книги из ГПНТБ / Дмитриев, В. Н. Основы пневмоавтоматики

Покажем это. Уравнения апериодических звеньев (рис. 120, а) имеют вид

П

Рб = Р2^ N';

п

Р а = Рі е

Рис. 120. Множительно-делительное устройство:

а — схема поясняющая работу устройства; б — кривые изменения давлений в камерах Ѵа и

По условию алгоритма работы

Рг —Рге

Р4 = Рі е

Исключая и, получим

Р4 —Р1 !±Л Л'=

и в частном случае может быть равен единице.

Схема множительно-делительного устройства построена в со­ ответствии с описанным алгоритмом работы и представлена на рис. 121. Устройство состоит из двух апериодических звеньев, причем первое звено включает пульсирующее сопротивление 3 и емкость Ѵб, а второе — пульсирующее сопротивление 1 и ем­ кость Ѵа. Управляющие тактовые импульсы к сопротивлениям 1 и 3 поступают от генератора прямоугольных импульсов 5. Такто­ вые импульсы предварительно проходят через клапан 2, который прекращает подачу импульсов на сопротивления 1 и 3, когда на

2 2 0

его входе есть сигнал, соответствующий условной единице. В этом случае оба сопротивления окажутся запертыми и в емкостях апериодических звеньев Ѵя и VQ окажутся запомненными значе­ ния давлении, которые там существовали в момент подачи иа вход клапана 2 условной единицы. Причем совершенно безраз­ лично, оказалась в этот момент на выходе клапана 2 единица

3

Рис. 121. Схема множитель­ но-делительного устройства

нлп ноль. Клапаном 2 управляет элемент сравнения 6, на кото­ ром осуществляется сравнение давлений p<j и р3.

Выходное давление формируется в емкости апериодического звена Ѵа и через повторитель 12 заводится на элемент памяти 11, управляемый так же, как и клапан 2, сигналом, поступающим с элемента сравнения 6. После элемента памяти 11 выходной сигнал повторяется и усиливается мощным и точным повторите­ лем 10.

Для создания сигналов, управляющих клапанами 4 и 13, предназначен трехмембранный элемент 8, выходной сигнал ко­ торого заводится на верхнее сопло элемента сравнения 6. Эле­ менты 6 и 8 образуют пмпульсатор. Дроссели 7 и 9 обеспечива­ ют опережение импульса на выходе элемента сравнения 6 по сравнению с сигналом на выходе пмпульсатора (элемент 5), а также настройку времени продолжительности импульсов.

Рассмотрим работу схемы в целом. Допустим, что давление Рб больше входного давления р3. Тогда на выходе элемента сравнения 6 будет ноль, а па выходе пмпульсатора 8 единица. В этом случае сопло элемента памяти И окажется закрытым, и на выходе устройства будет сигнал давления, соответствующий предыдущему периоду измерения. Клапан 2 будет открыт, и

2 2 1

Глава VI

СПОСОБЫ ПОСТРОЕНИЯ ДИСКРЕТНЫХ СИСТЕМ СТРУЙНОЙ ПНЕВМОАВТОМАТИКИ

I. РАСЧЕТ ПНЕВМАТИЧЕСКОЙ СТРУЙНОЙ ЦЕПИ

Виды соединений элементов пневматических струйных схем. Построение систем управления с применением элементов струй­ ной пневмоавтоматики связано с выбором функциональной схе­ мы и пневматическим расчетом соединения элементов в этой схеме. Функциональная схема определяется алгоритмом управ­ ления. Общие методы синтеза логических и цифровых схем при заданных полных наборах элементов рассмотрены в специальных монографиях [2, 36] и могут быть рекомендованы для составле­ ния дискретных схем на струйных, струйно-мембранных или иных пневматических элементах.

Если логическая схема струйной системы управления состав­ лена, то возникает задача расчета рабочих режимов элементов п составление на базе этого расчета принципиальной схемы.

Любая струйная система управления, кроме источника энер­ гии сжатого воздуха, включает пневматические элементы, пре­ образующие устройства и коммуникационные каналы связи.

В настоящее время широкое распространение в пневмоавто­ матике получили элементы и системы, работающие при постоян­ ных уровнях расходов и давлений, необходимых для питания и управления. По аналогии с электрическими цепями постоянного тока такое направление в пневмоавтоматике можно назвать техникой постоянных токов. При этом расходы и давления имеют фиксированные значения, а течение после окончания переходного процесса переключения элементов обычно является установив­ шимся. Установившийся режим характеризуется тем, что расхо­ ды и давления не изменяются в течение сколь угодно длительного промежутка времени п производные давления п расхода по вре­ мени равны нулю, т. е.

влияние на протекание процессов в цепи. Расчеты, связанные с определением параметров цепи, можно выполнять, применяя методы электротехники [60, 62].

223

Имеются активные и пассивные элементы схем. К первым из них подводится питание, вторые лишь преобразуют входные сиг­

зывается линейной. На самом деле все реальные пневматические элементы имеют нелинейные характеристики п пневматические цепи являются нелинейными. Однако в ряде случаев указанная идеализация процессов может быть принята, и в определенном диапазоне рабочих режимов пневматические цепи можно рас­ сматривать как линейные.

Существенным отличием пневматических цепей от электриче­ ских является то, что по трубопроводам, каналам и функцио­ нальным элементам протекает газ, имеющий неизмеримо боль­ шую масс)', чем масса электронов.

Соединение сопротивлений пневматической цепи называется последовательным, если по цепи проходит один и тот же общий расход. На отдельных последовательно включенных участках с разными пневматическими сопротивлениями образуются пере­ пады давлений, зависящие от величины сопротивлений и прило­ женного к цепи давления. Потерн давления происходят также в трубопроводах и коммуникационных каналах за счет сил трения.

Соединение сопротивлений называется параллельным, если все они находятся под одинаковым перепадом давлений. Расхо­ ды в параллельно соединенных пассивных элементах зависят от их проводимостей п перепада давления.

Как отмечалось ранее, для линейных нневмосопротпвлений расход пропорционален проводимости п перепаду Q = аАр, для нелинейных пневмосопротнвленпй расход является нелинейной' функцией перепада давления. Например, для ламинарного сопротивлений расход сжимаемого газа может быть опре­ делен по формуле (9), а для турбулентных — по формулам (4)

и (5).

Полный расход через все, соединенные параллельно, пневма­ тические сопротивления равен сумме расходов через отдельные сопротивления.

При последовательном соединении струйных элементов нель­ зя говорить о постоянстве расхода в цепи, так как к элементам может быть подведено давление питания и из элементов проис­ ходит утечка газа в атмосферу. Параллельное соединение струй­ ных элементов характеризуется тем, что полный расход в объ­ единенном выходном коллекторе равен сумме расходов через все выходные каналы элементов.

Другого типа соединения, называемые последовательно-па­ раллельными, образуют более сложные пневматические развет­ вленные цепи [61, 64].

224

(рис. 122, г), соединенным с окружающей средой, давление кото­ рой ра, канал не подключен, то при некотором открытии регули­ руемого дросселя истечение происходит под перепадом давлений Р ш — Р а- Если же между выходным соплом элемента и регули­

руемым дросселем включен канал (рис. 122, в), то вследствие наличия гидравлических потерь вдоль канала возникает некото­ рый перепад давлений Ар. Истечение в окружающую среду будет

Рис. 122. Различные условия нагружения струйных элементов:

а — схема включения элемента через соединительный канал: б — входная характеристика элемента при переключении; а -- схема на­ гружения переменной нагрузкой через соединительный канал; с — схема

нагружения переменной нагрузкой без канала; д — выходные характе­ ристики

большее значение Ар принимает при полном открытии дросселя в окружающую среду, соответствующем наибольшей скорости в канале. Общей точкой характеристик с подсоединенным кана­ лом и без него является точка максимального набора давления Рвшах при полном закрытии нагрузочного дросселя. Наибольшее расхождение кривых будет иметь место при полном открытии дросселя. Характеристика Q B I = Мрві) при подключении канала

и изменении его длины изменяться не будет.

Нагрузкой для активного струйного элемента могут служить последовательно соединенные пассивные элементы, например, два дросселя <ц и аг, соединенные между собой каналомі поте­ рями в котором можно пренебречь (рис. 123, а). Допустим, что заданы выходная характеристика QB = fi (рв) струйного элемен-

226

ения расход и давление на выходе нагруженного элемента, а так­

Если известны входная и выходная характеристики струйных элементов, то графический расчет рабочего режима при после­ довательном соединении двух элементов (рис. 122, а) сводится к следующему. Строят входную Qy = fi(py) и выходную QB = = Ыдв) характеристики соответственно двух последовательно включенных струйных элементов (рис. 122, а и 124). Точка А пе­ ресечения этих характеристик определяет расчетный режим, ко­ торый устанавливается при данном входном сопротивлении управляемого элемента. Этому режиму соответствуют рабочие параметры ррад и QpaGОднако в установившемся режиме управ­ ляющий элемент может отдавать свою выходную мощность не полностью. Одна из задач — определение величин запасов по давлению и расходу. В ряде случаев представляет интерес дру-

гая постановка этой задачи — определение коэффициента ветв­ ления управляющего элемента '.

Графический способ расчета разветвленной струйной цепи с линейными и нелинейными элементами. Для решения постав­ ленных задач необходимо знать величины давления русри расхо­ да QУср, при которых происходит срабатывание управляемого элемента. Моменту срабатывания управляемого дискретного эле­ мента на его входной характеристике (рис. 124) соответствует точка С. Для обеспечения срабатывания на выходе управляюще­

наибольшее количество подсоединяемых элементов и носит наз­ вание коэффициента ветвления.

Допустим, что в струйной разветвленной цепи к выходу од­ ного управляющего элемента подсоединено несколько управляе­ мых элементов (рис. 125, а), имеющих в общем случае нелиней­ ные характеристики. При этом на выходную характеристику управляющего элемента накладывается сетка его входных харак­ теристик (рис. 125, б). Каждая входная характеристика соответ­ ствует определенному числу подключаемых элементов (п = 1, 2, 3, 4). Число подключаемых элементов выбирают таким, чтобы удовлетворялось условие рраб ^ руср. Точки Аі, А2, A3 , А.h лежа­

щие на пересечении входных и выходной кривых, определяют различные режимы работы цепи при разных нагрузках. Напри­ мер, точка А2 определяется величиной расхода Qpa6 и давления

Ррпб, если нагрузкой являются два элемента. Площадь прямо­ угольника 0EA2F равна рабочей мощности ІѴрао = Qpaö-Рраб-

В ряде случаев известна не результирующая входная харак­ теристика, а входные характеристики отдельных элементов. Рас­ смотрим случай, когда один элемент нагружен двумя параллель-

1 Часто коэффициент ветвления называют коэффициентом нагрузочной

способности.

228

но соединенными элементами, входные характеристики которых показаны на рис. 125, в. При известном давлении рв находят величины Qyi и Qy2 .Тогда расход в неразветвленной части цепи

п —схема подключения; б —график совместной работыуправляющего и управляемых элементов; —графический расчет рабочеГі точки двух парал­ лельно включенных управляемых элементов

Точки пересечения прямой АЕ, проведенной параллельно оси ор­ характеристиками элементов определяют рас­ ходы Qyi и Qy2 .Точка А определяет рабочий режим элемента.

В струйной технике часто возникает необходимость увеличе­ ния выходной мощности, что можно осуществить за счет увели­ чения давления питания.

С увеличением давления питания и выходной мощности воз­ растает мощность, необходимая для управления элементами. По­ этому для увеличения выходной мощности иногда используют параллельное соединение управляющих элементов (рис. 126, а), работающих на одну нагрузку. Так как при параллельном соеди­ нении выходное давление одинаково, то результирующую харак­ теристику получают путем суммирования расходов, соответству­ ющих одинаковым давлениям. По заданным внешним характе­ ристикам р 1 = fi (Qi) и р2 = І2 (Q2 ) (рис. 126, б) необходимо про­ суммировать расходы Qi и Q2 . Для определения рас­

229