ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 15.10.2024
Просмотров: 82
Скачиваний: 0
В. Н. ДМИТРИЕВ, В. Г. ГРАДЕЦКИЙ
ОСНОВЫ ПНЕВМОАВТОМАТИКИ
Москва
« М А Ш И Н О С Т Р О Е Н И Е »
1973
Дмитриев В. Н., Градецкнй В. Г. Основы пневмоавтоматики. Л\„ «Машиностроение», 1973, 360 с.
В книге изложены основные сведения по теории и технике мембранной и струнной пневмоавтоматики. Приведены методы расчета элементов, их характеристики, принципы построения, опи саны основные системы пневмоавтоматики. Показаны тенденции развития современной пневмоавтоматики.
Особое внимание уделено дискретной ветви струйной пнев моавтоматики, струйным логическим элементам различных типов, элементам с турбулпзацпей течения как наиболее распростра ненным.
Даны основные сведения о повой области автоматики — пневмоакустнке, сочетающей гидродинамические и акустические эф фекты, рассмотрены типовые схемы и устройства.
Вкниге приведены сведения о системах питания мембранной
иструйной пневмоавтоматики.
Книга рассчитана па научных работников, инженеров, зани мающихся исследованием и разработкой технических средств автоматики. Табл. 11. Ил. 208. Список лит. 67 назв.
Рецензент д-р техи. паук | И. В. Лебедев
Д _ 3 2 3 в - 3 1 8 _ З І 8 ___ з 0 3 8 (0 1 ) — 73
© Издательство «Машиностроение», 1973 г.
ПРЕДИСЛОВИЕ
Цель настоящей книги заключается в изложении основных сведений по пневмоавтоматике, составляющей одно из ведущих направлений в технике автоматического регулирования и управления.
При написании книги были использованы результаты наи более крупных исследований отечественных и зарубежных ученых. Обобщение результатов позволило в сравнительно не большом объеме дать достаточно полное изложение сути пнев моавтоматики. Настоящая монография в отличие от большин ства вышедших за последние годы работ, в которых рассмат риваются отдельные разделы пневмоавтоматики, включает все основные ее разделы. В некоторых работах, что можно считать вполне правомерным, отделяют мембранную автоматику от струйной. Однако на практике чаще всего используется сочета ние мембранных и струйных элементов в единой системе, обу словленное рациональным выбором средств и решаемой задачей автоматизации.
В соответствии с выбранной методикой изложения первые главы посвящены элементам мембранной и струйной пневмо автоматики, далее приведены основные принципы построения систем пневмоавтоматики и на ряде примеров показана их реа лизация, рассмотрены преобразующие периферийные и испол нительные пневматические устройства и в последней главе показаны тенденции развития струйной пневмоавтоматики с переходом в область еще более низких рабочих давлений.
На протяжении более пятнадцати лет интенсивные исследо вания в области вначале мембранной, а затем струйной пневмо автоматики проводятся в Ордена Ленина Институте проблем управления (автоматики и телемеханики). Так, в 1955—1957 гг. впервые в СССР в этом институте были разработаны агрегатная унифицированная система (АУС) и Универсальная система элементов промышленной пневмоавтоматики (УСЭППА), а в 1957—1959 гг. был предложен струйный принцип построения систем пневмоавтоматики. Поэтому вполне естественно, что авторы настоящей книги базировались главным образом на работах, проведенных в этом институте.
3
В настоящее время существует ряд книг по пневмоавтома тике, посвященных как углубленному рассмотрению отдельных вопросов, так и некоторым более широким специальным областям.
Теория проточных и струйных элементов пневмоавтоматики изложена в работах Л. А. Залманзона [24, 25]. Расчету струйных элементов разных типов посвящены исследования И. В. Лебе дева [28, 29], С. Л. Трескунова [44], А. М. Касимова, И. В. Вайсер [11], И. С. Мезина [31, 32], Ю. И. Островского [34] и других авторов.
Общие вопросы, касающиеся пневматических элементов, систем и приборов автоматического регулирования, изложены в работах А. А. Таля, Г. Г. Березовец [6, 7], Т. К. Берендс,
Т.І\. Ефремовой, А. А. Тагаевской [5, 6], А. В. Богачевой [8], A. И. Трушина, И. Б. Криштул, М. К- Соме [20] и других иссле дователей.
Современные методы синтеза пневматических систем управ ления и теории пневмоприводов отражены в работах Е. В. Герц, Г. В. Крейнина [16—18], В. П. Зенченко, С. А. Юдицкого [52].
Пневматическим регуляторам общепромышленного назначе ния, пневматическим датчикам и вторичным приборам посвя щены работы В. С. Прусенко [37, 38]. Релейные системы пневмо автоматики и пневматические вычислительные приборы непре рывного действия описаны в книгах М. Д. Лемберга, B. И. Чернышева и др.
Имеется ряд зарубежных книг, освещающих различные вопросы пневмоавтоматики и переведенных на русский язык.
Кним принадлежит книга В. Фернера [46] и сборник [42].
Врезультате проведения ежегодных Всесоюзных совещаний по пневмоавтоматике (всего было 12 таких совещаний) вышел ряд сборников трудов этих совещаний, содержащих обширный материал по различным вопросам пневмоавтоматики.
Вотличие от перечисленных работ (а здесь упомянуты почти все наиболее важные работы по пневмоавтоматике) настоящая работа представляет собой попытку объединить основные сведения по пневмоавтоматике и изложить их по возможности кратко. В книге впервые представлен раздел новой области техники — пневмоакустики. Авторы отдают себе отчет в том, что книга не свободна от недостатков, один из которых связан с неравномерным освещением рассматривае мых вопросов. Некоторые вопросы, представляющие круг интересов самих авторов, получили более подробное толко вание.
Замечания по книге просим направлять по адресу: Москва, Б-78, 1-й Басманный пер., д. 3, издательство «Машиностроение»
В В Е Д Е Н И Е |
|
|
|
|
|
|
|
|
Современная пневмоавтоматика позволяет |
успешно |
решать |
||||||
большинство практических задач управления производствен |
||||||||
ными процессами. |
|
|
|
|
|
|
||
В таких отраслях промышленности, как химия, металлур |
||||||||
гия, |
пищевая |
и газовая |
промышленности, |
медицина |
и др., |
|||
применение пневматических систем управления дает наиболее |
||||||||
существенный эффект,ѵШирокое внедрение технических средств |
||||||||
пневмоавтоматики в ряд отраслей промышленности объясняет |
||||||||
ся теми их положительными свойствами, |
которые отсутствуют |
|||||||
у средств электро- и гидроавтоматики. |
Так, |
в |
традиционной |
|||||
для |
пневмоавтоматики отрасли промышленности •— нефтехимии |
|||||||
особенно важны такие качества пневматических |
устройств, как |
|||||||
пожарю- и взрывобезопасность, высокая |
надежность, дешевиз |
|||||||
на, |
простота |
эксплуатации |
и возможность |
использования в |
||||
агрессивных средах. |
|
|
|
|
|
|
||
По сравнению с гидроавтоматикой пневмоавтоматика имеет |
||||||||
такие-положительные качества, как возможность ■сбрасывать |
||||||||
воздух из любой точки пневмосистемы в атмосферу, отсутствие |
||||||||
возвратных линий, ведущих в бак, а также безопасность утечки |
||||||||
воздуха (утечка масла в гидросистеме |
крайне |
нежелательна). |
||||||
|
Наиболее |
существенными недостатками |
устройств |
пневмо |
|||||||
|
автоматики следует считать низкое |
быстродействие и |
дально |
||||||||
|
действие. Если |
в электронике |
скорость |
передачи |
сигналов |
||||||
|
определяется |
скоростью |
распространения |
электромагнитных |
|||||||
|
волн, то скорость передачи пневматических сигналов ограничи |
||||||||||
|
вается скоростью звука. |
Дальнодействие |
пневматических си |
||||||||
|
стем ограничивается расстояниями порядка нескольких сотен |
||||||||||
|
метров. При больших расстояниях необходимы промежуточные |
||||||||||
, |
усилители либо иные специальные устройства, ѵ |
|
|
||||||||
Использование в качестве рабочей среды воздуха или дру |
|||||||||||
гого |
газа в |
технике |
регулирования |
началось |
с применения |
||||||
|
^силовых элементов — поршневых |
и мембранных |
нсполнитель- |
||||||||
|
іных механизмов. Для первых этапов развития пневмоавтомати |
||||||||||
|
ки характерны |
громоздкие пневматические |
регуляторы, имею |
||||||||
|
щие |
тяги и рычаги, |
построенные по принципу |
компенсации |
|||||||
|
перемещений. |
|
Развитию |
пневмоавтоматики способствовали |
|||||||
5
новые идеи, которые возникали и реализовывались во времени по мере ее развития. Эти новшества в основном сводятся к пере ходу от принципа компенсации перемещений к принципу ком пенсации сил, применению не только нормального диапазона рабочих давлений (0,14 МПа), но и низкого (0,002 МПа), внед рению элементного принципа построения пневматических при боров, использованию струйной техники (пневмоникн) и тех ники переменных токов для построения систем пневмоавтомати
ки, а также эффектов |
взаимодействия струй со |
звуковыми |
|||||
сигналами. |
|
от |
принципа |
компенсации |
перемещении |
||
Итогом перехода |
|||||||
к принципу компенсации сил явилось построение |
агрегатной |
||||||
унифицированной |
системы (АУС) |
и освоение |
этой |
системы |
|||
приборов нашей |
промышленностью. |
Приборы |
этой |
системы |
|||
выгодно отличаются |
от приборов, |
построенных |
|
по принципу |
|||
компенсации перемещений, малыми габаритными размерами и малыми величинами механических перемещений. Появились первые вычислительные приборы, такие, как сумматор, множи тельное устройство и т. д.
Применение рабочих давлений низкого диапазона позволило легко получать линейные пневматические сопротивления и стро ить вычислительные приборы с применением решающего (опе
рационного) |
пневматического усилителя так, |
как это делается |
в области электроники. Снижение диапазона |
давлений дало, |
|
кроме того, |
и еще целый ряд выгод, таких, |
как уменьшение |
расхода воздуха, использование в качестве источников питания вентиляторов и т. д. Перенос из электроники в область пневмо автоматики элементного принципа построения приборов из от дельных резисторов, конденсаторов, усилительных реле и т. д. позволил отказаться от трудоемкого конструирования каждого отдельного прибора.
Элементный способ построения вычислительных приборов и устройств пневмоавтоматики нашел свое воплощение в Уни версальной системе элементов промышленной пневмоавтомати ки, которая выпускается в настоящее время нашей промышлен ностью. Сейчас большое число устройств пневмоавтоматики, работающих в промышлености, реализовано на элементах УСЭППА.
Подобно тому, как в свое время в области электроавтомати
ки зародилось новое техническое |
направление — электроника, |
||||
так и в области пневмоавтоматики |
возникло новое |
направле |
|||
ние — пневмоника, |
или струйная техника. Принципы |
струйной |
|||
техники коренным |
образом |
отличаются от всех ранее |
извест |
||
ных принципов построения |
пневматических приборов. |
В при |
|||
борах струйной техники полностью отсутствуют какие-либо механические подвижные детали, а управление осуществляется за счет взаимодействия струй воздуха. Приборы струйной техники миниатюрны и допускают применение технологии
6
печатных схем. В струйной технике используются как постоян ные, так и переменные пневматические токи. Последнее обеспе чивает получение высокой точности при создании вычислитель ных приборов.
В пиевмоипке применяется элементно-модульноагрегатный способ построения систем, базирующийся на интегральных схе мах, который становится характерным и для мембранных при боров.
И, наконец, в последнее время зародилось новейшее направление — пневмоакустика. В основе пневмоакустпкн ле жит свойство воздушных струй взаимодействовать со звуко выми сигналами. Уже сейчас построены пневмоакустические приборы, позволяющие осуществлять управление звуком на расстоянии, некоторые измерения и т. д. Освоение этого нового направления даст возможность в будущем улучшить техниче ские средства пневмоавтоматики.
Краткий перечень новых направлений, по которым идет развитие технических средств пневмоавтоматики, показывает, какое важное место она занимает в автоматизации различных производственных процессов и в технике управления. В настоя щее время пневмоавтоматика достигла такого уровня развития, при котором практически возможно построение любого управ ляющего устройства непрерывного действия, любой релейной схемы и любого управляющего устройства непрерывно-дискрет ного действия. Ограничением является лишь низкое быстродей ствие систем пневмоавтоматики.
Впоследнее время произошло значительное усложнение задач автоматического регулирования и управления, что дик туется требованиями повышения производительности оборудо вания, уменьшения брака, повышения качества управления, повышения надежности оборудования и средств автоматизации,
атакже повышением технико-экономической эффективности автоматизируемого производства в целом.
Всоответствии с этими задачами в области пневмоавтома
тики на базе |
системы УСЭППА, а также |
на элементах |
и |
|
модулях струйной техники были созданы |
вычислительные, |
уп |
||
равляющие и |
регулирующие устройства, |
с |
помощью которых |
|
можно осуществлять комплексную автоматизацию различных, подчас весьма сложных, объектов управления. На элементах УСЭППА строят все непрерывные приборы и целый ряд дис кретных и непрерывно-дискретных устройств. Все эти приборы выпускаются серийно заводом «Тизприбор» и входят в систему «Старт». Так, помимо регуляторов с П и ПИ законами регули рующего воздействия в систему «Старт» входит также регуля тор, реализующий пропорционально-интегрально-дифференци альный (ПИД) закон.
В систему «Старт» входит также прибор извлечения квад ратного корня, прибор селектирования большего или меньшего
(