Файл: Дмитриев, В. Н. Основы пневмоавтоматики.pdf

Пневматическое сопротивление типа седло — шарик. Расход в дросселе седло — шарик изменяется за счет изменения площа­ ди проходного сечения между шариком и седлом. Минимальную

расстояние между шариком и седлом по вертикали от кромки седла до пересечения с окружностью.

Рис. 18. Зависимость си­ лы, действующей на за­ слонку, от расстояния между соплом и заслон­ кой при избыточном дав­ лении р, = 0,05 МПа и

абсолютном давлении р2 = 0,1 МПа:

Образующая усеченного конуса есть отрезок линии, соеди­ няющей кромку седла с центром шарика, располагающийся между кромкой седла и точкой пересечения с окружностью.

При некотором открытии дросселя, соответствующем опреде­ ленному расстоянию шарика от седла, площадь боковой поверх­ ности усеченного конуса будет равна площади проходного сече­ ния седла. Приравняв указанные площади, можно найти /гк:

Коэффициенты расхода находят с помощью графиков, пред­ ставленных на рис. 19. Кривые получены для следующих пар: d\ = 9,46 мм, do = 4,14 мм; d\ = 7,92 мм, do = 4,14 мм; d] = = 3,96 мм, d2 = 2,02 мм при Іг ^ Ігк. Графики p/Re = /у (Re) по­

зволяют найти р, не зная Re. Значение p/Re вычисляют по фор­ муле [23]

48

где Rr — гидравлический радиус пары седло — шарик;

2

Rг =

Рис. 19. Зависимость коэффициента расхода р и отношения -p/Re от числа Re дросселей типа седло — шарик

2. УПРУГИЕ ЭЛЕМЕНТЫ ПНЕВМАТИЧЕСКИХ ПРИБОРОВ

Мембраны являются одним из основных элементов пневма­ тических приборов и предназначены для преобразования пере­ пада давлений в механические перемещения. Упругие металличе­ ские мембраны в пневматических регулирующих и вычислитель­ ных приборах, как правило, не применяют, так как они имеют значительную жесткость и уже при малых перемещениях центра в сильной степени изменяют свою эффективную площадь, что в пневматических вычислительных приборах приводит к наруше­ нию заданного уравнения баланса сил и появлению погрешности. В мембранных исполнительных механизмах металлические мем-

брамы не используют из-за их сравнительно небольших прогибов. В пневматических вычислительных приборах, работающих по принципу компенсации сил, применяют мембраны с малой жест­ костью из неметаллических материалов, модуль упругости кото­ рых в сотни и тысячи раз меньше модуля упругости металлов. В вычислительных приборах, работающих в диапазоне низких рабочих давлении (0—100 мм вод. ст.), применяют мембраны из тонкой (0,2—0,4 мм) резины, а в приборах, работающих в диапа­ зоне нормальных рабочих давлений,— мембраны из мембранного

Рис. 20. Различные виды плетения основы мембран из мембран­ ного полотна:

плетение нитей

полотна, представляющего собой сетку (основу), выполненную из хлопчатобумажных или иных нитей и пропитанную резиной. Основа придает мембране необходимую прочность [3]. При ма­ лых рабочих перемещениях мембраны нити не участвуют в ра­ боте, и жесткость мембраны пренебрежимо мала. Наоборот, когда сетка вступает в работу, жесткость мембраны чрезмерно возрастает.

На рис. 20 представлены несколько видов плетения основ мембранного полотна. У мембран, имеющих основу из нитей, которая залита резиной, жесткость в различных направлениях неодинакова. Так, например, в материале, имеющем основу из прямоугольной сетки (рис. 20, б), жесткость в направлении стрелок А (направление под утлом 45° к направлению нитей) является минимальной. Трикотажное плетение нитей (рис. 20, г) позволяет обеспечить малую жесткость мембранного полотна при небольших растягивающих усилиях и большую жесткость при больших усилиях. Мембраны с основой из плетеных нитей являются наихудшими, так как инти в местах плетения трутся друг о друга, что приводит к появлению гистерезиса во внешней характеристике мембраны. Наилучшими считаются мембраны из кордной ткани, где нити с различной ориентацией располагают­ ся в различных плоскостях и не переплетаются между собой.

Для изготовления мембран силовых устройств, работающих при повышенных давлениях, применяют мембранное полотно с многослойной тканевой основой, толщина которых достигает

50

3—5 мм. Рабочие диаметры таких мембран лежат в пределах 300—500 мм.

Мембраны из полотна для пневматических вычислительных устройств, работающих в нормальном диапазоне рабочих давле­ ний, изготавливают как плоскими, так и гофрированными с од­ ним полукруглым гофром (рис. 21, а, б). Жесткий центр мембра­ ны образуется двумя металлическими, чаще всего дюралевыми, дисками. По наружному контуру мембрану зажимают в корпусе, и она удерживается силами трения. Для крепежных болтов и воз-

Рис. 21. Различные типы резиновых и резино-тканевых мембран, применяемых в устройствах пневмоавтоматики:

душных каналов по окружности мембраны предусматривают от-

обычно не имеют гофра. Жесткий центр таких мембран изготов­ ляют из топкого (0,4-—0,5 мм) дюралевого листа и в нем проби­ вают отверстия для облегчения и для прочного соединения с ма­ териалом мембраны (рис. 21, в). Если жесткий центр не обвола­

снабжают буртиком (рис. 21, г). Ширина буртика должна быть рассчитана так, чтобы материал мембраны не получил повреж­ дения из-за слишком высокого удельного давления в месте кон­ такта. По раиту мембраны низкого давления приклеивают рези-

новое кольцо, служащее для ее центрования в корпусе, натяже­ ния II герметизации рабочих камер.

При изменении знака перепада давлений на гофрированной мембране положение гофра резко меняется и мембрана «про­ хлопывает». Это явление крайне нежелательно, так как при этом изменяется эффективная площадь мембраны и объем мембран­ ной камеры, что нарушает заданный баланс сил и изменяет по­ стоянную времени вычислительных приборов. Поэтому при про­ ектировании пневматических регулирующих и вычислительных приборов необходимо обеспечить такие условия работы мембра­ ны, чтобы знак перепада давлений на ней не менялся. Если уст­ ранить «прохлопывание» путем выбора схемы не удается, при­ меняют сдвоенные гофрированные мембраны (рис. 21, д). По­ лость, ограниченная мембранами, в данном случае сообщается с атмосферой. В таких условиях перепад давлений не изменяет своего знака. Фирма Санвик предложила применять сдвоенные плоские мембраны, во внутреннюю полость которых заводят дав­ ление питания (рис. 21, е). Так как рабочее давление в любой из мембранных камер прибора ниже давления питания, «прохлопывания» не наступает.

Эффективной площадью мембраны называют условную пло­ щадь, равную частному от деления внешнего рабочего усилия, развиваемого мембраной под действием перепада давления, на этот перепад, т. е. Еэ = N/Ap. Эффективная площадь мембраны существенно зависит от перемещения х ее центра от нулевого уровня, за который принимается плоскость заделки. При увели­ чении X эффективная площадь мембраны так же, как и разви­ ваемое ею усилие N, падает. Если нет упора и мембрана про­ гибается свободно, то развиваемое ею усилие N и эффективная площадь F0 равны нулю. В данном случае развиваемое мембра­ ной усилие полностью компенсируется внутренними силами, воз­ никающими в материале мембраны.

Формула для определения эффективной площади эластичной

хтах — максимально возможный ход мембраны.

Формула (18) имеет существенные недостатки. Так, в фор­ муле не отражена зависимость эффективной площади от физи­ ческих свойств материала мембраны и необходимо заранее знать максимальный прогиб хтахМаксимальный прогиб xmax можно определить, если считать, что образующая 1 мембраны в неко-

52