Пневмоавтоматика в машиностроении

С разработкой средств дискретной техники началось широкое внедрение пневмоавтоматики в различные отрасли машиностроения и приборостроения. Появилась возможность создавать пневматические программные задающие и считывающие устройства, дискретные цикловые системы автоматического управления технологическими машинами и технологическими комплексами.

К таким машинам относятся, в первую очередь, металлорежущие станки и прессы различного назначения, промышленные роботы, манипуляторы и автоматические линии, работающие замкнутым технологическим циклам. При этом наиболее оптимально, как показала практика, во многих случаях сочетание пневматической системы управления с гидравлическими исполнительными механизмами, т. е. создание пневмогидравлических систем автоматического управления.

Все большее значение начинает приобретать пневмоавтоматика при создании гибких автоматизированных производств в машиностроении, позволяющих быстро переналаживать оборудование на различные технологические циклы и успешно решать задачи автоматизации оборудования, работающего в условиях серийного, мелкосерийного и индивидуального производств. Высокая надежность и экономичность систем пневмоавтоматики, их широкие технические возможности ставят пневмоавтоматику, наряду с электроникой, в ряд важнейших средств автоматизации производственных процессов в машиностроении.

Элементы пневмоавтоматики: К числу простейших элементов, из которых состоит любая система пневмоавтоматики, относятся пневматические сопротивления, упругие элементы, пневматические емкости (камеры), линии связи. Из этих же простейших элементов строятся и более сложные функциональные пневматические устройства - пневматические усилители и преобразователи,

Элементы дискретной техники, элементы памяти и т. д., состоящие из нескольких простейших элементов, соединенных соответствующим образом. Пневматические сопротивления (дроссели) предназначены для создания сопротивления течению газа и перепада давлений, т. е. они выполняют функции, аналогичные функциям электрических сопротивлений в электрических системах управления.

Потери давления на дросселе в общем случае пропорциональны квадрату скорости течения газа! По назначению дроссели разделяют на постоянные, регулируемые и переменные. В постоянных дросселях пневматическое сопротивление в процессе работы не изменяется. К постоянным относятся дроссели типа капилляр, жиклер, щелевые. В регулируемых дросселях сопротивление можно установить вручную в пределах, обусловленных конструкцией дросселя и его проходным сечением. В переменных дросселях сопротивление изменяется в процессе работы пневматического устройства.

По характеру течения газа в каналах дросселей их разделяют на турбулентные и ламинарные. Само название говорит о том, что режим течения газа через дроссель в первом случае - турбулентный, во втором - ламинарный. Турбулентные дроссели характеризуются малым отношением длины канала дросселя к его диаметру, вследствие чего поток газа через дроссель при больших скоростях течения не успевает стабилизироваться.
Читать далее

Влияние давления

Реальные рабочие жидкости (капельные) в отличие от "идеальных" с увеличением давления уменьшают первоначально занимаемые ими объемы. Для объемного гидропривода эффект сжимаемости жидкости - явление, как правило, отрицательное, так как не позволяет реально использовать энергию, затраченную на ее сжатие.

Степень сжатия жидкости зависит от ее природы. Так, у воды она незначительна, а у жидкостей, являющихся продуктами перегонки нефти или полученных синтезом, достигает весьма больших значений. Объемный модуль упругости жидкости зависит от ее физической природы, температуры, давления и количества растворенного воздуха, что вызывает трудности при аналитическом определении значений.

Особенна сказываются на значениях тепловые условия, при которых происходит сжатие. В связи с этим находят изотермический и адиабатический модули упругости. Поскольку в объемных гидроприводах тепловые процессы протекают значительно медленнее, чем процессы изменений давлений, то под объемным модулем упругости, как правило, подразумевают адиабатический модуль упругости.

С увеличением давления коэффициент объемного сжатия жидкостей уменьшается, а модуль упругости повышается. Отмечается при этом неравномерность изменения упомянутых характеристик с возрастанием давления. Наиболее интенсивно объемный модуль упругости повышается при сравнительно низких давлениях - до 100...120 МПа.

В общем случае для маловязких жидкостей объемный модуль упругости при атмосферном давлении и 20 °С составляет не более 135 МПа, вязких - 170 МПа. Увеличение давления изменяет вязкость жидкости, что особенно заметно при высоких давлениях. Так, при росте давления от 0 до 150 МПа вязкость повышается в среднем в 15 раз, а при росте его от 0 до 200 МПа - в 50...1000 раз. Большинство минеральных масел затвердевает при давлениях около 2500 МПа и температуре 20 °С, вода - при 840 МПа.

Газы в жидкостях. Кавитация. Рабочие жидкости, применяемые в гидравлическом приводе, обладают способностью растворять в себе газы, в том числе и воздух. Объем газа, который может раствориться в жидкости, зависит от давления, действующего на газожидкостную среду:

Опыты показывают, что компоненты воздуха растворяются жидкостями по-разному. Так, установлено, что растворенный в жидкости воздух содержит почти на 50 % больше кислорода, чем в атмосфере. В то же время в жидкости газ может находиться не только в растворенном состоянии, но и в механической смеси с ней в виде отдельных пузырьков.

Как показывает практика, пузырьки газа (пара) размером менее 10 мкм на поверхность не всплывают, а задерживаются в толще жидкости, оседают на стенках каналов, заполняют микротрещины деталей гидросистемы. Когда давление меняется, количество пузырьков также изменяется, одновременно происходит их деформация, сопровождающаяся локальным выделением тепла и, следовательно, местным в микрообъеме повышением температуры жидкости.
Читать статью

Частота вращения коленчатого вала

Как было показано ранее, средняя частота вращения при ее колебаниях на нелинейном участке характеристики всегда ниже частоты вращения, соответствующей исходному положению, вокруг которого совершаются колебания.

Например, при работе двигателя на режиме, соответствующем точке регуляторной характеристики, средняя частота вращения коленчатого вала (при заданной амплитуде колебаний момента сопротивления) равна примерно 1700 об/мин. Так как точка М3 соответствует работе двигателя в режиме недогрузки, а частота вращения (1700 об/мин) относится к корректорной ветви характеристики, то при оценке загрузки двигателя только по частоте вращения представление о действительном режиме работы двигателя будет неверным.

Ввиду того, что в условиях эксплуатации колебания момента сопротивления носят случайный характер, определить ошибку показаний тахометра заранее, чтобы скорректировать ее, практически невозможно. Поэтому тахометр не может быть рекомендован в качестве указателя загрузки для тех тракторов, для которых режим работы двигателя, близкий к номинальному, является основным. Таким образом, принятые методы оценки загрузки двигателя по мощности и по частоте вращения коленчатого вала вносят существенную погрешность.

Это приводит при испытаниях к ошибочному представлению о возможностях загрузки двигателя на сельскохозяйственных операциях, для которых предназначен трактор, сказывается при определении производительности и топливной экономичности, не позволяет получить действительную картину нагруженности деталей и узлов трактора и двигателя, в связи с чем вносится погрешность в оценку надежности машины. Параметром, который непосредственно определяет загрузку двигателя, является момент сопротивления или крутящий момент двигателя.

Крутящий момент двигателя пропорционален среднему эффективному давлению рабочего цикла и не зависит от нелинейности регуляторной характеристики. Определение загрузки двигателя по моменту лишено всех недостатков, которые отмечены выше. Прибор для измерения крутящего момента может быть механическим, электрическим, гидравлическим и т. д. К. п. д. трактора и тяговые показатели. К. п. д. трактора, как и любой другой машины, является показателем степени ее совершенства. Рассмотрим существующий метод определения к. п. д.

При проведении тяговых испытаний, как и при работе трактора с орудием, происходит колебание нагрузки и частоты вращения коленчатого вала двигателя. Так как скорость поступательного движения трактора определяется (при всех прочих равных условиях) частотой вращения коленчатого вала двигателя, то значение, которое находится по формуле, получается с учетом недоиспользования эффективной мощности двигателя, в то время как, взятая по регуляторной характеристике, представляет собой полную величину.

Поэтому существующая практика расчета к. п. д. по эффективной мощности двигателя, полученной при тормозных испытаниях, и загрузке постоянным моментом сопротивления приводит к тому, что к. п. д. трактора получается заниженным. При этом занижение к. п. д. трактора, имеющего "жесткую" трансмиссию, в одних и тех же условиях испытаний будет всегда большим по сравнению с занижением к. п. д. трактора, имеющего трансмиссию с демпфером или другим устройством, снижающим амплитуду колебаний частоты вращения двигателя.
По материалам dinamika-traktora.ru