02225

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования
«Владимирский государственный университет
имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых»
Е. В. ЕРОПОВА
ГИДРОПНЕВМОАВТОМАТИКА
И ПРИВОД В МЕХАТРОНИКЕ
Учебное пособие
Владимир 2021
1
УДК 62-8:621.86
ББК 34.447+32.966
Е77
Рецензенты:
Доктор технических наук, профессор
профессор кафедры тепловых двигателей и энергетических установок
Владимирского государственного университета
имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых
С. Г. Драгомиров
Кандидат технических наук, доцент
начальник отдела электронных систем
ООО «НПК “Автоприбор”»
Р. В. Родионов
Еропова, Е. В.
Е77
Гидропневмоавтоматика и привод в мехатронике : учеб.
пособие / Е. В. Еропова ; Владим. гос. ун-т им. А. Г. и Н. Г. Столетовых. – Владимир : Изд-во ВлГУ, 2021. – 319 с.
ISBN 978-5-9984-1308-7
Содержит общие сведения о объемном гидроприводе и пневмоприводе,
гидроаппаратуре, элементах пневматических систем управления, объемных гидромашинах, оснащенных элементами автоматики; знакомит с их назначением,
устройством, принципом действия, классификацией. Приведены методические
рекомендации для практических работ, контрольные вопросы, список рекомендуемой литературы.
Предназначено для студентов бакалавриата, обучающихся по направлению
подготовки 15.03.06 – Мехатроника и робототехника. Может быть использовано
студентами других направлений подготовки, изучающими дисциплину «Гидропневмоавтоматика и приводы мехатронных и робототехнических систем».
Рекомендовано для формирования профессиональных компетенций в соответствии с ФГОС ВО.
Ил. 116. Табл. 11. Библиогр.: 21 назв.
УДК 62-8:621.86
ББК 34.447+32.966
 ВлГУ, 2021
 Еропова Е. В., 2021
ISBN 978-5-9984-1308-7
2
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ ................................................................................................. 7
1. ОСОБЕННОСТИ И ВОЗМОЖНОСТИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ,
ПНЕВМАТИЧЕСКИХ И ГИДРАВЛИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ ............ 8
Контрольные вопросы ............................................................................. 17
2. ПРОЦЕССЫ В ГИДРАВЛИЧЕСКИХ И ПНЕВМАТИЧЕСКИХ
УСТРОЙСТВАХ ....................................................................................... 18
2.1. Общие сведения о жидкости............................................................ 18
2.2. Основные понятия и законы гидродинамики ................................ 21
2.3. Особые состояния жидкости ........................................................... 39
2.4. Основные термодинамические процессы ...................................... 43
2.5. Особенности движения газов .......................................................... 51
Контрольные вопросы ............................................................................. 55
3. НАЗНАЧЕНИЕ ПНЕВМАТИЧЕСКИХ СИСТЕМ ............................ 56
3.1. Классификация пневмоустройств ................................................... 58
3.2. Функции пневматических систем ................................................... 59
3.3. Достоинства и недостатки пневмосистем ...................................... 66
Контрольные вопросы ............................................................................. 68
4. ОБЩАЯ СТРУКТУРА ПНЕВМАТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ............ 69
4.1. Пневмодвигатели .............................................................................. 70
4.2. Направляющая аппаратура .............................................................. 72
4.3. Регулирующая пневмоаппаратура .................................................. 73
Контрольные вопросы ............................................................................. 74
5. УСЛОВНЫЕ ГРАФИЧЕСКИЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ
ПНЕВМОСХЕМ ....................................................................................... 75
5.1. Основные положения ....................................................................... 75
5.2. Примеры построения условных графических обозначений
аппаратов ........................................................................................... 78
5.3. Устройства для подготовки воздуха ............................................... 80
5.4. Исполнительные устройства............................................................ 81
5.5. Пневматические линии ..................................................................... 82
3
5.6. Устройства управления пневмоаппаратурой ................................. 83
Контрольные вопросы ............................................................................. 85
6. ПРАВИЛА ИЗОБРАЖЕНИЯ ПРИНЦИПИАЛЬНЫХ
ПНЕВМАТИЧЕСКИХ СХЕМ ................................................................. 85
6.1. Правила изображения пневмораспределителей ............................ 86
6.2. Компоновка схемы ............................................................................ 88
Контрольные вопросы ............................................................................. 92
7. СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ПНЕВМОПРИВОДАМИ .................... 93
7.1. Способы построения пневматических систем управления .......... 94
7.2. Классификация пневмосистем по типу управления ..................... 95
Контрольные вопросы ........................................................................... 100
8. АЛГЕБРА ЛОГИКИ В ПНЕВМОСИСТЕМАХ .............................. 100
8.1. Логические функции....................................................................... 101
8.2. Основные законы и соотношения алгебры логики ..................... 105
8.3. Задание функций с помощью таблицы состояний ...................... 107
8.4. Реализация логических функций .................................................. 108
Контрольные вопросы ........................................................................... 111
9. РЕАЛИЗАЦИЯ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТНЫХ ФУНКЦИЙ ...... 111
9.1. Реализация функций памяти .......................................................... 112
9.2. Реализация временных устройств ................................................. 114
9.3. Задержка включения (задержка по переднему фронту) ............. 116
9.4. Задержка выключения (задержка по заднему фронту) ............... 117
Контрольные вопросы ........................................................................... 118
10. ПРИМЕРЫ ПОСТРОЕНИЯ ПНЕВМОСХЕМ ............................... 119
10.1. Управление пневмоцилиндром одностороннего действия ...... 119
10.2. Управление пневмоцилиндром двустороннего действия ......... 125
Контрольные вопросы ........................................................................... 132
11. ГИДРОПРИВОД ............................................................................... 132
11.1. Назначение и основные свойства ................................................ 132
11.2. Рабочие жидкости.......................................................................... 138
11.3. Основные параметры гидрооборудования ................................. 139
4
11.4. Баланс мощности. КПД гидропередачи ...................................... 140
11.5. Преимущества и недостатки гидропривода ............................... 142
Контрольные вопросы ........................................................................... 143
12. ОБЪЕМНЫЕ ГИДРОМАШИНЫ .................................................... 143
12.1. Общие сведения ............................................................................. 143
12.2. Назначение насосов и объемных гидродвигателей ................... 145
12.3. Насосы ............................................................................................ 148
12.3.1. Поршневые насосы ..................................................................... 148
12.3.2. Роторные насосы ........................................................................ 149
12.3.3. Характеристика насоса .............................................................. 159
12.4. Объёмные гидродвигатели ........................................................... 161
12.4.1. Гидромоторы ............................................................................... 161
12.4.2. Гидроцилиндры и поворотные гидродвигатели ..................... 163
Контрольные вопросы ........................................................................... 163
13. ГИДРОАППАРАТУРА, ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ
УСТРОЙСТВА И ГИДРОЛИНИИ ....................................................... 164
13.1. Направляющие гидроаппараты .................................................... 165
13.2. Регулирующие гидроаппараты .................................................... 170
Контрольные вопросы ........................................................................... 179
14. РЕГУЛИРОВАНИЕ ГИДРОСИСТЕМ ........................................... 179
Контрольные вопросы ........................................................................... 189
15. ГИДРОПРИВОД И ПНЕВМОПРИВОД: ТЕРМИНЫ
И ОПРЕДЕЛЕНИЯ ................................................................................. 189
15.1. Общие понятия .............................................................................. 190
15.2. Объемные гидроприводы (пневмоприводы) .............................. 194
15.3. Объемные гидромашины (объемные пневмомашины) ............. 198
15.4. Гидроаппараты (пневмоаппараты) .............................................. 212
15.5. Кондиционеры рабочей среды ..................................................... 222
15.6. Гидроемкости (пневмоемкости) .................................................. 226
15.7. Гидролинии (пневмолинии) ......................................................... 228
15.8. Комбинированные гидроустройства (комбинированные
пневмоустройства) ........................................................................ 230
Контрольные вопросы ........................................................................... 232
5
16. КЛАССИФИКАЦИЯ ОБОРУДОВАНИЯ ОБЪЕМНОГО
ГИДРОПРИВОДА И ПНЕВМОПРИВОДА ........................................ 233
Контрольные вопросы ........................................................................... 241
17. ОСОБЕННОСТИ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ
И ПНЕВМАТИЧЕСКИХ ПРИВОДОВ
РОБОТОТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ ................................................... 242
Контрольные вопросы ........................................................................... 256
18. ИЗУЧЕНИЕ ПРИНЦИПОВ ПОСТРОЕНИЯ И СПОСОБОВ
УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПНЕВМАТИЧЕСКИМИ ПРИВОДАМИ
С ПОМОЩЬЮ РЕЛЕЙНО-КОНТАКТНЫХ СХЕМ .......................... 256
ЗАКЛЮЧЕНИЕ....................................................................................... 302
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ................................................... 304
ПРИЛОЖЕНИЕ ...................................................................................... 306
6
ВВЕДЕНИЕ
В общих чертах термину «Мехатроника» можно дать следующее
определение – это область науки и техники, основанная на системном
объединении узлов точной механики, электротехники, электроники,
микропроцессорной техники, различных источников энергии, исполнительных электро-, гидро- и пневмоприводов, а также интеллектуального управления ими, ориентированная на создание и эксплуатацию агрегатов современных автоматизированных производственных
систем.
Мобильные машины, роботы и различные мехатронные системы
имеют возможность передвигаться или изменять положение своих частей благодаря исполнительным механизмам. Чем больше степеней
свободы у исполнительного механизма – тем больше у машины, робота или исполнительного устройства подвижность.
В зависимости от типа исполнительного устройства, достигается
более или менее качественная реализация взаимодействия частей машины друг с другом, а также эффективность и гибкость ее работы.
Подбор типа исполнительного устройства является сложной задачей,
которая решается на этапе конструирования.
Пневматические и гидравлические исполнительные устройства
являются популярными типами исполнительных устройств, применяемых в мехатронных системах.
Опыт автоматизации и роботизации процессов в различных отраслях промышленности показывает, что электрогидравлические и
электропневматические системы управления обеспечивают минимальные габариты и массы исполнительных механизмов при максимальной их выходной мощности и быстродействии. Этим объясняется
постоянно расширяющееся применение электрогидравлических и
электропневматических систем управления в робототехнических
комплексах.
В пособии рассмотрены принципы построения, основы теории и
применения устройств электрогидравлических и электропневматических систем автоматики и приводов мехатронных систем с учетом
физических параметров и особенностей течений рабочих жидкостей и
газов.
7
1. ОСОБЕННОСТИ И ВОЗМОЖНОСТИ
ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ, ПНЕВМАТИЧЕСКИХ
И ГИДРАВЛИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ
Электрогидравлические и электропневматические системы автоматического управления имеют широкое распространение в самых
различных областях техники, включая робототехнические и автоматизированные комплексы машиностроительной, космической, авиационной, химической, атомной и других отраслей. Сочетая в себе известные достоинства электрической связи и управления с быстродействием и относительной легкостью мощных гидро- и пневмоприводов, эти системы вытесняют чисто механические и электрические системы управления и контроля.
Как и всякая система автоматического управления, электрогидравлическая (электропневматическая) система структурно (рис. 1.1)
представляет собой замкнутый контур, соединяющий прямой (звенья
1, 2, 3) и обратной 4) связью сравнивающее 1 и исполнительное 3
устройства.
1
2
3
4
Рис. 1.1. Функциональная схема электрогидравлической
(электропневматической) следящей системы
В функции сравнивающих устройств входит фиксация отклонения управляемого или контролируемого параметра от заданного значения и выработка сигнала управления для исполнительных
устройств. Последние должны в соответствии с этим сигналом изменить значение контролируемой величины и информировать об этом
сравнивающие устройства. Практически, однако, бывает трудно непосредственно состыковать маломощные сравнивающие и мощные исполнительные устройства, которые к тому же часто различаются по
своей физической природе. Кроме того, для управления бывает недостаточно только сигнала о значении отклонения контролируемой ве8
личины от нормы, поэтому требуется информация о скорости изменения отклонения и других, более сложных функциях сигнала сравнивающего устройства. Ввиду этого контур управления содержит ряд
других элементов (управляющее устройство 2), таких, как усилители
мощности, преобразователи рода энергии сигналов, а также корректирующие и логические устройства, обеспечивающие совместную работу сравнивающих и исполнительных устройств.
По функциональному признаку элементы систем автоматики,
независимо от их конструкции и вида энергии, приводящей их в действие, делятся на три основных вида:
 элементы автоматического контроля (измерение, сигнализация, учёт);
 элементы автоматической защиты (включая автоматическую
блокировку);
 элементы автоматического управления.
Электрические, пневматические и гидравлические системы являются основными системами в мехатронике и робототехнике. Нельзя
утверждать, что какая-то из этих систем является наилучшей для всех
отраслей промышленности и условий работы. Решающими при выборе являются те качества системы, реализация которых наиболее целесообразна в конкретных условиях.
К числу основных характеристик данных систем следует отнести:
1) Конструктивные характеристики:
- металлоёмкость;
- сложность;
- подверженность коррозии;
- взрыво- и пожаробезопасность.
2) Рабочие характеристики:
- надёжность;
- долговечность;
- точность;
- дальность действия системы;
- быстродействие системы;
- возможность получения больших моментов и усилий;
- быстродействие исполнительных органов;
9
- плавность хода и возможность регулирования скорости движения исполнительных органов;
- простота осуществления законов управления.
3) Экономические характеристики:
- стоимость изготовления;
- расход энергии;
- эксплуатационные расходы;
- коэффициент полезного действия (КПД).
Широкое применение гидро- и пневмоаппаратура получила как
в качестве отдельных преобразователей электромеханических приборов, систем, так и в качестве самостоятельных (чисто гидропневматических) приборов и регуляторов (усилителей).
Это объясняется следующими достоинствами гидравлических и
пневматических элементов:
- большой мощностью при сравнительно небольших габаритах;
- хорошим быстродействием;
- высокой точностью;
- длительным сроком службы;
- взрывобезопасностью.
В табл. 1.1. представлено сравнение электрических, гидравлических и пневматических систем по их основным параметрам.
Таблица 1.1. Сравнительная оценка электрических,
гидравлических и пневматических элементов и систем
Конструктивные характеристики
Металлоёмкость
Сложность
(конструктивная, монтажа,
наладки, эксплуатации, ремонта)
Взрыво- и
пожаробезопасность
Аппаратура
Исполнительные
органы
Электрические и
электронные
1
3
3
3
Гидравлические
3
1
1
2
Пневматические
2
2
2
1
10
Рабочие характеристики
Долговечность
Надёж
ность
Бесконтактные
Контактные
Электрические и
электронные
3
1
3
Гидравлические
1
2
2
3
1
Пневматические
1
2
2
3
2
Быстродействие системы
Точность
Дальность
действия
В
большинстве
случаев
Реле,
следящие
системы
1
1
3
3
2
1
2
2
3
1
2
3
(регулирование)
1
(регулирование)
2
(регулирование)
1
(измерение)
Рабочие характеристики
Быстродействие
исполнительных
органов
Возможность
получения
больших моментов и усилий
Плавность
хода и возможность регулирования
скорости
движения
Простота реализации законов регулирования
Электрические и
электронные
3
3
3
3
Гидравлические
2
1
1
1
2
1
2
Пневматические
1
2
2
2
1
1
2
11
Экономические характеристики
Стоимость
изготовления
Эксплуатационные расходы
Расход энергии
КПД
Электрические и
электронные
3
1
1
1
Гидравлические
1
2
2
2
2
3
Пневматические
1
2
3
3
2
3
Достоинства гидравлических преобразователей:
- обладают бÓльшей мощностью, развивают бÓльшие моменты, чем электрические тех же размеров и веса;
- обеспечивают изменение скорости перемещения подвижных
частей по ходу работы;
- обеспечивают быстрое переключение направления движения
(реверс);
- малая сжимаемость рабочей жидкости обеспечивает плавное
и надёжное действие исполнительных устройств;
- высокая вязкость жидкости обеспечивает подавление высокочастотных сигналов и помех;
- малая инерционность;
- большой срок службы;
- простота конструкции и удобство эксплуатации.
Недостатки гидравлических преобразователей:
- большие неудобства работы с маслопроводами;
- с изменением температуры изменяется вязкость жидкости, а
это изменяет расход и отрицательно сказывается на точности работы;
- наличие потерь на трение жидкости о внутреннюю поверхность трубопроводов и на преодоление местных сопротивлений;
- возможность утечек жидкости;
12
- возможность образования воздушных подушек в системе,
что неблагоприятно отражается на динамической характеристике.
Достоинства пневматических преобразователей:
- отсутствие течи масла;
- относительная простота;
- малый вес при значительной мощности;
- отсутствие резервуаров;
Недостатки пневматических преобразователей:
- трудность смазки трущихся частей;
- вследствие сжимаемости воздуха в систему вводятся дополнительные запаздывания во времени, что может являться недостатком
при неправильном проектировании.
Пневматические системы широко используются для получения
средних мощностей (находятся между электрическими малой мощности и гидравлическими большой мощности).
Место пневматических преобразователей в схеме прибора то же,
что и электрических датчиков-преобразователей.
Рабочей средой преобразователей могут являться жидкость и
сжатый воздух.
Сведения о рабочей среде
1. Гидросистема.
В гидроприводе жидкость выполняет функции рабочего тела,
поэтому ее называют рабочей жидкостью. С помощью рабочей жидкости энергия передается от источника (насоса) к исполнительным
гидродвигателям. Кроме того, рабочая жидкость является смазочным
материалом для многочисленных пар трения, охлаждающим агентом
пар трения, средой, удаляющей из пар трения продукты изнашивания
и обеспечивающей при длительной эксплуатации защиту деталей от
коррозии. Поэтому одной из функций жидкости является снижение
трения и устранение износа элементов гидросистемы, изготовленных
из различных конструкционных материалов. Не менее важной функцией, выполняемой рабочей жидкостью в гидросистеме, является отвод тепла от различных участков системы. Нагрев элементов гидропривода вызывается трением подвижных частей в гидромашинах и
13
гидроаппаратах, потерями энергии на трение и вихреобразование при
течении жидкости в трубопроводах, распределителях, дросселях и
других элементах гидропривода. Для обеспечения защиты деталей
элементов гидросистемы от коррозии при длительной эксплуатации
машины рабочая жидкость не должна содержать воду, для чего в некоторые жидкости вводятся специальные присадки – ингибиторы
коррозии. Исходя из основных функций, выполняемых рабочей жидкостью в гидроприводе, формулируются и требования к ней.
Рабочая жидкость должна обладать хорошей смазывающей способностью, быть стабильной в процессе хранения и эксплуатации,
иметь необходимые вязкостные свойства, быть совместимой с материалами гидросистемы, обеспечивать хороший теплоотвод, иметь высокий индекс вязкости (ИВ), высокий модуль объемной упругости и
низкое давление насыщенных паров, минимальную вспениваемость и
высокую стойкость к образованию водных эмульсий, предотвращать
образование ржавчины. При выборе рабочей жидкости следует учитывать ее вязкость, температуру и давление, при которых будет эксплуатироваться гидросистема. Температура застывания рабочей жидкости должна быть на 15–20 °С ниже наименьшей температуры окружающей среды. Максимальная температура рабочей жидкости в гидросистеме не должна превышать 70–80 °С.
Наибольшее распространение в системах гидроприводов получили минеральные масла на нефтяной основе благодаря низкой стоимости, доступности применения в больших количествах, хорошей
смазывающей способности и сравнительно большому сроку службы
при высоких давлениях.
Широко применяются такие масла, как: трансформаторное, веретенное АУ, индустриальное, турбинное, цилиндровое, ВМГ3, МГ30, МГ-50Н и др.
Большинство из этих масел предназначено для работы в узком
диапазоне температур от –10 до +50 °С. Для работы в широком диапазоне температур, в том числе при низких температурах, применяют
масла АГМ, МВП, ГМ-50И. В последнее время получило распространение минеральное масло АГМ-10, состоящее из легких фракций
нефти, к которым для повышения вязкости добавляется специальный
загуститель. Масло АГМ-10 применяется в диапазоне температур от –
50 до +90 °С.
14
Рабочая жидкость выбирается, исходя из её основных характеристик:
 плотности;
 вязкости;
 зависимости вязкости от температуры и давления;
 способности жидкости растворять воздух и газы;
 смазывающей способности;
 сжимаемости;
 температуры вспышки и застывания;
 вспениваемости;
 токсичности,
 объёмной прочности на растяжение;
 склонности к облитерации.
В системах гидроавтоматики применяются жидкости, вязкость
которых изменяется не более, чем в 100 раз в пределах изменения
температуры от +50°С до -20°С.
Рабочие жидкости должны иметь возможно меньшую способность растворять в себе воздух.
Объёмная прочность жидкости на растяжение характеризует
опасность разрыва жидкости при движении.
Облитерацией называют свойство жидкости вызывать процесс
абсорбции на стенках канала поляризованных молекул жидкости, которые наслаиваются, приобретая определённую прочность. Из-за этого меняется расход жидкости (снижение точности), увеличиваются
усилия, необходимые для перемещения деталей элементов. С целью
уменьшения облитерации подбирают соответствующие жидкости, создают колебания одной из сопрягаемых деталей.
2. Пневмосистема.
Рабочим телом в пневматических системах управления является
сжатый воздух, представляющий собой механическую смесь азота,
кислорода (по объему примерно 78 и 21 % соответственно) и других
газов, содержащихся в небольшом количестве (аргон, углекислый газ
и т. д.), а также водяного пара.
Воздух, содержащий водяные пары, характеризуется абсолютной и относительной влажностью. На практике при термодинамиче-
15
ских расчетах используют параметры сухого воздуха. Поправку на
влажность вносят только при особых требованиях к точности.
Основными и наиболее распространенными параметрами, характеризующими состояние сжатого воздуха, являются давление,
температура и удельный объем (или плотность).
Давление р представляет собой силу, действующую по нормали
к поверхности тела и отнесенную к единице площади этой поверхности.
Атмосферным давлением условно принято считать давление,
которое уравновешивается столбом ртути высотой 760 мм, что соответствует среднему давлению атмосферы на уровне моря. Давление,
отсчитываемое от величины атмосферного давления, называют избыточным или манометрическим. Его измеряют манометрами и указывают в технических характеристиках пневматических устройств. В
теоретические зависимости всегда подставляют абсолютное давление,
которое равно сумме избыточного и атмосферного (барометрического) давлений и является параметром состояния газа.
Параметром состояния газа является также абсолютная температура Т, отсчет которой ведут от абсолютного нуля, лежащего на 273°
ниже нуля по шкале Цельсия, т. е. Т = t°+ 273°, где t° – температура в
градусах Цельсия.
Абсолютную температуру Т измеряют в Кельвинах (К). Эта величина входит во все термо- и газодинамические зависимости.
Удельный объем представляет собой объем, занимаемый единицей
массы вещества (м3 / кг) v =V/m, где V и m – соответственно объем и
масса газа. Величину, обратную удельному объему, называют плотностью ρ = 1/v = m/V .
Параметры состояния газа р, v, Т однозначно связаны между собой уравнением состояния, вид которого в общем случае зависит от
свойств газа: F(р, ρ, Т) = 0.
Основные требования к чистоте воздуха и к устройствам для его
подготовки зависят в некоторой мере от диапазонов давлений питания, принятых в пневмоавтоматике.
Низкий диапазон (0,0012÷0,005 МПа) используют для питания
струйных устройств, а также мембранных вычислительных приборов
низкого давления. В этом диапазоне давлений питания резко уменьшается потребляемая мощность и расход воздуха в системе, что поз16
воляет применить более компактные источники питания или продлить при фиксированной емкости время их работы. При подготовке
воздуха для пневматических систем низкого давления необходимо
позаботиться об очистке его от пыли, влаги и паров масла, которые
могут вызвать засорение капилляров. Если воздух не содержит паров
масла (например, при питании от вентилятора), то при больших проходных сечениях дросселей в системах подготовки воздуха не обязательно применять фильтры тонкой очистки.
Нормальный диапазон (0,118÷0,175 МПа) используют для питания мембранных управляющих и регулирующих приборов.
Высокий диапазон (0,4÷0,98 МПа) для питания поршневых и
мембранных исполнительных устройств. При работе систем на нормальных и высоких давлениях быстрое расширение воздуха в момент
истечения из сопл вызывает резкое его охлаждение и приводит к выделению влаги и к обмерзанию сопл.
В соответствии с требованиями, сжатый воздух должен:
 быть очищен от влаги, пыли и масла;
 иметь относительную влажность не более 50-60 % при
20°С.
Контрольные вопросы
1. Классификация элементов систем автоматики по функциональному признаку.
2. Основные характеристики систем автоматики.
3. Сравнительная оценка электрических, гидравлических и
пневматических элементов и систем.
4. Достоинства гидравлических преобразователей.
5. Недостатки гидравлических преобразователей.
6. Достоинства пневматических преобразователей.
7. Недостатки пневматических преобразователей.
8. Требования к рабочей жидкости.
9. Основные характеристики рабочей жидкости.
10. Параметры, характеризующие состояние сжатого воздуха.
11. Диапазоны давлений питания, принятые в пневмоавтоматике.
12. Подготовка воздуха для пневматических систем.
17
2. ПРОЦЕССЫ В ГИДРАВЛИЧЕСКИХ И ПНЕВМАТИЧЕСКИХ
УСТРОЙСТВАХ
Отличительная особенность гидравлических и пневматических
устройств автоматики главным образом состоит в том, что основным
носителем информации в них является жидкость или газ. Поскольку
же передача информации невозможна без затрат энергии, эти агенты
всегда в той или иной степени служат также основными носителями
энергии. Основными, но не единственными, так как в большинстве
своем автоматические системы являются гидро- и пневмомеханическими, т. е. в них как информация, так и энергия претерпевают последовательный ряд превращений из механической формы в гидравлическую или пневматическую и обратно. Исключение составляют лишь
системы, принадлежащие струйной технике, или флюидике, где вся
переработка информации осуществляется исключительно в гидравлической или пневматической форме. Прежде чем приступить к знакомству с соответствующими устройствами, необходимо остановиться на
основных положениях, относящихся к движению жидкостей и газов.
В движении жидкостей и газов можно выделить гораздо больше общих моментов, нежели различий. Поэтому сначала рассмотрим законы гидродинамики, а затем распространим их на движение газов, оговорив случаи, когда сжимаемость газа оказывает существенное влияние на характер его движения.
2.1. Общие сведения о жидкости
Жидкость – физическое тело, обладающее свойством текучести
и почти полным отсутствием сопротивления разрыва.
Текучесть жидкости – это отсутствие собственной формы, т.е.
способность жидкости принимать форму сосуда, в который она помещена.
Жидкости в гидромеханике делят на два вида:
 капельные;
 газообразные.
18
К капельным жидкостям относятся вода, нефть, бензин, ртуть,
спирт, масло и другие.
Эти жидкости в малых объемах принимают форму капли, а в
больших объёмах для них характерно наличие поверхности раздела с
газом – свободной поверхности.
Капельные жидкости характеризуются:
 большим сопротивлением сжатию (практически несжимаемы);
 малым сопротивлением растягивающим и касательным усилиям (незначительные силы сцепления и трения между частицами
жидкости);
 незначительной температурной расширяемостью;
 наличием свободной поверхности.
Газообразные жидкости – это легко сжимаемые газы (воздух,
азот, кислород и др.).
В дальнейшем под термином «жидкость» будем понимать только капельную жидкость.
Существуют два понятия: реальная жидкость и идеальная жидкость.
Реальная жидкость – это жидкость, существующая в природе.
Идеальная жидкость – это несжимающаяся, нерасширяющаяся,
обладающая абсолютной подвижностью частиц, отсутствием сил
внутреннего трения. Это понятие введено для облегчения решения задач гидромеханики.
Существуют различные системы измерения физических величин:
 СИ (международная);
 СГС (физическая);
 МКГСС (техническая).
В таблице 2.1 приведены основные величины, применяющиеся в
гидравлике, и их единицы измерения.
19
Таблица 2.1. Основные физические величины
и их единицы измерения
Наименование
величины
Система измерения физических величин
СИ
СГС
МКГСС
Длина
м
см
м
Масса
кг
г
кгс с2/м
Время
с
с
с
кг/м3
г/см3
кгс с2/м4
Сила
Н
дин (дина)
кгс
Удельный вес
Н/м3
дин/см3
кгс/м3
Работа, энергия
Дж
эрг
кгс м
Мощность
Вт
эрг/с
кгс-м/с
Давление
Па
(Па = Н/м2)
дин/см2
кгс/м2
Н-с/м2
П
(П=дин-с/см2)
кгс-с/м2
м2/с
Ст
(Ст=см2/с)
м2/с
Плотность
Динамический
коэффициент
вязкости
Кинематический коэффициент вязкости
Единицы, характеризующие давление:
- 1 бар = 105 Па;
- 1 мм.рт.ст. = 133,3224 Па;
- 1 мм. вод. ст. = 9,80665 Па = 10 Па;
- 1 ат = 1 кгс/см2 (техническая атмосфера) = 9,806 65 1 04 Па;
- 1 атм (физическая атмосфера) = 760 мм.рт.ст. = 1,033 кгс/см2
= 1,01325 бар.
В расчётах, как правило, пользуются системой единиц СИ.
Паскаль (Па) – очень малая величина и пользуются мегапаскалем (МПа):
20
-
1 МПа = 106 Па;
10 ат = 1 МПа.
2.2. Основные понятия и законы гидродинамики
Основными физическими свойствами жидкостей являются:

плотность;

удельный вес;

удельный объём;

сжимаемость;

вязкость.
Кроме этого, для жидкостей, применяемых в гидроприводах, основными физическими свойствами являются:

смазывающая способность;

физическая стабильность;

механическая стабильность;

химическая стабильность.
Распределение жидкости по объему характеризуется:

плотностью;

удельным весом.
Плотность жидкости – это отношение массы однородной жидкости к ее объему:
𝜌=
𝑚
,
𝑉
где m – масса жидкости, кг;
V – объем жидкости, м3.
В гидравлике широко используется понятие относительной
плотности.
Относительной плотностью жидкости называется отношение
плотности жидкости к плотности воды, взятой при t = 3,98 °С:
𝜌0 =
𝜌
,
𝜌в
Относительная плотность – величина безразмерная.
21
Удельный вес жидкости – это отношение веса жидкости к ее
объему:
𝛾=
𝐺
,
𝑉
Между удельным весом и плотностью существует следующая
связь:
G = m×g ,
где g – ускорение свободного падения;
V = m/ρ,
то
𝛾=
𝐺
𝑚𝑔
=
= 𝜌𝑔 .
𝑉 𝑚/𝜌
Относительный удельный вес жидкости при определенной температуре этой жидкости можно найти из равенства
𝛾0 =
𝛾𝑡
,
𝛾в
где ɣt – удельный вес жидкости, взятый при определенной температуре; ɣв – удельный вес воды, взятый при t = 3,98 °С.
Удельный объем жидкости – это величина, обратная плотности:
𝑉=
𝑙
𝑉
= .
𝜌 𝑚
Отсюда можно записать, что v×ρ = 1.
Сжимаемость жидкости – это свойство жидкости изменять
свой объем (плотность) при изменении давления и температуры.
Параметры, характеризующие сжимаемость:

коэффициент объёмного сжатия;

объёмный модуль упругости;

коэффициент температурного расширения.
22
Коэффициентом объемного сжатия характеризуется величина
сжатия, зависящая от давления.
Коэффициент объемного сжатия показывает относительное изменение объема жидкости, приходящееся на единицу изменения давления:
𝛽𝑉 = −
𝛥𝑉
1
×
,
𝑉0 𝛥𝑝
где V0 – начальный объем жидкости (при начальном давлении
p0);
∆V = Vp - V0 – изменение объема жидкости при изменении давления на величину ∆p = p - p0.
Знак «-» в выражении обусловлен тем, что положительному
приращению давления соответствует отрицательное приращение
(уменьшение) объема.
Величина βV весьма мала. В практических задачах изменением
объема (плотности) при изменении давления пренебрегают. Однако
обязательно учитывают при гидроударе, колебаниях жидкости.
Объемный модуль упругости – это величина обратная коэффициенту объемного сжатия жидкости:
𝐸=
1
.
𝛽𝑉
Значения в V и Е зависят от давления и температуры, т.е. V = f(p,
t) и Е = f(p, t).
Коэффициент температурного расширения показывает относительное изменение объема жидкости, приходящееся на единицу изменения температуры:
𝛽𝑡 =
𝛥𝑉 1
× ,
𝑉0 𝛥𝑡
где ∆V = Vt - V0 – изменение объема жидкости, вызванное изменением
температуры на величину ∆t = t - t0.
23
Объем жидкости при нагревании до температуры t вычисляется
по формуле
𝑉𝑡 = 𝑉0 × (1 + 𝛽𝑡 × 𝛥𝑡) = 𝑉0 [1 + 𝛽𝑡 × (𝑡 − 𝑡0 )].
Это следует учитывать при расчете емкостей.
Коэффициенты температурного расширения для жидкостей значительно выше их коэффициентов объемного сжатия, тем не менее,
они также очень малы. Поэтому на практике для большинства инженерных расчетов их не учитывают.
Вязкость – это свойство реальной жидкости оказывать сопротивление относительному перемещению (сдвигу) отдельных частиц
или слоев жидкости при приложении внешних сил.
Вязкость есть свойство противоположное текучести: более вязкие жидкости являются менее текучими, и наоборот.
Вязкость проявляется лишь при течении жидкости.
При течении вязкой жидкости вдоль твердой стенки происходит
торможение потока, обусловленное вязкостью.
Рассмотрим поток жидкости (рис. 2.1), условно состоящий из
отдельных слоев.
Рис. 2.1. Течение вязкой жидкости вдоль твердой стенки
24
Обозначим оси в прямоугольной системе координат. По оси
абсцисс отложим скорость частиц жидкости в слое V, а по оси ординат – расстояние между слоями у.
Если ось V находится на дне водоема, то скорость в точке V = 0
равна нулю. Слои жидкости движутся с различной скоростью. Скорости слоев изменяются по параболической кривой.
При течении вязкой жидкости происходит проскальзывание
между слоями жидкости, которое сопровождается возникновением
касательных напряжений (напряжений трения).
Удельная сила трения – это сила внутреннего трения между
слоями жидкости, приходящаяся на единицу поверхности.
Согласно гипотезе, высказанной И. Ньютоном в 1686 году и экспериментально обоснованной проф. Н.П.Петровым в 1883 году,
удельная сила трения (касательные напряжения в жидкости τ) прямо
пропорциональна поперечному градиенту скорости и зависит от рода
жидкости.
Таким образом, τ определяется по формуле (закон вязкого трения Ньютона)
𝛥𝑉
,
𝛥𝑦
𝜏=µ
где р – динамический коэффициент вязкости;
∆V/ ∆у – поперечный градиент скорости.
Градиент скорости характеризует изменение скорости, приходящееся на единицу длины между слоями в направлении оси у.
Градиент скорости показывает интенсивность сдвига слоев жидкости в данной точке.
Сила трения между слоями жидкости определяется по формуле
𝑇 =𝑆×𝜏 =𝑆×µ
𝛥×𝑉
,
𝛥×𝑦
где S – площадь соприкасающихся слоев.
На практике наиболее часто пользуются не динамическим коэффициентом вязкости, а его отношением к плотности жидкости, называемым кинематическим коэффициентом вязкости.
25
Кинематический коэффициент вязкости – это отношение динамического коэффициента вязкости к плотности жидкости:
𝜈=
µ
.
ρ
Значения вязкости приводятся в таблицах при определенной
температуре жидкости (обычно при +50 °С). Вязкость капельных
жидкостей зависит от рода жидкости, давления и температуры.
Важнейшим свойством жидкости является ее практическая несжимаемость. Таким образом, будем принимать плотность ρ [кг/м3]
жидкости постоянной при заданной температуре.
Плотность, так же как и удельный вес, зависит от давления и
температуры. Плотность и удельный вес жидкостей уменьшаются с
повышением температуры и уменьшением давления. (Представляет
исключение вода в диапазоне от 0 до 3,98 °С.) При t = 3,98 °С вода
характеризуется наибольшими значениями ρ и ɣ.
Несмотря на то, что температура оказывает некоторое влияние
на плотность жидкости, это влияние не столь значительно, поэтому,
как правило, им пренебрегают на фоне гораздо более существенных в
количественном отношении изменений других свойств жидкости.
Наиболее важным свойством жидкости, подверженным сильному влиянию температуры, является вязкость. От температуры вязкость зависит в сильной степени: при увеличении температуры вязкость уменьшается.
Кроме того, вязкость жидкостей зависит от давления. При относительно высоких давлениях вязкость рабочих жидкостей на нефтяной и синтетической основе, изолированных от газа, увеличивается
вследствие уменьшения расстояния между молекулами.
Зависимость вязкости от давления существенно проявляется
лишь при относительно больших изменениях давления: вязкость увеличивается с ростом давления.
Индекс вязкости характеризует степень постоянства вязкости
жидкости при изменении температуры. Чем выше индекс вязкости,
тем более пологой является кривая зависимости вязкости от температуры (рис. 2.2).
Наилучшей жидкостью является жидкость со стабильной вязкостью на всём интервале рабочих температур.
26
Индекс вязкости (ИВ) определяют, сравнивая кривую ν исследуемого масла с кривыми 1 и 2 двух эталонных масел с одинаковой вязкостью ν100 при t = 100 °С. Первое их этих масел (кривая 1)
имеет пологую характеристику и условно имеет ИВ = 100, а второе
имеет крутую характеристику (кривая 2) и условно имеет ИВ = 0.
Обычно для индустриальных масел ИВ = 70.. .100, для загущенных
ИВ = 120.180. Практически ИВ определяют по номограммам.
Рис. 2.2. Зависимость кинематического коэффициента вязкости
от температуры
Вязкость жидкостей измеряют опытным путем при помощи
прибора, называемого вискозиметром.
Основные параметры рабочих жидкостей гидросистемы приведены в таблице 2.2.
В гидросистемах жидкость постоянно находится под воздействием разного рода сил. Эти силы могут либо прикладываться жидкости извне со стороны механических устройств, либо порождаться
инерцией и весом самой жидкости.
Вследствие текучести жидкости (подвижности ее частиц), в ней
не могут действовать сосредоточенные силы, а возможно лишь действие сил непрерывно распределенных по ее объему (массе) или по
поверхности.
Жидкость, находящаяся в покое, подвергается действию внешних сил двух категорий:

массовых сил;

поверхностных сил.
Массовые силы пропорциональны массе жидкости (а для однородных жидкостей и ее объему). Это силы тяжести и силы инерции.
27
Диапазон рабочих температур, °С
Диапазон рабочих температур, °С
Плотность ρ, кг/м3, при 20°С, не более
Коэффициент растворимости воздуха
при 20°С
Коэффициент ср, кДж/(кг × град),
при 20°С
Таблица 2.2. Основные параметры рабочих жидкостей гидросистемы
9
10
11
12
13
14
-30 165
-30,
+40
880 0,0759
-30
7
-15 200
0,
+90
890
-15
19 10,5
-15 180
10,
+50
890
-15
-15 -220
10,
+60
900
-15
Кинематический коэффициент
вязкости ν.
-6
2
10 м /с, при температуре, °C
Температура t,
®С
40
50
60
80
-50
2
3
4
5
6
7
Индустриальное 12А1,
не
более
30
13-17
10-14
Индустриальное 20А,
62
29-35
17-23
12
Индустриальное ЗОА,
138
41-51
27-33
61-75
38-52
28
20
1
Индустриальное 40А,
28
застывания,
не выше
вспышки, не
выше
Марка жидкости
8
Продолжение таблицы 2.2. Основные параметры рабочих жидкостей гидросистемы
1
2
Индустриальное 50А
3
49
19,8
Трансформаторное ТК
не
более
30
10,7
21,6
13,6
113
40
АМГ-10
29
МВП (приборное),
Керосин
5
6
9
10
11
-20 200
10,
+70
910
-20
6,4
-45 163
-40,
+60
896
-45
4,1
-45 135
-30,
+90
900
90-110 42-58
АУ (веретенное)
Турбинное Т22
4
12-14
10
не
более 6,4
8
не
менее 9,2
10,0
20-23
17
6,5-8,0
7
8
-60,
850 0,1038 1,844
+100
-70
-15 180
5,
+50
900
-15
23466 -60 125
-40,
+60
900
-60
33
805
Велосит Л
4-5,1
-25 112
МС-20
не
менее
20
-18 270
29
14
-45
1,70
1120
13
1,71
не
6,7 более -70
1250
8,5
12
-10,
+30
0,127
885 0,0959
897
-25
2,04
-18
Поверхностные силы – это силы, действующие на поверхности
объемов жидкости. Эти силы обусловлены непосредственным воздействием соседних объемов жидкости на данный объем или же воздействием других тел, соприкасающихся с данной жидкостью. Например,
давление атмосферы на поверхность жидкости в открытом сосуде.
Как массовые, так и поверхностные силы обычно рассматривают в виде единичных сил. Массовые силы относят к единице массы, а
поверхностные – к единице площади.
Так как массовая сила равна произведению массы на ускорение,
то единичная массовая сила численно равна соответствующему ускорению.
Для характеристики действия сил пользуются понятием давления р, которое определяется как нормальная сила, приходящаяся на
единицу площади.
В устройствах гидроавтоматики внешние силы и силы инерции
обычно значительно превосходят силы, вызванные весом самой жидкости, поэтому, как правило, при определении давлений весом жидкости пренебрегают. В этом случае давления в любых точках объема
жидкости принимаются одинаковыми, а значение нормальной силы F
[Н], приложенной со стороны жидкости к той или иной поверхности,
определяют произведением давления на площадь этой поверхности S
[м2]:
𝐹 =𝑝×𝑆
Поскольку в некосмических устройствах автоматики жидкость,
помимо всего прочего, находится ещё и под воздействием атмосферного давления, символом р обозначают обычно так называемое избыточное давление, которое представляет величину превышения давления над атмосферным p0, принятым за начало отсчета, в отличие от
абсолютного давления ра.
Имеет место соотношение:
𝑝а = 𝑝0 + 𝑝 .
Основное уравнение гидростатики:
pа = p0 + ρ×g×h.
30
Таким образом, давление в точке покоящейся жидкости зависит
от плотности жидкости ρ, расстояния точки от свободной поверхности h и давления р0, действующего на свободную поверхность
жидкости.
То есть гидростатическое давление, определяемое по выражению основного закона гидростатики, называется абсолютным давлением.
Рассмотрим два случая.
1. Если р > р0.
Разность между абсолютным давлением и атмосферным называется избыточным или манометрическим давлением:
pм = p — p0.
Давление pм может изменяться от нуля до бесконечности.
2. Если p < p0.
Разность между атмосферным давлением и абсолютным, когда
последнее меньше атмосферного, называется вакуумметрическим
давлением (или давлением разрежения):
pв = p0 – p.
Оно показывает недостаток давления в данной точке до атмосферного. Давление pв может изменяться от нуля до p0.
Согласно закону Паскаля, внешнее давление, производимое на
жидкость, заключенную в закрытом сосуде, передается жидкостью во
все точки без изменения.
Пусть в сосуде с жидкостью имеется поршень, на который оказывает давление сила F.
Тогда давление на жидкость от силы F определяется по формуле
pF = F/S,
где S – площадь поршня.
Закон Паскаля лежит в основе всех гидравлических машин объемного действия. Он имеет широкое применение в технике. Используетcя в механизмах, действие которых основано на передаче давле31
ния внутри жидкости. Это гидравлические прессы, тормоза, подъемники и др.
В первом приближении в диапазоне изменения давлений до 50
МПа при фиксированной температуре для минеральных масел справедливо соотношение
𝜈𝑝 = 𝜈0 × (1 + 𝑘 × 𝑝),
где νр и ν0 – кинематический коэффициент вязкости при давлении р и атмосферном соответственно, Па;
k – коэффициент, зависящий от марки масла.
На вязкость жидкостей оказывает влияние и наличие в них растворенного или нерастворенного (в виде пузырьков) газа (воздуха). С
увеличением количества растворенного в жидкости газа значение динамического коэффициента вязкости уменьшается.
Между гидравлическими и электрическими величинами и процессами можно провести формальные аналогии, которые проявляются в том, что и те и другие процессы описываются одинаковыми дифференциальными или алгебраическими уравнениями, а соответственные гидравлические и электрические величины (аналоги) одинаково
входят в эти уравнения. Несмотря на то, что подобные аналогии ограничены целым рядом условий и оговорок и справедливы лишь при
определенных режимах течения, целесообразно прибегнуть к их помощи для объяснения и описания ряда явлений и процессов гидродинамики.
Рассмотрим процессы течения жидкости в трубопроводах, которые по своим функциям аналогичны электрическим проводам в электротехнике. Если рассматривать в качестве аналога абсолютного давления электрический потенциал, то легко прийти к выводу, что, подобно тому, как между двумя сечениями провода, имеющими разные
потенциалы, возникает электрический ток, должен возникать поток
жидкости и между двумя сечениями, испытывающими различные
давления. Такое явление действительно имеет место. Чтобы аналогия
была более полной, нужно указать, что аналогом трубопровода является изолирующее покрытие провода, металлическая же, т. е. токопроводящая, часть является аналогом просвета трубопровода. Этот
просвет называют живым сечением потока. Более строго живым се32
чением называют поверхность в пределах потока, нормальную к отдельным его струйкам.
Отношение площади живого сечения S к его периметру П называют гидравлическим радиусом rг:
𝑟г = 𝑆/П.
В случае круглых трубопроводов
𝜋 × 𝑑в2
𝑑в
𝑟г =
=
,
4 × 𝜋 × 𝑑в
4
где dв — внутренний диаметр трубопровода.
Объем жидкости V, протекающий через живое сечение в единицу времени, называется объемным расходом Q или просто расходом.
Наряду с объемным расходом в гидравлике нередко пользуются
понятием массового расхода
𝑀 =𝑄×𝜌,
а иногда и весового расхода
𝐺 =𝑀×𝑔 =𝑄×𝜌×𝑔,
где ρ – плотность жидкости;
g – ускорение свободного падения.
По определению, объем V, заполняемый жидкостью за время t:
𝑉 = ∫ 𝑄𝑑𝑡 ,
𝑡
а масса m жидкости, истекающей за это же время,
𝑚 = ∫ 𝑀𝑑𝑡 .
𝑡
33
Массовый расход M выражается в кг/с и является аналогом
электрического тока. Масса m эквивалентна количеству электричества, которое выражается через ток таким же интегралом по времени.
Закон распределения плотности тока по сечению проводника
имеет мало общего с законом распределения скорости течения жидкости по живому сечению, однако, в гидравлике пользуются понятием средней скорости потока
𝑣 = 𝑄⁄𝑆 ,
которое аналогично понятию средней плотности тока в проводнике.
Таким образом, разность давлений в сечениях трубопровода, которую в дальнейшем будем называть перепадом давлений ∆p, вызывает течение и массовый расход М жидкости, подобно тому, как
напряжение в проводнике вызывает электрический ток. Далее можно
предположить, что, подобно закону Ома в электротехнике, в гидравлике в стационарном режиме тоже имеет место пропорциональная зависимость между аналогами напряжения и тока
𝑀 × 𝑅г = ∆𝑝⁄𝜌
(2.1)
∆𝑝 = 𝑀 × 𝑅г × 𝜌 ,
где, по аналогии с коэффициентом пропорциональности в законе Ома, Rг можно назвать гидравлическим сопротивлением.
Однако экспериментально «гидравлический закон Ома» (2.1)
подтверждается лишь в случае ламинарного течения.
Ламинарным называют такой режим течения, когда жидкость
движется параллельными слоями, не перемешиваясь. Для ламинарного течения в круглой трубе характерен параболический закон распределения скоростей по сечению от нуля у стенок до максимального
значения в центре.
Ламинарное течение является строго упорядоченным, слоистым
течением без перемешивания жидкости. Трение между слоями движущейся жидкости является единственным источником потерь энергии в данном случае.
34
Турбулентным называют такой режим течения, когда частицы
жидкости перемешиваются между собой и имеют место завихрения в
потоке.
Для турбулентного течения характерно перемешивание жидкости, пульсации скорости и давлений. Распределение скоростей в поперечном сечении турбулентного потока существенно отличается от
того, которое характерно для ламинарного течения. Если сравним
кривые распределения скоростей в ламинарном и турбулентном потоках в одной и той же трубе и при одном и том же расходе, то обнаружим существенное различие. Распределение скоростей при турбулентном течении более равномерное, а нарастание скорости у стенки
более крутое, чем при ламинарном течении, для которого характерен
параболический закон распределения скоростей.
При турбулентном течении жидкости непосредственно на стенке трубы обычно имеется ламинарный пограничный слой Это очень
тонкий слой жидкости, движение в котором является слоистым и
происходит без перемешивания. В его пределах скорость круто нарастает от нуля на стенке до некоторой конечной величины на границе
слоя.
При турбулентном течении вместо линейной имеет место нелинейная зависимость:
∆𝑝 = 𝑀 × 𝑓 (𝑀) × 𝜌 ,
(2.2)
где f(M) —параметр, зависящий от М.
Таким образом между ламинарным и развитым турбулентным
режимами существует некий перемежающийся режим течения, когда
в отдельных точках потока наблюдается чередование режимов во
времени.
При развитом турбулентном течении, когда перемешивание захватывает весь поток, выражение (2.2) принимает вид
∆𝑝 = 𝑘 × 𝑀 ,
где k – постоянный коэффициент, определяющийся параметрами
жидкости и трубопровода.
35
Благодаря сильному перемешиванию жидкости при турбулентном течении скорости в разных точках живого сечения выравниваются и можно, таким образом, сказать, что турбулентное течение жидкости в определенном смысле приближается к движению твердого тела,
все точки которого движутся с одинаковой скоростью.
Режим течения зависит от многих факторов, важнейшие из которых – вязкость жидкости, скорость ее течения, конфигурация трубопровода и степень шероховатости его внутренней поверхности.
Наиболее распространенным количественным критерием режима течения является так называемое число Рейнольдса
𝑅𝑒 =
𝑣𝐿
,
𝜈
где L – характерный линейный размер, в качестве которого
обычно фигурирует учетверенный гидравлический радиус 4rг, а для
круглых труб – их внутренний диаметр.
Считается, что для чисел Рейнольдса Re≤2300 в случае круглых
гладких труб практически всегда имеет место ламинарное течение. В
этих пределах справедлив гидравлический закон Ома (2.1).
При больших числах Re может существовать как ламинарный,
так и турбулентный режим, и здесь достоверны лишь экспериментальные данные в каждом конкретном случае. Но вероятность существования турбулентного режима в этой области больше, чем ламинарного, и возрастает по мере увеличения Re. Объясняется это тем,
что ламинарное течение здесь неустойчиво и, будучи турбулизовано
каким-либо внешним фактором, например встряской, уже не восстанавливается даже после устранения этого фактора. Лишь при
Re≥12500 режим течения может быть только турбулентным.
До сих пор речь шла о течении жидкости на однородных участках трубопроводов или капилляров, представляющих собой равномерно распределенные гидравлические сопротивления. На таких
участках по всей их длине течение не меняет своего характера, а потери энергии определяются в основном трением. Однако в любой
гидросистеме ввиду разнообразия входящих в нее устройств возможны гидравлические сопротивления и другого характера – так называемые местные сопротивления.
36
В местных сопротивлениях даже в стационарном режиме происходит постоянное изменение характера течения на входе и на выходе
из них, а также существенно влияние инерционных сил и сил деформации, вызывающих так называемое «мятие» потока.
Для местных сопротивлений справедливо соотношение
𝜌 × 𝑄2
𝜌 × 𝑣2
∆𝑝 = 𝜉 ×
=𝜉×
,
2 × 𝑆2
2
где ξ — коэффициент потерь местного сопротивления, зависящий от его конструкции и режима течения жидкости;
𝑣 — средняя скорость потока после местного сопротивления.
Если местное сопротивление выполнено в виде сужения канала,
то на входе в него имеет место ускорение жидкости, а на выходе,
напротив, замедление. Это происходит потому, что ввиду практической несжимаемости жидкости её объем V1, втекающий в сужение в
единицу времени, должен быть равен объему жидкости V2, вытекающему из него за то же время, если местное сопротивление не обладает
свойством изменять свои размеры.
Таким образом, всегда
𝑄1 = 𝑄2
или
𝑣1 × 𝑆1 = 𝑄2 × 𝑆2 ,
(2.3)
где S1 и S2 — площади соответствующих живых сечений;
𝑣1 и 𝑣2 — средние скорости потока в них.
Уравнение (2.3) называется уравнением неразрывности потока,
а из него непосредственно следует количественное подтверждение
высказанного ранее предположения об изменении скорости течения
жидкости при входе в сужение канала и при выходе из него:
𝑣1 ⁄𝑣2 = 𝑆2 ⁄𝑆1
37
(2.4)
Из уравнения неразрывности (2.4) следует, что средние скорости
обратно пропорциональны площадям соответствующих живых сечений.
Рассмотрим энергию жидкости, протекающей под давлением р
со средней скоростью 𝑣 через какое-либо сечение трубопровода,
находящееся на высоте h над горизонтальной плоскостью, принятой
за начало отсчета. Потенциальная энергия жидкости в этом сечении
будет складываться из энергии положения, зависящей от координаты
h, и энергии внешнего давления р, под которым находится жидкость.
Энергия положения единицы объема
𝑊пол = 𝜌 × 𝑔 × ℎ ,
где (ρ×g) – вес единичного объема.
Таким образом, потенциальная энергия единицы объема жидкости в рассматриваемом сечении:
𝑊пол = 𝜌 × 𝑔 × ℎ + 𝑝,
Кинетическая энергия единицы объема:
𝜌 × 𝑣2
𝑊кин =
.
2
Помимо данных видов энергии имеют еще место потери на трение в виде тепловой энергии, которые имеют существенное значение
лишь в случае длинных трубопроводов и местных сопротивлений
между рассматриваемыми сечениями. Поэтому, если пренебречь потерями энергии, согласно закону сохранения энергии, который требует постоянства полной энергии, можно записать:
𝜌 × 𝑣2
𝑊пот + 𝑊кин = 𝜌 × 𝑔 × ℎ + 𝑝 +
= 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡 .
2
Если все члены последнего уравнения разделить на (ρ×g), получим уравнение Бернулли, имеющее фундаментальное значение в гидравлике:
38
𝑝
𝑣2
ℎ+
+
= 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡 .
𝜌×𝑔 2×𝑔
В устройствах, работающих при высоких давлениях и скоростях
течения, влиянием веса жидкости обычно пренебрегают, тогда
𝜌 × 𝑣2
𝑝+
= 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡 .
2
Уравнение Бернулли позволяет описать целый ряд явлений,
имеющих место в гидравлике.
2.3. Особые состояния жидкости
Все жидкости, в том числе и рабочие жидкости гидросистем обладают способностью растворять газ, а при определенных условиях
выделять его в виде пузырьков.
Относительное количество газа, которое может раствориться в
жидкости до ее насыщения, по закону Генри прямо пропорционально
давлению на поверхности раздела, т.е.:
𝑉г
𝑝
=𝑘× ,
𝑉ж
𝑝0
где Vг – объем растворенного газа, приведенный к нормальным
условиям p0, T0;
Vж – объем жидкости;
p – давление;
k – коэффициент растворимости.
Коэффициент растворимости воздуха:

для воды k = 0,016;

для керосина k = 0,127;

для минеральных масел k = 0,07...0,11.
Наличие газа в жидкости ухудшает или полностью исключает
нормальную работу гидропривода, в частности, нарушается плавность движения приводимых узлов, понижается производительность
насосов, появляется запаздывание действия гидропривода и др.
39
В некоторых случаях при движении жидкости в закрытых руслах происходят явления, связанные с изменением агрегатного состояния жидкости, т.е. с превращением ее в пар, а также с выделением из
жидкости растворенных в ней газов. Например, при течении жидкости через местное сужение трубы увеличивается скорость и падает
давление. Если абсолютное давление при этом достигает значения,
равного давлению насыщенных паров этой жидкости при данной
температуре, или давлению, при котором начинается выделение из
нее растворенных газов, то в данном месте потока начинается интенсивное парообразование (кипение) и выделение газов. В расширяющейся части скорость потока уменьшается, а давление возрастает, и
выделение паров и газов прекращается; выделившиеся пары конденсируются, а газы постепенно вновь растворяются.
Это местное нарушение сплошности течения с образованием
паровых и газовых пузырей (каверн), обусловленное местным падением давления в потоке, с последующей конденсацией паров в области более высокого давления, называется кавитацией.
При кавитации нарушается неразрывность потока жидкости,
происходят местные гидравлические удары с повышением давления
до 100 МПа и выше.
Кавитация сопровождается характерным шумом, а при длительном ее воздействии также эрозионным разрушением металлических
стенок. Последнее объясняется тем, что конденсация пузырьков пара
происходит со значительной скоростью, частицы жидкости, заполняющие полость конденсирующегося пузырька, устремляются к его
центру и в момент завершения конденсации вызывают местные удары, т.е. значительное повышение давления в отдельных точках. Материал при кавитации разрушается не там, где выделяются пузырьки, а
там, где они конденсируются.
При возникновении кавитации значительно увеличивается сопротивление трубопроводов и, следовательно, уменьшается их пропускная способность, потому что каверны уменьшают живые сечения
потоков, скорость в которых резко возрастает.
Кавитация в обычных случаях является нежелательным явлением, и ее не следует допускать в трубопроводах и других элементах
гидросистем. Она может возникать во всех местных гидравлических
сопротивлениях, где поток претерпевает местное сужение с последу40
ющим расширением, например в кранах, вентилях, задвижках, диафрагмах и др.
Кавитация может иметь место в гидромашинах (насосах и гидротурбинах), а также на лопастях быстро вращающихся гребных винтов. В этих случаях следствием кавитации является резкое снижение
к.п.д. машины и затем постепенное разрушение ее деталей, подверженных воздействию кавитации.
В гидросистемах кавитация может возникнуть в трубопроводах
низкого давления – во всасывающих трубопроводах. В этом случае ее
область распространяется на значительную часть всасывающего трубопровода или даже на всю его длину. Поток в трубопроводе при
этом делается двухфазным, состоящим из жидкой и паровой фаз.
Кавитация – крайне вредное явление, приводящее к разрушению
элементов гидропривода.
Физическая стабильность жидкости – способность ее длительно сохранять свои первоначальные физические свойства (вязкость,
плотность, смазывающую способность) при работе на высоких давлениях.
Механическая стабильность – способность жидкости работать
при значительной вибрации без расслоения на компоненты.
Химическая стабильность жидкости – устойчивость жидкости
к окислению кислородом воздуха. При окислении из жидкости выпадает осадок в виде смолы и коксоподобных веществ, которые, попадая в зазоры гидроаппаратов, парализуют их работу.
При проникновении жидкости через узкую щель, образованную
неподвижными стенками, на границе раздела твердой и жидкой фаз
происходит адсорбция поляризованных молекул жидкости, обусловленная силами межмолекулярного взаимодействия. В результате этого на поверхности стенок образуется фиксированный слой жидкости,
обладающий определенной прочностью на сдвиг, а живое сечение потока в щели уменьшается. Такое заращивание щели называется облитерацией.
Облитерация интенсифицируется отложением на поверхностях
каналов смол, рыхлых скоплений загрязнений. Эти смолистые вещества и вязкие включения способствуют также удержанию в щели
твердых частиц загрязнителя.
41
Процесс заращивания щели протекает особенно интенсивно, когда размер частиц загрязнителя соизмерим с величиной зазора. Полное заращивание в этом случае может произойти в течение 1 мин и
менее.
Наращивание облитерационного слоя происходит не бесконечно: чем дальше этот слой от твердой поверхности, тем рыхлее он становится, так как связь молекул ослабляется, и частицы жидкости, отрываясь от поверхности слоя, вытесняются из щели.
Толщина слоя, обуславливающего облитерацию щели, с учетом
влияния загрязнений масла, равна 4-5мкм, в соответствии с чем, полная облитерация может наблюдаться лишь в щелях шириной 8-10мкм.
Хотя облитерационные слои имеют сравнительно небольшую
толщину (несколько микрометров), они могут занимать в узкой щели
существенную часть поперечного сечения и, тем самым, значительно
увеличить ее сопротивление и уменьшить расход жидкости через
щель.
Данное явление носит локальный характер, но существенно для
устройств флюидики, имеющих малые проходные сечения каналов, а
также в золотниковых устройствах. В каналах, диаметр которых имеет порядок десятков микрометров, этот процесс активно протекает в
течение нескольких минут. Установлено, что хотя некоторую роль
при этом играет механическое засорение твердыми примесями, определяющим является адсорбция стенками каналов поляризованных
молекул и коллоидных образований жидкости, которые перекрывают
канал. Этим объясняется, то обстоятельство, что облитерация наблюдается даже при весьма тщательной очистке жидкости.
Поскольку облитерация имеет место лишь в тонком пристеночном слое, ее влияние существенно лишь в узких щелях и каналах, что,
с одной стороны, ограничивает возможности практического использования подобных щелей и каналов, а с другой стороны, облегчает задачу уплотнения и изоляции всякого рода соединений, самопроизвольно прекращая утечку жидкости сквозь оставшиеся малые зазоры.
При облитерации в щелях или зазорах для страгивания с места
одного из элементов, образующих эти щель или зазор (плунжер золотника), требуются значительно большие усилия, чем при ее отсутствии. Поэтому во избежание возникновения облитерации необходи-
42
мо, чтобы один из сопрягаемых элементов непрерывно находился в
движении (вибрация с малой амплитудой).
К рабочим жидкостям, применяемым в гидроприводах, предъявляют следующие основные требования:

высокий индекс вязкости;

хорошая смазывающая способность;

физическая, механическая стабильность при хранении и
эксплуатации.
2.4. Основные термодинамические процессы
В устройствах и системах пневмоавтоматики в качестве рабочего тела используют сжатый газ, чаще всего воздух.
Газ, как и жидкость, относится к числу «флюидов», т. е. текучих
сред, и поэтому к нему также применимы все понятия, которые были
представлены относительно жидкости.
Газ путем сжатия и охлаждения может быть переведен в жидкое
состояние, из которого затем вновь возвращен в исходное состояние.
При этом существует некое переходное состояние, при котором газ
находится на грани сжижения или даже часть его уже обратилась в
жидкость, а часть еще нет, или когда жидкость бурно кипит и часть ее
уже находится в газообразном состоянии. В переходном состоянии
вещество не может быть охарактеризовано ни как жидкость, ни как
газ, так как ему свойственно сочетание признаков той и другой фазы.
Поэтому, под термином «жидкость» понимают жидкость, далекую от
состояния кипения, что всегда имеет место в устройствах гидроавтоматики. С другой стороны, под термином «газ» понимают газ, далекий от состояния сжижения, что также характерно для режимов работы устройств пневмоавтоматики. Постепенность и плавность перехода состояний позволяет предполагать, что обе флюидные среды имеют много общих черт в формах движения. В частности, важнейшими
их общими свойствами являются способность передавать давления в
одинаковой степени во всех направлениях и текучесть, приводящая к
тому, что они могут транспортироваться по трубопроводам.
Однако, между жидким и газообразным состояниями вещества
есть существенные различия. Почти все эти различия происходят
43
лишь из одного свойства газа – свойства сжиматься под действием
внешнего давления.
Это значит, что в отличие от жидкости плотность ρ газа не остается постоянной при заданной температуре. С увеличением давления
плотность газа должна возрастать, а с уменьшением давления — снижаться. Последнее может быть осуществлено либо путем откачивания
газа из занимаемого им пространства, либо путем увеличения объема
этого пространства. В обоих случаях очевидна разница в поведении
жидкости и газа, так как газ всегда заполняет весь предоставленный
ему объем, а жидкость в рассматриваемых случаях займет лишь часть
объёма.
Последовательное изменение параметров газа при переходе его
из одного состояния в другое называют термодинамическим процессом.
Рассмотрим случаи установившихся (равновесных) процессов,
когда их переходными составляющими можно пренебречь и считать в
соответствующих частях системы температуру или давление газа постоянным.
При рассмотрении свойств жидкости было отмечено несущественное влияние температуры на плотность жидкости. Имея дело с
газами, данным влиянием пренебрегать нельзя. Так при сжатии газа в
условиях, когда температурное взаимодействие с окружающей средой
отсутствует, происходит его разогревание, а при расширении —
охлаждение.
В качестве параметров, определяющих состояние газа, используют его плотность (удельный вес), давление и температуру, причем
рассматриваются абсолютное давление ра и абсолютная температура,
выражаемая в градусах по шкале Кельвина.
𝑇а = 𝑡° + 273, (К)
где 𝑡° – температура газа по шкале Цельсия.
Функциональная зависимость между р, ра, Та характеризуется
уравнением состояния газа
𝑓(𝜌, 𝑝а , 𝑇а ) = 0 .
44
Обычно при анализе устройств и систем промышленной пневмоавтоматики сжатый под избыточным давлением воздух рассматривают как идеальный газ, у которого отсутствуют силы межмолекулярного взаимодействия, а сами молекулы являются материальными
точками, не имеющими объема.
Уравнение состояния идеального газа характеризуется уравнением Клапейрона-Менделеева
𝑝а × 𝑉 = 𝑚 × 𝑅 × 𝑇а ,
(2.5)
где V и m – соответственно объем и масса газа;
R – газовая постоянная, R = 290 Дж/(кг×К).
Значение R определяется только физическими свойствами газа,
так как газовая постоянная R есть работа расширения 1 кг массы газа
при нагревании его на 1°К при постоянном давлении.
Газовая постоянная незначительно зависит от относительной
влажности газа. Однако для практических приложений влиянием
влажности газа на R можно пренебрегать.
Представление рабочего тела систем пневмоавтоматики в виде
идеального газа является довольно сильным допущением с целью
упростить составление математических моделей происходящих процессов. Однако практика разработки пневматических приводов роботов, машин-автоматов и другого технологического оборудования, использующего давление в сети до 1 МПа, показывает, что такое допущение правомерно.
При описании термодинамических процессов часто пользуются
понятием теплоемкости и внутренней энергии газа. Под теплоемкостью (Дж/К) понимают количество теплоты, необходимое для нагревания газа на 1°С. В ряде случаев удобнее пользоваться понятием
удельной теплоемкости (Дж/(кг×К)), характеризующей количество
теплоты, необходимое для нагревания 1 кг массы газа на один градус.
При этом различают удельную теплоемкость при постоянном объеме
cv и при постоянном давлении ср.
И не смотря на то, что теплоемкость зависит от температуры газа, при анализе устройств пневмоавтоматики ее принимают постоянной.
45
Сумма потенциальной и кинетической энергии молекул газа составляет внутреннюю энергию газа.
В соответствии с первым законом термодинамики подведенная к
газу (единице массы газа) теплота Qт расходуется на изменение внутренней энергии W газа и на совершение внешней работы А.
В дифференциальной форме имеем
𝑑𝑄𝑇 = 𝑑𝑊 + 𝑑𝐴
(2.6)
Рассмотрим, исходя из выражения (2.6), основные термодинамические процессы при постоянной массе газа.
Для этого примем в рассмотрение 1 кг массы газа. Для
устройств пневмоавтоматики с давлением питания до 1 МПа газ считаем идеальным.
Тогда для удельных значений выражение (2.6) будет выглядеть
следующим образом
𝑑𝑞 = 𝑑𝑊 + 𝑑𝐴𝑦 ,
(2.7)
где dq — приращение теплоты, отнесенное к 1кг массы газа
(удельное приращение теплоты);
dw— удельное изменение внутренней энергии газа;
dАу — удельное изменение внешней работы.
Внешняя работа совершается при изменении объема газа. При
постоянном объеме газа (V=const) dАу=0 и из (2.7) имеем
𝑑𝑞𝑉 = 𝑑𝜔
где dqv — изменение подведенной удельной тепловой энергии к
постоянному объему газа.
Такой процесс, при V=const, называется изохорным и характеризуется тем, что вся подведенная тепловая энергия идет на изменение
внутренней энергии газа.
После соответствующих преобразований получим уравнение
изохорного процесса:
𝑝𝑎1 /𝑝𝑎2 = 𝑇𝑎1 /𝑇𝑎2 ,
46
(2.8)
где pa1, и pa2 – абсолютное давление газа для двух состояний соответственно;
Ta1, и Ta2 – абсолютная температура газа для двух состояний
соответственно.
Таким образом, при нагревании газа в замкнутом объеме
(V=const) его давление повышается, а при охлаждении понижается
пропорционально температуре газа.
Выражение (2.7) можно записать в общем виде:
𝑝а /𝑇а = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡
(2.9)
Выражение (2.9) выражение называется законом Шарля для
идеальных газов при их неизменных объемах.
В случае, если в замкнутом объёме поддерживается постоянное
давление (p=const) благодаря внешнему давлению, приложенному к
поршню, и данный объём газа нагревается, то в результате расширения газа поршень переместится на некоторую величину, совершая при
этом внешнюю работу.
Такой процесс, протекающий при постоянном давлении, называется изобарным.
При изобарном процессе подведенная тепловая энергия расходуется на изменение внутренней энергии газа и на совершение внешней работы.
Уравнение изобарного процесса имеет вид:
𝑉𝑦1 /𝑉𝑦2 = 𝑇а1 /𝑇а2
(2.10)
При ра=const пропорционально увеличению температуры увеличивается и объем газа, и наоборот.
Для общего случая данное выражение имеет вид:
𝑉𝑦 /𝑇а = const
(2.11)
Выражение (2.11) называется законом Гей-Люссака.
Процесс сжатия и расширения газа при неизменной его температуре (T=const) называется изотермическим процессом.
47
Изотермический процесс имеет место тогда, когда одновременно с подводом теплоты газ в объеме под поршнем расширяется таким
образом, что его температура в ходе процесса остается постоянной.
Следовательно, внутренняя энергия идеального газа при этом не изменяется, а вся теплота идет на совершение внешней работы.
Уравнение изотермического процесса (Та=const) имеет вид:
𝑝а1 /𝑝1 = 𝑝а2/ 𝑝2 ,
(2.12)
То есть для заданной массы газа данный процесс характеризуется постоянством произведения давления на занимаемый объем.
В общем виде выражение (2.12) называется законом БойляМариотта:
𝑝а × 𝑉𝑦 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡
(2.13)
Если процесс изменения объема газа происходит без теплообмена с окружающей средой (теплоизолированный объем), то такой
процесс называют адиабатным или изоэнтропным.
Всякий реальный процесс сжатия и расширения газа при работе
устройств пневмоавтоматики протекает не изолированно, а с какимлибо теплообменом с окружающей средой.
Изотермическими можно считать медленно протекающие процессы, т. е. достаточно медленно по сравнению с теплообменом с
окружающей средой, чтобы температура не успевала существенно
измениться.
К адиабатным приближаются быстро протекающие процессы,
такие, что теплообмен не успевает за ними, а температура газа в силу
этого заметно изменяется. Вся внешняя работа в этом случае совершается за счет изменения внутренней энергии газа. При расширении
газа и совершении им работы температура газа снижается и, наоборот, при сжатии газа его температура повышается. В адиабатном процессе влияние собственного разогрева или охлаждения газа несколько
уменьшает степень зависимости плотности от давления газа по сравнению с изотермическим процессом.
48
Рассмотренные выше термодинамические процессы можно охарактеризовать безразмерными параметрами: отношением изменения
удельной тепловой энергии к удельной внутренней энергии газа
𝜑=
𝑑𝑞
𝑑𝜔
или отношением изменения удельной тепловой энергии к удельной
внешней работе
𝜓=
𝑑𝑞
.
𝑑𝐴𝑦
Данные параметры для каждого процесса имеют постоянные
значения для выбранного газа и представлены в таблице 2.3.
Таблица 2.3. Значения безразмерных параметров
термодинамических процессов (k – показатель адиабаты)
Процесс
φ
ψ
Изохорный
1
±∞
Изобарный
k
𝑘 ⁄(𝑘 − 1)
Изотермический
∞
1
Адиабатный
0
0
Реальные процессы сжатия и расширения рабочего газа в
устройствах пневмоавтоматики протекают не изолированно от окружающей среды и для них показатели φ или ψ могут иметь промежуточные значения. Поэтому введено в рассмотрение понятие так называемого политропного процесса, который также протекает при постоянной теплоемкости. Для политропного процесса φ и ψ могут быть
любыми, хотя и постоянными для каждого конкретного случая. Показателем политропного процесса является коэффициент n. Это постоянная величина для каждого реального процесса сжатия и расшире49
ния газа и может принимать любые числовые значения. В реальных
условиях значение показателя политропы, как правило, определяется
экспериментально и зависит от величины давления, физических
свойств газа и окружающей среды, а также от интенсивности теплообмена газа с окружающей средой.
Приведенные выше соотношения характеризуют термодинамические процессы, происходящие при постоянном количестве газа, что
имеет место в ряде устройств пневмоавтоматики. Поэтому было
удобно пользоваться удельными параметрами, т. е. параметрами, отнесенными к единице массы газа. Кроме того, необходимо отметить,
что все эти термодинамические процессы справедливы лишь для газов, находящихся в равновесном состоянии.
Однако большинство пневматических устройств работают при
переменной массе газа, когда в них (из них) поступает (отводится)
под давлением газ. Значение давления, плотности и температуры газа
различны во всех точках участвующего в движении объема газа, поэтому приведенные соотношения между параметрами нельзя применить ко всему движущемуся в системе газу. Однако они применимы к
частям потока, во всех точках которого распределение параметров газа можно считать равномерным. При этом полученные соотношения
будут относиться к условно изолированным объемам, весовое количество газа в которых не изменяется в процессе их движения. Выбирая такие объемы все меньших размеров, в пределе получаем значение параметров газа в данной точке потока.
В случае переменного количества газа термодинамические процессы зависят от времени, так как оно определяет количество газа в
рассматриваемых объемах (полостях), а следовательно, в уравнении
сохранения энергии необходимо учесть энергию газа, поступающего
в полость и уходящего из нее:
𝑑𝑄т + 𝑞0 × 𝑑𝑚0 = 𝑑𝑊 + 𝑑𝐴 + 𝑞в × 𝑑𝑚в ,
(2.14)
где dQT – количество тепловой энергии, подведенное ко всему
объему газа за промежуток времени dt;
q0, qв – удельная тепловая энергия газа, поступающего в полость и отводящегося из нее соответственно;
50
dm0, dmв – соответственно масса газа, поступающего в полость и уходящего из нее;
dW – изменение внутренней энергии m кг массы газа, находящегося в данный момент в полости;
dA – изменение внешней работы, совершаемое m кг газа,
находящегося в полости.
Из выражения (2.14), записанного в дифференциальной форме,
следует, что при переменном количестве газа в рабочем объеме подведенная извне теплота плюс внутренняя энергия вновь поступивших
порций газа расходуется на изменение его внутренней энергии и совершение внешней работы, а часть этой энергии теряется вместе с вытекающим газом.
2.5. Особенности движения газов
Приведенные соотношения для различных термодинамических
процессов позволяют определить, как меняется, например, плотность
идеального газа с изменением температуры при постоянном давлении, или как меняется его плотность с изменением давления при постоянной температуре, или, как меняется плотность газа при одновременном изменении давления и температуры.
Реальный газ, используемый в качестве рабочего тела в устройствах автоматики, отличается от идеального прежде всего наличием
сил трения при смещении отдельных слоев газа относительно друг
друга, т. е. наличием вязкости. Это обстоятельство имеет существенное значение при движении газов по трубопроводам и элементам
устройств пневмоавтоматики, поскольку определяет потери давления
по длине трубопроводов и в местных сопротивлениях. Чем больше
давление питания (больше плотность газа), тем больше реальный газ
отличается от идеального и в случае сверхвысоких давлений.
Вязкость газов, как и вязкость жидкостей, также зависит от температуры, однако характер этих зависимостей различен. Вязкость
воздуха в рабочем диапазоне изменения давлений, используемых в
пневмоавтоматике, несущественно зависит от давления. Если вязкость жидкости, как правило, уменьшается с повышением температуры, то вязкость газов, наоборот, увеличивается при тех же условиях,
что объясняется более энергичным взаимопроникновением молекул
51
его соседних слоев. Вязкость воздуха и других газов увеличивается с
увеличением температуры, а значит, увеличивается и их теплопроводность. Однако воздух существенно хуже передает тепло от одного
участка к другому, чем минеральные масла, а тем более вода.
Законы движения газа аналогичны соответствующим законам
для жидкости, но и на них накладывает отпечаток его сжимаемость.
Так уравнение неразрывности потока несправедливо для газа, поскольку объемный расход газа на входе в замкнутое пространство
ограниченного объема в силу сжимаемости газа может быть не равен
расходу на выходе.
Уравнение неразрывности для газов справедливо лишь в форме,
связывающей массовые расходы М1=М2, откуда
𝜌1 × 𝑣1 × 𝑆1 = 𝜌2 × 𝑣2 × 𝑆2
(2.15)
Из (2.15) следует, что средние скорости течения газа обратно
пропорциональны площадям соответствующих живых сечений лишь
при том условии, что в этих сечениях газ находится при одинаковых
давлениях и температурах. Во всех случаях следует учитывать изменение плотности ρ газа, определяемое уравнением состояния с учетом
характера термодинамического процесса.
Различают установившиеся и неустановившиеся течения жидкостей и газов при их движении по трубопроводам.
Установившееся течение характеризуется постоянством во
времени средней скорости и давления в каждом сечении трубопровода.
Если же эти условия не выполняются, то имеем неустановившееся течение.
При работе пневмопривода часто имеет место истечение газа из
полости через короткое сужение (дроссель) в другой объем или в атмосферу. В этом случае, потери давления определяются, как и для
жидкости.
Если объем полости (резервуара), из которой истекает газ, достаточно большой, то в первом приближении можно пренебречь скоростью потока газа (𝑣0 = 0) в полости (резервуаре). Тогда выражение
для средней скорости потока газа в произвольном сечении короткой
трубы с параметрами ра, Та имеет вид:
52
𝑣 = √𝑣02 +
2𝑘
𝑘−1
× 𝑅𝑇𝑎0 × (1 − 𝜎 (𝑛−1)/𝑛 )
(2.16)
где 𝑉0 , 𝑇𝑎0 — средняя скорость потока газа и его температура в
исходном сечении (в резервуаре) соответственно;
𝜎 = 𝑝𝑎 /𝑝𝑎0 – отношение давления среды, в которую поступает газ, к давлению среды, из которой он истекает.
Здесь предполагается, что каждое сечение потока газа характеризуется 𝑣, ра, ρ, постоянными для данного сечения.
Зная среднюю скорость потока в данном сечении, легко определить и массовый расход газа М. На основании уравнения неразрывности потока (2.15) он будет равен массовому расходу газа на выходе
сужения трубопровода с площадью проходного сечения S. При 𝑣0 = 0
и коэффициенте расхода μр = 1 имеем формулу Сен-Венана и Ванцеля:
2𝑘
𝑀 = µ𝑝 𝑆𝑝𝑎0 √(𝑘−1)𝑅𝑇 (𝜎 2/𝑘 − 𝜎 (𝑘=1)/𝑘 )
𝑎0
(2.17)
Коэффициент расхода есть отношение действительного массового расхода газа к теоретическому, вычисленному по (2.17) при μр =
1. В этом состоит физический смысл введенного коэффициента расхода μр.
Коэффициент расхода для конкретного пневматического
устройства (фильтра, маслораспылителя, распределителя и т. д.) или
элемента (дросселя, участка трубопровода с расширением, изгибом,
поворотом и т. д.) определяется экспериментально по выражению:
µ𝑝 =
𝑀√𝑇а0
𝑝а0 𝑆𝐵𝜑(𝑝а1 /𝑝а0 )
В случае определения коэффициента расхода для пневмоустройств из каталогов соответствующей пневмоаппаратуры берут
данные по перепадам давлений Δp = 𝑝𝑎0 − 𝑝𝑎1 на входе и выходе данного устройства при номинальном расходе Мн газа через него. С учетом условного прохода пневмоаппарата определяют его коэффициент
расхода.
53
При последовательном соединении отдельных трубопроводов,
элементов и устройств пневмоавтоматики в ряде случаев удобно
пользоваться понятием эффективной площади проходного сечения
𝑆э𝑖 = µ𝑝𝑖 × 𝑆𝑖 где i=1, 2, 3,....Для каждого i-го участка µ𝑝𝑖 определяют
аналогично вышерассмотренному. Эффективную площадь двух последовательных элементов находят как
𝑆э1−2 =
𝑆э1 𝑆э2
2
2
√𝑆э1
+ 𝑆э2
а для трех последовательных элементов — как
𝑆э1−3 =
𝑆э1 𝑆э2 𝑆э3
√(𝑆э1 𝑆э2 )2 + (𝑆э1 𝑆э3 )2 + (𝑆э2 𝑆э3 )2
Далее находим общий коэффициент расхода последовательно
соединенных элементов и устройств пневмоавтоматики.
Следует подчеркнуть, что данное соотношение получено для истечения газа из неограниченного объема через отверстие в относительно тонкой стенке. В дальнейшем при анализе конткретных
устройств пневмоавтоматики при использовании будем иметь в виду,
что магистраль питания сжатого газа (воздуха), в которой постоянно
пополняется от компрессора использованный воздух, можно рассматривать как эквивалентный неограниченный объем, из которого истекает газ.
При течении газа также возможны как ламинарные, так и турбулентные режимы, а критерием их существования служат те же числа
Рейнольдса Re, что и при течении жидкости. Однако в отличие от
жидкости для газов важный качественный скачок наступает при переходе скорости течения от дозвуковой (подкритическое течение) к звуковой (надкритическое течение). Так как надкритическое течение связано с большими скоростями течения, а следовательно, и с большими
числами Рейнольдса, то ламинарный режим может существовать, как
правило, лишь в пределах подкритического течения. Турбулентный
режим возможен как при подкритическом, так и при надкритическом
течениях.
54
Если необходимо учесть сжимаемость газа в круглых каналах
длиной, то при ламинарном течении в ряде случаев, рассмотренных
ниже, пользуются формулой Пуазейля для массового расхода
2
𝜋𝑑4 (𝑝𝑎0
− 𝑝𝑎2 )
𝑀=
256µ𝑙𝑅𝑇𝑎
где µ – динамический коэффициент вязкости.
Из последнего выражения видно, что с учетом сжимаемости газа
массовый его расход нелинейно зависит от перепада давления, поэтому гидравлическое (пневматическое) сопротивление находится как
𝑅ri = (d𝑝a /d𝑀)𝑖 для каждой i-й точки функции M=f(𝑝a ).
Приведенные соотношения справедливы прежде всего для коротких трубопроводов.
При анализе реальных систем пневмоавтоматики обычно относительное давление, а получают соотнося текущее давление в наполняемом объеме с давлением питания. Однако при течении газа по относительно длинным трубопроводам имеют место потери давления по
длине и на входе соответствующих устройств давление будет меньше
давления питания.
Контрольные вопросы
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
Отличительная особенность гидравлических и пневматических устройств автоматики.
Сведения о жидкостях.
Основные физические свойства жидкостей.
Плотность жидкости.
Удельный вес жидкости.
Удельный объем жидкости
Сжимаемость жидкости.
Коэффициентом объемного сжатия.
Коэффициент температурного расширения.
Вязкость жидкости.
Сила внутреннего трения между слоями жидкости.
Кинематический коэффициент вязкости.
Силы, действующие на жидкость.
55
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
21.
22.
23.
24.
25.
26.
27.
28.
29.
30.
31.
32.
33.
34.
35.
3.
Давление в точке покоящейся жидкости.
Закон Паскаля.
Понятие расхода жидкости.
Режимы течения жидкости.
Ламинарный режим течения жидкости.
Турбулентный режим течения жидкости.
Гидравлические сопротивления.
Уравнение неразрывности потока.
Уравнение Бернулли.
Наличие газа в жидкости.
Явление кавитации.
Явление облитерации.
Требования к рабочим жидкостям, применяемым в гидроприводах.
Понятие термодинамического процесса. Основные термодинамические процессы.
Уравнение Клапейрона-Менделеева.
Изохорный процесс.
Изобарный процесс.
Изотермический процесс.
Закон Шарля.
Закон Гей-Люссака.
Закон Бойля-Мариотта.
Скорость потока газа в произвольном сечении короткой
трубы.
НАЗНАЧЕНИЕ ПНЕВМАТИЧЕСКИХ СИСТЕМ
Пневматические системы, представляющие собой технические
системы, состоящие из устройств, находящихся в непосредственном
контакте с рабочим газом (воздухом), получили широкое применение
в самых различных отраслях промышленности.
Энергию сжатого воздуха промышленных пневмосистем используют для приведения в движение механизмов и машин, автоматического управления технологическими процессами и машинами,
пескоструйной очистки, перемешивания растворов, распыления кра56
сок, транспортирования сыпучих материалов, дутья в доменные печи
и т.д.
Наибольшее применение энергия сжатого воздуха получила в
пневмоприводах, обеспечивающих работу технологических машин.
Применение пневмоприводов особенно эффективно при механизации и автоматизации таких операций, как зажим деталей, сборка,
контроль, транспортирование, упаковка и т. п. тяжёлых и монотонных
работ.
Широкому внедрению пневмосистем способствуют их положительные качества: относительная простота конструкции и обслуживания, а следовательно, низкая стоимость и быстрая окупаемость затрат;
надежность работы в широком диапазоне температуры, высокой
влажности и запыленности окружающей среды; пожаро- и взрывобезопасность; большой срок службы, достигающий 10 000÷20 000 ч
(10÷50 млн. циклов); высокая скорость перемещения выходного звена
пневматических исполнительных устройств (линейного до 15 м/с,
вращательного до 100 000 об/мин); легкость получения и относительная простота передачи энергоносителя (сжатого воздуха).
К основным недостаткам пневмосистем следует отнести сравнительно малую скорость передачи сигнала на значительные расстояния, сложность обеспечения плавного перемещения рабочих органов
при колебаниях нагрузки и относительно высокую стоимость сжатого
воздуха.
Пневматические системы управления (ПСУ) наряду с электрическими и гидравлическими системами являются одним из наиболее
эффективных средств автоматизации и механизации производственных процессов. Средства пневмоавтоматики, используемые для построения систем управления, применяют как отдельно, так и в сочетании с гидравлическими и электрическими устройствами.
Таким образом, пневматические устройства используются не
только в силовых приводах, но и в системах управления – для программирования, контроля и управления рабочими процессами в автоматических линиях, манипуляторах и других машинах.
Область и масштабы применения пневматических систем достаточно широки. Давление питания в пневматических устройствах зависит от их конструктивного исполнения.
57
3.1. Классификация пневмоустройств
Пневмосистемы реализуются на устройствах трех уровней давления:
1. Высокое давление (0,4÷1,0 МПа = 4÷10 атм).
2. Среднее давление (0,1÷0,4 МПа = 1÷4 атм).
3. Низкое давление (менее 0,1 МПа) менее 1 атм. до 0,01÷0,02
атм.
В соответствии с величиной используемого давления различают
устройства высокого, среднего и низкого давления.
Системы высокого давления
В системах высокого давления наряду с воздухораспределительной, контрольно-регулирующей аппаратурой, устройствами для
подготовки воздуха применяются и пневматические устройства
управления высокого давления: датчики положения, клапаны последовательности, логические элементы и другие.
Пневмоустройства высокого давления применяются в системах
малой сложности, содержащих небольшое количество взаимодействующих пневмоэлементов. Преимущества системы заключаются в
использовании общего источника питания (цеховая магистраль).
Широко применяется пневматические устройства фирм FESTO
(Австрия), SMC (Япония), CAMOZZI (Италия).
Системы среднего давления (мембранная техника)
С усложнением систем управления используется пневмоаппаратура среднего давления – элементы мембранной техники. К ним относятся отечественные устройства УСЭППА, ПЭРА, ЯНТАРЬ и другие.
Эти устройства отличаются компактностью и быстродействием. Все
элементы построены с использованием мембран из прорезиненного
капронового полотна.
Системы низкого давления (струйная техника)
Еще большим быстродействием и минимальными габаритами
отличаются устройства низкого давления – устройства струйной техники или пневмоники, работающие при давлении до 0,02 МПа. Эти
устройства принципиально отличаются от золотниковых и мембранных элементов тем, что в них нет механических подвижных частей.
58
Подвижной частью их является струя газа. Работа их основана
на взаимодействии потоков воздуха или жидкости. Поэтому срок
службы элементов практически не ограничен.
Элементы могут объединяться в единые платы, которые изготовляются методом печатных схем (травлением, штамповкой, литьем).
Струйные элементы обладают наиболее высоким быстродействием по сравнению с другими элементами пневмоавтоматики (1000
и более срабатываний в секунду).
Они не подвержены радиационным воздействиям, не чувствительны к вибрациям, к колебаниям температур.
К устройствам низкого давления относятся, например, элементы
«Волга».
3.2. Функции пневматических систем
Можно выделить следующие основные функции пневматических систем:
 перемещение объектов;
 создание усилий;
 автоматизация процессов;
 применение воздуха в качестве технологического инструмента.
Перемещение объектов
Перемещение объектов с помощью пневматических систем может осуществляться следующими способами:
 с использованием исполнительных механизмов,
 непосредственно самим воздушным потоком.
Перемещение объектов с помощью исполнительных механизмов
Перемещение объектов с помощью различных пневматических
механизмов, автоматов, роботов широко применяется при автоматизации производственных процессов, в транспорте, в пищевой промышленности, в легкой промышленности, в электронной и в других областях.
На рис. 3.1 показаны примеры применения пневмоприводов для
перемещения различных объектов.
59
Рис. 3.1. Примеры применения пневмоприводов
для перемещения различных объектов
Перемещение объектов воздушным потоком
Перемещение различных сыпучих материалов, отходов производства может осуществляться непосредственно самим воздушным
потоком по воздухопроводу. Этот способ транспортирования наиболее широко применяется в легкой, пищевой, горнодобывающей отраслях промышленности. Пылевидные материалы в смеси с воздухом
перемещаются на относительно большие расстояния аналогично текучим веществам. Штучные и кусковые материалы транспортируются
в специальных капсулах, например, документы в банках (рис. 3.2).
Рис. 3.2. Пневматическая почта
60
Воздух также широко применяется для очистки оборудования
путем сдувания стружек и отходов на производствах. Такой же способ сдувания воздухом используется в системах контроля и отбраковки изделий в сочетании с электронными системами. Высокое быстродействие таких систем достигается применением быстродействующих
малогабаритных пневмораспределителей, частота переключения которых достигает 500 Гц.
Создание усилий
Создание усилий с помощью пневматических систем может достигаться следующим образом:
 использованием пневмоприводов;
 путём создания избыточного давления между пневматическим устройством и объектом;
 путём создания вакуума между пневматическим устройством и объектом.
Создание усилий с помощью исполнительных механизмов
Пневматические системы широко применяются при создании
различных машин и механизмов, в которых требуется создавать регулируемые усилия – при создании прессов, тормозных устройств (тормозные колодки в железнодорожном транспорте и др.), захватных
устройств, зажимных устройств, на испытательных стендах и т.п.
(рис. 3.3 – 3.5).
Рис. 3.3. Пневматическое захватное устройство
61
Рис. 3.4. Пневматический пресс
Рис. 3.5. Пневматический тормоз в железнодорожном транспорте
62
Создание усилий за счет создания избыточного давления между
пневматическим устройством и объектом
Пневмосистемы применяются при построении систем на воздушной подушке в транспорте и машиностроении.
Воздух применяется для создания аэростатических подшипников, в которых вал взвешивается в потоке сжатого воздуха (рис. 3.6).
Рис. 3.6. Вал с аэростатическими подшипниками
Создание усилий за счет создания вакуума между пневматическим
устройством и объектом
Иногда пневматические устройства являются единственным
средством удержания при подъеме и переносе тяжелых изделий плоской формы (рис. 3.7). В этих случаях используются вакуумные захваты (присоски). Такие устройства применяются для транспортирования листов бумаги, заготовок из стекла, железа, пластмассы и других
материалов.
В отличие от электрических систем, с помощью которых можно
переносить магнитом лишь металлические детали, вакуумный захват
может быть использован для перемещения в пространстве объектов
из любых материалов.
63
Рис. 3.7. Применение вакуумных захватных устройств
Автоматизация процессов
Сжатый воздух широко используется в пневматических системах управления (ПСУ) для автоматического управления технологическими процессами. Широкая номенклатура элементов пневмоавтоматики позволяет реализовать релейные, аналоговые и аналогорелейные пневматические систем управления машинами и автоматами.
В состав ПСУ могут входить пневматические датчики, переключатели, преобразователи, реле, логические элементы, усилители,
струйные устройства, командоаппараты и т.д.
Рассмотрим в качестве примера пневматические датчики, номенклатура которых весьма разнообразна.
Пневматические датчики позволяют осуществлять:
 контроль наличия деталей;
 контроль положения (ориентацию);
 контроль и измерение координаты, скорости перемещения деталей, размеров деталей; чистоту поверхности, вес, температуру, давление, расход вещества и др.
Пневматические датчики различают:
 по исполнению: контактные и бесконтактные;
 по назначению: контролирующие и измерительные;
 по способу измерения: цифровые и аналоговые.
Благодаря высокой надежности системы пневмоавтоматики
нашли широкое применение для построения систем программного
64
управления различными машинами, роботами в крупносерийном производстве, в системах управления движением мобильных объектов.
Применение воздуха в качестве технологического инструмента
Довольно широко воздух используется в качестве технологического инструмента, где он выполняет непосредственно операции сушки, распыления, охлаждения, вентиляции и т.п.
Область применения пневматических систем
Область применения пневмосистем достаточно обширна, начиная от маломощных пневматических систем низкого давления,
например, в оптическом оборудовании для проверки внутриглазного
давления, и заканчивая системами большой мощности в пневматических прессах или пневматических бурах для работы с бетоном.
Пневматические системы широко применяются:
 в машиностроении;
 в электронной промышленности,
 в автомобилестроении,
 в судостроении,
 в пищевой промышленности,
 в текстильной и легкой промышленности,
 в горнодобывающей промышленности,
 в индустрии упаковки,
 в сетях водообеспечения и энергообеспечения,
 в медицине,
 в транспорте,
 в космических исследованиях и т.д.
Рассмотрим перечень примеров, который иллюстрирует универсальность и многообразие возможностей пневматических систем,
применяемых в современной промышленности:
 мехатронные и робототехнические системы;
 металлорежущие станки (подача заготовок или инструментов);
 различные испытательные стенды (приводы и системы
управления);
 деревообрабатывающее оборудование (приводы и питатели);
65
 транспортировка различных объектов;
 линии для разлива в бутылки, расфасовки и упаковки;
 открытие и закрытие массивных или горячих дверей, дверей
в транспорте;
 разгрузка бункеров в строительной, сталеплавильной, горнодобывающей или химической промышленности;
 трамбовка и виброобработка грунта при укладке бетона и асфальта;
 управление процессами подъема и перемещения в машинах
непрерывного литья;
 навесное сельскохозяйственное оборудование;
 окраска распылением;
 обработка древесины и изготовление мебели (зажим и перемещение заготовок).
 сборочное производство (зажимные приспособления, фиксаторы);
 машины для точечной сварки, клепки, склеивания;
 отделение тонкого листового материала сжатым воздухом и
подъем при помощи вакуума;
 зубоврачебные бормашины и т.д.
Применение пневмосистем наиболее эффективно в пожаровзрывоопасных и запыленных зонах, при работе с агрессивными средами, в условиях высоких температур.
3.3. Достоинства и недостатки пневмосистем
Достоинства
Основные преимущества пневматических систем заключаются в
следующем:
1. Простота конструкции, изготовления и технического обслуживания. Изготовление пневматических деталей обычно не требует
высокой точности, как, например, в гидроприводе. Нет необходимости обеспечивать высокую герметизацию, т.к. возможные утечки воздуха мало влияют на эффективность работы и КПД всей системы.
Кроме того, утечки воздуха экологически безвредны.
66
2. Пожаро- и взрывобезопасность. Пневмопривод не имеет конкурентов для механизации работ в условиях повышенной пожаро - и
взрывоопасности: например, в шахтах, на мукомольных предприятиях
и других производствах, где недопустимо искрообразование. Для
пневматических исполнительных устройств отсутствует также опасность перегрева.
Применение гидропривода в этих условиях возможно только
при передаче гидроэнергии на относительно большое расстояние, что
часто экономически нецелесообразно.
3. Нечувствительность к радиации и электромагнитным излучениям. Пневматические системы надежно работают в условиях радиации и при электромагнитных излучениях. Поэтому они широко используются в атомных реакторах, в системах управления космической
и военной техникой и т.п. Электрогидравлические системы в таких
условиях практически непригодны.
4. Высокая надежность. В отличие от гидро- и электропривода
пневматический привод отличается высокой надежностью работы в
условиях широкого диапазона температур, в условиях пыльной и
влажной окружающей среды. Поэтому, например, пневмопривод является единственным надежным устройством для механизации работ
в литейном и сварочном производстве, в кузнечно-прессовых цехах, в
некоторых производствах по добыче и переработке сырья и др. Благодаря высокой надежности пневмопривод также часто используется в
тормозных системах машин.
5. Большой срок службы. В пневматических устройствах циклического действия ресурс составляет от 5 до 20 млн. циклов. Для
устройств нециклического действия – около 10÷20 тыс. часов. Это в
2÷4 раза больше, чем у гидропривода, и в 10÷20 раз больше, чем у
электропривода.
6. Большие скорости. Скорость движения штока пневмоцилиндра может составлять 15 м/с и более, а частота вращения выходного
вала некоторых пневмомоторов (пневмотурбин) - до 100000 об/мин.
Такие большие скорости вращательного движения используется в
приводах шлифовальных машин, бормашин, сепараторов, центрифуг
и др. Получение больших скоростей в гидроприводе и электроприводе ограничивается их большей инерционностью и отсутствием демпфирующего эффекта, которым обладает воздух.
67
7. Экономичность. По сравнению с гидравлическими системами
в пневмосистемах используется централизованная сеть сжатого воздуха, поэтому не требуется дорогостоящей насосной установки, нет
необходимости иметь возвратные линии, так как отработанный воздух выбрасывается непосредственно у мест его потребления.
8. Экологическая чистота. Пневматическое оборудование само
по себе является экологически «чистым», а при надлежащей очистке
отработанного воздуха оно может использоваться даже в помещениях
с повышенными требованиями по чистоте. Поэтому пневмосистемы
широко применяется в полиграфии, легкой и пищевой промышленности.
9. Безопасность. В гидро- и электроприводах возможно поражение электрическим током при нарушении изоляции, а также жидкостью в случае разгерметизации трубопроводов.
Недостатки
К основным недостаткам пневмосистем относятся:
1. Сложность реализации заданных законов движения исполнительных органов, а также стабильности скоростей при переменной
нагрузке.
2. Малая скорость передачи пневматических сигналов, что приводит к запаздыванию выполнения операций.
3. Высокая стоимость пневматической энергии. КПД пневмопривода составляет обычно 5÷15 % и очень редко до 30 %. Иногда
КПД пневмопривода может быть 1 % и менее. Гидро- и электропривод имеют КПД, соответственно, около 70 % и 90 %. Поэтому пневмопривод не применяется в машинах с длительным режимом работы
и большой мощности за исключением тех случаев, когда применение
других типов приводов недопустимо.
4. По сравнению с электронными пневматические системы
управления имеют низкое быстродействие, большие габариты и вес.
Для устранения недостатков применяют комбинированные
пневмоэлектрические или пневмогидравлические приводы.
Контрольные вопросы
1. Классификация пневмоустройств по уровню давления.
Системы высокого давления.
68
2. Классификация пневмоустройств по уровню давления.
Системы среднего и низкого давления.
3. Основные функции пневматических систем.
4. Перемещение объектов.
5. Создание усилий.
6. Пневматические системы управления.
7. Пневматические датчики.
8. Область применения пневмосистем.
9. Достоинства пневмосистем.
10. Недостатки пневмосистем.
4.
ОБЩАЯ СТРУКТУРА ПНЕВМАТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ
Пневматическая система в мехатронике и робототехнике состоит из:

исполнительных устройств;

задатчиков закона движения;

распределительных устройств;

узла подготовки воздуха;

датчиков состояния;

управляющего устройства.
Исполнительным устройством (ИУ) называется устройство,
служащее для перемещения рабочих органов машины (например,
пневматический цилиндр, мембранное ИУ, двигатель вращательного
движения и т. д.).
Задатчиком закона движения называется устройство, позволяющее осуществить перемещение рабочего органа при помощи исполнительного устройства в соответствии с заданной зависимостью пути
от времени, то есть с заданным законом движения (например, регулируемые дроссели, тормозные устройства).
Распределительным устройством или распределителем называется устройство, предназначенное для реверсирования ИУ путем
изменения потоков воздуха, подаваемого из магистрали в рабочие полости, и связи выхлопных полостей с атмосферой.
Датчики состояния преобразуют механические или какие-либо
другие виды сигналов, характеризующие состояние ИУ, внешней сре69
ды (давление, температуру и т. п.), в пневматические (а также электрические и др.) сигналы, и подают их в управляющее устройство.
Управлявшее устройство или система управления осуществляет автоматическое (или полуавтоматическое) переключение распределителей в соответствии с заданными условиями работы, обеспечивая требуемую последовательность работы исполнительных
устройств (заданную циклограмму). Система управления вырабатывает управляющие сигналы в соответствии с состоянием рабочих органов машины и в зависимости от состояния внешней среды в данный
и предыдущий моменты времени.
В зависимости от заданных условий работы выбирается вид
управляющего устройства, например, командоаппарат, или же система, построенная на релейных пневматических логических элементах.
Узел подготовки воздуха включает в себя ряд специальных
устройств, в которых осуществляется удаление влаги, твердых частиц
и введение распыленного масла, если воздух подается в распределители и исполнительные устройства с подвижными уплотнителями.
4.1. Пневмодвигатели
В качестве исполнительных устройств в пневматических системах используются пневмодвигатели, которые преобразуют энергию
сжатого воздуха в энергию движения выходного звена.
Они предназначены для приведения в движение рабочих органов машин, выполнения различных вспомогательных операций
(например, зажима, фиксации, транспортирования, подъема и т. д.).
По характеру движения выходного звена пневмодвигатели подразделяют на:
 пневмоцилиндры (с поступательным движением выходного звена);
 поворотные пневмодвигатели (с ограниченным углом
поворота выходного звена);
 пневмомоторы (с неограниченным вращательным движением выходного звена).
Наибольшее распространение получили пневмоцилиндры, в которых происходит преобразование потенциальной энергии сжатого
воздуха в механическую энергию поршня.
70
В пневмоцилиндрах одностороннего действия давление сжатого
воздуха действует на поршень только в одном направлении, в другую
сторону поршень перемещается под действием внешних сил или пружины. Такие пневмоцилиндры с пружинным возвратом обычно используют для небольших перемещений.
В пневмоцилиндрах двустороннего действия перемещение
поршня со штоком происходит в двух противоположных направлениях:

с односторонним штоком;

с двусторонним штоком.
Пневмоцилиндры этого типа нашли наибольшее применение в
промышленности.
Сдвоенные пневмоцилиндры рекомендуется использовать в тех
случаях, когда диаметр пневмоцилиндра ограничен конструктивными
особенностями механизма.
Телескопические пневмоцилиндры используются для устройств
со значительной величиной перемещения рабочего органа при ограниченном осевом габарите цилиндра в исходном положении.
Мембранные пневмодвигатели одностороннего и двустороннего
действия применяют в случае тяжелых условий работы, обусловленных повышенной загрязненностью окружающей среды, а также в
устройствах с ограниченной величиной перемещения.
Сильфонные пневмодвигатели применяют, как правило, в датчиках и в специальных устройствах с небольшой величиной хода и
усилий.
Камерные пневмодвигатели используются для зажима деталей
при необходимости зажима в нескольких точках.
Шланговые пневмодвигатели применяются в транспортирующих устройствах со значительной величиной перемещений (до 10 м и
более).
Многопозиционные пневмоцилиндры (сдвоенные цилиндры,
однопоршневые с отверстиями в гильзе, многопоршневые) применяются в устройствах позиционирования, переключения передач и других механизмах, обеспечивающих несколько фиксированных положений рабочего органа.
71
Ударные пневмоцилиндры используются в устройствах, где
требуется высокая скорость перемещения рабочего органа, например,
в штампах.
Пневмоцилиндры с гибким штоком обеспечивают большие перемещения при минимальных размерах цилиндра, применяются для
операций транспортирования, хонингования, полирования, шлифования и т. п.
Вращающиеся пневмоцилиндры используются в зажимных
устройствах станков для обработки пруткового материала и штучных
заготовок.
4.2. Направляющая аппаратура
Направляющая аппаратура предназначена для изменения
направления потока сжатого воздуха путем полного открытия или закрытия рабочего проходного сечения.
К этой группе относятся:

пневмораспределители;

обратные пневмоклапаны;

пневмоклапаны быстрого выхлопа;

пневмоклапаны последовательности;

пневмоклапаны выдержки времени;

логические пневмоклапаны (ИЛИ; И).
Пневмораспределители предназначены для изменения направления или пуска и останова потоков сжатого воздуха в двух или более
внешних пневмолиниях в зависимости от внешнего управляющего
воздействия. Классификация основных видов пневмораспределителей
и их условные обозначения определены ГОСТ 2.781-68.
Число внешних линий определяет линейность распределителя.
Применяют в основном двух-, трех-, четырех- и пятилинейные распределители. Распределители для специальных целей, а также крановые, применяют с большим числом линий.
По числу фиксированных положений распределительного органа различают двух-, трех- и многопозиционные распределители.
Наибольшее применение получили двухпозиционные распределители, распределительный орган которых может занимать одно из
двух крайних положений. Распределительный орган трехпозиционых
72
пневмораспределителей при отсутствии управляющего воздействия
занимает среднее положение. Двухпозиционные пневмораспределители могут иметь одностороннее и двустороннее управление (трехпозиционные – только двустороннее). Под односторонним понимают
такой вид управления, при котором для переключения распределительного элемента управляющее воздействие прикладывается только
к одному чувствительному элементу и в одном направлении, а возврат в исходное положение происходит после снятия управляющего
воздействия под действием сил механической или пневматической
пружины. При двустороннем управлении для приведения распределительного элемента в заданное состояние необходимо управляющее
воздействие приложить к соответствующему чувствительному элементу.
Важным функциональным признаком распределителей является
вид и способ управления.
Обратные пневмоклапаны предназначены для пропускания сжатого воздуха только в одном направлении.
Пневмоклапаны быстрого выхлопа служат для повышения
быстродействия пневмоприводов путем уменьшения сопротивления
выхлопной линии.
Пневмоклапаны последовательности предназначены для контроля рабочего цикла по давлению в пневматических системах управления путем выдачи пневматического сигнала при возрастании контролируемого давления до заданной величины.
Логический пневмоклапан ИЛИ предназначен для выдачи выходного пневматического сигнала при подаче одного или двух выходных сигналов.
Логический клапан И предназначен для выдачи выходного
пневматического сигнала только при наличии двух входных сигналов.
4.3. Регулирующая пневмоаппаратура
Регулирующая аппаратура предназначена для изменения давления и расхода сжатого воздуха путем регулирования величины открытия проходного сечения.
К этой группе пневмоаппаратуры относятся:

редукционные пневмоклапаны;
73

предохранительные пневмоклапаны;

дроссели.
Предохранительные клапаны обеспечивают свободный выход
воздуха в атмосферу при повышении давления в пневмосети выше
допустимого.
Редукционные клапаны служат для снижения и стабилизации
выходного давления.
Пневмодроссели предназначены для изменения расхода путем
создания местного гидравлического сопротивления потоку сжатого
воздуха.
Дроссели используют главным образом для регулирования скоростей пневмодвигателей, а также скоростей заполнения или опорожнения емкостей в целях создания временных задержек.
Применяются дроссели регулируемые и нерегулируемые. Дроссели часто бывают снабжены обратным клапаном, и в этом случае,
они дросселируют поток воздуха только в одном направлении, а в обратном пропускают воздух лишь с небольшим сопротивлением, создаваемым обратным клапаном.
Контрольные вопросы
1. Структура пневматической системы.
2. Пневмодвигатели.
3. Назначение направляющей пневмоаппаратуры.
4. Направляющая аппаратура.
5. Пневмораспределители.
6. Линейность распределителя.
7. Позиционность распределителя.
8. Пневмоклапаны.
9. Регулирующая пневмоаппаратура.
10. Пневмодроссели.
74
5.
УСЛОВНЫЕ ГРАФИЧЕСКИЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
ЭЛЕМЕНТОВ ПНЕВМОСХЕМ
Условные графические обозначения элементов пневмосхем приведены в ГОСТ 2.781-96 (соответствует международному стандарту
ИСО 1219-91).
5.1. Основные положения
1. Обозначения отражают назначение (действие), способ работы устройств и наружные соединения.
2. Обозначения не показывают фактическую конструкцию
устройства.
3. Если обозначение не является частью схемы, то оно должно
изображать изделие в нормальном или нейтральном положении (в положении «на складе»).
4. Размеры условных обозначений стандарт не устанавливает.
Принципы построения условных обозначений пневмо- и гидроаппаратов представлены в таблице 5.1., устройств управления – в таблице 5.2.
Таблица 5.1. Принципы построения условных обозначений
пневмо- и гидроаппаратов
№
Наименование
Обозначение
1
Базовое обозначение: квадрат (предпочтительно) и прямоугольник
2
Один квадрат (прямоугольник) соответствует одной дискретной позиции
75
3
Линии потока изображают линиями со
стрелками, показывающими направления
потоков в каждой позиции
4
Закрытый ход в позиции распределителя
Таблица 5.2. Обозначения устройств управления
№
Наименование
Обозначение
1
Обозначения
управления
распределителем могут быть вычерчены в
любой
удобной
позиции
с
соответствующей стороны обозначения аппарата
2
Линейное электрическое управление
3
- с одной обмоткой, одностороннего действия
4
- с двумя противодействующими обмотками в одном узле, двухстороннего действия
5
Управление подводом или сбросом давления
76
6
А. Прямое управление
7
- воздействие на торцовую поверхность
(подводом или сбросом давления)
8
- воздействие на торцовые поверхности
разной площади
8
- внутренняя линия управления
10
- наружная линия управления
11
Б. Пилотное (непрямое) управление
12
- с применением давления газа в одноступенчатом пилоте (с внутренним подводом потока, без указания первичного
управления)
13
- со сбросом давления
77
№
Наименование
Обозначение
14
- двухступенчатое управление, например,
электромагнит и одноступенчатый, пневматический пилот (наружный подвод потока управления)
15
- параллельное управление (ИЛИ) (электромагнит или нажимная кнопка независимо воздействуют на аппарат)
16
- последовательное управление (И) (электромагнит приводит в действие пилот,
который приводит в действие основной
аппарат)
5.2. Примеры построения условных графических
обозначений аппаратов
В сокращенных записях распределители обозначают дробью, в
числителе которой цифра показывает число основных линий, т.е. исключая линии управления и дренажа, в знаменателе – число позиций
Таблица 5.3. Построение условных графических обозначений
аппаратов
№
1
Наименование
Обозначение
Распределитель 2/2
Запорный
двухлинейный,
двухпозиционный с мускульным управлением
78
Распределитель 3/2
2
Трехлинейный, двухпозиционный, управление электромагнитом и возвратной пружиной
Распределитель 5/2
3
Пятилинейный, двухпозиционный, управление давлением в двух направлениях
4
Клапан обратный:
- без пружины;
5
- с пружиной
6
- с поджимом рабочей средой, управление
рабочей средой позволяет закрывать клапан без возвратной пружины
7
Клапан "ИЛИ"
8
Клапан "И"
79
9
Клапан быстрого выхлопа
10
Клапан редукционный со сбросом давления пневматический
11
Дроссель регулируемый
13
Дроссель с обратным клапаном
14
Вентиль
15
Манометр
5.3. Устройства для подготовки воздуха
Условные изображения устройств подготовки воздуха показаны
на рис. 5.1.
80
Рис. 5.1. Устройства подготовки воздуха
5.4. Исполнительные устройства
Поршневые цилиндры и цилиндры других типов изображаются
одинаково. Поворотные цилиндры имеют свой символ, независимо от
конструктивных особенностей (лопасть, шестерня и т.д.) (рис. 5.2)
81
Поворотный исполнительный
механизм двустороннего действия
Цилиндр двустороннего
действия с проходным штоком
Рис. 5.2. Условные изображения исполнительных устройств
5.5. Пневматические линии
Пневматические линии изображаются следующим образом.
Питающий трубопровод обозначается сплошной линией
.
Управляющий трубопровод изображается штриховой линией
.
Линии выпуска воздуха изображаются точками (пунктирной)
.
82
5.6. Устройства управления пневмоаппаратурой
В табл. 5.4 представлены условные обозначения устройств
управления пневмоаппаратурой.
Таблица 5.4. Устройства управления пневмоаппаратурой
НАИМЕНОВАНИЕ
Возвратная пружина (фактически не устройство, а
встроенный механизм возврата в исходное положение)
Роликовый рычаг
Ручные органы управления, обобщенный символ
Кнопка
Механический толкатель
Односторонний роликовый рычаг
83
ОБОЗНАЧЕНИЕ
Рычаг
Нажимная-вытяжка рукоятка
Фиксатор для механических и ручных устройств
управления (превращает моностабильный клапан в
бистабильный)
Управление сжатым воздухом показывается линией
пневматического сигнала (пунктир),доходящей до
стороны квадрата. Направление прохождения сигнала может быть показано треугольником
Воздействие сжатого воздуха в системе вспомогательного управления показывается прямоугольником с заключенным в него треугольником. Этот
символ всегда встречается в сочетании с символом,
изображающим еще какое-то устройство управления.
Прямое электромагнитное управление
Непрямое электромагнитное управление
84
Контрольные вопросы
1. Требования к условным графическим обозначениям элементов пневмосхем.
2. Принципы построения условных обозначений пневмо- и
гидроаппаратов.
3. Обозначения устройств управления.
4. Линейное электрическое управление
5. Управление подводом или сбросом давления.
6. Условное графическое обозначение аппаратов.
7. Условные изображения устройств подготовки воздуха.
8. Условные изображения исполнительных устройств.
9. Условные изображения пневматических линий.
10. Устройства управления пневмоаппаратурой.
6.
ПРАВИЛА ИЗОБРАЖЕНИЯ
ПРИНЦИПИАЛЬНЫХ ПНЕВМАТИЧЕСКИХ СХЕМ
Принципиальная пневматическая схема вычерчивается для случая, когда пневмопривод находится в исходном положении, и подано
давление в магистраль.
При этом все электрические сигналы (для распределителей с
электрическим управлением) отсутствуют.
Все элементы схемы изображаются в состояниях, которые соответствуют этим исходным условиям.
Изобразим пневмосхему для случая, когда в исходном положении шток пневмоцилиндра втянут (рис. 6.1).
Так как сигнал управления на распределитель не поступает, то
под действием пружины распределитель «сдвинут» влево, поэтому
все подключения выполнены в правой половине распределителя.
В соответствии с принятой схемой пневмораспределителя силовые линии от пневмоцилиндра изображаются таким образом, чтобы
при отсутствии электрического сигнала управления давление подавалось в штоковую полость, а поршневую полость соединяют с атмосферой.
85
Рис. 6.1. Изображение пневмоцилиндра
6.1. Правила изображения пневмораспределителей
1. Распределители с пневмоуправлением могут изображаться в
исходном и рабочем положениях.
2. Распределители с электромагнитным управлением изображаются только в исходном положении.
На рис. 6.2 а) нормально замкнутый пневмораспределитель 1
изображается в исходном положении. Распределитель 2 также находится в исходном положении, поскольку отсутствует давление на его
управляющем входе.
На рис. 6.2 б) используется нормально открытый пневмораспределитель 3 с электроуправлением, поэтому на управляющий вход
распределителя 4 с пневмоуправлением поступает давление воздуха
ру.
86
б)
а)
Рис. 6.2. Нормально замкнутый (а) и нормально открытый (б)
пневмораспределители
3. Распределители с механическим управлением
Путевые выключатели изображаются как в исходном, так и в рабочем положении (рис. 6.3)
Рис. 6.3. Изображение путевых выключателей
87
Моностабильные распределители с механическим управлением
никогда не изображаются в рабочем состоянии (рис.6.4 а) и бистабильные клапаны (рис. 6.4 б).
Рис. 6.4. Моностабильные распределители (а),
бистабильные клапаны (б)
6.2. Компоновка схемы
Принципиальная пневматическая схема изображается из условия, что сигналы управления и поток энергии направлен снизу-вверх,
а последовательность операций рабочего цикла – слева направо.
Таким образом, на схеме блок подготовки воздуха изображается
в левом нижнем углу, а пневматический цилиндр, выполняющий первый ход, – в левом верхнем углу и т. д.
Пневмосхема условно разделяется на три горизонтальных уровня, которые соответствуют своим подсистемам (рис. 6.5).
88
Рис. 6.5. Принцип компоновки пневмосистемы
1. Исполнительная подсистема
Исполнительная подсистема изображается в верхней части схемы (рис. 6.5). В нее входят пневмодвигатели и управляющие распределители, которые изображают непосредственно под соответствующими пневмодвигателями.
Пневмодвигатели обозначаются заглавными буквами: А, В, С и
т.д. Буквы можно присваивать в алфавитном порядке в порядке расположения на схеме, либо в соответствии с последовательностью операций рабочего цикла. Можно также обозначать буквой по названию
рабочей операции.
Исходное положение исполнительного механизма называется
положением «0» или «нулевым положением».
89
За исходное положение принимают фактическое положение
движущихся частей машины. При этом шток поршня в случае использования пневмоцилиндра может находиться как в выдвинутом, так и
во втянутом положении.
Противоположное положение называется положением «1».
При построении пневмосхем, не связанных с конкретной технологической задачей, за исходное положение будем считать состояние
с втянутым штоком.
Команды на перемещение каждого исполнительного механизма
из положения «0» в положение «1» обозначают буквой, соответствующей буквенному обозначению исполнительного механизма со знаком «+» и называют положительной: A+, В+, С+.
Соответственно команда на обратное движение будет называться отрицательной и обозначаться со знаком «-»: A-, В-, С-.
2. Логико-вычислительная подсистема
Для решения определенных технологических задач могут устанавливаться дополнительные распределители, клапаны И, ИЛИ, реле
времени, элементы памяти и т.д., образующие логиковычислительную подсистему. Логико-вычислительная подсистема
изображается в средней части схемы (рис. 6.5).
3. Информационная подсистема
В информационную систему, которая изображается в нижней
части схемы (рис. 6.5), в чисто пневматических схемах входят распределители 3/2 с роликовыми рычагами (путевые выключатели), которые подают сигналы при достижении исполнительными органами
конечных положений.
Датчики или путевые выключатели на схеме и соответствующие
им сигналы обозначают теми же строчными буквами, что и соответствующие им исполнительные механизмы. Например, датчик b подает
сигнал b.
Сигналы (датчики) от датчиков, которые распознают исходное,
т.е. нулевое положение исполнительного механизма, обозначают с
индексом «0»: a0, b0, c0.
90
Сигналы (датчики) от датчиков при противоположном, т.е. положительном положении исполнительного механизма, будут обозначаться с индексом «1»: ai, bi, ci.
Символы путевых выключателей для каждого пневмодвигателя
изображают на одной горизонтальной линии. При этом желательно,
чтобы вертикальные линии, по которым от выключателей идут выходные сигналы, попадали без изгибов в место своего назначения.
Место фактического положения путевых выключателей на механизме указывают с помощью соответствующих буквенных обозначений a1, a0, b0, b1, c0, c1 (рис.6.6).
Рис. 6.6. Пример изображения элементов на пневмосхеме
Давления, выдаваемые путевыми выключателями, называют
сигналами.
Пневматические сигналы на включение пневмораспределителей,
которые управляют исполнительными механизмами, называются командами.
В некоторых простых пневмосхемах сигнал может быть одновременно и командой.
На рис.6.7 изображена пневматическая схема с указанием трех
горизонтальных уровней, которые соответствуют своим подсистемам.
91
Рис. 6.7. Схема исполнительного механизма с указанием подсистем
Контрольные вопросы
Правила изображения схемы пневматической принципиальной.
2. Правила изображения пневмораспределителей.
3. Изображение распределителей с механическим управлением.
4. Компоновка схемы.
5. Исходное положение исполнительного механизма
6. Подсистемы на пневмосхеме.
7. Исполнительная подсистема.
8. Логико-вычислительная подсистема.
9. Информационная подсистема.
10. Пневматические сигналы.
1.
92
7.
СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ПНЕВМОПРИВОДАМИ
Система управления пневмоприводом должна обеспечивать переключение пневмораспределителей в соответствии с заданными
условиями работы.
Существуют различные методы задания условий работы приводов:
- с помощью циклограммы,
- табличным способом;
- словесным способом;
- с помощью графов и т.д.
При проектировании машин с жестокими звеньями условия работы обычно задаются в виде циклограмм.
Циклограмма представляет собой графическую зависимость перемещения исполнительных органов от времени.
На рис. 7.1. представлены примеры циклограмм устройств с
двумя исполнительными органами.
Циклом называется определенная последовательность перемещений рабочих органов, по окончании которых они возвращаются в
исходное положение.
Работа машины заключается в последовательном выполнении
цикла за циклом.
В машинах с пневматическими приводами время цикла не определено, так как скорости перемещения рабочих органов зависят от ряда условий и могут регулироваться.
Циклы разбиваются на такты.
Тактами называются последовательные комбинации состояний
исполнительных устройств, отличающиеся состоянием хотя бы одного из них.
Выполнение одной и той же заданной циклограммы может быть
обеспечено разными пневмосхемами, вид которых зависит от способа
построения пневмосистемы и типа управления
93
Рис. 7.1. Циклограммы устройств с двумя пневмоприводами
7.1. Способы построения пневматических систем управления
По способу построения различают централизованные и децентрализованные системы.
1. Централизованное управление
В централизованных системах используются командозадающие
устройства, которые последовательно в каждом такте выдают сразу
группу сигналов на различные устройства, срабатывающие в этом
такте.
В качестве командозадающих устройств могут использоваться
программируемые контроллеры:
•
электронные,
•
пневматические (на стандартной аппаратуре: струйные
элементы, мембранные, аппаратура высокого давления);
94
•
пневмомеханические (дополнительно в качестве элементов
памяти используются шарики, мембраны, фиксаторы и др.),
•
механические командоаппараты в виде вала с регулируемыми кулачками или упорами, которые при вращении вала нажимают
на соответствующие переключатели и подают сигналы на переключение пневмораспределителей.
2. Децентрализованное управление
Пневмосистемы с децентрализованным управлением позволяют
решать задачи любой сложности. Такие системы представляют систему определенным образом взаимосвязанных между собой двухпозиционных устройств. Такие системы могут быть созданы на основе любых 3, 4 и 5 - линейных двухпозиционных пневмораспределителей.
При построении более сложных пневмосхем применяются специальные пневматические устройства (мембранные и струйные), которые отличаются высоким быстродействием и малыми весогабаритными параметрами.
7.2. Классификация пневмосистем по типу управления
По типу управления пневматические системы с централизованным и децентрализованным управлением подразделяются на три
группы:
1 с управлением по положению исполнительных органов;
2 с управлением по времени;
3 с управлением по давлению.
Управление по положению исполнительных органов
В системах управления по положению (рис. 7.2 и рис. 7.3) крайние положения рабочих органов контролируются датчиками положения.
Датчики положения подают в систему управления сигналы о
положении рабочих органов, на основании которых формируются
сигналы управления.
В централизованных системах эти сигналы поступают в командозадающие устройства (командоаппараты шагового типа), которые в
95
ответ выдают очередную группу сигналов для выполнения следующего такта.
В децентрализованных системах сигналы от датчиков положения поступают непосредственно на соответствующие распределители
или логические устройства.
На схемах на рис. 7.2 и рис. 7.3 такими сигналами являются сигналы +A и -A, поступающие на 5-линейный пневмораспределитель с
двусторонним управлением (бистабильный пневмораспределитель).
В качестве пневматических датчиков положения в пневматических системах применяются различного типа нормально закрытые
или нормально открытые трехлинейные распределители.
В пневматическую систему управления могут входить также и
другие пневматические элементы: пневмотумблеры, пневмокнопки
для включения системы, логические элементы, устройства для задержки времени и др.
Рис. 7.2. Схема управления по положению штока в конце хода
96
Рис. 7.3. Схема управления по положению штока
в начале и в конце хода
Управление по времени
В ряде случаев на исполнительных органах машин нет возможности установить датчики положения, контролирующие выполнение
операции. В таких случаях используют системы управления по времени (рис. 7.4).
При централизованном управлении командозадающее устройство в подобных системах представляет собой сдвигающий регистр, в
котором сдвиги проходят с частотой тактовых импульсов.
97
Рис. 7.4. Пневмосхема управления по времени
Если используется механический командоаппарат, то в таких
системах вал вращается с постоянной скоростью, а моменты времени,
в которые поступают сигналы управления, определяется профилями
кулачков или же величиной угла расположения на валу упоров. Циклы будут повторяться до тех пор, пока не будет выключен двигатель
вращения вала командоаппарата.
Преимущество способа управления по времени заключается в
его простоте (нет лишних трубопроводов от конечников или проводки от электрических датчиков).
Недостатком является жесткая последовательность команд не
зависимо от того, выполнены ли действия предыдущего такта или
нет. Отсутствие контроля за выполнением предыдущих тактов может
привести к нарушению работы машины. В этом случае требуется заведомо завышать продолжительность некоторых тактов, чтобы
98
наверняка гарантировать срабатывание исполнительных устройств,
что приводит к снижению быстродействия машины.
При децентрализованном управлении время отдельных периодов
(тактов) может быть задано с помощью реле времени, включенных в
схему последовательно (рис. 7.4).
Управление по давлению
Системы управления по давлению применяются в случаях, когда шток в соответствии с технологическим процессом выдвигается
на разную величину или же когда невозможно установить датчик в
выдвинутом положении штока. В этих случаях сигнал на выполнение
следующего такта может формироваться специальными устройствами
(клапанами последовательности).
На рис.7.5 изображена схема управления по давлению.
Рис. 7.5. Пневмосхема управления по давлению
99
Работа пневмосхемы начинается по сигналу пневмокнопки 1. В
результате распределитель 2 переключается, и начинается выдвижение штока пневмоцилиндра 3. Как только в конце хода давление в полости нагнетания достигнет заданной величины (определяется
настройкой клапана 4), достаточной для выполнения технологической
операции (клейка, прессование и т.п.), клапан 4 срабатывает и подает
сигнал на переключение распределителя 2. В результате шток пневмоцилиндра втягивается.
Недостаток систем управления по времени и по давлению зключается в том, что движение привода может начаться до окончания заданного движения при случайном возрастании нагрузки или изменении параметров воздуха.
Поэтому предпочтение всегда отдается пневматическим приводам с управлением по положению, в которых движение рабочего органа всегда начинается только при отработке предыдущих команд.
При необходимости используют комбинированное управление.
Контрольные вопросы
1. Методы задания условий работы приводов.
2. Цикл.
3. Такт.
4. Циклограмма.
5. Способы построения пневматических систем управления.
6. Классификация пневмосистем по типу управления.
7. Управление по положению исполнительных органов.
8. Управление по времени.
9. Управление по давлению.
10. Недостатки систем управления.
8.
АЛГЕБРА ЛОГИКИ В ПНЕВМОСИСТЕМАХ
Для построения пневмосхем используют логические методы, законы и соотношения алгебры логики (булевой алгебры).
Логические операции определяют связи, существующие между
сложными и простыми высказываниями.
100
Под высказыванием понимают предложение, о котором можно
судить, является ли оно ложным или истинным. Например, «Шток
выдвинут».
Значение истинности высказывания равно единице, если оно истинно, и равно нулю, если оно ложно.
В различные периоды времени и в различных условиях одно и
то же высказывание может быть истинным или ложным, т.е. принимать значение 1 или 0.
Различают простые и сложные высказывания.
ПРИМЕР простого высказывания: «Деталь находится в заданной позиции».
Сложные высказывания получаются при объединении простых
высказываний с помощью логических связей: И, ИЛИ, НЕ, ЕСЛИ...,
ТО и др.
Сложные высказывания называют логическими или булевыми
функциями, а простые высказывания - переменными.
В алгебре логики переменная, так же как и логическая функция,
может принимать одно из двух значений (нуль или единицу).
8.1. Логические функции
Рассмотрим некоторые логические функции. Сложные высказывания обозначим буквой f а простые - х, у, z и т. д.
1. Операция повторения:
f = х.
Например, сигнал х подается на распределитель, который формирует команду f на выдвижение штока.
2. Операция отрицания.
f=х
Операцию отрицания называют также операцией НЕ.
101
Например, при отсутствии сигнала управлениях х шток должен
выдвигаться, поэтому нужен инверсный (обратный) сигнал х.
3. Операция логического умножения:
f = ху = (х^у)
Эту операцию называют также операцией конъюнкции или операцией И.
Например, шток должен выдвигаться (f), если поступит управляющий сигнал х на распределитель и при этом будет опущено заграждение (сигнал у).
Число простых высказываний может быть и больше двух:
f = 𝑥1 𝑥2 х3 . . . хп.
4. Операция логического сложения:
f = x + у =х˅у.
Ее называют также операцией дизъюнкции либо просто операцией ИЛИ.
Например, шток может выдвигаться (f) как по сигналу х, так и
по сигналу у.
Число простых высказываний при сложении может быть и больше двух:
f = 𝑥1 + x2 + x3 +. . . +xn .
5. Операция импликации:
f = 𝑥+ у.
Например, шток должен выдвигаться (f), если отсутствует аварийный сигнал х или же есть сигнал у, например, от ручного управления.
102
6. Операция «Стрелка Пирса»:
f = 𝑥𝑦 y = 𝑥 + 𝑦 =х↓у
Шток должен выдвигаться (f), когда нет ни сигнала х, ни сигнала у: f = 𝑥𝑦.
Это же высказывание может звучать так: «Шток не должен выдвигаться (f), если есть хотя бы один сигнал х или у». Тогда можно
записать, т.е.𝑓 = x + у, отсюда получим: f = x + y.
Таким образом, операция может быть выражена через операции
отрицания переменных x и y и их умножения f = 𝑥𝑦 или путем операции их логического сложения и последующего отрицания f =
x + y.
Функция f = 𝑥 + 𝑦 может быть реализована меньшим числом
пневмоэлементов: элементом ИЛИ (логическое сложение) и НЕ (логическое отрицание), т.е. двумя элементами вместо трех, которые
необходимы для реализации функции f = 𝑥у (два элемента НЕ и элемент логического умножения).
7. Операция «Штрих Шеффера»:
f = 𝑥 + у = 𝑥𝑦
Шток должен выдвигаться (f), когда нет запрета от одного из
двух операторов х или у, т.е.:
𝑓 = 𝑥 + 𝑦.
Это же условие можно выразить по-другому: шток не должен
выдвигаться (f), если есть запрет от обоих операторов:
𝑓 = 𝑥𝑦
Отсюда получим: f = 𝑥𝑦.
103
8. Операция «Запрет по у»
𝑓 = 𝑥𝑦.
Шток должен выдвигаться (f), когда нажата кнопка х и при этом
нет запрета от оператора у.
Это же условие можно высказать иначе: шток не должен выдвигаться, если не нажата кнопка х или есть запрет от оператора у,
т.е.:𝑓 =х+у. А это есть операция импликации. Отсюда найдем инверсное значение: f=𝑥̅ + 𝑦
Поэтому эта операция называется также операцией отрицания
импликации, т.е. f=𝑥̅ + 𝑦
̅̅̅̅̅̅̅
Докажем равенство f=𝑥𝑦=𝑥̅
+ 𝑦, выполнив ряд преобразований:
f =x𝑦̅=𝑥𝑦̅=𝑥̅ + 𝑦̅=𝑥̅ + 𝑦.
В большинстве случаев условия работы систем управления приводами могут быть описаны логическими функциями.
Так как все логические функции можно выразить посредством
операций ДА, НЕ, И, ИЛИ, то систему управления можно построить с
помощью однотипных устройств, выполняющих эти операции.
Такие устройства называются операторами.
Функции операторов могут выполнять устройства
1) высокого давления;
2) среднего давления;
3) низкого давления.
Среди устройств высокого давления в качестве операторов могут выступать:
- 3-х, 4-х и 5-линейные пневмораспределители одностороннего
(моностабильные) и двустороннего (бистабильные) действия;
- редукционные пневмоклапаны;
- клапаны последовательности;
- специальные устройства, предназначенные для использования
в логических операциях (разделительный клапан для реализации операций ИЛИ, клапан И).
104
При использовании устройств среднего давления широко применяются устройства мембранной техники «УСЭППА».
При построении более сложных систем управлении используются устройства струйной техники.
Для упрощения синтеза пневмосхем используют законы и соотношения алгебры логики.
8.2. Основные законы и соотношения алгебры логики
Для упрощения пневматической схемы, т.е. для сокращения
числа операторов (пневмоэлементов), необходимых для ее реализации, используют следующие законы и соотношения алгебры логики.
1. Закон перестановки
х×у=у×х;
х+y=y+х.
2. Сочетательный закон
(xy)z=x(yz);
(x+y)+z=x+(y+z)
3. Распределительный закон
а) ху+xz=х(у+z)
Для реализации левой части равенства требуются три оператора,
правой части – 2.
б) (х+у) (х+z)=хх+хz+yx+yz=х+хy+yx+yz
После преобразований, имея ввиду, что хх = х, получим
(х + у) (х + z) = хх + хz +yx +yz = х + хz +yx +yz
105
Используя распределительный закон, выразим сумму трех слагаемых следующим образом:
х + xz +yx =x(1 +y+z).
Выражение (1+y+z)=1.
Окончательно получим
(х + у) (х + z) = х + yz.
Это уравнение не действует в обычной алгебре. Правая часть равенства реализуется меньшим числом элементов.
4. Закон повторения
хх... = х; х + х + . . . + х = х.
5. Закон инвертирования
𝑥 + 𝑦 = 𝑥̅ у̅, 𝑥𝑦 = 𝑥̅ + 𝑦̅.
Основные соотношения
Между переменной х и постоянными величинами «0» и «1»:
х+1 = 1;
х×1 =х;
х + 𝑥̅ = 1;
х×0=0;
х 𝑥̅ = 0.
106
8.3. Задание функций с помощью таблицы состояний
Функции алгебры логики могут быть заданы с помощью таблицы состояний (таблицы истинности). Таблица состоит из столбцов со
значениями переменных и один (последний) столбец описывает значения самой функции для каждого сочетания переменных.
Если таблица содержит n переменных, то число строк в таблице
будет 2n.
Рассмотрим функцию из трех переменных (23 = 8) и запишем в
каждую строку возможные комбинации значений переменных и значение функции (табл. 8.1).
Таблица 8.1. Таблица состояний для трех переменных
x
у
z
f
0
0
0
0
0
0
1
0
0
1
0
0
0
1
1
1
1
0
0
0
1
0
1
0
1
1
0
1
1
1
1
1
Если в таблице истинности число строк с единичным и нулевым
значениями функции одинаково, то безразлично, какие функции описывать – нулевые или единичные.
Если в столбце функции f количество единиц больше количества
нулей, то целесообразно составлять формулу по нулевым строкам.
Если количество единиц меньше, то необходимо составлять
формулу по единичным строкам.
Переход от табличного задания функции к алгебраическому выполняется следующим образом:
107
1) выделяют строки с одинаковыми значениями функций;
2) для каждой выделенной строки с единичным значением
функции выписывают элементарные конъюнкции переменных (И);
3) объединяют данные функции знаками дизъюнкции (ИЛИ).
ПРИМЕР
Запишем по таблице 8.1 функцию алгебры логики в алгебраической форме.
Так как минимальное количество строк имеют функции с единичным значением, то в таблице выделяем строки с единичным значением функции: 011, 110, 111.
Тогда алгебраическое выражение функции будет иметь вид
f = xy𝑧̅ + xy𝑧̅ + xyz.
8.4. Реализация логических функций
Элементарные функции алгебры логики реализуются на элементах пневмоавтоматики, исходя из особенностей последних (в зависимости от используемого давления: элементы высокого давления, элементы среднего давления – мембранная техника; элементы низкого
давления – струйная техника).
Реализация логических функций алгебры логики.
1. Функция И может быть реализована на трехлинейном пневмо-распределителе, для чего на его вход питания подается одна из логических переменных, а на вход управления – вторая. Можно использовать также специальный клапан И.
2. Операцию отрицания называют также инвертированием или
операцией НЕ. В качестве переменной x можно использовать механический, пневматический и электрический сигналы.
3. Операцию логического умножения можно реализовать посредством последовательного соединения двух нормально закрытых
трехходовых клапанов или одного клапана, на вход которого вместо
постоянного давления питания подается переменный сигнал у. В этом
случае только при подаче управляющего сигнала x и подаче давления
на вход клапана выход клапана будет соединен с магистралью (f=1).
108
4. Для реализации дизъюнкции сигнал второй переменной следует подать на атмосферный вход пневмо-распределителя, если позволяет конструкция пневмо-распределителя. Для реализации функции
используется также специальный элемент ИЛИ на два входа. Дизъюнкцию можно реализовать также и на обратных клапанах.
5. Операция импликация может быть выражена через операции
НЕ (x̅) и ИЛИ (x̅ + у) и образована последовательным соединением
элементов, реализующих эти операции.
Реализовать логические функции можно на 4-х и 5-линейных
распределителях. В этом случае на одном элементе удается реализовать и саму функцию, и ее отрицание.
На рис. 8.1. – 8.2. представлены таблицы состояния и схемы реализации логических функций алгебры логики.
Рис. 8.1. Таблицы состояния и схемы реализации
логических функций алгебры логики
ПОВТОРЕНИЕ, НЕ, И, ИЛИ
109
Рис. 8.2. Таблицы состояния и схемы реализации
логических функций алгебры логики
ИМПЛИКАЦИЯ, Стрелка Пирса,
Штрих Шеффера, Запрет по y
110
Контрольные вопросы
1. Высказывание.
2. Логические функции.
3. Операторы.
4. Основные законы алгебры логики.
5. Основные соотношения алгебры логики.
6. Реализация логических функций.
9.
РЕАЛИЗАЦИЯ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТНЫХ ФУНКЦИЙ
При синтезе более или менее сложных систем управления вместе с логическими функциями используются последовательностные.
Значение последовательностных функций зависит не только от
значения входных переменных в данный момент, но и от порядка поступления входных сигналов.
К последовательностным функциям относятся:
1) функции памяти,
2) функции счета,
3) задержки на такт и т.д.
В качестве памяти в пневмоавтоматике обычно используются
триггеры с раздельными входами. Существует также триггер со счетным входом, который представляет собой двоичный счетчик импульсов, поступающих на его вход.
В дальнейшем под триггером будем понимать только триггер с
раздельными входами.
Триггер – это схема, которая имеет два устойчивых состояния:
нулевое или единичное, обеспечиваемое обратными связями.
Триггер имеет два входа – включающий S и выключающий R и
один выход Z или два взаимно инверсных выхода: Z и Z̅.
Переключение триггера происходит только при поочередном
появлении единичных сигналов на входах. Повторное появление сигнала на одном и том же входе не меняет состояния триггера.
Различают триггеры:
 с доминирующим нулем (при S = R = 1 получим Z = О),
 с доминирующей единицей (при S = R = 1, Z = 1),
111
 с неопределенным состоянием (при S = R = 1, Z = 0 \/ 1).
В триггерах с неопределенным состоянием одновременное появление единичных сигналов на входах недопустимо.
Обозначать функцию памяти принято следующим образом:
f= T(S; R).
9.1. Реализация функций памяти
Для реализации триггеров на элементах пневмоавтоматики высокого давления можно использовать двухпозиционные четырех- и
пятилинейные распределители с двухсторонним управлением (бистабильный пневмораспределитель) (рис. 9.1).В таком распределителе
при R = 1 получим Z = 1, 𝑍̅ = 0, а при S = 1 имеем Z = 0, 𝑍̅ = 1.
Рис. 9.1. Реализация триггера на бистабильном распределителе
с двусторонним управлением
Запоминание позиции происходит благодаря силам трения. При
двухстороннем управлении недопустимо одновременная подача
входных сигналов S = R = 1, так как в этом случае состояние выходов
распределителя является неопределенным.
Триггер можно построить на двух трехлинейных распределителях с односторонним управлением (моностабильных) и клапане ИЛИ
(рис. 9.2).
При сигнале S = 1 распределитель 1 переключается и сигнал с
его выхода поступает в канал питания распределителя 2 (Z = 1).
Сигнал Z = 1 с выхода распределителя 2 через клапан ИЛИ по
ступает на управляющий вход распределителя 1, поддерживая его
112
включенным даже после снятия сигнала S = 1. В результате происходит запоминание.
При этом снимается сигнал управления с распределителя 1, который возвращается в исходное положение под действием пружины,
т.е. питание поступает на заглушенный вход распределителя 1.
Теперь и при снятии сигнала R на выходе будем иметь Z = 0, т.е.
произошло запоминание сигнала.
При R = 1 распределитель 2 переключается, выход триггера соединяется с атмосферой (Z = 0).
При этом снимается сигнал управления с распределителя 1, кото
рый возвращается в исходное положение под действием пружины, т.е.
питание поступает на заглушенный вход распределителя 1.
Рис. 9.2. Реализация триггера на моностабильном
распределителе с односторонним пневмоуправлением
При этом снимается сигнал управления с распределителя 1, который возвращается в исходное положение под действием пружины,
т.е. питание поступает на заглушенный вход распределителя 1.
Теперь и при снятии сигнала R на выходе будем иметь Z = 0, т.е.
произошло запоминание сигнала.
113
При R = 1 распределитель 2 переключается, выход триггера соединяется с атмосферой (Z = 0).
При этом снимается сигнал управления с распределителя 1, который возвращается в исходное положение под действием пружины,
т.е. питание поступает на заглушенный вход распределителя 1.
Теперь и при снятии сигнала R на выходе будем иметь Z = 0, т.е.
произошло запоминание сигнала.
На рис. 9.3 показан пример построения пневмосхемы пневмоцилиндра, который должен перемещать шток в разные направления по
кратковременным сигналам от пневмокнопок «вперед» и «назад».
Рис. 9.3. Пневмосхема на базе триггера
При отпускании кнопок пневмоцилиндр должен доходить до
конечного положения и останавливаться.
9.2. Реализация временных устройств
В пневматических схемах используются четыре различные временные функции по отношению к начальному сигналу (рис. 9.4).
114
ВКЛ
Начальный сигнал
ВЫКЛ
ВКЛ
Задержка включения
ВЫКЛ
Задержка выключения
ВКЛ
Импульс на включение
ВЫКЛ
Импульс на выключение
Рис. 9.4. Временные функции
Функция выдержки времени в пневматике основана на том, что
для достижения определенного уровня давления в фиксированном
объеме при поступлении в него сжатого воздуха через дроссельное
отверстие, требуется какое-то время t1 и t2 (рис. 9.5).
Рис. 9.5. Зависимость изменения давления от времени
при заполнении объема через дроссель
115
При различных настройках входного дросселя получаем разное
время достижения давления срабатывания р0.
Для практической реализации временных функций к ресиверу с
регулируемым дросселем подключают распределитель с пневмоуправлением с пружинным возвратом (рис. 9.6). Ресивер соединяется
с отверстием управления распределителя. В качестве дросселя с изменяемым проходным сечением используется дроссель с обратным
клапаном (регулятор скорости). Обратный клапан обеспечивает беспрепятственное прохождение потока сжатого воздуха в обратном
направлении, благодаря чему на возврат в исходное положение распределителя подключенная емкость практически не влияет.
Основными элементами временных устройств являются емкость, дроссель и пневматический релейный распределитель, дающий
по окончании выдержки времени дискретный сигнал. Для реализации
выдержек времени иногда оказывается достаточно емкости соединительных трубопроводов и входных камер самих элементов.
Устройства задержки сигнала по переднему, заднему, переднему
и заднему фронту отличаются направлением включения обратных
клапанов.
9.3. Задержка включения (задержка по переднему фронту)
На рис. 9.6 изображена пневмосхема, реализующая задержку
включения, т.е. появление сигнала f с некоторой задержкой 𝜏1 по отношению к входному сигналу x, и график получения сигнала f с задержкой 𝜏1 по переднему фронту.
Время задержки т определяется настройкой дросселя 2 и объемом емкости 3. При очень короткой временной задержке ресивер не
требуется.
После прекращения действия сигнала х сжатый воздух из емкости 3 через обратный клапан 5 и пневмокнопку 1 выходит в атмосферу.
116
Рис. 9.6. Задержка включения
9.4. Задержка выключения (задержка по заднему фронту)
Пневмосхема, представленная на рис. 9.7, реализует задержку
выключения, т.е. выходной сигнал f будет исчезать с задержкой τ после исчезновения сигнала x.
Данная схема отличается от предыдущей тем, что обратный
клапан включен в противоположном направлении. В результате появление сигнала f происходит одновременно с появлением сигнала х, а
исчезновение сигнала f произойдет после опустошения емкости, т.е. с
задержкой, которая будет зависеть от объема емкости и настройки
дросселя
117
Рис. 9.7. Задержка выключения
Контрольные вопросы
Последовательностные функции.
Триггер.
Реализация функций памяти.
Реализация временных устройств.
Временные функции по отношению к начальному сигналу.
Зависимость изменения давления от времени при заполнении объема через дроссель.
7. Основные элементы временных устройств.
8. Задержка включения.
9. Задержка выключения.
10. Различие пневмосхем, реализующих задержку по переднему и по заднему фронту.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
118
10.
ПРИМЕРЫ ПОСТРОЕНИЯ ПНЕВМОСХЕМ
Рассмотрим примеры построения пневматических схем управления пневматическими цилиндрами одностороннего и двустороннего действия.
10.1. Управление пневмоцилиндром одностороннего
действия
Движение пневмоцилиндра одностороннего действия осуществляется при подаче сжатого воздуха в одну полость, чаще - в поршневую полость, где отсутствует шток. Штоковая полость, через которую
проходит шток, постоянно соединена с атмосферой.
Прямое управление с помощью распределителя
Пневмоцилиндром одностороннего действия можно управлять,
подсоединив его к распределителю 3/2 с ручным управлением.
В зависимости от типа используемого распределителя (нормаль
но открытый или нормально закрытый) его шток будет выдвигаться
или втягиваться при включении распределителя и возвращаться обратно при прекращении воздействия. Это так называемое «прямое
управление». Такое управление применяется в пневмоцилиндрах с
малым расходом воздуха.
а). Регулирование скорости в одном направлении
Регулирование скорости движения штока в цилиндрах одностороннего действия осуществляется путем дросселирования потока воздуха на входе в цилиндр.
Скорость обратного хода, как правило, ограничивается редко. В
этом случает в линии после распределителя ставится дроссель с обратным клапаном (рис. 10.1).
119
Рис. 10.1. Прямое управление пневмоцилиндром одностороннего действия
б). Регулирование скорости в обоих направлениях
Если же в технологическом процессе требуется регулировка
скорости штока в обоих направлениях, то ставятся последовательно
два дросселя с обратными клапанами, подключенными навстречу
друг другу (рис. 10.2).
Рис. 10.2. Пневмосхема регулирования скорости в обоих направлениях
120
Скорость движения привода при прямом ходе регулируется
дросселем 1, при обратном ходе - дросселем 2.
Непрямое управление (усиление потока)
В случае использования пневматического цилиндра больших
размеров требуется более мощный распределитель, управление которым вручную становится тяжелым. Поэтому для управления мощным
распределителем с высокой пропускной способностью устанавливают
дополнительно небольшой распределитель с ручным управлением
(рис. 10.3).
Часто такая схема применяется при дистанционном управлении.
Большой распределитель находится поблизости от пневматического
цилиндра, а малый распределитель может находиться на большом
расстоянии на панели управления.
Рис. 10.3. Непрямое управление пневмораспределителем
Работа пневмосхемы: при нажатии пневмокнопки 1 включается
более мощный пневмораспределитель 2, в результате чего давление
воздуха поступает в рабочую полость пневмоцилиндра.
121
При отпускании пневмокнопки 1 сигнал управления на распределитель 2 исчезает и он под действием пружины возвращается в исходное положение. При этом воздух начинает выходить из полости
пневмоцилиндра.
При падении давления в полости цилиндра до определенной величины усилие пружины пневмоцилиндра становится достаточным,
чтобы привести в движение шток и начать его жение.
Независимое управление из двух точек. Функция «ИЛИ»
В некоторых случаях команда управления пневмоцилиндром
или распределителем должна подаваться независимо с разных мест
или от двух элементов пневмосхемы.
Часто требуется совмещать управление от оператора в режиме
настройки с помощью распределителя с ручным управлением и
управление от системы управления в процессе работы механизма
(рис.10.4).
Рис. 10.4. Реализация функции ИЛИ
122
Или, например, пневмопривод для открывания ворот должен
управляться с пульта охранника, а также с помощью тумблера непосредственно у ворот.
В этих случаях сигналы от двух этих элементов подают на клапан ИЛИ.
Если же вместо клапана ИЛИ сигналы подать непосредственно
через тройник, то воздух от одного из двух клапанов, будет уходить
через выпускной канал другого.
Совместное управление - блокировка. Функция «И»
В некоторых случаях требуется, чтобы пневмоцилиндр или распределитель в пневмосхеме срабатывал только при одновременном
поступлении на них двух сигналов.
ПРИМЕР. Пневматический пресс должен включаться с помощью пневмотумблера только в том случае, если установлено защитное ограждение. Рассмотрим два варианта пневмосхемы.
Вариант 1 (рис. 10.5)
При установке ограждения оно включает распределитель 2 с механическим управлением, давление воздуха на который поступает от
пневмотумблера 1
Рис.10.5. Блокировка. Функция «И»
123
Таким образом, пневмоцилиндр пресса начинает движение только в том случае, если включены оба распределителя.
Вариант 2 (рис. 10.6.)
Рис. 10.6. Блокировка. Функция «И»
На данном рисунке показана пневмосхема, в которой используется клапан И. Давление от клапана И поступит только в том случае,
если подступает сигнал от пневмотумблера и при этом ограждение
опущено, т.е. сработал распределитель с роликовым управлением.
Инвертирование: Функция «НЕТ»
В некоторых устройствах при подаче давления и при отсутствии
сигналов управления необходимо обеспечить срабатывание пневматических механизмов: фиксаторов, тормозов и т.п.
Разблокирование таких механизмов обеспечивается за счет срабатывания распределителя (рис. 10.7).
Поэтому в таких случаях должен применяться нормально открытый распределитель.
124
Рис. 10.7. Шток втягивается при включении распределителя
(инвертирование сигнала)
10.2. Управление пневмоцилиндром двустороннего действия
Переключение потоков
В некоторых пневмосхемах необходимо обеспечить переключение потоков воздуха. Например, необходимо переключить подачу
воздуха в противоположную полость пневмодвигателя или подать
давление воздуха в систему, управляемую автоматически, или - к распределителям с ручным управлением. Это исключает автоматический
запуск во время отработки ручного режима.
Для переключения применяется небольшой 3/2 распределитель
1 с ручным управлением (рис. 10.8). Второй распределитель с пневмоуправлением 2представляет собой 5/2-распределитель, который
осуществляет переключение потоков А и В. Эта же схема может использоваться для усиления потока.
125
Рис. 10.8. Переключение между двумя потоками А и В
Прямое управление с помощью распределителя
(без фиксации в конечных положениях)
В отличие от управления работой цилиндра одностороннего
действия для управления цилиндром двустороннего действия необходимо обеспечить подачу давления питания попеременно в обе полости. Это можно обеспечить с помощью пятилинейного распределителя (рис. 10.9).
Каналы А и В распределителя подсоединяются к поршневой или
штоковой полости в зависимости от того, какое положение для пневмоцилиндра является исходным (нерабочим).
На схеме показано подключение для случая, когда исходным положением пневмоцилиндра является положение со втянутым штоком.
В этом случае канал А подключается к штоковой полости, а канал В – к поршневой. В результате давление питания поступает через
канал А в штоковую полость, и поршень под действием давления
находится во втянутом положении.
Давление воздуха из поршневой полости через канал В выходит
в атмосферу.
126
Рис. 10.9. Прямое управление
Управление скоростью может осуществляться путем дросселирования линий. Для регулирования скорости в обоих направлениях
необходимо подключить на каждую линию по дросселю с обратным
клапаном.
Как правило, наиболее стабильной получается скорость при
дросселировании выхлопной линии, чем дросселирование линии
нагнетания. Поэтому расположение обратных клапанов в этом случае
противоположно их расположению в цилиндре одностороннего действия.
Дросселирование на выходе создает дополнительную внутреннюю нагрузку на пневмоцилиндр за счет противодавления. При увеличении внешней нагрузки происходит незначительное уменьшение
скорости привода, что приводит к уменьшению противодавления, т.е.
к уменьшению внутренней нагрузки. В результате осуществляется
компенсация колебаний величины внешней нагрузки.
127
Фиксация привода в конечных положениях
В большинстве схем после исчезновения управляющего сигнала
пневмопривод должен оставаться в конечном положении. Для выполнения этого условия применяются бистабильные пневмораспределители. Бистабильный распределитель после снятия с него управляющего сигнала будет находиться в требуемом положении под действием
сил трения до тех пор, пока не будет переключен другим управляющим сигналом.
ПРИМЕР. Пневмопривод устройства для выравнивания уложенных в стапель плит должен обеспечить надежную фиксацию исполнительного органа в крайних положениях. Схема привода показана на
рис. 10.10.
Рис. 10.10. Фиксация поршня в крайних положениях
Выдвижение штока (выравнивание) происходит при нажатии
пневмокнопки 1. Втягивание штока осуществляется после нажатия
128
пневмокнопки 2. Бистабильный пятилинейный распределитель 3 сохраняет свое положение между включениями кнопок 1 и 2. Тем самым обеспечивается фиксация крайних положений штока пневматического цилиндра. Распределитель 3 будет переключаться лишь тогда,
когда будет нажата одна из пневмокнопок. Если нажать одновременно об кнопки, то золотник распределителя 3 останется в исходном положении.
В пневматических схемах такая ситуация называется «наложением команд» и представляет собой одну из основных проблем при
их разработке.
Автоматический обратный ход
Для обеспечения автоматического обратного хода после достижения конца прямого хода можно в предыдущей схеме пневмокнопку
2 заменить путевым выключателем 2 (распределителем с управлением
от роликового рычага) (рис. 10.11).
Рис. 10.11. Полуавтоматический обратный ход
129
В момент достижения конца прямого хода путевой выключатель
срабатывает и переключает распределитель 3 на обратный ход. Таким
образом, цилиндр самостоятельно переключает распределитель 3 и
автоматически возвращается в исходное положение.
Бистабильный распределитель может быть переключен лишь
после того, как будет снят сигнал с противоположного управляющего
входа. Если же при достижении конца прямого хода кнопка 1 все еще
будет нажата, возврата не произойдет. В этом случае будет наложение
сигналов, и распределитель 3 останется в исходном положении.
Для того, чтобы после достижения конца прямого хода привод
возвращался в исходное положение даже при нажатой кнопке 1,
необходимо снять сигнал с нее.
Наиболее простым решением является преобразование сигнала
от кнопки 1 в импульс с помощью импульсатора 2, который поступает на управляющий вход распределителя 3 и исчезает даже при удержании пневмокнопки 1 (рис. 10.12).
Рис. 10.12. Автоматический возврат при наличии исходного
управляющего сигнала
130
Повторяющиеся ходы
Для того чтобы привод совершал возвратно-поступательные перемещения, необходимо подавать сигналы о завершении хода в обоих
направлениях. Такие сигналы будем подавать при помощи двух путевых выключателей 2 и 4, которые будут переключать главный распределитель 3 (рис.10.13).
Для включения и выключения повторяющихся ходов, необходимо сигнал от распределителя 2, с которого начинается цикл работы,
объединить функцией «И» с пневмотумблером 1.
Выключение тумблера выключает отработку цикла. При этом
если тумблер выключили в момент выдвижения штока, поршень отработает команду на выдвижение и всегда возвратится в исходную
позицию, при которой его шток втянут.
Рис. 10.13. Повторяющиеся ходы
131
Контрольные вопросы
1. Прямое управление пневмоцилиндром одностороннего
действия с помощью распределителя.
2. Непрямое управление пневмоцилиндром одностороннего
действия с помощью распределителя.
3. Независимое управление пневмоцилиндром одностороннего действия из двух точек. Функция «ИЛИ».
4. Совместное управление - блокировка. Функция «И».
5. Инвертирование: Функция «НЕТ».
6. Управление пневмоцилиндром двустороннего действия.
Переключение потоков.
7. Прямое управление с помощью распределителя.
8. Фиксация привода в конечных положениях.
9. Автоматический обратный ход.
10. Повторяющиеся ходы.
11.
ГИДРОПРИВОД
11.1. Назначение и основные свойства
В гидроприводах механическая энергия преобразуется в гидравлическую, в этой форме перемещается, управляется или регулируется,
затем снова преобразуется в механическую энергию. Каждый элемент
привода выполняет определенные функции посредством взаимодействия с рабочей жидкостью.
Гидропривод – это совокупность гидравлических устройств,
предназначенных для приведения в движение механизмов и машин с
помощью рабочей жидкости под давлением.
Основное назначение гидропривода – преобразование механической характеристики приводного двигателя в соответствии с требованиями нагрузки (преобразование вида движения выходного звена
двигателя, его параметров, регулирование, защита от перегрузок).
В силовой части гидропривода осуществляются энергетические
процессы выработки, преобразования и передачи энергии, конечной
132
целью которых является выполнение полезной работы. Она состоит
из трех подсистем:
1) энергообеспечивающей;
2) направляющей и регулирующей;
3) исполнительной.
Энергообеспечивающая подсистема преобразует механическую
энергию внешнего источника (электродвигателя) в гидравлическую
энергию потока рабочей жидкости и осуществляет ее кондиционирование (поддержание в требуемом диапазоне качественных показателей: температуры, чистоты, влагосодержания). Источником гидравлической энергии является насос. Предохранительное устройство защищает гидравлическую систему от перегрузок. Кондиционирование
рабочей жидкости осуществляется с помощью гидробаков, фильтров
и теплообменных аппаратов.
Направляющая и регулирующая подсистема обеспечивает
управление гидравлической энергией, заключающееся в распределении и направлении потоков рабочей жидкости, а также регулирование
ее основных параметров (давления и расхода). Для этого предназначены гидроаппараты (распределители, клапаны давления, регуляторы
расхода, запорные клапаны и др.).
Исполнительная подсистема предназначена для преобразования
гидравлической энергии в механическую энергию выходного звена и
осуществляет перемещения рабочих органов технологического оборудования, т.е. осуществляет полезную работу. Гидродвигатели могут
совершать возвратно-поступательное движение (гидроцилиндры),
вращательное (гидромоторы) и поворотное (поворотные двигатели).
Гидроприводы бывают двух типов:

гидродинамические;

объемные.
В гидродинамических приводах используется кинетическая
энергия потока жидкости.
В объемных гидроприводах используется потенциальная энергия давления рабочей жидкости.
По характеру движения выходного звена различают объемные
гидроприводы:

вращательного типа;
133

возвратно-поступательного типа;

поворотного типа.
По возможности регулирования различают гидроприводы регулируемые и нерегулируемые - с ручным и автоматическим регулированием, с замкнутой и разомкнутой циркуляцией рабочей жидкости.
К основному оборудованию объемного гидропривода относятся:

гидромашины (насосы и моторы);

гидроаппаратура (гидрораспределители, гидроклапаны, регуляторы, делители потоков);

очистители рабочей жидкости;

теплообменники;

гидробаки;

гидроаккумуляторы;

гидролинии и их элементы (трубопроводы и соединительная арматура).
К вспомогательному гидрооборудованию относятся:

средства подпитки насоса;

устройства для выпуска воздуха из гидросистемы
(вентили, фильтры-сапуны);

устройства для измерения расхода, давления, температуры, уровня рабочей жидкости и др.
Объемный гидропривод имеет следующие преимущества:

высокая компактность при небольшой массе и габаритных размерах гидрооборудования;

реализация больших передаточных чисел;

небольшая инертность и реверсирование рабочих органов за доли секунды;

бесступенчатое регулирование скорости движения,
простота управления и создание условий для автоматизации;

независимое, целесообразное расположение сборочных единиц привода;

надежное предохранение от перегрузок приводного
двигателя предохранительными клапанами;

простота преобразования вращательного и поступательного движения;
134

применение унифицированных сборочных единиц,
позволяющее снизить себестоимость привода.
Обязательным элементом гидропривода являются насос и гидродвигатель.
Насосы и гидродвигатели относятся к гидравлическим машинам, в которых жидкость служит рабочим телом для восприятия или
отдачи механической энергии, причем для гидромашин эта энергия
выражается или напором, или давлением.
Объемный насос преобразует механическую энергию приводного двигателя в энергию потока рабочей жидкости за счет циклического изменения объема рабочих камер, герметично отделенных друг от
друга и попеременно сообщающихся с входом и выходом насоса.
В машиностроении преимущественное применение получили
шестеренные, пластинчатые и роторно-поршневые насосы с приводом
от трехфазных асинхронных электродвигателей.
Объемный гидравлический двигатель преобразует энергию потока рабочей жидкости в механическую энергию выходного звена,
которое непосредственно или через механическую передачу соединено с рабочим органом машины (нагрузкой).
Гидродвигатель является основным элементом гидропривода.
Работа остальных устройств, входящих в структуру привода, в конечном итоге направлена на обеспечение необходимых качественных и
количественных показателей работы гидравлического двигателя, которые в значительной мере определяют технические характеристики
машины в целом.
Гидравлическая энергия в гидроприводе (рис.11.1) генерируется
насосом Н, затем преобразуется в механическую энергию гидродвигателем ГД. Устройства управления УУ предназначены для управления
параметрами потока в гидролинии.
135
Рис. 11.1. Блок-схемы гидроприводов
Такой гидропривод называется насосным. Различают также магистральный и аккумуляторный гидроприводы.
В общем случае в состав насосного гидропривода входят:
 гидропередача;
 гидроаппараты;
 кондиционеры рабочей жидкости;
 гидроемкости;
 гидролинии.
Гидропередача – часть насосного гидропривода, предназначенная для передачи движения от приводного двигателя к машинам и механизмам.
136
Простейшая гидропередача состоит из
 насоса;
 гидродвигателя;
 гидролиний.
Кондиционеры рабочей жидкости (гидроочистители и теплообменные аппараты) предназначены для получения ее необходимых качественных показателей и состояния (чистоты, температуры и др.).
Устройствами, относящимися к этой группе, являются очистители (в первую очередь фильтры), предназначенные для очистки рабочей жидкости от загрязняющих примесей, и теплообменники, служащие для нагрева или охлаждения масла.
Гидроемкости (гидробаки, гидроаккумуляторы) предназначены
для содержания в них рабочей жидкости с целью использования ее в
процессе работы гидропривода.
Гидролинии – устройства для прохождения рабочей жидкости.
По назначению различают гидравлические линии:
 всасывающие, по которым масло движется к насосу из бака;
 напорные, по которым рабочая жидкость под избыточным
давлением движется от насоса или аккумулятора к гидравлическому
двигателю и другим устройствам;
 сливные, соединяющие гидравлический двигатель или другие гидравлические аппараты с баком;
 линии управления, по которым жидкость подводится к
устройствам для управления ими;
 дренажные, по которым отводятся в бак утечки жидкости из
нерабочих полостей гидравлических машин, аппаратов и устройств.
Конструктивно гидравлические линии представляют собой трубопроводы, рукава (шланги) высокого давления, закрытые каналы и
соединения.
Гидроаппараты применяются для регулирования параметров
потока рабочей жидкости (давления и расхода), а также для изменения или поддержания неизменным направления потока жидкости.
Направляющая и регулирующая аппаратура служит для управления давлением, расходом и направлением потока рабочей жидкости
путем частичного открытия рабочего проходного сечения.
137
Также, направляющая аппаратура служит для управления пуском, остановом и направлением потока путем полного открытия или
полного закрытия рабочего проходного сечения.
К регулирующей аппаратуре относят:
 клапаны;
 дроссели;
 регуляторы расхода;
 дросселирующие распределители и др.
Группу направляющей аппаратуры составляют золотниковые,
клапанные и крановые распределители.
Кроме перечисленных элементов в состав промышленных гидравлических приводов обычно входят многочисленные электрические
устройства (электродвигатели, электромагниты, конечные выключатели, реле и др.), а также средства контроля и измерения рабочих параметров привода (манометры, вакуумметры, расходомеры, термометры, реле времени и т.д.). В гидравлических приводах возможно
использование любых систем управления силовыми и скоростными
параметрами двигателей, от ручного управления до ЧПУ приводом от
ЭВМ.
11.2. Рабочие жидкости
Рабочая жидкость в гидроприводе служит для передачи энергии
от входного звена (вала насоса) к выходному (валу гидродвигателя),
является смазывающей и антикоррозийной средой.
В качестве рабочих жидкостей в гидравлическом приводе применяют:

минеральные масла;

водомасляные эмульсии;

смеси;

синтетические жидкости.
В минеральные масла, полученные из высококачественной
нефти, вводят присадки, влияющие на антиокислительные, вязкостные, противоизносные, антипенные и другие физические свойства.
Водомасляные эмульсии представляют собой смеси воды и минерального масла в соотношениях 100 : 1,50 : 1 и т. д. Эмульсии при-
138
меняют в гидросистемах машин, работающих в пожароопасных условиях.
Смеси минеральных масел с керосином, глицерином и др. применяют в гидросистемах высокой точности, а также в гидросистемах,
работающих в условиях низких температур
Синтетические жидкости на основе силиконов, хлор- и фторуглеродистых соединений негорючи, стойки к воздействию химических
элементов, обладают стабильной вязкостью в широком диапазоне
температур.
При работе гидропривода в широком диапазоне температур рекомендуется применять летние и зимние сорта рабочих жидкостей.
Наиболее распространенными являются два сорта рабочих жидкостей
– ВМГ3 и МГ-30. Они позволяют заменить более 30 сортов специальных масел – индустриальных, турбинных, моторных, цилиндровых,
веретенных и др.
Наиболее важными свойствами рабочих жидкостей являются:

плотность;

вязкость;

смазывающая способность;

антиокислительные свойства;

антикоррозийные свойства;

антипенные свойства.
Рабочая жидкость не должна портиться, разрушаться и оказывать вредное воздействие на элементы гидропривода.
11.3. Основные параметры гидрооборудования
Основными параметрами объемных гидроприводов являются:
 номинальное давление;
 рабочий объем;
 частота вращения;
 расход жидкости;
 условный проход;
 вместимость.
139
В соответствии с ГОСТ 12445-80 номинальное давление (МПа)
выбирают из следующего ряда: 0,1; 0,16; 0,25; 04; 0,63; 1; 1,6; 2,5; 4;
6,3; 10; 12,5; 16; 20; 25; 32; 40; 50; 63; 80; 100; 125; 160; 200; 250.
Максимальное давление pmax соответствует наибольшему рабочему давлению, допускаемому для периодической работы гидрооборудования.
Пиковое давление – максимальное давление, кратковременно
возникающее при создании мгновенного сопротивления потоку.
Номинальный рабочий объем – основной параметр гидронасосов
и гидромоторов. Номинальные рабочие объемы выбирают по международному стандарту ИСО 3662 и по ГОСТ 13824-80.
Номинальный расход гидролиний и гидроаппаратов согласно
ГОСТ 13825-80 выбирают 1÷2500 л/мин.
Условные проходы выбирают (ГОСТ 16516-80): 1,0; 1,6; 2,0; 2,5;
3,0; 4,0; 5,0; 6,0; 8,0; 10; 12; 16; 20; 100; 125; 160; 200; 250.
Номинальную вместимость кондиционеров рабочей среды (гидробаков, гидроаккумуляторов, теплообменников и очистителей) выбирают по ГОСТ 12448-80 (0,4÷25000 дм3).
Режимы работы гидрооборудования определяются величиной и
интенсивностью внешней нагрузки, характером рабочего процесса и
другими факторами.
В технических условиях гидрооборудования указываются климатические условия макроклиматических районов:

У – с умеренным климатом;

ХЛ – с холодным климатом;

ТВ – с влажным тропическим климатом.
Технические требования к гидрооборудованию предъявляются в
связи с режимом и условиями эксплуатации.
Требования гидросистемам предъявляются при проектировании
машин с объемным гидроприводом.
11.4. Баланс мощности. КПД гидропередачи
Преобразование энергии в гидромашине сопровождается объемными, гидравлическими и механическими потерями.
Объемные потери мощности ∆N0 обусловлены утечками ∆Q
жидкости через неплотности.
140
Гидравлические потери ∆NГ, обусловленные гидравлическими
сопротивлениями, определяются потерями напора в самой машине.
Механические потери ∆NМ – это потери от трения в подшипниках и уплотнениях гидромашины.
Баланс мощности насосов и гидродвигателей – соответственно:
NН.В = NН + ∆NН.О + ∆NН.Г + ∆NН.М = NН + ∆NН.
NД.В = NД + ∆NД.О + ∆NД.Г + ∆NД.М = NД - ∆NД
где NН.В – мощность, потребляемая насосом;
NН – мощность, потребляемая насосом;
∆NН – мощность, потребляемая насосом;
NД.В – мощность, потребляемая насосом;
NД – мощность, потребляемая насосом;
∆NД.О – мощность, потребляемая насосом.
Баланс мощности гидропередачи:
NН.В = NД.В + ∆NН + ∆NД + ∆NЛ
Основным техническим показателем гидропередачи является ее
коэффициент полезного действия (КПД).
Коэффициенты полезного действия:
 гидропередачи
ƞ=
𝑁Д.В
𝑁Н.В
ƞН =
𝑁Н
𝑁Н.В
 насоса
 гидродвигателя
141
ƞД =
𝑁Д.В
𝑁Д
ƞЛ =
𝑁Д
𝑁Н
 гидролинии
Тогда КПД гидропередачи
ƞ=
𝑁Д.В
= ƞД × ƞН × ƞЛ
𝑁Н.В
11.5. Преимущества и недостатки гидропривода
К основным преимуществам гидропривода относятся:
 возможность универсального преобразования механической характеристики приводного двигателя в соответствие с требованиями нагрузки;
 простота управления и автоматизации; простота
предохранения приводного двигателя и исполнительных органов машин от перегрузок;
 широкий диапазон бесступенчатого регулирования
скорости выходного звена;
 большая передаваемая мощность на единицу массы
привода;
 надежная смазка трущихся поверхностей при применении минеральных масел в качестве рабочих жидкостей.
К недостаткам гидропривода относятся:
 утечки рабочей жидкости через уплотнения и зазоры;
 нагрев рабочей жидкости; более низкий КПД, чем сопоставимых механических передач;
 необходимость обеспечения в процессе эксплуатации
чистоты рабочей жидкости и защиты от проникновения в нее воды;
 пожароопасность в случае применения горючей рабочей жидкости.
142
Контрольные вопросы
1. Основное назначение гидропривода.
2. Энергообеспечивающая подсистема.
3. Направляющая и регулирующая подсистема
4. Исполнительная подсистема.
5. Классификация гидропривода.
6. Основное оборудование объемного гидропривода.
7. Вспомогательное гидрооборудование.
8. Объемный насос.
9. Объемный гидравлический двигатель.
10. Состав насосного гидропривода.
11. Гидроаппараты.
12. Рабочие жидкости.
13. Свойства рабочих жидкостей.
14. Основные параметры объемных гидроприводов.
15. Требования к гидрооборудованию и гидросистемам.
16. Баланс мощности насосов и гидродвигателей.
17. Баланс мощности гидропередачи.
18. Основной технический показатель гидропередачи.
19. Преимущества гидропривода.
20. Недостатки гидропривода.
12.
ОБЪЕМНЫЕ ГИДРОМАШИНЫ
12.1. Общие сведения
Объемной называется гидромашина, рабочий процесс которой
основан на попеременном заполнении рабочей камеры жидкостью и
вытеснении ее из рабочей камеры.
Основными элементами объемных гидромашин являются:

рабочая камера;

подвижный элемент (вытеснитель);

распределитель.
143
Под рабочей камерой понимается ограниченное пространство
внутри машины, периодически изменяющее свой объем и попеременно сообщающееся с местами входа и выхода жидкости.
Рабочая камера состоит из основного (полезного), изменяющегося во время работы, объема и неизменного (вредного), который
обусловлен необходимыми конструктивными зазорами между камерой и подвижным элементом. Вредный объем практически не влияет
на рабочий процесс объемной машины при малосжимаемых жидкостях, и наоборот, при сжимаемых жидкостях его влияние существенно. Подвижный элемент изменяет объем рабочей камеры, а распределитель попеременно сообщает ее с местами входа и выхода жидкости.
По числу рабочих камер гидромашины делятся на одно- и многокамерные, а по конструктивному исполнению подвижных элементов – на поршневые, шестеренные, пластинчатые и винтовые.
В соответствии с тем, создают гидромашины поток жидкости
или используют его, их разделяют на объемные насосы и гидродвигатели.
В объемном насосе перемещение жидкости осуществляется путем вытеснения ее из рабочих камер вытеснителями.
По принципу действия, точнее по характеру процесса вытеснения жидкости, объемные насосы разделяют на поршневые и роторные.
В поршневом насосе жидкость вытесняется из неподвижных камер в результате лишь возвратно-поступательного движения вытеснителей (поршней, плунжеров, диафрагм).
В роторном насосе жидкость вытесняется из перемещаемых рабочих камер в результате вращательного или вращательнопоступательного движения вытеснителей (шестерен, винтов, пластин,
поршней).
Объемный гидродвигатель – это объемная гидромашина, предназначенная для преобразования энергии потока жидкости в энергию
движения выходного звена.
По характеру движения выходного звена объемные гидродвигатели делят на три класса:
 гидроцилиндры с возвратно-поступательным движением выходного звена;
144
 гидромоторы с непрерывным вращательным движением выходного звена;
 поворотные гидродвигатели с ограниченным углом
поворота выходного звена.
Насосы и гидродвигатели взаимообратимы, однако непосредственное использование насоса в качестве гидродвигателя, и наоборот, возможно только в некоторых машинах.
Распределение жидкости в насосах может быть автоматическим
– клапанным, или принудительным – программным (бесклапанным).
В гидродвигателях распределение жидкости всегда принудительное.
При бесклапанном распределении возможно запирание жидкости в замкнутом переменном объеме, а следовательно, и резкое изменение давления жидкости в этом объеме. При повышении давления в
замкнутом объеме может произойти заклинивание роторов.
Если рабочая камера гидромашины за один оборот вала только
один раз заполняется жидкостью и освобождается от нее, то такая
машина называется машиной однократного действия, если происходит несколько циклов, то она называется машиной многократного
действия.
Характерный технический показатель объемной гидромашины –
ее рабочий объем.
Рабочий объем равен сумме изменений объемов рабочих камер
гидромашины за один ее оборот. Он представляет собой объем несжимаемой жидкости, выдаваемой насосом или расходуемый гидромотором за один оборот при отсутствии в них утечек.
Гидромашины с изменяемым рабочим объемом называются регулируемыми, а с неизменяемым – нерегулируемыми.
12.2. Назначение насосов и объемных гидродвигателей
Насос предназначен для преобразования механической энергии
приводного двигателя (крутящий момент, частота вращения) в энергию потока рабочей жидкости (объемный расход, давление).
В гидравлических приводах применяют объемные насосы. В таких насосах, независимо от конструктивных особенностей, всасывание рабочей жидкости и ее вытеснение в систему происходит в ре-
145
зультате последовательного увеличения и уменьшения геометрического объема их рабочих камер.
Рабочая камера насоса – изолированное пространство внутри
насоса, ограниченное деталями данной конструкции, изменение взаимного положения которых приводит к увеличению или уменьшению
объема камеры.
При увеличении объема камеры она соединяется с линией всасывания, а при уменьшении – с линией нагнетания.
Основными техническими показателями насоса являются рабочий объем, подача, давление, мощность, КПД и частота вращения.
Рабочий объем насоса – объем жидкости, см3, который вытесняется насосом за один оборот приводного вала.
Подача – это объемный расход жидкости через нагнетательный
патрубок насоса. Действительная подача меньше теоретической
вследствие утечек в насосе. Утечки ведут к потерям мощности.
В гидроприводах применяют насосы:
 поршневые;
 роторные:
- радиально-поршневые;
- аксиально-поршневые;
- пластинчатые;
- шестеренные.
При выборе гидроузлов можно ориентироваться на следующие
характерные особенности насосов:
1. Шестеренные насосы наиболее малогабаритные, но больше
всех других боятся загрязнений. Основной износ идет по торцам.
2. Пластинчатые насосы не боятся грязи, но нерегулируемые и
работают на малых рабочих давлениях.
3. Радиально-поршневые насосы просты в изготовлении, работают на сравнительно высоких давлениях, но имеют низкий КПД и
большие размеры.
4. Аксиально-поршневые насосы позволяют получить высокое
давление, весьма высокоскоростные, обладают малым моментом
инерции, но сложны в изготовлении и требуют высокой точности изготовления.
146
5. Эксцентриковые насосы дают очень высокую пульсацию и
как правило требуют подпор или очень невысокую высоту всасывания. Кроме этого у них низкий КПД.
В таблице 12.1 представлена сравнительная характеристика
насосов.
Таблица 12.1. Сравнительная характеристика насосов
Максимальное
давление Pmax,
МПа
Объемный
КПД
ƞ0
Общий КПД
ƞ
Масса
на единицу
мощности,
кг/кВт
1. Пластинчатый
до 7
0.6-0.9
0.55-0.75
1.3-4.0
2. Шестеренный
до 100
0.7-0.9
0.25-0.7
0.6-7.0
3. Радиальнопоршневой
12-20
0.7-0.9
0.67-0.85
10-20
4. Аксиальнопоршневой
16-32
0.95-0.98
0.8-0.9
3.3-7.0
5. Эксцентриковый
20-30
0.75-0.95
0.68-0.75
2.7-8.0
Тип насоса
Гидромотор служит для преобразования энергии потока рабочей жидкости, развиваемой насосом, в энергию вращения выходного
вала (исполнительного механизма машины).
В гидроприводах машин наиболее часто применяют аксиальноплунжерные и радиально-плунжерные гидромоторы с регулируемым
и нерегулируемым рабочим объемом.
Во всех гидромоторах распределение жидкости – бесклапанное.
Гидроцилиндры – это объемные гидродвигатели с возвратнопоступательным перемещением выходного звена.
В гидроцилиндре одностороннего действия рабочий ход поршня
совершается под действием давления жидкости, а возврат, если требуемое усилие невелико, – под действием пружины или внешних сил.
147
В гидроцилиндрах двустороннего действия прямой и обратный
ходы поршня осуществляются под действием давления жидкости. Такие гидроцилиндры могут быть с односторонним штоком или с двусторонним.
Если необходимо обеспечить ход, превышающий длину корпуса
цилиндра, то применяют телескопические гидроцилиндры, т.е. цилиндры с несколькими штоками.
Гидроцилиндры с реечной передачей, преобразующие поступательное движение штоков в возвратно-поворотное движение исполнительного механизма, называются поворотными гидродвигателями.
Поворотные гидродвигатели широко применяются в робототехнике.
12.3. Насосы
12.3.1. Поршневые насосы
Основные элементы поршневых насосов (рис.12.1) – цилиндр 1,
поршень 2 и распределители 3 и 4, при помощи которых цилиндр попеременно соединяется то с линией всасывания, то с линией нагнетания.
Так как принцип действия всех насосов одинаков, рассмотрим
наиболее простой одноцилиндровый насос однократного действия.
При движении поршня 2 вправо увеличивается объем рабочей
камеры в цилиндре 1, вследствие чего давление в ней уменьшается,
всасывающий клапан 3 открывается, и жидкость всасывается в цилиндр из подводящего патрубка.
Рис. 12.1. Поршневой насос
148
При движении поршня влево объем рабочей камеры уменьшается, давление в ней возрастает, всасывающий клапан закрывается, а
нагнетательный клапан 4 открывается, и жидкость вытесняется из цилиндра в нагнетательный патрубок.
Таким образом, насос однократного действия за один оборот
кривошипного вала один раз вытесняет жидкость из рабочей камеры.
Если длина поршня меньше его диаметра, то такой поршень
называется дисковым, если диаметр меньше длины – плунжерным.
Как правило, плунжеры используются для получения высокого
давления. Они могут быть как сплошными, так и пустотелыми.
По числу цилиндров поршневые насосы разделяются на одно- и
многоцилиндровые, по их расположению – на насосы с параллельным
расположением осей цилиндров в одной плоскости (насосы с кривошипно-шатунным механизмом и эксцентриковые), звездообразным
или V-образным (радиальные насосы), а также с расположением осей
цилиндров параллельно их оси вращения (аксиальные насосы).
По конструкции распределителя различают поршневые насосы с
клапанным распределением и золотниковым.
Рабочий объем одноцилиндрового поршневого насоса однократного действия определяется изменением объема рабочей камеры,
вызванным перемещением поршня за один оборот кривошипа. Скорость поршня и мгновенная подача изменяются синусоидально. Неравномерность подачи насоса вызывает гидравлические удары, опасные вибрации и неравномерность движения исполнительных органов
машин.
Поэтому стремятся выровнять график подачи, приблизив его к
прямой. Для выравнивания подачи целесообразно применять многоцилиндровые насосы с нечетным числом цилиндров.
12.3.2. Роторные насосы
К роторным насосам относятся насосы, в которых вытеснители
при работе совершают сложное пространственное движение, но определяющим движением при этом является вращательное.
Наиболее часто применяемые в гидроприводе роторные насосы:
радиально- и аксиально-поршневые; пластинчатые; шестеренные;
винтовые.
149
Радиально-поршневые насосы
На рис. 12.2 показана конструкция радиально-поршневого насоса и его фаз.
Радиально-поршневой насос (рис.12.2, а) с клапанным распределением и внутренней опорой поршней на эксцентричный вал функциионирует следующим образом: приводной вал 1 в зоне качающих
узлов 2имеет эксцентрическую шейку; каждый качающий узел содержит поршень 3, буксу 4, сферическую головку 5, нажимную пружину6, всасывающий 7 и напорный 8 клапаны; сферическая головка
закреплена в корпусе 9.
Рис. 12.2. Конструкция радиально-поршневого насоса и его фаз
150
Работа насоса (рис.12.2, б) состоит из четырех фаз:
- фаза 1— поршень находится в верхней мертвой точке, объем
рабочей камеры минимален, оба клапана закрыты;
- фаза 2— поршень перемещается в направлении оси вала, объем
рабочей камеры увеличивается, открывается всасывающий клапан, и жидкость через канавку на поверхности эксцентрика поступает в рабочую камеру;
- фаза 3— поршень находится в нижней мертвой точке, объем
рабочей камеры максимален, оба клапана закрыты;
- фаза 4— поршень перемещается в направлении сферической
головки, жидкость в рабочей камере сжимается и открывается
напорный клапан в сферической головке, жидкость под давлением поступает в круговой канал, соединяющий качающие узлы
насоса.
Регулируемый радиально-поршневой насос (рис.12.3) состоит из
ротора 2 с цилиндрами, плунжеров 1, обоймы 4, распределительного
устройства 3 с подводящими и отводящими каналами 5 и 6, а также
устройства, с помощью которого обойма 4 перемещается относительно оси ротора на величину эксцентриситета е.
Рис. 12.3. Регулируемый радиально-поршневой насос
151
Роль распределительного устройства выполняет пустотелая ось
7 с уплотнительной перемычкой. На этой оси закреплен ротор. При
вращении ротора цилиндры своими каналами поочередно соединяются с каналами всасывания 5 и нагнетания 6, расположенными в пустотелой оси. При переходе цилиндров через нейтральное положение их
каналы перекрываются уплотнительной перемычкой, и линия всасывания отделяется от напорной линии.
Перемычка должна иметь оптимальную толщину, исключающую изменение запертого объема жидкости в цилиндре при вращении
ротора (толщина, превышающая оптимальную), что приводит к вышерассмотренным негативным явлениям, или возможность перетечки
жидкости из области нагнетания в область всасывания (слишком малая толщина).
Для улучшения условий смазки и снижения трения поршня о
стенки цилиндра, поршню сообщают поворотное движение относительно его оси. Для этого поверхность статорного кольца, на которую
опирается поршень, выполняют под некоторым углом ω, (рис.12.4, а),
или цилиндр располагают под таким же углом к плоскости вращения
цилиндрового блока.
Рис. 12.4. Схемы контакта плунжера со статорным кольцом
Поскольку точка контакта сферической поверхности поршня в
этом случае будет смещена относительно его оси, поршень под действием силы трения будет поворачиваться в цилиндре.
152
Чтобы уменьшить скольжение головки поршня при проворачивании, необходимо увеличить плечо приложения силы, чего достигают путем выполнения грибообразной головки (рис.12.4, б).
Во избежание расклинивания плунжеров в цилиндрах необходимо, чтобы их максимальный ход не превышал 0,1 радиуса ротора.
Часто насос выполняют с двумя или тремя рядами плунжеров для
увеличения его рабочего объема.
Изменяя величину и знак эксцентриситета, можно изменять подачу и направление потока жидкости. При максимальном значении
эксцентриситета emax подача насоса максимальна.
Радиально-поршневые насосы имеют нечетное число качающих
узлов, поскольку в этом случае наложение объемных потоков, подаваемых отдельными узлами, позволяет получить минимальную пульсацию суммарного потока рабочей жидкости на выходе из насоса.
Основные параметры радиально-поршневых насосов:
- рабочий объем— от 0,5 до 100 см3;
- максимальное давление — до 70 МПа;
- частота вращения — от 1000 до 3000 мин–1.
Аксиально-поршневые насосы
На рис. 12.5, а показана конструкция аксиально-поршневого
насоса с наклонным блоком. Приводной вал 8 передает вращение на
блок цилиндров 5 через толкатели 2 и поршни 3, при этом блок цилиндров центрируется относительно распределительного диска 6 с
помощью оправки 4. Поршни 3 движутся относительно блока цилиндров 5 возвратно-поступательно, обеспечивая всасывание рабочей
жидкости из линии S и нагнетание ее в линию Р.
153
Рис. 12.5. Конструкция аксиально-поршневого насоса с наклонным блоком
б – нерегулируемый аксиально-поршневой насос с наклонным блоком цилиндров:
1–корпус; 2–толкатель; 3–поршни; 4–оправка; 5 – блок цилиндров;
6–распределительный диск; 7–диск; 8 –приводной вал;
в–схема аксиально-поршневого насоса:
D – диаметр размещения головок поршней; h – ход поршня; α– угол наклона
Аксиально-поршневые насосы, выпускаемые с наклонным диском (рис.12.5) или наклонным ротором, состоят из ротора 1 с цилиндрами, плунжеров 2, распределительного устройства 3, приводного
вала 4 и устройства для изменения угла α наклона диска или ротора.
Во избежание заклинивания плунжеров в цилиндрах максимальное
значение угла α должно быть равным 20-30°.
Рис. 12.6. Аксиально-поршневой насос
154
Если 0, то при вращении ротора 1 плунжеры 2, шарнирно свя-
занные шатунами 5 с наклонным диском 6, совершают возвратнопоступательное движение в цилиндрах. Удаляясь от распределительного устройства 3, плунжеры всасывают жидкость, а приближаясь к
нему, - нагнетают. Подвод жидкости к цилиндрам и отвод от них
осуществляются через отверстия в торце ротора, которые попеременно соединяются с распределительными полукольцевыми окнами 7 и
8, имеющимися в распределителе 3. Когда плунжеры доходят до
крайних точек, отверстия цилиндров располагаются напротив перемычек между окнами 7 и 8 – линия всасывания отделяется от линии
нагнетания. Так же как в радиально-поршневых насосах, запертый
распределительной перемычкой объем жидкости в цилиндре при
вращении ротора может несколько изменяться, вызывая негативные
явления. Поэтому в некоторых конструкциях в перемычках между
окнами 7 и 8 делают небольшие канавки, что, однако, увеличивает
утечки в насосе и снижает его КПД.
Изменяя угол α, можно изменять подачу и направление потока
жидкости в насосе. При α=αmax подача – максимальна.
Аксиально-поршневые насосы более компактны, чем радиальнопоршневые, и имеют больший КПД, однако они чувствительнее к
вибрациям и чистоте рабочей жидкости.
Пластинчатые насосы
Пластинчатые насосы могут быть однократного (рис.12.7, а) и
многократного действия (рис.12.7, в), одинарными и сдвоенными.
Насос однократного действия состоит из ротора 1, ось вращения
которого смещена относительно оси статора на величину эксцентриситета е. В пазах ротора установлены пластины (шиберы) 3, прижимаемые к внутренней поверхности статора давлением жидкости или
пружинами. Скользя по статору, пластины одновременно совершают
возвратно-поступательное движение в пазах ротора. При этом серповидная полость, образованная эксцентричным расположением ротора
в статоре, разделяется пластинами на камеры, объем которых во время работы непрерывно меняется. Если объем камер увеличивается, то
происходит всасывание жидкости, если уменьшается – нагнетание. Во
избежание расклинивания пластин в пазах необходимо, чтобы максимальный эксцентриситет не превышал 0,1 радиуса ротора.
155
Рис. 12.7. Пластинчатые насосы
Пластинчатые насосы однократного действия могут быть с постоянной или переменной подачей, причем в последних регулирование подачи осуществляется путем изменения эксцентриситета.
При одностороннем вращении ротора насоса пластины целесообразно устанавливать под некоторым углом к радиусу (рис.12.7, б),
благодаря чему улучшаются условия их работы (уменьшается эффект
заклинивания пластины в пазу). Такое положение пластин позволяет
обеспечить такое направление действия реакции статора на пластину,
при котором силы трения вызывают минимальные изгибающие
напряжения.
В пластинчатых насосах однократного действия ротор и подшипники испытывают односторонние силы давления, что затрудняет
создание насосов, рассчитанных на большие значения давления, и является одной из причин их малого срока службы. В насосах двухкратного действия, благодаря наличию двух противоположно расположенных полостей, ротор разгружен от сил давления, а подвод жидкости в камеры и отвод из них производится через торцовые окна статора. Однако, насосы двухкратного действия – нерегулируемые.
156
Шестеренные насосы
Шестеренные насосы выпускаются с внешним и внутренним зацеплением. Последние более компактны, но из-за сложности изготовления применяются редко.
На рис.12.8 показаны шестеренные насосы.
Рис. 12.8. Шестеренные насосы
На рис.12.8, б – шестеренный насос с внутренним зацеплением.
Внутренняя шестерня 5 является ведущей и вращает в том же направ157
лении внешнюю шестерню 6. Свободные от зацепления межзубные
впадины заполняются жидкостью из полости всасывания S. Далее в
образованных шестернями и корпусом 1 замкнутых камерах жидкость
переносится в полость нагнетания Р. В полости нагнетания зубья шестерен снова входят в зацепление, не позволяя жидкости перетекать
из полости нагнетания в полость всасывания. Серповидный разделитель 4, с которым плотно контактируют одновременно обе шестерни,
является конструктивным элементом насоса, разделяющим всасывающую и нагнетательную полости.
Насос с внешним зацеплением (рис.12.9) состоит из корпуса 1, в
котором с небольшими торцовыми и радиальными зазорами находятся в зацеплении две одинаковые шестерни – ведущая 2 и ведомая 3 и
двух торцовых уплотнений 4. При вращении шестерен, когда зубья
выходят из впадин, происходит всасывание жидкости. Затем жидкость, заполнившая впадины, переносится по внешней дуге шестернями в направлении вращения, а когда зубья входят во впадины, жидкость вытесняется в нагнетательную линию.
Рис. 12.9. Шестеренный насос с внешним зацеплением
158
В шестеренных насосах, так же как во всех насосах с принудительным распределением жидкости, возможно запирание в переменном объеме.
Существуют несколько способов, исключающих запирание
жидкости в шестеренных насосах. Наиболее распространенный из
них – разгрузка указанного объема за счет создания специальных боковых каналов 5 в корпусе насоса в области зацепления зубьев. При
этом снижается объемный а, следовательно, и полный КПД насоса.
Рабочий объем насоса можно определить из условия равенства
объемов зуба и впадины.
Шестеренные насосы имеют постоянный рабочий объем.
Шестеренные насосы относятся к группе нерегулируемых насосов. Параметры, определяющие рабочий объем шестеренного насоса,
являются величинами постоянными. Невозможность регулирования
подачи компенсируется их приспособленностью для соединения друг
с другом при создании насосных агрегатов.
Основные параметры шестеренных насосов:
 рабочий объем— от 0,2 до 200 см3;
 максимальное давление— до 30 МПа;
 частота вращения— от 500 до 6000 мин–1.
Отличительной особенностью шестеренных насосов с внутренним зацеплением является чрезвычайно низкий уровень шума и хорошие всасывающие характеристики. Эти насосы практически избавлены от пульсаций давления. Это обусловлено большим углом зоны
зацепления зубьев и меньшей скоростью изменения рабочих камер.
Они имеют меньшие габаритные размеры, чем насосы с внешним зацеплением, но конструктивно являются более сложными.
12.3.3. Характеристика насоса
Под характеристикой насоса понимают зависимости
𝒬𝐻 = f (𝑝𝐻 ),
𝑁 𝐻𝐵 =f (𝑝𝐻 )
𝜂𝐻 =f (𝑝𝐻 )
159
при постоянной частоте вращения вала, плотности и вязкости жидкости (рис.12.10).
Теоретическая подача насоса не зависит от давления, поэтому
график 𝒬𝐻.𝑇 =f (𝑝𝐻 ) – прямая линия. Такую характеристику называют
жесткой, так как при изменении давления подача насоса не изменяется. Аналогичную характеристику имеют все объемные насосы, поэтому они должны снабжаться предохранительными клапанами,
предотвращающими случайное повышение давления сверх расчетного во избежание поломки машины или приводного двигателя.
Рис. 12.10. Характеристика насоса
Действительная подача насоса
𝒬𝐻.𝑇 = 𝒬𝐻.𝑇 − 𝒬𝐻.
зависит от давления, так как при его увеличении утечки увеличиваются, поэтому действительная характеристика 𝒬𝐻 =f (𝑝𝐻 ) не параллельна оси абсцисс и нелинейна.
160
При давлении 𝑝𝐻 =0, полезная мощность насоса 𝑁𝐻 =0, а мощность на валу
𝑁𝐻𝐵 = 𝛥𝑁𝐻Г +Δ𝑁𝐻𝑀 .
С увеличением давления мощность 𝑁𝐻𝐵 увеличивается почти по
линейному закону, и рост ее определяется в основном ростом полезной мощности 𝑁𝐻 .
КПД насоса
𝜂𝐻 =
𝑝ℎ × 𝒬ℎ
𝑁𝐻.𝐵
имеет не явно выраженный максимум, обусловленный влиянием объемных потерь в насосе.
Значения всех параметров при максимальном значении КПД
насоса называются оптимальными.
12.4. Объёмные гидродвигатели
12.4.1. Гидромоторы
На рис. 12.11 показаны схемы гидромоторов.
Рассмотрим принцип действия радиально-поршневого гидромотора.
В результате давления рабочей жидкости на поршень (рис.12.11,
а), в точке В возникает сила реакции связи R, направление которой
(без учета силы трения) нормальное как к поверхности сферы, так и к
поверхности обоймы статора в точке их касания. Следовательно, сила
R совпадает с направлением радиуса статора, и ее линия действия
проходит через точку O1.
Сила Т и момент М изменяются при вращении ротора по синусоидальному закону. Поэтому нельзя создать гидромотор с одним или двумя
поршнями.
Сила Р значительно превышает силу Т, поэтому внутреннюю поверхность обоймы статора и головки поршней необходимо изготовлять из
161
материала высокой твердости, а так как силе Т противодействует сила трения, указанные поверхности должны быть хорошо обработаны. Нередко
вместо головок поршней устанавливают подшипники качения.
Рис. 12.11. Схемы гидромоторов
Принцип действия аксиально-поршневых гидромоторов аналогичен.
В пластинчатых гидромоторах крутящий момент создается за
счет разности сил давления жидкости на пластины, образующие рабочую камеру гидромотора (рис.12.11, б). В совершенных гидромашинах в каждом пазу размещают не одну, а две рядом расположенные
пластины, что уменьшает утечки в машине и повышает ее КПД.
В шестеренных гидромоторах момент на роторе создается за
счет разности сил, действующих на поверхности зуба, находящегося в
зацеплении, и зубьев, входящих в полости, образованные внутренними цилиндрическими поверхностями статора (рис.12.11, в).
Во всех гидромоторах распределение жидкости – бесклапанное.
162
12.4.2. Гидроцилиндры и поворотные гидродвигатели
Гидроцилиндры – это объемные гидродвигатели с возвратнопоступательным перемещением выходного звена.
Гидроцилиндры бывают одностороннего и двустороннего действия, поршневые с односторонним или двусторонним штоком и телескопические.
Основными параметрами гидроцилиндров являются номинальное давление, диаметр цилиндра (поршня), диаметр и скорость хода
штока.
В гидроцилиндре одностороннего действия рабочий ход поршня
совершается под действием давления жидкости, а возврат, если требуемое усилие невелико, – под действием пружины или внешних сил.
В гидроцилиндрах двустороннего действия прямой и обратный
ходы поршня осуществляются под действием давления жидкости. Такие гидроцилиндры могут быть с односторонним штоком или с двусторонним.
Если необходимо обеспечить ход, превышающий длину корпуса
цилиндра, то применяют телескопические гидроцилиндры, т.е. цилиндры с несколькими штоками.
Гидроцилиндры с реечной передачей, преобразующие поступательное движение штоков в возвратно-поворотное движение исполнительного механизма, называются поворотными гидродвигателями.
Поворотные гидродвигатели могут быть выполнены по другой схеме,
например, в виде поворотного шибера в цилиндре.
Поворотные гидродвигатели широко применяются в робототехнике.
Контрольные вопросы
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
Объемная гидромашина, ее основные элементы.
Классификация гидромашин.
Объемный насос.
Объемный гидродвигатель.
Распределение жидкости в насосах.
Рабочий объем гидромашины.
Подача.
Характерные особенности насосов.
Сравнительная характеристика насосов.
163
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
21.
22.
13.
Гидромотор.
Гидроцилиндр.
Обозначение гидравлических насосов.
Поршневые насосы.
Роторные насосы.
Радиально-поршневые насосы.
Схемы контакта плунжера со статорным кольцом в радиально-поршневом насосе.
Аксиально-поршневые насосы.
Пластинчатые насосы.
Шестеренные насосы.
Характеристика насоса.
Гидромоторы.
Гидроцилиндры и поворотные гидродвигатели.
ГИДРОАППАРАТУРА, ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ
УСТРОЙСТВА И ГИДРОЛИНИИ
Гидроаппаратами называют устройства, служащие для управления потоками жидкости: изменения или поддержания заданного
давления или расхода, а также изменения направления движения потока.
Гидроаппараты совместно с гидромашинами образуют гидросистемы.
Среди всей массы гидроаппаратов можно выделить три наиболее характерных класса:
1. Гидрораспределители, основным назначением которых является изменение согласно внешнему управляющему воздействию
направления движения потоков жидкости в нескольких гидролиниях.
2. Клапаны – устройства, способные изменять проходную площадь, пропускающую поток, под его воздействием. Основное назначение клапанов поддерживать в полостях гидросистем давление жидкости в заданных пределах независимо от пропускного расхода, ограничивать в безопасных пределах повышения давления, допускать
движение потока в одном определенном направлении.
3. Дроссели – регулирующие устройства, способные устанавливать определенную связь между перепадом давления до и после дросселя и пропускным расходом.
164
13.1. Направляющие гидроаппараты
Направляющая гидроаппаратура предназначена для изменения
направления потока рабочей жидкости путем открытия или закрытия
рабочего проходного сечения. К ней относятся гидрораспределители,
делители потока, гидроклапаны (обратные, выдержки времени, последовательности, логические) и гидрозамки. С помощью направляющих гидроаппаратов осуществляют пуск, изменение направления
движения и остановка исполнительных механизмов машины.
Основными параметрами направляющих гидроаппаратов являются:
 номинальный расход;
 номинальное давление;
Гидрораспределители
Гидрораспределители
разделяют
по
типу
запорнорегулирующих элементов на:
 золотниковые;
 крановые;
 клапанные.
Запорный элемент распределителя может приводиться в движение различными источниками энергии, поэтому различают распределители с управлением:
 механическим (ручным);
 гидравлическим;
 электрическим.
Распределители бывают:
 по числу золотников – одно- и многозолотниковые;
 по числу позиций – двух-, трех- и четырехпозиционные;
 в зависимости от числа внешних гидролиний – двух-, трехи четырехлинейные.
Управление гидродвигателями по параллельной, последовательной и комбинированной схемам обеспечивается секционными распределениями.
На рис.13.1 представлены крановые распределители. В запорном
элементе крановых распределителей имеются проходные каналы для
жидкости, а в корпусе, кроме каналов, - соответствующие окна для
подвода и отвода жидкости к гидролиниям. При совпадении каналов в
165
кране с окнами в корпусе, через распределитель протекает жидкость,
при перекрытии окон – распределитель заперт.
Рис. 13.1. Крановый распределитель
Золотниковые распределители получили наибольшее распространение в гидроприводе благодаря простоте их изготовления, компактности и высокой надежности в работе.
Основным элементом этих распределителей (рис.13.2) является
золотник 1 с поясками и гильза 2 с проточками.
Рис. 13.2. Золотниковый распределитель
166
При смещении золотника в ту или иную сторону от нейтрального положения жидкость протекает через распределитель к соответствующим гидролиниям.
Недостаток золотниковых распределителей – возможность появления облитерации. Для предотвращения заедания золотника при
облитерации применяют специальные механические и электромеханические устройства, сообщающие колебательные, иногда и вращательные, движения золотнику.
Клапанные распределители (рис.13.3) применяются, в основном,
в гидросистемах, в которых необходимо обеспечить хорошую герметичность.
Рис. 13.3. Клапанный распределитель
Для этого запорный элемент выполняют в виде конического или
шарового клапана.
Преимущества распределителей данного типа – возможность
работы при весьма высоких значениях давления, большой срок службы; недостатки – значительные усилия, необходимые для управления,
и большие габариты при большом числе гидролиний.
167
Обратные клапаны.
Обратные клапаны (рис. 13.4) предназначены для пропускания
жидкости только в одном направлении. При движении потока рабочей жидкости в обратном направлении проходное сечение клапана закрывается.
Рис. 13.4. Обратные клапаны
Установка в гидроприводе машины обратного клапана исключает самопроизвольное опускание рабочего оборудования под воздействием внешней нагрузки, а также может служить элементом гидроавтоматики.
В зависимости от конструкции запорного элемента они могут
быть шариковые (рис.13.4, а), конические (рис.13.4, б) и тарельчатые
(рис.13.4, в). Обратный клапан, установленный во всасывающей линии, называют всасывающим или приемным.
Особенность обратных клапанов – небольшое усилие сжатия
пружины, прижимающей запорный элемент к седлу, и большая пропускная способность.
Обычно потери давления в клапанах не превышает 0,2 МПа, а во
всасывающих на порядок меньше. Иногда для уменьшения потерь
давления в клапане пружину не устанавливают. Закрытие клапана в
этом случае происходит под действием силы тяжести запорного элемента, для чего клапан располагают вертикально.
168
Гидравлические замки.
Для запирания полостей гидроцилиндра в заданном положении
поршня применяют управляемые обратные клапаны – гидрозамки
Гидрозамки предназначены для предотвращения самопроизвольного движения и для надежной фиксации рабочего органа машины. Обычно гидрозамки устанавливаются между гидрораспределителем и гидроцилиндром. Односторонние гидрозамки перекрывают одну гидролинию, а двусторонние – обе гидролинии, идущие от гидрораспределителя к гидроцилиндру.
Существуют гидрозамки одностороннего и двустороннего действия.
При подаче жидкости в правую полость двустороннего гидрозамка (рис. 13.5) плавающий поршень перемещается влево и своим
толкателем открывает левый клапан. Одновременно под действием
рабочей жидкости открывается правый клапан гидрозамка, и жидкость поступает в штоковую полость гидроцилиндра и сливается из
поршневой полости гидроцилиндра через открытый левый клапан. С
прекращением подачи жидкости в гидрозамок оба его клапана под
действием пружин закрываются, и жидкость запирается в обеих полостях гидроцилиндра. При подаче жидкости в левую полость гидрозамка процесс протекает в обратном порядке.
Рис. 13.5. Гидрозамки
1 – плавающий поршень; 2 – клапан; 3 – пружина; 4 - толкатель
169
Логические клапаны.
Логические клапаны «И», «ИЛИ» применяются в схемах автоматики для выполнения соответствующих логических операций (рис.
13.6).
Клапан «И» (рис.13.6, а) предназначен для пропуска жидкости
только при наличии давления во всех подводящих гидролиниях. При
этом двусторонний запорный клапан находится в нейтральном положении, и жидкость свободно проходит в отводящую гидролинию.
Рис. 13.6. Логические клапаны
Логический клапан «ИЛИ» (рис.13.6, б) предназначен для пропуска рабочей жидкости при наличии давления только в одной из
подводящих гидролиний. При этом свободно перемещающийся в
корпусе клапан запирает другой подводящий канал.
13.2. Регулирующие гидроаппараты
Регулирующие гидроаппараты предназначены для изменения
давления или расхода рабочей жидкости путем частичного открытия
рабочего проходного сечения.
Регуляторы давления разделяются по назначению на:

предохранительные;

переливные;

редукционные клапаны.
Предохранительные клапаны
Предохранительный клапан предназначен для ограничения давления в месте его подключения. Устанавливается в напорной гидро170
линии насоса (разгружающие насос) и в гидролинии после распределителя для ограничения максимального давления в полости гидродвигателя.
При повышении давления до настроечного, предохранительный
клапан срабатывает и сбрасывает часть жидкости из гидравлической
системы, давление уменьшается, и клапан, как правило, закрывается.
Такой режим работы клапана является эпизодическим.
В зависимости от конструкции запорного элемента клапаны разделяются на:

шариковые;

конические;

тарельчатые;

плунжерные;

золотниковые;

мембранные.
Принципиальные схемы первых трех типов практически не отличаются от схем обратных клапанов, но в предохранительных клапанах меньшие сечения проходных каналов.
Предохранительные клапаны должны отвечать основным требованиям:
 высокая герметичность;
 достаточная пропускная способность во время срабатывания;
 отсутствие вибрации запорного элемента при срабатывании.
При больших значениях настроечного давления и расхода необходимая жесткость пружины клапана становится настолько значительной, что он может потерять свою чувствительность, т.е. срабатывать при значениях давления с большими отклонениями от настроечного. В этих случаях, как правило, применяют клапан непрямого действия (двухступенчатый), состоящий из двух запорных элементов
(рис.13.7): основного – конического 3 и дополнительного – шарикового 1.
При повышении давления до настроечного шариковый клапан,
сжимая свою пружину, открывается и сбрасывает жидкость через обводной канал 2. Конический клапан при этом, за счет возникшего на
нем перепада давления, также открывается и сбрасывает основную
часть жидкости.
171
Наличие жиклерного канала 4 в коническом клапане и большое
сопротивление обводного канала 2 исключают колебательные явления в клапане.
Рис. 13.7. Двухступенчатый клапан
Переливные клапаны
Переливной клапан предназначен для поддержания заданного
давления в месте его подключения за счет непрерывного слива рабочей жидкости.
Принципиально переливной клапан отличается от предохранительного только постоянством своего действия. Это накладывает на
его конструкцию ряд требований: скорость жидкости, протекающей
через клапан, должна быть небольшой (не более 5-8 м/с); пропускная
способность клапана должна быть значительной (равной подаче насоса), а чувствительность – высокой (за счет применения более мягкой
пружины); запорный элемент не должен подвергаться колебательным
явлениям.
172
Для повышения чувствительности клапана и стабилизации давления в системе после его срабатывания в качестве переливных чаще
всего применяют клапаны непрямого действия.
Переливные клапаны устанавливаются чаще всего после подкачных насосов для сбрасывания избыточного расхода и поддержания
постоянного давления в подводящем патрубке основного насоса.
Редукционные клапаны
Редукционный клапан предназначен для поддержания заданного
более низкого давления рабочей жидкости в отводимом от него потоке по сравнению с давлением в подводимом к нему потоке. Редукционный клапан, как и переливной, при работе нормально открыт и отличается от него тем, что поддерживает постоянное давление жидкости по потоку после себя, а переливной – до себя.
Так как отводимое давление должно быть стабильным, а расход
через клапан – значительным, то по этим причинам для этих условий
наиболее применимы клапаны непрямого действия.
Клапан (рис.13.8) состоит из корпуса 8, золотника 7 с дроссельным каналом 6 и шарикового клапана 2. Оба запорных элемента прижаты пружинами 1 и 4. Жидкость повышенного давления подводится
в полость 5, а пониженного давления отводится через канал 10.
Поступающая в клапан жидкость повышенного давления по каналам 10, 9 и 6 подводится к шаровому клапану 2, и он открывается.
Под действием перепада давления в дроссельном канале 6 открывается золотник, и жидкость из полости 5 через щелевой дроссель, образованный выступом в корпусе 8 клапана и кромкой нижнего пояска
золотника 7,поступает в отводящий канал 10. При повышении давления в канале 10 сверх настроечного увеличивается давление на торец
золотника 7, и он приподнимается вверх, дросселируя зазор между
нижним пояском и кромкой кольцевой канавки в корпусе, вследствие
чего давление в канале 10 понижается. При понижении давления в отводящем канале 10 падает давление на торец золотника 7, и он пружиной 4 отжимается вниз: зазор между пояском и крышкой в корпусе
увеличивается, а перепад давления в зазоре уменьшается.
173
Рис. 13.8. Редукционный клапан
В итоге, давление в отводящем канале 10 повышается до
настроечного. Регулирование редукционного давления осуществляется винтом 11. В процессе работы клапана шарик 2 постоянно открыт,
и часть жидкости сливается через отверстие 3.
Редукционные клапаны применяются в схемах с несколькими
потребителями, требующими разных значений давления, но питающихся от одного насоса.
Дроссели
Дроссель представляет собой местное регулируемое или нерегулируемое сопротивление, устанавливаемое на пути течения жидкости
с целью ограничения ее расхода, достигаемого отводом части ее в
сливную линию, или созданием перепада давления.
Дроссели с обратными клапанами предназначены для направления потока рабочей жидкости в одном направлении и свободном пропускании его в другом направлении.
В гидроприводе, когда два гидроцилиндра соединены параллельно и необходимо обеспечить одинаковые скорости выходных
174
звеньев, синхронизация движения штоков гидроцилиндров осуществляется дросселями с одинаковым сечением отверстий.
По принципу действия дроссели разделяют на дроссели вязкостного сопротивления, потеря напора в которых определяется преимущественно вязкостным сопотивлением потоку жидкости в длинном дроссельном канале, и дроссели инерционного сопротивления с
малой длиной канала, потеря напора в которых определяется в основном инерционными силами (деформация потока жидкости и вихреобразование).
Дроссели первого типа характеризуются большой длиной и малым сечением канала и соответственно небольшим значением Re,
вследствие чего потеря напора в них в основном обусловлена трением
при ламинарном течении.
Однако поскольку потеря напора в таких дросселях изменяется
прямо пропорционально вязкости жидкости, их гидравлическая характеристика зависит от температуры. Пример данного типа дросселя
представлен на рис.13.9. В этом дросселе сопротивление регулируется
изменением длины канала, которым в этом случае служит винтовая
прямоугольная канавка.
Ввинчивая или вывинчивая винт можно изменить длину канала
а, следовательно, регулировать сопротивление дросселя. Однако он
может применяться лишь при стабильных температурах.
Рис. 13.9. Дроссель винтового типа
В дросселях второго типа давление изменяется практически
пропорционально квадрату скорости потока жидкости, поэтому их
называют квадратичными. Характеристика таких дросселей не зависит от вязкости в распространенном ее диапазоне. В условиях широ175
кого колебания температур применяют дроссели в виде тонкой шайбы (диафрагмы) (рис.13.10, а) с круглым отверстием. Этот дроссель
обладает минимальной зависимостью сопротивления от вязкости
жидкости. В нем потери обусловлены внезапным сжатием потока при
входе в отверстие и внезапным расширением при выходе.
При разработке гидравлических систем часто требуется дроссель, обладающий высоким гидравлическим сопротивлением и стабильными расходными характеристиками при колебаниях вязкости.
Удовлетворить подобные требования одной шайбой невозможно. Поэтому применяют дроссели из последовательно соединенных шайб
(рис.13.10, б). Регулирование такого дросселя осуществляется подбором количества шайб.
Рис. 13.10. Дроссель диафрагменного типа
Существует еще ряд дросселей, регулирование которых происходит изменением площади проходного отверстия. Они отличаются
друг от друга формой проходного отверстия и конструкцией регулирующего элемента.
Распространенными являются игольчатые (рис.13.11, а), щелевые (рис.13.11, б) и втулочные (рис.13.11, в) дроссели.
Изменение проходного отверстия игольчатых дросселей достигается за счет осевого перемещения иглы. Преимущество дросселя –
простота конструкции, недостатки – невысокая точность регулирования и склонность к облитерации при малых расходах вследствие значительного периметра кольцевой щели.
Площадь проходного отверстия щелевых дросселей изменяется
при повороте полой пробки, в которой имеется щель. Так как толщина стенки пробки мала, пропускная способность дросселя практически не зависит от вязкости жидкости. В щелевом дросселе не возни176
кает облитерации, однако, вследствие малого сечения щели, расходы
через дроссель обычно не велики.
Из-за одностороннего подвода жидкости при больших перепадах давления на дросселе возникает боковое прижатие пробки к корпусу (втулке).
Рис. 13.11. Дроссели
Втулочный дроссель состоит из двух втулок: наружной, с фигурными отверстиями для прохода жидкости, и внутренней, перемещающейся в наружной. Регулирование расхода осуществляется изменением площади фигурных отверстий торцом внутренней втулки, не
испытывающей боковых прижатий. Дроссель обеспечивает широкий
диапазон регулирования расхода и высокую точность регулирования,
мало чувствителен к облитерации.
Делители потока.
Делители предназначены для поддержания заданного соотношения расходов рабочей жидкости в нескольких параллельных потоках. Чаще всего возникает необходимость разделить расход жидкости, поступающий к двум гидродвигателям, на две равные части. Для
этой цели часто применяют делитель потока на основе двух, спаренных между собой общим валом, шестеренных насосов (рис.13.12, а).
Существуют и другие варианты делителей потока. Рассмотрим
возможную схему подключения делителя потока к гидроцилиндрам
(рис.13.12,б). Жидкость с давлением р и расходом Q, подводимая в
канал 1, поступает в полый, свободно перемещающийся в цилиндри177
ческой расточке, поршень 2. При равенстве давлений в гидравлических цилиндрах 3 и 6 потери давления на участках сети, подводящих
жидкость к гидроцилиндрам, будут одинаковыми, как в параллельно
включенных трубопроводах. При равенстве сопротивлений параллельных участков расходы в них одинаковые. В этих условиях на
торцы поршенька 2 действует одинаковое давление, и он, находясь в
равновесном состоянии, располагается симметрично оси канала 1.
Рис. 13.12. Делители потока
При увеличении усилия на штоке одного из цилиндров, например 3, давление в этом гидроцилиндре увеличится на величину ∆р,
что приведет к неравенству давления на торцах поршня 2. Вследствие
этого поршень переместится в направление гидроцилиндра 6, дросселируя канал 5 и увеличивая в нем потери давления до ∆р. В этих
условиях вновь наступит равновесное состояние поршня 2. При выравнивании усилий на штоках гидроцилиндров поршень возвратится
в исходное положение.
Недостаток рассмотренного делителя – необходимость изготовления его элементов с очень высокой точностью.
Элементы автоматики
В гидро- и пневмоприводе для автоматизации процессов применяются логические элементы «И», «ИЛИ», а также обратные клапаны
реле давления, клапаны последовательности, усилители, сумматоры и
делители потока, реле времени.
178
Контрольные вопросы
1. Назначение гидроаппаратов.
2. Гидросистемы.
3.
4.
5.
6.
Гидрораспределители.
Клапаны.
Назначение дросселей.
Направляющие гидроаппараты.
7. Условные графические обозначения направляющей и регулирующей аппаратуры.
8. Крановые распределители.
9. Золотниковые распределители.
10. Обратные клапаны.
11. Гидравлические замки.
12. Логические клапаны.
13. Назначение регулирующих гидроаппаратов.
14. Предохранительные клапаны.
15. Переливные клапаны.
16. Редукционные клапаны.
17. Дроссели.
18. Регулирование дросселей.
19. Делители потока.
20. Элементы автоматики.
14.
РЕГУЛИРОВАНИЕ ГИДРОСИСТЕМ
Основными параметрами объемного гидропривода является
давление и расход рабочей жидкости, а характеристиками – нагрузки,
скорости гидродвигателей, мощность и потери. КПД и тепловой режим характеризуют работу объемного гидропривода. Дополнительными расчетными параметрами являются максимальная мощность,
крутящий момент, развиваемый гидромотором, и усилие на штоке
гидроцилиндра.
В гидроприводе могут применяться объемное и дроссельное регулирование скорости гидродвигателей.
Объемное регулирование скорости гидродвигателя осуществляется изменением подачи насоса или гидромотора в зависимости от
179
рабочего объема. Рабочий объем может изменяться автоматически с
помощью регулятора мощности или других управляющих устройств.
Объемное регулирование скорости является наиболее эффективным в гидроприводах с регулируемыми насосами и гидромоторами, так как происходит без потерь на дросселирование потока. Аксиально-плунжерные насосы автоматически обеспечивают постоянную
мощность при изменении внешней нагрузки. При этом подача и давление обратно пропорциональны.
В схемах с насосами постоянной подачи скорость движения исполнительных механизмов регулируют изменением проходных сечений дросселей. Дроссельный способ регулирования менее эффективен
при эксплуатации гидроприводов большой мощности. Для привода
небольшой мощности нередко применяют дроссельное регулирование, при котором часть рабочей жидкости сливается в бак, а ее энергия переходит в тепло. Дроссели могут устанавливаться в напорной
или сливной гидролинии.
Надежная работа гидропривода возможна в условиях оптимального теплового состояния. Основной причиной нагрева рабочей жидкости является наличие гидравлических сопротивлений, а также объемные и гидромеханические потери.
Потери мощности в гидроприводе равны количеству тепла, выделяемого в гидроприводе в единицу времени.
По условиям приемлемости теплового режима в гидроприводе
необходимо равенство перепада температур между рабочей жидкостью и окружающим воздухом в установившемся режиме и максимально допустимым перепадом, зависящего от площади теплообмена.
Если суммарная площадь теплоотдающих поверхностей меньше
требуемой, необходима установка теплообменника.
Расчет объемного гидропривода машин сводится к определению
номинального давления, подачи (производительности) насоса, мощности привода насоса и КПД гидропривода.
При выполнении расчетов следует пользоваться системой единиц измерения СИ.
Для сокращения потерь мощности применяют питание гидроприводов от двухпоточных насосов, которые автоматически переключаются разделительной панелью в зависимости от рабочего давления
в тот или иной переход цикла обработки (рис.14.1).
180
Рис. 14.1. Схемы насосной установки:
а – с двухпоточным насосом и разделительной панелью;
б – с аксиально-поршневым насосом
Выбор способа регулирования скорости двигателя зависит от
многих факторов, в частности:
 от вида нагрузки и характера ее изменения;
 диапазона регулирования;
 мощности и КПД привода;
 точности и быстродействия, надежности, экономической
эффективности.
В гидроприводах с объемным регулированием скорости двигателя используются насосы переменной производительности, причем в
станочных приводах наибольшее применение нашли пластинчатые
насосы с регулируемым эксцентриситетом между осями ротора и статора и аксиально-поршневые насосы с регулируемым положением
наклонной шайбы.
На рис. 14.1, б показана принципиальная схема гидравлического
привода с объемным способом регулирования скорости двигателя.
В гидравлическом приводе (рис. 14.1,б) от аксиальнопоршневого насоса НА переменной производительности жидкость
подводится к распределителю Р, а от него в зависимости от положения золотника в корпусе распределителя подводится к левой или пра181
вой полости цилиндра Ц. Предохранение системы от перегрузки
обеспечивается предохранительным клапаном КП, а небольшой подпор давления в сливной линии устанавливается подпорным клапаном
КД.
Скорость штока цилиндра и связанного с ним рабочего органа
машины определяется производительностью насоса, а стабильность
скорости зависит от внутренних утечек в элементах привода. Привод
с регулируемым насосом дает возможность бесступенчато изменять
скорость двигателя без потерь энергии, связанных с отводом избытка
жидкости под давлением через предохранительный клапан и дросселированием в регулирующей аппаратуре (дросселе, регуляторе расхода и т.д.). Это обеспечивает сравнительно высокий КПД привода.
Данный вид регулирования широко применяется для обеспечения
вращательного движения выходного звена.
Основным недостатком гидроприводов с объемным регулированием является сложность системы автоматического изменения рабочего объема насоса. Для перемещения регулирующих элементов
насосов требуются значительные усилия, которые создаются с помощью двухкаскадных гидравлических усилителей мощности, имеющих
низкий КПД. В отдельных случаях в станочных гидроприводах может
применяться объемное ступенчатое регулирование скорости двигателя. При этом в насосной станции устанавливают два или три насоса
постоянной производительности (обычно в отношении 1:2:3), которые включаются в работу попеременно или в различных комбинациях. Объемное ступенчатое регулирование нередко сочетают с дроссельным регулированием.
В различных технологических процессах нередко требуется переключение скоростей движения рабочих органов внутри технологического цикла.
Типовые схемы автоматического переключения скорости гидравлического двигателя при дроссельном способе регулирования приведены на рис. 14.2.
Подключение дополнительных дросселей ДР1 и ДР2 (рис. 14.2,
а), шунтируемых распределителями Р2 и Р3, позволяет ступенчато
изменять скорость штока цилиндра Ц, причем регулятор (редукционный клапан) аппарата РП обеспечивает постоянство перепада давлений на всей дроссельной цепочке, так как отверстие для дистанцион182
ного управления соединено с баком Б. Схема обеспечивает зависимую настройку скоростей двигателя, при которой максимальная скорость рабочей подачи настраивается дросселем регулятора потока РП,
а минимальная дросселем ДР2. Такая настройка обусловлена последовательным включением аппаратов РП, ДР1 и ДР2 в сливную линию
привода.
Уравнения гидравлических цепей, показывающие пути движения жидкости при обеспечении различных элементов цикла работы
привода, могут быть записаны в следующем виде:
 первая рабочая подача РП1: Б - Н - Р1(I) – Ц - Р1(I) – РП - Р2 - Б;
 вторая рабочая подача РП2: Б-Н-Р1(I)-Ц-Р1(I)-РП-ДР1-Р3-Б;
 третья рабочая подача РП3: Б-Н-Р1(I)-Ц-Р1(I)-РП-ДР1-ДР2-Б.
Рис. 14.2.Типовые схемы автоматического переключения скорости
гидравлического двигателя при дроссельном способе регулирования:
а – подключение дополнительных дросселей, шунтируемых распределителями;
б – схема регулирования скоростей с помощью распределителя
183
На рис. 14.2, б показана схема, в которой с помощью распределителя Р2 можно устанавливать любую из трех скоростей двигателя,
определяемых независимой настройкой дросселей ДР1, ДР2 и ДР3,
установленных «на выходе» двигателя параллельно друг к другу. Обратный клапан KО1 обеспечивает быстрый отвод рабочего органа
влево.
Уравнения гидравлических цепей для данной схемы имеют следующий вид:
 первая рабочая подача РП1: Б-Н-Р1(I)-Ц-ДР1-Р2(0)-Р1(I)-Б;
 вторая рабочая подача РП2: Б-Н-Р1(I)-Ц-ДР2-КО2-Р2(II)-P1(I)- Б;
 третья рабочая подача РП3: Б-Н-Р1(I)-Ц-ДР3-КО3-Р2(I)-Р1(I)-Б;
 быстрый отвод БО: Б-НР1(II)-КО1-Ц-Р1(II)-Б.
Гидроприводы с дроссельным регулированием скорости выходного звена обычно выполняются с разомкнутым потоком жидкости.
Они могут обеспечивать поступательное, поворотное и вращательное
движения рабочих органов станков. Наибольшее применение получали приводы поступательного движения.
Несколько гидравлических двигателей с дроссельным регулированием скорости могут работать независимо друг от друга при питании от одного насоса.
Преимуществами гидроприводов с дроссельным регулированием скорости двигателей являются:
 высокие чувствительность и быстродействие;
 малые усилия, требуемые для перемещения запорнорегулирующих элементов гидравлических распределителей;
 простота конструкций гидравлических устройств и невысокая их стоимость.
Однако эти приводы имеют низкий КПД, обусловленный самим
принципом дросселирования потока рабочей жидкости, поэтому их
целесообразно применять при мощностях приводов не более 5 кВт.
В практике машиностроения нередко возникает необходимость
в синхронной работе нескольких исполнительных механизмов.
При использовании гидравлического способа синхронизации зачастую можно обойтись применением нормализованной аппаратуры.
Однако гидравлические устройства обеспечивают различную точ-
184
ность согласования работы нескольких гидравлических двигателей,
между которыми нет жестких связей.
Схема, реализующая синхронизацию работы гидроцилиндров с
помощью дросселей, показана на рис. 14.3.
Питание цилиндров Ц1, Ц2 и Ц3 обеспечивается от общего источника (насоса) через соответствующие дроссели ДР1, ДР2 и ДР3,
настройкой которых обеспечивается условие v1 = v2 = v3. Этот способ прост, обеспечивает рассогласование в работе двигателей не более 10…15% и может быть применен в машинах и механизмах, к которым не предъявляются жесткие требования к обеспечению синхронности перемещения рабочих органов.
Схема синхронизации с помощью объемных гидравлических
машин (рис. 14.3, а) включает в себя два гидравлических мотора М1 и
М2, подключенных к бесштоковым полостям цилиндров Ц1 и Ц2 и
имеющих единый вал.
Рис. 14.3. Схемы синхронизации работы гидроцилиндров
с помощью дросселей
а – схема синхронизации работы цилиндров с помощью объемных
гидравлических моторов;
б – схема синхронизации работы цилиндров с помощью делителя потока;
в – управление гидравлическими двигателями по пути;
R1, R2, R3 – нагрузки; v1, v2, v3 – скорости; r1, r2, r3, r4 – сопротивления
Давление на выходе моторов поддерживают клапаны КП1 и
КП2. Синхронизация осуществляется только при ходе рабочих органов машины вверх. При изменении одной из нагрузок R1 или R2 изменяются скорости v1 или v2. Тогда один из моторов притормаживается
185
и начинает работать в режиме насоса. В результате в приторможенный силовой цилиндр будет поступать дополнительное количество
жидкости, восстанавливающее первоначальную скорость. Рассогласование в работе цилиндров в этом случае зависит от типа и характеристик используемых моторов и не превышает 5…10%.
На рис. 14.3, б показана схема синхронизации работы цилиндров
Ц1 и Ц2 с помощью делителя потока ДП, который представляет собой
регулятор, имеющий два постоянных дросселя с сопротивлениями r1
и r2, а также два дросселя с переменными сопротивлениями r3 и r4.
Переменные сопротивления образованы щелями между конусами подвижного плунжера делителя и расточками в корпусе. Если при
изменении нагрузок R1 или R2 меняется одна из скоростей v1 или v2, то
в линии питания заторможенного цилиндра повысится давление, которое заставит переместиться плунжер в сторону увеличения щели
(уменьшения сопротивления r3 или r4). В результате в эту линию будет поступать большее количество жидкости, а в противоположную
сторону меньшее количество жидкости, что приведет к восстановлению равенства скоростей (v1 = v2). Рассогласование в работе цилиндров составляет не более 1%. При разных сопротивлениях r1 и r2
дросселей можно получить деление потока на неравные части, что
обеспечит заданное соотношение скоростей v1 и v2.
В технологическом оборудовании машиностроительных производств нашли применение несколько способов контроля и управления
последовательностью переходов, выполняемых отдельными механизмами:
 по пути;
 давлению;
 времени;
 величине нагрузки на инструмент;
 комбинированные:
- по пути и времени;
- по пути и давлению и т.д.
Как показывает практика контроль по пути (или по пути в сочетании с другими видами контроля), при котором команда на выполнение последующего элемента цикла дается от датчика, включаемого
механизмом, завершившим движение предыдущего перехода, являет-
186
ся в большинстве случаев наиболее надежным средством, обеспечивающим заданную последовательность работы механизмов.
При таком способе контроля исключается влияние изменения
скоростей движения рабочих органов машины (вследствие утечек,
изменения расходов масла через дроссели и других причин, зависящих от изменения температуры масла, нагрузки на силовых органах
станка, давления в гидравлических линиях и т.д.) на последовательность выполнения отдельных элементов цикла. Изменение скоростей
движения механизмов в этом случае может только несколько изменить темп работы станка или автоматической линии.
В качестве датчиков, сигнализирующих о завершении движения
механизма станка и дающих команду на начало следующего элемента
цикла, применяются гидравлические распределители с управлением
от кулачка, клапаны, упоры, различные электрические конечные выключатели (контактные и бесконтактные) и реле, индуктивные датчики и другие устройства автоматики.
Пример гидравлического привода с управлением по пути показан на рис. 14.3, в. В работу цилиндры Ц1 и Ц2 включаются в указанной последовательности. Направления движения поршней в цилиндрах показаны стрелками, a последовательность работы цилиндров
обеспечивается контактными электрическими конечными выключателями ВК1, ВК2, ВК3 и ВK4, управляющими соответствующими
толкающими электромагнитами ЭМ4, ЭМ3, ЭМ1 и ЭМ2 гидравлических распределителей Р4, Р3, Р1 и Р2.
Схема с управлением последовательностью приводов и расчетные схемы приводов показаны на рис. 14.4.
Уравнение гидравлической цепи, обеспечивающей зажим заготовки при работе цилиндра Ц1, имеет следующий вид (рис. 14.4, а):
Б - Ф2 = НП - Ф1 - KО1 - P1(I) - Ц1 - ДР - Р1(I) - Б.
Подвод жидкости к цилиндру Ц2 возможен только в том случае,
если давление в цилиндре Ц1 достигнет величины настройки клапана
КД. При падении давления жидкости в цилиндре Ц1 клапан КД перекрывает подвод масла к цилиндру Ц2 и прекращает подачу рабочего
органа станка, т.е. схема обеспечивает блокировку подачи при ослаблении зажима заготовки.
187
Рис. 14.4. Схемы с управлением последовательностью
и расчетные схемы приводов
а – схема привода с управлением последовательностью включения в работу
цилиндров Ц1 и Ц2 по давлению;
б – схема гидропривода поступательного движения;
в – схема гидропривода вращательного движения;
R – усилие, приложенное к штоку поршня;
vпр – скорость движения привода; l1, l2 – длина труб
188
Контрольные вопросы
1. Основными параметрами объемного гидропривода.
2. Способы регулирования скорости гидродвигателей.
3. Выбор способа регулирования скорости двигателя.
4. Выбор способа регулирования скорости двигателя.
5. Недостатки гидроприводов с объемным регулированием.
6. Гидроприводы с дроссельным регулированием скорости
выходного звена.
7. Преимущества гидроприводов с дроссельным регулированием скорости двигателей.
15.
ГИДРОПРИВОД И ПНЕВМОПРИВОД:
ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
Основные термины и определения в области объемных гидроприводов и пневмоприводов установлены ГОСТ 17752-81 (СТ СЭВ
2455-80) «Гидропривод объемный и пневмопривод. Термины и определения» и ГОСТ 17398-72 «Насосы. Термины и определения».
Установленные данным стандартом термины обязательны для
применения в документации всех видов, научно-технической, учебной и справочной литературе.
Приведенные в стандарте определения можно, при необходимости, изменять по форме изложения, не допуская нарушения границ
понятий.
Для каждого понятия установлен один стандартизованный термин. Применение терминов-синонимов стандартизованного термина
запрещается.
Для отдельных наиболее употребительных стандартизованных
терминов приведены их краткие формы.
В случаях, когда существенные признаки понятия содержатся в
буквальном значении термина, определение не приведено и поставлен
прочерк.
189
15.1. Общие понятия
1. Объемный
гидропривод
Гидропривод
(Пневмопривод)
Привод, в состав которого входит
гидравлический (пневматический) механизм, в котором рабочая среда находится
под давлением, с одним или более объемными гидродвигателями (объемными
пневмодвигателями).
Примечание. Под рабочей средой
понимается рабочая жидкость в объемном гидроприводе и рабочий газ в пневмоприводе.
2. Гидроустройство
(Пневмоустройство)
Техническое устройство, предназначенное для выполнения определенной
самостоятельной функции в объемном
гидроприводе (пневмоприводе) посредством взаимодействия с рабочей средой.
3. Управляемое
гидроустройство
(Управляемое
пневмоустройство)
Гидроустройство
(пневмоустройство), имеющее элемент управления, на
который подается внешнее управляющее
воздействие.
Примечание. По виду управляющего воздействия различают гидроустройства (пневмоустройства) с ручным, механическим, электромагнитным, гидравлическим, пневматическим, электрогидравлическим,
электропневматическим,
пневмогидравлическим и другим управлением.
4. Неуправляемое
гидроустройство
(Неуправляемое пневмоустройство)
------
190
5. Гидросистема
(Пневмосистема)
6. Объемная
гидромашина
(Объемная
пневмомашина)
7. Гидроаппарат
(Пневмоаппарат)
Совокупность
гидроустройств
(пневмоустройств), входящих в состав
объемного гидропривода (пневмопривода)
Гидроустройство
(пневмоустройство), предназначенное
для преобразования механической энергии рабочей
среды в процессе попеременного заполнения рабочей камеры рабочей средой и
вытеснения ее из рабочей камеры.
Примечание. Под рабочей камерой
понимается пространство объемной гидромашины (объемной пневмомашины),
ограниченное рабочими поверхностями
деталей, периодически изменяющее свой
объем и попеременно сообщающееся с
местами входа и выхода рабочей среды
Гидроустройство
(пневмоустройство), предназначенное для управления
потоком рабочей среды.
Примечания:
Под управлением потоком рабочей
среды понимается изменение или поддержание заданных значений давления
или расхода рабочей среды, либо изменение направления, пуск и остановка потока рабочей среды.
В качестве собирательного названия гидроаппаратов (пневмоаппаратов)
допускается применять термин "гидроаппаратура" ("пневмоаппаратура")
191
8. Кондиционер рабочей
Гидроустройство
(пневмоустройжидкости
ство), предназначенное для обеспечения
(Кондиционер
необходимых качественных показателей
рабочего газа)
и состояния рабочей среды
9. Гидроемкость
(Пневмоемкость)
Гидроустройство
(пневмоустройство), предназначенное для содержания
рабочей среды с целью использования ее
в процессе работы объемного гидропривода (пневмопривода)
10. Гидролиния
(Пневмолиния)
Гидроустройство
(пневмоустройство), предназначенное для движения рабочей среды или передачи давления от
одного гидроустройства (пневмоустройства) к другому.
Примечания:
В качестве собирательного названия для гидролиний (пневмолиний) допускается применять термин "гидросеть"
("пневмосеть").
Конструктивно гидролинии (пневмолинии) представляют собой трубы, рукава, каналы и соединения
11. Гидроустройство
Гидроустройство
(пневмоустрой(пневмоустройство) ство), которое соединяется с другими
трубного
гидроустройствами (пневмоустройстваприсоединения
ми) при помощи трубопроводов - труб
или рукавов
192
12. Стыковое
Гидроустройство
(Стыковое
пневмоустройство)
Гидроустройство
(пневмоустройство), которое соединяется с другими
гидроустройствами (пневмоустройствами) при помощи каналов, выведенных на
наружную плоскость, по которой происходит стыковка с другими гидроустройствами (пневмоустройствами)
13. Модульное
гидроустройство
(Модульное
пневмоустройство)
Гидроустройство
(пневмоустройство), которое соединяется с другими
гидроустройствами (пневмоустройствами) при помощи каналов, выведенных на
две параллельные наружные плоскости,
по которым происходит стыковка с другими гидроустройствами (пневмоустройствами)
14. Встраиваемое
гидроустройство
(Встраиваемое
пневмоустройство)
Гидроустройство
(пневмоустройство), корпусные детали которого являются
неотъемлемой частью других устройств
15. Вставное
гидроустройство
(Вставное
пневмоустройство)
Встраиваемое
гидроустройство
(встраиваемое пневмоустройство), которое вставляется в корпус
16. Ввертное гидроустройство
(Ввертное пневмоустройство)
Встраиваемое
гидроустройство
(встраиваемое пневмоустройство), которое ввинчивается в корпус
193
15.2. Объемные гидроприводы (пневмоприводы)
1. Насосный гидропривод
(Компрессорный
пневмопривод)
Объемный гидропривод (пневмопривод), в котором рабочая среда
подается в объемный гидродвигатель
(объемный пневмодвигатель) насосом
(компрессором), входящим в состав
этого привода.
Примечания:
В зависимости от типа приводящего двигателя допускаются термины
"электронасосный гидропривод", "дизельный гидропривод", "турбонасосный гидропривод" и т.д.
В насосном гидроприводе (компрессорном пневмоприводе) используются как объемные, так и динамические насосы (компрессоры)
2. Аккумуляторный
гидропривод
(Аккумуляторный
пневмопривод)
Объемный гидропривод (пневмопривод), в котором рабочая среда
подается в объемный гидродвигатель
(объемный пневмодвигатель) из гидроаккумулятора (пневмоаккумулятора), предварительно заряженного от
внешнего источника, не входящего в
состав привода
3. Магистральный
гидропривод
(Магистральный
пневмопривод)
Объемный гидропривод (пневмопривод), в котором рабочая среда
подается в объемный гидродвигатель
(объемный пневмодвигатель) от гидромагистрали (пневмомагистрали), не
входящей в состав привода.
Примечание.
Под гидромагистралью (пневмомагистралью) понимается трубопровод, по которому ра194
бочая среда подается от насосной
(компрессорной) установки к группе
объемных гидроприводов
(пневмоприводов), которые не связаны между
собой конструктивно и могут подключаться или монтироваться независимо друг от друга
4. Гидропривод
Объемный гидропривод (пнев(пневмопривод)
мопривод), гидродвигателем (пневмопоступательного движения двигателем) которого является гидроцилиндр (пневмоцилиндр)
5. Гидропривод
(пневмопривод)
поворотного движения
Объемный гидропривод (пневмопривод), гидродвигателем (пневмодвигателем) которого является поворотный гидродвигатель (поворотный
пневмодвигатель)
6. Гидропривод
(пневмопривод)
вращательного движения
Объемный гидропривод (пневмопривод), гидродвигателем (пневмодвигателем) которого является гидромотор (пневмомотор)
7. Гидропривод
(пневмопривод) без
управления
Объемный гидропривод (пневмопривод) с постоянными параметрами движения выходного звена объемного гидродвигателя (пневмодвигателя)
8. Гидропривод
(пневмопривод) с
управлением
Объемный гидропривод (пневмопривод) с изменяющимися параметрами движения выходного звена
объемного гидродвигателя (пневмодвигателя)
195
9. Гидропривод
Гидропривод (пневмопривод) с
(пневмопривод) с ручным управлением, в котором управление
управлением
параметрами движения выходного
звена
объемного
гидродвигателя
(пневмодвигателя) осуществляется с
помощью устройств, управляемых
вручную
10. Гидропривод
(пневмопривод) с
автоматическим
управлением
Гидропривод (пневмопривод) с
управлением, в котором управление
параметрами движения выходного
звена
объемного
гидродвигателя
(пневмодвигателя)
осуществляется
автоматически
11. Стабилизирующий гидропривод
(Стабилизирующий
пневмопривод)
Гидропривод (пневмопривод)с
автоматическим управлением, в котором регулируемый параметр движения выходного звена поддерживается
постоянным
12. Программный
гидропривод
(Программный
пневмопривод)
Гидропривод (пневмопривод) с
автоматическим управлением, в котором регулируемый параметр движения выходного звена изменяется по
заранее заданной программе
13. Следящий гидропривод
Гидропривод (пневмопривод) с
(Следящий пневмопривод) ручным или автоматическим управлением, в котором регулируемый параметр выходного звена изменяется по
определенному закону в зависимости
от внешнего воздействия, значение
которого заранее неизвестно
196
14. Гидропривод
(пневмопривод) с
дроссельным
управлением
Гидропривод (пневмопривод) с
управлением, в котором управление
параметром движения выходного звена осуществляется регулирующим
гидроаппаратом
(регулирующим
пневмоаппаратом)
15. Гидропривод с
машинным управлением
Гидропривод с управлением, в
котором управление параметром движения выходного звена осуществляется регулируемым насосом или регулируемым гидромотором или обеими
объемными гидромашинами
16. Гидропривод с
машиннодроссельным
управлением
Гидропривод с управлением, в
котором управление параметрами
движения выходного звена осуществляется регулирующим гидроаппаратом и объемной гидромашиной
17. Гидропривод с
Гидропривод с управлением, в
управлением приводящим котором управление параметром двидвигателем
жения выходного звена осуществляется изменением частоты вращения
приводящего двигателя
18. Пневмопривод с
управлением
противодавлением
Пневмопривод с управлением, в
котором управление параметром движения выходного звена осуществляется созданием противодавления на
выходе из пневмодвигателя
19. Гидропривод (пневмоНасосный гидропривод (компривод) с разомкнутым по- прессорный пневмопривод), в котором
током
рабочая среда от объемного гидродвигателя (объемного пневмодвигателя)
поступает в гидробак (атмосферу)
197
20. Гидропривод (пневмоНасосный гидропривод (компривод) с замкнутым пото- прессорный пневмопривод), в котоком
ром рабочая среда от объемного гидродвигателя (объемного пневмодвигателя) поступает на вход насоса (компрессора)
15.3. Объемные гидромашины (объемные пневмомашины)
21. Гидропривод
(пневмопривод) с
замкнутым потоком
Насосный гидропривод
(компрессорный пневмопривод), в котором рабочая среда от объемного гидродвигателя (объемного пневмодвигателя) поступает на вход насоса (компрессора)
22. Гидропривод
(пневмопривод)
вращательного движения
Объемный гидропривод (пневмопривод), гидродвигателем (пневмодвигателем) которого является гидромотор (пневмомотор)
23. Гидропривод
Объемный гидропривод (пнев(пневмопривод)без управле- мопривод) с постоянными параметрания
ми движения выходного звена объемного гидродвигателя (пневмодвигателя)
24. Гидропривод
(пневмопривод)с
управлением
Объемный гидропривод (пневмопривод) с изменяющимися параметрами движения выходного звена
объемного гидродвигателя (пневмодвигателя)
198
25. Гидропривод
Гидропривод (пневмопривод) с
(пневмопривод) с ручным управлением, в котором управление
управлением
параметрами движения выходного
звена
объемного
гидродвигателя
(пневмодвигателя) осуществляется с
помощью устройств, управляемых
вручную
26. Гидропривод
(пневмопривод) с
автоматическим
управлением
Гидропривод (пневмопривод) с
управлением, в котором управление
параметрами движения выходного
звена
объемного
гидродвигателя
(пневмодвигателя)
осуществляется
автоматически
27. Стабилизирующий
гидропривод
(Стабилизирующий
пневмопривод)
Гидропривод (пневмопривод)с
автоматическим управлением, в котором регулируемый параметр движения выходного звена поддерживается
постоянным
28. Программный
гидропривод
Гидропривод (пневмопривод) с
автоматическим управлением, в котором регулируемый параметр движения выходного звена изменяется по
заранее заданной программе
29. Следящий гидропривод
Гидропривод (пневмопривод) с
(Следящий пневмопривод) ручным или автоматическим управлением, в котором регулируемый параметр выходного звена изменяется по
определенному закону в зависимости
от внешнего воздействия, значение
которого заранее неизвестно
30. Гидропривод (пневмо-
Гидропривод (пневмопривод) с
199
привод) с дроссельным
управлением
управлением, в котором управление
параметром движения выходного звена осуществляется регулирующим
гидроаппаратом
(регулирующим
пневмоаппаратом)
31. Гидропривод с машинным управлением
Гидропривод с управлением, в
котором управление параметром движения выходного звена осуществляется регулируемым насосом или регулируемым гидромотором или обеими
объемными гидромашинами
32. Гидропривод с машинноГидропривод с управлением, в
дроссельным управлением котором управление параметрами
движения выходного звена осуществляется регулирующим гидроаппаратом и объемной гидромашиной
33. Гидропривод с
Гидропривод с управлением, в
управлением приводящим котором управление параметром двидвигателем
жения выходного звена осуществляется изменением частоты вращения
приводящего двигателя
34. Пневмопривод с
управлением
противодавлением
Пневмопривод с управлением, в
котором управление параметром движения выходного звена осуществляется созданием противодавления на
выходе из пневмодвигателя
35. Гидропривод
(пневмопривод) с
разомкнутым потоком
Насосный гидропривод (компрессорный пневмопривод), в котором рабочая среда от объемного гидродвигателя (объемного пневмодвигателя) поступает в гидробак (атмосферу)
200
36. Гидропривод
(пневмопривод) с
замкнутым потоком
Насосный гидропривод (компрессорный пневмопривод), в котором рабочая среда от объемного гидродвигателя (объемного пневмодвигателя) поступает на вход насоса (компрессора)
Объемные гидромашины (объемные пневмомашины)
1. Объемный
гидродвигатель
(Объемный
пневмодвигатель)
Объемная гидромашина (объемная пневмомашина), предназначенная
для преобразования энергии потока
рабочей среды в энергию выходного
звена.
Примечания:
Выходным звеном гидроцилиндра (пневмоцилиндра) является шток
или плунжер, выходным звеном поворотного гидродвигателя (поворотного пневмодвигателя) и гидромотора
(пневмомотора) является вал.
2. Насос-мотор
Объемная гидромашина, предназначенная для работы как в режиме
объемного насоса, так и в режиме
гидромотора
3. Гидропреобразователь
Объемная гидромашина (объем(Пневмопреобразователь) ная пневмомашина), предназначенная
для преобразования энергии одного
потока рабочей среды в энергию другого потока с изменением значения
давления
201
4. Гидровытеснитель
Объемная гидромашина (объем(Пневмовытеснитель)
ная пневмомашина), предназначенная
(Пневмогидровытеснитель) для преобразования энергии одного
потока рабочей среды в энергию другого потока без изменения значения
давления
5. Гидроцлиндр
(Пневмоцилиндр)
Объемный гидродвигатель (объемный пневмодвигатель) с возвратнопоступательным движением выходного звена
6. Поворотный
Объемный гидродвигатель (объгидродвигател ь
емный пневмодвигатель) с ограни(Поворотный пневмодвига- ченным поворотным движением вытель)
ходного звена
7. Гидромотор
(Пневмомотор)
Объемный гидродвигатель (объемный пневмодвигатель) с неограниченным вращательным движением
выходного звена
8. Гидроцилиндр
(пневмоцилиндр)
одностороннего действия
Гидроцилиндр
(пневмоцилиндр), в котором движение выходного звена под действием рабочей среды
возможно только в одном направлении.
Примечание. Движение выходного звена в противоположном
направлении может происходить под
действием пружины, силы тяжести
или звеньев приводимой машины
202
9. Гидроцилиндр
(пневмоцилиндр)
двухстороннего действия
Гидроцилиндр
(пневмоцилиндр), в котором движение выходного звена под действием рабочей среды
возможно в двух противоположных
направлениях
10. Двухпозиционный
Гидроцилиндр
(пневмоцигидроцилиндр
линдр), выходное звено которого
(Двухпозиционный пнев- имеет только два фиксированных помоцилиндр)
ложения
11. Многопозиционный
гидроцилиндр
(Многопозиционный
пневмоцилиндр)
Гидроцилиндр
(пневмоцилиндр), выходное звено которого
имеет три или более фиксированных
положений
12. Поршневой
гидроцилиндр
(Поршневой
пневмоцилиндр)
Гидроцилиндр (пневмоцилиндр)
с рабочим звеном в виде поршня
Примечание. Под рабочим звеном объемного гидродвигателя (объемного пневмодвигателя) понимается
деталь (или группа деталей), участвующая в образовании рабочей камеры и приводящая в движение выходное звено объемного гидродвигателя
(объемного пневмодвигателя)
13. Плунжерный
гидроцилиндр
(Плунжерный
пневмоцилиндр)
Гидроцилиндр (пневмоцилиндр)
с рабочим звеном в виде плунжера
203
14. Мембранный
гидроцилиндр
(Мембранный
пневмоцилиндр)
Гидроцилиндр (пневмоцилиндр)
с рабочим звеном в виде мембраны
15. Сильфонный
гидроцилиндр
(Сильфонный
пневмоцилиндр)
Гидроцилиндр (пневмоцилиндр)
с рабочим звеном в виде сильфона
16. Одноступенчатый
гидроцилиндр
(Одноступенчатый
пневмоцилиндр)
Гидроцилиндр
(пневмоцилиндр), у которого полный ход выходного звена равен ходу рабочего
звена
17. Телескопический гидроГидроцилиндр
(пневмоцицилиндр (Телескопиче- линдр), у которого полный ход выский пневмоцилиндр)
ходного звена равен сумме ходов всех
рабочих звеньев.
Примечания:
1. В зависимости от числа
поршней или плунжеров телескопические гидроцилиндры (телескопические пневмоцилиндры) могут быть
двухступенчатыми, трехступенчатыми и т.д.
2. Ступень с наименьшим диаметром поршня или плунжера называется первой ступенью, следующая второй ступенью и т.д.
18. Гидроцилиндр
(пневмоцнлиндр) с
торможением
Гидроцилиндр
(пневмоцилиндр), снабженный устройством,
обеспечивающим торможение выходного звена в конце хода
204
19. Гидроцилиндр
(пневмоцилиндр) без
торможения
Гидроцилиндр (пневмоцилиндр)
без устройства, обеспечивающего
торможение выходного звена в конце
хода
20. Гидроцилиндр
(пневмоцилиндр) с
односторонним штоком
Гидроцилиндр (пневмоцилиндр)
со штоком, расположенным с одной
стороны поршня или мембраны
21. Гидроцилиндр
(пневмоцилиндр) с
двухсторонним штоком
Гидроцилиндр (пневмоцилиндр)
со штоками, расположенными по обе
стороны поршня или мембраны
22. Шиберный поворотный
Поворотный
гидродвигатель
гидродвигател ь
(поворотный пневмодвигатель) с ра(Шиберный поворотный бочими звеньями в виде шиберов
пневмодвигатель)
23. Поршневой поворотный
Поворотный
гидродвигатель
гидродвигатель
(поворотный пневмодвигатель) с ра(Поршневой поворотный бочими звеньями в виде поршней
пневмодвигатель)
24. Мембранный поворотный
Поворотный
гидродвигатель
гидродвигатель
(поворотный пневмодвигатель) с ра(Мембранный
бочими звеньями в виде мембран
поворотный
пневмодвигатель
25. Реверсивный гидромотор
Гидромотор (пневмомотор), вал
(Реверсивный
которого при работе может вращаться
пневмомотор)
как в одном, так и в другом направлении
205
26. Нереверсивный
гидромотор
(Нереверсивный
пневмомотор
Гидромотор (пневмомотор), вал
которого при работе может вращаться
в одном направлении
27. Однорядный гидромотор
Гидромотор (пневмомотор), у
(Однорядный
которого оси рабочих звеньев распопневмомотор)
ложены в одной плоскости
28. Многорядный
гидромотор
(Многорядный
пневмомотор)
Гидромотор (пневмомотор), у
которого оси рабочих звеньев расположены в двух или более параллельных плоскостях.
Примечание. В зависимости от
числа рядов допускаются термины
"двухрядный гидромотор" ("двухрядный пневмомотор"),
"трехрядный
гидромотор"
("трехрядный
пневмомотор") и т.д.
29. Безроторный гидромотор
Гидромотор (пневмомотор), ра(Безроторный пневмомо- бочие звенья которого совершают
тор)
только
возвратно-поступательное
движение
30. Роторный гидромотор
Гидромотор (пневмомотор), ра(Роторный пневмомотор) бочие звенья которого совершают
простое или сложное вращательное
движение
31. Гидромотор
(пневмомотор)
однократного действия
Гидромотор (пневмомотор), у
которого в каждой рабочей камере за
один оборот выходного звена совершается один рабочий цикл
206
32. Гидромотор
Гидромотор (пневмомотор), у
(пневмомотор)
которого в каждой рабочей камере за
многократного действия один оборот выходного звена совершается два или более рабочих циклов.
Примечание. В зависимости от
числа рабочих циклов за один оборот
выходного звена допускаются термины "гидромотор (пневмомотор) двукратного действия", "гидромотор
пневмомотор) трехкратного действия"
и т.д.
33. Регулируемый
гидромотор
(Регулируемый
пневмомотор)
Гидромотор (пневмомотор) с
изменяемым рабочим объемом.
Примечание. Под рабочим объемом гидромотора
(пневмомотора)
понимается разность наибольшего и
наименьшего значений объемов рабочих камер гидромотора (пневмомотора) за один оборот выходного звена
34. Нерегулируемый гидроГидромотор (пневмомотор)
мотор (Нерегулируемый постоянным рабочим объемом
пневмомотор)
с
35. Гидромотор (пневмомоГиромотор (пневмомотор), в котор) с клапанным распре- тором рабочие камеры соединяются с
делением
полостями входа и выхода рабочей
среды через клапанное распределительное устройство
207
36. Гидромотор (пневмомоГидромотор (пневмомотор), в
тор) с золотниковым рас- котором рабочие камеры соединяются
пределением
с полостями входа и выхода рабочей
среды через золотниковое распределительное устройство
37. Гидромотор (пневмомоГидромотор (пневмомотор), в
тор) с крановым распре- котором рабочие камеры соединяются
делением
с полостями входа и выхода рабочей
среды через крановое распределительное устройство
38. Шестеренный гидромотор
Гидромотор (пневмомотор) с
(Шестеренный пневмомо- рабочими звеньями в виде шестерен
тор)
39. Коловратный гидромотор
Гидромотор (пневмомотор) с
(Коловратный пневмомо- вращающимися рабочими звеньями,
тор)
находящимися в контакте друг с другом, но не передающими крутящего
момента.
Примечание. Крутящий момент
между рабочими звеньями передается
вспомогательной зубчатой передачей
40. Винтовой гидромотор
Гидромотор (пневмомотор) с
(Винтовой пневмомотор) рабочими звеньями в виде винтов.
Примечание. По числу винтов
различаются одновинтовые, двухвинтовые, трехвинтовые и многовинтовые гидромоторы (пневмомоторы)
208
41. Шиберный гидромотор
(Шиберный
пневмомотор)
Гидромотор (пневмомотор) с
рабочими звеньями в виде шиберов,
совершающих возвратно поступательное или возвратноповоротное
движение.
Примечание. Шиберные гидромоторы (шиберные пневмомоторы)
могут быть роторными или безроторными
42. Поршневой гидромотор
(Поршневой
пневмомотор)
Гидромотор (пневмомотор) с
рабочими звеньями в виде поршней.
Примечание. Поршневые гидромоторы (поршневые пневмомоторы) могут быть роторными или безроторными
43. Шестеренный гидромотор
(шестеренный
пневмомотор) с внешним
зацеплением
-------
44. Шестеренный гидромотор
(шестеренный
пневмомотор) с
внутренним зацеплением
-------
45. Героторный гидромотор
Шестеренный гидромотор (ше(Героторный
стеренный пневмомотор) с внутренпневмомотор)
ним зацеплением, у которого рабочие
камеры отделены друг от друга только зубьями шестерен без промежуточного серповидного элемента
209
46. Пластинчатый
гидромотор
(Пластинчатый
пневмомотор)
Шиберный гидромотор (шиберный пневмомотор), у которого шиберы выполнены в форме пластин
47. Фигурно-шиберный
гидромотор
(Фигурно-шиберный
пневмомотор)
Шиберный гидромотор (шиберный пневмомотор), у которого шиберы выполнены в виде деталей фигурного профиля, отличных от формы
пластин
48. Аксиально-поршневой
гидромотор
Поршневой гидромотор (поршневой пневмомотор), у которого оси
поршней параллельны оси блока цилиндров или расположены к оси блока под углом не более 45°
49. Радиально-поршневой
гидромотор
(Радиальнопоршневой
пневмомотор)
Поршневой гидромотор (поршневой пневмомотор), у которого оси
поршней расположены под углом более 45° к оси блока цилиндров
50. Гидромотор
(пневмомотор)
с наклонным блоком
Аксиально-поршневой гидромотор (аксиально-поршневой пневмомотор), у которого оси выходного звена
и блока цилиндров пересекаются
51. Гидромотор
(пневмомотор)
с наклонным диском
Аксиально-поршневой гидромотор (аксиально-поршневой пневмомотор), у которого выходное звено и
блок цилиндров расположены на одной оси, а поршни связаны с торцовой
поверхностью диска, наклоненного к
этой оси
210
52. Гидромотор
(пневмомотор)
с профильным диском
Аксиально-поршневой гидромотор (аксиально-поршневой пневмомотор), у которого выходное звено и
блок цилиндров расположены на одной оси, а поршни связаны с диском,
расположенным на одной оси и имеющим торцовую поверхность переменной кривизны
53. Кривошипный
гидромотор
(Кривошипный
пневмомотор)
Радиально-поршневой гидромотор (радиально-поршне- вой пневмомотор), в котором движение от поршней к выходному звену передается
кривошипно-шатунным механизмом
54. Кулачковый гидромотор
Радиально-поршневой гидромо(Кулачковый
тор радиально-поршневой пневмомопневмомотор)
тор), в котором движение от поршней
к выходному звену передается кулачковым механизмом
55. Эксцентриковый
гидромотор
(Эксцентриковый
пневмомотор)
Кулачковый гидромотор (кулачковый пневмомотор) с кулачком в виде эксцентрика
56. Гидромотор
Кулачковый гидромотор (кулач(пневмомотор) с внешним ковый пневмомотор), кулачок которокулачком
го расположен вокруг поршней
57. Гидромотор
(пневмомотор)
с внутренним кулачком
Кулачковый гидромотор (кулачковый пневмомотор), вокруг кулачка
которого расположены поршни
211
58. Поступательный
Гидропреобразователь (пневмогидропреобразователь
гидропреобразователь), составленный
(Поступательный
из гидроцилиндров (пневмоцилинпневмогидропреобразова- дров) с двумя поршнями разных диатель)
метров, штоки которых жестко соединены между собой
59. Вращательный
гидропреобразователь
(Вращательный
пневмогидропреобразователь)
Гидропреобразователь (пневмогидропреобразователь), составленный
из гидромотора (пневмомотора) и
насоса с разными рабочими объемами, валы которых жестко соединены
между собой
15.4. Гидроаппараты (пневмоаппараты)
1. Золотниковый
гидроаппарат
(Золотниковый
пневмоаппарат)
Гидроаппарат (пневмоаппарат),
запорно-регулирующим элементом которого является золотник.
Примечания:
1. Под запорно-регулирующим
элементом понимается подвижная деталь или группа деталей гидроаппарата (пневмоаппарата) при перемещении которой частично или полностью
перекрывается рабочее проходное сечение.
2. По типу золотника различаются гидроаппараты (пневмоаппараты) с плоским и цилиндрическим золотником
212
2. Крановый гидроаппарат
(Крановый
пневмоаппарат)
Гидроаппарат (пневмоаппарат),
запорно-регулирующим
элементом
которого является кран.
Примечание. По типу крана различаются гидроаппараты (пневмоаппараты): с плоским, цилиндрическим,
коническим и сферическим кранами
3. Клапанный гидроаппарат
(Клапанный
пневмоаппарат)
Гидроаппарат (пневмоаппарат),
запорно-регулирующим
элементом
которого является клапан.
Примечание. По типу клапана
различаются гидроаппараты (пневмоаппараты): с шариковым, плоским,
коническим, коноидным и др. клапанами
4. Регулируемый
гидроаппарат
(Регулируемый
пневмоаппарат)
Гидроаппарат (пневмоаппарат),
в котором размеры рабочего проходного сечения или силовое воздействие
на запорно регулирующий элемент
могут быть изменены извне в процессе работы гидроаппарата (пневмоаппарата) с целью получения заданного
значения давления и расхода рабочей
среды
213
5. Гидроклапан
(Пневмоклапан)
Гидроаппарат (пневмоаппарат),
в котором размеры рабочего проходного сечения изменяются от воздействия потока рабочей среды, проходящего через гидроаппарат (пневмоаппарат)
6. Гидроаппарат
(пневмоаппарат)
неклапанного действия
Гидроаппарат (пневмоаппарат),
в котором размеры рабочего проходного сечения изменяются от внешнего
управляющего воздействия
7. Регулирующий
гидроаппарат
(Регулирующий
пневмоаппарат)
Гидроаппарат (пневмоаппарат),
который управляет давлением, расходом и направлением потока рабочей
среды путем частичного открытия рабочего проходного сечения.
Примечание. В качестве собирательного названия для регулирующих
гидроаппаратов
(пневмоаппаратов)
допускается использовать термин "регулирующая гидроаппаратура (регулирующая пневмоаппаратура)"
8. Направляющий
гидроаппарат
(Направляющий
пневмоаппарат)
Гидроаппарат (пневмоаппарат),
который управляет пуском, остановкой и направлением потока рабочей
среды путем полного открытия или
полного закрытия рабочего проходного сечения.
Примечание. В качестве собирательного названия для направляющих
214
гидроаппаратов
(направляющих
пневмоаппаратов) допускается использовать термин "направляющая
гидроаппаратура
(направляющая
пневмоаппаратура)"
9. Гидроклапан
(пневмоклапан) прямого
действия
Гидроклапан (пневмоклапан), в
котором размеры рабочего проходного сечения изменяются в результате
непосредственного воздействия потока рабочей среды на запорнорегулирующий элемент
10. Гидроклапан
(пневмоклапан)
непрямого действия
Гидроклапан (пневмоклапан), в
котором размеры рабочего проходного сечения изменяются основным запорно-регулирующим элементом в
результате воздействия потока рабочей среды на вспомогательный запорно-регулирующий элемент
11. Гидроклапан
Регулирующий
гидроаппарат
(пневмоклапан) давления (регулирующий
пневмоаппарат),
предназначенный для управления
давлением рабочей среды
12. Гидроаппарат
(пневмоаппарат)
управления расходом
Регулирующий
гидроаппарат
(регулирующий
пневмоаппарат),
предназначенный для управления
расходом рабочей среды
215
13. Дросселирующий
гидрораспределитель
(Дросселирующий
пневмораспределитель)
Регулирующий
гидроаппарат
(регулирующий пневмоаппарат),
предназначенный для управления
расходом и направлением потока рабочей среды в нескольких гидролиниях (пневмолиниях) одновременно в
соответствии с изменением внешнего
управляющего воздействия
Примечания:
1. В зависимости от числа характерных позиций запорно- регулирующего элемента различаются двухпозиционные, трехпозиционные и т.д.
дросселирующие гидрораспределители (дросселирующие пневмораспределители).
2. В зависимости от числа
внешних гидролиний (пневмолиний),
поток в которых управляется распределителем, различаются двухлинейные, трехлинейные и т.д. дросселирующие гидрораспределители (дросселирующие пневмораспределители)
3. В зависимости от характера
перекрытия проходного сечения различаются дросселирующие гидрораспределители (дросселирующие пневмораспределители) с положительным,
отрицательным и нулевым перекрытием
216
14. .Напорный гидроклапан
(Напорный
пневмоклапан)
Гидроклапан
(пневмоклапан)
давления, предназначенный для ограничения давления в подводимом к
нему потоке рабочей среды
15. Редукционный .
гидроклапан .
(Редукционный .
пневмоклапан)
Гидроклапан
(пневмоклапан)
давления, предназначенный для поддержания в отводимом от него потоке
рабочей среды более низкого давления, чем давление в подводимом потоке
16. Гидроклапан
Гидроклапан
(пневмоклапан)
(пневмоклапан)разности давления, предназначенный для поддавлений
держания заданной разности давлений в подводимом и отводимом потоках рабочей среды или в одном из
этих потоков и постороннем потоке
17. Гидроклапан
(пневмоклапан)
соотношения давлений
Гидроклапан
(пневмоклапан)
давления, предназначенный для поддержания заданного соотношения
давлений в подводимом и отводимом
потоках рабочей среды или в одном
из этих потоков и постороннем потоке
217
18. Предохранительный
гидроклапан
(Предохранительный
пневмоклапан)
Напорный гидроклапан (напорный пневмоклапан), предназначенный
для предохранения объемного гидропривода (пневмопривода) от давления, превышающего установленное
19. Переливной
гидроклапан
Напорный гидроклапан, предназначенный для поддержания заданного давления путем непрерывного слива рабочей жидкости во время работы
20. Синхронизатор расходов
Гидроаппарат управления расходом предназначенный для поддержания заданного соотнношения расходов рабочей жидкости в двух или
нескольких параллельных потоках
21. Гидродроссель
(Пневмодроссель)
Гидроаппарат (пневмоаппарат)
управления расходом, предназначенный для создания сопротивления потоку рабочей среды
22. Регулятор расхода
Гидроаппарат управления
расходом, предназначенный для поддержания заданного значения расхода
вне зависимости от значения перепада
давлений в подводимом и отводимом
потоках рабочей жидкости.
Примечание. По числу внешних
линий различаются двухлинейные и
трехлинейные регуляторы расхода
218
23. Делитель потока
Синхронизатор расходов, предназначенный для разделения одного
потока рабочей жидкости на два или
более потоков
24. Сумматор потоков
Синхронизатор расходов, предназначенный для соединения двух и
более потоков рабочей жидкости в
один поток
25. Дросселирующий
Синхронизатор расходов, в косинхронизатор расходов тором синхронизация расходов происходит вследствие дросселирования
потоков
26. Объемный синхронизатор
Синхронизатор расходов, в корасходов
тором синхронизация расходов происходит вследствие дозирования потоков
219
27. Направляющий
гидрораспределитель
(Направляющий
пневмораспределитель)
Гидрораспределитель
(Пневмораспределитель)
Направляющий
гидроаппарат
(направляющий
пневмоаппарат),
предназначенный для управления
пуском, остановкой и направлением
потока рабочей среды в двух или более гидролиниях (пневмолиниях) в
зависимости от наличия внешнего
управляющего воздействия.
Примечания:
1. В зависимости от числа фиксированных позиций запорно- регулирующего элемента гидрораспределители (пневмораспределители) могут быть двухпозиционными, трехпозиционными и т.д.
2. В зависимости от числа
внешних гидролиний (пневмолиний),
поток в которых управляется распределителем,
гидрораспределители
(пневмораспределители) могут быть
двухлинейными, трехлинейными и
т.д.
28. Гидропилот
(Пневмопилот)
Гидрораспределитель (пневмораспределитель) для управления другим гидроаппаратом (пневмоаппаратом)
29. Гидроклапан
Направляющий гидроаппарат
(пневмоклапан) выдержки (направляющий
пневмоаппарат),
времени
предназначенный для пуска или остановки потока рабочей среды через за-
220
данный промежуток времени после
подачи управляющего сигнала
30. Гидроклапан
(пневмоклапан)
последовательности
Направляющий гидроаппарат
направляющий
пневмоаппарат),
предназначенный для пуска потока
рабочей среды при достижении в нем
заданного значения давления
31. Обратный гидроклапан
(Обратный
пневмоклапан)
Направляющий
гидроаппарат
(направляющий
пневмоаппарат),
предназначенный для пропускания
рабочей среды только в одном
направлении и запирания в обратном
направлении
32. Гидрозамок
(Пневмозамок)
Направляющий
гидроаппарат
(направляющий
пневмоаппарат),
предназначенный для пропускания
потока рабочей среды в одном
направлении и запирания в обратном
направлении при отсутствии управляющего воздействия, а при наличии
управляющего воздействия - для пропускания в обоих направлениях
33. Пневмоклапан быстрого
Направляющий пневмоклапан,
выхлопа
который соединяет две пневмолинии
при наличии давления в одной из них,
а при отсутствии давления соединяет
вторую линию с атмосферой
221
34. Односторонний
гидрозамок
(Односторонний
пневмозамок)
Гидрозамок(пневмозамок) с одним запорно-регулирующим элементом
35. Двухсторонний
гидрозамок
(Двухсторонний
пневмозамок)
Гидрозамок (пневмозамок) с
двумя запорно-регулирующими элементами
36. Гидроклапан
(пневмоклапан) "И"
Логический гидроклапан (логический пневмоклапан), пропускающий поток рабочей среды только при
наличии давления во всех подводах
37. Гидроклапан
(пневмоклапан) "ИЛИ"
Логический гидроклапан (логический пневмоклапан), пропускающий поток рабочей среды при наличии давления в одном из подводов с
одновременным запиранием другого
подвода
15.5. Кондиционеры рабочей среды
1.
Гидроочиститель
(Пневмоочиститель)
Кондиционер рабочей жидкости
(кондиционер рабочего газа), предназначенный для очистки рабочей среды от загрязняющих примесей
2.
Маслораспылитель
Кондиционер рабочего газа,
предназначенный для внесения смазочного материала в поток рабочего
газа
222
3.
Пневмоглушитель
Кондиционер рабочего газа,
предназначенный для уменьшения
шума, возникающего при выходе рабочего газа в атмосферу
4.
Воздухоспускное
устройство
Кондиционер рабочей жидкости,
предназначенный для выпуска воздуха из устройств для уменьшения содержания воздуха в рабочей жидкости
5.
Сапун
Кондиционер рабочей жидкости,
предназначенный для сообщения воздушной полости гидробака с окружающей средой и для очистки воздуха,
поступающего в гидробак из окружающей среды
6.
Отделитель твердых
частиц
Гидроочиститель (пневмоочиститель), предназначенный для отделения твердых загрязняющих примесей
7.
Влагоотделитель
Пневмоочиститель, предназначенный для отделения влаги, находящейся в жидком или парообразном
состоянии
8.
Фильтр-влагоотделитель
Пневмоочиститель, предназначенный для отделения твердых загрязняющих примесей и влаги
223
Влагоотделитель
жидкой фазы
Влагоотделитель,
предназначенный для отделения влаги, находящейся в виде жидкости
10. Влагоотделитель
паровой фазы
Влагоотделитель,
предназначенный для отделения влаги, находящейся в виде пара
11. Комбинированный
влагоотделитель
Влагоотделитель, который может очищать рабочий газ от влаги,
находящейся как в жидком, так и в
парообразном состоянии
12. Контактный
влагоотделитель
Влагоотделитель жидкой фазы,
в котором очистка рабочего газа происходит при его прохождении через
щели, отверстия или поры фильтрующего элемента.
13. Силовой влагоотделитель
Влагоотделитель жидкой фазы,
в котором очистка рабочего газа происходит под воздействием каких-либо
сил.
14. Конденсирующий
влагоотделитель
Влагоотделитель паровой фазы,
в котором влага задерживается вследствие ее конденсации.
15. Абсорбирующий
влагоотделитель
Влагоотделитель паровой фазы,
в котором влага задерживается веществами, вступающими в химическую
реакцию с молекулами пара.
9.
224
16. Адсорбирующий
влагоотделитель
Влагоотделитель паровой фазы,
в котором влага задерживается при
прохождении рабочего газа через пористые вещества, не вступающие в
химическую реакцию с молекулами
пара
17. Регулируемый
маслораспылитель
Маслораспылитель,
который
может менять расход смазочного материала при постоянном расходе рабочего газа
18. Нерегулируемый
маслораспылитель
Маслораспылитель, у которого
при постоянном расходе рабочего газа
расход смазочного материала постоянен
19. Эжекторный
маслораспылитель
Маслораспылитель, подающий
смазочный материал в поток рабочего
газа за счет разности давления в резервуаре и потоке рабочего газа
20. Капиллярный
маслораспылитель
Маслораспылитель, подающий
смазочный материал в поток рабочего
газа за счет перемещения смазочного
материала по капиллярным каналам
21. Интерференционный
пневмоглушитель
Пневмоглушитель, в котором
происходит затухание звуковых волн
путем наложения их в противоположных фазах
225
22. Активный
пневмоглушитель
Пневмоглушитель, в котором
происходит поглощение энергии звуковых волн с превращением ее в тепловую энергию
23. Реактивный
пневмоглушитель
Пневмоглушитель, в котором
происходит отражение звуковых волн
к их источнику
15.6. Гидроемкости (пневмоемкости)
1.
Гидробак
Гидроемкость, предназначенная
для питания объемного гидропривода
рабочей жидкостью.
Примечание. Различаются гидробаки под атмосферным давлением и
гидробаки под избыточным давлением
2.
Гидроаккумулятор
Гидроемкость, предназначенная
для аккумулирования и возврата
энергии рабочей жидкости, находящейся под давлением
3.
Ресивер
Пневмоемкость, которая пополняется рабочим газом в процессе работы пневмопривода
4.
Пневмоаккумулятор
Пневмоемкость, которая заполняется рабочим газом перед началом
работы пневмопривода
226
5.
Грузовой
гидроаккумулятор
Гидроаккумулятор, в котором
аккумулирование и возврат энергии
происходят за счет изменения потенциальной энергии груза
6.
Пружинный
гидроаккумулятор
Гидроаккумулятор, в котором
аккумулирование и возврат энергии
происходят за счет упругой деформации пружины
7.
Гидроаккумулятор с
упругим корпусом
Гидроаккумулятор, в котором
аккумулирование и возврат энергии
происходят за счет упругой деформации корпуса
8.
Пневмогидроаккумулятор
Гидроаккумулятор, в котором
аккумулирование и возврат энергии
происходят за счет сжатия и расширения газа
9.
Пневмогидроаккумулятор
Пневмогидроаккумулятор, в кобез разделителя
тором рабочая жидкость находится в
непосредственном контакте с газом
10. Пневмогидроаккумулятор
Пневмогидроаккумулятор, в кос разделителем
тором рабочая жидкость отделена от
газа разделителем
11. Поршневой
Пневмогидроаккумулятор с разпневмогидроаккумулятор делителем рабочих сред в виде
поршня
227
12. Мембранный
Пневмогидроаккумулятор с разпневмогидроаккумулятор делителем рабочих сред в виде мембраны или сильфона
13. Баллонный
Пневмогидроаккумулятор с разпневмогидроаккумулятор делителем рабочих сред в виде эластичного баллона
15.7. Гидролинии (пневмолинии)
1.
Всасывающая
гидролиния
(Всасывающая
пневмолиния)
Гидролиния (пневмолиния), по
которой рабочая среда движется к
насосу (компрессору) из гидробака
(атмосферы) - в гидроприводе (пневмоприводе) с разомкнутым потоком,
либо от распределителя или непосредственно от объемного гидродвигателя (объемного пневмодвигателя) в гидроприводе (пневмоприводе) с
замкнутым потоком
2.
Напорная гидролиния
Гидролиния (пневмолиния), по
(Напорная пневмолиния) которой рабочая среда под давлением
движется от насоса (компрессора),
гидроаккумулятора (пневмоаккумулятора) или гидромагистрали (пневмомагистрали) к объемному гидродвигателю (объемному пневмодвигателю) и
другим гидроустройствам (пневмоустройствам)
228
3.
Сливная гидролиния
Гидролиния, по которой рабочая
жидкость движется в гидробак от
объемного гидродвигателя или гидроаппарата
4.
Выхлопная пневмолиния
Пневмолиния, по которой рабочий газ отводится в атмосферу от
объемного
пневмодвигателя
или
пневмоаппарата
5.
Гидролиния
Гидролиния (пневмолиния), по
(пневмолиния)управления которой рабочая среда движется к
гидроустройствам
(пневмоустройствам) для управления ими
6.
Дренажная гидролиния
7.
Жесткая гидролиния
Гидролиния (пневмолиния), со(Жесткая пневмолиния) стоящая из труб и каналов, либо только из труб или только каналов
8.
Гибкая гидролиния (ГибГидролиния (пневмолиния), сокая пневмолиния)
стоящая из рукавов
9.
Монтажная плита
Гидролиния, по которой отводятся утечки рабочей жидкости
Совокупность
гидролиний
(пневмолиний), конструктивно выполненная в виде плиты и предназначенная для присоединения каналов
стыкового или модульного гидроустройства (пневмоустройства) к другим
гидроустройствам
(пневмоустройствам)
229
10. Плита стыкового монтажа
Монтажная плита для присоединения стыковых гидроустройств
(стыковых пневмоустройств)
11. Плита модульного
монтажа
Монтажная плита для присоединения модульных гидроустройств
(модульных пневмоустройств)
12. Одноместная плита
Монтажная плита, на которой
устанавливается одно
гидроустройство (пневмоустройство)
13. Многоместная плита
Монтажная плита, на которой
устанавливаются два или более гидроустройств (пневмоустройств)
15.8. Комбинированные гидроустройства
(комбинированные пневмоустройства)
1.
Блок гидроаппаратов
Совокупность гидроаппаратов
(Блок пневмоаппаратов) (пневмоаппаратов),
конструктивно
оформленная в одно целое
2.
Гидропанель
(Пневмопанель)
Совокупность гидроаппаратов
(пневмоаппаратов),
конструктивно
оформленная на плите в одно целое.
Примечание. В гидропанель
(пневмопанель) могут дополнительно
входить кондиционеры рабочей жидкости (кондиционеры рабочего газа),
контрольные
и
измерительные
устройства
230
3.
Насосно-аккумуляторная
Совокупность насосной устастанция
новки с гидроаккумулятором, конструктивно оформленная в одно целое
4.
Станция гидропривода
Совокупность насосной установки с гидроаппаратами, управляющими движением выходных звеньев
объемных гидродвигателей
5.
Гидроусилитель
(Пневмоусилитель)
Совокупность гидроаппаратов
(пневмоаппаратов), предназначенных
для преобразования и усиления мощности управляющего сигнала в мощность потока рабочей среды и изменения его направления в соответствии
с управляющим сигналом
6.
Объемная гидропередача
Часть насосного гидропривода,
предназначенная для передачи движения т приводящего двигателя к
звеньям машины
7.
Гидропередача
нераздельного
исполнения
Объемная гидропередача, состоящая из гидроустройств, конструктивно оформленных в одно целое
8.
Гидропередача
Объемная гидропередача, состораздельного исполнения ящая из раздельных
гидроустройств
231
9.
Вращающийся
гидроцилиндр
(Вращающийся
пневмоцилиндр)
Совокупность
гидроцилиндра
(пневмоцилиндра) с устройством,
обеспечивающим подвод и отвод рабочей среды при вращении гидроцилиндра (пневмоцилиндра) вокруг своей оси
Контрольные вопросы
1. Общие понятия.
2. Объемные гидроприводы (пневмоприводы).
3. Объемные гидромашины (объемные пневмомашины).
4. Гидроаппараты (Пневмоаппараты).
5. Кондиционеры рабочей среды.
6. Гидроемкости (Пневмоемкости).
7. Гидролинии (Пневмолинии).
8. Комбинированные гидроустройства (комбинированные
пневмоустройства).
232
КЛАССИФИКАЦИЯ ОБОРУДОВАНИЯ ОБЪЕМНОГО
ГИДРОПРИВОДА И ПНЕВМОПРИВОДА
16.
На рис. 16.1 – 16.9 представлены схемы классификации оборудования объемного гидропривода и пневмопривода в соответствии с
ГОСТ 17752-81 (СТ СЭВ 2455-80) «Гидропривод объемный и пневмопривод. Термины и определения».
без управления
с управлением
вращательного
движения
с ручным
упрвлением
с автоматическим
управлением
По виду
управления
с управлением противодавлением
с управлением приводящем двигателем
с машинно-дроссельным управлением
с машинным
управлением
с дроссельным
управлением
с замкнутым
потоком
По наличию
управления
По управляющему
усторойсву
По циркуляции
рабочей среды
с разомкнутым
потоком
поворотного
движения
поступательного
движения
Объемный гидропривод
(Пневмопривод)
По характеру
движения выходного
звена
магистральный
аккумуляторный
насосный
(компрессорный)
По источнику подачи
рабочей среды
следящий
программный
стабилизирующий
По задаче
управления
Рис. 16.1. Классификация объемного гидропривода (пневмопривода)
233
234
Рис. 16.2. Классификация гидроустройств (пневмоустройств)
Встраиваемое
гидроустройство
(пневмоустройство)
Модульное
гидроустройство
(пневмоустройство)
Стыковое гидроустройство(Пневмоустройство)
По характеру
взаимодействия с рабочей
средой
Гидроустройсво(пеневмо
устройство)трубного
приспособления
Гидролиния
(Пневмолиния)
Гидроемкость
(Пневмоемкость)
Кондиционер рабочей
жидкости(газа)
По наличию
управления
Гидроаппарат
(Пневмоаппарат)
Объемная гидромашина
(пневмомашина)
Не управляемое
гидроустройство
(пневмоустройство)
Управляемое
гидроустройство
(пневмоустройство)
Гидроустройства (Пневмоустройства)
По способу
присоединения
Вставное гидроустройство
(пневмоустройство)
Ввертное гидроустройство
(пневмоустройство)
Мембранные
Поршневые
Шиберные
По движению выходного
звена
235
Вращательные
Поступательные
Гидромоторы
(пневмомоторы)
Поворотные гидродви
гатели(пневмодвигатели)
Гидроцилиндры
(пневмоцилиндры)
Гидровытеснители
(пневмовытеснители
пневмогидровытеснители)
Объемные
гидропреобразователи
(пневмопреобразователи)
Объемные гидродвигатели
(пневмодвигатели)
Объемные насосы
Насос-моторы
Объемные гидромашины(пневмомашины)
По назначению
По движению выходного
и выходного звеньев
По виду рабочих
органов
Рис. 16.3. Классификация гидромашин (пневмомашин)
Рис. 16.4. Классификация гидроцилиндров (пневмоцилиндров)
236
без торможения
с торможением
телескопические
сильфонные
плунжерные
мембранные
с двухсторонним
штоком
с односторонним
штоком
Г
одноступенчатые
По характеру хода По возможности
выходного звена
торможения
По виду рабочего
звена
поршневые
двухпозиционные
монгопозиционные
По числу положений выходного
звена
двухстороннего
действия
По напрвлению
действия рабочей среды
одностороннего
действия
Гидроцилиндры
(Пневмоцилиндры)
237
кулачковые
кривошипные
движения
По расположению кулачка
Рис. 16.5. Классификация гидромоторов (пневмомоторов)
с крановым
распределением
с золотниковым
распределением
По циклу
работы
с клапанным
распределением
По углу между
осями
блока и поршня
многократного
действия
однократного
действия
нереверсивные
реверсивные
нерегулируемые
регулируемые
поршневые
шиберные
винтовые
коловратные
По виду
рабочих
звеньев
с внутренним
кулачком
с внешним
кулачком
По способу передачи
радиальнопоршневые
По форме
шиберов
аксиальнопоршневые
фигурношиберные
шестеренные
многорядные
По числу
рядов
рабочих
звеньев
с профильным
диском
с наклонным
диском
По виду
зацепления
пластинчатые
однорядные
роторные
безроторные
По движению
рабочих
звеньев
с наклонным
блоком
с внутренним
зацеплением
с внешним
зацеплением
Гидромоторы(Пневмомоторы)
По возмож- По возможности
ности
регулирореверсиввания
ности
По конструкции
распределения
По назначению
238
По принципу действия
Рис. 16.6. Классификация гидроаппаратов (пневмоаппаратов)
ИЛИ
По числу запорнорегулирующих
элементов
Логический
гидроклапан
(пневмоклапан)
Пневмоклапан
быстрого
выброса
Гидрозамок
(пневмозамок)
Обратный
гидроклапан
(пневмоклапан)
По назначению
И
По назначению
двухсторонние
направляющие
регулирующие
Гидроаппарат
(пневмоаппарат)
не клапанного
действия
Гидроклапан
(пневмоклапан)
настраиваемые
регулируемые
По принципу
действия
Гидроклапан
(пневмоклапан)
последовательности
Гидроклапан
(пневмоклапан)
выдержки
времени
Направляющий
гидрораспределитель(пневмораспределитель)
Дросселирующий
гидрораспреде
литель
(пневмораспреде
литель)
Гидроаппарат
(пневмоаппарат)
управления
расходом
Гидроклапан
(пневмоклапан)
давления
клапанные
крановые
золотниковые
По способу внешнего
воздействия на запорнорегулирующий элемент
односторонние
Регулятор
расхода
Гидродроссель
(пневмодроссель)
По назначению
Дросселирующий
синхронизатор
потоков
Объемный
синхронизатор
потоков
Синхронизатор
расходов
Гидроклапан
(пневмоклапан)
соотношения
давлений
Гидроклапан
(пневмоклапан)
равности
давлений
не прямого
действия
прямого
действия
По воздействию потока
на запорно-регулирующий элемент
Сумматор
потока
По назначению
Делитель
потока
Переливной
гидроклапан
Редукционный
гидроклапан
(пневмоклапан)
Напорный гидроклапан(пневмоклапан)
238
Предохранительный гидроклапан
(пневмоклапан)
По конструкции
запорнорегулирующего
элемента
Гидроаппараты (Пневмоаппараты)
По характеру открытия
Рабочего проходного
сечения
По назначению
По назначению
Кондиционер рабочей среды
Маслораспылитель
реактивный
Рис. 16.7. Классификация кондиционеров рабочей среды
239
адсорбирующий
абсорбирующий
По способу
удаления
конденсирующий
силовой
контактный
пористый
сетчатый
активный
По способу
удаления
По форме фильтрующих отверстий
щелевой
сливной
напорный
всасывающий
вибрационный
электростатический
центробежный
комбинированный
жидкой
фазы
паровой
фазы
Фильтр
Сепаратор
239
магнитный
интерфереционный
капиллярный
По удаляемой
фазе
По назначению
Сапун
По принципу
действия
По способу очистки
По силам, воздействую
щим на частицы
Воздухоспускное
устройство
Пневмоглушитель
По принципу
действия
эжекторный
нерегулируемый
регулируемый
По возможности
регулирования
Охладитель
Фильтр-влагоотеделитель
По назначению
Влагоотделитель
По виду удаляемых
примесей
Нагреватель
Теплообменник
Отделитель твердых частиц
Гидроочиститель
(Пневмоочиститель)
240
балонный
мембранный
поршневой
с разделителем
без разделителя
с упругим
корпусом
Пневмогидроаккумулятор
пружинный
грузовой
Пневмоаккумулятор
Ресивер
Гидроаккумулятор
Гидробак
Гидроемкости(пневмемкости)
Рис. 16.8. Классификация гидроемкостей (пневмоемкостей)
Гидролинии(Пневмолинии)
Жесткая гидролиния
(пневмолиния)
Гибкая гидролиния
(пневмолиния)
Монтажная
плита
Трубопроводное
соединение
Фланцевое
соединение
Быстроразъемное
соединение
Вращающееся
соединение
Поворотное
соединение
Дренажная
гидролиния
Гидролиния(пневмолиния) управления
По конструкции
Выхлопная
пневмолиния
Сливная
гидролиния
Всасывающая гидролиния(пневмолиния)
Напорная гидролиния(пневмолиния)
По назначению
Телескопическое
соединение
Многоместная
плита
Одноместная
плита
Плита модульного
монтажа
Плита стыкового
монтажа
По назначению
По качеству гидроустройств, присоединяемых к монтажной
плите
Резьбовое
соединение
По конструкции
Рис. 16.9. Классификация гидролиний (пневмолиний)
Контрольные вопросы
1. Классификация объемного гидропривода (пневмопривода).
2. Классификация гидроустройств (пневмоустройств).
3. Классификация гидромашин (пневмомашин).
4. Классификация гидроцилиндров (пневмоцилиндров).
5. Классификация гидромоторов (пневмомоторов).
6. Классификация гидроаппаратов (пневмоаппаратов).
7. Классификация кондиционеров рабочей среды.
8. Классификация гидроемкостей (пневмоемкостей).
9. Классификация гидролиний (пневмолиний).
241
17.
ОСОБЕННОСТИ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ
И ПНЕВМАТИЧЕСКИХ ПРИВОДОВ
РОБОТОТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ
Гидравлические и пневматические приводы имеют особенности,
которые следует учитывать при их применении в промышленных роботах (ПР). Для максимального использования возможностей этих
приводов необходимо рационально выбирать структуру и параметры
ПР. Некоторые из структур, рассматриваемых ниже, можно считать
типовыми, поскольку они прошли длительную практическую проверку. Целесообразность перехода к модульному принципу построения
приводов также была подтверждена практикой. В этом случае ПР
компонуется из стандартных узлов — модулей, включающих кроме
приводов опорные и стыковочные элементы. В большинстве типовых
структур ПР необходимо учитывать динамическое влияние отдельных степеней подвижности друг на друга.
На первых этапах развития робототехники основную часть ПР
составляли роботы небольшой грузоподъемности с цикловой системой управления, обеспечивающей выполнение заданной последовательности поочередных движений отдельных степеней подвижности с
перемещением по каждой из них от одного крайнего положения (упора) до другого. К законам движения рабочих органов этих ПР не
предъявлялись особые требования, кроме обеспечения заданного,
иногда достаточно высокого, быстродействия (малого времени цикла)
и плавности изменения скорости при разгоне и торможении. ПР с
цикловой системой управления в большинстве случаев выполняются
с пневмоприводами, которые для этих условий оказались наиболее
подходящими.
Пневмопривод характеризуется большим быстродействием, высокими удельными показателями по мощности, усилию и массе, прост
по конструкции (это преимущество особенно проявляется в модулях
линейного перемещения), дешев, прост в эксплуатации, может работать в тяжелых условиях — в загрязненной, запыленной, влажной,
взрыво- и пожароопасной средах, при наличии электрических, магнитных или радиационных полей, выдерживает длительные перегрузки (в том числе находясь в состоянии покоя). Поступающий в полости
двигателя и других элементов пневмопривода сжатый воздух одно242
временно отбирает теплоту, что обеспечивает нормальную работу
привода при повышенных температурах.
Вместе с тем пневмопривод имеет и недостатки, ограничивающие его применение в более совершенных ПР, в которых в настоящее
время в основном применяется электропривод. Это явилось следствием усложнения задач, решаемых с помощью робототехнических систем, — переход от выполнения простых транспортных операций к
воспроизведению сложных траекторий в пространстве, отработке
множества позиций с высокой точностью, выполнению технологических операций (сварки, сборки, окраски и др.). Сыграл свою роль и
значительный технический прогресс в области электропривода (двигателей, управляющих устройств, систем управления). Успехи в микропроцессорной технике, совершенствование силовых преобразователей, создание новых конструкций электродвигателей с использованием новых технологий и материалов позволили значительно улучшить массо-габаритные показатели электропривода, расширить его
функциональные возможности, улучшить управляемость, повысить
надежность и ресурс.
Из недостатков пневмопривода в первую очередь следует отметить его высокую податливость как следствие сжимаемости используемого в пневмоприводе рабочего тела — воздуха. Компенсировать
податливость пневмопривода можно только с помощью высокоорганизованной системы управления при достаточно больших площадях
сечений проходных каналов. Относительно низкое давление в промышленной пневмосети (обычно не выше 1 МПа) ограничивает возможности получения значительных рабочих усилий при приемлемых
габаритных размерах привода.
Есть и экономические причины, сдерживающие применение
пнев мопривода, — высокая стоимость пневматической энергии, которая выше стоимости электроэнергии не менее чем в 4 раза (правда,
повышенные энергетические расходы во многих случаях компенсируются, причем с большим запасом, низкой стоимостью самого ПР с
пневмоприводом).
В робототехнических системах применяются пневмомоторы, которые в диапазоне мощностей до 1 кВт примерно в 3 раза легче и в 5
раз меньше по занимаемому ими объему по сравнению с электродви-
243
гателями. Уступают пневмомоторы по этим показателям только гидромоторам, что видно из приведенных в табл.17.1 данных.
Таблица 17.1. Сравнение различных типов приводов по мощности
Показатель
Мощность на единицу
массы, кВт/кг
Мощность на единицу
объема, кВт/дм3
Тип двигателя
гидравлический
пневматический
(пластинчатый)
электрический
0,3 ... 0,4
0,5 ... 1,0
0,02 ... 0,1
1,0 ... 1,2
2,0
0,05 ... 0,2
Наиболее близки по своим показателям к пластинчатым (или
шиберным) пневмомоторам бесколлекторные электродвигатели переменного тока, но они менее приспособлены к работе в режимах частых включений и выключений, свойственных роботам. Стоимость
пластинчатого пневмомотора составляет около половины стоимости
электродвигателя такой же мощности. Кроме того, пневмомотор обладает всеми положительными качествами, о которых уже было сказано выше, характерными для пневмоприводов.
С другой стороны, пневмомоторы имеют более низкий КПД,
чем электродвигатели, что связано с потерями энергии при ее преобразовании, передаче и использовании в двигателе. С ростом мощности растет потребление сжатого воздуха, а следовательно, и эксплуатационных расходов. Поэтому пневмомоторы оказываются экономически выгодными лишь при относительно небольших мощностях (не
более 1 кВт).
Второе место по количеству в парке роботов первых поколений
занимали ПР с гидроприводом; число ПР с электроприводом в свое
время не превышало 10%. Среди приводов всех типов гидро привод
отличается наивысшими удельными массогабаритными показателями
благодаря тому, что давление в гидросистеме обычно составляет не
более 6 ... 10 МПа. Слабая сжимаемость рабочей жидкости в принципе обеспечивает хорошую управляемость гидропривода. В нем просто
регулируются скорости и усилия, причем независимо друг от друга;
считается вполне достижимой жесткость на уровне 1000 Н/мкм и выше. Модули линейного перемещения с гидроприводом (так же, как и с
244
пневмоприводом) конструктивно проще аналогичных модулей с электроприводом.
По указанным причинам долгое время практически все ПР высокой грузоподъемности с цикловыми, позиционными и контурными
системами управления выполнялись с гидроприводом.
Однако в настоящее время в результате значительных успехов в
области развития электроприводов они находят все большее Применение в ПР, в том числе и в ПР высокой грузоподъемности.
Но здесь свою роль сыграли и определенные недостатки гидроприводов. Существуют проблемы, связанные с организацией источников питания (насосных станций) гидроприводов, которые в основном являются автономными, т. е. каждый ПР оборудуется своей
насосной станцией. КПД гидропривода несколько ниже, чем КПД
электропривода в первую очередь вследствие дополнительных потерь
энергии в устройствах дроссельного управления.
Применение последних обусловлено их высоким быстродействием, хотя известны также устройства объемного управления, работающие практически без дополнительных потерь энергии, но с относительно низким быстродействием. Гидропривод требует высококвалифицированного обслуживания. Жесткие требования предъявляются
также и к чистоте рабочей жидкости. Неизбежные утечки масла из
гидропривода загрязняют помещения, где работают ПР, что иногда
недопустимо и по технологическим условиям.
На работу гидропривода оказывают влияние изменение температуры масла (от которой зависит его вязкость), содержание воздуха в
масле (изменяющего его жесткость) и некоторые другие факторы.
Гидропривод обладает слабыми внутренними демпфирующими свойствами, что необходимо учитывать при построении системы управления.
Вместе с тем следует иметь в виду, что технический прогресс в
области систем управления, новых материалов, технологий, поиска
новых оригинальных конструкторских решений, сказывающийся на
всей приводной технике, приводит к улучшению характеристик приводов всех типов, к изменению приоритетных соотношений между
ними, усилению конкуренции на отдельных направлениях, перераспределению областей применения.
245
Особое значение технический прогресс имеет в области систем
управления. Исторически сложилось так, что все новейшие достижения в развитии электронных систем управления в первую очередь получали широкое применение в электроприводе. Среди прочих причин
это объяснялось также и тем, что в течение длительного времени не
был налажен в требуемом объеме серийный выпуск надежных и дешевых элементов для стыковки электронного контура управления с
силовым гидравлическим или пневматическим контуром. Для ликвидации этого отставания в настоящее время создаются управляемые
маломощными электрическими сигналами (0,5 ... 2 Вт) простейшие
релейные клапаны, которые могут быть подключены непосредственно к выходам управляющих ЭВМ; промышленностью готовится широкий выпуск сравнительно дешевых и надежных так называемых
пропорциональных гидравлических клапанов, в которых сигналы, поступающие от системы управления, преобразуются в перемещение
регулирующего органа (затвора) клапана; начинается серийный выпуск пневматических пропорциональных клапанов; разработаны
электронные блоки управления клапанами, встраиваемые непосредственно в их корпусы, что значительно облегчает построение систем
управления.
Применение ЭВМ в контурах управления гидро- и пневмоприводом снимает многие ограничения по реализации сложных алгоритмов управления приводами этих типов, значительно расширяет их
возможности. Так, может быть нейтрализован один из основных недостатков пневмопривода — его высокая податливость.
Введением адаптивного управления могут быть компенсированы влияния изменений температуры жидкости в гидроприводе, переменных нагрузок, уменьшены потери на дросселирование и т. п.
Будущее систем управления пневмо- и гидроприводами безусловно за цифровой техникой, основу которой составляют микропроцессорные устройства. Программная реализация регулятора в
управляющей ЭВМ делает его структуру гибкой, открывает широкие
перспективы для введения оперативной коррекции, поднастройки параметров и структуры регулятора в соответствии с непрерывно изменяющимися условиями работы привода. Одновременно в управляющих ЭВМ могут быть получены дополнительные сигналы, для чего в
обычной системе потребовалась бы установка соответствующих дат246
чиков параметров состояния. Например, сигналы, пропорциональные
скорости, ускорению, дав лению и некоторым другим параметрам,
можно получить в ЭВМ обработкой информации, поступающей только от датчика перемещения.
Новые технологии и новые материалы способствуют улучшению целого ряда показателей гидро- и пневмоприводов ПР. Так, уже
довольно широко применяется способ получения высококачественных гильз цилиндров из специально профилированных легких труб с
заданными свойствами внутренней поверхности и точными ее геометрическими размерами. Открываются новые возможности при изготовлении корпусов приводов из композиционных материалов: кроме уменьшения массы, технологии, свойственные этим материалам,
позволяют также перейти к принципиально новым конструкциям модулей ПР, включающих привод в качестве одного из элементов. Новые антифрикционные материалы дают возможность существенно
повысить ресурс уплотнений, а новые магнитные материалы — построить герметичные приводы, в которых движение от поршня или
другого рабочего органа передается выходному звену через магнитное поле. На основе новых, более эффективных магнитных материалов может быть также решена проблема существенного повышения
быстродействия распределительных устройств гидро- и пневмопри
водов и т. д.
Структура гидро- и пневмоприводов ПР
В гидравлическом или пневматическом приводе каждого исполнительного устройства ПР (каждой его степени подвижности) можно
выделить силовую часть и контур управления.
Основным элементом силовой части привода является исполнительный двигатель, в котором гидравлическая или пневматическая
энергия преобразуется в механическую работу. Выходное звено последнего может быть связано с двигателем непосредственно или через
промежуточный (передаточный) механизм (рис. 17.1).
Электрогидравлические или электропневматические усилители
мощности (распределители), являются связующими элементами между силовой частью привода и его контуром управления.
247
В них электрические сигналы, поступающие от системы управления, преобразуются в перемещение рабочего органа распределительного устройства, управляющего потоками рабочей среды, которые направляются в полости двигателя и отводятся из них на слив (в
атмосферу).
На вход системы управления (в блок управления) поступают
сигналы от датчиков параметров состояния привода, в общем случае
— положения, скорости, ускорения выходного звена, давления в полостях, перепада давлений между ними и др. Эта информация перерабатывается согласно заложенному алгоритму с учетом сигналов задания, генерируемых задатчиком программного движения. Слабые выходные сигналы блока управления усиливаются в электронном усилителе, который в некоторых случаях может быть вынесен за пределы
блока управления и установлен непосредственно в корпусе распределителя.
Рис. 17.1. Структурная схема гидравлического (пневматического) привода ПР
В силовую часть приводов некоторых типов (прежде всего
пневматических) может входить также тормоз-фиксатор. При работе
в качестве тормоза этот элемент служит управляющим звеном, включенным в силовой контур, и обеспечивает тормозное усилие, необходимое для уменьшения скорости или остановки привода. В качестве
фиксатора он служит для удержания выходного звена в заданной позиции.
248
На рис. 17.1 не показан ряд промежуточных узлов, необходимых
для преобразования и согласования сигналов в контуре управления на
стыках между отдельными его элементами. Номенклатура и параметры этих дополнительных узлов определяются технической базой,
принятой для реализации контура управления.
Блок управления может быть выполнен на базе как аналоговой,
так и цифровой техники; обычно на той же базе строятся и датчики
параметров состояния, что облегчает их стыковку с элементами системы управления. Для элементов систем управления, построенных
на аналоговой технике, характерны шумы и дрейф нуля; аналоговые
датчики параметров состояния привода теряют точность по мере увеличения диапазона измерения. В цифровых системах шумы и дрейф
нуля не влияют на работу управляющей части привода, дискретные
(цифровые) датчики во всем диапазоне измерений сохраняют постоянную точность на уровне их разрешающей способности, однако,
стоимость их намного выше стоимости аналоговых датчиков.
Аналогичные проблемы возникают и при выборе технической
базы реализации задатчика программного движения, служащего для
приема, хранения и выдачи информации. В задатчик входят программоноситель и оперативное устройство памяти с блоками записи и
считывания информации. В качестве программоносителя используются штекерные панели и штекерные барабаны, перфоленты, магнитные ленты и магнитные барабаны. Программоносители аналоговых
систем управления имеют значительно меньшую емкость, чем емкость цифровых систем, но в первых точность обработки информации
зависит от точности поддержания напряжения задающего сигнала.
Этой проблемы нет в цифровых задатчиках, которые могут быть построены на базе параллельного или последовательного интерфейса. В
результате выбор технической базы для реализации задатчика определяется ограничениями по точности, стоимости, числу точек позиционирования, быстродействию и другим факторам.
Современные системы управления ПР, работающими по жесткой (не изменяемой в процессе работы) программе, могут быть разделены на три основные группы: цикловые, позиционные и контурные.
Цикловые системы применяются для управления ПР с ограниченным числом точек позиционирования, причем выходные звенья
ПР движутся, как правило, последовательно от одного крайнего по249
ложения (определяемого упором или датчиком положения — конечным переключателем) до другого. Чтобы изменить координату точки
позиционирования, приходится перемещать датчик положения или
упор. Обычно другие датчики параметров состояния, кроме датчиков
положения, отсутствуют. Характерными особенностями цикловых
систем управления являются малая емкость программоносителя, простейшие алгоритмы управления, простота схемы и невысокая стоимость. Для приема и запоминания информации о последовательности
подачи команд на движения исполнительных устройств могут быть
использованы как электромеханические носители информации —
штекерные и коммутационные поля, программные барабаны, диодные
перепрограммируемые матрицы, разъемы, перфокарты и т. п., так и
носители информации электронного типа, построенные на основе
больших интегральных схем с электрической перезаписью информации.
Цикловые системы чаще всего применяют для управления ПР с
пневмоприводом, что, как уже указывалось ранее, позволяет в наиболее полной мере использовать известные преимущества пневматических приводов. При обеспечении плавного безударного подхода к
упору (с помощью пневматических или гидравлических демпферов,
путем дросселирования потока воздуха на выхлопе из полости противодавления и т. п.) достигается высокая точность (повторяемость) в
отработке установленной позиции, характеризуемая сотыми долями
миллиметра. С другой стороны, ПР с цикловыми системами управления имеют весьма ограниченные функциональные возможности, и их
применяют в основном для выполнения простейших транспортных
операций типа взять — перенести — положить.
В позиционных системах реализуется алгоритм перемещения
выходного звена привода из любого начального положения в любое
конечное с автоматическим плавным остановом в заданной точке, но
без детального контроля за законом движения по траектории.
Существенным отличием позиционных систем от цикловых является возможность оперативного программирования как последовательности движений, так и положений точек останова (позиционирования).
Задачу позиционного управления может решить система контурного управления; однако в этом нет особой необходимости, по250
скольку при позиционном управлении закон движения часто может
быть достаточно произвольным. Если к закону движения предъявляются специальные требования (например, требуется обеспечить движение с заданной постоянной скоростью при возможности ее изменения в широком диапазоне) или требуется удерживать выходное звено
привода в заданной позиции с высокой точностью при действии возмущающих сил и т. п., то приходится переходить к системам контурного управления.
В общем случае позиционные системы должны допускать возможность подготовки программы работы ПР путем обучения, программирования в кадре координат останова, скоростей перемещений,
точности позиционирования, а также задание других вспомогательных и технологических параметров, регулирование процессов разгона
и торможения, блокировки в аварийных ситуациях. ПР с позиционными системами управления применяются при выполнении технологических операций типа точечная сварка, окраска, многопроцессорное
гальваническое покрытие, транспортирование с укладкой деталей в
кассетные накопители и др.
Контурные системы управления приводами используют в тех
случаях, когда необходима реализация движения выходного звена по
заданному закону (заданной траектории) с контролем контур ной скорости перемещения. В общем случае структура привода с контурным
управлением практически не отличается от структуры позиционных
приводов. Различие заключается лишь в алгоритме управления и значениях параметров системы, что позволяет осуществить движение
выходного звена приводов по заданной траектории с требуемой динамической точностью. Контурные системы управления применяют в
ПР, предназначенных для нанесения различных покрытий на корпусе
деталей, дуговой сварки, газовой резки по контуру и других работ.
Приводы ПР также классифицируют по построению измерительной системы отсчета координат. По этому признаку их делят на
замкнутые и разомкнутые. Приводы, имеющие в своем составе датчики положения и перемещения, относятся к замкнутым.
В разомкнутых системах отсутствуют устройства (датчики),
контролирующие достижение выходным звеном заданного положения.
251
В них исполнительный двигатель должен обеспечивать непосредственное и достаточно точное преобразование числового значения задаваемой координаты в соответствующее угловое или линейное
перемещение выходного звена. В этом случае точность позициони
рования зависит от дискретности исполнительных устройств.
В качестве исполнительных устройств в таких приводах используют исключительно шаговые двигатели (следует отметить, что шаговые двигатели применяют и в замкнутых системах).
Разомкнутая система с использованием шаговых двигателей отличается исключительно простой схемой управления. В этом главное
достоинство ее структуры. Однако как любая разомкнутая система
она обладает существенным недостатком — отсутствием информации
об истинном значении отрабатываемого перемещения, что может
приводить к появлению и накапливанию ошибок.
Появление ошибок обусловлено возможностью сбоев двигателя
при отработке шагов вследствие резкого изменения давления рабочей
среды, неправильной переработки информации в системе управления,
пропуска импульсов самим двигателем и т. п. Вероятность сбоев увеличивается при перегрузке шагового двигателя, при наличии значительного приведенного момента инерции объ екта перемещения, соизмеримого с моментом инерции самого двигателя. Пропуск импульсов двигателем может наблюдаться и в процессе разгона, особенно
если частота приемистости шагового двигателя меньше максимальной частоты управляющих импульсов. Из-за указанных недостатков
разомкнутые приводы не получили широкого применения в ПР. При
использовании шаговых двигателей, как правило, их охватывают обратной связью по перемещению, т. е. реализуют замкнутые системы
управления, что позволяет избежать накапливания ошибок при отработке заданных движений.
Типовые структуры промышленных роботов с гидравлическим и
пневматическим приводом
Важное преимущество гидравлических и пневматических приводов заключается в том, что в них усилие от двигателя может быть
передано непосредственно на выходное звено степени подвижности
ПР без введения в конструкцию передаточного механизма. Подобного
типа электроприводы с тихоходными высокомоментными двигателя252
ми также начинают использовать в робототехнических системах. Основными преимуществами их применения является отсутствие передаточного механизма, который характеризуется наличием контактного трения и зазоров, что ухудшает динамические и точностные показатели. Однако при отсутствии передаточного механизма электродвигатель воспринимает все внешние силовые возмущения непосредственно, т. е. находится в более тяжелых условиях, но поскольку математическая модель электродвигателя достаточно отработана, ее
можно использовать в качестве одного из элементов алгоритма
управления приводом в целях компенсации внешних возмущений
(включая и динамическое влияние других степеней подвижности ПР)
путем соответствующего изменения управляющего воздействия.
Сказанное выше может быть полностью отнесено и к гидро- или
пневмоприводу. Вместе с тем по сравнению с электродвигателем гидро- или пневмодвигатель обладает значительно лучшими массогабаритными показателями, а гидродвигатель менее податлив, чем высокомоментный тихоходный электродвигатель.
Кроме того, для обеспечения поступательного движения с помощью электропривода в большинстве случаев необходимо использовать передаточный механизм, причем относительно дорогостоящий.
Поэтому наибольшее распространение получили именно те структуры ПР, в которых гидро- или пневмопривод выступает как привод
непосредственного действия: в парах поступательного движения —
это гидро- или пневмоцилиндр и в парах вращательного движения —
поворотный двигатель. В первую очередь следует выделить ПР с гидро- или пневмоприводом, работающие полностью или частично в
прямоугольной системе координат, которые предназначены для выполнения несложных транспортных операций, таких как укладка заготовок в кассеты, палеты, спутники, обслуживание прессов и т. п.,
при отсутствии препятствий в рабочей зоне ПР. Следует также отметить, что в ПР, работающих в прямоугольной системе координат, в
силу ортогональности динамическое взаимовлияние степеней подвижности друг на друга отсутствует. Это может иметь особое значение при создании пневматических ПР с контурным управлением.
Габаритные, массовые и некоторые другие факторы определили
области рациональной грузоподъемности ПР: с гидравлическим приводом — 100 кг и выше; с пневмоприводом — обычно до 40 кг.
253
Наиболее распространенные структуры ПР с гидро- и пневмоприводом, в которых преобладают кинематические пары поступательного движения, показаны на рис. 17.2.
Рис. 17. 2. Структуры ПР с гидро- и пневмоприводами
В ПР, структура которого представлена на рис. 17.2, а, имеются
две такие пары, обеспечивающие горизонтальное и вертикальное перемещения соответственно. Эти основные степени подвижности дополняются степенью подвижности захватного устройства (захвата), в
данном случае вращательного движения. Структура типа показанной
на рис. 17.2, б, является развитием первой структуры за счет дополнения ее вращательной степенью подвижности вокруг вертикальной оси
корпуса (колонны) ПР, где может быть использован двигатель поворотного типа с ограниченным углом поворота.
Однако поскольку приведенный к его выходному валу момент
инерции обычно оказывается относительно большим (кроме момента
инерции самой колонны сюда входит момент инерции руки с грузом,
расположенным далеко от оси вращения), то для снижения инерционных нагрузок на двигатель может возникнуть необходимость в передаточном механизме; в этом случае вместо поворотного двигателя
ставят, например, пневмо- или гидроцилиндр с зубчато-реечным пе254
редаточным механизмом, т. е. снижение инерционных нагрузок достигается ценой уменьшения точности ПР.
Структура, которая отличается от предыдущей наличием дополнительных пассивных вращательных пар (рис. 17.2, в), обеспечивает
работу ПР в сферической системе координат. Такого рода структуры
удобны для реализации криволинейных пространственных траекторий.
В многоруких ПР вместо движения поворота часто используется
линейное боковое смещение, просто реализуемое с помощью рабочего цилиндра.
Типичная для подвесных портальных (тельферных) ПР схема
показана на рис. 17.2, г. Ее развитием является подвижной портал,
причем в приводе портала обычно используется вращательный привод с передачей движения на катки через редуктор. Портальные подвесные ПР весьма удобны для обслуживания одного или группы
станков, поскольку эти роботы размещаются над оборудованием и не
требуют дополнительной рабочей площади.
Структура, показанная на рис. 17.2, д, распространена менее
широко. В ней движение к выходному звену ПР передается от двух
рабочих цилиндров через параллелограммный (пантографный) механизм. Эта структура отличается повышенной жесткостью, поскольку
в ней использован механизм с замкнутым контуром. Подобные структуры в принципе могут обеспечить более точные движения выходного звена ПР. В качестве еще одного примера структуры ПР с гидроприводом, отличающейся повышенной жесткостью, рассмотрим так
называемую платформу Стюарта (рис. 17.2, е). Выходное звено
(платформа) образует здесь вместе с шестью «ногами», в которых
установлены гидроцилиндры, многоконтурную систему, характеризуемую шестью степенями подвижности. Известны примеры платформ
Стюарта в подвесном исполнении, используемых, например, для выполнения точных сборочных операций.
В многокоординатных системах, какими являются ПР, нагрузки
на привод каждой степени подвижности в общем случае зависят от
динамического воздействия на нее со стороны всех остальных степеней подвижностей, движущихся одновременно с ней. Поэтому при
выборе параметров приводов ПР, строго говоря, следует пользоваться
полной динамической моделью, которая учитывает указанное взаи255
модействие. Однако при таком подходе задача синтеза приводов ПР в
большинстве случаев настолько усложняется, что для ее решения
остается единственный путь прямого моделирования на ЭВМ нескольких вариантов ПР, различающихся структурой и параметрами
приводов, с по следующим сопоставлением результатов по различным критериям в целях отбора наиболее подходящего варианта.
Контрольные вопросы
1. Недостатки пневмопривода пр применении его в промышленных роботах.
2. Сравнение типов приводов по мощности.
3. Недостатки гидропривода при применении его в промышленных роботах.
4. Структура гидро- и пневмоприводов промышленных рботов
5. Типовые структуры промышленных роботов с гидравлическим и пневматическим приводом.
ИЗУЧЕНИЕ ПРИНЦИПОВ ПОСТРОЕНИЯ И СПОСОБОВ
УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПНЕВМАТИЧЕСКИМИ
ПРИВОДАМИ С ПОМОЩЬЮ РЕЛЕЙНО-КОНТАКТНЫХ
СХЕМ
18.
Теоретическое введение для выполнения практических работ
Магнитные цилиндры
В мехатронных системах с пневмоприводом используются различного типа датчики, которые устанавливаются в цепь обратной связи системы управления. Там, где для решения задачи достаточно использовать цикловой привод, обычно пневмоцилиндр оснащается
двумя датчиками положения, определяющими две крайние точки
движения. В пневматическом приводе очень часто используются
пневмомеханические концевые путевые выключатели, а в электропневматических системах наибольшее распространение получили герконовые датчики положения и датчики Холла.
256
Датчики положения позволяют вырабатывать сигналы для начала обратного хода штока цилиндра в крайней точке рабочего хода,
для останова штока в промежуточном положении, для изменения скорости движения штока с объектом управления и для прочих целей.
Пневмомеханические датчики устанавливаются в зоне рабочего
хода цилиндра и могут реагировать на механическое воздействие
движущегося штока или объекта управления, а для датчиков с электрическим выходным сигналом, управляющим воздействием служит
постоянное магнитное поле намагниченного ферритового кольца на
поршне цилиндра. Магнитные датчики устанавливаются на корпусе
гильзы цилиндра круглого или профильного сечения.
Для локализации магнитного поля и исключения ложных срабатываний датчиков все составные части цилиндра выполняются из немагнитных материалов, например, алюминия.
На рис. 18.1 показан поршень, имеющий несколько составных
частей.
Рис. 18.1. Магнитный пневмоцилиндр
257
Трущаяся пара поршень–гильза уплотняется манжетами V–
образного сечения со встречным расположением. Сжатый воздух,
наполняющий полость цилиндра создаёт необходимое усилие прижима манжеты к внутренней поверхности гильзы, которое исключает
перетечки воздуха между полостями при движении и останове поршня. Для центрирования поршня в гильзе используется поясок с антифрикционным покрытием. Исключение металлического контакта
между поршнем и гильзой повышает механический КПД и увеличивает срок службы пневмоцилиндра. Под пояском находится намагниченное ферритовое кольцо.
Магнитные датчики
Магнитный герконовый датчик – это электромеханическое
устройство, представляющее собой пару ферромагнитных контактов,
запаянных в герметичную стеклянную колбу. При поднесении к геркону постоянного магнита или включении электромагнита контакты
замыкаются. Замыкание контактов датчика приводит к протеканию в
цепи датчика электрического тока.
Для разных конструкций цилиндров датчики можно закрепить в
специальных пазах гильзы, на шпильках цилиндра или на корпусе цилиндра с помощью хомутов.
Длительность электрического сигнала определяется временем
нахождения магнитного кольца поршня в точке установки датчика.
Если датчик установлен в промежуточной точке рабочего хода, то
длительность электрического импульса определяется скоростью движения поршня и зоной срабатывания датчика.
При необходимости позиционировать объект управления в промежуточной точке рабочего хода цилиндра, необходимо датчик устанавливать не в желаемой точке останова, а сместить на некоторое
расстояние навстречу движению поршня. Это расстояние предустанова определяется произведением скорости движения поршня цилиндра
на суммарное время переключения дискретного силового распределителя (от 1 до 30 мс), время коммутации реле (от 10 мкс до 100 мс),
время замыкания контактов датчика (от 1 до 2 мс), время замедления
штока с объектом управления до нулевой скорости (зависит от многих факторов, таких как геометрические размеры цилиндра, устано258
вившаяся скорость движения, масса подвижного объекта и других).
Обычно это расстояние составляет от 1 до 10 мм и определяется
опытным путем.
В случае управления пневмоприводом при движении поршня
цилиндра на высоких скоростях (больше 0,8 м/с) есть вероятность,
что электрический импульс малой длительности воспримется системой управления как помеха. Для этих целей в контроллерах предусмотрена настройка цифровых фильтров входных сигналов, позволяющая длительность полезного импульса устанавливать программно.
Для корректного монтажа магнитного датчика необходимо в
желаемую точку установить поршень цилиндра, а затем, перемещая
магнитный датчик вдоль гильзы, определить две точки, в которых
светодиод датчика загорается и гаснет. Датчик необходимо зафиксировать в центральной точке зоны срабатывания, чтобы наблюдалось
устойчивое свечение светодиода. Для большинства магнитных датчиков эта зона срабатывания лежит в диапазоне 10…15 мм (рис. 18.2).
Рис. 18.2. Зона срабатывания магнитного датчика
259
Электропневматический распределитель клапанного типа
Электропневматические распределители клапанного типа – это
устройства, в которых выходной пневматический сигнал изменяется
согласно входному электрическому сигналу, поданному на катушку
соленоида клапана.
В большинстве случаев клапанные распределители используются в роли клапанов-пилотов для управления золотниковыми электропневматическими распределителями, но их также можно использовать и как силовые для управления цилиндрами небольших диаметров.
Все электромагнитные клапанные распределители имеют одну
стабильную нормально закрытую (Н.З.) или нормально открытую
(Н.О.) позицию, поэтому называются моностабильными прямого действия. В них электромагнитная сила соленоида определяет максимальный расход воздуха в силовом канале.
На рисунке приведен пример 3/2 Н.З. распределителя. Но при
переподключении каналов течения воздуха определенным образом
структуру можно трансформировать в Н.О.
Распределитель называется трехлинейным, т.к. имеет три линии
подвода и отвода сжатого воздуха:

питание для Н.З. (или выхлоп для Н.О.)

рабочий выход 2

выхлоп для Н.З. (или питание для Н.О.)
Распределитель (рис. 18.3) является двухпозиционным, т.к. у него две рабочие позиции: в одной позиции канал 1 связан с каналом 2,
а канал 3 отсечен, в другой позиции канал 2 связан с каналом 3, а канал 1 отсечен.
В то же время необходимо отметить, что с целью оптимизации
отношения значения расхода газа к потребляемой мощности соленоида, отдельно существуют Н.О. распределители клапанного типа,
внутренняя конструкция которых отлична.
Распределитель закрыт (направления потока 2 - 3):
Подвижный сердечник C под действием запорной пружины E
плотно прижат к седлу клапана и закрывает отверстие питающего канала 1, позволяя воздуху из выходной полости 2 выйти в атмосферу
через внутренние каналы D и проточку в неподвижном сердечнике А.
260
Распределитель открыт (направления потока 1 - 2):
Неподвижный сердечник A за счет электромагнитной силы притягивает подвижный сердечник С, что приводит к сжатию запорной
пружины Е и высвобождению канала течения воздуха из питающей
полости 1 в выходную полость 2 и отсечению полости 3 выхлопного
канала.
Время переключения электромагнитных клапанных распределителей из одной позиции в другую лежит в диапазоне от 2 до 10 мс.
Также стоит отметить, что клапанные распределители независимо от типа управляющего сигнала традиционно изготавливают с
положительным перекрытием. Это означает, что при движении сердечника всегда сначала блокируется один канал течения воздуха, а
после высвобождается другой. Таким образом, даже на короткий
промежуток времени всегда исключена связь канала питания с атмосферой.
Рис. 18.3. Распределитель клапанного типа
261
Электропневматический распределитель
золотникового типа
Электропневматический распределитель золотникового типа
представляет собой сложное устройство, в управляющей части которого могут быть использованы один или два клапанных распределителя. Силовая часть организована с помошью золотника с проточками
и корпуса с уплотнениями F. Положение золотника определяется разностью сил, действующих на его торцевые части. Эти силы могут создаваться давлением сжатого воздуха, возвратными пружинами, трением золотника о внутренние уплотнения распределителя. Количество проточек соответствует количеству рабочих выходов.
В силовой части распределителя цифрой 1 принято обозначать
пневматический канал подвода питания, цифрами 2 и 4 – рабочие выходы, цифрами 3 и 5 – выхлопные отверстия.
Электропневматические распределители могут быть как одностороннего, так и двустороннего действия.
У распределителей одностороннего действия (моностабильных)
есть механическая или пневматическая возвратная пружина, которая
при отсутствии управляющего сигнала однозначно определяет его рабочее положение.
У распределителей двустороннего действия (бистабильных) переключение, как в левую, так и в правую рабочую позицию осуществляет сила пневматического давления, создающегося в подторцевом объеме золотника и действующего на площадь поршня золотника Е (рис. 18.4).
В управляющей части электропневматических распределителей
используются пилотные электромагнитные клапаны структуры 3/2
Н.З. Управление электропневматическими распределителями является двухкаскадным. Первичный электрический сигнал, пришедший на
катушку соленоида клапана-пилота, приводит к сжатию запорной
пружины клапана-пилота, втягиванию сердечника B и, как следствие,
наполнению сжатым воздухом через канал С подторцевого объема
золотника. При этом сила давления создает условие для его переключения.
Золотниковые электропневматические распределители нуждаются в пневматическом усилении электромагнитной силы соленоида,
262
т.к. требуют сравнительно больших усилий для переключения и имеют большой ход запорного элемента.
Для переключения рабочей позиции бистабильного распределителя на катушку соленоида достаточно подать короткий электрический импульс. Длительность такого импульса составляет от 10 до 40
мс, поэтому такие распределители также называют импульсными или
с триггерным эффектом.
Для переключения моностабильного распределителя в левую
рабочую позицию недостаточно подачи кратковременного импульса,
т.к. при отсутствии силы давления на левую торцевую площадь золотника возвратная пружина активирует правую позицию. Таким образом, длительность электрического импульса должна соответствовать необходимому времени активации левого рабочего положения
распределителя.
Рис. 18.4. Распределитель двустороннего действия
Реле
Реле – это элемент, трансформирующий электрический сигнал в
магнитное притяжение якоря к катушке, приводящее к замыканию
групп нормально-разомкнутых контактов и размыканию нормальнозамкнутых контактов.
В контуре входной цепи реле присутствует катушка электромагнита, ключ и источник электрического питания, в контуре выходной цепи – группы подпружиненных контактов, источник питания и
нагрузка.
263
Рис. 18.5. Реле
Когда катушка не возбуждена, то есть когда реле находится в
состоянии покоя, контакты могут быть:

нормально-замкнутые (Н.З.)
Контакты размыкаются, когда якорь притягивается магнитным
полем возбужденного соленоида, и замыкаются, как только пропадет
магнитное поле.

нормально-разомкнутые (Н.Р.)
Контакты замыкаются, когда якорь притягивается магнитным
полем возбужденного соленоида, и размыкаются, как только пропадет
магнитное поле.

переключение (Н.Р. и Н.З.)
Один и тот же контакт служит для выполнения функций Н.З. и
Н.Р. При возбуждении соленоида происходит замыкание Н.Р. и размыкание Н.З. контактов.
Таймеры
Таймер – это устройство, позволяющее управлять длительностью сигналов, в данном случае электрических.
Это блок, состоящий из реле и системы отсчета времени, воздействующей на размыкание Н.З. и замыкание Н.Р. контактов.
Функции таймеров могут быть различными. Примеры работы
таймеров приведены на рис.18.6-18.7.
264
Рис. 18.6. Состояние катушки таймера
Н.Р. контакт замыкается по прошествии выставленного времени t
с момента начала возбуждения катушки
и размыкается при снятии напряжения с катушки,
Н.З. контакт размыкается по прошествии выставленного времени t
с момента начала возбуждения катушки
и замыкается при снятии возбуждения с катушки
Рис. 18.7. Состояние катушки таймера
Н.Р. контакт замыкается в момент начала возбуждения катушки
и размыкается по прошествии выставленного времени t,
Н.З. контакт размыкается в момент начала возбуждения катушки
и замыкается по прошествии выставленного времени t
265
Пневматические и электрические принципиальные схемы
Электропневматическая схема состоит из двух отдельных принципиальных схем.
Силовая часть привода включена в состав пневматической
принципиальной схемы. Она объединяет в себе систему подготовки
сжатого воздуха, электромагнитные клапанные распределители и
электропневматические золотниковые распределители и пневматические цилиндры.
Управляющая часть привода включена в состав электрической
принципиальной схемы. Она объединяет в себя источники электрического напряжения, различные ключи и нагрузки. В электропневматическом приводе роль ключей могут выполнять электрические кнопки,
датчики положения с электрическим выходным сигналом, контакты
электромеханических и твердотельных реле или таймера. Нагрузкой в
электрических цепях управления пневмоприводом может быть индуктивное сопротивление катушки соленоида, катушка реле или таймера,
сопротивление сигнальной лампы.
Силовая пневматическая часть обычно изображается над управляющей электрической. Обозначения катушек соленоидов, указывающие на их принадлежность к распределителям, датчиков положения,
указывающие на их месторасположение, принято отображать и на
пневматической, и на электрической принципиальных схемах.
На рис. 18.8 приведён пример электропневматической схемы.
На пневматической и электрической принципиальной схемах
отмечены соответственно положение датчика а1 и его состояние, а
также катушки соленоидов распределителя B1 и B2.
Выдвижение штока будет иметь обозначение А+, а втягивание –
А-.
Стартовое положение бистабильного электропневматического
распределителя определяется сигналом управления, пришедшим последним. В данном примере речь идет о втянутом состоянии А-, в котором датчик а1 разомкнут.
266
Предлагается воспользоваться унифицированной базой пневматических и электропневматических элементов. Так, например, для того чтобы реализовать функцию бистабильного 5/2 электропневматического распределителя, можно воспользоваться двумя 3/2 Н.З. электромагнитными распределителями, выполняющими функцию клапанов пилотов, выходы которых подключены к управляющим входам
силового бистабильного 5/2 пневматического распределителя.
Другие примеры унификации элементной базы приведены в
таблице выше.
Составляя электрическую принципиальную схему необходимо
принимать во внимание следующее.
Электрические цепи питания изображаются между двумя горизонтальными линиями (шиной питания сверху и общим проводом
снизу) с точками ответвления отдельных электрических контуров.
Они могут быть постоянного или переменного тока в зависимости от
используемых электрических компонентов и их характеристик. Рядом
с шиной питания может проставляться значение напряжения, например 24V DC.
Рис. 18.8. Пример электропневматической схемы
267
Каждая вертикальная линия представляет собой отдельную цепь
или электрический контур. Она начинается сверху от плюса источника питания, проходит через ключ (кнопки, датчики, контакты реле и
т.д.) и заканчивается внизу на катушке электромагнитного или электропневматического распределителя или реле и на минусе источника
питания.
Все контакты изображаются в фазе нормального состояния, когда нет воздействия, а электрический контур не под напряжением.
Подразумевается, что изменение состояния подвижных контактов или ключей происходит слева направо.
Последовательность электрических цепей также изображается
слева направо, начиная с цепи, где ключ имеет ручное управление,
например, кнопку запуска.
Для упрощения чтения схем рекомендуется нумеровать каждую
отдельную цепь, а всем элементам цепи присваивать обозначения. В
данном сборнике задач ключам и нагрузкам присвоены следующие
обозначения:
НЦ, КЦ – кнопки кратковременного воздействия для запуска и
останова системы;
S – кнопка-тумблер с фиксацией;
U, V, X, Y, Z – катушки реле;
u, v, x, y, z – контакты соответствующих реле U, V, X, Y, Z;
B1, B2, B3, B4, B5, B6, B7, B8 – катушки соленоидов;
а0, a1, b0, b1, c0, c1, d0, d1 – дискретные датчики начального и
конечного положений цилиндров A, B, C и D соответственно;
Tp11, Tp22 – катушки таймера;
Тр – контакт таймера.
Пример электрической схемы показан на 18.9.
268
Рис. 18.9. Пример электропневматической схемы
Электропневматические схемы с самоблокировкой
Схема с самоблокировкой (с самоудержанием или с самоподхватом) – это цепь, запоминающая сигнал импульсного воздействия.
Импульсный сигнал может быть образован контактом кнопки или
датчика.
Цепь состоит из следующих трех элементов:
 Н.Р. контакт включения (кнопка P1);
 Н.З. контакт выключения (кнопка P3);
 Н.Р. контакт реле X.
Их подключение может производиться в соответствии с одним
из двух вариантов логических уравнений (рис. 18.10).
269
Рис. 18.10. Пример электропневматической схемы
Функционирование обеих цепей следующее:
При кратковременном воздействии на кнопку P1 возбуждается
катушка реле X.
Нормально-разомкнутый контакт реле X замыкается и удерживает возбужденным реле после отпускания кнопки P1;
Для отключения функции запоминания необходимо нажать на
кнопку P3, размыкание нормально-замкнутого контакта которой приведет к размыканию цепи.
Упражнения
В табл. 18.1. представлен перечень практических работ.
270
Таблица 18.1. Перечень упражнений
Упр. 01
Простейшие электропневматические схемы с прямым управлением
цилиндрами одностороннего действия
Упр. 02
Непрямое управление с моностабильными и бистабильными элементами
Упр. 03
Применение различных логических схем включения с прямым
управлением цилиндрами одностороннего действия.
Упр. 04
Управление цилиндром двустороннего действия при выполнении
ОДИНОЧНОГО ЦИКЛА в последовательности А+/А- и В+/B- с защитой и без в начале цикла
Упр. 05
Реализация логических функций «ДА» и «НЕТ» с помощью реле
Упр. 06
Реализация логических функций «И»-«ИЛИ»-«НЕТ» с помощью
реле
Упр. 07
Схемы с самоблокировкой
Упр. 08
Упр. 09
Управление цилиндром двустороннего действия в режиме НЕПРЕРЫВНОГО ЦИКЛА с бистабильным электрическим распределителем
Управление цилиндром двустороннего действия в режиме НЕПРЕРЫВНОГО ЦИКЛА с помощью МОНОСТАБИЛЬНОГО
силового распределителя из положения А- в А+
Упр. 10
Управление цилиндром двустороннего действия в режиме НЕПРЕРЫВНОГО ЦИКЛА и ОДИНОЧНОГО ЦИКЛА с помощью
МОНОСТАБИЛЬНОГО силового распределителя из положения
А+ в А-
Упр. 11
Управление цилиндром двустороннего действия в режиме НЕПРЕРЫВНОГО ЦИКЛА и ОДИНОЧНОГО ЦИКЛА с помощью
БИСТАБИЛЬНОГО силового распределителя из
положения А- в А+
271
Упражнение 1
ПРОСТЕЙШИЕ ЭЛЕКТРОПНЕВМАТИЧЕСКИЕ СХЕМЫ
С ПРЯМЫМ УПРАВЛЕНИЕМ ЦИЛИНДРАМИ
ОДНОСТОРОННЕГО ДЕЙСТВИЯ
В электропневматических схемах управление называется прямым, когда приведение в движение пневматического цилиндра осуществляется с помощью одного электромагнитного или электропневматического распределителя, на катушку или катушки которого подается электрический сигнал.
Электропневматический распределитель называется моностабильным, когда при отсутствии электрического сигнала в цепи катушки соленоида механическая или пневматическая возвратная пружина
активирует начальное нормальное состояние распределителя.
Схемы для выполнения упражнения.
1. Последовательность:A+/A- (рис. 18.11 ).
Выдвижение цилиндра одностороннего действия из точки Ав точку А+.
Рис. 18.11. Схема пневматическая
Последовательность: A+/A-
272
Пневматическая схема.
В начальный момент времени цилиндр находится во втянутом
состоянии, которое обеспечивается механической пружиной, находящейся в штоковой полости.
Электрическая схема.
Электрическая кнопка P1 имеет Н.Р. контакт. При нажатии на
кнопку P1, электропневматический моностабильный распределитель
3/2 Н.З. переключается, и воздух наполняет бесштоковую полость цилиндра. Суммарное время выдвижения и простоя штока в выдвинутом состоянии равно времени воздействия на кнопку Р1. При отпускании этой кнопки Р1 из бесштоковой полости воздух стравливается в
атмосферу, протекая по каналам 2 – 3 распределителя, под действием
механической пружины цилиндр возвращается в исходное положение.
2. Последовательность: B-/B+ (рис. 18.12).
Втягивание цилиндра одностороннего действия из точки B+ в
точку B-.
Рис. 18.12. Схема пневматическая
Последовательность: B-/B+
273
Пневматическая схема.
Начальное выдвинутое положение цилиндра обеспечивается
электропневматическим моностабильный распределитель 3/2 Н.О.
Этот распределитель может быть получен из электропневматического
моностабильного 5/2 распределителя, для этого необходимо заглушить один из выходов.
Электрическая схема.
Аналогична схеме с цилиндром А.
3. Последовательность: C-/C+ (рис.18.13).
Втягивание цилиндра одностороннего действия из точки С+ в
точку С-.
Рис. 18.13. Схема пневматическая
Последовательность : C-/C+
Пневматическая схема.
Начальное выдвинутое положение цилиндра обеспечивается левой рабочей позицией моностабильного распределителя 3/2 Н.З., как
следствие, высоким давлением в бесштоковой полости цилиндра.
274
Электрическая схема.
Левая рабочая позиция моностабильного распределителя 3/2
Н.З. при отсутствии управляющих воздействий обеспечивается электрической кнопкой Р3, имеющей Н.З. контакт.
4. Последовательность: D+/D- (рис. 18.14).
Выдвижение цилиндра одностороннего действия из точки Dв точку D+.
Рис. 18.14. Схема пневматическая
Последовательность: D+/D-
Пневматическая схема.
Начальное втянутое положение цилиндра обеспечивается левой
рабочей позицией моностабильного распределителя 3/2 Н.О., как
следствие, низким давлением в штоковой полости цилиндра.
Электрическая схема.
Аналогична схеме с цилиндром С.
275
Упражнение 2
НЕПРЯМОЕ УПРАВЛЕНИЕ С МОНОСТАБИЛЬНЫМИ
И БИСТАБИЛЬНЫМИ ЭЛЕМЕНТАМИ
В электропневматических системах управление называется непрямым, когда силовой распределитель, питающий цилиндр (одностороннего или двустороннего действия), является электромагнитным
или электропневматическим распределителем (3/2 или 5/2) с одним
или двумя сигналами управления, поступающими на катушки соленоидов пилотных клапанов при замыкании соответствующих электрических сетей.
Если в составе электрической схемы управления катушкой распределителя используются моностабильные элементы, например,
электрические кнопки без фиксации, тогда такое устройство управления распределителем будем называть моностабильным.
Управление приводом является моностабильным, когда силовой
распределитель является моностабильным и устройство управления
им является моностабильным.
Функция распределителя с устройством управления может быть
бистабильной в следующих двух случаях:
 бистабильный силовой распределитель и моностабильное
устройство управления им;
 моностабильный силовой распределитель и бистабильное
устройство управления им.
Схемы для выполнения упражнения.
1. Последовательность A+/A- (рис.18.15).
276
Рис. 18.15. Схема пневматическая
Последовательность: A+/A-
Моностабильный электропневматический распределитель
Моностабильное управление
Пневматическая схема.
Силовой распределитель – это моностабильный (из-за наличия
пружины) распределитель 5/2. При подаче питания в цепь под давлением оказывается штоковая полость цилиндра.
Электрическая схема.
Контакт P1 приводится в движение моностабильным устройством (кнопка без фиксации). При замыкании контакта возбуждается
катушка В1, и цилиндр выполняет выдвижение из положения А- в положение A+. Для того, чтобы контакт остался в выдвинутом положении А+, оператор должен держать кнопку нажатой. При отпускании
кнопки цилиндр возвращается в исходное положение и останавливается в ожидании нового нажатия.
277
2. Последовательность A-/A+ (рис.18.16).
Рис. 18.16. Схема пневматическая
Последовательность: A-/A+
Моностабильный электропневматический распределитель
Бистабильное управление
Пневматическая схема
Моностабильный электрический распределитель 5/2 изображен
с пружиной, расположенной слева, с целью избежания скрещивания
линий выходных каналов 2 и 4 с полостями цилиндра. Такой же результат получается изображением цилиндра в развернутом виде. При
подаче питания цилиндр будет находиться в выдвинутом положении
А+.
Электрическая схема
Контакт P4 приводится в движение переключателем. Если переключатель имеет бистабильную функцию катушка В1 остается возбужденной, даже когда оператор удаляется. Цилиндр выполняет рабочий ход и останавливается во втянутом положении А- до тех пор,
пока переключатель не будет приведен в исходное положение.
278
3. Последовательность A+/A- (рис.18.17).
Рис. 18.17. Схема пневматическая
Последовательность A+/A-
Бистабильный электропневматический распределитель
Моностабильное управление
Силовая цепь
Электропневматический распределитель 5/2 является бистабильным из-за наличия двух электромагнитных распределителей в
управляющих каналах. Стартовое положение цилиндра определяется
катушкой В2, то есть катушкой, возбуждаемой последней в предыдущем цикле.
Электрическая схема
Для управления двумя электропневматическими распределителями необходимы две цепи управления:
 для выполнения прямого хода в точку A+ с помощью короткого нажатия на P1. Из-за бистабильности электрического распределителя цилиндр будет выдвигаться и останется в выдвинутом состоянии до тех пор, пока не будет
нажата P2;
 для выполнения обратного хода в точку А- с помощью короткого нажатия на P2. Из-за бистабильности электрического распределителя будет втягиваться и останется во
втянутом состоянии до тех пор, пока не сработает P1.
279
Упражнение 3
ПРИМЕНЕНИЕ РАЗЛИЧНЫХ ЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ
ВКЛЮЧЕНИЯ С ПРЯМЫМ УПРАВЛЕНИЕМ ЦИЛИНДРАМИ
ОДНОСТОРОННЕГО ДЕЙСТВИЯ
Электрический сигнал, поступающий на катушку реле или катушку моностабильного электропневматического распределителя 3/2
Н.З., в зависимости от схемы подключения может быть определен или
только одним контактом или несколькими логическими положениями
между несколькими независимыми контактами.
Все примеры относятся к электрическому моностабильному
управлению, при котором электропневматический распределитель
управляет цилиндром одностороннего действия, выполняющего ходы
A+/A- (рис.18.18 ).
Схемы для выполнения упражнения.
1. Логическое уравнение
B1=P1+P2 («ИЛИ»)
Катушка может возбуждаться с помощью Н.О. контакта P1 или
P2, то есть, когда, по меньшей мере, один из двух контактов замыкается и приобретает состояние «1» («логическая единица»).
Операция логической суммы называется «ИЛИ».
Соответствующее электрическое соединение называется параллельным.
2. Логическое уравнение
B1=P1×P2 («И»)
Катушка возбуждается в момент, когда оба сигнала приобретают состояние «1», то есть когда нажимаются обе кнопки.
Соответствующая логическая операция называется «И».
Соответствующее электрическое соединение называется последовательным.
280
3. Логическое уравнение
В1=(P1+P2)×P3
Контакт P3 (нормально замкнутый P3) означает нормально замкнутый контакт, который не нужно переключать, когда необходимо
получить возбуждение катушки.
Скобки, которые заключают операцию «ИЛИ» между P1 и P2,
означают, что один из двух контактов при замыкании (переходе в состояние «1») реализует логическую функцию «И» с Н.З. контактом
P3, который не требуется переключать (отрицаемое состояние НОЛЬ
«0» = состояние ОДИН «1»).
4. Логическое уравнение
В1=P1+P2×P3.
Удаление вышеописанных скобок существенно изменяет цепь.
Катушка может быть возбуждена в двух ситуациях:
 только с помощью P1
 с помощью P2 и P3, которые реализуют логическую функцию «И»
Пневмосхема с прямым управлением цилиндром одностороннего действия представлена на рис.18.17.
Рис. 18.18. Схема пневматическая
Последовательность A+/A281
Упражнение 4
УПРАВЛЕНИЕ ЦИЛИНДРОМ ДВУСТОРОННЕГО
ДЕЙСТВИЯ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ ОДИНОЧНОГО ЦИКЛА
В ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ А+/А- И В+/B- С ЗАЩИТОЙ
И БЕЗ ЗАЩИТЫ В НАЧАЛЕ ЦИКЛА
Рабочий цикл называется одиночным, когда при каждом нажатии на кнопку запуска цикла цилиндр выполняет рабочий ход (положительный или отрицательный) и автоматически возвращается в исходное положение в ожидании следующей команды.
Одиночный цикл может производиться:
 без защиты в начале цикла: цилиндр начинает движение
при нажатии одной только кнопки Пуск. Команда выполняется, даже когда цилиндр не находится в исходном положении;
 с защитой в начале цикла: цилиндр начинает движение,
только если нажата кнопка «Пуск» и, если поршень пневмоцилиндра находится в крайнем втянутом положении,
т.е. замкнут концевой выключатель, определяющий исходное положение.
Схемы для выполнения упражнения.
1. Последовательность A+/A- без защиты в начале цикла
(рис.18.19).
282
Рис. 18.19. Схема пневматическая
Последовательность A+/A-
Имеются два элемента управления:
1) моностабильная кнопка P1 начала цикла (НЦ), коммутирующая катушку B1 в течение времени, пока оператор держит ее
нажатой. Достаточно кратковременного нажатия на кнопку,
так как электропневматический распределитель бистабильный;
2) датчик a1, коммутирует сигнал на катушке B2 автоматически
при достижении штока цилиндра крайнего правого положения в течение времени, которое требуется для изменения
направления хода цилиндра.
Логические уравнения ходов: A+=B1, A-=B2.
Логические уравнения электрической цепи: B1=P1, B2=a1.
Из уравнения катушки B1 можно видеть, что команда P1:
 может стать блокирующей для a1, то есть, если кнопка P1
останется нажатой, она помешает датчику a1 выполнять
свою функцию, бистабильный распределитель остается
переключенным;
283
 может действовать во время возврата цилиндра (так как a1
отсутствует) и запустить движение цилиндра до того, как
он закончит цикл.
2. Последовательность B+/B- с защитой в начале цикла
(рис.18.20).
Рис. 18.20. Схема пневматическая
Последовательность B+/BИмеются три элемента управления:
1) моностабильная кнопка P1 начала цикла (НЦ), коммутирующая катушку B1 в течение времени, пока оператор держит ее
нажатой. Достаточно кратковременного нажатия на кнопку,
так как электропневматический распределитель – бистабильный;
2) датчик a1, коммутирует сигнал на катушке B2 автоматически
при достижении штока цилиндра крайнего правого положения в течение времени, которое требуется для изменения
направления хода цилиндра;
3) датчик b0, определяет начальное положения штока цилиндра.
Логические уравнения ходов: B+=B3, B-=B4.
Логические уравнения электрической цепи: B3=P1×b0, B4=b1.
Из уравнения катушки B3 можно видеть, что:
284
 запуск цикла обусловлен операцией «И» между контактами P1 и b0;
 предусматривается длительное нажатие на P1:
- катушка B3 не может стать блокирующей для B4,
так как сигнал b0 пропадает сразу после начала цикла;
- при нажатии на P1 во время хода B- катушка B3 не
возбуждается, так как отсутствует сигнал b0.
Упражнение 5
РЕАЛИЗАЦИЯ ЛОГИЧЕСКИХ ФУНКЦИЙ «ДА» И «НЕТ»
С ПОМОЩЬЮ РЕЛЕ
Контакт Н.Р., установленный в цепь катушки распределителя,
выполняет функцию «ДА» для этой катушки, то есть при замыкании
контакта катушка возбуждается.
Контакт Н.З., установленный в цепь катушки распределителя,
выполняет функцию «НЕТ» для этой катушки, то есть при размыкании контакта возбуждение с катушки снимается.
Управление катушками распределителей также возможно при
использовании катушек реле и их контактов.
Схемы для выполнения упражнения (рис 18.21-18.23).
1. Функция тождества = ДА.
Рис. 18.21. Схема пневматическая
Функция тождества = ДА
285
Без реле: функция осуществляется Н.Р. контактом, установленным в цепь катушки распределителя В1, управляющего непосредственно цилиндром одностороннего действия.
С реле: Н.Р. контакт устанавливается в цепь катушки реле Х.
Функция ДА осуществляется Н.Р. контактом реле, установленного в
цепь катушки распределителя В1.
Использование реле оправдано в следующих случаях:
- использование контактных групп реле возможно для нескольких цепей: его можно «дублировать» имеющимися
Н.Р. контактами одного и того же реле или контактами нескольких реле, соединенных параллельно между собой;
- потребление тока катушкой B1 выше максимального допустимого для контакта управления.
2. Функция отрицания = НЕТ.
Рис. 18.22. Схема пневматическая
Функция отрицания = НЕТ
Без реле: функция осуществляется Н.З. контактом, установленным в цепь катушки распределителя В3, управляющего непосредственно цилиндром одностороннего действия для его установки в выдвинутом стартовом состоянии.
286
С реле: Н.Р. контакт устанавливается в цепь реле Y. Функция
НЕТ осуществляется Н.З. контактом этого реле, установленного в
цепь катушки распределителя В3.
При использовании реле его контактные группы могут быть
«дублированы» для использования в нескольких цепях или для выполнения одной и той же функции ДА (с помощью Н.Р. контакта реле), или для выполнения одной и той же функции НЕТ (с помощью
Н.З. контакта реле).
3. Функция ДА – НЕТ
Рис. 18.23. Схема пневматическая
Функция ДА - НЕТ
Без реле: кнопка P5 управляет одновременно Н.З. и Н.Р. контактами, в цепи которых включены катушки бистабильного распределителя:
287
 и без команды: Н.З. контакт добавлен в цепь катушки B6
для установки цилиндра двустороннего действия в стартовое втянутое состояние;
 и с командой: с катушки B6 возбуждение снимается, а катушка В5 возбуждается для выполнения рабочего хода в
точку C+.
С реле: единственный Н.Р. контакт, управляемый бистабильным
устройством, например, кнопкой с фиксацией возбуждает катушку
реле Z. Катушки распределителей B5 и B6 управляются Н.Р. и Н.З.
контактами одного и того же реле Z.
Упражнение 6
РЕАЛИЗАЦИЯ ЛОГИЧЕСКИХ ФУНКЦИЙ «И»
и «ИЛИ С ПОМОЩЬЮ РЕЛЕ
Образование двух или более независимых сигналов может быть
выполнено:
 прямым образом: последовательным или параллельным
соединением соответствующих контактов;
 непрямым образом: с помощью контактов реле, в свою
очередь последовательно или параллельно соединенных и
установленных в цепях электропневматического распределителя.
В цепи электропневматического моностабильного распределителя могут находиться контакты кнопок и датчиков, соединенных последовательно или параллельно с контактами реле.
288
Схемы для выполнения упражнения (рис.18.24-18.25).
1. Функция «И» (AND)
Рис. 18.24. Схема пневматическая
Реализация логической функции «И» (AND)
Цилиндр A может начать движение только при наличии сигналов P1 и P2. Их срабатывание, тем не менее, является непрямым, так
как катушка B1 возбуждается в результате последовательного соединения контактов реле x, y (нормально открытых).
Логические уравнения отдельных цепей:
X=P1
Y=P2
B1=x×y=P1×P2
289
2. Функция «ИЛИ» (OR)
Рис. 18.25. Схема пневматическая
Реализация логической функции «ИЛИ» (AND)
Цилиндр A может начать движение в результате нажатия кнопки P1 или P2. Катушка B1 возбуждается при замыкании Н.Р. контактов х или у.
Логические уравнения отдельных цепей:
X=P1
Y=P2
B1=x+y=P1+P2
Примечание.
X возбуждается при наличии команды P1.
Y возбуждается при наличии команды P2.
290
Упражнение 7
СХЕМЫ С САМОБЛОКИРОВКОЙ
Эффект запоминания предназначен для удерживания в возбужденном состоянии катушки электропневматического распределителя
или реле в течение времени, требуемого условиями цикла.
В зависимости от способа, которым катушка распределителя
присоединена к схеме с самоблокировкой, получаемый эффект может
быть «с преимущественным включением» или «с преимущественным
выключением».
Схемы для выполнения упражнения.
Пневмосхема представлена на рис. 18.26.
Рис. 18.26. Схема пневматическая
1. Схема с самоблокировкой «с преимущественным включением» с Н.З. контактом Р3:
 реализованная одним уравнением для двух катушек Х,
В1:
X = B1 = (P1 + x) × P3;
291
 с отдельными уравнениями:
X = (P1+ x) × P3 B1 = P1+ x.
Катушка B1 может быть установлена перед кнопкой P3 и параллельно с реле X или в отдельной цепи с соединением к другому Н.Р.
контакту х.
Определение «с преимущественным включением» означает, что
при одновременном нажатии кнопок P1 и P3 образуется электрическая цепь, при которой катушка В1 возбуждается на время нажатия
Р1.
2. Схема с самоблокировкой «с преимущественным включением» с Н.Р. контактом Р2.
Уравнение:
B1 = X = P1+ x × P2 ,
При Н.З. контакте y реле Y состояние кнопки P2 не является
определяющим. Контакт y, соединенный последовательно с контактом x, все равно поддерживает условие «с преимущественным включением» схемы с самоблокировкой.
Разница с ранее описанной цепью заключается в том, что при
одновременном нажатии двух кнопок возбуждаются обе катушки, но
без состояния самоблокировки Р1, так как контакт у (Р2) остается
разомкнутым.
3. Схема с самоблокировкой «с преимущественным выключением».
Катушка B1, соединенная параллельно с катушкой X, установлена после контакта y (P2).
Определение «с преимущественным выключением» означает,
что при одновременном нажатии кнопок P1 и P2 катушка B1 не возбуждается, так как контакт у размыкается.
292
Упражнение 8
УПРАВЛЕНИЕ ЦИЛИНДРОМ ДВУСТОРОННЕГО
ДЕЙСТВИЯ В РЕЖИМЕ НЕПРЕРЫВНОГО ЦИКЛА
С БИСТАБИЛЬНЫМ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ
РАСПРЕДЕЛИТЕЛЕМ
Непрерывным называется цикл, когда шток пневмоцилиндра совершает непрерывное возвратно- поступательное движение с рабочим
ходом, ограниченным крышками цилиндра, концевыми датчиками
или механическими упорами. При нажатии кнопки начала цикла НЦ,
эффект которой «запоминается», производится автоматическое повторение цикла до тех пор, пока не будет нажата кнопка конца цикла
КЦ.
Схемы для выполнения упражнения.
Пневмосхема представлена на рис.18.27
Рис. 18.27. Схема пневматическая
1. Схема с самоблокировкой «с преимущественным выключением» получается:
 параллельным соединением катушек X и B1;
 с помощью установки B1 после кнопки КЦ с помощью
контакта a0.
293
Уравнения:
B1=X=(P1+x)×P2 (с P2 Н.О.)
2. Включение катушки B1 параллельно кнопке КЦ изменяет вид
самоблокировки на условие «с преимущественным включением».
Уравнения:
B1=X=P1+x×P2 (с P2 Н.О.)
Все схемы действительны, только в случае, если электропневматический распределитель – бистабильный.
Если контакт НЦ сработал от бистабильного устройства (переключателя), схемы с самоблокировкой не требуется.
Уравнение задействованной катушки будет иметь следующий
вид:
B1 = НЦ × a0.
Упражнение 9
УПРАВЛЕНИЕ ЦИЛИНДРОМ ДВУСТОРОННЕГО
ДЕЙСТВИЯ В РЕЖИМЕ НЕПРЕРЫВНОГО ЦИКЛА
С ПОМОЩЬЮ МОНОСТАБИЛЬНОГО СИЛОВОГО
РАСПРЕДЕЛИТЕЛЯ ИЗ ПОЛОЖЕНИЯ А- В А+
Для реализации непрерывного цикла, в котором используются
кнопка пуска НЦ и моностабильный электрический распределитель
5/2, применима схема с самоблокировкой для:
 запоминания сигнала НЦ;
 поддержания в рабочем состоянии катушки B1 до конца
рабочего хода.
Для того чтобы две схемы с самоблокировкой были независимыми, соответствующие контакты выключения должны быть:
 для кнопки НЦ: Н.З. контакт кнопки КЦ;
 для катушки B1: контакт датчика a1 Н.З.
294
Схема для выполнения упражнения.
Пневмосхема представлена на рис.18.28.
Рис. 18.28. Схема пневматическая
Схема с самоблокировкой «с преимущественным включением»
и с датчиком а1 с Н.З. контактом.
Первое уравнение цепи электропневматического распределителя, с включенными Х и НЦ:
B1 = x × a0.
С логической операцией x – a0 возбуждение катушки B1 было
бы ограничено несколькими мгновениями, требующимися для размыкания контакта a0 после начала движения цилиндра. Но происходит
самоблокировка катушки В1 за счет контакта y реле Y. Следовательно, сигнал на катушке B1 будет сохранен до тех пор, пока цилиндр не
дойдет до конца рабочего хода и не произойдёт срабатывание датчика
а1.
295
Функцией данного датчика является снятие самоблокировки B1
для:
 возврата цилиндра под действием пружины электропневматического распределителя, реагирующего на пропадание
возбуждения катушки B1;
 автоматического запуска нового цикла после срабатывания
a0.
Уравнение цепи B1 приобретает следующий вид:
B1 = Y = x × a0 + y × a1
Уравнения ходов можно написать следующим образом:
A+ = B1
A- = B1.
Упражнение 10
УПРАВЛЕНИЕ ЦИЛИНДРОМ ДВУСТОРОННЕГО
ДЕЙСТВИЯ В РЕЖИМЕ НЕПРЕРЫВНОГО ЦИКЛА
И ОДИНОЧНОГО ЦИКЛА С ПОМОЩЬЮ
МОНОСТАБИЛЬНОГО СИЛОВОГО РАСПРЕДЕЛИТЕЛЯ
ИЗ ПОЛОЖЕНИЯ А+ В АОсуществить рабочий ход цилиндра из положения А+ в положение А- (втягивание штока цилиндра) можно следующим образом.
В силовой цепи: изменить линию питания между моностабильным распределителем и цилиндром, то есть запитать штоковую полость цилиндра с помощью выхода 2.
В цепи управления: соединение между штоковой полостью цилиндра и выходом 4 сохраняется. Моностабильный распределитель
должен сработать до подачи команды начала цикла.
296
Схемы для выполнения упражнения.
Пневмосхема представлена на рис. 18.29.
Рис. 18.29. Схема пневматическая
1. Работа в непрерывном цикле.
При подаче питания только в силовую цепь поршень будет
находиться в конце отрицательного хода и воздействовать на датчик
a0, контакт которого замкнут, но еще не активен.
В момент подачи питания в электрическую цепь, еще до подачи
команды НЦ, катушка B1 сработает при помощи контакта a0.
Благодаря наличию моностабильного электрического распределителя, сигнал а0, пропадающий, как только цилиндр начинает движение, сохраняется схемой с самоблокировкой Y для сохранения
движения цилиндра.
При срабатывании датчика a1 в то же мгновение наблюдаем:
 аннулирование самоблокировки a0 с помощью Н.З. контакта a1;
297
 включение самоблокировки цепи Y, с помощью которой
цилиндр остается в выдвинутом положении.
При срабатывании НЦ, сохраненного самоблокировкой X (так
как цикл непрерывный), самоблокировка Y аннулируется размыканием Н.З. контакта х. Катушка В1 обесточивается и позволяет цилиндру
выполнить рабочий ход.
При новом срабатывании датчика a0 повторяется вышеописанное.
Следовательно, условий возбуждения катушки B1:
- два до начала цикла:
1) a0 + y × a1 - в момент подачи питания в электрическую
цепь и когда цилиндр выполняет ход A+;
2) a1 × x - в течение времени, когда цилиндр находится в выдвинутом положении;
- одно во время циклов: a0 + y × a1.
2. Работа в одиночном цикле.
Наличие a1, соединенного последовательно с НЦ, необходимо
для выполнения запуска цикла с защитой в начальном выдвинутом
положении цилиндра.
При подаче питания в электрическую цепь срабатывает катушка
B1, так как Н.З. контакт x остается замкнутым из-за отсутствия команды НЦ.
Для исключения преждевременного замыкания этого контакта,
нажатие НЦ и a1 фиксируется с помощью реле Х на время хода A-.
Датчик a0, присутствующий в виде Н.З. контакта y в цепи самоблокировки, отключает запоминание и снова замыкает Н.З. контакт x для
нового возбуждения катушки В1, необходимого для установки цилиндра в исходное положение.
Для схемы работы в непрерывном цикле в качестве датчика а1
необходимо использовать электромеханический концевой выключатель из-за наличия у него отдельных Н.З. и Н.О. контактов.
298
Упражнение 11
УПРАВЛЕНИЕ ЦИЛИНДРОМ ДВУСТОРОННЕГО
ДЕЙСТВИЯ В РЕЖИМЕ НЕПРЕРЫВНОГО ЦИКЛА
И ОДИНОЧНОГО ЦИКЛА С ПОМОЩЬЮ
БИСТАБИЛЬНОГО СИЛОВОГО РАСПРЕДЕЛИТЕЛЯ
ИЗ ПОЛОЖЕНИЯ А- В А+
В одной схеме реализованы два цикла работы (автоматический и
одиночный), активизируемые двумя отдельными кнопками.
Благодаря наличию датчика а0 одиночный цикл всегда будет «с
защитой в начале цикла».
Схема для выполнения упражнения.
Пневмосхема представлена на рисунке 18.30.
Рис. 18.30. Схема пневматическая
Схема с бистабильным электрическим распределителем.
299
Контакты АЦ (автоматический цикл) и ОЦ (одиночный цикл)
включаются кнопками с фиксацией.
Для обеспечения автоматического цикла нажимается контакт
АЦ.
Катушка B1 должна иметь «свой» контакт, то есть она не должна быть соединена параллельно с катушкой Х, так как иначе при
нажатии на кнопку ОЦ включилась бы цепь самоблокировки АЦ.
Уравнения:
В непрерывном цикле:
X=(НЦ + 𝑥 ) × КЦ
B1=Y=a1×x + a0 + y × a1
В одиночном цикле:
X=(НЦ×a1+x)×𝑎0
B1=𝑥
В случае прекращения подачи электроэнергии: если цилиндр
производит рабочий ход, то он будет его продолжать до остановки в
положении A+ или A-.
При возобновлении подачи электроэнергии: цилиндр немедленно вернется в исходное положение, так как датчик а1 подаст сигнал
на катушку В2.
На рис. 18.31 представлены символы на пневматических и электрических принципиальных схемах.
300
Рис. 18.31. Символы на пневматических
и электрических принципиальных схемах
301
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Перспективы применения гидро- и пневмоприводов в робототехнике во многом зависят от того, насколько быстро и эффективно
будут использованы передовые достижения в электронике, материаловедении, теории управления и других областях науки и техники.
Как было сказано выше, одним из основных недостатков гидропривода и, в особенности, пневмопривода является высокая податливость двигателя, которая, к тому же, изменяется в зависимости от
давления рабочей среды и объемов полостей, а для жидкости — и от
содержания воздуха в ней. Этот и ряд других недостатков (чувствительность к изменению температуры рабочей жидкости в гидроприводе, силовой и инерционной нагрузки в пневмоприводе и т. п.) могут
быть преодолены, если применить более сложные (адаптивные) алгоритмы управления.
Кроме того, с помощью компьютерного управления можно получать информацию о фазовых переменных состояния приводов без
установки соответствующих датчиков. Например, информацию о скорости, ускорении выходного звена привода или о давлении в рабочих
полостях двигателя можно получить, используя только сигнал от датчика перемещения выходного звена. Для мехатронных систем со многими степенями подвижности, какими являются роботы и манипуляторы, это преимущество имеет важное значение.
Важной задачей также является совершенствование распределительных устройств (электрогидравлических и электропневматических
усилителей мощности), которые являются связующими звеньями
между управляющим и силовым контурами приводов. Динамические
и точностные, а также надежностные показатели гидро- и пневмоприводов во многом зависят от качества распределителей.
Повышение точности и стабильности характеристик пропорциональных клапанов достигается введением обратной связи по перемещению затвора. В ряде случаев оказывается целесообразным иметь
также контуры обратных связей по выходному давлению, расходу рабочей среды и др.
302
Перспективы развития силового контура гидравлических и
пневматических приводов связаны с совершенствованием двигателей
и источников питания.
Известно, что гидропривод по экономичности уступает электроприводу, поскольку для первого характерны дополнительные потери:
из-за двойного преобразования энергии (электрическая энергия сначала преобразуется в гидравлическую, а затем – в механическую) и
из-за свойственных гидроприводу дополнительных потерь при преобразовании гидравлической энергии в механическую (в основном – на
дросселирование потоков жидкости). Оба вида потерь можно свести к
минимуму путем совершенствования источника питания, а также алгоритма и системы управления гидроприводом.
Стоимость пневматической энергии в несколько раз выше стоимости электрической энергии. Однако во многих случаях стоимость
собственно пневмопривода оказывается ниже (иногда до двух раз)
стоимости электропривода. Поэтому, если потребление воздуха не
особенно велико и затраты на него малы относительно капитальных
затрат, которые необходимы для установки электропривода, то применение пневмопривода может оказаться экономически выгодным.
Что касается воздействий на окружающую среду, то со стороны
гидропривода — это шум и загрязнение среды маслом или другой рабочей жидкостью. Для ослабления шума проводятся работы по совершенствованию элементов гидропривода, виброизоляции насосных
агрегатов. Утечки жидкости ликвидируются повышением качества
уплотнений — совершенствованием их геометрии, использованием
новых синтетических материалов, созданием новых конструкций.
Пневмопривод загрязняет окружающую среду выхлопным воздухом,
содержащим масло; выхлопные потоки создают также характерный
шум. Борьба с этими факторами заключается в установке в выхлопных каналах фильтроглушителей, в переходе на воздух, не содержащий смазки, создании пневмоустройств, способных работать весь
срок службы на консистентной смазке, внесенной в конструкцию на
этапе изготовления.
303
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Бабин А.И., Санников С. П. Автоматизация технологических
процессов. Элементы и устройства пневмогидроавтоматики: Учеб.
пособие. – Екатеринбург: Урал. гос. лесотехн. ун-т, 2002. – 144 с.
2. Башта, Т. М. Гидравлика, гидравлические машины и гидравлические приводы: учебник / Т. М. Башта, С. С. Руднев. – М.: Машиностроение, 1982. – 424 с.
3. Галдин Н.С. Основы гидравлики и гидропривода: Учеб. пособие. – Омск: Изд-во СибАДИ, 2006. – 145 с.
4. Гидравлика и гидропривод (краткий курс): Учеб. пособие.
/Сост.: З.Л. Финкельштейн, В.Г. Чебан – Алчевск: ДГМИ, 2001. –
164с.
5. Гидравлические и пневматические приводы промышленых
роботов и автоматических манипуляторов / Г. В. Крейнин, И. Л.
Кривц, Е. Я. Винницкий, В. И. Ивлев; Под ред. Г. В. Крейнина. – М.:
Машиностроение, 1993. 304 с.
6. Гидропневмоавтоматика: Учебное пособие / Сост. В. Н. Гудинов, Н.Г. Скабкин, И.А. Семенова – Омск: СибАДИ, 2012. – 92 с.
7. ГОСТ 17398-72. Насосы. Термины и определения – Госстандарт СССР – 06.01.1972. – М.: Изд-во стандартов, 1972. – 39 с.
8. ГОСТ 17411-91 Гидроприводы объемные. Общие технические требования – Госстандарт России – 22.05.1991. – М.: Изд-во
стандартов, 1991. – 7 с.
9. ГОСТ 17752-81 (СТ СЭВ 2455-80) Гидропривод объемный и
пневмопривод. Термины и определения. – Госстандарт России –
31.12.1981. – М.: Изд-во стандартов, 1991. – 71 с.
10. ГОСТ 2.704—2011 Единая система конструкторской документации. Правила выполнения гидравлических и пневматических
схем. – М.: СтандартИнформ, 2012 – 16 с.
11. ГОСТ 2.704-76 ЕСКД. Правила выполнения гидравлических
и пневматических схем – Госстандарт СССР – 30.12.1976. – М.: Издво стандартов, 1977. – 18 с.
304
12. ГОСТ 2.781-96 ЕСКД. Обозначения условные графические.
Аппараты гидравлические и пневматические, устройства управления
и приборы контрольно-измерительные – Госстандарт России –
07.04.1997. – М.: Изд-во стандартов, 1997. – 18 с.
13. ГОСТ 2.782-96 ЕСКД. Обозначения условные графические.
Машины гидравлические и пневматические – Госстандарт России –
07.04.1997. – М.: Изд-во стандартов, 1997. – 16 с.
14. Изучение принципов построения и способов управления
электропневматическими приводами. Комплекс лабораторных работ
для модуля DID-A4-RCC. // Учебный центр Камоцци., 2019, - 33с.
15. Калекин, А. А. Гидравлика и гидравлические машины: учебник / А. А. Калекин. – М.: Мир, 2005. – 512 с.
16. Лебедев, Н. И. Гидравлика, гидравлические машины и объемный гидропривод: учебник / Н. И. Лебедев. – М.: Изд-во Моск. гос.
ун-та леса, 2003. – 232 с.
17. Леканова, Т.Л. Гидро- и пневмоавтоматика: учебное пособие
/ Т.Л. Леканова, В.Т. Чупров; Сыкт. лесн. ин-т. – Сыктывкар: СЛИ,
2012. – 52 с.
18. Нагорный В. С., Денисов А. А. Устройства автоматики гидро- и пневмосистем: Учеб. пособие техн. вузов. – М.: Высш. шк.,
1991. – 367 с.
19. Осипов, П. Е. Гидропривод машин лесной промышленности
и лесного хозяйства: учебник / П. Е. Осипов, В. С. Муратов. – М.:
Машиностроение, 1972. – 320 с.
20. Пневматика для всех. От теоретических основ к практическим навыкам [Электронный ресурс] // Пневматика для всех - Камоцци. URL: https://did.camozzi.ru/#!d01g01s01p01 (дата обращения
25.06.2021).
21. Элементы гидравлических ипневматических систем. [Электронный ресурс] // Учебный курс. URL: https://elearning.academiamoscow.ru/shellserver?id=822508&demo=1&module_id=728748#728748
305
ПРИЛОЖЕНИЕ
Условные графические обозначения пневматических
и гидравлических схем
306
307
308
309
310
311
312
313
314
315
316
317
318
Учебное издание
ЕРОПОВА Елена Валерьевна
ГИДРОПНЕВМОАВТОМАТИКА И ПРИВОД В МЕХАТРОНИКЕ
Учебное пособие
Издается в авторской редакции
Подписано в печать 05.07.21.
Формат 60×84/16. Усл. печ. л. 18,6. Тираж 50 экз.
Заказ
Издательство
Владимирского государственного университета
имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых.
600000, Владимир, ул. Горького, 87.
319