7. Пневматические управляющие элементы

7.1. Общие положения

Пневматические системы управления и регулирования имеют ряд достоинств, в частности взрыво- и пожаробезопасность, высокая надежность, простота в обслуживании и эксплуатации. Однако они имеют ограниченное быстродействие, что обусловлено конечной ско­ростью распространения сигналов в пневмолиниях. Это ограничивает область применения пневмосистем инерционными объектами.

Рабочей средой пневмосистем является сжатый воздух, очищен­ный от влаги, масла и твердых частиц.

В пневматических системах автоматики широкое применение нашла агрегатная уни­фицированная система пневматических приборов (АУС). В ее основе лежит агрегатный принцип построения систем промышленной автома­тики: системы управления укомплектовываются стандартными блоками и приборами специальной конструкции, каждый из которых выполняет отдельную функцию (установку задания, индикацию, регистрацию, формирование регулирующего воздействия и др.).

Дальнейшим развитием устройств пневмоавтоматики явился модульный принцип, согласно которому каждый прибор не является специальной конструкцией, а собирается из пневмоэлементов (модулей) уни­версального назначения. Система, построенная по элементному принципу, получила название УСЭППА – универсальной системы эле­ментов промышленной пневмоавтоматики. В состав УСЭППА входят элементы дискретной техники (реле, элементы сравнения, логичес­кие элементы, пневмоэлектро- и электропневмопреобразователи, клапаны, конечные выключатели и др.) и элементы непрерывной тех­ники (дроссели, повторители, сумматоры, усилители, пневмоемкости). На элементах УСЭППА можно строить релейные схемы управле­ния, регулирующие системы, а также системы телемеханики.

Входной величиной элементов УСЭППА является унифицированный пневматический сигнал давления сжатого воздуха, изменяющийся в пределах 0,01–0,1 МПа. Конструктивно элементы выполнены из квадратных секций, между которыми расположены резино-тканевые мембраны. В секциях имеются полости, образующие совместно с мембранами пневматические камеры. Условные обозначения элементов в пневматических системах приведены в табл. 7.1.

Элементы непрерывного действия УСЭППА представлены тремя основными группами, в которые входят пневмосопротивления (дрос­сели), пневмоемкости (камеры) и усилители.

Дроссель предназначен для ограничения или изменения расхода протекающего через него воздуха, что обеспечивается созданием местного сопротивления на пневматических линиях. Дроссели основных типов приведены на рис. 7.1.

Постоянный дроссель (нерегулируемое пневмосопротивление) представляет собой капилляр длиной 20 мм и диаметром 0,18 или 0,30 мм (рис. 7.1, а). Большое отношение длины к ди-аметру ка­пилляра обеспечивает ламинарный режим течения воздуха. Зависи­мость массового расхода воздуха F от перепада давления Р = Р₁ – Р₂ на дросселе (статическая характеристика) определяется равенством

,

где – проводимость постоянного дросселя (коэффициент, пропор­циональный площади его проходного сечения), л/(чкПа).

Регулируемый дроссель обычно выполняют по схеме конус – конус (рис. 7.1, б). Уравнение его статической характеристики имеет вид

,

где – проводимость регулируемого дросселя, л/(чкПа).

Перемещение внутреннего конуса вызывает изменение площади кольцевого зазора дросселя и его гидравлического сопротивления. Проводимость дросселя при этом изменяется примерно в 10³ раз.

Регулируемый дроссель настраивается поворотом винта, связанного с внутренним конусом. угол поворота винта по шкале составляет 300 °С.

Переменный дроссель выполняется в виде устройств сопло-зас­лонка или шарик-цилиндр (см. рис. 7.1, в-г). Их пневматическое сопротивление изменяется при перемещении заслонки относительно сопла или шарика относительно цилиндра. Режим истечения воздуха в них турбулентный.

Таблица 7.1