книги / Основы пневмоавтоматики

обеспечить слежение с большей точностью, а зачастую и уменьшить склонность системы к автоколебаниям.

'Золотники с нулевым перекрытием изготовить чрезвычайно трудно, поэтому практически их не используют.

Основными размерами золотников являются диаметр бурти­ ка плунжера D, перекрытие х и зазор между гильзой и буртика­ ми плунжера е. Ввиду малой вязкости воздуха, утечки в пневма­ тических золотниках велики. Поэтому зазор е стремятся умень­ шить до минимума, доводя его, например, для золотников с D =

= 10-4-25 мм до величины меньше 0,010 мм. Перекрытие х не­

няют фрезерованием, а гильзу помещают в обойму 3 (рис. 26, а) .

Ввиду технологических трудностей при изготовлении гильзы ее часто выполняют в виде отдельных деталей, которые затем в со­ ответствующем порядке располагают в обойме (см. рис. 26, б), причем гильза в обойме может быть уплотнена как за счет за­ прессовки, так и с помощью резиновых колец.

В пневмоавтоматике находят применение плоские золотники (рис. 27) с пружинными и гидродинамическими подвесками, по­ зволяющими свести до минимума трение. Технология изготовле­ ния плоских золотников проще, чем технология изготовления цилиндрических золотников. Золотниковая пара состоит из плос­

к полости 4, ограниченной по торцам цилиндрическими штифта­ ми, а по бокам стенками. Золотник подвешен на шарнирных рычагах 2 и б, вместо которых могут быть использованы плоские пружины. В нейтральном положении штифты 3 и 5 одинаково перекрывают торцовые отверстия каналов 9 и 10, соединяющих

золотник с полостями поршневого привода. При возникновении силы, действующей на золотник 7, последний перемещается па­

61

раллельно корпусу <§, что приводит к открыванию каналов 9 и 10.

Через образовавшиеся щели полости поршневого привода соеди­ няются соответственно с атмосферой и питающим давлением.

Расчет цилиндрического золотника сводится к выбору диа­ метра буртика плунжера и размера окон, другими словами, пло­ щади дросселирующей щели золотника, обеспечивающей задан­ ную максимальную установившуюся скорость поршня при задан­ ной максимальной нагрузке на поршень привода и заданном давлении питания золотника.

Величину эффективного проходного сечения щели золотника находят из формулы для максимальной установившейся скоро­ сти движения поршня

- 1 / V

заданных давления питания ро и перепада давлении на поршне Ар при условии равенства эффективных площадей fi = /2 = /

дросселирующих щелей и истечении в среду с давлением, рав­ ным 0,1 МПа (рис. 26, а). Перепад давления на поршне

лN

др = — .

Гп

где N — постоянная нагрузка на поршень (включая силу трения) в МН; Fn — площадь поршня в м2.

причем здесь v — максимальная заданная скорость движения поршня при заданной нагрузке на поршень N. Задавшись диа­ метром плунжера D, выбирают длину окна гильзы золотника I = /, + /2 (рис. 28), причем гильза 2 может иметь и одно прямо­ угольное окно, тогда I = 1\. Из уравнения для площади проход­

ного сечения дросселирующего окна определяют наибольший ход ун плунжера 1 золотника, обеспечивающий реализацию мак­ симальной заданной скорости v поршня:

при значительных открытиях. Исходя из неравенства Ъ > ун, вы­ бирают ширину окна в гильзе 2.

Приведенный расчет максимального хода плунжера относит­ ся к золотниковой паре с нулевым перекрытием. Остальные гео-

* Подробный вывод формулы (23) и пояснения по графику на рис. 181 см. гл. VIII.

62

метрические размеры плунжера и гильзы выбирают из конструк­ тивных соображений. Для определения максимального расхода воздуха, идущего на наполнение полости поршневого привода при установившейся скорости v, воспользуемся выражением

' - V - W

Давление р\ исключим, воспользовавшись

выражением для фь Тогда окончательно

Пример 1. Определить основные размеры золотника при совместной его работе с пневматическим поршневым приводом, если при установившемся дви­ жении абсолютные давления /?3 = 0,1 МПа, р0 = 0,7 МПа и Fn = 0,01 м2,

Т= 293 К, N = 0,0055 МН, v = 0,1 м/с. Определим перепад давлений на поршне

чения через одинаковые дросселирующие щели золотника — ДД (докритическое истечение через обе щели золотника). Пользуясь полученными данными,

Ширину окна в гильзе выбирают исходя из неравенства b > ун. Осталь­ ные геометрические размеры гильзы и плунжера золотника выбирают из кон­

63

4. СТРУ Й Н А Я ТРУ БК А

Пневматические усилители со струйной трубкой по своей кон­ струкции аналогичны такого же типа гидравлическим усилите­ лям и предназначены для преобразования незначительных уси­ лий, образуемых датчиком, в сравнительно мощные потоки воз­ духа, направляемые в полости пневматического поршневого исполнительного механизма. Коэффициент усиления по мощно­ сти устройства можно значительно повысить, если к усилителю со струйной трубкой присоединить второй каскад усиления, вы­ полненный, например, в виде золотника. В этом случае управля­ ющие потоки воздуха с выхода струйной трубки будут направ­ ляться в соответствующие камеры плунжера золотника.

Применение двухкаскадных пневматических усилителей, а в общем случае многокаскадных связано со стремлением поднять коэффициент усиления по мощности и по давлению, равный в этом случае произведению коэффициентов усиления отдельных каскадов, не увеличивая усилие, развиваемое датчиком и необ­ ходимое для приведения в действие струйной трубки.

Действительно, возможно увеличение коэффициента усиления струйной трубки за счет увеличения давления питания. Однако это приведет также и к увеличению перестановочного усилия, развиваемого датчиком, и уменьшению точности, так как в этом случае увеличивается сила реакции струи и возрастет момент трения в подшипниках трубки. Увеличение числа каскадов при­ водит к более существенному увеличению соответствующих ко­ эффициентов усиления, но при этом необходимое усилие со сто­ роны датчика не увеличивается, так как первый каскад питается более низким давлением, чем второй и т. д. В качестве каскадов усиления помимо струйных трубок и золотников применяют уси­ лители сопло — заслонка и чисто струйные усилители..

Струйная трубка (рис. 29) состоит из трубки <?, на конце ко­ торой имеется выходное сопло 2. Трубка в верхней своей части соединена с тройником 5, который имеет две опоры: иглу 4 и

регулировочный полый винт 7, через который к трубке подводит­ ся питающий воздух под давлением. Для предотвращения утечки воздуха винт 7 уплотнен резиновым кольцом 6. Благода­

ря опорам трубка может свободно поворачиваться на некоторый угол вокруг оси, совпадающей с осью винта 7 и иглы 4. Поворот

трубки происходит за счет внешнего усилия, прикладываемого к точке 8 со стороны датчика, при этом обычно в противополож­ ную сторону действует усилие пружины задатчика. Под соплом 2 на небольшом расстоянии расположена плата 1 с приемными

отверстиями.

Если суммарное усилие, действующее на трубку, равно нулю, то отверстие сопла 2, из которого истекает воздух, одинаково перекрывает приемные отверстия, расположенные в плате, и в полостях поршневого пневмопривода, соединенных с каналами

*64

платы 1, создаются равные давления р\ и р{. При незначитель­

ном,повороте трубки отверстие сопла будет неодинаково пере­

так, что со стороны поршня на трубку действует усилие отрица­

сток. Ширину перемычки b между приемными отверстиями 1 и

2 (рис. 30, а) выбирают в пределах 0,1—0,5 мм. Чем меньше перемычка, тем выше чувствительность устройства. Сопло на конце струйной трубки имеет угол конусности ~ 13°. Угол 0

конусности расширяющегося приемного канала платы (рис. 30, б) обычно составляет 10°. Расширение канала необходимо для

оптимального преобразования кинетической энергии скорости струи воздуха в потенциальную энергию давления.

Чтобы при работе усилителя со струйной трубкой воздух, вы­ текающий обратно из приемных отверстий, не оказывал силово­

го воздействия на струйную трубку и не создавал дополнитель­ ного момента, приемные каналы располагают под некоторым уг­ лом в плоскостях, перпендикулярных линии, соединяющей центры приемных отверстий. Исходя из этого минимальное рас­ стояние Zimin между торцом струйной трубки и платой с прием­ ными отверстиями рассчитывают по формуле

где G — массовый расход воздуха, вытекающего из сопла; v — скорость воздуха на срезе сопла; F — площадь проходного сече­

Подставляя G и v в выраже ;ие (27), получим окончательную

формулу для реактивной силы, действующей на трубку для докритического режима истечения:

N = F(p0— р2)(2ц2 + 1),

причем р « 0 ,8.

66

Поступая подобным образом и воспользовавшись выражени­ ем (5 ), для расхода воздуха при надкритическом режиме исте­

чения получим также формулу для реактивной силы в случае pilpo < 0,5:

Реактивная сила, действующая на трубку, создает момент трения в ее подшипниках. Для уменьшения момента трения труб­

этом увеличивается подсос воздуха из окружающей среды, па­ дает скорость и статическое давление в приемных каналах.

Статическую характеристику струйной трубки, представляю­

Ар = р[ — р 1 от перемещения х конца струйной трубки относи­

тельно отверстий приемной платы, приближенно можно рассчи­ тать с помощью графика на рис. 34. При этом струйную трубку с приемными отверстиями и присоединенным поршневым приво­ дом с застопоренным поршнем рассматривают как две проточ­ ные камеры (рис. 31), у которых за проходные сечения дроссе­ лей, к которым подведено давление питания, принимают эффек­ тивные площади перекрытия приемных отверстий отверстием сопла струйной трубки f\ и f{, а за эффективные площади дрос­

селей, соединяющих проточные камеры с атмосферой,— площа-

ДИ / 2 и / 2

Указанные эффективные площади можно рассчитать по фор­ мулам:

где b — ширина перемычки между отверстиями; х — перемеще­ ние конца струйной трубки; d — диаметр сопла и приемных от­

верстий. Соответствующие отношения эффективных площадей, значения которых необходимы для определения по графику на рис. 34 давлений р\ и р[ в полостях пневмопривода, вычисляют

по формулам:

j [ _ s__________1

t'i ____ ______ _ 1

а2я — 18Q sin а2

Рассмотрим на примере определение одной из точек статиче­ ской характеристики.

Пример 2. Рассчитать установившиеся давления рх и р[ (рис. 31) в по­

лостях цилиндра пневматического поршневого механизма, управляемого струйной трубкой в статике, если диаметр отверстия сопла струйной трубки

68

Глав а III

ПНЕВМАТИЧЕСКИЕ КАМЕРЫ И КОММУНИКАЦИОННЫЕ КАНАЛЫ СВЯЗИ

Если пневматическая камера содержит два дросселя или бо­ лее и через некоторые из них воздух втекает в камеру, а через другие — вытекает, то она называется проточной. При наличии всего лишь одного дросселя, через который происходит как на­ полнение, так и опорожнение камеры, она называется глухой. Глухие и проточные камеры могут иметь как постоянный, так и переменный объем, например, при использовании полости силь­ фона или другого упругого элемента. Камера, содержащая один упругий элемент без дросселя, используется в пневмоавтоматике в качестве емкости, представляющей собой аналог электрическо­ го конденсатора.

Изменяя сопротивления дросселей, подключенных к пневма­ тической камере, жесткость и эффективную площадь упругого элемента, а также объем, можно существенным образом влиять на динамические и статические характеристики камеры.

У глухих камер используются только их динамические свой­ ства, тогда как у проточных камер — как статические, так и ди­ намические. Пневматические проточные и глухие камеры полу­ чили широкое распространение в пневмоавтоматике. Проточная пневматическая камера может быть использована как делитель абсолютных и избыточных давлений. Если дроссели проточной камеры линейные, то камера может работать как простейший сумматор давлений. Наиболее широко пневматические проточ­ ные камеры применяют в пневматических приборах и регулято­ рах в качестве усилителей сопло — заслонка1, имеющих посто­ янный дроссель на входе в камеру и переменный дроссель соп­ ло — заслонка на выходе из камеры. Глухие камеры с дроссе­ лями, близкие по своим свойствам к апериодическим звеньям, а также камеры с упругим переменным объемом находят приме­ нение при построении пневматических дифференцирующих и интегрирующих устройств, генераторов импульсов, обегающих устройств, реле времени и т. д. Для реализации апериодических звеньев могут быть использованы также и проточные камеры.

70