Гидропневмоавтоматика и гидропривод мобильных машин. Средства гидропневмоавтоматики

того воздуха, р - плотность воздуха; fi- коэффициент динамической вязкости определя­ ется по фафику (рис.2.3) [4].

Формула поперечного сечения канала дросселя

Таблица 2.1. Зависимости для определения основных параметров дросселей при ламинарном режиме течения

Расчетные зависимости для определения основных параметров дросселей при лами­ нарном режиме течения приведены в табл. 2.1, Расход воздуха через щелевой коничес­ кий дроссель можно определить по формуле щелевого цилиндрического дросселя (см. табл.2.1 ,),если вместо D использовать среднее по длине значение среднего диаметра ще­ ли. Массовый расход воздуха через пневматические дроссели можно определить по формуле:

Р вх . )

селей относятся щелевые цилиндрические,конические,капилляры.дроссели с винтовы­ ми каналами и др.

Потери давления в общем случае пропорциональны квадрату скорости;

^77777,V777i

Рис. 2.5. Зависимость коэффициента местных потерь на входе в дрос сель от различных форм входной кромки дросселя.

2.2. Дроссели типа "сопло-зас юнка".

Регулируемые дроссели типа "сопло-заслонка" получили широкое применение в ав­ томатике, они состоят из сопла 1 и плоской заслонки 2 (см. рис. 2.2, к), которая переме­ щается вдоль оси сопла и изменяет площадь кольцевой шели между соплом и заслонкой.

Дроссели типа "сопло-заслонка" могут работать на слабо очищенныхрабочихжидкостях. Характеристики таких дросселей стабильны в большом диапазоне температур. Рас­ ход рабочей жидкости через дроссель при малых числах Рейнольдса определяется по за­ висимости;

Недостатком дросселей типа "сопло-заслонка" является значительное усилие,оказываемое струей жидкости на заслонку, что затрудняет работу сравнительно маломощных устройств, управляемых дросселем.

2.3. Золотниковые ре1улируемые гидро- и пневмодроссели.

Золотниковые регулируемые дроссели предназначены для регулирования скорости пе­ ремещения рабочих органов машин путем изменения величины потока рабочей среды. Они являются основными элементами золотниковых дросселирующих распределителей.

Схема наиболее распространенного золотникового регулируемого дросселя с про­ точкой в гильзе и прямоугольным буртом золотника показана на рис. 2.6, а. Эта схема применяется в дросселирующих и направляющих распределителях предназначенных для управления большими расходами.

VI I.h .77 ^

Рис. 2.6. Схемы золотниковых дросселей.

Достоинства мембранных аппаратов: малая трудоемкость при изготовлении, высокая герметичность, низкие эксплуатационные расходы, отсутствие необходимости в подаче распыленного масла. Недостатки: малая величина хода, непостоянство усилия по ходу, низкая долговечность мембран. На рис. 2.7 изображены схемы различных мембранных аппаратов.Аппарат с гибкой мембраной (см.рис.2.7,а) представляет собой круглую пла­ стину 1,выполненную из упругого материала (стали,резины).Под действием давления р рабочей среды (рабочей жидкости или газа) мембрана 1 прогибается и перемещает шток 2 на величину, пропорциональную приложенному давлению.

В аппаратахс гофрированной мембраной (см.рис.2.7,б) увеличивается чувствитель­ ность и ход штока 2. На рис. 2.7,в изображен релейный вариант мембранного преобра­ зователя,содержащего так называемую хлопающую мембрану 1,выполненную в виде ку­ пола из материала с высоким пределом упругости. Под действием приложенного давле­ ния, вплоть до некоторого предельного значения р„ ^ мембрана практически не проги­ бается. Когда же это предельное значение давления будет превзойдено мембрана доста­ точно быстро (хлопком) меняет свой прогиб на противоположный. При уменьшении давления ниже р„^ под воздействием пружины 3 мембрана также скачкообразно вос­ станавливает свое исходное положение и форму.

Впневматических устройствах, где требуются большие перемещения и постоянство характеристик, применяют манжетные (чулочные) мембраны (см. рис. 2.7,д). Мембрана изготовляется из специальной кордовой ткани, нити которой расположены под некото­ рым углом к образующей цилиндра.

Вуниверсальной системе элементов промышленной пневмоавтоматики (УСЭППА) при рабочих давлениях до 0,14 МПа (см.рис.2.7,г) мембраны изготавливают из специ­ ального полотна. Они могут быть плоскими или с одним гофром.

Расчет диаметра мембраны (в месте заделки) производится по следующим форму­

лам:

опорного диска.Обычно P,=0,6...0,S.Upn Pi<0,6 площадь мембраны и развиваемое уси­ лие на штоке уменьшаются. При р,>0,8хой штока уменьшается, нелинейность статиче­ ской характеристики возрастает.

Ход штока определяется в зависимости от допустимого прогиба плоской мембраны. Некоторые рекомендуемые значения максимального хода штока мембранных аппаратов приведены ниже в таблице 2.2.Для плоских мембран с гофром максимальное значение прогиба рекомендуется принимать не более (0,20.. ...0,25)D„.

Ход штока при магистральном давлении,МПа

ТабличА 2.2. Значения максимального хода штока мембранных аппаратов

Для мембранных аппаратов с манжетными мембранами (см. рис. 2.7, д), имеющими значительный рабочий ход,диаметр мембраны определяется по формуле

D„=Z),+2(5 + r)

где D* - активный диаметр мембраны, определяемый по формуле для диаметра поршневого цилиндра; S - толщина мембраны; г - внутренний радиус перегиба фи­ гурной мембраны.Обычно для мембран с тканевой прослойкой из нейлона при р„вх=1,0

МПа, г=1 мм., S=0,5...1 мм.

Диаметр опорного диска:

Z) = D , - 2 ( 6 + r )

Максимальный ход штока;

h = H - K - n r ,

где Н - общая высота мембраны; - высота ее заделки.

Толщина плоских резиновых мембран без гофра определяется по зависимости [4]:

(2.22)

где [T(^,] - допускаемое напряжение на срез. Для листовой резины с прочностью на разрыв 5 МПа при использовании ее с одной тканевой прокладкой можно принимать значения [т^р] в зависимости от толщины резиновых мембран S :

Уточненные методы расчета мембранных аппаратов приведены в работах [7,8]. Сильфонные упругие аппараты или сильфоны применяют для получения небольших

перемещений при высокой герметичности.Однако некоторые сильфоны позволяют по­ лучить перемещения, достигающие нескольких сантиметров. Сильфоны представляют собой гофрированные трубки с внешним (рис. 2.8, а, б) или внутренним нафужением (см.рис.2,8,в).

1Рм

Под действием давления или сил,приложенной вдоль оси изменяется длина сильфона. Рекомендуемая величина максимального перемещения сильфона в одну сторону для металлических сильфонов 5...15 % его свободной длины,а резиновых до 50%.

Для расчета эффективной площади сильфона А, с достаточно высокой степенью точности можно пользоваться формулой [5];

где R , n R „ - соответственно внутренний и наружный радиусы сильфона.

Вобщем случае (см.рис.2.8,б) осевая сосредоточенная сила Л^/,развиваемая сильфоном от внешнего давления р^„, затрачивается на деформацию сильфона деформацию

где А - деформация пружины и сильфона. В зависимости от конструкции величины С/ и Q (соответственно жесткость сильфона и пружины) могут быть различными.

38 Глава 2

2.5. Трубопроводы жесткие и эластичные.

Выбор типа и материала трубопровода зависит от рабочего давления,температуры и афессивности окружающей среды, вида соединений, рабочей среды, условий гибки и монтажа, массы и стоимости труб.

Жесткие трубопроводы для пневмо- и гидроприводов станков и мобильных машин в основном изготовляют из бесшовных труб выполненных из сталей 10 и 20.Для систем низкого давления могут быть применены и сварные трубы, а для линий управления и подключения контрольных приборов в стесненных условиях монтажа —медные, алюми­ ниевые,латунные трубы.

Эластичные трубопроводы применяют для соединения подвижных элементов приво­ да с целью компенсации неточностей при сборке агрегатов, а также для облегчения сборки и получения быстро-разборных соединений. Вкачестве эластичных трубопрово­ дов используют резинотканевые рукава, изготовленные по ГОСТ 10362-76 и ГОСТ 18698-79 на давление 1,6 МПа.

Для трубопроводов более высокого давления (до 16 МПа) применяют рукава, изго­ товленные по ТУ 22-4756-80. На рис. 2.9,а показана конструкция такого трубопровода. Рукав состоит из внутреннего, промежуточных и наружного резиновых слоев, между ко­ торыми находятся хлопчатобумажные и металлические оплетки из высокопрочной про­ волоки. Наконечник трубопровода состоит из муфты 3 с левой резьбой специального профиля,одеваемой на рукав 4 и ниппеля 2 с метрической резьбой.При сборке ниппель ввертывается одновременно в муфту и внутрь рукава, зажимая его в муфте, вследствие чего создается прочное и герметичное соединение.

Рис. 2.9. Рукава высокого давления: а — по ТУ 22-4756-80; 6 — навивочной конструкции.

Для приводов с рабочим давлением 16...25 МПа используют гибкие трубопроводы навивочной конструкции. На рис. 2.9,6 показана конструкция такого трубопровода. Ру­ кав состоит из внутреннего резинового слоя, двух пар спиральных обмоток из высоко­ прочной проволоки,промежуточных и наружного резиновых слоев.

Последовательность расчета трубопровода: по заданному расходу определяется ори­ ентировочная величина внутреннего размера трубопровода; определяются суммарные потери давления в трубопроводе; суммарные потери давления сравниваются с допусти­ мыми, при значительном расхождении необходимо изменить диаметр трубопровода и сделать перерасчет (выбранный диаметр трубопровода корректируют по сортаменту); производится проверочный расчет трубопровода на прочность.

Внутренний диаметр трубопровода определяют по формуле [4]:

(2.25)

d = .