Материал: Исполнительный привод. учебное пособие. Литвиненко А.М

Рис. 2.26

При одновременной работе тр х и более степеней подвижности манипулятора производительности насоса 2 не хватает для поддержания заданного давления. Вследствие падения давления в системе напорный золотник 19 закрывается и масло от насоса 1 через обратный клапан 20 поступает к гидроусилителям 10.

На панели управления гидроцилиндра 9 схвата размещены редукционный клапан 7, реверсивный золотник 8, кран 5 с манометром 6 для настройки редукционного клапана 7.

75

Устанавливая необходимое давление в полости гидроцилиндра 9, можно регулировать усилие зажима губок схвата. При включении электромагнита реверсивного золотника 8 масло поступает в штоковую полость гидроцилиндра 9 и происходит разжим губок, при отключении электромагнита – зажимы губок схвата. Такая схема обеспечивает невыпадение деталей из захвата в случае обесточивания сети.

Кроме того, при обесточивании сети и остановке электродвигателей насосов управляемый обратный клапан перекрывает масло из гидроусилителя 10 бак, предотвращая падение неуравновешенных звеньев манипулятора.

2.3.Пневмопривод

Всовременных ПР наряду с гидромеханизмами применяются пневмомеханизмы (пневмоприводы), основанные на использовании в качестве рабочей среды сжатого воздуха.

С помощью пневматических устройств (приводов) решаются сложные задачи по автоматизации управления ПР и технологических процессов.

К основным преимуществам пневматических устройств относятся

надежность и долговечность, быстрота действия (срабатывания), простота и экономичность, обусловленные одноканальным питанием исполнительных механизмов и дешевизной самой рабочей среды.

Наряду с положительными качествами пневмосистемы обладают рядом недостатков, вытекающих из природы рабочей среды – воздуха.

Воздух обладает высокой сжимаемостью, ввиду чего он при сжатии накапливает энергию, которая при известных условиях может превратиться в кинетическую энергию движущихся масс и вызвать ударные нагрузки.

Вследствие этого пневматические системы не обеспечивают без специальных дополнительных средств необходимой плавности и точности хода. Сжимаемость воздуха в пневмосистемах исключает возможность непосредственной фиксации органов управления в заданных промежуточных положениях. В равной мере в пневмоприводе затруднительно получение при переменной нагрузке равномерной стабильной скорости.

Помимо этого, пневмоприводы имеют, как правило, более низкий КПД в сравнении с гидроприводом, а также требуют применения смазочных устройств.

Сжатый воздух для питания пневмосистем обычно вырабатывается компрессорами, обслуживающими пневмомашины всего предприятия, либо определенную группу. В централизованных и групповых системах питания обычно применяется давление 5-6 кг/см2, в индивидуальном питании – 50 кг/см2 и выше.

76

Процессы сжатия и расширения воздуха при течении его в каналах пневмосистемы сопровождаются изменениями параметров его состояний, основными из которых являются давление Р, температура Т и удельный объем υ. Давление входит (за исключением случаев, оговариваемых особо) во все привед нные ниже термо- и газодинамические зависимости в абсолютных единицах.

Удельный объем (объем, занимаемый единицей массы газа) связан с объемом V зависимостью:

где m – масса, заключенная в объеме V.

Следовательно, удельный объем и плотность являются взаимно обратными величинами.

Температура Кельвина T[K] как параметр состояния газа связана с температурой Цельсия t [0C] зависимостью

T ≈ t +273.

К нормальным условиям состояния газа относят температуру t = 0 0C или T = 273 [K], что то же самое.

Кроме указанных параметров, газ характеризуется сжимаемостью, температурным коэффициентом объемного расширения, вязкостью и удельной теплоемкостью.

Под удельной (объемной) теплоемкостью газа понимают отношение количества теплоты, поглощенного единицей массы (объ ма) газа, к соответствующему повышению температуры. При этом различают удельные теплоемкости при постоянном давлении Сp и постоянном объеме Сv. Соотношение между теплоемкостями при P = const и V = const положено в основы газодинамики. В частности, важным параметром является отношение этих теплоемкостей

называемое показателем адиабаты в адиабатном процессе изменения состояния газа.

Удельная теплоемкость реального газа зависит от температуры, в связи с чем пользуются средней для данного интервала температур удельной теплоемкостью.

Вязкость газа обычно оценивается значением динамической вязкости μ. В отличие от капельных жидкостей, динамическая вязкость газа с повышением температуры увеличивается.

77

Зависимость вязкости от температуры достаточно точно характеризуется эмпирической формулой (при постоянном давлении).

( )

где μ – динамическая вязкость воздуха при данной температуре в К; μ0 – то же при температуре 0 0С или 273 К; Т – абсолютная температура в К.

Тепловое расширение газа характеризуется температурным коэффициентом объемного расширения υ0 0С–1, показывающим относительное изменение объема газа при изменении температуры на 1 0С.

( )

где υ – изменение объема газа в м3; Т – изменение температуры в 0С или К.

Из термодинамики известно, что идеальный газ расширяется при постоянном давлении (изобарный процесс) пропорционально повышению его абсолютной температуры T (закон Гей – Люссака). Этот закон описывается уравнением

( )

где υТ и υ0 – удельный объем газа при заданной и начальной температуре; α – температурный коэффициент объемного расширения газа (практически

может быть принят постоянным для всех газов); t – температура газа в 0С.

Если объем идеального газа поддерживается постоянно (изохорный процесс), то давление Рт в нем возрастает пропорционально повышению его абсолютной температуры.

PT = P0 (1+αt),

где Р0 – начальное давление.

Для температуры t = –1/α величина Рт становится равной нулю. Эта температура, равная t = –273,15 0С или Т = К, является абсолютным нулем, называется абсолютной температурой и обозначается Т.

Сжимаемость характеризует изменение ΔV объема газа при изменении давления на Р:

Зависимость удельного объема или плотности газа от температуры Т и давления Р называется уравнением состояния газа.

78

Для идеального газа (в частности, для воздуха при относительно невысоких давлениях)

PV = RT.

Это уравнение (получило название характеристического или уравнения состояния газа) связывает параметры Р, Т, V.

Учитывая, что удельный объем

287,1 Дж/(кг*К) – в единицах СИ и системах МКС; 29,27 кг *м/кг * 0С – в единицах двух систем МКГСС и СИ.

В работе пневмоприводов возможны различные условия теплообмена между движущимися в каналах газом и окружающей средой. При малой скорости течения и хорошем теплообмене между стенками каналов (трубопроводов) и окружающей средой процессы, протекающие в пределах элементарных объемов газа, могут быть близкими к изотермным. Однако в общем случае изменение состояния газа, в зависимости от продолжительности процесса и конкретных окружающих условий, может протекать по различным законам, с произвольным изменением параметров Р, Т и V. При этом во всех случаях удовлетворяется уравнение состояния.

Такими процессами являются политропные процессы, характеризуемые

уравнением

P1 υn1 = P2 υn2 = const,

где Р1 и Р2 – начальное и конечное давление; υ1 и υ2 – начальные и конечные удельные объемы; n – показатель политропы.

Показатель политропы в процессах, используемых в технике, находится обычно в ограниченных пределах.

Изотермический процесс описывается равенствами

T = const ; n = 1.

Согласно закону Бойля – Мариотта, удельный объем газа обратно пропорционален его давлению Р:

79