Бабин А.И. Санников С.П. Элементы и устройства пневмогидроавтоматики

Подождите немного. Документ загружается.

цДЕЯшшТЯШ

^Тшк

ЬШИЛШ!!!

^^V'

^^^^2L^^

^^^Z

/^yjA^i'^l^^H

Министерство образования Российской Федерации

Уральский государственный лесотехнический университет

А.

И.

Бабин

С.

П.

Санников

АВТОМАТИЗАВДЯ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ

ПРОЦЕССОВ.

Элементы

устройства

пневмогидроавтоматики

(Учебное

пособие)

Допущено

учебно-методическим

объединением

по

образованию

области

лесного

дела

качестве

учебного

пособия

для

студентов

высших учебных заведении, обучающихся

по

специальности

«Лесоинженерное

дело»

направлении подготовки

дипломированных специалистов «Технология

лесозаготовительных

деревообрабатывающих

производств»

Екатеринбург

2002

ББК

3965.23

УДК

65.001.56:62-522(075)

Рецензенты:

Зав

кафедрой АУТС

УГТУ-УПИ

д. т. н.

проф.

В. Г.

Лисиенко

Гл.

конструктор

ОАО

«Екатеринбургские

лесные

машины»

А. И

Лесных

Бабин

А.

И.,

Санников

С. П.

Автоматизация технологических процессов. Элементы

устройства

пневмогидроавтоматики.

(Учебное пособие).

—

Ека-

теринбург: Урал. гос. лесотехн. ун-т,

2002.

— 144

с.:

ил.

ISBN

5-901520-06-8

Учебное

пособие составлено

соответствии

образовательным стандартом

656300

«Технология лесозаготовительных

деревообрабатывающих производств»

Рассмотрены

принципы

действия основных элементов пневмоавтоматики

гидроавтоматики,

также различных устройств, построенных

на

этих элементах

Приведены

расчеты переходных процессов

пневматических

линиях

устройствах

Отдельно рассмотрены преобразователи гидравлических, пневматических

электрических

сигналов,

также схемные решения исполнительных

механизмов

Предназначено

для

студентов специальностей

2601

«Лесоинженерное

дело»

2602

«Технология

деревообработкиы»

при

изучении курса «Автоматика

автоматизация производственных процессов»

Печатается

по

решению

редакционно-издательского

совета Уральского государ-

ственного

лесотехнического университета

ББК

3965.23

УДК

65.001.56:62-522(075)

ISBN

5-901520-06-8

Бабин

А.

И.,

Санников

С. П.

Бабин

А И ,

Санников

С П ,

2002

Уральский

государственный

университет,

2002

Введение

При

решении задач проектирования

создания устройств

для

автоматического управления

технологическими

процес-

сами наряду

электронными приборами широко применяются

пневмогидроавтоматические элементы

устройства.

Пневматика является основным средством автоматизации

таких

отраслях промышленности, как: целлюлозно-бумажная,

химическая,

деревообрабатывающая,

текстильная

других.

Это

обусловлено следующими достоинствами

пневмогидроап-

паратуры:

а)

пожаро-

взрывобезопасность;

б)

высокая надежность;

в)

нечувствительность

перегрузкам;

г)

возможность работы

при

высоких температурах;

д)

наличие быстродействующих

надежных исполнитель-

ных

устройств;

е)

неподверженность радиационным воздействиям;

ж)

низкая стоимость;

з)

простота

обслуживании

эксплуатации.

недостаткам

пневмогидроаппаратуры

следует

отнести:

а)

невысокое быстродействие;

б)

ограниченная дальность передачи сигналов;

в)

повышенные требования, предъявляемые

рабочему

воздуху

для

передачи сигнала.

Невысокое быстродействие обусловлено физической

сущностью явлений, происходящих

пневмоэлементах

пнев-

молиниях,

объясняется тем,

что

скорость распространения

пневматических сигналов

соответствует

скорости звука,

в то

время

как

скорость распространения электрических

сигна-

лов

—

скорости

света.

Однако

этот

недостаток

не

сказывается

существенным образом

на

качестве управления техно-

логическим процессом

случае, когда инерционность объекта

управления значительно

больше,

чем у

пневматических

элементов

устройств,

составляющих систему управления.

Второй недостаток

пневмоаппаратуры

вызван тем,

что

увеличением расстояния передачи

пневмосигнала

возрастают

потери

линиях. Сигналы

пневмолиниях обычно передаются

на

расстояние

не

более

300

метров.

Третий недостаток обусловлен жесткими требованиями,

предъявляемыми

подаваемому

пневмоаппаратуру

воздуху.

Воздух:

а) не

должен содержать машинное масло, которое, попадая

воздух

компрессорах, вызывает изменение эластичных

рабочих органов

пневмоэлементов;

б)

должен иметь пониженную влажность, поскольку,

попадая

рабочие органы,

воздух

расширяется, снижая свою

температуру,

и из

него может выделиться влага, изменяющая

рабочие характеристики пневмоэлементов;

в) не

должен

содержать

механические включения,

например,

виде пыли, вызывающие порчу

засорение

пневмоэлементов.

своем развитии пневмоавтоматика прошла несколько

этапов.

На

раннем этапе пневматические устройства исполь-

зовались

основном

качестве поршневых

мембранных

исполнительных

механизмов.

Следующим этапом развития пневмоавтоматики было

создание

универсальных крупногабаритных приборов.

этих

приборах

одном корпусе совмещены измерительная система

показывающее, регистрирующее, задающее

регулирующее

устройства. Недостатком приборов такого типа

являлись

их

узкие

функциональные

возможности.

конце 40-х годов

был

предложен

новый

агрегатный

принцип

построения систем пневмоавтоматики.

соответствии

этим принципом системы состоят

из

стандартных блоков, каждый

из

которых выполняет функцию

какого-либо

усгройства, входящего

контур регулирования,

например,

задатчик, регулятор, суммирующее устройство

т. д.

Такая система устройств называлась

АУС

(агрегатная

унифицированная

система).

конце 50-х годов было предложено

для

построения

приборов

систем пневмоавтоматики,

как и в

электронике,

применять

элементный принцип.

При

этом любой пнев-

матический

прибор создается

не в

виде новой конструкции,

собирается

из

ограниченного числа стандартных элементов.

этой целью

была

разработана универсальная система

элементов промышленной пневмоавтоматики (УСЭППА).

Элементы этой системы унифицированы: один

и тот же

элемент может использоваться

одной схеме

или в

схемах

самых различных устройств.

Набор элементов УСЭППА является функционально

полным,

т. е. на

базе этих элементов можно создать любое

устройство непрерывного

или

дискретного действия.

состав

УСЭППА

входят:

пневмосопротивления,

пневмоемкости,

усилители,

повторители,

пневмореле, органы

управления

(задатчики, кнопки, тумблеры), дискретные

преобразователи, исполнительные устройства.

На

базе

элементов УСЭППА разработана система

промышленных

приборов

«Старт»,

включающая

себя

функциональные

устройства, регуляторы, преобразователи

т. д.

Элементы пневмоавтоматики

Пневматические

сопротивления

Пневмосопротивления

(дроссели)

предназначены

для

создания

сопротивления течению

воздуха

(дросселирования

потока). Назначение

их в

системах пневмоавтоматики

то же,

что и у

электрических сопротивлений

электрических схемах.

По

характеру течения газов Пневмосопротивления делятся

на

турбулентные

ламинарные.

По

виду расходной характеристики различают линейные

нелинейные Пневмосопротивления.

По

функциональному назначению

их

подразделяют

на

постоянные,

переменные

управляемые.

Турбулентные

сопротивления

представляют собой канал

цилиндрической

формы

малым отношением длины

к ди-

аметру. Эффект дросселирования вызывается местными

сопротивлениями

на

входе

потерей энергии

на

выходе.

Процесс

течения газа адиабатический. Сопротивления могут

работать

докритическом

надкритическом режиме истечения

газа.

Конструкция

турбулентных сопротивлений показана

на

рис.

Рис.

Турбулентные сопротивления:

а,

б —

постоянные,

в —

переменное

Расходная

характеристика описывается выражением

(1)

<о

где

—

коэффициент

расхода;

—

площадь

отверстия;

Рг —

давление, соответственно

до и

после дросселя.

Это

выражение трудно использовать

для

расчетов,

но его

можно упростить

=ju-F'^2p-(P

-P

)

. (2)

При

небольших перепадах давления считаем величину

постоянной

(т.

е.pi-p

Тогда

F •

д/2р

- а —

постоянный коэффициент.

Уравнение расходной характеристики турбулентного

сопротивления имеет

вид

—

(?•

(Р

(3)

Характеристики нелинейны

представляют собой

семейство парабол

различными коэффициентами

(рис,

2).

>о

>а

Перепад давления

на

дросселе

АР =

Р,

Рис.

Расходные характеристики турбулентных сопро-

тивлений

Ламинарные

сопротивления

изготавливаются

виде

капилляров,

т. е.

трубок малого сечения

большим отношением

длины

диаметру. Потери давления обусловлены наличием

трения

канале. Ламинарные сопротивления

работают

в до-

критическом режиме истечения. Конструкция ламинарных

сопротивлений показана

на

рис.

//////////У

'///////////У

+-+

Рис.

З.

Ламинарные сопротивления:

а,

б —

постоянные,

в —

переменное

Расход

газа

описывается уравнением (4).

(4)

Из

этого

уравнения видно,

что

расход

не

является линейной

функцией

перепада давлений. Преобразуем

эту

формулу:

„

я-d*-(Р^

)

{

л--^

(5)

где:

—

средняя плотность газа

пневмо-

сопротивлении.

При

малых перепадах давления:

•

128

const.

Тогда:

С,

а-(/>-/>

это

выражение является линейным.

Обозначая

Р\-Рг

&Р,

запишем

(6)

(7)

А/»

-•<?,.

)

Сравним

записью закона

Ома для

электрической цепи:

Л-/.

(9)

Сравним

выражения

(8) и

(9). Налицо аналогия. Исходя

из

аналогии*

выбрано

название

для

коэффициента

а —

проводимость пневмосопротивления. Если

электрических

цепях

проводимость резистора определяется длиной

и ди-

аметром

проводника,

то в

пневмосопротивлениях прово-

димость

определяется длиной

диаметром капилляра.

табл.

приведены аналогии между электрическими

пневматическими величинами

устройствами.

Таблица

Электрические

величины

устройства

ПапряжениеЦ;

Исходное напряжение

(генераюра)

Потенциал напряжения

относительно

нуля

Земля

качестве

обратного

проводника

Заряд

Емкость

Сопротивление

JR,

Проводимость

1/Rc

Ток1с

(Ц|-Ц2)/Кс

Падение напряжения

на

постоянном

сопротивлении,

переменном

сопротивлении

Вольтметр

Амперметр

Омическое сопротивление

Электронные

лампы

устройства

управления

Пневматические

величины

устройства

Давление

питания

(компрессора)

Избыточное

давление

по

отношению

атмосферному

Атмосфера

качестве

обратно!

проводника

Количество

воздуха

(Юрмалы

юм

состоянии

Емкость

Сопротивление

Проводимость

Расход

всвдуха

= а

(Pi

)

Падение

давления

на

капилляре,

преобразователе

«сопло-заслонка»

Манометр

Расходомер

Ламинарный

дроссель

(риблизителмю:

устройство

использованием

пары «сопло-

заслонка»

^«я

управления

пневматическими

величинами