Главная  Промышленность 

[ 0 ] 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33

Пневматические системы управления (ПСУ) наряду с электрическими и гидравлическими системами являются одним из наиболее эффективных средств автоматизации и механизации производственных процессов. Достаточно сказать, что в наиболее развитых капиталистических странах около 30% всех автоматизированных процессов оснащено ПСУ.

Оснащение ПСУ машин и оборудования составляет (от общего выпуска): упаковочных машин до 90%; сварочных и литейных машин до 70%; автоматических манипуляторов до 50%; кузнечно-прессовых машин более 40%; угледобывающих машин более 30%; прачечного оборудования до 40%; текстильных и обувных машин, деревообрабатывающего и пищевого оборудования 20% [42].

Преимущества ПСУ особенно проявля.ются при механизации и автоматизации следующих наиболее массовых операций: зажима деталей, их фиксации, кантовании, сборке, контроле линейных размеров, транспортировании, упаковке н других, что позволяет исключить или свести до минимума участие человека в тяжелых н монотонных работах, при этом производительность труда на этих операциях возрастает в 1,.5-4 раза.

Широкому внедрению ПСУ в машиностроении способствуют их положительные качества: относительная простота конструкции н эксплуатационного обслуживания, а следовательно, низкая стоимость и быстрая окупаемость затрат; надежность работы в широком диапазоне температуры, высокой влажности и запыленности окружающей среды; пожаро- и взрывобезопасность; большой срок службы, достигающий 10 000-20 ООО ч (10-50 млн. циклов); высокая скорость перемещения выходного звена пневматических исполнительных устройств (линейного до 15 м/с, вращательного до 100 ООО об/мин); легкость получения и относительная простота передачи энергоносителя (сжатого воздуха), возможность снабжения и.м большого количества потребителей от одного источника; отсутствие необходимости в защитных устройствах при перегрузке (пневмодвигатели могут быть заторможены до полной остановки без опасности повреждения и могут оставаться под нагрузкой практически без потребления энергии).

К основным недостаткам ПСУ следует отнести сравнительно малую скорость передачи сигнала на значительные расстояния, сложность обеспечения плавного перемещения рабочих органов пневматических исполнительных устройств при колебаниях нагрузки н относительно высокую стоимость энергоносителя (сжатого воздуха). Однако для большинства автоматизируемых объектов в машиностроении параметры ПСУ приемлемы, кроме того, указанные недостатки могут быть частично или полностью устранены путем применения комбинированных пневмоэлектрнческих или пневмогндравлических систем управления.

В отечественном машиностроении используются системы, реализованные на пневматической технике трех уровней давления: высокого 0,2-1,6 МПа, среднего 0,1-0,25 МПа и низкого 0,001-0,01 МПа.

Характерной чертой развития ПСУ в современном машиностроении является нспользованне пневматнческнх устройств не только в силовых приводах, но

н в системах управления для программирования, контроля н управления рабочими процессами в автоматических линиях, манипуляторах и других машинах. Поэтому важно, чтобы широкий круг работников, занимающихся проектированием н эксплуатацией авто.матическнх систем, имел четкое представление о выпускаемом отечественными предприятиями пневмооборудовании н о методах расчета и проектирования его основных элементов. Вместе с тем, несмотря на то что публикуется большое число статен и монографий, посвященных описанию отдельных пневматических устройств, их применению н расчету [1-4, 13, 20, 23, 27, 32-42], почти полностью отсутствуют справочники, необходимые конструктору в его работе. Цель настоящей работы - ознакомить инженерно-технических н научных работников, занимающихся вопросами автоматизации в машиностроении, с пневматическими устройствами н приводами, с нх возможностями решать задачи автоматизации производственных процессов.

Авторы стремились снабдить инженеров-конструкторов практическими данными по выбору и эксплуатации схем н конструкций пневматических устройств, их расчету и проектированию, т. е. такими материалами, которые они могли бы использовать непосредственно в повседневной работе. Поэтому из всего многообразия разработанных и опубликованных методов расчета пневмоприводов [2, 10, 12, 21, 30, 31, 40] были выбраны такие, результаты которых оформлены в виде различного рода справочных материалов, графиков и номограмм. Однако и в Этом случае при описании методов расчета авторы старались избежать повторения уже опубликованных данных. Так в гл. 11 помещены новые расчеты, графики, таблицы и другие материалы, а на опубликованные работы со справочными .материалами даны ссылки [6, 9]. Этим обстоятельством объясняется некоторая неравномерность распределения материала ме.жду описаниями методов расчета различных пневматических устройств: новые сведения изложены в большем объеме, чем уже известные. Приведеио много расчетных графиков времени срабатывания пневматических устройств с пневмовозврато.м, которые ранее совсем не рассматривались.

Вместе с тем не описаны методы расчета пневмоприводов н линий нх связи, рассмотренные в работах [7, 11, 15, 6] с учетом протекающих в них волновых процессов, т. е. как системы с распределенными параметрами. Это объясняется тем, что указанные методы, в результате использования которых разработан пакет программ расчета на ЭЦВМ, пока еще сложно применить в повседневной работе обычного КБ. В справочнике не изложены методы расчета высокоскоростных ударных пневмоприводов [5, 8, 22, 35, 39] и приводов вращательного движения [18, 19, 28], что объясняется отсутствием в указанных работах справочных материалов, охватывающих широкий диапазон параметров применяемых устройств.

Вопросами теории и расчета дискретиых пневмоприводов и систем управления занимаются сотрудники Института машиноведения им. А. А. Благонравова, ВНИИГидропривода и др. [3, 7-9]. Теоретическим и экспериментальным исследованиям следящих пневмоприводов и автоматизации процессов проектирования и динамического расчета систем управления посвящены работы ученых Тульского политехнического института, МАИ, МВТУ им. Баумана и др. [12, 26, 28]. Проектированием систем управления низкого и среднего уровня давлений, разработкой оригинальных схем и конструкций элементов струйной н мембранной техники занимаются Институт проблем управления, ЭНИМС, НИИТеплоприбор [14, 17, 28, 29, 33] и др.

Поскольку пневматические системы упраьления являются одним из многочисленных видов систем управления (электрических, электронных, механических, гидравлических н т. п.) при структурном синтезе этих систем используют общие методы теории управления [17, 24, 25, 37, 42]. Вместе с тем специфические особенности элементов пневмоавтоматики позволяют выделить нх в отдельный класс, для которого на базе общих методов разработаны методы структурного синтеза. Эти методы нзложеиы здесь только применительно к этому классу систем управления.

Справочник состоит нз двенадцати глав, в которых описаны пиевматнческне устройства, являющиеся составными элементами пиевмоприводов современных машнн. Пневматические устройства делят на следующие основные группы.



Исполнительные устройства, предназначенные для преобразования энергии сжатого воздуха в механическую энергию выходного звена привода, воздействующего на рабочий орган мащины. В мащиностроении исполнительными устройствами в больщинстве случаев являются пневмодвигатели. Конструкции пневмо-двигателей и их технические характеристики описаны в гл. 2 (гл. 1 посвящена общим сведениям о рабочем теле, пневмоприводах и их составных элементах). Методы динамического расчета пневмодвигателей изложены в гл. И. Эти методы могут быть применены также и для расчета ряда элементов привода, например распределителей, управляющих устройств и др.

.Распределительные устройства, предназначенные для изменения направления потоков сжатого воздуха в линиях (трубопроводах и каналах), соединяющих устройства в приводе. Различные типы распределительной и направляющей аппаратуры описаны в гл. 4 и 5, а пневмолинии - в гл. 7.

Управляющие устройства, предназначенные для обеспечения заданной последовательности перемещения исполнительных устройств в соответствии с заданным законом их движения. Совокупность управляющих устройств, т. е. логических элементов и элемеитов обратной связи (ЭОС) составляет пневматическую систему. Описанию систем элементов пневмоавтоматики среднего и низкого уровней давления посвящены гл. 8 и 9, а вопросам структурного синтеза ПСУ - гл. 10. Так как системы управления реализуют на элементах автоматики различных типов (электрических, гидравлических и пневматических), то необходимыми элементами в некоторых системах являются преобразователи (см. гл. 3). Для герметизации элементов привода применяют уплотнительиые устройства (см. гл. 6).

Вопросам очистки сжатого воздуха, смазывания подвижных деталей и снижения щума систем посвящена гл. 12.

В справочнике применены единицы Международной системы единиц (СИ). Так как ряд приборов (манометры, барометры и др.), используемых при эксплуатации пневмоприводов, выпускают со шкалой в единицах устаревших систем (МКГСС и др.), в справочнике приведены таблицы перевода некоторых наиболее употребляемых единиц.

Государственные стандарты приведены по состоянию на 1.01.1981 г.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Алимов О. Д., Гохберг М. М. Пневмопривод и пневмоавтоматика с нестандартными схемами. Фрунзе; Илим, 1970. 264 с.

2. Анализ конструкций самоходных буровых агрегатов. Фрунзе: Илим, 1975. 217 с.

3. Артоболевский И. И. Механизмы в современной технике. Пневмогидравлические механизмы. Т. 5. М.: Наука, 1976. 848 с.

4. Артоболевский И. И. Теория механизмов и машин. М.: Наука, 1975. 638 с.

5. Ашавский А. М., Вольперт А. Я., Шейнбаум В. С. Силовые импульсные системы. М.: Машиностроение, 1978. 200 с.

6. Герц Е. В. Пневматические приводы. М.: Машиностроение, 1969. 359 с.

7. Герц Е. В., Гогричнани Г. В. Динамика пневматических систем машин с разветвленными линиями. - Механика машин, 1978, № 54, с. 53 - 58.

8. Герц Е. В., Долженков Б. С. Выбор параметров быстродействующего пневмопривода. - Станки и инструмент, 1977, № 4, с. 15 - 17.

9. Герц Е. В., Крейнин Г. В. Расчет пневмоприводов. М.: Машиностроение, 1975.

10. Гидропривод и гидропиевмоавтоматика. Киев; Техника. 1971 -79. Вып. 1 -12. 1000 с,

П. Гогричиани Г. В. Динамика пневматических систем машин. - Б кн.: Механика машин. Наука. 1978, .Ns 53, с. 58 - 66.

12. Динамика и долговечность машин. Томск, 1979. 173 с, (Труды Томского университета).

13. Динамика и, точность функционирования тепломеханических систем. Тула.: ТПИ, 1971 -1978. 800 с.

14. Дмитриев В. Н., Градецкнй В. Г. Основы пневмоавтоматики. М.: Машиностроение, 1973. 360 с.

15. Елимелех И. М. Струйные устройства ввода информации. Л.: Судостроение. 1972. 219 с.

16. Залманзон Л. А. Теория элементов пневмоиики. М.: Наука, 1969. 507 с.

17. Залманзон Л. А. Специализированные аэрогидродинамические системы автоматического управления. М.: Наука, 1978. 464 с.

18. Зеленецкий С. Б., Рябков Е. Д., Микеров А. Г. Ротационные пневматические двигатели. Л.: Машиностроение. 1978. 239 с.

19. Зиневич В. Д., ЯрМолеИко Г. 3., Калита Е. Г. Пневматические двигатели горных машин. М.: Недра, 1975. 344 с.

20. Казинер Ю. Я., Слободкин М. С. Пневматические исполнительные устройства в системах автоматического управления. М.: Энергия, 1972. 72 с.

21. Кожевников С. Н., Пешат В. Ф. Гидравлический и пневматический приводы металлургических машин. М.: Машиностроение, 1973. 359 с.

22. Крейнин Г. В., Матвиенко И. В. Выбор параметров пневматической встряхивающей машины с амортизацией ударов. - Литейное производство, 1978, № 5, с. 10-13

23. Козловский А. А., Эйдермаи Б. А. Пневмоприводы конвейеров и вспомогатель ных механизмов. М.: Машиностроение, 1971. 167 с.

24. Лазарев В. Г., Пийль Е. И. Синтез управляющих автоматов. М.; Энергия, 1970, 400 с.

25. Левитская О. Н., Левитский Н. И. Курс теории механизмов и машин. М.; Выс шая школа, 1978. 269 с.

26. Мамонтов М. А. Трехконтактная термодинамика. Тула; ТПИ, 1976. 307 с. 27 Петрокас Л. В. Производительность машин-автоматов и синтез их систем. М.

МИХМ, 1979. 80 с.

28. Пневматика и гидравлика. Приводы и системы управления. М.: Машинострое ние, 1979. Вып. 1-8. 2000 с.

29. Пневматические приводы и системы управления. М.; Наука, 1971. 298 с.

30. Погорелов В. И. Газодинамические расчеты пневматических приводов. Л. Машиностроение, 1977. 183 с.

31. Попов Д. Н. Динамика и регулирование гндро- и ппевмосистем, М.; Машине строение, 1977. 278 с.

32. Юдицкий С. А., Тагаевская А. А., Ефремова Т. К- Проектирование дискретны> систем автоматики. М.: Машиностроение, 1980. 232 с.

33. Симкин Е. Л. Пневматические ручные машины в судостроении. М.; Судострое ние, 1970. 394 с.

34. Andersen В. W. The analysis and design of pneumatic system N. 1. Wiley, 1967 363 S.

35. Artobolevski I. I., Herz E. V. Analysis and syntesis of a High Speed Pneumatic machine Drive Mechanism and Machine Theory. Print in Great Britain, 1978, v. 13, p. 293 - 300.

36. Entwiklung fluidlscher Antriebe und Sleuerungen Berikte von der Pachtagung Olhydraulik und Pneumatik. Mainz, Krauskopf-Verl, 1971. 205 S.

37. Halm L., Marton I. Pneumatishe Logikelelemente. Budapest Akad. Klado, 1970. 120 S.

38. Multrus V. Pneumatische Logikelelemente und Sleuerumgsysteme. .Mainz, Krauskopf-Verl., 1970. 247 S.

39. Pneumatik handbook. 2 ed. Morden, England Trade and Techn. Press, 1968. 616 p.

40. Principles and theory of penumatics. Dublin, England. Trade and Techn. Press, 109 p.

41. Zoebl H. Angewandte Stromungslehre in ulhydranlik und Pneumatik. Mainz, Krauskopf, 1970. 200 S.

42. Hydraulics and Pneumatics, 1972 - 1980.



Глава 1

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПНЕВМАТИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВАХ И CHCTEJiliX

1.1. СЁОЙСТВА ВОЗДУХА

Рабочим телом в пневматических системах управления является сжатый воздух, представляющий собой механическую смесь азота, кислорода (по объему примерно 78 и 21% соответственно) и других газов, содержащихся в небольшом количестве (аргон, углекислый газ и т. д.), а также водяного пара.

Воздух, содержащий водяные пары, характеризуется абсолютной и относительной влажностью. Абсолютная влажность определяется количеством водяного пара в единице объема воздуха. Отношение абсолютной влажности к максимальному количеству пара, которое могло бы содержаться в единице объема воздуха при тех же температуре и давлении, называют относительной влажностью. На практике при термодинамических расчетах используют параметры сухого воздуха. Поправку на влажность вносят только при особых требованиях к точности.

Основными и наиболее распространенными параметрами, характеризующими состояние сжатого воздуха, являются давление, температура и удельный объем (или плотность).

Давление р представляет собой силу, действующую по нормали к поверхности тела н отнесенную к единице площади этой поверхности. Атмосферным давлением условно принято считать давление, которое уравновешивается столбом ртути высотой 760 мм, что соответствует среднему давлению атмосферы на уровне моря. Давление, отсчитываемое от величины атмосферного давления, называют избыточным или манометрическим. Его измеряют манометрами и указывают в технических характеристиках пневматических устройств.

В теоретические зависимости всегда подставляют абсолютное давление, которое равно сумме избыточного и атмосферного (барометрического) давлений и является параметро.м состояния газа.

В системе СИ единицей измерения давления служит паскаль (Па). Паскаль равен давлению, вызываемому силой в 1 Н (ньютон), равномерно распределенной по нормальной к ней поверхности площадью 1 м. 1 Па = 1 Н/м.

Соотношение между основными единицами давления приведены в табл. 1.1 [I].

Параметром состояния газа является также абсолютная те.мпература Т, отсчет которой ведут от абсолютного нуля, лежащего на 273° ниже нуля по шкале Цельсия, т. е. Т = f -\- 273°, где t° - температура в градусах Цельсия. Абсолютную температуру Т измеряют в Кельвинах (К). Эта величина входит во все термо- и газодинамические зависимости.

Для измерения температуры наибольшее распространение получила международная стоградусная шкала - шкала Цельсия (в которой О °С - точка плавления льда, а 100 °С - точка кипения воды при атмосферном давлении), применяют н другие шкалы (см. табл. 1.2) [3].

Удельный объем представляет собой объем, занимаемый единицей массы вещества (м/кг)

V = Vim,

где V и т - соответственно объем и масса газа

Таблица 1.1

Соотношение между единицами измерения давления

Единица

Единица измерения

измерения

кгс/см

мм рт. ст.

мм вод, ст.

1 Па (Н/м2) . . , 1 кгс/см ....

1 бар ......

1 psi ......

(фу ИТ-СИ л а/кв. дюйм) 1 мм рт. ст. ... 1 мм вод. ст. . .

• 1 9.81 • Ю-"

10» 6,9-10

133,3 9,81

1.02-10-» 1

1,02 0,07

1,36-10- Ю-*

10-5 0.98 1

0,069

1,33-10- = 9,81-19-

1.45-10- И.22 14,5 1

19,34-10-» 1.42 10-»

7.5-10-

735.6 750 51.71

7.36-10-»

0,102

10* 1,02-10*

13,6 1

Величину, обратную удельному объе.му, называют плотностью р = 1/о = m/V.

Иногда используют понятие удельного веса, под которым понимают вес вшсхва в единице его объема

где g-ускорение свободного падения.

Параметры состояния газа р, V, Т однозначно связаны между собой уравИе* нием состояния, вид которого в общем случае зависит от свойств газа:-.

F (р, р. Г) = 0.

Законы идеального газа. Сжатый воздух обычно рассматривают как идеальный газ, т. е. газ, у которого отсутствуют силы сцепления между молекулами, а молекулы являются материальными точками, не имеющими объема. Идеальный газ подчиняется следующим законам.

Закон Бойля-Мариотта: при постоянной температуре газа pV = const.

Закон Гей-Люссака: при постоянном давлении W7== const.

Закон Шарля: при постоянном объеме газа р/Т = const.

Все эти уравнения объединены в одно, которое является уравнением состояния идеального газа и называется уравнением Клайрпеона pV - mRT, или для единицы массы газа pv = RT.

Таблица 1.2

Соотношения между температурными шка.тами

Шкала

Шкала

Кельвина, К

Цельсия, "С

Фаренгейта. "F

Реомюра. °R

Кельвина, К

/ °C-f 273

-14 273

1.25/ "R +273

Цельсия, °С

t "К -273

/ °F-32 1.8

1,25/ OR

Фаренгейта, °F

1.8/ °К-459

1,8/ °C-f 32

-4- / "R + 32 4

Реомюра, "R

0,8/ °К-218

0,8/ "С

~- (/ °F-32)



[ 0 ] 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33