Контрольные вопросы:

1	На какие виды делятся гидродинамические передачи по принципу действия ?
2	Назовите основные параметры гидродинамических передач.
3	Что называется гидромуфтой и каков в ней рабочий процесс?
4	Какие графические зависимости называют внешней и приведенной характеристиками гидромуфты?
5	Какие способы регулирования гидромуфты Вы знаете? Покажите как изменяется момент гидромуфты при изменении её наполнения.
6	Какие методы Вы знаете для предотвращения неустойчивой работы при частичном наполнении гидромуфты?
7	Как выполняется согласование гидромуфты с двигателем внутреннего сгорания?
8	В чём заключается работа гидромуфты в режиме гидротормоза?
9	Что называется гидротрансформатором и каков в нём рабочий процесс?
10	Какие графические зависимости называют внешней и приведенной характеристиками гидромуфты и что называется прозрачностью характеристики?
11	Что называется комплексной гидродинамической передачей и как она устроена?
12	С какой целью направляющий аппарат в комплексной передаче выполняют из двух частей?
13	Как выполняется согласование гидромуфты и гидротрансформатора с двигателем внутреннего сгорания?

II. Пневматические системы

5.ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПНЕВМОПРИВОДАХ

Техническая система, состоящая из устройств, находящихся в непосредственном контакте с рабочим газом (воздухом), называется пневматической системой.

Совокупность устройств, предназначенных для создания требуемых усилий (моментов) или перемещения исполнительного механизма с преодолением действующих на него усилий и использующих для этого энергию сжатого воздуха, называют пневмоприводом.

Автоматические системы контроля, стабилизации и регулирования рабочих параметров исполнительных устройств, управления технологическими процессами, функционирование которых связано с использованием сжатого воздуха, называют пневматическими автоматическими системами управления или системами пневмоавтоматики.

Пневматические системы наряду с электрическими и гидравлическими системами являются достаточно эффективным средством механизации и автоматизации производственных процессов. Пневмоприводы и пневмоавтоматика эффективно применяются в автотранспортной отрасли:

Аналогично гидравлическим и электрическим приводам, пневматические приводы обладают как положительными качествами, так и недостатками.

Положительные качества пневматики:

• легкость получения и относительная простота передачи энергоносителя (сжатого воздуха);

• большая скорость перемещения исполнительного механизма;

• пожаро- и взрывобезопасность;

• возможность работы в агрессивной среде;

• надежность работы в широком диапазоне температуры, высокой влажности и запыленности окружающей среды;

• возможность надежной работы при наличии электромагнитных полей и радиации;

• малая чувствительность к ударным перегрузкам и вибрациям;

• относительная простота конструкции, эксплуатационного обслуживания и экологическая чистота.

Недостатки:

• невысокое быстродействие, обусловленное сравнительно малой скоростью передачи сигнала на значительные расстояния;

• сложность обеспечения плавного перемещения рабочих органов;

• необходимость демпфирования движения выходного звена привода в конце хода;

• массогабаритные показатели уступают в сравнении с электрическими и гидравлическими системами;

• высокий уровень шума при работе привода (если не применять специальные меры по его снижению).

По скорости передачи сигнала (по быстродействию) пневматические системы значительно уступают гидравлическим, а тем более электрическим;

по точности и диапазону регулирования уступают электрическим и еще больше гидравлическим; превосходят по сроку службы электроконтактные и электрогидравлические; не имеют себе равных при эксплуатации во взрыво- и пожароопасной среде.

Сравнивая возможности упомянутых приводов можно сделать следующий вывод.

Пневмоприводы целесообразно использовать при небольших нагрузках на рабочем органе, в пожаро- и взрывоопасных средах, в случаях, когда к системе не предъявляют жестких требований по точности отработки сигналов и качеству переходного процесса.

Для более полного использования достоинств различных систем в ряде случаев целесообразно пневматические устройства сочетать с гидравлическими или электрическими.

6. СТРУКТУРА ПНЕВМАТИЧЕСКИХ СИСТЕМ

Любая пневматическая система содержит в своем составе следующие основные части:

· энергообеспечивающую:

0. компрессор;

0. блок подготовки воздуха:

0. фильтры-влагоотделители;

1. холодильник;

2. ресивер с предохранительным клапаном;

3. маслоотделитель;

4. редукционный клапан;

5. маслораспылитель;

6. входное распределительное устройство;

7. пневмоемкости;

8. исполнительную:

0. пневмодвигатели поступательного движения;

1. пневмомоторы;

2. поворотные пневмодвигатели;

0. управляющую:

направляющая пневмоаппаратура:

0. пневмораспределители;

1. обратные клапаны;

2. клапаны быстрого выхлопа;

3. клапаны последовательности;

4. логические пневмоклапаны;

5. пневмоклапаны выдержки времени;

регулирующая пневмоаппаратура:

0. дроссели;

1. регуляторы расхода;

2. предохранительные клапаны;

3. редукционные клапаны;

0. коммуникационную:

0. пневмолинии;

* соединения.

7. СЖАТЫЙ ВОЗДУХ, КАК ЭНЕРГОНОСИТЕЛЬ В ПНЕВМОСИСТЕМАХ

Рабочим телом в силовых пневматических системах и в системах управления является воздух. Воздух, содержащий водяной пар, характеризуется влажностью абсолютной и относительной.

Абсолютная влажность – массовое количество водяного пара в единице объема воздуха.

Относительная влажность – отношение парциального давления пара, содержащегося в воздухе, к давлению насыщенного пара при той же температуре и давлении).

На практике при термодинамических расчетах используют параметры сухого воздуха. Поправку на влажность вносят только при особых требованиях к точности расчета.

Термодинамическое состояние газа определяется тремя параметрами: давлением плотностью и температурой В широком диапазоне температур и давлений зависимость между упомянутыми параметрами газа определяется уравнением состояния, называемым уравнением Менделеева – Клайперона,

(7.1)

Входящая в зависимость (7.1) газовая постоянная в системе единиц СИ имеет размерность Н · м / кг ·К=дж / кг ·К..

Величина газовой постоянной для некоторых газов :

Воздух 287,14

Кислород 259,97

Азот 296,85

Метан 519,95.

Процессы перехода газа из одного состояния в другое отличаются разнообразием, но все они могут быть разделены на наиболее характерные, происходящие при следующих условиях:

постоянной температуре – изотермический;

постоянном объёме – изохорический;

постоянном давлении – изобарический;

при отсутствии теплообмена между газом и окружающей средой – адиабатический.

Перечисленные выше процессы являются частными случаями политропного процесса

где показатель политропы.

При величине процесс изобарический при изотермический при изохорический

При адиабатическом процессе показатель степени

где и – удельная теплоёмкость газа соответственно при постоянном давлении и постоянном объёме.

Для воздуха показатель степени

Плотность сухого воздуха  = 1,207 кг/м³ .

Вязкость характеризует сопротивление сдвигу слоев при движении воздуха. Для газов справедлив закон трения Ньютона:

,

где – коэффициент динамической вязкости, Па  с.

Вязкость воздуха зависит от температуры, причем с увеличением температуры вязкость воздуха увеличивается (в отличие от воды):

,

где ₂₀ – вязкость воздуха при температуре 20 °С, равная 1,8 10^-7 Па  с.

От давления (в рабочем диапазоне от 0,1 до 2 МПа) вязкость воздуха практически не зависит.

Универсальная газовая постоянная – работа расширения 1 кг газа при нагревании его на 1° при постоянном давлении. Для сухого газа универсальная газовая постоянная R = 287 Дж / кг К.

Теплоемкость – количество теплоты, необходимое для нагревания

1 кг газа на 1°. Теплоемкость зависит от характера процесса:

С_р = 1000 Дж / кг  К; С_v = 720 Дж  кг  К, причем С_р / С_v = 1,41

При работе пневмоприводов происходит теплообмен между газом движущимся в элементах привода, и окружающей средой. При движении газа, часть его энергии расходуется на трение о стенки трубопровода, превращаясь в тепло. Следовательно, в пневматических приводах реально протекающий термодинамический процесс не может быть ни изотермическим, ни адиабатическим. Все процессы, протекающие в пневмоприводах, сопровождаются изменением весового (массового) количества газа, а параметры газа (давление, плотность,температура) не имеют постоянного значения во всех точках движущегося объёма газа. Следовательно, процессы, протекающие в пневмоприводах, следует рассматривать как газодинамические, сопровождающиеся изменением скорости движения, плотности газа, давления и температуры.

Для расчёта пневмоприводов необходимо использовать не только зако-

номерности термодинамических процессов, но и уравнения движения газа,

рассматриваемые газовой динамикой.

В разных схемах пневмоприводов условия теплообмена между газом, движущимся по трубопроводу и окружающей средой, различны.

Процесс, протекающий в пневмоприводах, может быть принят изотермическим при малых скоростях движения газа и хорошим теплообменом между стенками трубопровода и окружающей средой. При больших скоростях движения газа, малых силах трения и плохом теплообмене процесс близок к адиабатическому. Поэтому в пневматических приводах показатель степени политропы изменяется от n = 1 до n = k и устанавливается на основе экспериментальных данных.

Движение газа по трубопроводу

При движении газа, как и при движении капельной жидкости, различают установившееся и неустановившееся движение.

Критерием установившегося движения газа является независимость массового m и весового G расходов от времени, т. е.

или

где плотность газа; средняя скорость движения газа; площадь живого сечения потока.

При установившемся движении газа по трубопроводу давление по направлению движения уменьшается, плотность и удельный вес газа также уменьшаются и, следовательно, скорость должна увеличиваться.

Тепловой процесс при движении газа по трубопроводу примем изотермическим.

Уравнение Бернулли в дифференциальной форме для газа

где p – давление в точке; v – средняя скорость газа в живом сечении; dh – потери трения на длине dx.

По формуле Дарси

Тогда

,

или

.

Учитывая, что для газа, движущегося по трубопроводу, v·γ = const, и при изотермическом процессе газа или имеем

и после интегрирования получаем

. (7.2)

Постоянную С определяем из граничных условий. При х = 0 давление

Р = Р₀, и (7.3)

Заменив в (7.2) постоянную С из (7.3), получаем выражение

Решаем это уравнение относительно скорости движения газа:

.