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

в пневмодвигатель компрессором, В аккумуляторном приводе сжатый воздух поступает в пневмодвигатели из пневмоаккумулятора, предварительно заряженного От внешнего источника, не входящего в состав привода. Наиболее широкое распространение в промышленности нашлн магистральные пневмоприводы, в которых сжатый воздух подается в пневмодвигатели от пневмомагистрали (заводской, цеховой и т. п.), не входящей в состав привода. Пневмоприводы, в которых сжатый воздух из пневмодвигателя поступает в атмосферу, называют приводами с разомкнутой циркуляцией. В пневмоприводах с замкнутой циркуляцией сжатый воздух из пневмодвигателя поступает во всасывающую пневмолинию.

Основные элементы, входящие в состав пневмоприводов, приведены на рис. 1.2.

1.5. ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ

ПНЕВМАТИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ

К основным параметрам пневматических устройств относятся условный проход, диапазон давления, расходная характеристика, параметры управляющего воздействия, параметры выхода, утечки, время срабатывания, допускаемая частота включений, показатели надежности, размер, масса.

Условный проход характеризует внутреннее проходное сечение пневматического устройства. Ряды условных проходов и соотношение между условными про-xoдaш и внутренними проходными сечениями устанавливаются СТ СЭВ 522-77.

В пневмоприводах наиболее широко применяют устройства с условными проходами 2,5-40 мм. При этом по СТ СЭВ 522-77 числовой ряд следующий, мм: 2,5; 3; 4; 5; 6; 8; 10; 12; 16; 20; 25; 32; 40. Для базовых моделей, как правило, условный проход выбирают из ограниченного ряда, мм: 2,5; 4; 6; 10; 16; 25; 40.

Условный проход - параметр, удобный для выбора размера пневмоаппара-тов различного функционального назначения из имеющихся размерных рядов. Для пневмоаппаратуры многих зарубежных фирм основным размерным параметром является размер присоединительной резьбы. Отметим, что условный проход и раз;иер присоединительной резьбы - понятия неоднозначные: при одинаковой присоединительной резьбе аппараты могут иметь разные условные проходы.

Условный проход аппарата неоднозначно определяет его расходную характеристику, которая в зависимости от вида и величины местных внутренних сопротивлений может быть различной при одинаковых условных проходах.

Диапазон давлении определяется минимальным и номинальным (максималь-иым) значениями. Ряд значений и понятие номинального давления определены в ГОСТ 12445-80. Под номинальным давлением понимают наибольшее манометрическое давление, прн котором оборудование должно работать в течение установленного срока службы с сохранением параметров в пределах установленных нор.м.

Устройства высокого давления общепромышленного назначения рассчитаны в основном на номинальное давление 0,63 и 1 МПа. Минимальное давление зависит От конструктивиого исполнения устройств. В устройствах могут применять эластичные уплотнения, для герметизации которых требуется определенный перепад давления или усилие прижатия к уплотняемой поверхности. Определенное минимальное давление требуется также для преодоления сил трения при перемещении распределительного элемента, преодоления усилия возвратных упругих элементов и т. п.

Для пневматических устройств высокого давления минимальное давление составляет 0,05-0,35 МПа.

Расходная характеристика проточного пневматического устройства определяет количество (массу илн объем) воздуха, проходящего через него в единицу времени в зависимости от величины и соотношения давлений на входе и выходе устройства. Расходная характеристика пневматических устройств является одним из основных параметров, определяющих быстродействие и величину потерь давления в пневмосистемах.

В настоящее время применяют три способа задания расходных характеристик:

1) величиной расхода при определенном перепаде давления и давлении на входе или перепадом давления при определенных величинах расхода и давлении на входе;

2) графиком, выражающим зависимость расхода от перепада давления при определенном давлении на входе, илн серией графиков для различных значений давления на входе;

3) параметром, характеризующим гидравлическое сопротивление устройства. Прн первом способе определяют расходную характеристику только в одной

точке, причем обычно для разных устройств при различных условиях, что затрудняет сравнение и выбор устройств.

Прн втором способе расходную характеристику устройства определяют достаточно полно, но при этом требуется большой объем экспериментальных работ и данные получают в неудобной для практических расчетов форме.

При третьем способе параметр, задающий расходную характеристику, удобен прн выборе н сравнении пневматических устройств, пересчете величины расхода для любых условий по простым формулам и определяется экспериментально достаточно простыми способами. В качестве такого параметра принимается пропускная способность Kv, представляющая собой расход жидкости, мч, с плотностью, равной 1000 кг/м, прн перепаде давления на устройстве 0,098 МПа (ГОСТ 14691-69).

Зарубежные фирмы задают расходную характеристику параметрами и fv, которые являются аналогами пропускной способности Kv, но выражены в американской и британской системах единиц соответственно.

ГТравила экспериментального определения пропускной способности Ка регламентированы ГОСТ 14768-69 н в части требований к определению Kv полностью открытых устройств применимы для проточных пневматических элементов (аппаратуры, трубопроводов и т. п.).

В соответствии с ГОСТ 14768-69

К, = QJVP,

где Qb - объемный расход воды, м/ч; Ар - перепад давления. Па.

Существуют следующие зависимости между пропускной способностью /Со, перепадом давления и объемным расходом воздуха, приведенным к нормальным условиям по СТ СЭВ 521-77, т.е. к температуре 293 К (20 °С) н давлению 101 325 Па:

для подкритического режима течения

Q=C/C„K(Pi-p,)P2.

для надкритического режима течения

Q = CKv Pi/2,

где Pi я р2 - абсолютное давление сжатого воздуха соответственно на входе н выходе. Па; С - постоянная (С = 4,70 при Q в м/мин в К ъ м/ч; С= 284 при Q и /С» в л/мин).

Приведенные значения С определены прн допущении, что температура на входе в устройство равна 293 К. При изменении температуры на 10 °С ошибка расчетов не превышает 2%.

Этот способ определения расходной характеристики позволяет находить любую величину из четырех Q, Kv, Pi, Рг- Например, на практике часто возникает Задача определения падения давления (pi-ра) на устройстве прн заданных давлении рз на выходе н расходе Q. Если известно Kv устройства, то

P,p,=QcViKlp,).

Другой типовой задачей является выбор пневмоаппарата, например распределителя, с требуемой пропускной способностью, если известны Q, pi н рг. В этом случае определяют

Kv =

cV(pi-Pi)P2



и выбирают аппарат с требуемым значением Kv Последнее выражение может быть использовано для экспериментального определения Kv путем измерения величин расхода Q воздуха и давления pj и р.

Пропускная способность Kv цепи, состоящей из проточных устройств (участков), каждое из которых характеризуется пропускной способностью Kvi (i - = 1, 2, п), определяется следующим образом: при параллельном соединении

Kv ~ Kvi" Kv2-- h Kvn и при последовательном соединении

1 1,1, ,1

Величины С„ и fv характеризуют расход воды через устройство соответственно в галлонах США и английских галлонах в 1 мин при перепаде давления я 1 фунт-сила на кв. дюйд<.

Соотнощение между Ка, Cv и приведены в таблице 1.6.

В расчетах пневматических устройств расходную характеристику выражают также через эффективную площадь проходного сечения устройства = х/, где II - коэффициент расхода устройства; f - геометрическая площадь проходного сечения устройства.

Эффективную площадь, м, обычно определяют экспериментально

0,454р,ф (р,/р,)

где Q - объемный расход воздуха, приведенного к нормальным условиям (м/мин); Pi и р2 - абсолютное давление на входе и выходе устройства. Па; ф (pjpi) - расходная функция, значения которой приведены на рис. 11.4 и в приложении работы [2].

Числовой коэффициент в выражении для f определен при допущении, что температура на входе в устройство равна 293 К (20 °С). При изменении температуры на 10 °С погрещность расчетов не превыщает 2%.

Если при работе устройства отнощеиие рг/рг изменяется в широких пределах, то для уменьшения погрешности расчетов с использованием расходной функции Ф iP/pi) данного вида рекомендуется [2] вводить поправочный коэффициент 0,95

гэ 0,95Qinax

~ 0,454р1ф (р,/р,)

где Qmax - наибольшее прн данном pi значение расхода (соответствующее надкритическому режиму течения); ср (pjpi) = 0,2588.

Выражения для определения эффективной площади f проходного сечения цепи последовательно и параллельно соединенных устройств аналогичны приведенным выше выражениям для пропускной способности Kv Пропускная способность, и#/ч, и эффективная площадь, м, связаны между собой выражением

Ко = 5- ЮГ.

Таблица 1.6 Соотношение между К, С, и

Параметр

галлонов США в минуту

английских

галлонов в

минуту

0.85

1,03

1,17

1,20

0,97

0.83

Иногда расходные характеристики задают длиной эквивалентного трубопровода, т. е. длиной трубопровода, эквивалентного по пропускной способности данному устройству.

Для приведения объемного расхода сжатого воздуха к заданным условиям по давлению и температуре используют зависимости

Рн = Q Р/Рн

Q»=Q

где Qii, Ри. Ри и Гц - объемный расход, плотность, абсолютное давление и температура воздуха при заданных условиях; Q, р, р и Т - то же при рабочих условиях.

Объемный расход воздуха, который указывается в технических данных пневматических устройств (при отсутствии специальных оговорок) представляет собой объем, который заняла бы данная масса воздуха при нормальных условиях.

Под параметрами управляющего воздействия понимают: минимальную величину усилия, необходимого для переключения устройства при механическом управлении и управлении от оператора; величину давления управления при пневматическом управлении; параметры электрического тока и мощность электромагнита при электромагнитном и электропневматическом управлении.

Величина минимального усилия переключения распределительного элемента (минимального давления управления) складывается из усилия, необходимого для преодоления трения, и усилия, вызванного действием давления на неразгруженные площади распределительного .элемента. В частности, в распределителях с пневматическим возвратом давление управления должно преодолеть действие давления питания, подведенного к противоположной, меньшей по площади стороне поршня привода распределительного элемента. В этом случае в технических данных указывается, что давление управления не должно быть меньше давления питания, или приводится зависимость первого от второго.

Параметры управляющего воздействия можно выразить также в виде допускаемого диапазона или номинальных значений давления, расхода, перемещения, длительности входного сигнала и др.

Параметры выхода определяют состояние выходного сигнала в зависимости от состояния входов, изменения давления питания, настройки и т. п. (например, изменение давления на выходе при изменении давления на входе или расхода воздуха для редукционных пневмоклапанов; задержка пневматического сигнала для пневмоклапанов выдержки времени, длительность выходного импульса для импульсатора и др.).

Утечки воздуха в пневматических устройствах в соответствии с ГОСТ 18460-73 допускаются только в подвижных соединениях, например, где уплотнепие осуществляется за счет малого зазора (в притертых золотниковых парах). Величину утечек (расход через уплотнительные устройства) можно выражать в единицах расхода воздуха (в случае непосредственного измерения количества вытекаемого воздуха) или характеризовать величиной падения давления (в случае, когда утечку воздуха определяют косвенным методом по падению его давления в определенном объеме).

Под временем срабатывания пневматических устройств обычно понимают про!\1ежуток времени от момента приложения управляющего воздействия (например, начала роста давления в полости управления) до момента полного переключения рабочего органа или до достижения заданного давления в определенном объеме, подсоединенном к выходу пневматического устройства. Время срабатывания устройства зависит от многих факторов (конструкции, размера, нагрузки, длины и сопротивления линий управления, давления и др.) и в зависимости от них может иметь значения от тысячных долей до нескольких секунд.

Время срабатывания пневматических устройств, как и их расходная характеристика, имеет большое значение, особенно для высокопроизводительного оборудования (манипуляторов, прессов, машин точечной сварки и др.).

Частота включений обычно связана с временем срабатывания (зависит от тех же факторов) и может достигать 40 Гц.

Надежность привода -• это свойство привода выполнять заданные функции, сохраняя свои эксплуатационные показатели в заданных пределах в течение требуемого промежутка времени или требуемой наработки. Надежность привода ооусловливается безотказностью, ремонтопригодностью, соохраняемостью, долговечностью.

Показателями безотказности привода являются: вероятность безотказной работы, средняя наработка до отказа или на отказ, параметр потока отказов, интенсивность отказов. Основным показателем ремонтопригодности привода служит вероятность восстановления в заданный период времени или среднее время восстановления. Основным показателем сохраняемости привода является гамма-



процентный срок сохраняемости, основными показателями долговечности - средний срок службы, средний ресурс, гамма-процентный ресурс.

Определения этих показателей даны в ГОСТ 13377-75 и СТ СЭВ 878-78.

Надежность пнев.матнческих устройств высокого давления обычно выражается двумя показателями: гамма-процентной наработкой до отказа и гамма-процентным ресурсом. В зависимости от принципа действия пневматических устройств, имеющих циклический (например, у распределителей, логических элементов) или нециклический (у фильтров, редукционных клапанов) характер работы, наработка на отказ и ресурс выражается в циклах и часах соответственно. Для пневматических устройств циклического действия ресур обычно находится в пределах от 3-5 до 10-20 млн. циклов в зависимости от назначения и конструкции; для устройств нециклического действия - от 5000 до 12 ООО ч.

Размеры и масса для больщннства пневматических устройств являются одними из наиболее общепринятых показателей качества. На практике часто оценивают не абсолютные их значения, а удельные показатели, представляющие собой отнощение объема (массы) устройства к основному параметру (расходной характеристике, развиваемому усилию н т. п.).

1.6. РАБОЧЕЕ ДАВЛЕНИЕ И РАСХОД СЖАТОГО ВОЗДУХА

Давление. Выбор оптимального рабочего давления сжатого воздуха для пневматических устройств и систем является одним из важнейщих условий их эффективной эксплуатации. Повыщение уровня давления позволяет уменьшить размер силовых исполнительных устройств при неизменном развиваемом усилии, что в некоторых случаях имеет решающее значение. Однако, при повышении давления увеличивается расход сжатого воздуха в системах управления и возрастает шум.

На основании опыта эксплуатации и технических характеристик пневматических устройств рекомендуются следующие значения давления на входе: для пневмоприводов различных машин и систем механизации станков, прессов и т. д. 0,6-1 МПа и выше, если размер исполнительных механизмов играет решающую роль (например, у пневмоприводов многоэлектродных сварочных машин); для пневматических систем автоматического управления (построенных на устройствах высокого давления) 0,4-0,6 МПа; для ручного инструмента, трамбовок, вибраторов 0,4-0,6 МПа; для форсунок, пескоструйных аппаратов, краскораспылителей, обдувочных сопел, распушающих устройств 0,2-0,4 МПа.

При значительном количестве потребителей воздуха с разным уровнем давления целесообразно иметь сети высокого 0,7-1 МПа и выше, и низкого 0,2- 0,4 МПа давлений, что дает экономию энергетических затрат на производство сжатого воздуха. Для снабжения потребителей сжатого воздуха давлением свыше 0,8 МПа обычно применяют индивидуальные или дожимающие компрессоры.

При выборе давления необходимо принимать во внимание возможные его колебания в заводской сети при одновременном подключении большого числа потребителей и потери давления при транспортировании воздуха по трубопроводу от компрессорной до потребителя. В правильно построенных пневмосетях предприятий колебания давления обычно не превышают 0,05 МПа, а потери давления 5-10% От рабочего давления.

Расход. При определении расхода сжатого воздуха обычно применяют следующий порядок расчета. По каталожным или расчетным данным определяют расход воздуха для единицы оборудования каждого типа и размера. Для практических целей можно пользоваться средними значениями расхода воздуха для различных потребителей, приведенными в табл. 1.7 [6] и учитывающими увеличение утечек в процессе эксплуатации, которое может привести к увеличению первоначального расхода воздуха на 20-30% и более. Расход воздуха, потребляемый пневмоцилиндром, определяют по данным, приведенным в гл. 2.

Для каждой группы однотипных потребителей определяют коэффициент использования

где оп- оперативное время работы оборудования; - календарное время за учетный период (за смену, сутки и т. п.), состоящее из оперативного времени н времени простоев и пауз в рабочее время.

Общий расход воздуха по цеху или участку определяют за календарное время

где Zi - число потребителей одного типа и размера; qi - номинальный расход воздуха на единицу однотипного оборудования (см. табл. 1.7) за время 1к, ф - коэффициент, учитывающий непроизводительные расходы в результате утечек, периодического заполнения и опорожнения трубопроводов и т. п. (обычно ф; = = 1,1 - 1,3); fl-число различных потребителей.

Таблица 1-7

Средние значения расхода воздуха и коэффициента использования для различных потребителей

Потребитель

Характеристика

Давление, МПа

Расход воздуха, м/мин

Коэффициент использования К и

Ковочные и штамповочные молоты

Усилие, кН: 5 7 10 )5 20 30 50 100 120 150

10,0 13,0 16,5 20,0 24,0 30,0 40,0 55,0 60,0 65,0

0,65 - 0,75 0,60 - 0,70 0,60 - 0,70 0,60 - 0,70 0,60 - 0,70 0,60 - 0,70 0,50 - 0,65 0,40 - 0,50 0,40 - 0,50 0,40-0,50

Молотки:

рубильио-че-

канные

клепальные

Мощность, кВт: 0,37 - 0,51

0,12 - 0,74

0,5-0,6

0,6-0,8 0,7 - 1,5

0,40 - 0,50 0,30 - 0,45

Сверлильные машины

Наибольший диаметр сверления, мм: 8

)3 22

0,5 - 0,6

0,5 - 0,8 0,6-0,9 0,7-1,0 0,9-1.7

0,50-0,60 0,50 - 0,60 0,50-0,60 0,30 - 0,50

Шлифовальные машины

Наибольший диаметр круга, мм: 25 50 125 150

0,5-0,6

0,6-0,8 1,0-1,3 1,6-2,1 1,7 - 2,2

0,40 - 0.80

Гайковерты и ключи

Наибольший диаметр резьбы, мм:

12 - 14

20 - 22

28 - 32

0,5 - 0.6

0,3-0,7 1,2-1,5 1,3 - 2,5

0,30-0,60

Напильники

Мощность 0,15 кВт

0,5 - 0,6

0,2-0,3

0,30 - 0,60



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