Основы функционирования циклических пневмосистем. Информационная подсистема (96

из сопла-передатчика (слева) препятствует выходу струи из соплаприемника (справа), вследствие чего в выходном канале A есть сигнал. Попадая в рабочую зону датчика, контролируемый объект отсекает струю из сопла-передатчика, тем самым позволяя струе из сопла-приемника беспрепятственно вытекать наружу. Сигнал в канале A пропадает. Поскольку датчик работает как логический элемент НЕ, его выходной сигнал должен быть инвертирован.

К неоспоримым преимуществам струйных датчиков следует отнести:

•способность работать в условиях повышенной запыленности

ивзрывоопасности;

•нечувствительность к магнитным полям и звуковым колеба-

ниям;

•надежность работы при повышенных температурах.

2.4. Усилители давления

Струйный датчик любого типа является пневматическим элементом, из которого в атмосферу постоянно вытекает сжатый воздух. Если бы давление воздуха в питающем канале было равно рабочему давлению пневмосистемы (0,4…0,6 МПа), то использование такого элемента было бы крайне неэкономичным из-за большого непроизводительного расхода сжатого воздуха. По этой причине давление сжатого воздуха в питающем канале не превышает 0,001…0,005 МПа, следовательно, выходной сигнал с датчика слишком слаб для дальнейшего непосредственного его использования в пневмосистеме. Исходя из этих соображений после датчика устанавливают усилитель выходного сигнала, т. е. усилитель давления.

На рис. 8 изображен один из вариантов конструкции однокаскадного усилителя давления. Выходной сигнал с датчика поступает в канал X. Сжатый воздух с малым избыточным давлением p1 воздействует на мембрану большой площади. Под действием полученного усилия мембрана изгибается, преодолевая сопротивление пружины. Клапан перемещается, открывая проход сжатому воздуху с рабочим давлением пневмосистемы p2 из канала P в канал А.

Отношение давления p2 к давлению р1 называется коэффициентом усиления. У однокаскадных усилителей коэффициент усиления не превышает 10.

11

Рис. 8. Однокаскадный усилитель давления

Используя двухкаскадный усилитель давления (рис. 9), можно получить коэффициент усиления до 12 000. Кроме того, двухкаскадный усилитель обладает более высокой чувствительностью, чем однокаскадный, т. е. способен реагировать на более слабое изменение входного сигнала. В таком устройстве используется сжатый воздух двух уровней давления: для первой ступени – низ-

кое давление Рх (0,01…0,02 МПа), для второй ступени – рабочее давление пневмосети р. Клапан перемещается под действием не выходного сигнала с датчика Х, а специально подводимого к уси-

лителю низкого давления Рх. Выходной же сигнал с датчика лишь деформирует тонкую чувствительную мембрану, которая при этом

отсекает канал Px от выхлопа Rх.

Рис. 9. Двухкаскадный усилитель давления

12

Рис. 10. Пневматическая схема с использованием струйного датчика

На рис. 10 приведен пример пневматической схемы устройства для намотки магнитной ленты на барабан. В этой схеме в качестве информационного элемента использован струйный датчик. Барабан приводится во вращение пневмомотором со скоростью, регулируемой выхлопным дросселем 1.02. Сжатый воздух подается на пневмомотор через управляющий пневмораспределитель 1.1 при условии наличия магнитной ленты в зоне действия струйного датчика 1.2. На вход двухкаскадного усилителя 1.4 подается управляющий сигнал низкого давления, а на распределитель 1.1 – высокого. Для подачи низкого давления к датчику 1.2 и усилителю 1.4 установлен редукционный клапан 0.3 с давлением настройки 0,02 МПа (0,2 бар). Вращение барабана прекращается вслучае обрыва ленты.

3.КЛАПАН ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ

Входе выполнения заданного технологического процесса иногда бывает необходимо получить информацию о том, достигло либо не достигло давление в определенном месте пневмосистемы заданного значения. Так можно, например, контролировать величину усилия, развиваемого исполнительным устройством, зависящую от давления в его рабочей полости.

Для получения такой информации служит клапан последова-

тельности (иногда его называют пневматическим реле давления).

На рис. 11, а показаны один из возможных вариантов его конструкции и соответствующее этому варианту условное графическое изображение.

13

Клапан последовательности представляет собой комбинацию последовательно включенных предохранительного клапана 1 и 3/2-распределителя с пневматическим управлением 7. При отсутствии сигнала в управляющем канале X рабочий канал A соединен с выхлопом R, сигнал в канале A отсутствует. В канал управления X подается сжатый воздух из той точки пневмосистемы, давление

вкоторой нужно контролировать. Давление в канале управления должно быть таким, чтобы создаваемая им сила на мембране 3 была достаточна для преодоления сопротивления пружины 2. Как только это давление будет достигнуто, откроется пилотный клапан 4, который пропустит сжатый воздух к мембране 5 переключающего элемента 6 распределителя. Распределитель переключится, и

вканале А появится сигнал. Иными словами, система получит информацию о том, что в данном месте давление достигло заданного значения. Усилие пружины можно изменить, меняя степень ее сжатия вращением регулировочного винта. Соответственно изменится и давление, которое будет контролироваться клапаном последовательности.

Возможен и иной вариант конструктивного исполнения клапана последовательности (рис. 11, б).

Рис. 11. Клапан последовательности

Контролируемое давление Х, действующее на поршень 1, должно быть достаточным для преодоления усилия пружины 2, а следовательно для открытия клапана, отсекающего до этого момента выход А от канала питания Р. Требуемое предварительное

14

сжатие пружины обеспечивается смещением регулировочной втулки 3 при помощи регулировочной гайки 4.

При выборе клапана последовательности следует принимать во внимание следующие его технические характеристики:

•диапазон воспринимаемых давлений (максимальное и минимальное значение давления);

•точность настройки;

•стабильность работы (способность сохранять точное значение настроенного давления при многократных переключениях);

•величина гистерезиса (разница между давлением включения

идавлением отключения);

•номинальный расход воздуха, протекающего через клапан.

На рис. 12 изображена пневматическая схема САУ, в которой для управления распределителем используется информация, получаемая с использованием клапана последовательности.

Рис. 12. Пневматическая схема с использованием клапана последовательности

Пусть требуется выполнить следующее условие: после нажатия на кнопку шток пневмоцилиндра должен полностью выдвинуться и оставаться в этом конечном положении до тех пор, пока давление в рабочей полости пневмоцилиндра не достигнет заданного значения. После этого шток пневмоцилиндра должен автоматически втянуться в исходное положение.

Рассмотрим работу схемы. При нажатии кнопки 1.2 сигнал поступает в канал управления 12 управляющего распределителя 1.1.

15

Распределитель переключается в положение, при котором выдвигается шток пневмоцилиндра 1.0. После того как шток пневмоцилиндра полностью выдвинется, сжатый воздух будет продолжать поступать в рабочую полость пневмоцилиндра, и давление в полости будет расти. Это давление, значение которого контролируется по показанию манометра 1.04, поступает в канал управления клапана последовательности давлений 1.3. Как только это значение достигнет заданного уровня (в нашем случае – 1,2 бар), на выходе клапана 1.3 появится сигнал. Этот сигнал поступает в канал управления 14 управляющего распределителя 1.1. Распределитель переключается в положение, при котором шток пневмоцилиндра втягивается. Шток остается в этом положении в ожидании следующего нажатия кнопки.

4. ПРОЧИЕ УСТРОЙСТВА

Для контроля текущего состояния пневматической САУ нередко используют индикаторы давления. Эти устройства дают информацию о наличии или отсутствии давления воздуха в месте их установки. Конструктивно они представляют собой, как правило, миниатюрный пневмоцилиндр одностороннего действия с окрашенным штоком. Этот шток при подаче давления либо выходит за габариты индикатора (рис. 13, а), либо оказывается под прозрачным колпачком (рис. 13, б).

К элементам информационной подсистемы можно также отне-

сти счетчик импульсов без выходного сигнала (рис. 14). Это уст-

ройство предназначено для визуализации информации о количестве поступивших на его вход сигналов. С поступлением каждого очередного сигнала на его вход цифра на табло увеличивается на единицу. Обнуление счетчика производится вручную.

Рис. 13. Индикаторы давления

16

Рис. 14. Счетчик импульсов без выходного сигнала

В приложении приведены условно-графические обозначения описанных элементов информационной подсистемы.

17

Приложение

Условные графические обозначения элементов информационной подсистемы

Пневматический путевой выключатель

Пневматический путевой выключатель с ломающимся рычагом

Струйный датчик с кольцевым соплом

Струйный датчик барьерного типа

Струйный датчик со встречным соударением струй

Однокаскадный усилитель давления

Двухкаскадный усилитель давления

Клапан последовательности Вариант 1

Вариант 2

Индикатор давления

Счетчик импульсов без выходного сигнала

18

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1.Гаврюшина О.С., Ефремова К.Д. Основы функционирования циклических пневмосистем. Энергообеспечивающая подсистема. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2000.

2.Гаврюшина О.С., Ефремова К.Д., Наземцев А.С. Основы проекти-

рования циклических пневмосистем. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 1997.

3.Гаврюшина О.С., Ефремова К.Д., Наземцев А.С. Основы функцио-

нирования циклических пневмосистем. Направляющая и регулирующая подсистема. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2005.

4.Гаврюшина О.С., Ефремова К.Д., Наземцев А.С. Основы функцио-

нирования циклических пневмосистем. Исполнительная подсистема. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2004.

5.Кудрявцев А.И.. Пятидверный А.П., Рагулин Е.А. Монтаж, наладка

иэксплуатация пневматических приводов и устройств. М.: Машиностроение, 1990.

6.Наземцев А.С. Пневматические приводы и средства автоматизации.

М.: ФОРУМ, 2004.

19

20