ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 10.04.2024
Просмотров: 312
Скачиваний: 10
И. В. ЛЕБЕДЕВ , С. Л. ТРЕСКУНОВ, В. С. ЯКОВЕНКО
Э Л Е М Е Н Т ЫСТРУЙНОЙ АВТОМАТИКИ
П о д о б щ е й р е д а к ц и е й _____________
профессора доктора технических наук)И . В. ЛЕБЕДЕВА
М О С К В А « М А Ш И Н О С Т Р О Е Н И Е » 1 9 7 3
лзз |
|
Г*с. публичка« |
||
|
научно -лі |
. ьі |
||
УДК л |
62—522.6 |
бнбл"ІО•* |
|
|
эк з -: |
' |
|||
|
|
|||
ЧИТАЛЬНОГ О -ЗАЛА
' І Ъ - З У Ѵ З О
I Лебедев И. В.|, |
Трескунов С. |
Л. |
и |
Яковен |
|
ко В. С. Элементы струйной |
автоматики.. М. |
||||
«Машиностроение», |
1973; è. 360. |
|
|
|
|
В книге рассмотрены рабочие процессы п ха |
|||||
рактеристики основных |
типов струйных |
элемен |
|||
тов. изложены методы |
их расчета |
и |
проектиро |
||
вания. Особое внимание уделено анализу гидро механических явлений, происходящих в элемен тах. Приведены результаты теоретических п экс периментальных исследований основных типов элементов струйной автоматики.
Книга рассчитана на инженерно-технических работников, занимающихся проектированием, ис следованием и эксплуатацией элементов и уст ройств автоматики; она может быть использова на также студентами, аспирантами и преподава телями машиностроительных и приборостроитель ных вузов.
Табл. 18. Ил. 157. Список лит. 122 назв.
(Е) Издательство «Машиностроение», 1973 г.
ПРЕДИСЛОВИЕ
/
Возникновение новой, весьма перспективной ветви техники автоматического управления — струйной пневмогидравлической автоматики, основу которой.составляют струйные непрерывные и дискретные элементы, не имеющие механических движущихся частей, можно отнести к 1959 г. Первые заявки на изобретение нового .принципа построения устройств систем управления пода ны учеными Института автоматики и телемеханики (техничес кой кибернетики) АН СССР (ныне Институт проблем управле ния АН СССР), несколько позднее появились аналогичные па тенты в США. Сейчас работы в области струйной автоматики ведутся в нашей стране и за рубежом.
Большой интерес к струйной автоматике объясняется рядом ее ^преимуществ как по сравнению с электронной и электричес кой автоматикой, так и по сравнению с устройствами обычной пневмогидравлической автоматики, имеющими подвижные час ти. Достоинствами устройств струйной автоматики являются долговечность, радиационная стойкость, неподверженность дей ствию электромагнитных полей, взрыво- и пожаробезопасность, сравнительно низкая стоимость, возможность работы на произ вольных жидкостях и т. п. Сюда же обычно относят предполо жительно высокую надежность и экономичность при работе на
низких давлениях |
питания |
(при |
давлении |
питания |
0,01 — |
|||
0,02 |
кгс/см2 один элемент может потреблять |
всего |
лишь |
0 01 — |
||||
0,03 |
Вт). |
|
|
|
|
|
. |
’ |
По сравнению |
с электронными |
устройствами |
устройства |
|||||
струйной автоматики обладают |
лишь одним существенным не |
|||||||
достатком — принципиально |
более |
низким |
быстродействием, |
|||||
ограниченным скоростью звука |
(а не скоростью света). Рабочие |
|||||||
частоты обычно не превышают 1 кГц. Однако существует широ кий класс задач, таких как управление многими технологичес кими^ процессами, станками и ряд других, для которых это быст родействие оказывается вполне достаточным.
Отмеченные достоинства обусловили возможность использо вания струйной автоматики в различных областях техники авто-
3
матнческого управления — от систем автоматики станков и ре гуляторов двигателей до специализированных цифровых машин, предназначенных для управления технологическими процессами. Нечувствительность к радиации и электромагнитным полям де лает перспективным ее использование для автоматизации атом ных установок и летательных аппаратов.
Наибольшее развитие получили дискретные устройства струй ной автоматики, основу которых составляют элементы, реализу ющие те или иные логические функции. Успешно используются также и струйные устройства непрерывного действия.
Широкому внедрению струйной автоматики препятствует ряд причин и прежде всего недостаточная изученность рабочих процессов, происходящих в элементах, и зачастую отсутствие методов расчета. Поэтому как в нашей стране, так и за рубе жом интенсивно ведутся исследования тех гидродинамических эффектов, которые используются в струйных элементах, совер шенствуются конструкции и разрабатываются новые типы эле ментов.
За истекшее десятилетие в различных странах появилось большое число публикаций, главным образом статей, касающих ся струйной автоматики. Предпринимаются попытки обобщения результатов исследований. Однако в настоящее время отсутст вуют работы, излагающие с единой точки зрения методы проек тирования проточной части всех основных типов струйных эле ментов.
Впредлагаемой работе авторы стремились восполнить этот пробел, обобщив как свои многолетние исследования, так и наи более существенные отечественные н зарубежные работы.
Вкниге в систематической форме описаны характеристики и конструкция струйных элементов наиболее распространенных типов, формулируются задачи их расчетов и оптимизации. Ана
лизируются основные гидродинамические эффекты, определяю щие работу струйных элементов, даются методы расчета про точной части. Приводится также изложение экспериментальностатистических методов проектирования струйных элементов, позволяющих создать оптимальную конструкцию элемента при неполном знании механизма протекающих в нем явлений.
Учитывая, что инженеры-автоматчики, как правило, не имеют специальной гидромеханической подготовки, авторы считали не обходимым включить в книгу основные сведения из гидроаэро механики.
Гл. II, VI и VII написаны проф. д-ром техн. наук И. В. Лебе девым, гл. I, V, VIII и IX — канд. техн. наук С. Л. Трескуновым, гл. Ill написана И. В. Лебедевым (п.п.1, 2, 6) и С. Л. Трескуно вым (п.п. 3, 4, 5, 7), гл. IV — канд. техн. наук В. С. Яковенко (п.п. 1,2,3, 4) и инж. Г. Ф. Каниным (п. 5).
I |
ТИПЫ СТРУЙНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ, |
Глава |
ИХ ХАРАКТЕРИСТИКИ И КРИТЕРИИ КАЧЕСТВА |
Элементами струйной автоматики называют устройства, в кото рых преобразование информации или усиление сигналов осу ществляется без использования механических движущихся час тей, на потоках рабочей среды (капельной жидкости или газа). Элементы могут отличаться по назначению, принципу действия, конструкции и другим признакам.
Рассмотрим упрощенную структурную схему системы авто матического управления (рис. 1). Система состоит из датчиков Д, управляющей части, выходных преобразователей Я и испол нительных механизмов ИМ . Датчики Д преобразуют обычно механические или электрические величины в величину давления или расхода рабочей жидкости. Эти сигналы поступают на вхо ды управляющей части системы, где они преобразуются в соот ветствии с алгоритмом работы системы в управляющие воздей ствия.
Управляющая часть может быть либо устройством непрерыв ного действия (например, аналоговым регулятором), либо уст ройством дискретного действия (логическим или вычислитель ным). Управляющие воздействия поступают в выходные преоб разователи сигналов Я, усиливающие сигналы по давлению или мощности (в выходных усилителях), либо изменяющие их физи ческую природу (в струйно-электрических, пневмо-гидравличес- ких преобразователях). Сигналы от преобразователей поступают к исполнительным механизмам ИМ , которые изменяют состоя ние управляемого объекта. Исполнительными механизмами мо гут служить, например, сервомоторы, клапаны, пневматические и гидравлические цилиндры.
На основе струйных элементов может быть создана управ ляющая часть (входящие в нее элементы будем называть реша ющими элементами), всевозможные датчики (датчики положе ния, температуры, ускорения и др.), называемые входными элементами, выходные преобразователи — усилители давления, мощности и проч. (выходные элементы). В ряде задач возмож
5
но применение струйных элементов также в качест ве исполнительных меха низмов, например, струй ных клапанов, не имею щих механических дви жущихся частей. Эти кла паны могут использовать ся для управления пото ками агрессивной жидко
сти, для управления вектором тяги реактивного двигателя и др. Как видно, струйные элементы могут выполнять весьма раз нообразные функции в системах управления: от ввода и вывода
информации до преобразования информации.
1. Классификация струйных элементов
Струйные элементы можно классифицировать по ряду приз наков. Рассмотрим основные виды классификации.,
1. По функциям, выполняемым в системе, можно различать решающие, входные и выходные элементы.
2. По принципу действия струйные элементы делятся на эле менты, использующие для изменения величины выходного сиг нала отклонение силовой струн (дефлекторные элементы), и элементы, использующие изменение сопротивления протеканию струи через рабочую камеру (резистивные элементы).
Дефлекторные элементы основаны на явлениях поперечного соударения струй, отрыва струи от стенки и встречного соударе ния струйка резистивные элементы — на явлении турбулизацип ламинарной струи (турбулентные усилители) п эффектах, свя занных с закруткой потока (вихревые элементы).
3. По виду преобразуемой информации различают элементы непрерывного действия (аналоговые) и элементы дискретного действия (дискретные). Выходной сигнал аналогового элемента должен представлять собой непрерывную функцию входных сигналов; информация в этом случае представляется величиной сигнала. В дискретных же элементах входные п выходные вели чины используются только в крайних значениях — верхнем, обозначаемом 1, и нижнем, обозначаемом 0. Все промежуточные значения, если они и возможны, являются нерабочими. В эле
ментах этого типа информация представлена лишь уровнем сиг нала.
4. По функциональным возможностям аналоговые элементы делятся на элементы сравнения и усилители, а дискретные эле менты — на однорежимные элементы, ’ реализующие одну из следующих логических функций: ИЛИ — НЕ ИЛИ, И — НЕ И, запрет, или запоминание дискретных сигналов (триггер с раз-
6
дельными входами), и многорежимные элементы, позволяющие
взависимости от способа включения реализовать функции, вы полняемые не менее чем двумя однорежимными элементами. Имеется описание элемента,, который в зависимости от режима включения позволяет-реализовать функции: ИЛИ — НН ИЛИ, запоминание и запрет [40].
5.По способу подвода энергии различают активные элемен ты, имеющие подвод энергии от внешнего источника, и пассив ные (без подвода энергии от внешнего источника). Наиболее распространены активные элементы благодаря их более высокой надежности и высокому быстродействию.
6.По ^конструктивному исполнению различают плоские и пространственные элементы. Плоские выполняются в виде уг лублений в' платах либо в виде сквозных просечек в пластинах, зажатых-между двумя плоскими крышками. В пространствен ных, как правило, струи вытекают из круглых трубок или сопел
вцилиндрические рабочие камеры.
7.По способу монтажа можно различать элементы с навес ным монтажом (соединение между элементами осуществляется при помощи трубок) и с платным монтажом (соединение между элементами осуществляется с помощью канавок в монтажных платах) [4].
2. Принципы действия элементов основных типов
Для удобства описания -сгруппируем различные струйные элементы следующим образом:
1.Элементы с передачей энергии в рабочей камере в на правлении оси струи.
2.Вихревые элементы.
3.Элементы со встречным соударением струй (ударные эле менты).
Элементы с передачей энергии в рабочей камере в направ лении оси струи. К этой группе относятся четыре типа элементов, отличающиеся способом изменения величины (уровня) выход ных сигналов: элементы, использующие поперечное соударение струй; элементы, использующие притяжение струи к стенке; тур
булентные и кромочные усилители.
Принципы действия элементов подробно описаны в ряде ра бот II могут быть поняты из рассмотрения рис. 2. Каждый эле мент содержит сопло питания Я, рабочую камеру К, каналы уп равления У, атмосферные каналы А, приемные каналы В (турбу лентный усилитель имеет только один приемный канал). Кроме того, элемент, использующий притяжение струи к стенке (рис. 2, б), имеет две стенки С, и Сг, а элементы, показанные на рис. 2, а, б и г, имеют разделитель Р.