Гидропневмоавтоматика и гидропривод мобильных машин. Средства гидропневмоавтоматики

турбулентный. На первом участке струя почти не расширяется,а на втором —расширя­ ется конусообразно. Приемное сопло 2 располагается так, чтобы находится на ламинар­ ном участке, тогда оно воспринимает почти всю кинетическую энергию. Если же на струю воздействовать звуковым сигналом,то длина ламинарного участка сокращается и приемное сопло, оказавшись на турбулентном участке, воспринимает незначительную часть кинетической энергии струи. Такой акустико-пневматический преобразователь (АПП) чувствителен к сравнительно широкому диапазону звуковых частот свыше 1 кГц. Для увеличения чувствительности АПП струйный элемент вставляют в резонатор Гельмгольца (рис.7.8,е), который концентрирует звуковую энергию в очень узком диа­ пазоне частот.Клиновый генератор звука может также служить амплитудно-аналоговым преобразователем (рис. 7.8 .г).Здесь внутри клина имеется приемный канал.Чем больше амплитуда колебаний струи,тем меньше давление в приемном канале. Известна и дру­ гая схема преобразования амплитуды акустического сигнала в аналоговый расходный сигнал (рис.7.8,ж).Если источник звука I с колеблющейся мембраной 2 герметично со­ единить с раструбом упора 3,то в устье рупора возникнут звуковые колебания значи­ тельной интенсивности.Они вызывают так называемый "акустический ветер" в направ­ лении, указанном стрелкой. Мощность возникающей струи достаточна,чтобы быть вос­ принятой приемным соплом 4.

7.3. Основы теории и выбор основных параметров струйных уси­ лителей

Струя жидкости или газа называется затопленной, если она распространяется в по­ коящейся среде с теми же физическими свойствами, что и сама струя. Для описания струйных течений газа, когда можно пренебречь его сжимаемостью,используются мате­ матические модели свободной,т.е. не стесненной стенками струи. При этом исходят из допущений.что плоская струя вытекает из бесконечно узкой и глубокой щели.а осесим­ метричная (круглая) струя из точки (полюса) тоже с бесконечно большой скоростью.

где <т- эмпирическая константа, 0=7,67; fo=0,00218jcvoc ('^ос ~ осевая скорость).

Наряду с приведенными зависимостями применяют эмпирические и полуэмпирические формулы.

На рис. 7.9 показана упрощённая структура свободной затопленной струи при тур­ булентном течении.В соответствии с этой структурой в струе различают основной н на­ чальный участки течения. На начатьном участке протяженностью дс,,,имеется ядро по­ стоянных скоростей.

Длина начального участка для круглой и плоской струи:

где ао - ширина шели,из которой вытекает плоская струя.или диаметр круглого сопла. Ширина пограничного слоя для основного участка струи;

^ = - ^ + 0 Д 5 2 х .

2

При расчете скоростей любой точки основного участка струи используется формула Шлихтинга;

г\Ш''~

V. { у

1-

где V(jc " скорость на оси струи в сечении.проходящем через выбранную точку. Для основного участка изменение скорости вдоль оси струи определяется следую­

щим соотношением:

V,.,. 1

(0,3 + 0 Д 4 л 'Я )^ ' ■

Для струй круглого сечения к=1.Для плоской струи, вытекающей из шелевого соп­ ла большой длины K=0,S. Характеристики встречаюшихся на практике сопел прямо­ угольного сечения занимают промежуточное положение между первой и второй. При приближенных расчетах можно считать к=1 .когда сечением сопла является прямоуголь­ ник,длины сторон которого не очень отличаются одна от другой. Давление скоростно­ го напора в струе прямо пропорционально квадрату скорости. Если обозначить через р„ давление питания, а через р давление в любой точке,то для основного участка;

На рис.7.10 показана структура свободной затопленной струи при ламинарном те­

увеличивается до (l,5...2)do- На ламинарном участке 2 струя образует конус с малым углом раствора,равным примерно Г. На расстоянии Xj^=(30...40)dQ от начального се­ чения течение струи из ламинарного превращается в турбулентное. Угол раствора а турбулентного конуса практически равен углу раствора свободной затопленной турбу­ лентной струи, вытекающей из сопла. Указанное явление объясняется появлением в струе при ламинарном течении завихрений в критическом слое (на рис.7.14 этот слой заштрихован). Радиальная координата критического слоя составляет в начале струи около 80% радиуса,а в конце - около 60%.Участки 3 и 4 являются соответственно пе­ реходными и основными участками турбулентной части трубы.

Для истечения из отверстия конечных размеров осесимметричной ламинарной струи можно применять формулу (7.2).если предположить.что струя вытекает из фиктивного то­ чечного источника внутри питающего канала, расположенного на расстоянии Х(, от вы­ ходного сечения на оси канала,т.е x'=x0+x,ias х —текущая осевая координата,Х(,=ЛГ^(^^; а Kq=0,05 (теоретическое значение). Экспериментальное значение Ку-0,054. Применять формулу (7.2) с поправкой х^ можно в конце ламинарного участка, где профили скоро­ стей, рассчитанные по формуле (7.2) близки к экспериментальным.

Для осевой скорости круглой струи получено более простое уравнение:

V = v i - 8 4

При расчетах характеристик элемента "сопло-приёмный канал" учитывают наличие обратного потока, вытекающего из приёмного канала.

Давление рв в приёмном канале рассчитывают из уравнения

где Ag — площадь проходного сечения приёмного канааа; /,^ - импульс струи у вхо­

7 ,v = 2 /7 jp v V > ',

о

где А - глубина канала.

где Оу, Og и а^, - ширина соответственно канала управления, питания и результирую­ щей струи; v^, VgHVj,- скорость струи воздуха соответственно на выходе канала упраапения,на выходе канала питания и рЬзультирующей струи в сечении В-В; а — угол откло­ нения результирующей струи от оси канала питания.Из уравнений (7.8) и (7.9) получим:

(7.10)

а

При турбулентном течении газа квадрат скорости /-ой струи пропорционален избы­ точному давлению />,• в соответствующем канапе;

у ; = 2 р ^ ^ ; / р .

где Hi - коэффициент расхода,учитывающий потерю энергии потока при дроссели­

Так как при слиянии двух струй образуется результирующая струя,то условие нераз­ рывности потока можно записать в виде равенства:

(7.12)

Решая совместно уравнения (7.9),(7.10),(7.11) и (7.12) определим скорость и ши­ рину результирующей струи:

(7.13)

v , = v

ра d = ll^I2 , rj=J,2do, hkSdo.

При проектировании струйных элементов,работа которых основана на взаимодейст­ вии струи со стенкой существенным является правильный выбор формы стенки. В ре­ зультате исследований установлено,что наилучшую выходную характеристику при про­ чих равных условиях имеет элемент с выпуклой стенкой, а наихудшую - элемент с во­ гнутой стенкой (рис. 7.13). Радиус кривизны стенки обычно принимают равным R= =(18...20)ао. Небольшие отклонения в кривизне выпуклой стенки могут нарушить ха­ рактер переключения элемента. Поэтому наибольшее распространение получили эле­ менты с прямолинейной стенкой. Для обеспечения удовлетворительных характеристик рекомендуется применять следующие соотношения линейных размеров; а/ац=1,2; а/ао= 0,6...0,5; 1/ао=10...П; h/uo=8; а= 22...24°; аа/ао=1,5.

Рассекатели могут иметь различную конфигурацию (рис.7.14).Наилучшей,формой рассекания считается такая,которая обеспечивает наибольшую крутизну характеристи­ ки и наименьшее остаточное давление (рис. 7.14,б,е,ж). Остроугольные рассекатели (рис.7.14,е) применяют главным образом в аналоговых струйных элементах.

7.4. Струйный многокаскадный усилитель

Для усиления пневматических сигналов до заданного значения с помощью струйных устройств применяют струйные многокаскадные усилители.Строят эти усилители в ос­ новном на усилителях 1 -го типа.Усилители 2 -го типа используют для усиления сигна­ ла по мощности в оконечных каскадах.

На рис.7.15 показана схема струйного пневматического многокаскадного усилителя (первые три каскада и оконечный каскад). Пять каскадов этого усилителя собраны на триодах Т„ Т2, ..., 7} первого типа, а последний — на триоде Tg второго типа.

Давление р^, суммируется с помощью пневматической проточной камеры с давлением смещения рс и через входное сопротивление Ryj первого каскада попадает в сопло трио­ да Т,. Возникающая струя управляет положением основной струи. С выхода триода Т, по­ ступает на вход триода Т2 через входное сопротивление Яу2 его канала управления и т.д.

На выходе последнего канала включена нагрузка Кц. С целью устранения "дрейфа нуля" в рассматриваемом усилителе через пневмосопротивление RQC введена отрица­ тельная обратная связь. Нечетное число триодов первого типа в рассматриваемом уси­ лителе необходимо для введения отрицательной обратной связи. Коэффициент усиле­ ния такого усилителя по давлению составляет 200-300,а по расходу - 400.Давление сме-

щения выбирают так,чтобы выполнить условие;

p . = j ^ p , = - K p , .

гае. К - коэффициент усиления струйного усилителя при включенной отрицатель­ ной обратной связи.

7.5. Реализация логических функций на струйных элементах

Рассмотрим принципиальные схемы струйных логических элементов, работа которых основана на взаимодействии турбулентных струй.

Струйный усилитель с одним выходом (элемент "У") может выполнять логические операции ДА и НЕ.(см. рис. 7.1). Рабочая жидкость под давлением рд подводится к ка­ налу питания. При отсутствии управляющего сигнала ру, в канале У, струя попадает в выходной канал .в/. При подаче управляющего сигнала струя перебрасывается в выход­ ной канал 5г. Часть потока из канала В2 подается по линии положительной обратной связи (ПОС) во второй управляющий канал и используется для устойчивого под­

держания струи в отклоненном состоянии. Работа такого элемента описывается следу­ ющими логическими соотнощениями;

(B,=y,vY2, В2=Уг<7У2).

Под действием любого из управляющих сигналов pyj или ру, (или двух одновремен­ но) питающая струя отклоняется, при этом в выходном канале В, давление падает,а в канале В2 растет. Часть потока из канала В2 подается по линии ПОС в управляющий канал Уо и устойчиво поддерживает струю питания в отклоненном состоянии.

довательными сигналами сброса) благодаря сильной положительной обратной связи.

Рис. 7.16. Струйный элемент с двумя управляющими каналами: а - принципиальная схема; 6 - условное обозначение; в - таблица включений.