5. Вибір трубопроводів і пневмоапаратури

Знайдене при статичному розрахунку основного приводу значення умовного проходу приєднувальних отворів використовується для вибору трубопроводів, які зв’язують порожнини приводу з пневморозподільником, а також самого пневморозподільника. Їх прохідні розтини повинні відповідати вибраному значенню d_у . Враховуючи обмеженість типорозмірів пневмоапаратури, допускається невелика відмінність умовних проходів, але така, яка не потребує застосування спеціальних приєднувань при монтажі.

Враховуючи, що основний привод є найбільш навантаженим і його спрацювання відбувається в окремому такті при відсутності споживання повітря допоміжними приводами пневмосистеми, напірна пневмолінія з апаратурою підготовки повітря може бути вибрана з ідентичними умовними проходами і приєднувальними розмірами.

Для допоміжних приводів, щоб запобігти довгої номенклатури пневмоапаратів та трубопроводів, які використовують в пневмосистемі, рекомендується пневморозподілювачі та їх лінії зв’язку вибирати аналогічними основному приводу, як це робиться звичайно на практиці.

Для кожного з пневмоапаратів, що були вибрані на стадії проектування принципової пневматичної схеми, по необхідному умовному проходу в каталозі [8] чи в довіднику [6] знаходять типорозмір, а також дані, які характеризують його пропускну здатність – довжину еквівалентного трубопроводу або коефіцієнт К_v (проливна характеристика). Для пневморозподілювача основного циліндру, крім того, знаходять час перемикання або, якщо цей час не був заданий, максимальне число вмикань в хвилину. Перелічені дані необхідні для послідуючого динамічного розрахунку основного приводу.

6. Динамічний розрахунок основного приводу

6.1 Задачі динамічного розрахунку

Основною задачею динамічного розрахунку пневмоприводу дискретної дії є знаходження часу його спрацювання. Крім того, в залежності від призначення пневмоприводу та умов його праці можуть бути задані доповнюючи задачі: знаходження закону прямування рухомих елементів приводу, діючих швидкостей та прискорень, характеру зміни тиску в порожнинах дискретного пневмодвигуна. Враховуючи учбовий характер курсової роботи, що виповнюється, усі ці задачі повинні бути розв’язані.

Методика динамічного розрахунку викладена в деяких працях [1,2,6]. Основні її моменти викладені далі, причому розглядається найбільш загальний випадок – розрахунок пневмоциліндра двосторонньої дії. Динамічний розрахунок пневмоприводів односторонньої дії (пневматичних підіймачів, приводів для спускання вантажу, поршневих та мембранних приводів з поворотною пружиною) є частковим випадком рішення цієї загальної задачі. Особливості, що виникають при цьому, також будуть розглянуті далі.

6.2 Розрахункова схема пневмоприводу

На рис. 5 показана розрахункова схема пневмоприводу, головним елементом якої є поршневий пневмоциліндр двосторонньої дії. Поршень пневмоциліндру показаний в момент руху вправо. Його положення знаходиться поточною координатою x, яка відраховується від умовного нуля. В вихідному положенні поршня (показано пунктиром) x=0, але між поршнем і кришкою циліндру завжди є деякий невеличкий об'єм, який називається шкідливим об’ємом циліндру. Фіктивна координата x_ф , що показана на розрахунковій схемі, характеризує мінімальний розрахунковий об’єм робочої порожнини циліндру, який повинен бути наповнений стиснутим до деякого тиску повітрям, перш ніж поршень почне рухатися. Фактичний мінімальний об’єм робочої порожнини дорівнює додатку шкідливого об’єму до об’єму трубопроводу, що зв’язує робочу порожнину з виходом пневморозподілювача. Однак при розрахунку треба враховувати, що умови наповнення порожнини та об’єму рівномірно розподіленого по довжині трубопроводу не є однаковими, тому фактичний об’єм трубопроводу замінюється його розрахунковим (приведеним) значенням. Координата x_o розраховується по формулі:

, (6)

де V_{p min} – мінімальний розрахунковий об’єм робочої порожнини; F – площа поршня з боку робочої порожнини; V₀ – шкідливий об’єм циліндру; V_рт – розрахунковий (приведений) об’єм трубопроводу.

Рис. 5

Так само знаходиться координата x_ов , що характеризує мінімальний розрахунковий об’єм порожнини вихлопу:

(7)

В положенні на схемі поршень пневмоциліндру з приведеною до штоку масою рухомих частин m пересувається зі швидкістю (миттєве значення), долаючи силу опору Р. Кожному моменту руху відведений визначений стан повітря в порожнинах циліндру, яке характеризується абсолютними тисками р та р_в , абсолютними температурами Т та Т_в , а також щільностями r та r_в.

Робоча порожнина під час руху поршню зв’язана з живленням напірною пневмолінією, перепускна здатність якої характеризується ефективною площиною перетину f_е , а порожнина вихлопу – з атмосферою через пневмолінію вихлопу та має ефективну площину перетину – f_ве. Необхідно також враховувати, що перепускна здатність напірної пневмолінії повинна бути знайдена не тільки з урахуванням гідравлічного опору пневморозподілювача та частини трубопроводу, що зв’язує розподілювач з робочою порожниною, але і з урахуванням гідравлічного опору частини трубопроводу довжиною l_T1 від редукційного клапану до розподілювача, який на розрахунковій схемі не показаний. На цій частині встановлюється маслорозпилювач, що також повинно враховуватись. Замість точки підводу живлення приймається вихід редукційного клапану, на якому підтримується стабільний робочий тиск р_м. При знаходженні перепускної спроможності лінії вихлопу враховується гідравлічний опір трубопроводу від порожнини вихлопу до розподілювача та самого розподілювача.

На розрахунковій схемі вказані також діаметр поршню D , діаметр штоку d , довжина руху s та рівні тисків р_м , що підводиться, та атмосферного р_а.