2017

линдрической поверхности корпуса золотника, в плоскости, перпендикулярной к оси золотника.

11.4. Гидропривод импульсных молотов и пресс - молотов

В гидравлических импульсном молоте и пресс-молоте для формирования поковки используется энергия гидравлического удара. Схема гидропривода пресс-молота (рис. 33) состоит из насоса 1, аккумулятора 2, импульсного клапана, генератора импульсов 3, распределительного золотника 4, вспомогательного золотника 5 и специального волновода 6.

Рис. 33. Принципиальная гидросхема привода импульсного пресс-молота

При перемещении вспомогательного золотника влево давлением жидкости от насоса 1 распределительный золотник 4 перемещается влево и открывает доступ жидкости из насоса

130

в сервоцилиндр импульсного клапана. Импульсный клапан быстро поднимается. При этом жидкость давлением

рα устремляется из аккумулятора в трубопровод-волновод 6.

Вначальный момент жидкость приобретает мгновенную теоретическую скорость

ύж = 2 Pa Po

ρ

где po - начальное давление жидкости в волноводе.

В дальнейшем скорость жидкости будет подчиняться условию по теории гидравлического удара.

υж = p , cρ

где с – скорость упругой волны жидкости;

ρ- плотность жидкости.

Смомента открытия давление у импульсного клапана повышается до р; это давление со скоростью с – vж' начинает распространяться вдоль трубопровода по направлению к плунжеру. В момент столкновения с плунжером ударная упругая волна отражается от него и со скоростью с + vж начинает распространяться в обратном направлении к импульсному клапану. С момента начала отражения упругой волны давление у плунжера удваивается, т. е. становится равным 2 ра.

По мере продвижения обратной волны к импульсному клапану давление в трубопроводе, начиная от плунжера, поднимается до 2 ра, и в момент достижения упругой волной импульсного клапана весь трубопровод будет находиться под давлением 2 ра. В результате действия удвоенного давления жидкости происходит упругое сжатие столба жидкости, заключенного в трубопроводе, и упругое расширение самого трубопровода, Гидросистема запасает упругую потенциальную

131

энергию. Для получения максимально возможной потенциальной энергии и наиболее эффективного ее использования необходимо успеть закрыть импульсный клапан в момент подхода к нему отраженной волны. Следовательно, время импульса

t ≤ 2l , c

где l - длина столба жидкости;

с – скорость ударной волны в трубопроводе с учетом упругости трубопровода.

Аккумулятор 2 импульсного привода служит источником импульса. Столб жидкости в трубопроводе представляет собой гидравлическую пружину.

Нагрузка, действующая на столб жидкости при открытии импульсного клапана,

F = раfтр,

где fтр – площадь сечения столба жидкости в трубопроводе. Эта нагрузка вызывает упругое сжатие столба жидкости.

λ Fl , k

где λ - линейная деформация столба жидкости; k – мера жесткости гидравлической пружины;

k = Eжfтр;

Eж – модуль упругости жидкости.

Следовательно, необходимо подать в трубопровод количество жидкости

V fтр λ

132

точное давление сжатого воздуха (далее будем называть просто давлением в отличие от абсолютного давления) в промышленных установках не превышает 1 МПа, наиболее распространенным номинальным давлением является рном = 0,63 МПа.

Термодинамическую температуру Т воздуха определяют по абсолютной шкале Кельвина (К). Под нормальными условиями состояния воздуха понимается его состояние при температуре, равной 273 К или О °С.

Плотностью газа называют отношение его массы т к за-

Величина, обратная плотности, т. е. Vуд=V/т (м3/кг), есть удельный объем газа.

Вязкостью воздуха называют свойство его слоев при движении воздуха сопротивляться сдвигу. Вязкость воздуха по сравнению с вязкостью рабочих жидкостей весьма мала и, в отличие от жидкостей, с повышением температуры увеличивается незначительно.

Сжимаемость воздуха β (м3/Н) характеризуется уменьшением его объема при увеличении абсолютного давления:

воначальный объем, м3 ; V — изменение объема, м3. Величина, обратная сжимаемости, называется модулем

упругости воздуха.

Удельная теплоемкость с воздуха представляет собой отношение количества теплоты, сообщаемого единице массы воздуха, к соответствующему изменению температуры.

Различают удельные теплоемкости при постоянном давлении ср и постоянном объеме су. При изменении состояния воздуха теплоемкость изменяется, однако при температуре 273...373 К (0…100°С) теплоемкость воздуха для практических

135

целей можно принимать неизменной: ср=1,01-103 Дж/(кгК) и сv=0,72 х 103 Дж/(кгК).

ГОСТ 17433—80 определяет классы загрязненности сжатого воздуха. Основными компонентами загрязненности являются вода, масло (в жидком и газообразном состоянии) и твердые включения.

12.3.ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ТЕРМО- И ГАЗОДИНАМИКИ

ИПРИНЦИПЫ РАБОТЫ ПНЕВМОПРИВОДОВ

Расчет процессов в пневмоприводе основывается на законах и уравнениях газовой динамики и термодинамики.

Уравнение состояния воздуха определяется зависимостью Менделеева—Клайперона:

pVуд = RT

где р — абсолютное давление газа; Vуд — удельный объем газа; R — газовая постоянная, для воздуха R=288 Дж/(кгК); Т — абсолютная температура.

Так как Vуд=V/т,

рV=тRТили р=ρRТ.

При сжатии и расширении воздуха изменяется энергия и его параметры. Самые простые процессы протекают при сохранении постоянным одного из параметров. Различают изохорный, изобарный, изотермический и адиабатный процессы.

Изохорный процесс (закон Шарля) характеризуется постоянством удельного объема (Vуд = const) при изменении давления и температуры. Так как V = const, то работа, совершаемая при этом процессе, равна нулю.

При изобарном процессе постоянным является давление воздуха (р = const).

Изотермический процесс (закон Бойля — Мариотта) происходит при постоянной температуре (T = const). При этом р

Vуд = const = p1V1 = p2V2

Адиабатный процесс характеризуется сжатием и расширением газа без теплообмена с окружающей средой. При

136

этом рV kуд = const, где k — показатель адиабаты (для воз-

духа k=1,41).

При теплообмене с окружающей средой параметры газа изменяются одновременно и имеет место политропный про-

цесс:

рVn =const,

где n = 1...2 — показатель политропы.

Политропный процесс представляет собой нечто среднее между изотермическим и адиабатным процессами. Для изобарного процесса n = 0, для изотермического n= 1, для адиабатного n = k, для изохорного n = ∞.

Скорость (м/с) истечения воздуха из отверстия

где Т — температура воздуха, К; р1 и р2 — давления воздуха при входе в отверстие и выходе из него, Па.

Это уравнение будет корректным для случаев, когда отношение Р2/Р1 не превышает критического значения Екр. При адиабатном процессе Екр = 0,528. Если давление выше критического, т. е. р1> Екрр2, то режим истечения надкритический, характеризуемый постоянством скорости истечения и расхода независимо от изменения давления окружающей среды. Если давление в резервуаре ниже критического, т. е. р1<Eкрр2, то скорость истечения и расход газа непостоянны и расход зависит от соотношения давлений в опоражниваемом резервуаре и окружающей среде. Отсюда следует, что режим процесса опоражнивания резервуара, начавшегося при относительно высоких давлениях, при уменьшении давления переходит в подкритический, который рассчитывается гораздо сложнее.

Течение воздуха в трубах в основном турбулентное. Потери давления воздуха в пневмосистеме связаны с

трением его о стенки труб и с потерями на местных сопротивлениях. Для труб на прямых участках

137

где kт — коэффициент трения (при р = 0,4 МПа и T = 303

К; kт= (1,5.. .2,0) 10-7)]; l — длина труб, м; V — скорость возду-

ха, м/с; d — внутренний диаметр трубы, м.

При определении этих потерь удобно пользоваться номограммами [3, 14].

Потери давления на местных сопротивлениях (тройни-

ках, вентилях, аппаратах)

р = 51ξv2γ10-7,

где ξ — коэффициент местного сопротивления, определяется экспериментально или из таблиц (для распределителей ξ=24...50; для обратных клапанов ξ=50...130; для дросселей ξ=60...130; для маслораспылителей ξ=32...60; для влагоотде-

лителей ξ=18...31).

Пример. Определить, насколько повысится давление воздуха в поршневой полости пневмоцилиндра с тонкостенным корпусом, если объем воздуха в этой полости уменьшить при медленном вдвигании поршня в 3 раза. Уплотнения считать абсолютно герметичными.

Решение. Так как стенки пневмоцилиндра тонкие и вдвигание поршня осуществляется медленно, можно считать, что процесс сжатия воздуха в цилиндре осуществляется при постоянной температуре (при хорошем теплообмене с окружающей средой). Этот процесс описывается уравнением Бойля— Мариотта

p1V1=p2V2

Так как

V2=V1 / 3,

p2= p1V1 3p1

V1 /3

т. е. давление возрастет в 3 раза.

Пример. Определить потери давления при движении сжатого воздуха по трубе длиной 100 м с внутренним диаметром d= 18 мм. Расход воздуха Q = 20м3/ч. Плотность воздуха ρ

138

Схема пневмопривода показана на рис. 34. Сжатый воздух под давлением ро от пневмосети (или компрессора) подается через обратный клапан 1, редукционный клапан 2, отсечной кран 3,

Рис. 34. Схема пневмопривода

фильтр-отстойник 4, маслораспылитель 5 и пневмораспределитель 8 в пневмодвигатель 9. Отработанный воздух через распределитель, дроссель 7 и глушитель 6 идет на выхлоп в атмосферу.

В робототехнических устройствах в качестве пневмодвигателя в основном используют поршневые механизмы из-за их простоты, надежности и возможности создания значительных

139