Усилительные устройства.

Большое распространение получили усилительные устройства, применяемые для значительного увеличения усилий, развиваемых поршнем силового пневмопривода. Преимущественно применяются механические и гидравлические усилители.

Подробно см. стр. 321.

Расчёт пневмоприводов.

При работе пневмоприводов происходит теплообмен между воздухом, движущимся в приводе и окружающей средой. Рассмотрим основные положения газовой динамики.

С точки зрения термодинамики, состояние газа определяется тремя параметрами: давлением (Р), плотностью (ρ) и температурой (Т), которые связаны между собой уравнением состояния. Все идеальные газы, в которых силы молекулярного притяжения пренебрежимо малы, подчиняются уравнению Клапейрона – Менделеева.

,

где Р – абсолютное давление;

ρ – плотность газа;

Т – абсолютная температура газа;

R – удельная газовая постоянная.

Простейшие термодинамические процессы протекают при постоянстве какого-либо параметра. Так, если процесс протекает,

при ρ = const – процесс изохорный;

Р = const – процесс изобарный;

Т = const – процесс изотермический.

Если процесс протекает без подвода или отвода тепла – процесс адиабатный.

Перечисленные выше процессы являются частными случаями политропного процесса

,

где n – показатель политропы,

при n = ∞ - процесс изохорный (ρ = const);

n = 0 – процесс изобарный (Р = const);

n = 1 – процесс изотермический (Т = const);

n = к – процесс адиабатный; к- показатель адиабаты, (для воздуха к=1,4),

где С_р – удельная теплоёмкость при Р = const;

С_υ - удельная теплоёмкость при ρ = const.

В процессе работы пневматических приводов возможны различные условия теплообмена между потоком газа, движущимся в трубопроводах и окружающей средой.

Известно, что вследствие протекания между стенками трубопровода и воздухом часть механической энергии превращается в тепло.

1. При малых скоростях течения газа, хорошем теплообмене между стенками трубопровода и окружающей средой – процессы близки к изотермическим.

2. При больших скоростях течения газа, плохом теплообмене и малых силах трения, процессы, протекающие в пневмоприводах близки к адиабатным. Поэтому для пневмоприводов показатель политропы колеблется от п=1 до п=к.

Как и в гидравлике, при движении воздуха или газа различают установившееся и неустановившееся движение.

Установившееся движение характеризуется тем, что весовой расход газа в трубопроводе (вдоль его) остаётся постоянным, а υ и Р в любой фиксированной точке газового потока не изменяются с течением времени. Для установившегося движения газа

,

где G – весовой расход газа;

γ – удельный вес газа;

υ – средняя скорость течения газа;

Ω – площадь живого сечения потока.

Расчёт пневмопривода при Установившемся движении.

В качестве расчётной схемы рассмотрим пневматический привод поступательного движения.

Задано: Р_о – давление в ресивере; Д – диаметр поршня; F – сила, приложенная к поршню и направленная против его движения; d₁, d₂, l₁, l₂ диаметры и длины трубопроводов; ζ – коэффициент сопротивления распределительного устройства; Р_шт=Р_атм; Т – темперетура воздуха в ресивере и окружающей среде (Т=20°); ; .

Определить: - скорость перемещения поршня при установившемся движении.

Спец. 0504.

Спец. 0501.

При давлении в поршневой камере силового цилиндра Р равному давлению в ресивере Р_о, т.е. когда , перепад давления отсутствует, отсутствует движение газа и весовой расход G=0.

С уменьшением отношения величина G будет увеличиваться до тех пор, пока скорость истечения не достигнет скорости звука и весовой расход G достигнет своего максимального значения. (Известно, что с уменьшением давления среды, куда вытекает газ, скорость истечения увеличивается). При такой скорости отношение давлений называется критическим .

При дальнейшем уменьшении наружного давления Р скорость в отверстии остаётся равной звуковой, а расход газа сохраняет максимальное значение, определяемое по формуле (2) и не зависящее от Р.

В дальнейшем область течения газа при > будем называть подкритической, а область течения при < надкритической.

Следовательно, для подкритической области ( > ) течения, весовой расход газа есть функция G=f( ) и определяется он по формуле (2).

Для подкретической области течения весовой расход имеет максимальное значение, не зависящее от и для его определения в уравнение (2) вместо необходимо подставить , определяемое по графику 200. (Стр. 341, [1]).