового изделия нужны новые копиры.

Из этих механизмов появились станки с ЧПУ – станки с числовым программным управлением.

ЧПУ жесткого типа

Программа носитель
Команда	Импульс

Блок управления

Привод

Рабочий орган

ЧПУ нежесткого типа.

Программа носитель

Считывающее устройство

Блок преобразования импульсов

Устройство сравнения

Привод

Рабочий орган

Устройство обратной связи

НЕОБХОДИМ ДАТЧИК.

«+» - Систем ЧПУ:

1. Быстрая переналадка.

2. Возможна корректировка во время цикла.

«-» - Систем ЧПУ:

1. Система дорогая.

2. Надежность системы невысокая.

Чаще всего применяется для материалов с нестабильными свойствами.

Лекция 13