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

Глава 3

ПНЕВМОПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ

Пневмопреобразователи предназначены для преобразования энергии потока сжатого воздуха в энергию потока рабочей жидкости, выдачи электрического командного сигнала по достижении в пневматической системе заданного давления, сигнализации о наличии давления на различных участках системы. В эту группу устройств входят: пневмовытеснители, пневмогидропреобразователи, пневмогидронасосы, пневмогидроаккумуляторы, реле давления и пневмоэлектро-преобразователи, индикаторы давления.

3.1. ПНЕВМОВЫТЕСНИТЕЛИ

Пневмовытеснители предназначены для передачи давления сжатого воздуха гидравлической жидкости без изменения величины давления. По конструктивному признаку пневмовытеснители могут быть: без разделителя сред и с поршневым и мембранным разделителями. Пневмовытеснители без разделителя сред представляют собой закрытый сосуд, верхняя часть которого сообщена с пневматической системой через распределитель, а нижняя - с гидроциляндром. К недостаткам пневмовытеснителей этого типа следует отнести растворение воздуха в жидкости; быстрое окисление масла; невозможность установки их в любом положении. Эти недостатки устранены в пневмовытеснителях с разделителями сред, лучшими из них являются те, в которых разделители сред выполнены в виде фигурной мембраны. Отсутствие перепада давления между рабочими средами позволяет применять тонкие эластичные фигурные мембраны, что практически исключает потери давления на деформацию мембраны при вытеснении рабочей жидкости.

На рис. 3.1 представлена схема пневмовытеснителя 2 мембранного типа, применяемого для обеспечения перемещения поршня гидроцилиндра 3 одностороннего действия с пружинным возвратом. При включении распределителя I сжатый воздух подается в полость А и рабочая жидкость из полости Б вытесняется в бесштоковую полость гидроцилиндра. Поршень цилиндра возвращается в исходное положение при сообщении полости А с атмосферой.

г А в

Рнс >.1. Сжош naeaMOW дмбратого пва

g- [y /.



Рис. 3.2. Пневногидропреобразовате.1и последовательного действия

3.2. ПНЕВМОГИДРОПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ

Пневмогидропреобразователи предназначены для преобразования энергии сжатого воздуха в энергию рабочей жидкости с другими значениями давления. По принципу действия различают пневмогидропреобразователи прямого действия, передающие рабочей жидкости гидравлической системы высокое давление с момента подачи сжатого воздуха в полость пневмоцилиндра, и последовательного действия, передающие в гидравлическую систему вначале низкое давление рабочей жидкости, а затем высокое. По конструктивному признаку пневмогидропреобразователи можно подразделить на поршневые, мембранные и комбинированные.

На рис. 3.2, а показан поршневой пневмогидропреобразователь последовательного действия, В корпусе 6 помещен поршень 7 пневмоцилиндра с плунжером 5 гидроцилиндра, В промежуточной плите 8 и стакане 9 смон- гк лк / V 4 тирован корпус? гидроцилиндра высокого давления.

В верхней части корпуса 3 расположено клапанное устройство 1. Сжатый воздух, подво-ди.чый к каналу 4, по трубке 2 поступает в верхнюю полость камеры А. В ней создается давление, под действием которого жидкость по трубке 10 поступает в клапанное устройство и затем в гидроцилиндр . Поршень гидроцилиндра перемещается и создает усилие предварительного зажима. При подаче сжатого воздуха в полость В пневмоцилиндра поршень 7 с плунжером 5 переме-

Рис. 3.3. Пневмогидропреобразователи прямогодействпя поршневого типа (а), мембранного типа (7)




щается вверх, прижимая клапан к седлу, вытесняя жидкость в гидроцилиндр иГразвивая необходимое усилие зажима на штоке гидроцилиндра. Для возврата поршня и плунжера в исходное положение сжатый воздух подается в полость Б. Недостаток этой конструкции - наличие непосредственного контакта сжатого воздуха с жидкостью (обычно минеральным маслом), что приводит к ее окислению и насыщению воздухом.

На рис. 3.2, б приведена конструкция пневмогидропреобразователя ком-бинироранного типа, в котором имеется разделительная мембрана, исключающая непосредственный контакт сжатого воздуха с рабочей жидкостью.

Конструкция поршневого пневмогидропреобразователя прямого действия фирмы «Мэкман» (Швеция) показана на рис. 3.3, а [5]. Он состоит из пневмоцилиндра 1 и камеры 2 усиления давления. Жидкость в гидросистему подается при сообщении полости А пневмоцилиндра с магистралью, а возвращается в исходное положение при подаче сжатого воздуха в полость Б. Пневмогидропре-образователь мембранного типа (рис. 3.3, б) состоит из корпуса /, крышки 6, двух мембран 3 ц 5, плунжера 2 и втулки 4. Сжатый воздух, подводимый в полость А, ограниченную фигурной мембраной 3, перемещает плунжер 2, который вытесняет жидкость из полости Б в гидроцилиндр.

Основные достоинства конструкции - надежная герметичность и невысокие требования к очистке сжатого воздуха и рабочей жидкости.

3.3. ПНЕВМОГИДРОНАСОСЫ

Пневмогидронасосы предназначены для нагнетания рабочей жидкости в гидросистему. По конструктивному признаку различают пневмогидронасосы одностороннего и двустороннего действия.

В насосе одностороннего действия (рис. 3.4, а) сжатый воздух от пневмо-распределителя / попеременно подается в поршневую и штоковую полости пневмоцилиндра 2. При подаче сжатого воздуха в поршневую полость рабочая жидкость из камеры нагнетания Л вытесняется через нагнетательный клапан 3 в гидросистему. При обратном ходе поршня пневмоцилиндра рабочая жидкость из гидробака 4 через всасывающий клапан 5 поступает в камеру нагнетания - происходит цикл всасывания. Недостатками насосов этого типа являются значительная пульсация подачи и большой расход сжатого воздуха.

В пнев.чогидропасосах двустороннего действия (рис. 3.4, б) расход воздуха на единицу объема нагнетаемой жидкости уменьшается в 2 раза по сравнению с расходом воздуха в насосах одностороннего действия, так как подача рабочей жидкости в гидросистему происходит при перемещении поршня пневмоцилиндра в любую сторону. Это позволяет также значительно снизить и пульсацию подачи.

В целях увеличения производительности пневмогидронасосов устройство автоматического реверса поршня пневмоцилиндра часто встраивают непосредственно в корпус цилиндра.



Рис. 3.4. Пневмогидронасосы одностороннего (а) и двустороннего (-3) действия 66

Рис. 3.5. Расчетные схемы пневмогид-роаккумулятора

1 i

3.4. ПНЕВМОГИДРО-АККУМУЛЯТОРЫ

Пневмогндроаккумуляторы предназначены для аккумулирования энергии рабочей жидкости, находящейся под давлением, и выдачи ее в гидросистему в период резкого увеличения расхода рабочей жидкости. Аккумулирование энергии рабочей жидкости происходит в период отсутствия или незначительного потребления гидравлической энергии в гидросистеме.

Из рис. 3.5, поясняющего принцип действия пиевмогидроаккумулятора, видно, что аккумулирование и возврат энергии рабочей жидкости происходят в результате сжатия и расширения газа.

Пневмогидроаккумулятор представляет собой емкость, заполненную сжатым газом с начальным давлением зарядки Рх (см. рис. 3.5, а). При поступлении в емкость рабочей жидкости из гидросистемы происходит сжатие и повышение давления газа до максимального значения давления в гидросистеме р. (см. рис. 3.5, б). При разрядке рабочая жидкость вытесняется из емкости вследствие расширения газа до давления рз (см. рис. 3.5, в). Такие аккумуляторы обычно изготовляют с разделителями рабочей жидкости и газа, что исключает возможность растворения газа в жидкости и полную разрядку при неработающей гидросистеме. Пневмогндроаккумуляторы объемом несколько сот литров изготовляют без разделителя сред с датчиками сигнализатора уровня рабочей жидкости.

В зависимости от вида разделителя сред пневмогидроаккумуляторы могут быть поршневыми и мембранными. В конструкции поршневого типа (рис. 3.6, а) полость А аккумулятора заполняется газом, а полость Б - сообщается с гидросистемой. Герметизация полости А от полости Б обеспечивается эластичными уплотнениями поршня 1 и крышек 2 и 5. К недостаткам пневмогидроаккумуля-торов поршневого типа необходимо отнести значительные потери давления на преодоление сил трения уплотнений поршня и возможность утечек газа в местах уплотнений поршня и крышки 2.

В конструкции мембранного пиевмогидроаккумулятора (рис. 3.6, б) для разделения рабочих сред использована мембрана /, периметр которой зажат между разъемными корпусными полусферами 2 и 3. Отверстие Б сообщает рабочую полость аккумулятора с гидросистемой, а отверстие А предназначено для подзарядки газовой полости сжатым воздухом или инертным газом. Конструкция




Рис. 3.6. Пневмогидроаккумуляторы 3*



мембранного пневмогидроаккумулятора с разделителем рабочих сред в виде эластичного баллона представлена на рис. 3.6, е.

Для изготовления мембран обычно применяют вулканизированную резину высокой плотности.

При расчете пневмогидроаккумуляторов определяют полную емкость акку-.мулятора Vk, полезную емкость рабочей жидкости Vn, работу, совершаемую при разрядке, а также проверяют на прочность детали аккумулятора [1]. Полная емкость аккумулятора равна начальному объему газа (Лс = Vi) до заполнения аккумулятора рабочей жидкостью (см. рис. 3.5, а). При условии полного вытеснения рабочей жидкости из аккумулятора при разрядке полезная емкость рабочей жидкости равна разности объемов газа до заполнения и в конце заполнения Ка

Vn=V,-V2 или l/; = l/(l ).

Если разрядку аккумулятора не доводят до конца н в нем остаетс». некоторый запас Кз рабочей жидкости, а давление газа прн этом будет Рз, то полезная ем-

Кость

к, ==K.Pi (J- J ).

Полученные выражения справедливы для изотермического режима расшнре- ния и сжатия газа, т. е. при значении показателя политропы л = 1

При политропическом процессе изменения состояния газа (я> П выпаже-ния для Кп примут следующий вид:

К = К

(tr.

п к

(t)"-(t)"

Показатель политропы процесса расширения и сжатия газа зависит от длительности протекания процесса и давления зарядки и разрядки аккумулятора. Значения показателя политропы п = 1 характерны для работы аккумулятора в режиме компенсации утечек в гидросистеме в случае длительной выдержки какого-либо изделия под давлением при отключенном насосе.

При работе аккумулятора для покрытия мгновенных больших расходов рабочей жидкости в гидросистеме (длительность процесса менее 1 мин) показатель политропы принимают п. = 1,3-1,4. Температурные изменения, происходящие при изменении состояния газа (я > 1), могут снизить полезную емкость аккумулятора.

Три разрядке аккумулятора вытесняемая рабочая жидкость совершает работу, равную работе расширения газа от максимального давления Ра до давления газа Рз = PiB конце разрядки. Работу, совершаемую при разрядке аккумулятора, можно определить по выражениям:

для изотермического цикла

для политропического цикла

А„ =

PiVk п- 1

Рассчитывать пневмогидроаккумулятор на прочность следует по следующим формулам. . J

Толщина стенок цилиндра

2 [ У [а] -

Р2 (1 -21.1)

Р2(1 +()

где D - внутренний диаметр цилиндра; [о] - допускаемое напряжение на разрыв; р., - давление в конце зарядки; \i - коэффициент Пуассона (для стали (X = 0,3, для латуни [.i = 0,35).

Толщина донышка (крышек) цилиндра:

плоского

6i- 0,405D 1/ -g

сферического с P-2D

41а]

По последней формуле можно рассчитать также толщину полусфер шарового аккумулятора.

3.5. РЕЛЕ ДАВЛЕНИЯ

Реле давления предназначены для выдачи электрического командного сигнала при достижении в пневматической системе заданного давления (или разности давлений). Различают реле давления измерительного и дифференциального типов. Первое реагирует на избыточное давление (разность между изменяющимся давлением в системе н атмосферным), второе - на разность .между давлениями в двух частях пневматическо!" системы (например, в штоковой и поршневой полостях пневмоцилиндра).

Контролируемое давление, или разность давлений, воспринимается чувствительным элементом (поршнем, мембраной, сильфоном, трубкой Бурдона). Настройка реле давления иа заданное значение контролируемого параметра осуществляется изменением усилия нагрузочного элемента, обычно винтовой пружины. Когда контролируемый параметр достигнет заданного значения, перемещение чувствительного элемента достигнет значения, необходимого для замыкания или размыкания электрического контактного устройства.

Электрические контактные устройства могут быть прямого или мгновенного действия. Контакты прямого действия при медленном нагружении чувствительного элемента подвергаются сильному дугообразованию, что приводит к их быстрому износу. Реле давления с контактами прямого действия применяют только как аварийные сигнальные устройства.

На рис. 3.7, а изображено реле давления измерительного типа с сильфонным чувствительным элементом и ртутным ко1гтактным устройством. Газ под давлением подводится к штуцеру 8. Если величина давления ниже заданной, колба 2 с ртутью занимает положение, при котором оба контакта 3 касаются ртути и замкнуты через нее (как показано на рисунке). При повышении давле!шя тол-кате.чь / сильфона 6 перемещается вверх и, растягивая пружину 5, через систему рычагов поворачивает колбу с ртутью в направлении, противоположном ходу часовой стрелки. При достижении задаиного давления колба наклоняется влево настолько, что контакты размыкаются (не касаются поверхности ртути). Настройка реле давления осуществляется изменением длины пружины 5 с помощью винта /. Стрелка 4 показывает на шкале давление настройки.

Диапазон изменения рабочего давления О-0,1 МПа.

Использование ртутного контактного устройства делает возможным применение реле этой конструкции только в строго неизменном положении иа стационарных машинах при отсутствии вибрации. Кроме того, ртутные контакты, как и все контакты прямого действия, не рекомендуется применять при пульсации давления газа, потому что их перемещение связано линейной зависимостью с перемещением чувствительного элемента. Ртутные контактны не обеспечивают при этом точности срабатывания из-за инерционности ртути, а контакты прямого действия, изготовленные из твердых металлов, быстро выходят из строя вследствие ДУгообразования.



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