Мембранные и струйные элементы пневмоавтоматики

Современная гидропневмоавтоматика успешно решает задачу создания мобильных систем управления технологическими процессами и машинами, выполняет различные функции управления, логические и вычислительные операции. Структурно такие системы включают источники питания, исполнительные механизмы, датчики, управляющие устройства, коммуникационные каналы и связи. В качестве рабочей среды используется, как правило, сжатый воздух.

Рис. 9.3. Пневмосхема сварочной машины модели МШВ-6301-2

Со сдвоенным мембранным приводом

Из всех пневомэлементов (мембранных, золотниковых, струйных) наибольшее применение находят мембранные и струйные. Такого рода устройства разделяют на аналоговые (непрерывного действия) и дискретные.

Чаще всего в качестве дискретного элемента применяют трехмембранное пневмореле, представленное на рис.9.4.

Реле имеет корпус, образованный четырьмя прямоугольными шайбами, между которыми закреплены упругие плоские мембраны 1, 2, 3, стянутые винтами 7. Кольца и мембраны образуют четыре камеры I-IV (рис.9.4, б). Эффективные площади мембран 1 и 3 равны; они меньше площади мембраны 2. Мембраны связаны по оси жесткости плунжером и представляют собой в комплекте реагирующий орган 4, торцы которого образуют с соплами 5 и 6 пневматические контакты типа сопло-заслонка обратного действия: при замыкании одного контакта другой размыкается. Питание и коммутация камер I-IV осуществляется с помощью каналов 8.

а)

б)

Рис. 9.4. Трехмембранное пневмореле

Камеры II, III глухие. Камера IV соединяется с атмосферой, а камера I – с соплом 6, обеспечивая при этом положительную обратную связь. Если в рабочие полости I и IV подвести воздух под давлением Р ₀, Р ₁, Р ₂, то на мембранах 1, 2, 3 возникнут силы, которые перемещают исполнительный орган. Так, при Р ₁ > Р ₂ результирующее усилие смещает реагирующий орган вниз. Контакт 6 размыкается, а контакт 5 замыкается, при этом изменяется уровень сигнала на выходе.

Для фиксирования заданного положения реагирующего органа в одну из полостей II или III подается подпорное давление. В камеру II подводится подпорное давление Р _п = 0,3 Р ₀, а в камеру III – Р _п = 0,7 Р ₀. Величина подпора в камере II меньше, так как за счет положительной обратной связи силы, действующие на реагирующий орган вниз, больше усилий, действующих в обратном направлении.

При работе элементов струйной пневмоавтоматики используют в основном следующие гидромеханические явления (рис.9.5):

1) изменение сопротивления истечения потока из канала (рис.9.5, а);

2) прерывание воздушной струи (рис.9.5, б);

3) изменение режима течения струи (изменение ламинарного течения на турбулентное) (рис.9.5, в);

4) отклонение струи при соударении с другой (рис.9.5, г);

5) эффект притяжения струи к стенке (эффект «Коанда») (рис.9.5, д).

Преимуществами пневмоэлементов, использующих вышеперечисленные гидромеханические эффекты, являются:

1. Простота конструкции (отсутствие подвижных элементов: плунжеров, пружин, мембран).

2. Высокое быстродействие (в среднем в пределах 0,001 с). Быстродействие определяется временем, протекающим от момента подачи на вход сигнала единичного уровня до момента достижения выходным сигналом своего принятого единичного уровня.

3. Высокие логические возможности. Характеризуются количеством логических функций, реализуемых одним элементом.

4. Высокая помехоустойчивость. Характеризуется максимально допустимым давлением помехи на входе, при котором не нарушается работа элемента.

5. Широкий температурный диапазон работы. Зависит от материала, из которого изготовляется корпус элемента (металл, керамика, пластмасса).

6. Высокая надежность и долговечность. Долговечность зависит от материала, из которого изготовлены элементы.

 

а)	б)
в)	г)	д)

Рис. 9.5. Гидромеханические явления в работе струйных пневмоэлементов

 

Схема элемента, работающего в дискретном режиме по принципу эффекта «Коанда», показана на рис.9.6, а, схема, работающая в режиме усиления при соударении струй, – на рис.9.7.

 

 

Рис. 9.6. Эффект «Коанда»:

P _а - атмосферное давление; P _вх - давление на входе в сопло;

P _вых - давление на выходе из сопла; P _у - давление управления

 

Рис. 9.7. Работа в режиме усиления при соударении струй

На рис.9.8 показана пневмосхема управления возвратно-поступательным прямолинейным перемещением штока пневмоцилиндра с помощью элементов струйной пневмоавтоматики, работающих в режиме логических функций «или – не или».

Рис.9.8. Возвратно-поступательное движение штока пневмоцилиндра с помощью струйных элементов

 

Принцип работы состоит в следующем. Давление питания поступает на струйные элементы и пневмораспределитель. С помощью КП и ВК осуществляется подача давления управления P _у к струйным элементам 1 и 2. Эти элементы управляют переключением пневмораспределителя 4, а он подает давление питания P _п в полость пневмоцилиндра 5. Чтобы система заработала, нужно включить КП (подача давления питания).

Схема работает следующим образом. К элементам 1, 2 и распределителю 4 подается давление питания P _п. Включаем кнопку пуска КП. Давление управления P _у подается в канал 7 элемента 2, в результате чего происходит отклонение основной струи вправо. От элемента 1 струя под давлением P _п по каналам 10 и 8 подается в элемент 2, в результате чего происходит фиксация основной струи в правом положении. От элемента 2 воздух подается в усилитель 3, он переключает пневмораспределитель 4, в результате чего происходит перемещение штока пневмоцилиндра влево. Шток при своем перемещении нажимает на конечный выключатель ВК. Давление управления P _у по каналу 11 подается в струйный элемент 1. Происходит отклонение основной струи вправо. При этом одновременно расфиксируется основная струя в элементе 2, поскольку снимается сигнал в канале 8. Происходит ее выпрямление, и основной поток воздуха поступает в канал 9 элемента 1. Струя в элементе 1 фиксируется в правом положении. Поток воздуха от элемента 1 через канал 12 поступает в усилитель 6. Происходит переключение пневмораспределителя 4. Воздух из распределителя 4 попадает в противоположную полость пневмоцилиндра 5. Шток перемещается вправо. Далее процесс повторяется.