Пневмоника. Пневмоника — копия. Пояснительная записка 19с., 8 рисунков, 3 источника. Пневмоника, струйная пневмоавтоматика

• Название: Пояснительная записка 19с., 8 рисунков, 3 источника. Пневмоника, струйная пневмоавтоматика
• Анкор: Пневмоника
• Дата: 09.03.2022
• Размер: 226.34 Kb.
• Имя файла: Пневмоника — копия.docx
• Тип: Пояснительная записка; #387976

РЕФЕРАТ

Пояснительная записка: 19с., 8 рисунков, 3 источника.

ПНЕВМОНИКА, СТРУЙНАЯ ПНЕВМОАВТОМАТИКА

Предметом исследования является струйная пневмоавтоматика.

Цель работы –знакомство с такой отраслью пневматики, как пневмоника или струйная пневмоавтоматика.

Оглавление

6 Логические элементы 10

Логический элемент 2ИЛИ/2ИЛИ-НЕ. Возьмем нашу исходную схему, но со стороны стабильного выхода управляющий вход будет иметь две подводные трубки — А и В. 10

Логический элемент 2И/Исключающее ИЛИ Однако одной стрелочки маловато будет — схемы на одном типе элемента получаются довольно избыточными. 11

1 Пневмоника

Пневмоника, струйная пневмоавтоматика, отрасль пневмоавтоматики, связанная с изучением, разработкой и применением устройств (элементов), действие которых основано на использовании аэрогидродинамических эффектов — на взаимодействии струй, отрыве потока от стенки, турбулизации течения в ламинарной струе, дросселировании потоков, вихреобразовании.

  В дискретных элементах, использующих взаимодействие струй, вытекающие из входных каналов струи отклоняют др. струи, поступающие из канала питания или из др. входных каналов; при этом давление и расход воздуха на выходе элемента изменяются по релейной характеристике. В элементах, работающих с отрывом потока от стенки, для получения релейной характеристики и запоминания сигналов используются свойства пристеночных течений. В элементах, действие которых основано на турбулизации течения, релейность характеристик получается при переходе от ламинарной к турбулентной форме течения. Различные аэрогидродинамические эффекты используются и в непрерывно действующих элементах П. Функции управляемых дросселей (проточных пневматических сопротивлений), создающих перепады давления в потоках, выполняют вихревые струйные элементы, в которых выходное давление изменяется вследствие завихривания потока под действием струи, вытекающей из канала управления.

 

2 Производство элементов и устройств пневмоники

Элементы и устройства П. изготовляют преимущественно из пластмасс посредством прецизионного литья, штамповки или фотохимического травления, при которых на поверхности плоских пластин создаются углубления — струйные элементы и коммуникационные каналы. При перекрытии таких пластин крышками с отверстиями для подвода и отвода воздуха (питание, входные и выходные сигналы) получают готовые устройства П.

  Струйные элементы различных типов применяют в системах П. низкого давления (избыточные входные и выходные давления 0,1—1 кн/м²) и в комбинированных струйно-мембранных системах автоматики (максимальные стандартные давления входных и выходных сигналов системы 100 кн/м²).

  

3 Структура устройств пневмоники

В устройствах П. применяют активные элементы, имеющие входные и выходные каналы и канал питания, и пассивные элементы, в которых канал питания отсутствует. Питание устройств П. осуществляется от компрессоров, от баллонов со сжатым воздухом либо от центральной системы питания, в которую воздух нагнетается компрессором. Для обеспечения безотказной работы приборов П. в условиях, когда воздух содержит пыль, система питания выполняется полузамкнутой (часть воздуха с выходов пневмоэлементов поступает обратно в каналы питания) и в зоне расположения элементов создаётся небольшое избыточное давление, препятствующее проникновению частиц пыли извне.

 

4 Применение элементов пневмоники

Устройства П. применяют в промышленных системах автоматического управления, выполняющих различные логические функции, и в системах, содержащих цифровые счётчики, сдвигающие регистры, блоки поразрядного сравнения чисел. С их помощью производят дискретные операции (суммирование сигналов, поразрядное сравнение кодов) и аналоговые (преобразование и усиление сигналов, их частотную модуляцию).

На элементах П. строят устройства, измеряющие входные параметры автоматических систем — скорость течения, расход, абсолютное давление газа, отношение давлений, температуру, время, линейные размеры, частоту вращения, ускорение, силы, моменты, некоторые магнитные и электрические величины. Элементы П. применяют в промышленных регуляторах, индикаторах концентрации газов, индикаторах положения предметов и др. устройствах, предназначенных для автоматизации технологических процессов в нефтеперерабатывающей, газовой и химической промышленности, в машиностроении и др. Разработаны элементы и устройства П. для систем управления энергетическими объектами, с.-х. техникой, транспортом. Устройства П. нормально функционируют при высоких и низких температурах, пожаро- и взрывобезопасны, не боятся инерционных перегрузок и вибраций, не подвержены влиянию радиации. Поэтому их используют в авиационной, ракетной и космической технике, в ядерной энергетике. Элементы П. применяют и в медицинской аппаратуре, например в системах управления аппаратами искусственного кровообращения и дыхания и др.

Основные элементы П. предназначены для работы с малыми затратами энергии (обычно  10^-2 вт); по аналогии с этими элементами строят струйные переключатели мощных потоков газа для управления вентиляционными системами, для совершенствования процессов улавливания дыма, выходящего из заводских труб, для управления тягой реактивных двигателей летательных аппаратов. На тех же принципах, на которых основано действие устройств П., создают устройства гидравлической струйной техники.

5 Простейшие элементы пневмоники
Струйная техника (пневмоника) коренным образом отличается от всех ранее известных пневматических датчиков. В элементах струйной техники полностью отсутствуют какие-либо подвижные детали, а управление осуществляется в результате взаимодействия струй воздуха. Приборы струйной техники миниатюрны, в них допустимо применение печатных схем. При построении простейших элементов используют аэродинамические эффекты взаимодействия струй и обтекания струями стенок. Низкое давление воздуха (200 — 500 кгс/м²) — тоже преимущество этих элементов. Простейший струйный элемент показан на рисунке 1. С увеличением управляющего давления Р_у питающая струя Р_п все больше отклоняется от Р_вых1, и выходное давление Р_вых2 растет в функции от Р_у по характеристике, показанной на рисунке 1, а.



Рисунок 1 - простейший струйный элемент:

а — схема; б — зависимость выходного давления от давления управления.
Применяют также струйные элементы с прилипанием струи к стенке (эффект Коанда). На рисунке 2, а струя Р_п, выходящая из сопла 1, протекает вдоль стенки 4, в которой имеется канал управления 2. При отсутствии управляющего давления Р_у в канале 2 струя воздуха течет вдоль стенки и попадает в канал 3. При постепенном увеличении давления Р_у первоначальное направление струи не изменяется. Затем при некотором увеличенном значении Р_у струя отрывается от стенки 4 и скачком направляется в канал 5.



Рисунок 2 струйные элементы с прилипанием струи:

а, в-ж — схемы; б — зависимость выходного давления от управляющего
При уменьшении давления Р_у струя снова скачком возвращается к стенке. Часто давление Р_у, при котором происходил отрыв струи от стенки, не совпадает с давлением Р_у при возвращении струи к стенке, образуя петлю изображенную на рисунке 2, б. На рисунке 2, в показан элемент с двумя каналами 1 и 2. Отрыв от стенки может быть при управляющем давлении Р_у1 или Р_у2, а также при одновременном действии обоих давлений Р_у1 и Р_у2. Этот же элемент может являться струйным датчиком запоминания сигнала, если один из каналов управления, например 4 (рисунок 2, г), является каналом обратной связи, к которому по каналу 3 подводится выходное давление Р_вых из камеры 6. Если к каналам 1 и 4 не подводится давление, то струя обтекает стенку 5, при подаче давления в канал 1 струя отрывается от стенки 5 и попадает в камеру 6, из которой по каналам 3 и 4 подводится давление Р_вых, и струя поддерживается оторванной от стенки 5 после отключения давления Р_у. Для снятия давления Р_вых из камеры 6 и из канала 4 необходимо подать давление управления в канал 2.

На рисунке 2, д показаны схемы работы аэродинамического датчика колебаний. Струя, обтекая стенку 2, попадает в приемный канал 3 и постепенно повышает давление в камере 4 (рисунок 2, е), создавая противодавление струе и отрывая ее от стенки 2. При этом в камере 4 давление постепенно падает, после чего струя снова начинает обтекать стенку 2 и т. д. Частота колебаний зависит от объема камеры 4, а амплитуда — от процeсcа, связанного с обтеканием стенки. Если к камере 4 присоединить камеру 6 через дроссель 5 (рисунок 2, ж), то можно изменить амплитуду колебаний.
Струйные элементы применяют во многих автоматических системах управления различных машин. Струйная техника нашла применение при модернизации сверлильного автомата; пневматика была заменена пневмоникой. На схеме (рисунок 3) управления сверлильного автомата показано, что при перемещении шпинделя 1 в верхнее положение кольцо 2, закрепленное на нем, закрывает конец трубки 4, и струя воздуха поступающая в струйный элемент 7 благодаря управляющей струе воздуха из трубки 6, направляется по трубке 9, перемещая золотник 11 вниз.



Рисунок 3 - схема струйного управления сверлильного автомата
Сжатый воздух из магистрали 10 действует на поршень 12, опуская шпиндель 1вниз для сверления отверстия. В нижнем положении кольцо 2 шпинделя 1 закрывает конец трубки 3, и струя воздуха направляется в трубку 5 благодаря управляющей струе воздуха из трубки 8. Поршень 12 перемещается вверх, и воздух из магистрали 10 поднимает шпиндель 1 в верхнее положение. Применение пневмоники позволило упростить конструкцию и увеличить производительность сверлильного автомата в 2 раза.
Параллельно со струйной и мембранной техникой начали применять струйно-мембранные элементы которые имеют ряд преимуществ по сравнению с чисто мембранными устройствами — меньшие габариты, меньшее количество подвижных и упругих деталей, что повышает надежность. Недостаток этих элементов по сравнению со струйными — повышенный расход воздуха.
6 Логические элементы

Логический элемент 2ИЛИ/2ИЛИ-НЕ.
Возьмем нашу исходную схему, но со стороны стабильного выхода управляющий вход будет иметь две подводные трубки — А и В.




Рисунок 4 - базовый элемент на эффекте прилипания струи к стенке


Что будет происходить если мы начнем подавать воздух хотя бы в одну из них? Совершенно верно, на выходе d получим результат операции 2ИЛИ. На выходе u присутствует результат операции 2ИЛИ-НЕ. Поскольку 2ИЛИ-НЕ, или “стрелка Пирса” образует базис для пространства булевых функций от двух переменных, на элементах этого типа возможно собрать абсолютно любую логическую схему.

Логический элемент 2И/Исключающее ИЛИ
Однако одной стрелочки маловато будет — схемы на одном типе элемента получаются довольно избыточными.




Рисунок 5 - логический элемент И
Струйный логический элемент И в двух вариациях. На рисунке б) в выходном сопле появится давление только если на оба входа будут поданы сигналы. В случае только одного из входов — струя прилипнет к одной из стенок — Н1 или Н2 и не попадет на выход. На рисунке в) немного более интересная конструкция. Здесь каждый из входов является управляющим для другой струи. При наличии только одного из сигналов, струя пойдет в выход а или б. Когда присутствуют обе струи, каждая отклоняет другую на прилипающие стенки W1 и W2, тем самым поток начинает идти на выход а*б.

Поскольку эти элементы самопитающие — у них нет сопла питания — они не могут быть переоборудованы в полноценный 2И-НЕ, ибо при отсутствии обоих входных сигналов ни один выход не будет “сопеть”. Зато прекрасно сойдут за Исключающее ИЛИ — объединяем в один канал а+б и получаем нужный результат.
7 - Ячейка памяти
Для компьютера важно сохранять данные для работы — как минимум нужны регистры, как максимум ОЗУ и ПЗУ.

С временной ячейкой памяти все довольно просто — берем элемент 2ИЛИ и подключаем один из входов на выход d. Получится элемент с положительной обратной связью. Стоит нам подать сигнал на выход А, как элемент переключается, с выхода d струя начнет поступать на вход B и элемент останется в таком состоянии пока не прекратится подача питающей струи. Либо мы можем подать струю на вход Б или Г и выключить элемент.


Рисунок 6 - взаимодействие струй с положительной обратной связью.


Постоянную память можно организовать с помощью двух сред.

Одна среда — жидкость — может принимать одно положение из двух:





Рисунок 7 - струйный элемент с памятью. Буквами обозначены потоки, реализующие операции введения в память S, сброс памяти L, считывание R.


Подавая давление на вход S или L, мы можем перемещать каплю жидкости между камер. А оценивая закрыт или открыт канал R, можем считывать данные из ячейки.





Рисунок 8 - вариант контроля. При закрытом выходе давление пойдет в атмосферное окно. Там вполне может стоять схема считывания.


Еще вариант подавать небольшое давление на вход L, недостаточное для переключения состояния ячейки памяти. Выход R при этом либо будет "сифонить", либо нет.


Такой элемент, разумеется, работает только при определенном положении в пространстве.

8 Генератор импульсов
Если к выходу u подключить замкнутую камеру, то мы получим генератор импульсов. Пока давление в камере меньше критического, струя воздуха через канал U продолжает поступать в резервуар. При превышении — давление камеры передавливает струю, буквально выдувает ее из канала u и отрывает ее от стенки, в результате чего она начинает поступать в канал d. При этом выходящая из резервуара струя некоторое время работает как управляющая. Также происходит эжектирование воздуха из резервуара. Постепенно давление в резервуаре падает и струя возвращается в исходное состояние. Цикл повторяется.



Рисунок 9 - принцип работы генератора импульсов
ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате работы была рассмотрена струйная пневмоавтоматика, как отрасль пневматики, ее структура, применение и производство. Определено использование логических элементов в пневмонике на примере ячейки памяти и применение струйной пневмоавтоматики в производстве на примере генератора импульсов.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. 
   Залмазон Л.А. Теория элементов пневмоники [Текст]. М. изд. Наука. 1968г. 508с.
   

2. 
   Рехтен А.В. Струйная техника: Основы, элементы, схемы [Текст]. М. изд. Машиностроение, 1980, 237с.
   

3. 
   Лебедев И.В., Трешкунов С.Л. Яковенко В.С, Элементы струйной автоматики [Текст]. М. Машиностроение, 1973. 360с.