Методическое пособие 722

Рис. 2.20

Рис. 2.21

Рис. 2.22

72

Рис. 2.23

Рис. 2.24

Рис. 2.25

73

Клапанные регуляторы расхода подразделяют на стабилизаторы расхода, запорные (обратные) клапаны. Они выполняют в гидросистеме те же функции, что и выпрямитель в электрической цепи. Клапан подобен предохранителю, только усилие пружины у него значительно меньше. Существуют также гидравлические замки, предназначенные для автоматического закупоривания жидкости в полостях и гидродвигателя ПР, с целью фиксации (рис. 2.23). При подводе жидкости каналу 4 открывается левый клапан 1 и жидкость через канал 5 проходит в цилиндр 6. Поршень 3 смещается вправо и открывает клапан 2, обеспечивая отвод жидкости. Если циркуляция жидкости не происходит, то обратные клапаны запирают жидкость в полостях цилиндра.

Дроссельные регуляторы. Дроссель – это регулирующий гидроаппарат, представляющий собой местное регулируемое или нерегулируемое сопротивление, устанавливаемое на пути течения жидкости. Различают:

1. Дроссель вязкого сопротивления, потеря давления в котором характеризуется сопротивлением потоку в канале большой длины (рис. 2.24)

иобусловлена трением при ламинарном течении, т.е. потеря давления является линейной функцией скорости течения (линейные дроссели). Гидравлическая характеристика дросселя зависит от температуры.

2.Дроссель вихревого сопротивления. Потеря давления зависит здесь в основном от деформации потока и вихреобразования в канале малой длины

(рис. 2.25).

Изменение давления происходит практически пропорционально квадрату скорости потока (квадратичные дроссели). Характеристика такого дросселя практически не зависит от температуры.

Гидравлическая схема робота «Универсал – 50М». Схема обеспечивает питание гидроусилителей, работу привода схвата, очистку и охлаждение масла, предотвращение самопроизвольного падения неуравновешенных частей манипулятора при отключении питания электросети (рис. 2.26).

При подключении электродвигателя 3 масло, нагнетаемое насосами 1

и2, через фильтр грубой очистки 4, обратный клапан 17, фильтр тонкой очистки 15 поступает к гидроусилителям крутящего момента 10, пневмогидравлическому аккумулятору 13 и панели управления гидроцилиндром 9 схвата. Избыток масла сливается через предохранительный клапан 18 и теплообменник 14 в бак. Одновременно масло от насоса 2 поступает к золотнику 19 и открывает его, так как он настроен на давление ниже, чем давление срабатывания предохранительного клапана 18. В результате масло от насоса 1 через золотник 19, теплообменник 14 сливается в бак. Кроме того, из напорной магистрали

по линии 16 масло поступает в полость управления обратного клапана 11 и открывает его, подготавливая магистраль для слива масла с гидроусилителей.

Для получения стабильно малых скоростей выходных валов гидроусилителей на сливе последних установлен подпорный клапан 12, настроенный на давление 3...5 кгс/см2.

74

Рис. 2.26

При одновременной работе тр х и более степеней подвижности манипулятора производительности насоса 2 не хватает для поддержания заданного давления. Вследствие падения давления в системе напорный золотник 19 закрывается и масло от насоса 1 через обратный клапан 20 поступает к гидроусилителям 10.

На панели управления гидроцилиндра 9 схвата размещены редукционный клапан 7, реверсивный золотник 8, кран 5 с манометром 6 для настройки редукционного клапана 7.

75

Устанавливая необходимое давление в полости гидроцилиндра 9, можно регулировать усилие зажима губок схвата. При включении электромагнита реверсивного золотника 8 масло поступает в штоковую полость гидроцилиндра 9 и происходит разжим губок, при отключении электромагнита – зажимы губок схвата. Такая схема обеспечивает невыпадение деталей из захвата в случае обесточивания сети.

Кроме того, при обесточивании сети и остановке электродвигателей насосов управляемый обратный клапан перекрывает масло из гидроусилителя 10 бак, предотвращая падение неуравновешенных звеньев манипулятора.

2.3.Пневмопривод

Всовременных ПР наряду с гидромеханизмами применяются пневмомеханизмы (пневмоприводы), основанные на использовании в качестве рабочей среды сжатого воздуха.

С помощью пневматических устройств (приводов) решаются сложные задачи по автоматизации управления ПР и технологических процессов.

К основным преимуществам пневматических устройств относятся

надежность и долговечность, быстрота действия (срабатывания), простота и экономичность, обусловленные одноканальным питанием исполнительных механизмов и дешевизной самой рабочей среды.

Наряду с положительными качествами пневмосистемы обладают рядом недостатков, вытекающих из природы рабочей среды – воздуха.

Воздух обладает высокой сжимаемостью, ввиду чего он при сжатии накапливает энергию, которая при известных условиях может превратиться в кинетическую энергию движущихся масс и вызвать ударные нагрузки.

Вследствие этого пневматические системы не обеспечивают без специальных дополнительных средств необходимой плавности и точности хода. Сжимаемость воздуха в пневмосистемах исключает возможность непосредственной фиксации органов управления в заданных промежуточных положениях. В равной мере в пневмоприводе затруднительно получение при переменной нагрузке равномерной стабильной скорости.

Помимо этого, пневмоприводы имеют, как правило, более низкий КПД в сравнении с гидроприводом, а также требуют применения смазочных устройств.

Сжатый воздух для питания пневмосистем обычно вырабатывается компрессорами, обслуживающими пневмомашины всего предприятия, либо определенную группу. В централизованных и групповых системах питания обычно применяется давление 5-6 кг/см2, в индивидуальном питании – 50 кг/см2 и выше.

76

Процессы сжатия и расширения воздуха при течении его в каналах пневмосистемы сопровождаются изменениями параметров его состояний, основными из которых являются давление Р, температура Т и удельный объем υ. Давление входит (за исключением случаев, оговариваемых особо) во все привед нные ниже термо- и газодинамические зависимости в абсолютных единицах.

Удельный объем (объем, занимаемый единицей массы газа) связан с объемом V зависимостью:

где m – масса, заключенная в объеме V.

Следовательно, удельный объем и плотность являются взаимно обратными величинами.

Температура Кельвина T[K] как параметр состояния газа связана с температурой Цельсия t [0C] зависимостью

T ≈ t +273.

К нормальным условиям состояния газа относят температуру t = 0 0C или T = 273 [K], что то же самое.

Кроме указанных параметров, газ характеризуется сжимаемостью, температурным коэффициентом объемного расширения, вязкостью и удельной теплоемкостью.

Под удельной (объемной) теплоемкостью газа понимают отношение количества теплоты, поглощенного единицей массы (объ ма) газа, к соответствующему повышению температуры. При этом различают удельные теплоемкости при постоянном давлении Сp и постоянном объеме Сv. Соотношение между теплоемкостями при P = const и V = const положено в основы газодинамики. В частности, важным параметром является отношение этих теплоемкостей

называемое показателем адиабаты в адиабатном процессе изменения состояния газа.

Удельная теплоемкость реального газа зависит от температуры, в связи с чем пользуются средней для данного интервала температур удельной теплоемкостью.

Вязкость газа обычно оценивается значением динамической вязкости μ. В отличие от капельных жидкостей, динамическая вязкость газа с повышением температуры увеличивается.

77

Зависимость вязкости от температуры достаточно точно характеризуется эмпирической формулой (при постоянном давлении).

( )

где μ – динамическая вязкость воздуха при данной температуре в К; μ0 – то же при температуре 0 0С или 273 К; Т – абсолютная температура в К.

Тепловое расширение газа характеризуется температурным коэффициентом объемного расширения υ0 0С–1, показывающим относительное изменение объема газа при изменении температуры на 1 0С.

( )

где υ – изменение объема газа в м3; Т – изменение температуры в 0С или К.

Из термодинамики известно, что идеальный газ расширяется при постоянном давлении (изобарный процесс) пропорционально повышению его абсолютной температуры T (закон Гей – Люссака). Этот закон описывается уравнением

( )

где υТ и υ0 – удельный объем газа при заданной и начальной температуре; α – температурный коэффициент объемного расширения газа (практически

может быть принят постоянным для всех газов); t – температура газа в 0С.

Если объем идеального газа поддерживается постоянно (изохорный процесс), то давление Рт в нем возрастает пропорционально повышению его абсолютной температуры.

PT = P0 (1+αt),

где Р0 – начальное давление.

Для температуры t = –1/α величина Рт становится равной нулю. Эта температура, равная t = –273,15 0С или Т = К, является абсолютным нулем, называется абсолютной температурой и обозначается Т.

Сжимаемость характеризует изменение ΔV объема газа при изменении давления на Р:

Зависимость удельного объема или плотности газа от температуры Т и давления Р называется уравнением состояния газа.

78

Для идеального газа (в частности, для воздуха при относительно невысоких давлениях)

PV = RT.

Это уравнение (получило название характеристического или уравнения состояния газа) связывает параметры Р, Т, V.

Учитывая, что удельный объем

287,1 Дж/(кг*К) – в единицах СИ и системах МКС; 29,27 кг *м/кг * 0С – в единицах двух систем МКГСС и СИ.

В работе пневмоприводов возможны различные условия теплообмена между движущимися в каналах газом и окружающей средой. При малой скорости течения и хорошем теплообмене между стенками каналов (трубопроводов) и окружающей средой процессы, протекающие в пределах элементарных объемов газа, могут быть близкими к изотермным. Однако в общем случае изменение состояния газа, в зависимости от продолжительности процесса и конкретных окружающих условий, может протекать по различным законам, с произвольным изменением параметров Р, Т и V. При этом во всех случаях удовлетворяется уравнение состояния.

Такими процессами являются политропные процессы, характеризуемые

уравнением

P1 υn1 = P2 υn2 = const,

где Р1 и Р2 – начальное и конечное давление; υ1 и υ2 – начальные и конечные удельные объемы; n – показатель политропы.

Показатель политропы в процессах, используемых в технике, находится обычно в ограниченных пределах.

Изотермический процесс описывается равенствами

T = const ; n = 1.

Согласно закону Бойля – Мариотта, удельный объем газа обратно пропорционален его давлению Р:

79