1777

61

Кількість вимірювань – 10. Цикл вимірювань повторити, встановивши тиск Р1 = 2.0 МПа, та Р2 = 2.5 МПа.

Здійснити вимірювання за поданою методикою для положення розподілювача 10, що забезпечує перепуск робочої рідини через регулятор потоку 11.

7.7 Зміст звіту

Вказати тему та мету лабораторної роботи. Зарисувати структурну схему експериментальної установки (рисунок 7.1). Зарисувати форму протоколу (таблиця 7.1).

Середню швидкість пересування поршня визначають за формулою: vCD = l/t, (7.2)

де l=0.05 м – довжина контактної пластини; t – час за секундоміром, с. Значення навантаження розраховують за формулою:

F = Sеф ∆Р ηм,	(7.3)
де Sеф = π(D22 − d22 )/ 4 = 710−4 м2 – ефективна	площа поршня

гідроциліндра 12 (D2 = 0.038 м; d2 = 0.02 м); ∆Р = Р1 – Р2 – тиск у навантажувальному гідроциліндрі, Па; ηм = 0.96 … 0.98 – механічний ККД навантажувального гідроциліндра.

Визначені експериментально та розраховані величини занотувати у таблицю 7.1. За результатами вимірювань побудувати навантажувальні характеристики дросельного гідроприводу.

7.8 Рекомендована література

1.Башта Т.М. и др. Гидравлика, гидромашины и гидропривод.

– 2-е изд., перераб. – М.: Машиностроение, 1982. – С. 391 –

399.

2.Электрогидравлические следящие системы / Под ред. В.А. Хохлова. – М.: Машиностроение, 1971. – С. 59 – 77.

3.Гідроприводи та гідропневмоавтоматика: Підручник / В.О. Федорець, М.Н. Педченко, В.Б. Струтинський та ін. За ред.

В.О. Федорця. – К.: Вища школа, 1995. – С. 168 – 176.

4.Скляревський О.М. Об’ємний гідропривід (основи проектування і розрахунку): Навчальний посібник. – Запоріжжя: ЗНТУ, 2001. – 212 с.

62

8 ВИЗНАЧЕННЯ ЧАСУ СПРАЦЬОВУВАННЯ ПНЕВМОЦИЛІНДРА

8.1 Мета роботи

Ознайомитися з методикою експериментального визначення часу спрацьовування пневмоциліндра та порівняти експериментальні дані з розрахунковими.

8.2 Загальні відомості

Пневмопривід – це система взаємопов’язаних пневмопристроїв, призначених для приведення до руху робочих органів машин або робочих ланок механізмів. Пневматичні приводи широко застосовуються під час автоматизації виробничих процесів у загальному машинобудуванні та верстатобудуванні, у транспортному і поліграфічному машинобудуванні, у ливарному, ковальському та зварювальному виробництвах.

Однією з основних характеристик пневмоприводу є робочий цикл. Це такий період його роботи, після якого всі елементи приводу повертаються у вихідне положення. Робочий цикл пневмоприводу складається з окремих інтервалів часу. Ці інтервали визначаються різними процесами, що відбуваються у пневмоциліндрі. Час спрацьовування пневмоциліндра, звичайно, є основною складовою часу робочого циклу. Це час переміщення поршня тільки в одному напрямку, коли здійснюється або робочий, або холостий хід.

Розрахунок швидкодії пневмоприводу становить задачу динамічного аналізу. Динаміка типового виконавчого пневматичного пристрою описується системою декількох диференціальних рівнянь, розв’язання яких у скінченному вигляді неможливе. З метою спрощення задачі дослідники задавалися низкою припущень. Тільки застосування сучасної обчислювальної техніки дозволило розв’язати ці задачі з достатньою точністю. При цьому розрахункові рівняння подаються у безрозмірній формі, що дає можливість охопити практично весь діапазон пристроїв з різними конструктивними параметрами, що застосовуються у виробництві.

63

Оскільки під час виведення розрахункових формул вжито ряд припущень, без яких теоретичні співвідношення одержати важко, або взагалі неможливо, тому головним критерієм оцінювання методу і точності розрахунку є експеримент.

В основі розрахунків лежить рівняння рівноваги поршня :

P = P1 + P2 + P3 + pатм Fшт ,

(8.1)

де P – результуюча всіх сил, що діють на поршень, окрім сил тиску повітря у порожнинах циліндра, Н; P1 – сила тертя, Н; P2 – сила корисного опору, Н; P3 – вага поршня та приєднаних до нього частин приводу, які рухаються, Н; pатм – тиск повітря навколишнього середовища, Па; Fшт – площа поперечного перерізу штоку, м2 .

Специфікою розрахунку є використання таких безрозмірних параметрів:

– безрозмірне навантаження	χ =	P
			, (8.2)
		pм F

де P – результуюча всіх сил, що діють на поршень, окрім сил тиску повітря у порожнинах циліндра, Н; pм – тиск повітря у магістралі (абсолютний), Па; F – робоча площа поршня, м2 .

–безрозмірний коефіцієнт, що характеризує пропускну

спроможність з’єднуючих ліній приводу	Ω =	µ1	f1	, (8.3)
		µ 2
			f2

де f1 та f2 – площі отворів для входу та виходу повітря у пневмоциліндрі м2 ; µ1 та µ2 – коефіцієнти витрати у лініях, по яких підводиться та відводиться повітря.

–безрозмірний конструктивний параметр N

N = 275,14	µ		d	2	P	,	(8.4)
		1		1	3
		D3			pм S

де µ1 – коефіцієнт витрати для труби, по якій подається повітря; d1 – діаметр труби, по якій подається повітря, м; D – діаметр поршня, м; pм – тиск повітря у магістралі (абсолютний), Па; P3 – вага частин що рухаються поступально, Н; S – хід поршня, м.

64

8.3 Завдання на підготовку до лабораторної роботи

Перед тим як стати до лабораторної роботи, студентам необхідно засвоїти теоретичний матеріал розділу “Пневмоприводи”. Слід приділити особливу увагу з’ясуванню фізичної суті процесів перетворення та передавання енергій в елементах приводу та фізичних принципів, на яких ґрунтується методика визначення швидкісних характеристик пневмоприводу.

В процесі підготовки до лабораторної роботи слід користуватися літературою [1 – 2], конспектом лекцій, а також даними методичними вказівками.

До початку лабораторної роботи слід підготувати ілюстративні матеріали, згідно з вимогами розділу 8.7 даних методичних вказівок, які повинні містити форму протоколу (таблиця 8.1), куди заноситимуться всі величини, одержані з дослідів та в результаті розрахунків.

Таблиця 8.1 – Форма протоколу

п/п

Величини з дослідів

Розраховані величини

Pm

pм

t I

t II

t д

χ

N

Ω

τ

t ф

δ

№

Н

Па

с

с

с

–

–

–

–

с

%

1

2

3

8.4 Контрольні запитання для самоперевірки і контролю підготовленості студентів до роботи

1.Що таке час спрацьовування пнемо циліндра та з яких інтервалів він складається?

2.Які існують безрозмірні параметри пневмоприводу?

3.Які сили діють на поршень під час його руху в пневмоциліндрі?

4.Що являє собою підготовчий період руху поршня, та які фактори визначають його тривалість?

5.Які фактори впливають на тривалість періоду руху поршня?

6.Що являє собою заключний період руху поршня, та які фактори впливають на його тривалість?

65

8.5 Матеріали, інструмент, прилади, обладнання

Об’єктом дослідження є поршневий пневмопривід двобічної дії з вертикальним розташуванням циліндра. Структурну схему лабораторної установки для експериментального визначення часу спрацьовування пневмоприводу наведено на рисунку 8.1.

Компресором повітря нагнітається в ресивер 1, що призначений для накопичення потенціальноїї енергіїї газу (тиску). Через вентиль 2 та пневморозподільник 3 з електромеханічним керуванням повітря потрапляє в одну з порожнин пневмоциліндра 4. З іншої порожнини повітря віддаляється у атмосферу. Вмикання лівої та правої позиціїї пневморозподільника забезпечує прямування газового потоку в штокову або в поршневу порожнини пневмоциліндра.

1

3

2

pм

D	4
	V, p,T
	dшт
	Pm

pатм

Рисунок 8.1 – Структурна схема експериментальної установки

66

Величини основних конструктивних параметрів пневмоприводу наведено у таблиці 8.2.

Таблиця 8.2 – Параметри експериментальної установки

D	dшт	Pп	d1	d2	S	1	2
м	м	Н	м	м	м	–	–
0,1	0,025	50	0,0155	0,015	0,2	0,1	0,12

8.6 Порядок виконання лабораторної роботи

Біля експериментальної установки студенти працюють лише під наглядом викладача або лаборанта, суворо дотримуючись вимог інструкції з охорони праці при виконанні робіт в лабораторіях кафедри “Теплотехніка та гідравліка” .

Підключення кабелю електроспоживання установки здійснюється тільки лаборантом. Забороняється доторкатися до штоку пневмоциліндра та приєднаного до нього вантажу в період руху поршня. Необхідно слідкувати, щоб під час роботи компресора тиск у системі не перевищував граничного значення, встановленого на реле тиску. В противному разі необхідно вимкнути електродвигун компресорної установки.

Роботу біля експериментальної установки студенти здійснюють у такій послідовності.

Пересвідчитися у наявності масла в картері компресора, та в тому, що випускний вентиль 2 знаходиться у закритому положенні.

Встановити необхідне значення тиску повітря на електроконтактному манометрі. Увімкнути компресор натисканням кнопки „пуск”, заповнити ресивер 1 до значення тиску pм = 5,2 кГс/см2. Електродвигун компресора у цей момент повинен вимкнутися автоматично.

Встановити задану величину вантажу. Відкрити вентиль 2. Встановити стрілки секундоміра на 0.

Увімкнути пневморозполільник 3 та здійснити один хід поршня пневмоциліндра 4. Зафіксувати показання секундомірів, записати їх до протоколу та знов повернути у вихідне (нульове) положення. Здійснити ще два увімкнення пневморозподільника з реєстрацією часу заповнювання робочої порожнини пневмоциліндра.

67

Повторити послідовність дій, змінивши величину вантажу, або тиску повітря в компресорі.

Знову зафіксувати показання лічильників часу (занотувати до протоколу) та повернути їх у вихідне положення. До протоколу слід також занести значення атмосферного тиску pатм (за показаннями барометра), та значення тиску в ресивері (магістральний тиск pм ) за показаннями манометра.

Примітка. Значення магістрального тиску pм слід записати по абсолютній шкалі.

8.7 Зміст звіту

Вказати тему та мету лабораторної роботи. Записати формули (8.1), (8.2), (8.3), (8.4) з поясненням величин, що в них входять.

Зарисувати структурну схему експериментальної установки (рисунок 8.1). Зарисувати форму протоколу (таблиця 8.1). Занести до протоколу всі величини, визначені з експерименту (дослідні).

Час спрацьовування пневмоциліндра (час прямого ходу поршня) складається з трьох інтервалів:

Tп.х. = t I + t II + t III ,

(8.5)

де Tп.х. – час прямого ходу поршня, с; t I – час підготовчого періоду,

с; t II – час руху поршня, с; t III – час заключного періоду, с.

Час підготовчого періоду t I , в свою чергу, теж складається з

трьох інтервалів часу:
t I = t1 + t2 + t3 ,	(8.6)

де t1 – час спрацьовування розподільника, що визначається за його характеристикою, яка залежить від конструкції (у більшості випадків

t1 = 0,007…0,07	с); t2 – час	розповсюдження ударної хвилі, що
визначається за	формулою	t2 = lт a (тут lт – довжина
трубопроводу, м;	a – швидкість розповсюдження звуку в повітрі, м/с)

t3 – час підвищення тиску в порожнині пневмоциліндра (залежить від

величини початкового об’єму порожнини та заданого рівня тиску у вихлопній порожнині).

68

Час заключного періоду t III визначається кінцевим значенням тиску p2 повітря у робочій порожнині, яке задається технологічним процесом. Якщо p2 = pм , то наприкінці процесу наповнювання

порожнини тиск підвищується дуже повільно. При цьому крива тиску асимптотично наближується до горизонтальної лінії, яка відповідає магістральному тиску. У приводах, не призначених для затискання чи фіксації під навантаженням виконавчого органу, цей період не береться до уваги, оскільки на час спрацьовування не впливає.

Завдяки тому, що t1 та	t2 є незначними	величинами, то з
достатньою точністю можна	вважати, що час спрацьовування
пневмоциліндра містить у собі	суму періодів t I	= t3 та t II , які

визначаються за показами секундомірів. Значення відповідних періодів визначають як середнє арифметичне за трьома значеннями

незалежних дослідів при постійному тиску pм. Тиск повітря у

заводських мережах лежить у межах від 0,4 до 1 МПа. Практично цей діапазон ще вужчий і лежить у межах від 0,5 до 0,7 МПа за абсолютною шкалою.

Отже дослідне значення часу спрацьовування пневмоциліндра

t д визначають за формулою:
tд = t I + t II .	(8.7)

Розрахункове значення часу спрацьовування пневмоприводу здійснюють за спрощеними формулами у такій послідовності.

Розраховують силу P за формулою (8.1). У загальному випадку сила тертя P1 є змінна величина, яка залежить від швидкості поршня. Оскільки силу P1 важко виразити в аналітичній формі, то її

розглядають як суму двох складових: сталої та змінної. У пневмоприводах, навантажених постійною силою, частіше враховується тільки стала складова сили тертя. У приводах, які застосовуються у машинобудуванні, ця сила коливається у межах від 10 до 30 % від повного навантаження P . У лабораторній роботі слід

прийняти P1 = 0,3 P3 .

У більшості випадків сила корисного опору P2 визначається

функціональним призначенням пневмоприводу і є основним,

69

визначальним навантаженням на привід. У лабораторній роботі корисне навантаження імітується вагою приєднаної маси Pm , яка є

складовою сили P3 , тому вважаємо, що P2 = 0.

Якщо привід розташований вертикально, то сила P3 складається з ваги поршня зі штоком Pп та ваги приєднаної маси Pm , яка в лабораторній роботі може змінюватися від 0 до 150 Н ( P3 = Pп + Pm ).

Нехтуючи добутком pатм Fшт, одержуємо:
P = 1,3 (Pп + Pm ).	(8.8)

Далі визначають безрозмірні параметри приводу.

За формулою (8.2) визначають безрозмірне навантаження χ .

Для одержання достатньої швидкодії оптимальне навантаження знаходиться у межах χ = 0,4…0,5. У лабораторній установці штокова

порожнина є робочою, тому F = π (D2 − dшт2 )4 , де D та dшт відповідно діаметри поршня та штока.

За формулою (8.4) визначають безрозмірний конструктивний параметр N .

Безрозмірний коефіцієнт Ω , що характеризує пропускну спроможність з’єднуючих ліній приводу, визначають за формулою

(8.3), у якій відповідні площі f	1	= π d	2	4 та	f	2	= π d	2	4
			1					2

визначають у залежності від величин діаметрів вхідного d1 та вихідного d2 отворів.

На підставі визначених безрозмірних параметрів розраховують відносний час спрацьовування пневмоциліндра τ за однією з формул:

для 0 ≤ N ≤ 1		1,16 (Ω − 3,06)
	τ =				(8.9)
		Ω (1− 0,9 χ )
для 1 < N ≤ 5
τ =	0,35 (Ω − 3,05) [(1,6 Ω − Ω − 0,85) N − 5]				(8.10)
		Ω (1− Ω ) (1− 0,9 χ )

70

Дійсний час	спрацьовування			приводу t ф		визначається за
формулою:	1,31 10−3 S D
τ ф =				2	τ	(8.11)
		µ	d 2
	1		шт

Точність визначення часу спрацьовування пневмоприводу оцінюють відносним порівнянням розрахованого ( t ф ) та

експериментально визначеного ( t д ) часів:
δ =	tф − tд	100	(8.12)
	tф

Після цього робиться висновок у відповідності до мети роботи.

8.8 Рекомендована література

1.Нагорный В.С., Денисов А.А. Устройства автоматики гидро- и пневмосистем: Учеб. пособие техн.. вузов. – М.: Высш.

шк.., 1991. – С. 165-197.

2.Герц Е.В., Крейнин Г.В. Расчет пневмоприводов. Справочное пособие. – М.: Машиностроение, 1975. – С. 41 – 71.

3.Гидроприводы и гидропневмоавтоматика станков /В.А.Федорец, М.Н.Педченко, А.Ф.Пичко и др.; Под ред.

В.А.Федорца. – К.: Вища шк., 1987. – С. 250 – 264.