Давление питания первого каскада (низкое давление) под водится к крайней левой камере гидроусилителя через постоян ный дроссель. Таким образом, постоянный дроссель со щелью штока 1 2 образует междроссельную камеру, давление в которой
изменяется в зависимости от открытия щели, т. ел от величины смещения штока. Это давление действует на левый торец плун жера золотника с силой, которая уравновешивается силой, воз никающей от действия давления питания первого каскада усиле ния на поршень, расположенный справа, поэтому в статике всег да справедливо равенство
|
P\F = Po\f, |
гре р і — давление в |
междроссельной камере; р0]— давление |
питания первого каскада усиления; F — площадь левого торца |
плунжера золотника; |
f — площадь торца поршня, расположен |
ного справа.
При перемещении штока 12 приведенное равенство сил нару шается, превращаясь в неравенство. Под действием разности сил плунжер перемещается до тех пор, пока открытие щели штока 1 2
не будет соответствовать прежнему значению давления р, в меж дроссельной камере. Таким образом плунжер золотника отсле живает положение штока 12. Давление питания второго каскада (высокое давление) подводится к выточке в средней части зо лотника.
Пневматические мембранно-шариковые преобразователи давления непрерывного действия. Мембранно-шариковые пре образователи давления непрерывного действия предназначены для перехода с нормального диапазона давлений (0—0,1 МПа) на низкий (0—100 мм вод. ст.) н с низкого на нормальный. Пре образователи служат для работы с устройствами струйной тех ники.
Шариковый элемент представляет собой цилиндрический ка нал, в котором расположен шарик. Разность диаметров шарика и канала колеблется в пределах 0,01—0,03 мм, что практически обеспечивает свободное перекатывание шарика в цилиндричес ком канале. Если к цилиндрическому каналу подведено давле ние, то на шарике развивается усилие, равное произведению эффективной площади шарика на давление. Если центр шарика при работе прибора не выходит за пределы цилиндрического ка нала, то можно считать, что эффективная площадь шарика оста ется практически постоянной и равной площади его сечения по диаметру.
Понизитель и повыситель давления непрерывного действия работают по принципу компенсации сил. При подаче на вход понизителя давления (рис. 167, а) на шарике 5 развивается уси лие, перемещающее мембранный блок 4 и заслонку 3, которая прикрывает сопло 2. Благодаря этому возрастает давление р в эжекторе 1 , составляющем с соплом 2 усилитель типа сопло —
заслонка. Это давление, редуцированное посредством дросселей 6 и 7, поступает в камеру отрицательной обратной связи. Давле ние р на выходе понизителя, а следовательно, и в камере отри цательной обратной связи возрастает до тех пор, пока усилие, действующее со стороны шарика 5, не уравновесится усилием, действующим со стороны мембранного блока 4.
Дроссели 6 и 7 служат для настройки коэффициента усиле
ния понизителя. Нормально понизитель настраивается на работу
Рис. 167. Мембранно-шариковые преобразователи:
а— понизитель; й — повыснтель
скоэффициентом передачи 0,01. Уравнение понизителя в стати ке имеет вид
Р= Ь р и
где р\ — входной сигнал; k — коэффициент передачи. Оно по лучено из условия равенства сил на шарике п мембранном блоке
иравенстве расходов через линейный дроссель 6 и 7.
Вповысптеле давления (рис. 167, б) входной сигнал pt низ кого давления через делитель, состоящий из регулируемых дрос селей 1 и 2 , подается в мембранную камеру низкого давления.
Таблица 8
Основные технические характеристики непрерывных мембранно-шариковых преобразователей
|
Макси |
Макси |
.Максимальный |
Пределы |
|
Преобразо |
мальный |
мальный |
Погреш |
расход |
расход |
допустимый расход |
изменения |
ватель |
воздуха |
воздуха |
при погрешности 5%, |
коэффициен |
ность |
|
на линии |
на линии |
л 'ч |
та |
|
|
питания, |
управле |
|
усиления |
|
|
л ч |
ния, л/ч |
|
|
|
Понизитель |
216 |
250 |
При р= 100 мм вод. ст. 0,009-0,015 |
+0,5% |
давления |
|
|
70 |
|
|
Повыснтель |
240 |
4 |
При р = 1 ати |
90—115 |
+0,5% |
давления |
|
|
600 |
|
291 |
19 * |
|
|
|
|
Усилие, развиваемое на мембране 5, перемещает ее, изменяя про ходное сечение сопла управления 3. Давление из межсопловой камеры эжектора 6 передается на вход усилителя мощности 7,
а с его выхода — в канал шарикового элемента отрицательной обратной связи, причем это давление изменяется До тех пор, по ка усилие на шарике 4 не уравновесит усилие на мембране. Эффективная площадь мембраны превышает эффективную пло щадь шарика в 120 раз. Благодаря этому избыточное давление на выходе р изменяется в диапазоне 0—0,1 МПа при изменении р 1 в пределах 0—100 мм вод. ст. В повысителе необходим усили
тель мощности 7, так как он обычно работает на значительную нагрузку. Статическое уравнение повысптеля имеет такой же вид, как II уравнение понизителя, с той разницей, что k ~ 100. Краткие технические данные рассмотренных устройств приведе ны в табл. 8.
Глава VIII
ПНЕВМАТИЧЕСКИЕ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЕ МЕХАНИЗМЫ
Пневматические исполнительные механизмы представляют собой силовые устройства, предназначенные для выполнения команд, формируемых регулирующими пли управляющими пнев матическими системами. Пневматический исполнительный меха низм управляет непосредственно регулирующим органом (шибе ром, клапаном, направляющей лопаткой и т. д.) или иным меха низмом, например, механизмом для подачи инструмента, зажимом детали или механизмом тормозного устройства.
В пневмоавтоматике применяют довольно разнообразные пневматические механизмы. Однако в подавляющем большинст ве случаев используют поршневые и мембранные исполнитель ные механизмы, так как они просты по конструкции, имеют вы сокую надежность и обеспечивают значительные усилия на штоке. По сравнению с электрическим приводом поступательно го движения, развивающим те же усилия, пневмопривод значи тельно легче, дешевле и проще по конструкции.
Преимущества пневматического привода по сравнению с гид равлическим приводом заключаются в относительной простоте конструкции как самого привода, так и устройств управления и более низкой стоимости. Некоторая утечка воздуха, которая мо жет происходить из пневмопривода, не отражается заметно на его работе. В противоположность этому утечка масла из гидро привода недопустима. Существенно также отсутствие обратных трубопроводов, так как отработанный воздух сбрасывается не посредственно в окружающую атмосферу.
Пневматические исполнительные механизмы могут работать при больших колебаниях температуры воздуха, тогда как при этих условиях масло резко меняет свою вязкость. Кроме того, при повышении температуры может возникнуть нежелательное явление кавитации '.
1 При повышении температуры увеличивается давление образования на
сыщенного пара и в жидкости могут образоваться пузырьки и каверны, за полненные парами. Образование пузырьков и каверн в жидкости, заполненных воздухом и парами, носит название кавитации. Кавитация пагубно сказывает ся на работе гидропривода: нарушается заданный закон движения поршня, выкрашивается и ржавеет металл и т. д.
Скорости пневматических исполнительных механизмов при соответствующем выборе размеров проходных сечений достига ют больших величин (порядка нескольких метров в секунду), тогда как скорости гидравлических приводов определяются ча сто производительностью насосного агрегата.
Усилия, развиваемые пневматическим прнвЬдом, обычно меньше усилий, развиваемых гидравлическим приводом тех же размеров. Это связано с тем, что силовое давление воздуха в промышленных пневмосетях составляет обычно 0,4—0,6 МПа. В авиации применяют питающее давление порядка 10 МПа и бо лее, это обеспечивает большие перекладывающие усилия при сравнительно небольших габаритных размерах пневмопривода. Применение в промышленных установках сравнительно низких давлений воздуха связано с опасностью поломки и взрыва само го пневмопривода, подводящих трубопроводов и иных узлов, находящихся под давлением. Для гидропривода опасность взрыва не существует, так как масло практически несжимаемо.
Недостатком пневмопривода по сравнению с гидроприводом является то, что он не может с высокой точностью отслеживать входной сигнал. Это связано в первую очередь со сжимаемостью воздуха. Поэтому, несмотря па многие преимущества пневмо приводов, в следящих системах, от которых требуется большая точность, чаще применяют гидроприводы.
Вращательное движение, особенно вращение с неограничен ным углом поворота выходного вала, удобнее всего реализовать на основе электрического силового привода, но в определенных условиях, например, в пожаро- и взрывоопасных помещениях пневматический привод конкурирует с электрическим. Пневмати ческий вращательный привод целесообразно применять там, где необходимо обеспечить высокое число оборотов при сравнитель но небольшой мощности (переносные шлифовальные круги, руч ные дрели II т. д.). При необходимости плавно изменять число оборотов используют гидравлический вращательный привод.
Пневматические поршневые приводы делят на приводы одно стороннего и двустороннего действия. У привода одностороннего
действия движение в |
прямом направлении происходит за счет |
подачи в полость |
цилиндра сжатого |
воздуха, |
а обратный |
ход совершается под действием пружины, |
которая |
сжимается |
при движении поршня в прямом направлении. Прямой п обрат ный ход у привода двустороннего действия происходит под дав лением сжатого воздуха, подаваемого в соответствующие камеры цилиндра, причем каждый раз в одну полость подается питающее давление, а другая полость сообщается с атмосферой.
Поршневые пневматические приводы могут служить для пе рекладки рабочего органа из одного крайнего положения в дру гое, а также отслеживать сигнал, подаваемый на вход системы. В последнем случае вводится отрицательная обратная связь: силовая пли по положению.
