Ключников В.В. Проектирование систем управления технологическими процессами и аппаратами пищевых производств

Подождите немного. Документ загружается.

121

– рабочий орган механизма имеет технологическую остановку в конце прямого хода,

во время которой рабочая полость соединена с магистралью, а выхлопная – с атмосферой;

– рабочий орган механизма совершает непрерывное возвратно-поступательное дви-

жение.

При работе механизма в первом режиме время

t определяется по формуле. При ра-

боте механизма в других указанных режимах время

t определяют более сложным графиче-

ским методом.

При выполнении данной работы рекомендуется принять 1,0

=t с.

10. Время движения рабочего органа

t , с, определяется:

а) для механизмов двухстороннего действия

⋅

⋅=

−

10027,1 ,

(6.2.9)

где

– параметр времени движения рабочего органа, определяемый по графику (ри-

сунок 6.2.1) в зависимости от отношения

питн

pp / и конструктивного параметра

Конструктивный параметр

вычисляют по формуле

yпит

⋅

350

(6.2.10)

где G – масса подвижных частей исполнительного устройства, кг;

F ,

S ,

– берутся значения в см.

б) для механизмов одностороннего действия

пит

питy

⋅⋅⋅⋅

⋅

∆

⋅=

−

)(

1024,2

ϕε

(6.2.11)

где V

∆

– объем, описываемый рабочим органом механизма при его перемещении на

ход

S , см

;

)/(

питн

– функция, определяемая по таблице 6.2.3.

рн/рпит=0,9

0,7

0,5

0,1

0,4

0 0,4 0,8 1,2 1,6

Рисунок 6.2.1 – График для определения параметра времени Z

11. Время нарастания давления в рабочей полости механизма до величины

пит

p по

окончанию хода

t , с,

)3,1(10362,0

−

⋅

∆

⋅=

−

t .

(6.2.12)

12. Быстродействие механизма

определяется

4321

ttttt +++= .

(6.2.13)

122

Таблица 6.2.1 – Потери давления на прямых участках пневмопровода и допустимый

расход воздуха

Q , м

/мин, при

пит

p , Па

p∆ , Па, на длине 10 м

пневмопровода

D ,

мм

F ,

см

0,1 0,25 0,4 0,6 1,0 металлического

резинового

1 2 3 4 5 6 7 8 9

6 0,28 - 0,18 0,22 0,28 0,34

8 0,50 0,20 0,28 0,36 0,40 0,46

10 0,79 0,32 0,45 0,50 0,63 0,70

12 1,13 0,50 0,71 0,80 1,00 1,20

15 1,73 0,80 1,12 1,25 1,60 2,00

20 2,83 1,25 1,80 2,00 2,50 3,10

25 4,53 2,00 2,80 3,20 4,00 4,90

32 8,04 3,55 5,00 5,60 7,10 8,70

Примечание. Дольше значение

p∆ соответствует большему значению Q

Таблица 6.2.2 – Потери давления в местных сопротивлениях пневмопроводов

p∆ , кгс/см

, для

D , мм

Вид местного

сопротивления

6 8 10 12 15 20 25 32

Вентиль:

угловой 0,14 0,13 0,13 0,12 0,12 0,11 0,10 0,08

проходной 0,24 0,19 0,18 0,18 0,15 0,14 0,12 0,10

Маслораспылитель:

однократного

распыления

0,16-0,32 0,11-0,22 0,13-0,26 0,12-0,24 0,12-0,24 0,08-0,10 0,06-0,12 0,12-0,17

двухкратного

распыления

0,12-0,24 0,08-0,22 0,09-0,26 0,12-0,32 0,12-0,27 0,12-0,30 0,16-0,28 -

Обратный клапан

0,32-0,96 0,27-0,82 0,30-0,90 0,40-1,00 0,36-0,96 0,38-1,00 0,40-0,80 -

Распределитель:

двухлинейный

0,20-0,24 0,17-0,19 0,16 0,12-0,16 0,12-0,15 0,12-0,15 0,12-0,16 0,10-0,12

трех- и четырех-

линейные

0,36 0,22-0,27 0,25 0,20-0,24 0,21-0,27 0,25-0,30 0,24-0,28 -

Клапан быстрого

выхлопа

0,08-0,16 0,05-0,11 0,07-0,11 0,08-0,12 0,08-0,12 0,08-0,15 0,06-0,16 -

Выход свободный 0,03 0,02 0,02 0,02 0,02 0,02 0,02 0,02

Внезапное

сужение потока

0,01 0,02 0,02 0,01 0,01 0,01 0,01 -

Внезапное

расширение потока

0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01

Поворот

на 45º 0,02 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01

на 90º 0,03 0,03 0,03 0,03 0,03 0,02 0,02 0,02

на 135º 0,03 0,03 0,03 0,04 0,03 0,03 0,03 0,03

Примечание 1. Потери давления приведены в кгс/см

. Чтобы перевести их в Па, восполь-

зуйтесь Приложением А! Примечание 2. Верхние пределы значений

p∆ для 7

=v м/с,

нижние – для

v свыше 7 м/с.

123

Таблица 6.2.3 – Значение функций параметра

и отношения

питн

pp /

питн

pp /

)(

)/(

питн

pp /

)(

)/(

питн

pp /

)(

)/(

питн

pp /

)(

)/(

питн

1 2 1 2 1 2 1 2

0,5280 0,2588 0,6450 0,2509 0,7650 0,2242 0,8850 0,1697

0,5300 0,2588 0,6500 0,2502 0,7700 0,2227 0,8900 0,1665

0,5350 0,2588 0,6550 002495 0,7750 0,2209 0,8950 0,1632

0,4000 0,2587 0,6600 0,2487 0,7800 0,2192 0,9000 0,1597

0,5450 0,2586 0,6650 0,2479 0,7850 0,2175 0,9050 0,1561

0,5500 0,2585 0,6700 0,2470 0,7900 0,2157 0,9100 0,1524

0,5550 0,2584 0,6750 0,2461 0,7950 0,2138 0,9150 0,1486

0,5600 0,2582 0,6800 0,2452 0,8000 0,2119 0,9200 0,1446

0,5650 0,2580 0,6850 0,2443 0,8050 0,2100 0,9250 0,1404

0,5700 0,2578 0,6900 0,2433 0,8100 0,2080 0,9300 0,1360

0,5750 0,2576 0,6950 0,2423 0,8150 0,2059 0,9350 0,1314

0,5800 0,2573 0,7000 0,2413 0,8200 0,2038 0,9400 0,1267

0,5850 0,2570 0,7050 0,2402 0,8250 0,2016 0,9450 0,1216

0,5900 0,2566 0,7100 0,2391 0,8300 0,1993 0,9500 0,1163

0,5950 0,2562 0,7150 0,2379 0,8350 0,1970 0,9550 0,1106

0,6000 0,2558 0,7200 0,2367 0,8400 0,1946 0,9600 0,1046

0,6050 0,2554 0,7250 0,2355 0,8450 0,1922 0,9650 0,0981

0,6100 0,2550 0,7300 0,2342 0,8500 0,1897 0,9700 0,0911

0,6150 0,2545 0,7350 0,2329 0,8550 0,1871 0,9750 0,0834

0,6200 0,2540 0,7400 0,2316 0,8600 0,1844 0,9800 0,0748

0,6250 0,2534 0,7450 0,2302 0,8650 0,1816 0,9850 0,0649

0,6300 0,2528 0,7500 0,2288 0,8700 0,1788 0,9900 0,0532

0,6350 0,2522 0,7550 0,2278 0,8750 0,1759 0,9950 0,0377

0,6400 0,2516 0,7600 0,2257 0,8800 0,1729 1,0000 0,000

6.2.2 Пример выполнения расчета быстродействия

1 – регулятор давления; 2 – маслораспылитель; 3 – распределитель;

4 – исполнительный механизм

Рисунок 6.2.2 – Принципиальная схема управления исполнительным механизмом

124

Исходные данные:

• 10

D см – диаметр рабочего органа;

• 6,0=

пит

p МПа – давление питания;

• 3075

ор

N Н – усилие, развиваемое рабочим органом исполнительного механизма;

• 298

Т К – температура питающего воздуха;

• 100=

S мм – условный ход выходного элемента машины.

Схема управления исполнительным механизмом приведена на рисунке 6.2. Длина

пневмопровода от регулятора до исполнительного механизма 1 м. Масса подвижных частей

исполнительного механизма 10

G кг.

Для обеспечения управления технологическим процессом исполнительный механизм

должен работать в следующем режиме.

1. Поршень имеет технологическую остановку в конце хода, во время которой рабо-

чая полость соединена с магистралью, а выхлопная – с атмосферой.

2. Увеличения давления в рабочей полости после остановки поршня не требуется.

Решение.

1. Принимаем среднюю установившуюся скорость движения выходного элемента

(штока) механизма 06,0

=v м/с.

2. Принимаем скорость воздуха в пневмопроводе 10

=v м/с.

3. Определяем величину условного прохода пневмопривода

D , см, по формуле 6.2.1.

78,0

06,0

10 ==

D см.

Полученное значение округляют до ближайшей большей величины из ряда стандарт-

ных величин 8=

D мм.

9..5)09,0..055,0( == DD

мм.

Необходимое соотношение сохранено, следовательно, пересчета не требуется.

4. Потери давления на прямых участках пневмопровода

p∆ , Па, берем из таблицы

6.2.1: 005,0

=∆p МПа.

Потери давления в местных сопротивлениях

p∆ складывается из потерь давления в

маслораспылителе

МАСЛ

∆ и в распределителе

РАСП

∆ – находим по таблице 6.2.2.

008,0

=∆

МАСЛ

p МПа,

017,0

=∆

РАСП

p МПа,

025,0017,0008,0

=+=∆p МПа.

Общие потери давления p

∆

вычисляем по формуле 6.2.3.

03,0025,0005,0

∆

p МПа.

При абсолютном давлении 585,02/03,06,0

=−=

∆

−

пит

МПа и температуре

298

Т К плотность воздуха равна 78,7

кг/м

Коэффициент расхода пневмопровода

вычисляем по формуле 6.2.2.

115,0

78,710

30000

1,06,19

−

⋅

⋅⋅

125

5. Параметр нагрузки

. 87,0

30000

600000

100000

0078,0

3075

−

6. Величину

p , Па, определяем по формуле 6.2.5

494230100000

0078,0

3075

=+=

p , Па.

Вычисляем соотношение

питн

pp /

0,8237000494230/600/ ==

питн

pp .

По таблице 6.2.3 находим )(

при 8200,0/ =

питн

pp 2038,0)(

;

при 8250,0/ =

питн

pp 2016,0)(

С помощью интерполяции находим нужное значение функции параметра нагрузки

2022,0)

)2038,02016,0(

(372038,0)( =

−

αϕ

при 0,8237/ =

питн

pp .

Значение 2588,0)(

, поэтому принятая скорость при заданных условиях допустима.

7. По таблице 6.2.1 определяем площадь условного прохода пневмопривода

5,0=

F см

Максимальный расход воздуха Q , м

/мин, вычисляется по формуле 6.2.6.

32,0

298

2022,060000000005,0115,0

92,7 =

⋅

=Q .

8. По формуле 6.2.8 определяем значение параметра

25,34529820 ==c .

Время распространения воздушной волны от блока управления системы до рабочей

полости исполнительного механизма

t , с, определяем по формуле 6.2.7.

003,0

25,345

==t с.

9. Исходя из приведенной рекомендации, принимаем 1,0

=t с.

10. Конструктивный параметр

вычисляем по формуле 6.2.10.

707,0,0

103075

8,0

5,0115,0

350

⋅

=K .

Определяем параметр времени движения рабочего органа по графику (рисунок 6.1)

Z .

Так как механизм двухстороннего действия, время движения рабочего органа

t , с,

определяем по формуле 6.2.9.

91,08

5,0115,0

108,0

10027,1

⋅

⋅=

−

t с

11. Так как в задании сказано, что увеличения давления в рабочей полости после ос-

тановки поршня не требуется, то 0

=t .

12. По формуле 6.2.13 определяем быстродействие механизма.

013,191,01,0003,0

t с.

126

6.2.3 Варианты заданий для расчета быстродействия пневматического

поршневого исполнительного механизма

Схема управления исполнительным механизмом приведена на рисунке 6.2.2.

Исходные данные для выполнения расчета быстродействия пневматического поршне-

вого механизма приведены в таблице 6.2.4. Остальные необходимые данные можно взять из

примера выполнения расчета.

Таблица 6.2.4 – Исходные данные для различных вариантов заданий

Номер

варианта

Диаметр

рабочего органа

(поршня)

,мм

Давление

питания

пит

p ,

МПа

Усилие, рабоче-

го органа испол-

нительного ме-

ханизма

ор

, Н

Услов-

ный ход

S , мм

Температура

питающего

воздуха

, К

Масса

частей

, кг

1 2 3 4 5 6 7

1 100 0,25 3000 142 300 8

2 120 0,4 2800 160 305 10

3 150 0,6 2600 170 310 12

4 180 1,0 2400 190 315 15

5 200 0,25 2200 210 320 18

6 220 0,4 2000 230 325 20

7 250 0,6 3200 275 330 22

8 270 1,0 2100 142 335 8

9 110 0,25 2300 160 340 10

10 130 0,4 2500 170 345 12

11 170 0,6 2700 190 350 15

12 210 1,0 2900 210 355 18

13 230 0,25 3100 230 360 20

14 260 0,4 2000 275 300 22

15 280 0,6 2200 142 305 8

16 140 1,0 2400 160 310 10

17 240 0,25 2600 170 315 12

18 190 0,4 2800 190 320 15

19 220 0,6 3000 210 325 18

20 160 1,0 3200 230 330 20

21 250 0,25 3000 275 335 22

22 130 0,4 2300 142 340 20

23 200 0,6 2700 160 345 18

24 100 1,0 2100 170 350 15

25 240 0,25 3000 190 355 12

127

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Емельянов, А. И. Проектирование систем автоматизации технологических

процессов: справочник [Текст] / А. И. Емельянов, О. В. Капник. – М. : Энергоатомиздат,

1983. – 399 с.

2. Благовещенская, М. М. Автоматика и автоматизация пищевых производств:

учебник и учеб. пособия для студентов высших учебных заведений [Текст] / М. М. Благове-

щенская, Н. О. Воронина, А. В. Казаков. – М. : Агропромиздат, 1991. – 239 с.

3. Соколов, В. А. Автоматизация технологических процессов пищевой промыш-

ленности [Текст] / В. А. Соколов. – М. : Агропромиздат, 1991. – 444 с.

4. Савин, М. М. Теория автоматического управления: учеб. пособие [Текст]

/ М. М. Савин, В. С. Елсуков, О. Н. Пятина; под ред. д. т. н. проф. В. И. Лачина. – Ростов н/Д :

Феникс, 2007. – 469 с.

5. Бородин, И. Ф. Автоматизация технологических процессов [Текст] / И. Ф. Бо-

родин, Ю. А. Судник. – М. : Колос, 2005. – 344 с.

6. Задачи по гидравлике и гидропневмоприводу: учебник для вузов [Текст]

/ Ю. А. Беленков и др.; под ред. Ю. А. Беленков. – М. : Экзамен, 2009. – 286 с.

7. Фелин, В. М. Гидравлика, пневматика и термодинамика: курс лекций [Текст]

/ В. М. Фелин. – М. : ИД «Форум» : ИНФРА-М, 2008. – 320 с.

8. Пашков, Е. В. Электропневмоавтоматика в производственных процессах :

учеб. пособие [Текст] / Е. В. Пашков, Ю. А. Осинский, А. А. Четверкин; под ред. Е. В. Паш-

кова. – 2-е изд., перераб. и доп. – Севастополь : Изд-во СевНТУ, 2003. – 496 с., ил.

9. Пневматические устройства и системы в машиностроении: справочник [Текст]

/ Е. В. Герц и др. – М. : Машиностроение, 1981. – 408 с.

10. Герц, Е. В. Расчет пневмоприводов: справочное пособие [Текст] / Е. В. Герц,

Г. В. Крейнин. – М. : Машиностроение, 1975. – 272 с.

11. Рекус Г. Г. Электрооборудование производств: учеб. пособие [Текст] / Г. Г. Ре-

кус. – М. : Высшая школа, 2005. – 709 с., ил.

12. Алиев, И. И. Справочник по электротехнике и оборудованию: учеб. пособие

для вузов [Текст] / И. И. Алиев. – 4-е изд. – М. : Высшая школа, 2005. – 255 с.

13. Электротехника и электроника: учеб. пособие для вузов [Текст] / В. В. Коно-

ненко и др.; под ред. В. В. Кононенко – Ростов н/Д : Феникс, 2004. – 487с.

14. Морозов, Э. В. Справочник электрика предприятий по хранению и переработке

зерна [Текст] / Э. В. Морозов, О. А. Новицкий, Д. Г. Сегеда. – 2-е изд., перераб. и доп. – М. :

Агропромиздат, 1989. – 272 с.

15. ГОСТ 21.404-85 Автоматизация технологических процессов. Обозначения ус-

ловные приборов и средств автоматизации в схемах.

16. Устенко, С. Т. Выполнение электрических схем по Е.С.К.Д. [Текст] : справоч-

ник / С. Т. Устенко, Т. К. Каченюк, М. В. Терехова. – М. : Изд-во стандартов, 1989. – 325 с.

128

ПРИЛОЖЕНИЕ А

ГОСТ 21.404-85 Автоматизация технологических процессов.

Обозначения условные приборов и средств автоматизации

1. УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

1.1 Графические о б о з н а ч е н и я

1.1.1 Графические обозначения приборов, средств автоматизации линий связи

должны соответствовать приведенным в таблице А1

Таблица А1 – Условные обозначения

Наименование Обозначение

1. Прибор, устанавливаемый вне щита (по месту):

а) основное обозначение

б) допускаемое обозначение

2. Прибор, устанавливаемый на щите, пульте:

а) основное обозначение

б) допускаемое обозначение

3. Исполнительный механизм

Общее обозначение

4. Исполнительный механизм, который при прекра-

щении подачи энергии или управляющего сигнала:

а) открывает регулирующий орган

б) закрывает регулирующий орган

в) вставляет регулирующий орган в неизменном

положении

129

Продолжение таблицы А1

Наименование Обозначение

5. Исполнительный механизм с дополнительным

ручным приводом.

П р и м е ч а н и е . Обозначение может применяться с лю-

бым из дополнительных знаков, характеризующих по-

ложение регулирующего органа при прекращении пода-

чи энергии или управляющего сигнала

6. Линия связи. Общее обозначение

7. Пересечение линий связи без соединения

друг с другом

8. Пересечение линий связи с соединением

между собой

1.1.2 Отборное устройство для всех постоянно подключенных приборов изо-

бражают сплошной тонкой линией, соединяющей технологический трубопровод или

аппарат с прибором (рисунок 1). При необходимости указания конкретного места

расположения отборного устройства (внутри контура технологического аппарата) его

обозначают кружком диаметром 2 мм (рисунок 2).

Рисунок А1 Рисунок А2

130

1.2 Б у к в е н н ы е о б о з н а ч е н и я

1.2.1 Основные буквенные обозначения измеряемых величин и функциональных

признаков приборов должны соответствовать приведенным в таблице А2.

Таблица А2 – Буквенные обозначения

Измеряемая величина Функциональный признак прибора

Обо-

зна-

чение

Основное

обозначение

измеряемой величины

Дополнительное

обозначение, уто

ч-

няющее измеряе-

мую величину

Отображение

информации

Формирование

выходного

сигнала

Дополнитель-

ное значение

Плотность

Электрическая величина

(п. 2.13)

Расход

Размер, положение,

перемещение

Ручное воздействие,

Время, временная

программа

Уровень

Влажность

Давление, вакуум

Величина, характери-

зующая качество: со-

став, концентрация

и т. п. (см. п. 2.13)

–

Разность,

перепад

–

Соотношение,

доля, дробь

–

Автоматическое

переключение,

обегание

–

Интегрирование,

суммирование

по времени

Сигнализация

–

––

–

Показание

–

Автоматическое

регулирование,

управление

–

Верхний предел

измеряемой

величины

–

Нижний предел

измеряемой

величины

–