Файл: Лебедев И.В. Элементы струйной автоматики.pdf

Рис. 5. Выходные характеристики:

а — релейный элемент; 1 — единичная; 2 — нулевая характеристика; б — универсальная характеристика; / — характеристика нагрузки; 2 — характеристика переключения при работе на данную нагрузку

расхода на выходе от давления на том же выходе при неизменных сигналах на входах. На рнс. 5, а приведена типичная вы­ ходная характеристика (кривая 1 для единичного давления на выходе, кривая 2 — для нулевого). Как видно, расход на выходе уменьшается по мере увеличения давления рв или, что то же, по мере увеличения сопротивления нагрузки, подключенной к дан­ ному выходу. Полный расход части струи, попадающей в прием­ ный канал, равен Qc. По мере увеличения сопротивления на­ грузки уменьшается доля расхода, идущего на нагрузку и соот­ ветственно увеличивается доля расхода, отводимая в атмосферу. Так, при рв —р'в через нагрузку проходит расход QB, а расход

Q c— Q'B сбрасывается в окружающее пространство, часть его

вновь эжектируется струей. В пределе, когда выходной канал за­ глушен, сбрасывается расход Qc.

Используются также универсальные характеристики типа показанных на рис. 5, б.

Работа силовой части определяется двойным преобразовани­ ем энергии: сначала потенциальная энергия потока в сопле пре­ образуется в кинетическую энергию струи, распространяющейся в рабочей камере, затем в приемном канале происходит обрат­ ное преобразование кинетической энергии струи в потенциаль­ ную энергию. В гл. Ill подробно рассмотрены закономерности этого преобразования.

Работа управляющей части элементов различного типа опре­ деляется рядом специфических гидромеханических эффектов: соударением поперечных и встречных струй; турбулизацией ла­

13

минарной струн; притяжением струн к твердой стенке; закрут­ кой струи. Для понимания сущности рабочего процесіса и для разработки методов проектирования элементов необходим гид­ ромеханический анализ этих явлений (см. гл. ІИ).

3.Конструкции струйных элементов

Внастоящее время определилось несколько тенденций конст­ руктивного оформления струйных элементов, отличающихся способами монтажа и соединений между элементами. Рассмот­ рим основные типы конструкций.

1.Одиночные струйные элементы, имеющие штуцера и пред­ назначенные для соединения при помощи гибких шлангов. Такие элементы выпускает большинство зарубежных фирм: Corning Glass, General Electric, Aviation Electric и др. В СССР элементы такой конструкции'разработаны Волжск — ВНИИАШ и исполь­ зованы мм же для создания ряда устройств.

2.Струйные элементы для сборки в- вертикальные пакеты или установки на плоскость, предназначенные для соединения посредством каналов, выполненных в платах. Элементы в таком конструктивном исполнении разработаны НИИТеплоприбором.

дульном исполнении занимают минимальный объем в расчете на один элемент. С другой стороны, производство одиночных эле­ ментов требует меньшего количества технологической оснастки, так как в этом случае небольшой номенклатуры элементов (как правило, одного— двух типов) оказывается достаточно для по­ строения широкого класса устройств. В случае использования многофункционального элемента [40] эта номенклатура может быть сведена к одному многофункциональному элементу. Боль­ шинство зарубежных фирм выпускает элементы двух типов — одностабильные элементы ИЛИ — НЕ ИЛИ и триггеры с раз­ дельными входами.

Построение систем на базе одиночных элементов позволя­ ет быстрее наладить их производство ввиду ограниченной номен­ клатуры деталей. Причем в случае, если соединения между эле­ ментами производятся посредством канавок в платах, а не трубками, увеличение габаритных размеров по сравнению с мо­ дульной конструкцией оказывается незначительным.

Достоинства и недостатки различных методов монтажа отме­ чены в табл. 1, где цифры соответствуют месту, занимаемому тем или иным способом монтажа [55]. Сравниваются три спосо­ ба: соединение при помощи трубок, соединение элементов и мо­ дулей посредством канавок в платах и смешанный (гибридный) способ монтажа.

14

Как видно, в большинстве случаев предпочтительным являет­ ся монтаж элементов на платах. Однако способ монтажа на трубках обладает такими достоинствами, как легкодоступность и простота замены элементов. Поэтому его целесообразно ис­ пользовать для построения устройств единичного или мелкосе­ рийного производства и, в частности, для автоматизации дейст­ вующего оборудования.

При серийном производстве устройств струйной автоматики достоинства монтажа на платах неоспоримы. В этом случае до­ статочно отладить головной образец устройства; размножение же устройств сведется к воспроизведению каналов и отверстий в платах.

4. Статические характеристики струйных элементов

Для анализа качества струйных логических элементов и со­ гласования элементов в схемах обычно используются следую­ щие три вида статических характеристик: характеристики пере­ ключения, выходные и входные. Кроме того, необходимо ввести в рассмотрение обратные характеристики, позволяющие оце­ нить уровень помех, специфичных для струйных элементов и обу­ словленных взаимной связью входов и остаточными давлени­ ями [39].

Характеристика переключения представляет собой зависи­ мость давления (расхода) на выходе от давления (расхода) на входе элемента.

Наиболее приемлемой характеристикой логического элемен­ та явилась бы идеальная релейная характеристика (рис. 6, а) [7]. Характеристики переключения логических элементов бывают двух типов [8]: характеристики повторителя (П-характеристики)

рср) сигнал рв на выходе соответствует низкому уровню. Если

15

Рис. 6. Характеристики переключения:

а — идеальная релейная с начальным давлением на выходе, равном 0; б — идеальная релейная с начальным давлением на выходе, равным \\ в — релейная П-характеристн* на с гистерезисом; г — релейная характеристика элемента памяти; д — релейные ха­ рактеристики двух взанмоинверсных выходов одного струйного элемента; е — ІІ-ха- рактеристика с конечным коэффициентом усиления; ж — П-характернстнка с ко­ нечным коэффициентом усиления

же давление на входе превышает давление срабатывания, то на

ВЫХОДе ПОЯВЛЯеТСЯ С И Г Н а Л ВЫСОКОГО УРОВНЯ /7в т а х.

Вэлементе с И-характеристикой (рис. 6, б) при давлении на входе, меньшем давления срабатывания, сигнал на выходе соответствует высокому уровню, а при давлении управления, превышающем давление срабатывания — сигналу низкого уровня.

Как видно из рис. 6, а, б, если давление входного сигнала меньше давления срабатывания, то элемент сохраняет первона­ чальное состояние. Если же ру ^ рср, то происходит переклю­ чение элемента. Таким образом, элемент с такой характеристи­ кой не будет реагировать на сигналы помехи, если их уровень не достигает величины рсѵ.

Если струйный элемент имеет два выхода, то для одного из них характеристика переключения является И-характеристикой,

адля другого — П-характеристикой.

Вреальных струйных элементах получение идеальной харак­ теристики практически невозможно. Характеристики реальных струйных элементов являются либо релейными характеристика­ ми с гистерезисом (рис. 6, в, г, д), либо характеристиками с ко­ нечным коэффициентом усиления (рис. 6, е, ж). Причем величи-

■16 -

Рв = f(Qy)> QB = f(Py) при работе на любую нагрузку, если только имеется ее характеристика.

Входная характеристика представляет собой зависимость расхода Q на входе от давления р на том же входе. Входные характеристики могут быть либо однозначными, состоящими из одной ветви (рис. 7, а), либо двухзначными (рис. 7, б). Ко второ­ му типу относятся характеристики элементов, использующих притяжение струи к стенке. Здесь при переключении элемента происходит скачкообразное изменение давления в камере, при­ водящее к скачкообразному изменению расхода при неизмен­ ном давлении на входе. К первому типу относятся характерис­ тики турбулентного усилителя, элемента, основанного на соуда­ рении струй (без обратной связи) и др. Входная характеристика может иметь зону неустойчивой работы (рис. 7, в ) .

Обратные характеристики [39] позволяют оценить уровень помех, обусловленных взаимосвязью входных сигналов и оста­ точными давлениями. Будем различать обратные входные и об­ ратные выходные характеристики.

Обратные входные характеристики представляют собой зави­ симость расхода Q, вытекающего из канала управления, от давления р в этом канале. Эти характеристики снимаются при максимальном возможном давлении на втором входе. Типичная обратная характеристика входа представлена на рис. 8, а (кри­ вая /). Как видно, характер зависимости аналогичен характеру выходной характеристики элемента, т. е. с увеличением давле­ ния расход уменьшается.

Обратная входная характеристика дает представление об уровне обратных расходов, вытекающих из канала управления, на который не подан сигнал высокого уровня. Причинами обра­ зования этих расходов являются образование межструйной об­ ласти повышенного давления при соударении двух струй в огра­ ниченном пространстве (см. гл. Ill); образование области

Рис. 7. Входные характеристики:

а — однозначная; б — двухзначная; в — с зоной неустойчивости (/ — линии исходного состояния; 2 — линия переключенного состояния)

18