книги из ГПНТБ / Кожевников С.Н. Гидравлический и пневматический приводы металлургических машин

предусмотрена возможность сбрасывания воздуха в атмосферу через отверстие во втулке 8 при резком увеличении давления сверх установленного. В этом случае клапан перекрывает в диа­ фрагме 5 отверстие, через которое поступает воздух высокогодавления, подведенный к штуцеру 7 и очищенный фильтром 6, а отверстие во втулке 8 открывает. Предварительное сжатие пружины, воздействующей на мембрану 3, осуществляется вин­ том 2.

С О Е Д И Н Е Н И Я Т Р У Б О П Р О В О Д О В

Для соединения элементов неподвижных трубопроводов при­ меняют обычные фитинги (муфты, угольники, тройники н пр.) с надежным уплотнением, исключающим утечки воздуха в про­

лах и др.

Если перемещения пневматиче­ ских цилиндров невелики и по­ зволяют условия их работы, то для подвода воздуха используют специальные резиновые шланги с многослойным кордовым плете­ нием.

Для быстрого соединения и де­ монтажа воздушных коммуника­ ции используют специальные со­ единения. На рис. 212 показано разъемное соединение шлангов,

которое можно быстро собирать и разбирать. Для разъединения концов шлангов достаточно наружное кольцо 1 несколько сдви­ нуть вдоль осп шланга; это дает возможность шарикам 3 выйти из кольцевой расточки на внешней поверхности втулки 2, после чего она может быть свободно вынута из соединения.

Поскольку в условиях высокой температуры и при наличии горячей окалины пользоваться резиновыми шлангами для под­ вода воздуха нельзя, воздух к цилиндру, укрепленному на под­ вижной детали, подается: а) при помощи двух отрезков труб, соединенных между собой шарнирно и присоединенных один к неподвижному штуцеру, а другой — к подвижному при помощи поворотных угольников, имеющих надежное уплотнение, или б) через полую ось вращения при помощи специального поворот­ ного соединения.

300

Г л а в а V

ОСНОВЫ РАСЧЕТА ПНЕВМАТИЧЕСКИХ МЕХАНИЗМОВ

СКОРОСТЬ ИСТЕЧЕНИЯ И РАСХОД ВОЗДУХА ИЗ РЕЗЕРВУАРОВ ОГРАНИЧЕННОЙ ЕМКОСТИ ЧЕРЕЗ ОТВЕРСТИЯ ПОСТОЯННОГО СЕЧЕНИЯ

Полости цилиндров пневматических механизмов можно рас­ сматривать как резервуары ограниченной постоянной пли пере­ менной емкости, образуемые. стенками цилиндра, днищем и поршнем. В процессе работы происходит истечение воздуха через отверстия пли наполнение данной емкости. Площадь проходного •сечения воздухораспределительных устройств может в процессе

.изменения состояния газа оставаться постоянной, однако в ряде •случаев приходится считаться с ее изменением, что значительно усложняет расчет.

Наиболее простым является случай расчета, когда истечение (или наполнение) происходит через отверстие постоянного про­ ходного сечения из резервуара постоянного объема в простран­ ство неограниченной емкости, давление в котором поддержи­ вается постоянным. Это имеет место в пневматических механиз­ мах в подготовительной фазе, когда в рабочей полости давление возрастает в процессе наполнения до величины, достаточной для трогаипя поршня с места, а из камеры противодавления проис­ ходит истечение воздуха в атмосферу. В дальнейшем, с момента трогання поршня с места истечение и наполнение полостей ци­ линдра происходят при переменном объеме.

Скорость газа при истечении и наполнении резервуара зави­ сит от ряда факторов, в частности — от характера процесса ис­ течения. Вследствие того, что процесс истечения протекает быстро и заметного теплообмена газа и стенок резервуара не может быть, его следует считать адиабатическим. В то же время необходимо считаться с потерями энергии в процессе истечения воздуха через отверстия.

Скорость воздуха в резервуаре постоянного объема (рис. 213) равна нулю. В процессе истечения воздуха происходит потеря некоторой доли энергии на внутреннее трение, зависящей от ско­ рости. Принято считать, что эта потеря пропорциональна кине­ тической энергии. В связи с этим уравнение энергетического ба­ ланса можно записать в виде

(152)

Pi

где с — скорость, которую приобретает воздух в струе; ё — коэффициент потерь;

301

g — ускорение силы тяжести;

у— объемный вес; для воздуха у = 1,293 кгс/см3 при темпе­ ратуре 0° С н давлении 760 мм рт. ст.

Отсюда скорость

V 1 + б2

Скорость истечения воздуха зависит от характера процесса. При малом перепаде давлений во время истечения процесс мож­ но полагать изохорпческим (например, при расчете диафрагм для измерения расхода газа). В рассматриваемом слу­ чае процесс следует считать адиабатиче­

ским, поэтому

302

с давлением р\ в пространство с давлением Р 2 претерпевает су­ жение, при определении весового расхода необходимо это учесть,, т. е. принять

Весовой расход Q воздуха, протекающего через отверстие

сечением /, является функцией отношения давлений — - s.

Pi

При некотором значении е весовой расход достигает максимума, а скорость — критического значения.

303-

При давлении в опоражниваемом пространстве выше крити­ ческого, т. е. при р\ > е,ф р2, режим истечения будет надкрити­ ческий, характеризуемый постоянством скорости истечения и весового расхода при условии сохранения р\, yi н 7\ постоянны­ ми. Коэффициент ор для надкритического режима остается по­ стоянным:

в подкритический режим. Расчетные уравнения для надкритиче­

304

ИЗМЕНЕНИЯ СОСТОЯНИЯ ВОЗДУХА В РЕЗЕРВУАРЕ

Параметры состояния воздуха в полости цилиндра при исте­ чении пли наполнении можно установить, зная закон изменения состояния п начальное значение параметров. Весовой расход воздуха за время dt можно представить равенством

dG=Qdt=afVgpiyi грЛ. (159)

Приняв во внимание, что процесс изменения состояния остат­ ка воздуха в резервуаре политропический, можно написать

и, следовательно,

i

(160)

Отсюда произведение piy\ может быть выражено равенством

Расход воздуха через отверстие, определяемый по выраже­ нию (159), равен убыванию воздуха в резервуаре. Если Go и У0 — начальные вес и объем воздуха, a Gi и V\ — текущие его значения в случае переменного объема полости, то общее коли­ чество воздуха, вытекшего за время dt,

G = G 0 - G , = 1/0 71 0 —

Дифференцируя, найдем dG=-d(Vlyi)=-Vidyl-yldV1

или

Сравнивая выражения (159) и (162) одного и того же рас­ хода воздуха, представленные через различные функции, нахо­ дим

Исключив Y I и проделав некоторые преобразования, получим окончательно

в резервуаре, самостоятельно проинтегрировать нельзя, потому

случаях и f. Вследствие этого необходимо составлять дополни­

или переменной емкости, то для него можно написать уравнение,

Таким образом, имея в виду лишь принципиальную сторону вопроса, можно говорить о возможности составления дополни­ тельного уравнения, позволяющего исключить я|), вне зависимо-

306

сти от того, происходит ли истечение в пространство с ограни­ ченной или неограниченной емкостью, т. е. в пространство с пе­ ременным или постоянным давлением.

Исключение переменной V{ возможно в том случае, если за­ дан закон изменения У] по времени. В пневматических механиз­ мах обычно У| не задано. Более того, как правило, определение V], пропорциональное перемещению х поршня, является целью расчета. В этом случае дополнительное уравнение для определе­ ния V\ можно составить в форме уравнения движения масс, свя­ занных с поршнем.

Г л а в а VI

ДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ПНЕВМАТИЧЕСКИХ МЕХАНИЗМОВ

ПОДГОТОВИТЕЛЬНАЯ ФАЗА РАБОТЫ ПНЕВМАТИЧЕСКОГО МЕХАНИЗМА

Подготовительная фаза работы будет иметь место только в пневматических механизмах эпизодического действия, у кото­ рых поршень находится в одном из крайних положений и давле­ ние воздуха в полостях цилиндра вполне определенное.

Предположим, что воздухосборник расположен в непосредст­ венной близости к пневматическому цилиндру и давление в нем остается постоянным. При включении распределителя камера давления соединяется с воздухосборником, а камера противо­ давления — с атмосферой. Первая из них начинает наполняться воздухом п давление в ней растет, а из второй, если давление в ней выше атмосферного, воздух начинает вытекать в атмосфе­ ру. Момент трогания поршня с места будет соответствовать разнице давления в полостях цилиндра, достаточной для прео­ доления сил сопротивлений, действующих на поршень.

нается наполнение левой полости и истечение из правой полости при неподвижном поршне, т. е. при постоянных объемах полос­ тей. Примем, кроме того, что в левой полости начальное давление

v

b

Рис. 215

ханизма. Рассмотрим процессы, происходящие в каждой из поло­ стей цилиндра.

НАПОЛНЕНИЕ И ОПОРОЖНЕНИЕ ПОЛОСТЕЙ ЦИЛИНДРА ПРИ НЕПОДВИЖНОМ ПОРШНЕ

при надкритическом режиме. Следовательно, критический рас­ ход воздуха

308

При критическом расходе воздуха в процессе наполнения время наполнения полости цилиндра будет

После того как давление воздуха в левой полости достигло критического значения и поршень еще не тронулся с места, на­ полнение будет продолжаться при постоянном объеме, но уже при подкритпческом режиме. В этом случае при расчете расхода воздуха необходимо пользоваться уравнением (156) с учетом обозначений для рассматриваемого случая, а именно

309