Файл: Фудим Е.В. Пневматическая вычислительная техника. Теория устройств и элементов.pdf

§ 18] БЫСТРОДЕЙСТВИЕ УСТРОЙСТВ С ПОДВИЖНЫМИ ТЕЛАМИ 491

щелевыми с шириной 0,5—1,0 мм вместо 3 мм, применяе­ мых в настоящее время.

В грубых элементах и некоторых точных элементах, имеющих дискретный выход, возможно увеличение р° (t) за счет введения положительной обратной связи. Рис. 18.2, а иллюстрирует это для трехмембраиных элементов систе­ мы УСЭППА (реле или элемента сравнения в случае, когда

Рис. 18.2. К повышению быстродействия за счет положи­

тельной обратной связи, формируемой посредством воз­ действия выходного давления на отличную от нуля сум­ марную эффективную площадь- а) мембран; б) заслонок.

от последнего требуется точное сравнение только при из­ менении выхода с 0 на 1). При незначительном увеличении р,< над рц0 давление р в ы х в камере 1 начинает расти, тогда как в камере 4 давление всегда равно атмосферному, в результате чего на управляющий узел действует давление (Рк — Рк) + Рвых s/(S — s), которое во много раз больше входа р„ — р К о . Здесь 5 H S — эффективные площади соот­ ветственно средней и крайней мембран.

Наряду с рассмотренным введением положительной об­ ратной связи за счет воздействия выходного давления на мембрану возможно воздействие р в ы х на заслонки испол­ нительного узла (см. рис. 18.2, б). В таких конструкциях управляющее давление возрастает на величину р В Ь 1 Х {S а —

— Smn)/S, где Sа , 5 Ш 1 Т и 5 — эффективные площади соот­ ветственно атмосферного сопла, питающего сопла и мемб­ ран управляющей камеры.

В элементах с большими проходными сечениями сопел исполнительного узла некоторое повышение быстродейст­ вия достижимо за счет устранения «короткого замыкания» (см. § 5).

492 П Р И Л О Ж Е Н И Е

§ 1 9 . Некоторые вопросы надежности

Выходы из строя пневматических элементов (отказы) объясняются в основном следующими причинами:

разрушением чувствительных элементов, под которым понимается нарушение герметичности или изменение их характеристик на величину, превышающую допустимую; разрушением узлов сопло-заслонка (сопло-шарик,) при­ водящим к смещению их характеристики «проводимость — ход (усилие)» выше допустимого, в частных случаях — к нарушению герметичности разомкнутых контактов (кла­

панов) при заданном усилии (ходе); изменением сопротивлений вследствие засорения или

истирания; нарушением герметичности камер и коммуникацион­

ных каналов.

Причиной разрушения чувствительных элементов и узлов сопло-заслонка являются деформации от усилий, действующих на чувствительные элементы, и старения ма­ териалов. Для количественной оценки влияния усилий на надежность рассмотрим их распределение на чувствитель­ ных элементах и узлах сопло-заслонка.

На чувствительных элементах действуют рабочие уси­ лия от перепадов давлений и упругих элементов, а в мемб­ ранах, которые крепятся и герметизируются посредством их зажима двумя деталями, действуют, кроме того, усилия сжатия по поверхностям закрепления мембран. Распреде­ ление рабочих усилий зависит от типа и условий работы чувствительных элементов. Если чувствительными элемен­ тами служат абсолютно гибкие мембраны, работающие в малых перемещениях (жесткости с ^ 0), то суммарное уси­ лие управляющего узла действует только на узел соплозаслонка или опору; усилие на каждой мембране определя­

В случае, когда мембраны — негибкие или гибкие, но ра­ ботающие в сравнительно больших перемещениях (когда с 0), усилие ./7 на каждой мембране состоит из усилия F>>.p от перепада давлений на этой мембране и усилия Fc от жесткости мембраны при ее перемещении с управляющим

узлом:

если перемещение мембранного блока направлено в ту же сторону, что и перепад давлений иа рассматриваемой мемб­ ране.

Направление напряжений в мембранах определяется направлением сил F. В зависимости от силы F напряже­ ния могут быть знакопостоянными и знакопеременными. Если частота изменения знака F низка, то напряжения можно рассматривать как знакопостоянные по их модулю с учетом воздействия изменений знака F по эффекту прохлопывания. Если же частота изменения знака F велика, то напряжения необходимо рассматривать как знакопере­ менные.

Под воздействием перепада давлений в мембранах воз­ никают напряжения (растяжения и/или изгиба), имеющие максимальные значения по периметрам закрепления (за­ делки) мембран в корпусе и жестком центре. Напряжение

Для гибкой мембраны с пренебрежимо малым жестким центром (г —> 0), закрепленной по периметру радиуса R и имеющей точку опоры в центре, используя выражения (5.7) и (19.1), получим для напряжения по периметру за­

Обычно такие мембраны работают при малых перепадах давлений Ар. Поэтому в рабочем режиме напряжения о малы. Однако в динамике или в некоторых случаях, напри-