Главная Промышленность Рис. 11.19. Расчетные схемы односторонних устройств с пневматическим возвратом: а - дифференциального цилиндра; б - распределителя с одиостороииим управлением Давление в момент начала движения при обратном ходе СТд = х + Ста + \п = Ха + Vn- При обратном ходе при надкритическом режиме истечения из полости, т. е. при любых колебаниях нагрузки и усилия пружины, пока результирующая сила, действующая на поршень, больше 0,89 pai скорость поршня будет постоянной, а ее значение определяют по формуле (П.36). Таким образом, чтобы получить высокую скорость обратного хода, требуется выбор усилия пружины, обеспечивающий надкритический режим истечения и выбор соотношения и f j. Для зажимных цилиндров, имеющих обычно небольшой ход, время движения поршня относительно невелико по сравнению с временем подготовительного и заключительного периодов. Поэтому при расчете таких устройств в качестве суммарного времени + + можно принять время наполнения полости с выдвинутым штоком, т. е. с объемом Vq = Vi + Fs + Vt или Vq = Vi+ Fs + AVt до давления, определяемого исходя из требуемого усилия зажима. При расчете мембранных устройств в расчетные формулы вместо площади поршня следует подставлять эквивалентную площадь мембраны Fjj, определяемую по формуле fK = • {Di + D„Z)o + Do), (П.50) где -диаметр мембраны в месте заделки; /)(,-диаметр опорного диска. Одиостороииее устройство с пневматическим возвратом. Устройства этого типа имеют две полости, площади торцов поршня со стороны которых различны. На рис. П. 19, а приведена расчетная схема дифференциального цилиндра, управляемого специальным распределителем 1. На рис. 11.19, б приведена расчетная схема пневмораспределителя с односторонним пневматическим управлением и пневматическим возвратом, управляемого распределителем 1. Полость большого диаметра при переключении распределителя сообщается то с магистралью (прямой ход), то с атмосферой (обратный ход), а полость меньшего диаметра сообщена с магистралью постоянно с помощью канала 2. Уравнение движения при прямом ходе =PiFi-p,F.-pa(Fi-f2)-P (11.51) решается численно совместно с уравнением давления pi (11.39) в поршневой и уравнением давления (11.43) в штоковой полостях, причем в последнее уравнение вместо Оа следует подставить Од = 1, так как возможное истечение сжатого воздуха из этой полости происходит не в атмосферу, а в магистраль. Аналогично уравнение (11.51), выраженное в безразмерных параметрах (11.24)-(11.29), /V- =СТ1-П210,- (1-П21)Оа-Х (11.52) решается совместно с уравнениями (11.41) и (11.45) после подстановки в последнее уравнение Од = 1. Уравнение движения поршня при обратном ходе, когда поршневая полость (см. рис. 11.19) соединяется с атмосферой, тх = P2F2 + Ра (Pi - Рг) - PiPi -Р -53) решается совместно с уравнением давления (11.39) в штоковой полости, в индексы членов которого следует подставить 2 вместо 1 (например ра вместо pi, Хд вместо Хщ и т. д.) и с уравнением (11.43) давления pi в поршневой полости после обратной замены индексов (fj вместо F2, вместо Оа и т. д.). Уравнение (11.53) в безразмерной форме = HoiOj, + (1 - n,i) Оа - Oi - х (11.54) решается совместно с уравнениями (11.41) и (11.54) после аналогичной замены в нем индексов. Время срабатывания устройств этого типа можно определить по графикам, приведенным на рис. 11.20-11.25. Графики построены для безразмерного времени г = Тз + прямого хода, т = Тд + т; обратного хода и суммарного времени т + т в зависимости от коэффициента Hj2 -соотношения площадей торцов, и безразмерной нагрузки Х- Эти графики построены при CKajiKoo6pa3HOM из-.менении нагрузки, характеризуемой коэффициентом р - ХдХ - 1,5. где Хд- нагрузка в начале движения, и при постоянной нагрузке (р = 1) для следующего диапазона параметров: Q.i = 0,25-hl,0; 7= 0,2--1,0; П,,,„1 = 0,6--4,0. Ими можно пользоваться при Оа = 0,15-е0,3.
1,2 1,4- 1,6 1,8 2,0 2,2 2,4 П,2 16 15 14 13 12 11 10
1,2 1,4 1.6 1,8 2,0 2,2 2,4 П,г Рис. 11.20. Безразмерное время срабатывания t и t устройства одностороннего действия с пневмовозвратом (Qi = 0.25; Uiloi = 0,6; „2 = 0,2); штриховая линия - р = 1, сплошная - р = 1,5 Рис. 11.21. Безразмерное время срабатывания t и t устройства одностороннего действия с пневмовозвратом (Q, = 0,25; П,г„, = 4; „2 = 0,2); штриховая линия - р = 1, сплошная - р = 1,5 1,Z 1,Ц 1,S 1,8 2,0 2,2 2,f n,2 1,2 1,4 1,6 1,B 2,0 2,2 2,f n,2 Рис. 11.23. Безразмерное вре.чя срабатывания T и t vctoo с пиевмовозвратом (й,, = 0,5; П.о, = 4; = о 2)-сплошная - р = 1,5 "" ""Ь оиства Одностороннего действия штриховая линия - р = 1, It W 36 32 2S 24-20 16 12 8
1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 2,4 n,i 1,2 1,4 1,6 1,S 2,0 2,2 2,4 П/ Рис. 11.24. Безразмерное время срабатывания t и f устройства одностороннего действия л"ош~-1 =",5* = " = = "три5.овая"„ия71Т Рис. 11.25. Безразмерное время срабатывания т и f устройства одиостороииего действия с пиевмовозвратом (Я„= 1; п.,„, = 4; = 0,2); штриховая линия р = Ьснлош" Hdfl - р - 1,5 Время движения поршня также можно определить по приближенным формулам. Для прямого хода при Р = 1 Х-0,1 н при р = 1,5 1 + 1,1 №2-1,2) J / [W- 1X V 6fi2iiTi2 (11.55) 1 + x-0.1 1 2,7(П12-1,2) V 6,5fi2ini2 / (11.56) для обратного хода при Р = 1. Ts = (4,38fi2i - 0,2 - 0,101П12) + 0,385о1П12 + I - fiai + + (Z-0,l)I2 + fi2i (g„ini2-0,6)] и при Р = 1,5 Ts = 0,8Q2i (5,3 - 0,25goini2) П12 + 0,25goini2 +1,2(1- fiii). Давление воздуха в полости в начале движения поршня (И.,57) (11.58) 1 +(Та(П12-1)+Х 1 +(1а (П12- 1)-Х ад =--- и ад где X и х - безразмерная нагрузка при прямом я обратном ходе. Коэффициент следует выбирать из условия 0,9 - сг. Общий порядок расчета времени срабатывания приведен выше, рекомендации по методике расчета - в табл. 11.1-11.3. Для пневмоцилиндров, у которых сила сопротивления отлична от силы трения, следует принимать р = 1; для транспортирующих или зажимных пневмоцилиндров, золотниковых распределителей и других устройств, где в процессе движения преодолеваются только силы трения, или клапанных распределителей, где в момент начала движения происходит дискретное уменьшение сил сопротивления, следует принимать Р= 1,5. Влияние коэффициента р на быстродействие колеблется от 3-5% при X = 0,1 до 20-30% при X = 0,4. Влияние конструктивного параметра N и безразмерного объема q2 на время срабатывания несущественно, поэтому пользоваться приведенными графиками и формулами (11.55)- (11.58) можно при значениях N от 0,1 до 2 и 1о2 от 0,02 до 0,5. Время срабатывания т, т и т + т линейно увеличивается по мере возрастания начального объема ioini2 и коэффициента пропускной способности f22i С увеличением безразмерной нагрузки х время срабатывания существенно возрастает и это влияние уменьшается с увеличением П,2. Если графики для требуемых значений ?о1П12, 21 и X отсутствуют, то искомое время срабатывания можно получить методом линейного интерполирования или по формулам (11.5-5-11.58); линейная зависимость времени срабатывания от ?01П12 н позволяет определять быстродействие и за пределами диапазона изменения этнх параметров, охваченного графиками. Из приведенных графиков видно, что с увеличением отношения площадей поршня llj2 время прямого хода у!иеньшается, а время обратного хода увеличивается; KpHBbiv; зависимости суммарного времени х \ х qi W, имеют на всех графиках ярко выраженный минимум при значении П,, = Пз"- соответствующем наибольшему общему быстродействию пневматических устройств. Это оптимальное значение П"" и следует принимать, за исключением тех случаев, когда ограничения по быстродействию распространяются только на прямой или только на обратный ход. 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 Q, 0,3 0,4 X Рнс. 11.26. График для выбора оптимального значения П°," коэффициента отношения площадей в функции Q,2; штриховая линия - р = 1, сплошная - р = 1,5 Рис. 11.27. График для выбора оптимального значения коэффициента П°г" отношения площадей в функции нагрузки х; штриховая линия - р = 1, сплошная- р = 1,5 Поэто.му ДЛЯ удобства определения П?," на рис. 11.26 приве,1ена зависимость этого параметра от fija, а на рис. 11.27- от х. Характер этих зависимостей - линейный. Пример 4. Дифференциальный цилиндр с диаметром поршия 0 = 0 063 м, ходом S = 0,2 м н начальным объемом полостей V, = IGO- Ю"» и" и Кг = 60- Ю"" м = преодолевает силу полезного сопротивления Р.. = 160 Н. Сила трения Р, = 150 Н, вес перемещаемых деталей Р = 300 Н, эффективная площадь ti.доходного сечеиия обеих линий \ = = 23,5-10-° м2, объем трубопроводов 7,= 7.= 157- 10-» м". Давление в магистрали р = 0,5 МПа. Определить больший диаметр Di из условия обеспечения минимального времени срабатывания прн прямом и обратном ходе. Площадь поршня со стороны меньшего диаметра F2 - О.Шо1 = 0,785-0,063 = 31,1610* м; конструктивный параметр по (11.26) ., - ft /~рГ 352-23,5 10-6 , Л зоо 0,0633 /тТ--« безразмерная нагрузка по (11.24) Р1 + Р2 150 + 160 5-105-31,16-10- = 0,2; коэффициент пропускной способности по (11.25) П 23,5-10-S «2, = = - =1; 23,г5-10-8 безразмерные начальные обьемы по (11.28) 2 +Г2 (60 + 157) 10-6 31,16-10-*-0,2 - = 0,348; принимая ориентировочно п12 = 2, определим (160 + 157) IQ-S . +Т1 ° HijFs-s 2-31,16-10--0,2 = 0,254; для X = 0,2, Q21 = 1 и Р = 1,0 (см. рнс- 11.26) оптимальное соотношение площадей торцов поршия по (11.27) П°т = j 55 Оптимальное значение диаметра из (11.27) допт = ]/ П°2" = 0,063 V 1,58 = 0,0792 м; принимаем ближайшее значение £>i = 0,08 из ряда по ГОСТ 12448-80. Тогда П12 = dI/dI = 0,08/0,063 = 1,61; суммарное безразмерное время срабатывания цилиндра (см. рнс. 11.24. и 11.25 для Qa, = 1, X = 0,2, Р = 1 получаем для Tlizlai = 0,6 т + t = 19,5 и для П,2о1 = * т + Т = 32,2; экстраполируя для уточненного значения JInoi = 0,254- 1,61/2 = 0,205, получаем *-„ „ " (0,6 - 0,205) = 19,5 - 4 - 0,0 32,2-19,5 (0,6 - 0,205) = 18,02. 4 -0,6 Действительное время по (11.34) , += ,,оз-1о-> (т + т) = XsTo-° «« = «« - Двустороннее устройство с начальным перепадом давления воздуха на поршне. Обычно двусторонние цилиндры управляются с помощью двухпозиционного устройства 7 (рис, 11-28), которое сообщает попеременно каждую из полостей двухстороннего устройства то с магистралью, то с атмосферой. В начале каждого переключения управляющего устройства в одной из полостей атмосферное давление pi = Ра- в другой - магистральное Роз = рм. Поэтому такие устройства назовем устройствами с начальным перепадом давления на поршне. К устройства.м этого типа относятся главным образом пневмоцилиндры двустороннего действия. На рис. 11.28 приведена схема с дросселированием на входе. После переключения управляющего устройства с одной полости устройства давление воздуха повышается, а в другой - падает. Поэтому давление в полостях, соответствующее моменту начала движения поршня, зависит от соотношения объемов напорной и выхлопной полостей и эффективных площадей сечения напорной и выхлопной линий, определяемого параметром [3] (11.59) (Ки/э определяется по табл. 11.1 для наполнения, а V и / - по той же таблице для истечения). Рис. 11.28. Расчетная схема двустороннего устройства с начальным перепадом давления воздуха иа поршне 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 |