АКАДЕМИЯ НАУК
СССР
Л.А.ЗАЛ МАНЗОН
ПНЕВМОНИКА
АКАДЕМИЯ НАУК СССР
Научно-популярная серия
Л. А. ЗАЛМАНЗОН
ПНЕВМОНИКА
Струйная пневмоавтоматика
ИЗДАТЕЛЬСТВО «НАУКА»
Москва 1965
В книге рассказывается о новой отрасли пневмо-
гидроавтоматики, получившей название струйной ав-
томатики, или же, применительно к пневматическим
системам, названной по аналогии с электроникой
«ппевмоникой». Приборы нового типа отличаются тем,
что все производимые в них операции, вплоть до вы-
полнения сложных логических функций, запоминания
сигналов и др., основаны па использовании гидро-
аэродивамических эффектов; в приборах отсутствуют
какие бы то ни было механические подвижные части.
Для приборов струйной автоматики характерно то,
что они изготовляются способом, аналогичным типо-
графскому способу печатания книг. Новый принцип
построения приборов пневмогидроавтоматикп дает ряд
важных технических преимуществ. Стоимость изготов-
ления приборов струйной автоматики много ниже,
чем приборов других типов. Наряду с ранее извест-
ной широкой областью применения пневмогидроавто-
матики, приборы струйной автоматики начинают ис-
пользоваться в областях, для которых рапсе счита-
лось возможным применение лишь средств электрони-
ки — специализированные цифровые информационные
и управляющие машины и др.
1.
Струйная автоматика —
новая отрасль техники
Пневмоавтоматика с каждым годом приобретает
все большее значение для современной техники. Пневма-
тические приборы широко применяются при автоматиза-
ции производственных процессов и при управлении энер-
гетическими установками.
В различных отраслях промышленности Советского
Союза сейчас используются приборы, построенные на
элементах универсальной пневматической системы про-
мышленной пневмоавтоматики (сокращенно — УСЭППА),
разработанной в Институте автоматики и телемеханики
(лаборатория проф. М. А. Айзермана) и на заводе «Тиз-
прибор». Разработка УСЭППА была отмечена в 1964 г.
Ленинской премией. Операции в приборах, построенных
на элементах УСЭППА, выполняются с помощью меха-
нических подвижных деталей — резиновых мембран,
контактов типа сопло—заслонка и других1.
Исследования, проведенные в лаборатории проф.
М. А. Айзермана, привели к созданию также и другого
направления в технике построения приборов пневмогид-
роавтоматики. Было показано, что принципиально воз-
можно выполнение на потоках, без использования каких
бы то ни было механических подвижных частей, не только
простейших, но и сложных первичных операций, необхо-
димых для построения современных приборов контроля
и управления. К числу таких операций, выполняемых
1 См. Т. К. Берендс, Т. К. Ефремова, А. А. Тага-
о в с к а я, А. А. Таль. Элементный принцип в пневмоавтоматике.
«Приборостроение». 1963, № 11.
3
на основе взаимодействия струи и при использовании
свойств пристеночных течений, относятся получение одно-
значных и петлевых релейных характеристик, логические
операции, запоминание сигналов, генерирование колеба-
ний наперед заданной частоты и амплитуды. В приборах
нового типа рабочей средой служит воздух или другие
газы, либо капельные жидкости.
Исследования также показали, что при использовании
гидроаэродинамического принципа построения элементов
как сами элементы, так и построенные на них приборы мо-
гут изготовляться методом печатных схем, в какой-то
мере аналогичным методу печатных схем, принятому в
электронике, и еще в большей степени напоминающим
типографский способ печатания книг.
Обе особенности — выполнение всех операций на пото-
ках без использования в первичных элементах и приборах
каких бы то ни было механических подвижных частей и
изготовление приборов способом печатных схем — отли-
чают новую область техники контроля и управления, по-
лучившую название струйной техники, а для пневматичес-
ких систем называемую пневмоникоп (по аналогии с элек-
троникой).
Приборы струйной техники имеют ряд важных пре-
имуществ. Их применение открывает новые перспективы
использования средств пневмогидроавтоматики.
Элементами гидроаэродинамического действия первич-
ные операции контроля и управления выполняются со
скоростью, в сотни, а в некоторых случаях даже в тысячи
раз превышающей скорость, которая являлась ранее до-
стижимой для приборов пневмогидроавтоматики. Диапа-
зон пропускаемых частот для отдельных элементов
аэродинамического действия ограничен величинами по-
рядка килогерц, тогда как раньше для приборов пневмо-
гидроавтоматики максимальные значения пропускаемых
частот составляли десятки герц.
Приборы струпной техники имеют малый вес и малые
габаритные размеры. При использовании техники печат-
ных схем на струйных элементах можно строить приборы
непрерывного действия, устройства дискретного действия,
выполняющие сложные логические операции, устройства,
аналогичные специализированным электронным управля-
ющим и информационным машинам, и др.
Важным преимуществом приборов струйной автомати-
4
ки является их высокая эксплуатационная надежность
благодаря отсутствию в них механических подвижных
деталей. Для использования струйной автоматики в
некоторых специальных отраслях техники существен-
на также неподверженность приборов пневмоники радиа-
ционным воздействиям, принципиальная возможность их
работы (при соответствующем выборе материалов) как
при сверхнизких, так и при очень высоких температурах,
неподверженность их действию вибрационных нагрузок.
Преимуществом приборов нового типа является так-
же низкая стоимость их изготовления, простота и низ-
кая стоимость эксплуатации. По предварительным под-
счетам, приборы, изготовленные методом печатных схем,
должны быть при массовом производстве во много раз
дешевле любых других известных до сих пор приборов
контроля и управления. Рабочие избыточные давления
управления в пневматических приборах струйной техни-
ки, предназначенных для общепромышленных нужд, рав-
ны всего лишь сотым или тысячным долям атмосферы;
благодаря этому упрощается и удешевляется их эксплуа-
тация. Широкое промышленное внедрение струйной тех-
ники контроля и управления должно дать большой эконо-
мический эффект.
В апреле 1959 г. Институтом автоматики и телемехани-
ки (ИАТ) были сделаны заявки, относящиеся к созданию
струйной техники, по которым в том же году были выданы
авторские свидетельства 1. В конце 1959 г. и в начале
1960 г. на эти изобретения ИАТ были сделаны патентные
заявки за границей, и к настоящему времени они запатен-
тованы в ряде стран1 2.
1 Способ управления пневматическими и гидравлическими эле-
ментами приборов и устройств. Авт. свид. № 124720 с приоритетом
от 13 апреля 1959 г., выданное ИАТ. Пневматическая и гидравли-
ческая система управления и контроля. Авт. свид. № 124719 с
приоритетом от 13 апреля 1959 г., выданное ИАТ.
2 Methode de controle des elements pneumatiques on hydra u-
liques d’appareils et de dispositifs. Патент № 1264482, выданный
во Франции по заявке ИАТ от 26 января 1960 г. Systeme pneu-
matique он hydraulique de controle et de regulation. Патент
№ 1243778, выданный во Франции по заявке ИАТ от 31 декабря 1959 г.
Steurungseinrichtung fur pneumatische oder hydraulische Gerate. Па-
тент № 1136518 класса L 34930 IX в/42 г, выданный в ФРГ по за-
явке ИАТ от 14 сентября 1959 г. Fluid Jet Control Devices.
Патент № 913848, выданный в Англии по заявке ИАТ от 15 декаб-
ря 1959 г., и др.
5
Через несколько месяцев после регистрации в СССР
заявок, относящихся к созданию струйной техники, ана-
логичные авторские заявки были сделаны в США амери-
канскими учеными3. Первые сообщения о работах, нача-
тых в США в этом направлении, появились сразу в целом
ряде американских журналов в марте — апреле 1960 г.,
через месяц-полтора после регистрации в Вашингтоне
советских патентных заявок. В этих сообщениях указыва-
лось, что создание струйной пневмогидроавтоматики яв-
ляется открытием, имеющим важное техническое и эконо-
мическое значение4.
К настоящему времени за границей опубликовано
большое число статей, в которых освещаются вопросы
исследования и конструирования устройств струйной ав-
томатики (см. список литературы в конце книги). Вышли
в свет уже даже обзоры, посвященные истории создания
струйной техники. Очень долго в иностранных источниках
не упоминалось ни о советских авторских свидетельствах,
ни о патентах, выданных ИАТу на эту область техники
за границей, приоритет создания струйной техники при-
писывался американским ученым. Лишь в некоторых из
последних публикаций есть ссылки на советские автор-
ские свидетельства и патентные заявки, сделанные
ИА Том за границей5 6.
За истекшие годы работы по созданию приборов и си-
стем струйной техники далеко продвинулись вперед как
в СССР, так и за границей. Из стадии первых лаборатор-
ных исследований они перешли в стадию промышленного
внедрения.
3 W а г г е n R. W. Fluid Pulse Convertor. Патент США
№ 3001698 с приоритетом от 5 октября 1960 г. Horton В. М. Ne-
gative Feedback Fluid Amplifier. Патент США № 3024805 с прио-
ритетом от 20 мая 1960 г.
4 См., например, «Electronics», vol. 33, N 13, March 25, 1960;
«Washington Science Trends», vol. Ill, N 25, March 8, 1960; «Elect-
ronic Design», vol. 8, March 16, 1960; «Machine Design», vol. 32,
N 6, March 17, 1960; «Product Engineering», vol. 31, N 11, March 14,
1960; «Automatic Control», vol. 12, N 4, April 1960 и др.
6 См., например, R. Е. Во w les, F. Т. В г о w n. Fluid
Systems with no Moving Parts. Proceedings of the 2-d International
Congress of the IFAC, 1963; S. T h e 1 1 i e z. Elements de logique
pneumatiques. «Automatisme», September 1963; F. D i j ksii о о r n,
J. Korobov, L. P u n. Fluid-jet control devices at the Moscow
Institute of Automation. «Control», November 1963, и некоторые др.
6
В брошюре, предлагаемой вниманию читателей, приво-
дятся краткие сведения о принципах построения элементов
и приборов струйной автоматики и рассматриваются обла-
сти применения струйной автоматики в современной тех-
нике. При написании брошюры были использованы дан-
ные, опубликованные ранее в отечественных и в иност-
ранных источниках. Освещению большого опыта, накоп-
ленного в области разработки и исследования приборов
струйной автоматики в СССР, будет посвящено специаль-
ное издание.
2.
Струйные элементы, выполняющие
первичные операции контроля
и управления
Основой струйной автоматики является исполь-
зование гидроаэродинамических эффектов, в частности
эффектов, получаемых при взаимодействии струй и при
обтекании струями стенок, для выполнения всех основных
первичных операций контроля и управления. Отдельные
попытки использовать взаимодействие струй в пневмати-
ческих и гидравлических приборах предпринимались и
раньше. Еще в 1954 г. немецкий конструктор и исследова-
тель Фернер выступил с программой создания вычисли-
тельных устройств, основанных на взаимодействии струй *.
Однако в его работе были рассмотрены лишь некоторые
простейшие функции, и практической реализации в после-
дующие годы струйные элементы не получили.
Развитие струйной автоматики началось лишь после
того, как была выяснена возможность выполнения на по-
токах, без использования механических подвижных
частей, целого комплекса первичных операций контроля
и управления. В этой главе приводятся принципиальные
1 V. Ferner. Nene pneumatische bzw hydraulische Elemen-
te, «Die Technik», H. 6, J uni 1954,
7
схемы струйных элементов, разработанных в Институте
автоматики и телемеханики2.
На рис. 1а показан простейший струйный элемент —
один из основных первичных элементов, используемых
для построения приборов гидроаэродинамического дейст-
вия. Работает он следующим образом. С увеличением дав-
ления Рупр на подводе к каналу управления 2 струя, вы-
текающая из этого канала, все в большей мере отклоняет
от исходного положения (отвечающего значению Рупр = 0)
основную, более мощную струю, выходящую из сопла 1,
к которому рабочая среда подводится с постоянным дав-
лением питания Рпит, и при этом меняется выходное дав-
ление РВых в приемном канале 3.
С помощью струйных элементов этого типа производят-
ся первичные операции, необходимые для построения
приборов непрерывного действия: усиление давлений
рабочей среды, сравнение величин двух давлений, сумми-
рование давлений и др.
Характеристики струйного элемента, показанного на
рис. 1а, зависят от относительного расположения каналов
и значений Рупр при данном давлении питания. Если, на-
пример, при отсутствии избыточного давления в канале
управления 2 струя, выходящая из сопла 1, занимает от-
носительно приемного канала 3 положение, показанное на
рис. 1а, а при максимальном значении давления Рупр —
положение, показанное на рис. 16, то Рвых изменяется в
функции от Рупр по характеристике, приведенной на
рис. 1в. Если же приемный канал 3 расположен относи-
тельно сопла 1 так, что при отсутствии избыточного давле-
ния в канале 2 струя, выходящая из сопла 1, занимает
положение, показанное на рис. 1г, кривая имеет вид,
представленный на рис. 16. При соединении приемного
канала такого инверсного струйного элемента с каналом
управления следующего такого же элемента по схеме,
показанной на рис. 1е, получается характеристика, пока-
занная на рис. 1ж, аналогичная приведенной на рис. 1в
характеристике элемента прямого действия (последняя
для сравнения показана на рис. 1ж пунктирной линией),
но имеющая больший уклон. При таком же соединении
2 См. Струйные приборы контроля и управления и техника
пневматических печатных схем. «Автоматика и телемеханика»,
1963, т, XXIV, № 8,
8
2 л. А. Залманзон
нс двух, а трех инверсных элементов снова получается
характеристика инверсного элемента, аналогичная пока-
занной на рис. 1д, но идущая с еще большим наклоном
(рис. 1з),' и т. д. Таким образом получаются струйные
элементы — усилители давления.
Показанный на рис. 1г струйный элемент при исполь-
зовании в нем сопла 1 в качестве одного из каналов управ-
ления, при соответствующем расположении этого канала,
канала управления 2 и приемного канала 3 (рис. 1и) мо-
жет выполнять также функции элемента сравнения. К ха-
рактеристикам элемента сравнения предъявляется требо-
вание, чтобы выходное давление jPBMx не претерпевало из-
менения при равенстве сравниваемых давлений Pi и Ръ,
подводимых к каналам управления, какой бы ни была их
абсолютная величина, и изменялось бы лишь в зависимо-
сти от величины рассогласования между этими давления-
ми. В струйном элементе, показанном на рис. 1и, это до-
стигается тем, что Рвых увеличивается при увеличении Pi,
уменьшается при увеличении Рг и при соответствующем
расположении всех трех каналов остается неизменным
при одновременном изменении Pi и Рг.
Если следовать терминологии, принятой в электротех-
нике, то элемент, показанный на рис. 1и, может быть на-
зван пассивным, так как преобразование сигналов произво-
дится в нем лишь при использовании энергии, которой
обладают потоки, передающие преобразуемые сигна-
лы. Элементы же, показанные на рис. 1а, 16, 1г, должны
быть при этом отнесены к числу активных: в них для пре-
образования сигнала, поступающего по каналу управле-
ния, в выходной сигнал используется энергия дополни-
тельного источника — энергия струи, поступающей из
сопла питания 1.
Особо важны для современной техники контроля и
управления такие операции, как получение релейных
характеристик, выполнение логических функций, запоми-
нание сигналов, генерирование колебаний.
Чисто релейные характеристики с вертикальным участ-
ком переключения (рис. 2а и 26), а также петлевые харак-
теристики (рис. 2в и 2г) получены в струйных элементах,
схемы которых представлены на рис. 3. Струя, вытекаю-
щая из сопла 1 (рис. За), протекает вдоль стенки 4, в кото-
рой имеется канал управления 2. Если в канале управле-
ния Рупр == 0, струя течет вдоль стенки, как показано
10
на рис. За пунктирными линиями, затем, при некотором
значении РуПр, она отрывается от стенки и релейно
(скачком) переходит в положение, показанное на рисунке
Рис. 2
сплошными линиями. В таком элементе получается чисто
релейная характеристика изменения выходного давления
/’вых при плавном увеличении давления управления Руп-р,
изображенная на рис. 2а. При уменьшении Рупр до значе-
ния, при котором ранее произошел отрыв струи, она снова
Рис. 3
скачком возвращается к стенке, и, таким образом, рассмат-
риваемая характеристика является однозначной. При со-
ответствующих профиле стенки и условиях течения зна-
чения Рупр, при которых происходит отрыв потока от стен-
ки и возвращение его к ней, не совпадают, и тогда характе-
ристика имеет вид, показанный на рис. 2в. Чтобы такой
элемент превратился из элемента прямого действия в ин-
версный и в соответствии с этим были получены характе-
ристики, изображенные на рис. 26 и 2г, достаточно изме-
нить расположение приемного канала 3, установив его
так, как показано на рис. 36. Характеристики, показан-
ные на рис. 2, можно получить также, разместив канал
2*
11
управления за пределами обтекаемой потоком стенки
(рис. 3#).
С помощью элементов, построенных на указанном
принципе, просто реализуются и первичные логические
операции. Например, инверсный элемент релейного дей-
ствия, схема построения и характеристика которого были
Рис. 4
показаны соответственно на рис. 36 и 26, может непосред-
ственно служить и элементом, выполняющим логическую
операцию отрицания (операцию «нет»). Характеристика
его как элемента, выполняющего эту операцию, показана
на рис. 26. При давлении управления, являющемся вход-
ным (Пупр = Пвх), равном условной единице, Рвых = 0, и
наоборот, при РуПр = 0 на выходе элемента создается пол-
ное давление, принятое равным условной единице. Если
в этом элементе вместо одного канала управления сделать
два (рис. 4) пли несколько каналов, то он сможет выпол-
нять операцию дизъюнкции (логическую операцию «или»)
или операцию конъюнкции (логическую операцию «и»).
Для выполнения операции «или» надо, чтобы на выходе
элемента появлялся сигнал «1» тогда, когда соответствую-
щие сигналы поданы по какому-либо одному или по обоим
входным каналам. Для выполнения операции «и» сигнал
«1» должен появиться, когда соответствующие сигналы
подведены одновременно к обоим входным каналам. Дизъ-
юнкция реализуется в том случае, если в элементе для
переброса основной струи из положения, показанного
на рис. 4 пунктирными линиями, в положение, показан-
ное сплошными линиями, достаточно создать давление
на входе в какой-либо один из каналов управления, т. е.
подвести давление, соответствующее входному сигналу,
условно принимаемому за единицу, или к каналу 1 или
12
к каналу 2. Если же элемент построен так, что основная
струя меняет положение при условии, когда входные
сигналы подведены и к каналу управления 1 и к каналу
управления 2, то им выполняется операция конъюнкции.
На рис. 5 приведена схема проточного элемента, вы-
полняющего еще одну первичную операцию,— запоми-
нание сигналов. В этом элементе имеются основные кана-
лы управления 1 и 2 и канал обратной связи 3, по которо-
му выходное давление подводится к дополнительному
Рис. 6
каналу управления 4. Если давления управления не под-
ведены к каналам 1 и 2 и избыточное давление на выхо-
де равно нулю, поток, обтекающий стенку 5 (пунктирные
линии на рисунке), не меняет своего направления. При
подведении управляющего давления к каналу 1 поток от-
рывается от стенки 5 и переходит в положение, показан-
ное на рисунке сплошными линиями; при этом создается
давление на выходе — в камере 6. Под действием обрат-
ной связи это давление передается в канал 4, благодаря
чему указанное положение потока, а соответственно и
давление на выходе, сохраняются и после того, как снято
давление в канале управления 1. Чтобы восстановить
исходное направление течения, следует подвести давление
к каналу управления 2. После снятия этого давления
сохраняется первоначальное значение = 0 и т. д.
Таким образом, попеременным включением команд по
каналам 1 и 2 меняется состояние на выходе, причем по-
следнее из установленных состояний сохраняется, «запо-
минается» после того, как управление отключено.
На рис. 6 показана схема аэродинамического генерато-
ра колебаний, в котором автоколебания создаются взаимо-
действием потоков воздуха. Для этого используется неод-
нозначность условий, при которых поток отрывается от
стенки и возвращается к ней. При подводе воздуха под по-
13
стоянным давлением к соплу 1 поток, выходящий из сопла,
обтекает профилированную стенку 2 и поступает через
сопло 3 в камеру 4 (рис. 6а). При повышении давления
в камере и создании за счет этого противодавления в пото-
ке он отрывается от стенки 2, и камера 4 начинает опусто-
шаться (рис. 66). С понижением давления камера снова
начинает заполняться.
Амплитуда первичных колебаний давления в камере
зависит от процессов, связанных с обтеканием стенки,
частота колебаний определяется объемом камеры. Присое-
динив к камере 4 через дроссель 5 вторую камеру 6
(рис. бе), можно, изменяя проходное сечение дросселя,
получать в камере 6 колебания с любой амплитудой — от
амплитуды, равной амплитуде колебаний в камере 4, до
амплитуды, равной нулю. Колебания, генерируемые в ка-
мере 4, имеют пилообразную форму; при использовании
дополнительного выходного канала 7, показанного на
рис. 66 пунктирными линиями, получаются колебания
прямоугольной формы; дросселирование потока на входе
в камеру 6 (рис. бе) позволяет получать в ней при опреде-
ленных условиях колебания, приближающиеся по своей
форме к синусоидальным.
Все эти схемы иллюстрируют принцип выполнения
основных первичных операций контроля и управления на
потоках —- в элементах, не содержащих механических
подвижных частей.
Используя этот принцип, оказывается возможным
строить элементы весьма различными способами. Напри-
мер, операция запоминания сигналов, выполняемая при
использовании свойств пристеночных течений по схеме,
показанной на рис. 5, может выполняться в принципе
таким же образом, но при использовании лишь процессов
взаимодействия струй. По соответствующей схеме, при-
веденной на рис. 7а, могут строиться и элементы, выпол-
няющие функции реле и усилителей. Рассмотренные выше
элементы, выполняющие логические операции «и» и «или»,
могут быть как активными, так и пассивными. Например,
операция «и» выполняется элементом, схема которого по-
казана на рис. 76 (согласно этой схеме в выходном канале
3 создается давление лишь тогда, когда поданы входные
давления и по каналу 7 и по каналу <?). Показанный на
рис. 7в элемент аналогичен указанному выше, но имеет
в отличие от него два дополнительных приемных капала,
14
при снятии сигналов с объединенного выхода которых
реализуется логическая операция «не равнозначно». Аэро-
динамический генератор колебаний может быть построен
не только по схеме, показанной на рис. 6; генератором
Рис. 7
колебаний является, например, струйный элемент отри-
цания, замкнутый обратной связью через емкость, и т. д.
Основное место в струйной технике занимают струй-
ные элементы. Вместе с тем для построения приборов кон-
троля и управления, не содержащих механических под-
вижных частей, наряду со струйными элементами исполь-
зуются также п другие проточные элементы, которые и
Рис. 8
ранее широко применялись в пневмогидроавтоматике. К ним
относятся калиброванные отверстия — дроссели различ-
ных типов (рис. 8а. и 86) и междроссельные каморы
(рис. 8в). Междроссельпые камеры при определенных ха-
рактеристиках входных и выходных дросселей выполняют
функции сумматоров давления. Возможность получения
в дросселях различных типов линейных и квадратичных
15
расходных характеристик, а также характеристик другой
формы, позволяет широко использовать их для выполне-
ния на потоках вычислительных операций. Междроссель-
ная камера при соответствующем выборе сечений отдель-
ных дросселей и соответствующих уровнях входных дав-
лений выполняет функции гидроаэродинамического циф-
ро-аналогового преобразователя и т. д.
На описанных элементах могут строиться приборы
гидроаэродинамического действия как непрерывно рабо-
тающие, так и дискретные — приборы, предназначенные
для выполнения различных функций контроля и управ-
ления.
3.
Другие схемы элементов
струйной автоматики
Как мы уже знаем, одни и те же операции могут
выполняться при различных схемах построения первич-
ных струйных элементов. Обращает на себя внимание,
что в США усилия промышленных и исследовательских
организаций не сосредоточены на разработке элементов
какого-либо определенного типа. Отдельные организации,
приступая к разработке приборов струйной автоматики,
стараются изыскать схемы элементов, отличные от ранее
известных. По-видимому, при этом руководствуются не
только соображениями технической целесообразности, но
и стремлением к обходу ранее выданных патентов.
За последнее время за границей опубликовано большое
количество схем струпных элементов, выполняющих одни
и те же функции. В большинстве своем от разработанных
в ИАТе они отличаются лишь незначительными деталями
или представляют собой сочетание уже известных вариан-
тов. Однако в некоторых схемах струйных элементов, пред-
ложенных за последнее время, используются иные, неже-
ли это было ранее указано, гидроаэродинамические эффек-
ты. Приведем описание некоторых подобных элементов.
Рис. 9
3 л. А. Залманзон
На рис. 9а показан элемент запоминания сигналов,
представляющий собой сдвоенный элемент рис. 3. При
подведении сигнала управления к каналу управления 2
струя, выходя из сопла питания 7, отрывается от нижней
стенки и примыкает к верхней, поступая в рабочий вы-
ходной канал 4, причем это направление течения сохра-
няется и после снятия давления в канале 2; при подаче
же сигнала управления по каналу 3 основная струя пере-
брасывается к нижней стенке и направляется в перепуск-
ной канал 5, причем это состояние течения также сохра-
няется после снятия сигнала управления.
Схема, показанная на рис. 96, обеспечивает уже не
два, а три устойчивых состояния на выходе: при отсутст-
вии сигналов управления струя, вытекающая из сопла
питания 1, направляется в выходной канал 4, при подведе-
нии же сигналов управления по каналам 2 или 3 основная
струя направляется соответственно к выходным каналам
5 и 6.
13 схеме простейшего струйного усилителя с двумя
выходными каналами (рис. 9в) отличительной особенно-
стью является то, что канал управления 2 имеет большое
проходное сечение, благодаря чему элемент реагирует
на малые изменения давления, и то, что характеристики
элемента зависят от остроконечной стенки 3, расположен-
ной в зоне прохождения основной струи.
В элементе, схема которого показана на рис. 9г,
имеется дополнительная камера 4. Благодаря созданию
вихревого движения в этой камере более четко разделя-
ются потоки: например, когда поток направлен в выход-
ной канал 5, не происходит отделения части его в сторону
выходного канала 6. (На этом рисунке показаны: сопло
питания 7, каналы управления 2 и 3 и перепускные кана-
лы 7 и 8, служащие для сообщения камеры элемента с
окружающей средой.) В элементе, изображенном на рис. 96,
имеются дополнительные камеры 4 и 5; благодаря вихре-
вым движениям в них фиксируется положение основной
струи.
На рис. 9е представлена схема логического элемента
«или», отличающаяся от схемы, показанной на рис. 4,
лишь иным расположением каналов управления 7 и 2.
На рис. 9ж показана схема логического элемента «и»,
в котором основная струя, вытекающая из сопла 7, посту-
пает в выходной канал 2 только при наличии давлений
18
в каналах управления 3 и 4 (в противном случае струя
примыкает к стенке <5 или к стенке 6'). Как мы видим, эле-
менты не отличаются сколь-либо существенно от описан-
ных выше.
На рис. 9з представлена схема пассивного струпного
элемента, который выполняет совокупность логических
операции. При подаче сигналов по каналам управления
1 или 2 (при создании давлений в каком-либо из этих ка-
налов) и при отсутствии сигнала в канале управления 3
результирующий поток направляется в выходной канал 4,
в котором создастся давление, соответствующее условному
значению «1». То же самое происходит, если поданы сигна-
лы управления одновременно по каналам управления 1 и
2 и отсутствует сигнал управления в канале 3, или, на-
оборот, подано управление по каналу 3, по не подведены
давления к каналам 1 и 2. Если же поданы сигналы управ-
ления по каналу 3 и лишь по одному из каналов 1 или 2,
то результирующий поток переключается с выходного
канала 4 на выходной канал 5.
На принципе, отличном от указанных ранее, построен
струйный усилитель дискретного действия, изображенный
на рис. 9и. Здесь сопло питания 1 имеет длинный канал
малого проходного сечения, а давление питания перед
соплом берется настолько малым, что при отсутствии избы-
точного давления в управляющем канале 2 течение как
в канале сопла, так и на участке от сопла до приемного
канала 3 является ламинарным. При этом на выходе эле-
мента (в канале 3) создается давление, принимаемое услов-
но за «1». При наличии же давления в канале управления
2 происходит турбулизация течения в основной струе на
участке перед приемным каналом 3 (вследствие воздейст-
вия на основную струю струи, вытекающей из канала 2) и
образуется расходящийся конус, характерный для тече-
ния турбулентных струй (показан на рисунке пунктир-
ными линиями). При этом в приемный канал поступает
лишь часть потока, и давление на выходе резко падает до
значения, принимаемого за условное значение «О». Если
в данном элементе имеется не один, а два параллельно
расположенных канала управления, то элементом выпол-
няется логическая операция «не или», объединяющая опе-
рации «пли» и «нет».
Последняя из схем струйных элементов, о которой
здесь упомянем, это схема вихревого струйного усилителя,
приведенная на рис. 9к. Когда Рупр = 0, падение давле-
ния на пути потока от подводящего канала 1 к выходному
каналу 4 определяется лишь сопротивлением дросселя 2,
так как поток проходит через камеру 3 незавихренным.
По мере увеличения давления в управляющем канале 5,
под действием струи, вытекающей из этого канала через
сопло малого проходного сечения, происходит все большее
и большее завихрение потока в камере, потери механиче-
ской энергии потока увеличиваются, и давление на выходе
элемента падает. Элемент предназначен для построения
гмппояэиолинамических усилителей непрерывного дейст-
вия.
Оценка разных по схеме струйных элементов, выполня-
ющих одни и те же функции, требует осторожности.
Лишь тщательно проведенные сравнительные испытания
и опыт промышленной эксплуатации позволяют сделать
заключение в пользу тех или других вариантов. Вместе
с тем при анализе различных схем струйных элементов,
публикуемых за границей во все большем и большем коли-
честве, необходимо иметь в виду, что при разработке но-
вых вариантов элементов существенную роль играют и
патентные интересы фирм.
В этой связи следует упомянуть о другом направле-
нии в технике построения элементов логического действия,
появившемся вскоре после начала развития струйной ав-
томатики и получившем название шариковой техники ].
Для этого направления характерно то, что в проточных
элементах сигналы изменения давления формируются не
только движением потоков воздуха, но и зависят от поло-
жения взвешенных в потоке шариков. При этом в прибо-
рах остаются механические подвижные части — шарики,
для нормального движения которых должны быть выдер-
жаны в определенных пределах зазоры между ними и
стенками. Кроме того, при построении приборов такого
типа не может быть использован в полной мере принцип
печатных схем, являющийся важной особенностью струй-
ной техники.
’Рау В. С. Pneumatic Logic. «Process Control and Automa-
tion», vol. 8, N 11, 1961.
4.
Пневматические и гидравлические
печатные схемы
Исключение из приборов каких бы то ни было
механических подвижных частей и выполнение всех
первичных операций на потоках рабочей среды создают
необходимые условия для изготовления приборов пнев-
могидроавтоматики способом печатных схем.
При изготовлении приборов этим способом все элемен-
ты приборов — сопла, струйные элементы в целом, дрос-
сели, камеры, коммуникационные каналы и др.— обра-
зуются углублениями, сделанными на поверхности плоских
деталей, или же сквозными просечками в пластинах.
Выполнение комплекса операций получается путем соче-
тания просечек различной формы, образующих первичные
элементы, выполняющие определенные элементарные
функции.
Наглядное представление о том, как получав)тся при-
боры струйной автоматики при их изготовлении способом
печатных схем, дает рис. 10я. В пластине 1 сделаны углуб-
ления, которыми образуются два каскада усилителя не-
прерывного действия, схема которых приведена на рис. 1е.
При перекрытии пластины 1 крышкой 2 получается гото-
вый усилитель. Для его включения следует лишь подвести
рабочую среду под нужным давлением к каналу питания
(отверстие в крышке Рпит)- Давление на выходе такого
усилителя (РВых) изменяется в функции от давления, соз-
даваемого в канале управления (Рупр).
Этот рисунок иллюстрирует один из возможных спо-
собов изготовления приборов струйной автоматики по
системе печатных схем. В данном случае приборы или от-
дельные их узлы образуются выемками, сделанными на
поверхности одной общей пластины.
Рис. 106 иллюстрирует другой способ, характерный
гем, что прибор получается многослойным: отдельные уз-
лы образуются выемками, сделанными не в одной общей
пластинке, а в нескольких отдельных, разделенных про-
кладками. В прокладках имеются каналы, по которым
21
a
Рис. 10
потоки рабочей среды, несущие в себе сигналы управления,
поступают из одной пластинки в другую.
На рис. 11п показана одна из плат цифрового струйно-
го устройства, изготовленная способом печатных схем.
На рис. 116 — блок струпного пропорционального регу-
лятора непрерывного действия, построенный по многослой-
ной схеме.
Углубления, отвечающие рисунку отдельных элементов
и целых схем, реализующих те или другие алгоритмы,
09
Рис. 11
могут получиться в пластинках различными технологиче-
скими приемами: например, можно изготовить отдельные
элементы в виде «букв», из них составить матрицы, штам-
повать узлы приборов или целые приборы, применять для
их изготовления прецизионное лптье, фотохимическое
травление и др.
При штамповке углубления заданной формы получают-
ся в пластинке сразу одним нажатием штампа.
Способ фотохимического травления приборов струпной
автоматики аналогичен обычному способу печатания фото-
графий с негатива. В качестве эталона, соответствующего
негативу, используется выполненный на белом фоне чер-
ный силуэт рисунка будущих углублений. Отпечатки —
углубления заданной глубины — получаются после экспо-
нирования и проявления пластинок, изготовленных из
23
Рис. 12
\ светочувствительных материалов. Эти пластинки, будучи
• перекрыты другими пластинками-крышками, как было
показано на рис. 10а, представляют собой готовые прибо-
ры. Один и тот же негатив можно использовать для полу-
чения с него любого числа отпечатков. Первоначальная
схема прибора или отдельных его узлов набирается на
белом листе бумаги из вырезанных из черной бумаги силу-
этов отдельных элементов, соединенных между собой по-
лосками бумаги, изображающими коммуникационные ка-
налы. Фотография этой схемы и представляет собой эталон
для печатания приборов. Эта простая процедура заменяет
обычное конструирование узлов приборов и устройств.
Представление о том, какой вид имеют пластины, изготов-
ленные способом фотохимического травления, дает рис. 12,
на котором изображена миниатюрная пластинка с вытрав-
ленными на ней струйными элементами, образующими де-
сятичный кольцевой счетчик.
Возможны также различные способы изготовления
приборов струйной техники путем литья.
Технология печатных схем позволяет изготовлять
приборы струйной автоматики из пластмассы, металла,
керамики, стекла и других материалов.
Идея изготовления приборов и устройств способом пе-
чатных схем реализована в области струйной автоматики
24
наиболее полно. Одним нажатием штампа, экспонирова-
нием фоточувствительных пластин или другими техноло-
гическими приемами сразу получается весь узел прибора
либо целый прибор, содержащий рабочие элементы и ком-
муникационные каналы. Как известно, при изготовлении
методом печатных схем электронных приборов печатаются
лишь коммуникационные каналы и но исключается необ-
ходимость встраивания в печатную плату элементов
функционального назначения (транзисторов и др.).
5.
Принципы построения приборов
струйной автоматики
Принципы построения приборов струйной автома-
тики рассмотрим на примере цифровых сумматоров раз-
личных типов, являющихся одним из основных узлов
арифметических устройств цифровых информационных и
управляющих машин1.
Отличительной особенностью так называемых комби-
национных сумматоров является то, что суммируемые
числа, представленные в двоичном коде, одновременно
поступают на входы сумматора, и результат суммирования
не фиксируется в сумматоре, а сразу же передается другим
цифровым устройствам. Применяются также накапливаю-
щие сумматоры, в которых производится последовательное
запоминание чисел, поступающих на вход сумматора, и
результат суммирования фиксируется в самом суммирую-
щем устройстве. При построении различных цифровых
устройств, информационных и управляющих машин и т. п.
используются сумматоры того и другого типа.
Рассмотрим сначала структурную схему комбинацион-
ного сумматора (рис. 13а). Сумматор состоит из однотип-
ных ячеек, каждая из которых очерчена на рисунке пунк-
тирными линиями. Число этих ячеек п определяется 1 * * 4
1 При описании принципов построения приборов струйной ав-
томатики использованы схемы устройств, указанные в иностранных
источниках, список которых приведен в конце книги. Об отечест-
венных работах, связанных с промышленным внедрением приборов
пневмоники, см. стр. 53.
4 и. Л. Залманзоп	25

количеством разрядов у складываемых двоичных чисел.
Если, например, складываются два двоичных числа 101
и 1101 (в обычной десятичной записи это числа 5 и 13),
то сумма равна 10010 (в обычной записи это число 18). Для
выполнения данной операции нужны четыре ячейки по
типу показанных на рис. 13а, так как наибольшее число
разрядов (у второго из суммируемых чисел) равно четырем.
Каждая из ячеек представляет собой так называемый пол-
ный одноразрядный сумматор. Она состоит из двух одина-
ковых по своей структуре узлов 1 и 2, называемых полу-
сумматорами, выходного элемента 3, логического элемен-
та 4, выполняющего операцию «или».
Каждый полусумматор, как показано на рис. 13а,
имеет два входных и два выходных канала. Например,
в полусумматоре 1 в г-ой ячейке по входным каналам
подаются значения Аг и Bi — цифры г-х разрядов склады-
ваемых чисел, каждая из которых равна «1» или «0», а на
выходе в канал 5 поступает цифра суммы, а в канал 6
цифра переноса, которые также равны «1» или «0». Опе-
рации над числами Аг и Вг производятся по обычным пра-
вилам сложения двоичных чисел: 0 + 0 = 0; 1+0 = 1;
0 + 1 = 1; 1 + 1 = 10. Так как нули слева от значащих
чисел не читаются, выражения в правых частях последних
равенств могут быть соответственно написаны и так: 00;
01; 01; 10. В каждом из этих последних выражений вто-
рая цифра есть цифра суммы, а первая — цифра пере-
носа.
Полным одноразрядным сумматором выполняется опе-
рация суммирования трех цифр: двух цифр Аг и BL, пода-
ваемых на основные входы ячейки, и цифры переноса
из предыдущего разряда (для г-ой ячейки на рис. 13а
для этого служит канал 7). Результат операции сложения
получается в виде цифры суммы Сг и цифры переноса Щ,
поступающей в следующий разряд (согласно рис. 13а
по каналу 8). При работе сумматора, построенного по ука-
занной выше схеме, не используется канал 9 в ячейке
1-го разряда, а канал 10 в ячейке высшего и-го разряда
используется для получения Сп+1 — цифры суммы. Если,
например, четырехразрядным сумматором выполняется
операция (101) + (1101) = (10010), или, что то же,
(0101) + (1101) = (10010), то в данном случае: Ai = 1,
Аг = 0, Аз = 1, А4 = 0, Bi = 1, Вг = 0, Вз = 1, В^ =
= 1, Cl = О, Сг = 1, С3 = 0, = 0, С5 = 1.
4:
27
Рассмотрим, как строится сумматор данного типа на
струпных элементах. Сначала обратимся к схеме полусум-
матора, являющегося, как следует из приведенного выше
описания, основным структурным узлом полного одно-
разрядного сумматора, а он, в свою очередь, является
структурной ячейкой всего ^-разрядного сумматора. Элект-
ронные полусумматоры представляют собой устройства,
состоящие из нескольких первичных элементов. В струй-
ной технике функции полусумматора в принципе выпол-
няются одним лишь комбинированным логическим струй-
ным элементом, схема которого была приведена на рис. 7<?,
при условии, что объединены крайние выходные каналы
этого элемента. Данный элемент показан еще раз на
рис. 136. Действием струй в нем производятся следующие
операции: при вх\ = 0, вхъ = 0 получается С = О, П =
= 0; при вхг = 0, вХ2 = 1 или вхх = 1, вхъ = 0 получается
С — 1, П = 0, и, наконец, при вх± = 1, вхъ = 1 получает-
ся С = 0, П = 1 (на рисунке показано взаимодействие
струй для этого последнего случая), т. е. действительно
данным элементом выполняются функции полусумматора.
Для упрощения используется также условное изображе-
ние полусумматора, показанное на рис. 13в. Если к тому
же принять, что функция «или» может выполняться про-
стым соединением каналов, показанным на рис. 13а
(давление в выходном канале, отвечающее сигналу «1»,
создается при наличии давления в одном из двух или в обо-
их подводящих каналах), то схемы отдельно взятой ячейки
струйного полного одноразрядного сумматора и построен-
ного на таких ячейках сумматора несколькоразрядных
чисел примут вид, показанный соответственно на рис. 13d
и 13с. На этих рисунках не показаны выходные усили-
тели (узлы 3 на рис. 13п), о которых далее будет сказано
особо.
На рис. 13<? приведена схема четырохразрядного струй-
ного сумматора. Показано, как выполняется операция
(0101) + (1101) — (10010). На рисунке каналы, в которых
при выполнении этой операции имеется давление (что
отвечает передаче сигнала «1»), отмечены жирными линия-
ми или штриховкой, каналы же, в которых избыточное
давление отсутствует (что отвечает передаче сигнала «0»),
показаны тонкими линиями пли оставлены незаштрихо-
ванными. По схеме нетрудно проследить, как работает
в данном случае сумматор, выдавая на выходе значения
28
Рис. 14
Cl = О, G = l, Сз = О, С4 — О, С5 = 1 при заданных
значениях Ал = 1, Аг — О, Аз — 1, А* = О, Bi = 1,
Вг = О, Вз = 1, В4 = 1.
Описанный выше комбинационный сумматор, постро-
енный на струйных элементах, аналогичен по выполняе-
мым им функциям электронным сумматорам, широко ис-
пользуемым в электронных цифровых машинах.
Накапливающие сумматоры также широко используют-
ся при построении цифровых электронных устройств.
Основными узлами сумматоров этого типа являются триг-
геры — устройства, выполняющие функции делителей ча-
стоты. Это значит, что при последовательной подаче и сня-
тии раз за разом на входе триггера (рис. 14н) сигнала «1»
на выходе триггера (или на каждом из выходов, если их не
один, а два, как показано на рис. 146) этот сигнал появ-
ляется в два раза реже, т. е. он появится на выходе после
того, как дважды будет подан на входе. Последовательным
соединением нескольких триггеров Т\, Ти, У'тп (рис. 14в)
образуется основная часть цепбчки так называемого реги-
29
стра, служащая сумматором (счетчиком) сигналов «1»,
поступающих на вход цепи. Суммирование сигналов по
этой схеме производится следующим образом. Пусть, на-
пример, изменение состояния каждого триггера (смена
на выходе «О» на «1» или «1» на «О») происходит в момент
снятия на входе сигнала «1», и пусть в начальный момент
на входе и на выходе всех триггеров имеется «О», т. е.
Ci ~ Сч = . . . = Сп = 0 (рис. 14в)- После появления и
снятия на входе сигнала «1» на выходе триггера 7\ появ-
ляется «1». После подачи и снятия второго по счету вход-
ного сигнала «1» значение Ci изменяется на «О», а на выхо-
де триггера Тц появляется С 2 ~ 1; после подачи и снятия
третьего по счету входного сигнала значение Ci изменяет-
ся на Ci = 1 и сохраняется Сч = 1, и т. д. Выражения
Сп. . . С3С2С1, получаемые при последовательной подаче
на входе 1, 2, 3, 4. . . п сигналов, соответственно равные
0. . .001; 0. . .010; 0. . .011; 0. . .100; . . . являются изоб-
ражениями соответствующих чисел в двоичном коде.
В цифровых устройствах контроля и управления та-
кая цепочка триггеров используется для построения спе-
циализированных узлов — регистров, выполняющих бо-
лее сложные функции. Так, для суммирования двух ?г-раз-
рядных чисел, одно из которых хранится в цепи триггеров,
а второе Ап. . .A3A2Ai вводится извне, каждый из тригге-
ров должен иметь дополнительные входы (рис. 14г) со
специальными логическими преобразователями. Кроме
того, в устройствах этого типа предусматривается возмож-
ность сброса на нуль значений, запоминаемых во всех
п разрядах (на рис. 14г сбросовый канал 1). Обычно в та-
ких цифровых устройствах ввод числа и все другие опера-
ции производятся во тактовым сигналам, подаваемым
извне.
Существуют различные схемы построения электронных
триггеров. Обычно триггеры строятся па нескольких эле-
ментах — на логических элементах различных типов,
элементах запоминания сигналов и др.
По таким же структурным схемам могут строиться и
триггеры гидроаэродинамического действия, для этого
лишь должны быть соединены в нужном порядке струй-
ные элементы соответствующего функционального назна-
чения.
При использовании различных свойств течений ра-
бочей среды триггер гидроаэродинамического действия
30
может также строиться и в виде одного целого блока, хотя
и в этом случае в его структурной схеме могут быть выде-
лены элементы, выполняющие первичные функции.
Примером триггера гидроаэродинамического действия
выполненного в одном блоке, может служить триггер, по
казанный на рис. 15. Силовая струя подводится под посто
явным давлением через сопло питания 1, а входные сигма
лы в виде давлений, соответствующих условному значе
нию «1», подаются по кана-
лу 2. При первоначальном
включении в работу, до
того как по каналу 2 по-
дан первый по счету сиг-
нал «1», струя, выходящая
из сопла 1, может прим-
кнуть или к стенке 3, или
к стенке 4 и соответственно
с этим направиться в вы-	Рис. 15
ходкой канал 5, или в вы-
ходной канал 6. Если, например, она первоначально омыва-
ет, как показано на рисунке, стенку 3, и сигнал «1» по вход-
ному каналу 2 еще не подан, то в камере 7, благодаря под-
сасыванию рабочей среды из камеры в струю, создается
циркуляционное течение. Направление этого течения по-
казано на рисунке стрелками. Когда по каналу 2 подво-
дится входной сигнал «1», выходящая из капала струя
отклоняется книзу действием циркуляционного течения
и перебрасывает основную струю по направлению к кана-
лу 6. Если после этого входной сигнал «1» в канале 2 снять,
то струя продолжает оставаться у стенки 4; при этом на-
правление циркуляционного течения в камере 7 меняется
на противоположное. Подача следующего сигнала «1» по
каналу 2 вызывает переброс струи снова к стенке 3, причем
снова создается давление, воспринимаемое как сигнал «1»,
в выходном канале 5. Таким образом, при последователь-
ной подаче входных сигналов «1» по каналу 2 в выходном
канале 5 они появляются через раз, и, следовательно,
устройством выполняется функция деления частоты сигна-
лов на два.
При построении //-разрядных цифровых регистров,
служащих накапливающими сумматорами, они дополня-
ются элементами для введения извне цифр разрядов вто-
рого суммируемого числа и переключения по тактовым
31
командам. Конструкция такого цифрового струйного ре-
гистра будет рассмотрена ниже (см. рис. 19).
Сумматоры обоих типов используются при выполнении
не только операции сложения, но и других арифметиче-
ских операций, производимых с двоичными числами. Опе-
рация вычитания сводится к операции сложения умень-
шаемого числа и вычитаемого числа, представленного
в обратном коде, т. е. измененного таким образом, что на
месте всех «1» ставятся «О», а на месте всех «О» ставятся «1»
(в схемах это производится логическими элементами «нет»).
При этом лишь соответствующим образом кодируются
знаки обоих чисел также с помощью сигналов «1» и «О»
(на тех же элементах, которые были описаны ранее) и
выполняются некоторые дополнительные действия. Опера-
ция умножения двух двоичных чисел, как и при умноже-
нии обычных десятичных чисел, разбивается на три опера-
ции. Первое число умножается на каждую из цифр второ-
го числа (в двоичном коде это цифры «1» или «О»; при
умножении на «1» множимое число повторяется, а при умно-
жении на «О» дает «О»). При этом образуются частные произ-
ведения, которые затем сдвигаются на необходимое число
разрядов одно относительно другого. Затем они склады-
ваются, образуя произведение. Операция сдвига чисел на
один разряд осуществляется по схеме, содержащей логи-
ческие элементы «и» и «нет» (рис. 16). Согласно рис. 16,
при подаче на командный вход 1 сигнала «О» двоичное чис-
ло ап ...azai передается на соответствующие выходы без
смещения, т. е. щ = ai, вг = «г и т. д.; при подаче же по
командному каналу сигнала «1» происходит смещение на
один разряд влево, т. е. вг = «1, вз — «г и т. д.
В задачи настоящей книги не входит описание общих
схем построения узлов цифровых управляющих машин
или других электронных устройств, применяемых в совре-
менной технике управления. Примеры мы приводили
лишь для того, чтобы показать, в какой мере первичные
элементы струйной техники (логические элементы «или»,
«нет» и др.) функционально соответствуют элементам, на
которых строятся сейчас сложнейшие электронные устрой-
ства контроля и управления.
Обращаясь к приведенным выше схемам струйных
устройств, можно отметить некоторые особенности, харак-
терные для приборов струйной автоматики.
Ряд операций выполняется в этих приборах с помощью
32
Гис. 16
пассивных элементов. Например, схема комбинационного
сумматора, показанная на рис. 13е, включает в себя це-
лую систему соединенных между собой пассивных элемен-
тов. Мощность потоков в промежуточных точках такой
системы может оказаться недостаточной для передачи
сигналов следующим по цепи воздействий элементам.
Для обеспечения нормальной передачи сигналов пассив-
ные элементы сочетаются в определенном порядке с актив-
ными элементами, к выходу пассивных элементов присое-
диняются при необходимости специальные выходные уси-
лители. Схемы ряда активных элементов, выполняющих
логические функции и функции запоминания сигналов,
были рассмотрены в главе 2. Выходные усилители показа-
ны в каждой ячейке сумматора на рис. 13а. На рис. 17
представлена схема сочетания полусумматора, ранее по-
казанного на рис. 136, с усилительным элементом, в ко-
тором имеется сопло питания. Согласно рис. 17, если
Аг = 0 и Bi = 0, то струя, вытекающая из сопла питания
7, следует вдоль стенки, в приемных каналах 5 и 6 не соз-
дается давления, и, соответственно, С; — 0 и Пг = 0.
При Ai ~ 1, Bi ~ 0 или Аг ~~ 0, Bi ~ 1 создается дав-
ление в канале 2 или 3, и струя, отрываясь от ближайшего
к соплу питания 7 участка стенки, направляется в капал «5;
при ЭТОМ Сг = 1, Ili = 0. Если же Ai = 1 и Вг — 1, то
33
создается давление в канале 4, и струя, отрываясь от стен-
ки только лишь на втором, удаленном от сопла питания 1
участке стенки, направляется в канал 6; при этом G = О
и Щ = 1.
В мембранной пневмоавтоматике сейчас получил при-
менение поэлементный принцип построения приборов1.
Современные приборы и системы автоматического контро-
ля и управления содержат большое количество не только
одинаковых элементов, но и однотипных узлов. При изго-
товлении струйных приборов способом печатных схем
Рис. 17
отдельные элементы получаются очень малыми по своим
габаритным размерам, и на небольших пластинках разме-
щается большое число элементов, выполняющих различ-
ные первичные функции (см., например, рис. 11 и 12).
Поэтому в качестве первичного конструктивного узла при
построении струйных приборов и систем оказывается воз-
можным брать уже не отдельный элемент, а целую ячейку,
пли, если следовать терминологии, принятой в электро-
нике, то — модуль, содержащий ряд элементов и сам
являющийся первичным прибором определенного функци-
онального назначения.
Если, например, обратиться к схеме, представленной
на рис. 13а, то видно, что //-разрядный комбинационный
сумматор состоит из ряда однотипных узлов — полных
1 См. сноску 1 на стр. 3.
34
одноразрядных сумматоров. В данном случае первичной
конструктивной ячейкой, или модулем, является полный
одноразрядный сумматор. Один из возможных конструк-
тивных вариантов выполнения
на рис. 18 — полный однораз-
рядный сумматор построен
в соответствии с принципиаль-
ной схемой, представленной на
рис. 13а, при использовании
дополнительных струйных уси-
лителей по типу показанного
на рис. 17. На рис. 18 обозна-
чения соответствуют принятым
на рис. 13а; дополнительно
лишь указан общий для всех
активных элементов (усилите-
лей) канал питания.
Модульный принцип пост-
роения приборов струйной пнев-
моавтоматики может быть про-
иллюстрирован и на примере
сдвигающего цифрового регист-
ра. На рис. 19 показаны три
одинаковых модуля, являющих-
ся одноразрядными ячейками
регистра.
В каждой ячейке входные
каналы 1 и 2 служат для ввода
сигналов «1» или «О» из преды-
дущей по цепи воздействий
ячейки (напомним, что сигналы
«1» формируются при создании
давления в соответствующем
канале, а сигналу «О» двоичного
кода отвечает отсутствие давле-
ния в канале). Каналы 3 и 4
такого модуля показан
П- пит
1-7
Рис. 18
могут использоваться для запи-
си цифр «1» или «О» в ячейку
извне. Выходные каналы 5 и 6 служат для соединения со
следующей ячейкой, а каналы 7 и 8 для считывания храня-
щейся в данной ячейке информации. По каналам S пода-
ются тактовые командные сигналы. В ячейке имеются
элементы запоминания 9 и J0, аналогичные элементу,
35
Рис. 19
показанному на рис. 9а, и элементы переключения 11 и
12, управляющими для которых являются каналы такто-
вых сигналов S.
Когда тактовые сигналы не поданы, значение «1» со
входа 1 (или 2) передается в выходной канал 7 (или 8). По-
лучается это так. Пусть, например, первоначально было
создано давление в канале 7. Струя, выходящая из сопла
питания, протекает вдоль нижней стенки в элементе 9 и,
пройдя затем вдоль стенки элемента 11, создает давление
в нижней ветви кольцевого канала, служащего для управ-
ления элементом 10. Струя, вытекающая из сопла пита-
ния элемента 10, движется вдоль верхней стенки послед-
него и, пройдя вдоль стенки элемента 12, направляется
к каналу 7, в котором создается давление, формирующее
сигнал «1». На входе 2 и на выходе 8 при этом имеем зна-
чения «О». Аналогичным способом передаются и сигналы
«1» со входа 2 на выход 8 при значениях «О» на входе 1 и на
выходе 7.
В моменты подачи тактовых сигналов создается давле-
ние в каналах S и прерывателем 77 разрывается связь меж-
ду элементами запоминания 9 и 10: струя с выхода элемен-
та направляется системой дефлекторов, имеющихся в эле-
менте 77, в боковой капал, сообщенный с окружающей
36
средой. В элементе же 12 при подаче тактового сигнала
происходит переключение струп, несущей в себе сигнал
«1», с канала 7 па канал 5 или с канала 8 па капал 6.
Каналы 5 и 6 сообщены при последовательном соеди-
нении модулей, показанном на рисунке, с входными ка-
налами следующей по цепи воздействий ячейки. Поэтому
при подаче тактового сигнала значения «1» или «О» переда-
ются с выхода одной из ячеек па вход следующей ячейки.
При снятии тактового сигнала, когда исчезнет избыточ-
ное давление в каналах 5, внутри каждой ячейки сигналы
передаются от входных каналов к выходным, так как вос-
станавливается связь между элементами запоминания 9
и 10. Однако при этом ячейки отсоединяются одна от дру-
гой, поскольку снова происходит переключение струи на
выходе ячейки — на этот раз с каналов 5 и 6 на каналы
считывания 7 и 8.
При последовательном соединении ячеек каждый раз
при подаче тактового сигнала записанная в ячейке цифра
«1» или «О» передвигается в следующую ячейку, а в дан-
ную ячейку попадает цифра из предыдущей ячейки. При
записи в системе последовательно соединенных ячеек рас-
сматриваемого типа тг-разрядного числа по тактовому си-
гналу происходит смещение всех его цифр на один разряд
(необходимость в осуществлении такого сдвига возникает,
в частности, при операции умножения двоичных чисел).
По имеющимся в каждой ячейке каналам 3 и 4 можно
параллельно вводить (записывать) во все разряды регистра
информацию извне.
Для соединения модулей между собой они поворачи-
ваются один относительно другого на 180° (см. рис. 19).
При этом в каждом модуле выходные каналы 5 и 6 соеди-
няются со входными каналами 1^2 следующего по цепи
воздействия модуля и совмещаются отверстия каналов
питания, имеющиеся в центральной части и на концах
модулей. Сдвигающий цифровой регистр, построенный на
таких модулях, представляет собой многослойную кон-
струкцию.
Мы подробно рассмотрели лишь несколько примеров
построения типовых узлов сложных устройств струйной
автоматики. Таким же образом строятся с помощью струй-
ных модулей п другие приборы современной техники кон-
троля и управления.
6
На стыке автоматики
и гидроаэродинамики
Разобранные нами выше принципиальные схемы
построения приборов струйной автоматики аналогичны,
если иметь в виду функциональную структуру отдельных
узлов, электронным схемам соответствующего назначения.
Однако техника построения приборов струйной автома-
тики имеет и свои особенности. Одни и те же операции мо-
гут выполняться различными по схеме и по характеристи-
кам элементами. Отдельные элементы и целые модули,
применение которых наиболее рационально для построе-
ния приборов одного типа, могут оказаться менее подходя-
щими, чем другие элементы и модули, для построения
приборов других типов. Применение комбинированных
элементов (см., например, рис. 7ви 9з) позволяет по-иному,
чем в электронной автоматике, решать задачу экономич-
ного построения систем, выполняющих сложные логичес-
кие операции. Благодаря низкой стоимости изготовления
струйных элементов и модулей можно увеличивать их ко-
личество, если это желательно для повышения надежности
приборов. Специфические требования предъявляются
к схемам приборов, например, в случае необходимости
получить наибольшее возможное (при элементах данных
типов) быстродействие. Все это следует учитывать для по-
лучения наивыгоднейших решений схемы автоматического
управления.
Приборы струйной автоматики просты в изготовлении,
По штампам, литейным формам или фотонегативам пер-
вичные элементы, модули или приборы весьма несложно
изготовить одним из описанных выше способов в коли-
честве тысяч и десятков тысяч штук.
Однако разработка первых образцов элементов потре-
бовала постановки больших по объему исследований. Это
объясняется исключительной сложностью гидроаэродина-
мических процессов при выполнении на потоках первич-
ных операций контроля и управления. Углубленное изу-
чение этих процессов, требующее объединенных усилий
38
прибористов и гидроаэродинамиков, является необходи-
мым условием и для дальнейшего усовершенствования
элементов и приборов струйной автоматики. Все развитие*
струйной автоматики происходит сейчас на стыке теории
и техники автоматического управления, с одной стороны,
и гидроаэродинампки, с другой.
Характеристики течений рабочей среды, которыми
определяется выполнение тех или других первичных опе-
раций контроля и управления в струйных элементах, за-
висят от распределения давлений и скоростей течения
в отдельных точках и на отдельных участках тракта.
Сложной является уже структура одиночной струи,
вытекающей из сопла. Существенно различны характери-
стики ламинарных и турбулентных струй. На начальном
участке турбулентной струи (рис. 20«) имеется ядро
постоянных скоростей, в котором осевая скорость течения
и соответствующее ей давление скоростного напора не
меняются (на рисунке эта область течения очерчена
пунктирными линиями). За пределами ядра скорость тече-
ния на начальном участке струи уменьшается по мере
приближения к границам струи; на основном же участке
струи, примыкающем к начальному участку, скорость те-
чения меняется вдоль оси струи и, кроме того, изменяется
по определенному закону в каждом нормальном сечении
струи по мере удаления от ее осп.
При соударении двух струй (рис. 206) одна струя не
просто отклоняет другую, но происходит сложное взаимо-
действие между частицами обоих исходных потоков, что
приводит к образованию нового результирующего течения.
Еще более сложны процессы соударения не двух, а трех
или большего числа струп (рис. 20с).
Все это относится к взаимодействию свободных струй,
не стесненных стенками. При движении струи вблизи
стенки давление между струей и стенкой оказывается
меньшим, чем во внешней области, и вследствие этого
при определенных условиях струя примыкает к стенке
(рис. 20г). В гидроаэродинамике это явление называется
эффектом Коанда.
Ранее, в главе 2, было показано, как специально ис-
пользуются свойства пристеночных течений для построе-
ния элементов, выполняющих функции реле, логические
операции, а также предназначенных для запоминания
сигналов и генерирования колебаний (см. рис. 3—6).
39
Рис. 20
Влияние стенок на характеристики взаимодействия струй
может проявляться и в тех случаях, когда оно не преду-
смотрено схемой элемента (см. рис. 1 и 7). Это связано
с особенностями изготовления приборов способом печат-
ных схем.
В приборах, изготовленных способом печатных схем
(см. рис. 10, 11, 18 и 19), распространение и взаимодейст-
вие струй происходит в малых по размерам камерах, огра-
40
ниченных стенками. В утих условиях важное значение
приобретают конфигурация камеры и относительные рас-
стояния между стенками.
При распространении струй в камере (рис. 20(9) в об-
ласть взаимодействия струп вовлекаются, благодаря про-
цессам турбулентного смешения, частицы рабочей среды
из областей, примыкающих к струям. При этом в присте-
ночных областях возникают сложные вихревые движения,
которые в зависимости от конфигурации стенок или спо-
собствуют отклонению первичных струй к стенкам, или,
наоборот, направляют первичные струи к центральной
части камеры. Чтобы стабилизовать течения и создать
нормальные условия для управления основной струей,
поступающей по каналу питания, камеры струйных эле-
ментов сообщаются с окружающей средой вентиляционны-
ми каналами (рис. 20с). Если при изготовлении приборов
способом печатных схем глубина выемок в пластинках
относительно невелика, на характеристики влияют не толь-
ко конфигурация и относительные размеры камеры и ка-
налов в пластинке, но также и расстояние между торцо-
выми стенками.
Выходные характеристики элементов зависят от соотно-
шений ряда размеров, которые определяют условия тече-
ния рабочей среды в камере элемента.
К основным показателям, характеризующим, напри-
мер, работу простейшего струйного усилителя непрерыв-
ного действия (рис. 20ж), относятся коэффициенты уси-
ления по давлениям и расходам, представляющие собой
отношения давлений и расходов на выходе элемента к дав-
лениям и расходам в канале управления. Максимальные
значения этих величин получаются при некотором опти-
мальном расстоянии от канала питания до приемного
канала (размер Н на рис. 20ж): при меныпих и больших
значениях этого расстояния характеристики элемента
ухудшаются. Важное значение имеет также правильный
выбор соотношений между площадями проходного сечения
канала управления и выходного канала, канала управле-
ния и канала питания. Степень использования на выходе
элемента механической энергии, которую несет в себе
струя, поступающая из канала питания, существенно
зависит от того, каким выбрано сечение выходного канала,
и от конфигурации его начального участка. Характе-
ристики рассматриваемого элемента зависят также от
41
места расположения и размеров вентиляционных каналов
(рис. 20е).
Еще более сложно влияет на характеристики взаимо-
действия течений, а следовательно, и на выходные харак-
теристики выбор относительных размеров у описанных
в главе 2 струйных элементов, выполняющих другие пер-
вичные операции контроля и управления.
Исследование гпдроаэродинамических процессов, с
протеканием которых связана работа струйных элементов,
имеет важное значение ие только при первоначальной раз-
работке элементов, но и при изучении возможностей даль-
нейшего совершенствования характеристик элементов и
приборов.
В связи с развитием струйной автоматики возникла
необходимость исследовать ряд новых вопросов в области
теоретической и экспериментальной гидроаэродинамики.
Теоретическое исследование рабочего процесса струйных
элементов встречает па своем пути большие трудности,
так как описанные выше гидроаэродииамические явления
весьма сложны. Процессы взаимодействия струй в ограни-
ченных стенками камерах, сопровождаемые обычно воз-
никновением вихревых движений, значительно сложнее,
чем обтекание потоком крыла самолета или другие про-
цессы, к расчету и исследованию которых приспособлен
аппарат современной гидроаэродинамики. Большие труд-
ности возникают как при попытках достаточно полного
математического описания процессов работы струйных
элементов, так и при изыскании приемов точного решения
получаемых уравнений. Вместе с тем, даже приближенное
аналитическое исследование указанных процессов, осно-
ванное на принятии гипотез, лишь грубо отображающих
истинную картину взаимодействия течений, приводит в
ряде случаев к зависимостям, облегчающим обработку
опытных данных и позволяющим представлять эти данные
в форме, удобной для последующего анализа.
В связи с трудностями, с которыми сопряжено теорети-
ческое исследование характеристик струйных элементов,
основное значение при их изучении приобретают опыты.
При этом принципиально возможно использование всех
средств экспериментальной гидроаэродинамики: визуали-
зация течений оптическими и другими методами, непосред-
ственное измерение давлений и скоростей в различных
точках поля взаимодействия струй и др. Однако малые
42
размеры элементов, когда сечение каналов не превышает
1 мм или даже десятых долей миллиметра, затрудняет
проведение экспериментальных исследований. Поэтому
оказывается необходимой разработка специальных прие-
мов экспериментирования и специальной аппаратуры.
При этом, наряду с натурными испытаниями, большое зна-
чение приобретают и методы моделирования.
В указанных выше условиях основным, хотя и наибо-
лее трудоемким, методом исследований, применяемым при
разработке первичных струйных элементов, является по-
следовательное изучение влияния на их внешние характе-
ристики различных факторов (размеров, формы и относи-
тельного расположения отдельных каналов и др.). Под
внешними характеристиками струйных элементов мы по-
нимаем характеристики зависимости давлений, расходов,
мощности потоков на выходе элемента от соответствующих
величин на входах, т. е. в каналах управления. Весьма
эффективно сочетание такого метода ведения исследова-
тельских и доводочных работ с приближенным теоретичес-
ким анализом и с другими методами экспериментального
изучения характеристик элементов, позволяющими со-
ставить предварительное представление о качественной
картине взаимодействия течений в камерах элементов.
Необходимость в исследовании характеристик элемен-
тов струйной автоматики возникает не только при изуче-
нии отдельных элементов, но определяется также требова-
ниями согласования характеристик элементов при совмест-
ной работе их в приборах, в которых используются различ-
ные схемы соединения. Требуется согласование расходов
и давлений, получаемых на выходе элементов, с расхода-
ми и давлениями в каналах управления следующих по
цепи воздействий элементов, которым передаются коман-
ды управления. Это достигается соответствующим выбором
входных и выходных сопротивлений (если следовать тер-
минологии, принятой в электронной автоматике,— вход-
ных и выходных импеданцев) каждого элемента. Уровни
входных сигналов при объединенной работе струйных эле-
ментов задаются такими, чтобы, с одной стороны, дости-
галось максимальное усиление сигналов и были бы эффек-
тивными процессы управления, и, с другой стороны, обес-
печивалась бы помехоустойчивость, нечувствительность
ко всякого рода возмущениям. При изменении в процессе
операции течений в элементах (при релейном изменении
43
направлений струй и др.) давления и расход в управляю-
щих каналах не должны изменяться так, чтобы это могло
существенно влиять на совместную работу элементов в
схемах.
Опыт разработки элементов и приборов струйной авто-
матики показывает, что несоблюдение всех этих условий
может нарушить нормальную работу приборов. При соеди-
нении отдельных элементов в каскады в этом случае могут
возникать высокочастотные колебания, обусловленные как
внутренними гидроаэродинамическими процессами в каж-
дом элементе, так и взаимодействием потоков в отдельных
каскадах, образующих в своей совокупности сложную
динамическую систему. Могут также возникать в этом
случае и медленно протекающие по времени смещения
(дрейфы) значений выходных величин, обусловленные
изменением линий тока в отдельных элементах. Все эти
явления не возникают при правильном построении первич-
ных элементов и обеспечении нормальных условий совмест-
ной их работы в приборах.
Рабочие качества приборов струйной автоматики опре-
деляются не только характеристиками самих первичных
струйных элементов, но также и характеристиками ком-
муникационных каналов, служащих для соединения эле-
ментов между собой. В некоторых элементах имеются и
внутренние коммуникационные каналы (например, каналы
обратной связи на рис. 5 и 7а). В зависимости от соот-
ношения проходных сечений каналов и выходных сече-
ний элементов передача сигналов по коммуникацион-
ным линиям происходит при использовании кинетической
энергии струй, или же на основе преобразования значи-
тельной части этой энергии при поступлении потока в ком-
муникационный канал в потенциальную энергию. От того,
какими выбраны проходные сечения каналов, зависят,
с одной стороны,— потери механической энергии потока
при передаче сигналов по каналам в стационарных усло-
виях, и, с другой,— скорость передачи от одного элемента
к другому сигналов изменения режима, с которой связано
быстродействие приборов и систем.
Так как в разработанных к настоящему времени
струйных элементах передача сигналов управления зани-
мает время, измеряемое лишь тысячными или даже десяти-
тысячными долями секунды, скорость передачи сигналов
чаще всего ограничивается коммуникационными канала-
44
ми. Теоретические и экспериментальные исследования
показывают, что при правильном выборе сечений комму-
никационных каналов, когда передача сигналов изменения
режима не замедляется из-за возникновения больших по
амплитуде отраженных волн, скорость этой передачи
приближается к скорости распространения звука в соот-
ветствующей среде. При этом для приборов пневмоники,
в которых сигналы управления проходят через целый ряд
последовательно соединенных каскадов первичных эле-
ментов, граница диапазона пропускаемых частот опреде-
ляется значениями порядка сотен герц.
Описанные принципы выполнения различных операций
на струях, без применения механических подвижных ча-
стей, могут использоваться для управления потоками
большой мощности. Вместе с тем, оказывается возмож-
ным строить элементы, предназначенные для приборов
контроля и управления общепромышленного назначения,
у которых сечения каналов составляют лишь десятые
доли миллиметра.
Анализ характеристик струйных элементов и коммуни-
кационных каналов показывает, что скорость выполнения
операций в приборах струйной автоматики можно еще
увеличить. Повышение быстродействия достигается умень-
шением размеров струйных элементов и построенных на
них приборов. Скорость передачи сигналов зависит также
от свойств рабочей среды; при работе с газовыми средами
на нее влияют давление и температура, вязкость газа и
величина избыточного давления, под действием которого
течет газ в каналах первичных элементов. Расчеты, хорошо
подтверждаемые опытными данными, показывают, напри-
мер, что при прочих равных условиях быстродействие
струйных элементов, работающих на гелии, в несколько
раз больше, чем при их работе на воздухе.
Возможность еще большего уменьшения элементов и
приборов, с чем связано дальнейшее повышение их быстро-
действия, определяется в основном технологией изготов-
ления приборов.
Вообще в области струйной автоматики вопросы, свя-
занные с принципами построения приборов и систем,
вопросы гидроаэродинамики элементов и вопросы техноло-
гии изготовления приборов связаны между собой самым
тесным образом. Можно было бы привести множество при-
меров, иллюстрирующих это положение. Важное значение
45
имеет, например, установление зависимости между откло-
нениями в размерах элементов, определяемыми особенно-
стями того или другого способа изготовления, и изменения-
ми в ходе гидроаэродпнамических процессов, от которых
зависят конечные характеристики элементов и приборов.
Желательно при заданной конфигурации и заданных раз-
мерах элементов (в плане) по возможности уменьшать
глубину выемок, которыми образуются элементы при из-
готовлении приборов способом печатных схем. С уменьше-
нием глубины выемок облегчается изготовление элементов
и снижаются энергетические затраты, с которыми связана
работа приборов. Однако чрезмерное уменьшение расстоя-
ния между торцовыми стенками начинает неблагоприятно
сказываться на характеристиках протекающих в элемен-
тах гидроаэродинамическпх процессов. Одними и теми же
элементами могут выполняться в некоторых случаях раз-
личные функции, что позволяет свести к минимуму число
используемых элементов; однако конструкция элементов
и выбор режимов их работы в соединении с другими эле-
ментами должны быть такими, чтобы ни при каких усло-
виях не могло произойти выполнение одной из первичных
операций вместо другой. Это также требует специального
подхода к исследованию характеристик элементов.
Необходимость изучения комплекса вопросов, являю-
щихся специфичными для рассматриваемой области, при-
вела к тому, что одновременно с зарождением и развитием
техники построения элементов и приборов гидроаэродина-
мического действия начинает формироваться и теория
струйной автоматики.
7.
Области применения прибсрсв
струйной автоматики
Промышленное внедрение струпной автоматики
только-только началось, но, несмотря па это, уже доста-
точно четко определились области ее применения в раз-
личных отраслях техники.
46
Наибольшее значение для современной техники имеет
пневматическая ветвь струйной автоматики — пневмони-
ка, хотя во многих случаях существенна также и возмож-
ность выполнения операций контроля и управления на
потоках жидкости. Рассмотрим сначала вопросы практи-
ческого использования приборов пневматической струй-
ной автоматики, затем остановимся на задачах, решение
которых связано с использованием гидравлических струй-
ных устройств.
Области, в которых уже начали, а в дальнейшем будут
все более и более широко применяться приборы пневмонн-
ки, можно разделить на четыре группы.
Следует указать, прежде всего, на функции контроля
и управления в самых различных отраслях промышленно-
сти, для выполнения которых и ранее использовались
пневматические приборы соответствующего назначения.
Применение приборов пневмоники для выполнения этих
функций оказывается в ряде случаев целесообразным не
только потому, что приборы очень дешевы, но и по той
причине, что они отличаются чрезвычайно высокой эксплу-
атационной надежностью. Для них характерен практи-
чески неограниченный ресурс работы.
Приборы пневмоники находят в промышленности и
новые приложения, которые становятся возможными
только благодаря их быстродействию и малым габарит-
ным размерам. Эти качества приборов пневмоники, так
же, как низкая стоимость их изготовления и высокая
эксплуатационная надежность, открывают пути к созда-
нию пневматических систем контроля и управления, реа-
лизующих многие из функций, которые ранее могли вы-
полняться лишь средствами электроники. С созданием
пневмоники оказывается возможным построение пневма-
тических специализированных цифровых информацион-
ных и управляющих машин, содержащих тысячи первич-
ных элементов. Средствами пневмоавтоматики оказывает-
ся возможным решение сложнейших задач, возникающих
прп комплексной автоматизации производственных про-
цессов.
Работоспособность приборов пневмоники, при изготов-
лении их из соответствующих материалов, в условиях
сверхвысоких и сверхнизких температур окружающей и
рабочей среды, возможность работы при инерционных
перегрузках и сильных вибрациях, неподверженность
47
радиационным воздействиям — все эти качества делают
их незаменимыми для ряда специальных отраслей техни-
ки. Применение пневмоники в этих отраслях оказывается
во многих случаях возможным там, где раньше вообще
не могли применяться ни электронные приборы, ни пнев-
матические, содержащие механические подвижные части,
и где введение автоматического контроля и управления
представляло собой трудно разрешимую задачу или же яв-
лялось практически невозможным.
Наконец, принципы использования взаимодействия
потоков, разработанные в ходе создания элементов пнев-
моники, находят уже сейчас применение не только в обла-
сти техники контроля и управления, но также и в других
областях.
Остановимся более подробно на каждом из указанных
выше приложений пневмоники.
Говоря о перспективах использования приборов пнев-
моники там, где сейчас применяются пневматические при-
боры с механическими подвижными частями, нужно иметь
в виду то место, которое занимают уже сейчас средства
пневмоавтоматики среди других средств автоматизации
производственных процессов. Чрезвычайно широкое при-
менение пневматических приборов контроля и управления
в промышленности объясняется рядом факторов. Мы уже
говорили о том, что пневматические приборы старых
типов, содержащие механические подвижные части, зна-
чительно дороже в изготовлении, чем приборы пневмони-
ки, обладают меньшим ресурсом работы и более требова-
тельны к условиям эксплуатации. Однако при сравнении
даже этих пневматических приборов с приборами других
типов — электромеханическими, электронными и други-
ми — оказывается, что они дешевле и проще в изготовле-
нии и в эксплуатации и более надежны, чем эти последние.
Широкое применение в промышленности вторичных пнев-
матических приборов контроля и управления определяется
также и тем, что в ряде случаев наиболее удобными ока-
зываются пневматические исполнительные механизмы, а
многие из датчиков, присоединяемых к первичным измери-
тельным приборам, имеют пневматический выход; все это
создает благоприятные условия для создания комплексных
систем пневмоавтоматики.
Пневматические приборы используются в самых раз-
личных отраслях промышленности: на предприятиях
48
металлургической промышленности, на трубопрокатных
и цементных заводах, электростанциях, в пищевой про-
мышленности и т. д. Например, в металлургии пневмати-
ческие приборы применяются для автоматического управ-
ления распределением дутья по фурмам доменных печей,
для регулирования процессов горения в мартеновских
печах, для регулирования теплотехнических режимов
в печах отжига.
В таких ведущих отраслях промышленности, как хими-
ческая, нефтеперерабатывающая, газовая, горная, пре-
имущественное, а для ряда производственных процессов
и исключительное применение пневматических приборов
контроля и управления определяется соображениями по-
жаро- и взрывобезопасности. В нефтехимической и газо-
вой промышленности пневматическими приборами конт-
роля и управления оснащены почти все основные объек-
ты— трубчатые печи, ректификационные колонны, установ-
ки вторичной перегонки продуктов, конвертеры, реакторы,
установки газораспределительных станций магистральных
газопроводов. Пневматические приборы широко приме-
няются на агрегатах и в установках шахтного оборудо-
вания.
Наряду с автоматизацией непрерывных технологиче-
ских процессов, пневматические приборы контроля и уп-
равления широко используются также при производстве
штучных изделий: в системах автоматического управления
производственными поточными линиями, при конвейер-
ной сборке изделий, при межоперационной транспорти-
ровке деталей.
Благоприятные условия для применения пневматиче-
ских средств контроля и управления в этих отраслях
в значительной мере определяются тем, что с использова-
нием пневматических устройств часто связано выполнение
самих технологических операций. Пневматические зажим-
ные и транспортировочные устройства и механизмы ши-
роко применяются в металлообрабатывающей и деревооб-
рабатывающей промышленности. Пневматическими меха-
низмами снабжены различные укладочные, упаковочные
и фасовочные машины, в полиграфической промышленно-
сти — наборные и буквоотливные машины, фоторепро-
дукционные установки. На стекольных заводах техноло-
гические операции, с которыми связан процесс изготовле-
ния бутылок, такие, как захват из ванны дозированной
49
массы стекла, транспортировка и т. п., производятся с по-
мощью пневматических приспособлений.
Пневматические приборы используются в таких специ-
фических отраслях техники, как пневматический транс-
порт сыпучих тел, применяются для контроля за работой
пневматических машин и инструментов ударного дейст-
вия — пневматических молотов, зубил и др.
В различных отраслях промышленности распростра-
нены пневматические методы контроля линейных разме-
ров деталей, размеров проходных сечений, качества обра-
ботки поверхностей.
В связи со все более широкой автоматизацией произ-
водственных процессов соответственно возникают и более
сложные задачи, для решения которых оказывается необ-
ходимым дальнейшее усовершенствование пневматичес-
ких приборов контроля и управления. Многое здесь было
сделано до того, как возникла пневмоника. Были построе-
ны унифицированные системы пневмоавтоматики, стали
применяться пневматические регуляторы соотношения,
пневматические экстремальные регуляторы и др.
Важным этапом в развитии пневмоавтоматики явилась
разработка системы УСЭППА. На элементах этой системы
были построены различные типы оптимизаторов, пневмати-
ческие управляющие приставки к приборам контроля ка-
чества, пневматические телемеханические системы. С раз-
работкой УСЭППА были значительно расширены функции,
выполняемые пневматическими приборами, и было пока-
зано, что при решении новых задач пневматические при-
боры могут строиться на основе регулярных методов реа-
лизации алгоритмов, применяемых в электро- и радиотех-
нике.
Вместе с тем, промышленная пневмоавтоматика подо-
шла сейчас к такому рубежу, когда при старых техниче-
ских средствах, при использовании элементов с механиче-
скими подвижными частями уже нельзя создавать все
приборы и устройства, необходимые на современном этапе
развития техники контроля и управления. Сейчас все ча-
ще возникает необходимость в систематическом сборе, пе-
реработке, использовании комплексной информации о
ходе технологических процессов, о влиянии на произво-
дительность, качество процессов большого числа различ-
ных факторов. Для выполнения этих функций необходимы
сложные устройства, производящие логические опера-
50
ции, необходимы специализированные цифровые информа-
ционные и управляющие машины, содержащие тысячи и
десятки тысяч первичных элементов. Препятствием к по-
строению систем контроля и управления, использующих
такие устройства и машины, на пневматических элементах
старых типов являются малая скорость их работы, гро-
моздкость, сложность и относительно высокая стоимость
их изготовления.
Совершенно новые возможности открываются в этой
части в связи с появлением струйной автоматики. В струй-
ных элементах время выполнения операций занимает
всего лишь тысячные или даже десятитысячные доли се-
кунды, а по коммуникационным каналам струйных прибо-
ров сигналы передаются со скоростью, близкой к скорости
распространения звука в воздухе. Быстродействие прибо-
ров, построенных на струйных элементах, значительно вы-
ше, чем в пневматических приборах старых типов, хотя и
не может сравниваться с быстродействием электронных
вычислительных устройств. Однако при управлении про-
изводственными процессами, большинство из которых про-
текает относительно медленно, скорость работы струйных
элементов оказывается достаточной для того, чтобы можно
было перерабатывать информацию, используя, где это
нужно, в связи с задачами контроля и управления, струй-
ные цифровые машины, содержащие тысячи первичных
элементов. Скорость работы струйных элементов такова,
что в специализированных цифровых машинах, выполня-
ющих последовательно целый ряд операций, общее время
выполнения всего цикла может быть таким же, или даже
меньшим, чем время, затрачиваемое на ввод исходной
информации или на передачу конечных данных выходным
устройствам.
Струйные приборы в ряде случаев оказываются более
быстродействующими, чем электромеханические приборы
того же назначения.
Ранее, до возникновения пневмоники, существовали
определенные области рационального использования пнев-
матических и электронных приборов контроля и управле-
ния. С созданием пневмоники граница этих областей
смещается, значительно расширяется класс операций,
для выполнения которых оказывается целесообразным
применение более дешевых в изготовлении пневматиче-
ских приборов. Пневмопика не может конкурировать с
51
электроникой там, где необходимо выполнять за короткое
время очень большое количество операций (это, например,
характерно для больших универсальных вычислительных
машин); пневматические устройства оказываются непри-
годными также и в тех случаях, когда сигналы должны
передаваться на большие расстояния. Однако с возникно-
вением пневмоники и здесь появляются новые возможно-
сти, так как создаются более благоприятные, чем раньше,
условия для работы комбинированных пневмо-электри-
ческих систем.
На основании всего сказанного не трудно убедиться
в том, насколько обширны области возможного примене-
ния в промышленности приборов пневмоники. Не удиви-
тельно поэтому, что первые же сообщения о создании
струйной автоматики получили самый широкий отклик.
Одними из первых были названы следующие приложения
пневмоники в промышленности: управляющие устройства
для объектов нефтяной и химической промышленности;
системы регулирования нефтепроводов и газопроводов;
системы управления для гидроэлектростанций; системы
управления процессами транспортировки корродирующих
жидкостей и жидкостей, переносящих твердые частицы;
регуляторы теплообменных аппаратов, отопительных си-
стем и систем кондиционирования воздуха; различные
устройства блокировки и релейной защиты; системы пози-
ционирования; системы программного управления стан-
ками; системы контроля размеров.
Возникает необходимость в применении приборов пнев-
моники дискретного или непрерывного действия, выпол-
няющих самые различные операции. К их числу относят-
ся, например, усилители, устройства для запоминания
сигналов, счетчики, приборы логического действия, регу-
ляторы временных интервалов, генераторы колебаний, вы-
числительные устройства, цифровые устройства и машины.
В некоторых случаях целесообразно приборы пневмо-
ники использовать в комплексе с пневматическими прибо-
рами старых типов: регуляторами, устройствами для за-
поминания непрерывных сигналов и некоторыми другими.
Сейчас работы, проводимые в области струйной авто-
матики, вышли из стадии лабораторных исследований.
Началось внедрение приборов пневмоники в промыш-
ленность.
В СССР, в Институте автоматики и телемеханики, раз-
52
работала система модулей струйной техники (СМСТ), в ко-
торую входят триггер, полный одноразрядный сумматор,
аналоговый решающий усилитель и ряд других модулей.
На них весьма просто строятся различные приборы кон-
троля и управления, включая и цифровые устройства.
Успешно проходит промышленное освоение системы
СМСТ. Ряд приборов, выполненных на модулях СМСТ,
испытывался на заводах химической, нефтегазовой и
других отраслей промышленности. Высокую надежность
показали при работе в промышленных условиях построен-
ные на модулях СМСТ счетчики штучных изделий, спе-
циализированное цифровое устройство, предназначенное
для контроля поступления и расходования деталей на
конвейере, и другие приборы дискретного действия. Уже
в течение длительного времени на промышленных объек-
тах в сложных эксплуатационных условиях безотказно
работают построенные на модулях СМСТ приборы непре-
рывного действия.
В промышленности США уже применяются следующие
приборы и системы струйной автоматики: системы регули-
рования; одноступенчатые струйные усилители непрерыв-
ного и дискретного действия; счетчики деталей; система
обегания; система контроля деталей на конвейере, произ-
водящая отбраковку деталей, размеры которых находятся
за пределами допуска; приборы для измерения расхода,
снабженные струйными усилителями, и др.
Для управления конвейерами начинают применяться
струйные сдвигающие цифровые регистры. Они использу-
ются следующим образом. Последовательно соединенные
ячейки регистра (см., например, рис. 19) образуют систе-
му обегания, в которой цифры «1» или «О», введенные
в некоторую ячейку, по тактовым командам проходят
(«обегают») ячейки — одну за другой. Если имеется не-
сколько параллельно установленных сдвигающих регист-
ров, можно на входе в них задать ту или другую последо-
вательность значений «1» и «О», представляющую собой
закодированное в двоичном коде число. По тактовым
командам, согласованным с движением ленты конвейера,
движется по группе регистров вся совокупность значений
«1»и «О», несущая в себе код заданного числа. На различ-
ных участках линии, мимо которых проходит лента
конвейера, устанавливаются блоки совпадения (блоки
поразрядного сравнения чисел). Когда лента конвейера
53
проходит участок, номер которого, также закодированный в
двоичном коде, совпадает с заданным номером, бегущим
по системе регистров, блок совпадения выдает сигнал,
поступающий к исполнительным органам. Последними
производится перестановка деталей на конвейере, отбира-
ются и подаются нужные детали (или товары, если кон-
вейер установлен на складе либо в магазине), или же выпол-
няются любые другие наперед заданные операции. Управ-
ляющая система струйных элементов может быть выполне-
на в виде одного прибора,связанного коммуникационными
каналами с различными участками конвейера и с уста-
новленными вдоль линии исполнительными органами.
Работы, связанные с использованием струйных уси-
лителей в измерительных приборах, начаты недавно во
Франции. Схема такого измерительного прибора показана
на рис. 21. На этом рисунке: 1 — поверхность, от которой
измеряется расстояние I, 2 и 3 — пневматические камеры,
образующие вместе с дросселями 4 и <5, каналом питания
6 и настроечным регулировочным дросселем 7 пневмати-
ческий мостик, аналогичный мостику Уитстона, приме-
няемому в электрических приборах. Величина рассогла-
сования между давлениями в камерах 2 и 3 пропорциональ-
на при соответствующем выборе элементов системы изме-
ряемому расстоянию/. Эта разность давлений усиливается
струйным усилителем 8. Под действием давления струи,
выходящей из усилителя, происходит отклонение стрелки
9, нагруженной пружиной 10. Эта стрелка, аналогичная
стрелкам гальванометров, является единственной подвиж-
ной деталью прибора.
В ряде публикаций, сделанных за последнее время
в США, указывается на большое значение пневмоники
для таких специальных отраслей техники, как авиацион-
ная, ракетная, техника управления космическими кораб-
лями, атомная энергетика. Например, в сообщении, сде-
ланном отделом ракетной и космической техники фирмы
Дуглас, указывается, что для космической техники струй-
ные системы управления, не содержащие механических
подвижных частей, имеют важное значение, так как они
очень просты, имеют малый вес, могут работать при пре-
дельных значениях температуры и не подвержены радиа-
ционным воздействиям. Этой фирмой ведутся работы
с различными типами приборов струйной автоматики:
усилителями, переключателями, приборами непрерыв-
54
ного действия, устройствами, выполняющими логические
функции, модулями и блоками цифровых вычислительных
устройств.
В ряде других сообщений отмечается значение пневмо-
ники для регулирования направления тяги в ракетах.
Принципы, на которых построе-
ны приборы пневмоники, не-
посредственно используются
для управления реактивными
струями; особенностью такого
метода управления является
то, что в управляющих устрой-
ствах отсутствуют какие бы то
ни было механические подвиж-
ные части, которые могли бы
подвергаться действию высоких
температур. Для управления
ракетами оказывается целесо-
образным применение и струй-
ных цифровых вычислительных
устройств.
На рис. 22а приведена схе-
ма системы управления напра-
влением вектора тяги ракеты.	Рис. 21
Показана часть системы, пред-
назначенная для управления одной из компонент век-
тора тяги. Эта система в целом является, в свою оче-
редь, частью системы управления курсом ракеты. Согласно
рис. 22а, сигнал скорости отклонения координаты, полу-
ченный от чувствительного элемента 1, передается по ка-
налам 2 или 3 (в зависимости от знака отклонения) соот-
ветственно к усилителям 4 или 5. С выхода усилителя сиг-
нал скорости отклонения поступает в интегратор 6. После
интегрирования он передается по одному из каналов 7 и
сравнивается с командным сигналом 8. Получаемый при
этом сигнал рассогласования подается по каналам 11 на
вход блоков 12 или 13, к которым по каналам 9 или 10
подводится и сигнал скорости отклонения. Вырабаты-
ваемые в этих блоках сигналы передаются далее по ка-
налу 14 или 15. После их усиления они уже непосредствен-
но используются для воздействия на струю, вытекающую
из реактивного сопла, и управления таким образом на-
правлением вектора тяги.
55
Вычислительные цифровые устройства системы уп-
равления курсом ракеты могут содержать, в зависимости
от требуемой точности выполнения операций,— от несколь-
ких десятков до десятков тысяч
струйных элементов.
На рис. 22 б приве-
дена схема струйного
усилителя непрерывно-
го действия, предназна-
ченного также для ис-
пользования в системе
управления курсом ра-
кеты. Основной поток,
подводимый к усилите-
лю по каналу 1, развет-
вляется, следуя в даль-
нейшем по каналам 2 и
3. Канал 4 является уп-
равляющим. Если к не-
му не подведено давле-
ние, то распределение
потоков по каналам 2 и
3 примерно одинаковое.
При создании давления
в канале 4 из него вы-
ходит струя в направ-
лении, противополож-
ном направлению ос-
новного течения в кана-
ле 2. В зависимости от
величины расхода, в
канале управления ме-
няется положение точки
отрыва потока в колене 5. Это приводит к тому, что при
взаимодействии струй, вытекающих из каналов 2 и 3,
меняется направление результирующего потока 6 и соот-
ветственно с этим по-разному распределяются части его,
поступающие в выходные каналы 7 и 8 (9 — канал сооб-
щения с атмосферой, 10 — разделительная перегородка,
11 — карман, препятствующий отрыву потока па соответ-
ствующем участке стенки, благодаря чему усилитель
является усилителем непрерывного действия, а не двух-
позиционным).
В США опубликованы данные о том, что отдел ракет
56
с ядерными силовыми установками и отдел регулирования
центра Левиса (НАСА) ведут работы, связанные с исполь-
зованием пневмоники для ракет с ядерными силовыми
установками. При слабом экранировании реакторов, из-за
высокого уровня радиации оказываются непригодными
электронные приборы. С одной стороны, это обстоятель-
ство, с другой — то, что приборы пневмоники могут рабо-
тать в условиях чрезвычайно высоких температур, при
вибрациях и при инерционных перегрузках — делает
применение пневмоники важным также и для этой области.
Ведутся исследования пневматических исполнительных
органов, перестанавливающих регулировочные стержни
реакторов, и исследования, связанные с созданием специа-
лизированных систем струпной автоматики, предназначен-
ных для переработки получаемой информации и передачи
ее исполнительным органам. Для этой области приложе-
ний важны вопросы исследования и разработки различных
струйных устройств: аналоговых и дискретных цифровых
устройств; исполнительных органов непрерывного дейст-
вия и таких, которые представляют собой системы пози-
ционирования с цифровым управлением; преобразовате-
лей чисто аэродинамического действия, переводящих дис-
кретные сигналы в непрерывные.
Широкие возможности использования пневмоники в
авиационной технике определяются тем, что для летатель-
ных аппаратов характерно наличие целого ряда систем,
входные сигналы у которых по естественным условиям
их работы являются пневматическими. Примером могут
служить чувствительные элементы авиационных авто-
пилотов: первичные сигналы, которыми определяется
положение самолета, при использовании средств пневмо-
ники могут обрабатываться и передаваться исполнительным
органам без применения электронных приборов. Вы-
полнение команд, получаемых от приборов пневмоники,
может производиться таким образом, чтобы использова-
лось для силовых воздействий давление скоростного напо-
ра, создающееся при движении летательного аппарата.
К числу первичных измерительных приборов аэродинами-
ческого действия относятся также приборы для измерения
скорости полета и для измерения высоты (альтиметры);
при использовании средств пневмоники сигналы, поступаю-
щие от этих приборов, могут обрабатываться непосредст-
венно присоединяемыми к ним струйными вычислительны-
57
ми устройствами. Для приложений пневмоники в авиаци-
онной технике важно, что струйные элементы могут
работать не только при нормальных, но также и при
относительно малых абсолютных давлениях рабочей
среды.
Все указанные примеры использования пневмоники
относятся к области автоматического контроля и управле-
ния. Наряду с этим, принципы, на которых основано
построение приборов струйной автоматики, могут исполь-
зоваться, и уже начинают использоваться, для осущест-
вления основных рабочих операций, выполняемых раз-
личного рода устройствами и машинами.
Разработанные в Институте автоматики и телемеханики
струйные элементы применяются не только в качестве вы-
числительных и управляющих устройств. Например,
аэродинамический генератор колебаний, схема которого
была приведена на рис. 6, используется как приводное
устройство для создания возвратно-поступательного
движения в насосных агрегатах, служащих для пере-
качки газов и жидкостей. Внешний вид аэродинамиче-
ского генератора колебаний данного типа показан на
рис. 23.
В США на элементах струйной автоматики было пост-
роено «искусственное сердце»; в этом устройстве перемен-
ное внешнее давление использовалось для выдавливания
крови из пластмассовых мешочков через специальную си-
стему распределительных элементов, имитируя ритм
работы сердца. При испытаниях устройство действовало
непрерывно в течение пяти месяцев.
Опубликованы также данные о разработке экспери-
ментальной модели автомобиля с газотурбинным приво-
дом, в котором не только первичные функции управления,
но и силовые воздействия, с которыми связано управление,
основаны на использовании принципов струйной тех-
ники.
Принципы построения элементов струйной автоматики
начинают использоваться для переключсчшя потоков га-
зов и жидкостей в узлах разветвления трубопроводов.
Этим в ряде случаев исключается необходимость в установ-
ке клапанов с механическими подвижными частями, что
существенно, например, при транспортировке корроди-
рующих сред. Струйные переключатели могут применять-
ся в трубопроводах любого проходного сечения.
58
Рис. 23
Создание с помощью струйных элементов колебаний
в потоках газов и жидкостей, поступающих в газовые го-
релки и горелки других типов, позволяет повысить эффек-
тивность работы последних, так как при пульсирую-
щей подаче топлива улучшается качество сгорания его
в печах.
Для некоторых отраслей техники существенно то, что
струйными элементами и приборами одни и те же опера-
ции контроля и управления могут выполняться не только
на потоках воздуха или других газов, но и на потоках жид-
костей. Широкие перспективы для использования гидрав-
лической струйной автоматики открываются в тех облас-
тях техники, где уже сейчас находят массовое применение
гидравлические приборы контроля и управления: в гидро-
турбинах, дизельных силовых установках, газотурбинных
двигателях, отопительных системах, на судовых установ-
ках, на обогатительных фабриках в горнорудной про-
мышленности и т. д. Большое распространение в современ-
ной технике имеют следящие гидравлические силовые
приводы, обладающие, по сравнению с приводами других
типов, известными преимуществами,— например, возмож-
ностью при малых размерах привода получать очень
большие усилия, высокой точностью слежения и синхро-
низации работы целых групп приводов. С созданием
струйной автоматики открываются новые пути для управ-
ления гидроприводами станков, работающих по заданным
программам, гидроприводами транспортировочных уст-
ройств автоматических линий и др.
В связи с построением на струйных элементах новых
типов пневматических и гидравлических вторичных при-
59
боров, предназначенных для переработки поступающей
в них информации, возникают новые задачи и в части по-
строения входных и выходных устройств струйной авто-
матики. Многие из уже существующих измерительных
приборов дают на выходе сигналы, которые прямо могут
поступать во вторичные приборы струйной автоматики.
Вместе с тем, в связи со значительным расширением
функций пневмогидроавтоматики становится актуальной
разработка новых типов измерительных приборов, датчи-
ков-преобразователей, выходных устройств.
На основе использования свойств течений оказывается
возможным по-новому решать задачи измерения размеров,
скоростей течения и ряда других первичных величин.
Одним из новых направлений, которое начало разрабаты-
ваться в связи с созданием струйной автоматики, является
распознавание с помощью струйных элементов командных
звуковых сигналов.
Весьма актуальна для области струйной автоматики
разработка новых типов пневмо-электрических и электро-
пневматических преобразователей. Такие преобразовате-
ли нужны, с одной стороны, для изучения процессов рабо-
ты элементов и приборов струйной автоматики, с другой,
для соединения между собой пневмо- и электроприборов
при их совместной работе в комбинированных системах.
Создание цифровых струйных приборов, струйных инфор-
мационных и управляющих цифровых машин делает акту-
альной разработку специальных устройств для ввода про-
грамм. К их числу относятся различного рода входные
включатели, а также устройства для считывания про-
граммных заданий с перфолент.
Для области струйной автоматики актуальны вопросы
преобразования на потоках, без использования механи-
ческих подвижных частей, дискретных сигналов в непре-
рывные, а также вопросы разработки рациональных схем и
конструкций усилителей и выходных преобразователей,
связывающих вторичные струйные приборы с испол-
нительными органами систем автоматического управ-
ления.
8.
Экономические аспекты внедрения
в промышленность струйной автоматики
Анализ предварительных данных стоимости изго-
товления приборов струйной автоматики способом печат-
ных схем приводит к заключению о том, что даже при
опытном производстве первых партий этих приборов они
оказываются более дешевыми в изготовлении, чем серийно
выпускаемые пневматические и гидравлические приборы,
содержащие механические подвижные части, и серийно
выпускаемые электронные приборы соответствующего
назначения. При массовом же выпуске приборов струй-
ной автоматики стоимость их изготовления должна быть
в десятки раз меньше по сравнению с любыми другими при-
борами контроля и управления. Этот вывод подтверждает-
ся и материалами, опубликованными в иностранной печа-
ти; там указывается, что стоимость выпуска узлов для
приборов пневмоники, имеющих общепромышленное на-
значение, при изготовлении их из пластмассы способом
литья оказывается в 30 раз меньшей, чем электронных
устройств того же назначения1. Стоимость простейших
приборов, являющихся вместе с тем функциональными
блоками сложнейших вычислительных устройств (таких,
как цифровые сумматоры и вычитатели, запоминающие
устройства и др.), должна составлять сумму от копеек до
нескольких рублей, в зависимости от их структуры.
При оценке экономических аспектов внедрения в про-
мышленность приборов того или другого типа необходимо
учитывать не только стоимость изготовления приборов,
но также и расходы, связанные с их эксплуатацией, ре-
монтами, заменой приборов по истечении срока их работы.
Особенностью приборов струйной автоматики является
большой, практически неограниченный, срок работы. Уже
первый опыт внедрения в промышленность показывает,
что они годами могут работать без какого бы то ни было
вмешательства, не требуют ремонтов, переналадок и т. п.
В приборах пневмоники, работающих при малых перепа-
1 W. Е. Gray, Н. Stern. Fluid Amplifiers. «Control
Engineering», February 1964.
61
дах давлений и с малыми расходами воздуха, нечему из-
нашиваться. Элементы релейного действия в таких прибо-
рах после того, как ими произведены сотни миллионов
переключений (эта цифра может быть доведена до астро-
номических значений), остаются такими же, какими они
были тотчас же после изготовления.
Особенностью приборов пневмоники, предназначенных
для промышленного использования, является то, что они
надежно работают при избыточных давлениях питания, не
выходящих за пределы сотых или даже тысячных долей
атмосферы. При этом энергетические затраты уменьшают-
ся в тысячи раз по сравнению с затратами, с которыми бы-
ла бы связана работа этих же приборов при принятом в
пневмоавтоматике стандартном давлении питания, равном
1 ати. Мощность, затрачиваемая на работу первичных
струйных элементов при малых давлениях питания, равна
всего сотым долям ватта; она не превышает мощности,
затрачиваемой на работу транзисторов в полупроводни-
ковых электронных приборах.
Работоспособность приборов пневмоники при очень
малых избыточных давлениях питания существенна и с
точки зрения экономических затрат. Вместо дорогостоя-
щих, сложных в эксплуатации компрессорных установок,
применявшихся до сих пор для обслуживания систем пнев-
моавтоматики, для подачи воздуха в приборы пневмоники
могут использоваться вентиляторы, дешевые в изготовле-
нии и не требующие ухода за собой при эксплуатации.
При этом во многих случаях устраняется необходимость
в применении специальных масло- и влагоочистительных
установок, включение которых в системы воздухоподготов-
ки обязательно, если воздух подается от компрессоров.
Все это снижает эксплуатационные расходы.
Этапы разработки новых приборов пневмоники, соот-
ветствующие этапам конструирования приборов других
типов, сводятся, при использовании способа фотохимиче-
ского травления, к подборке на листе бумаги заранее за-
готовленных силуэтных вырезок элементов и каналов.
Так же проста и методика набора приборов и систем пнев-
моники из стандартных модулей. Эти операции занимают
мало времени и связаны с незначительными затратами.
Является существенным в экономическом плане и то,
что сами процессы изготовления приборов пневмоники мо-
гут быть полностью автоматизированы.
ИНОСТРАННАЯ ЛИТЕРАТУРА
ПО СТРУЙНОЙ АВТОМАТИКЕ
1.	Bowles R. Е. Miniaturized Fluid Control Subsystems Ma-
ke Moving Mechanical Parts passe. «SAE Journal», vol. 69,
N 18, October 1961.
2.	Fluid Computing Elemenls Open New Doors in Control.
«Control Engineering», vol. 7, N 5, 1960.
3.	F. D. Ezekiel, J. R. Greenwood. Hydraulics Hall-
Add Binary Numbers. «Control Engineering», vol. 8, N 2, Feb-
ruary 1961.
4.	H. H. Glaettli. Grundsatzliches und Grenzabschatzungen
betreffend hydrodynamische Verstarker. «ZAMP», vol. XIII,
N 5, 25/9, 1962.
5.	А. С о m p a г i n, A. E. Mitchell, H. R. Muller.
Qualitative und quantitive Aspccte des Grenzschichtverstar-
kers, «ZAMP», vol. XIII, N 5, 25/9, 1962.
6.	Fluid Jet Control Devices, papers presented at the Symposium
on Fluid Jet Control Devices at the Winter Annual Meeting of
the ASME, New York, November 28, 1962.
7.	E. J. К о m p a s s. The State of the Art in Fluid Amplifiers.
«Control Engineering», vol. 10, N 1, January 1963.
8.	«Austronautics», vol. 8, N 1, January 1963, p. 33.
9.	A. E. M i t c h e 1 1, H. H. Glaettl i, H. R. M u e 1 1 e r.
Fluid Logic Devices and Circuits. «Transactions of the Society
of Instrument Technology», vol. 15, N 2, June 1963.
10.	Lewis Pushes NERVA and Looks Ahead. «Control Engineering»,
vol. 10, N 6, June 1963.
11.	A. E. Mitchell. Calculating with jets. «New Scientist»,
vol. 17, N 329, March 1963.
12.	S. T h e 1 1 i e z. Elements de logique pneumatiques. «Auto-
matisme», vol. 8, N 9, September 1963.
13.	R. E. В о w les, F. T. В г о w n. Fluid Systems with no
Moving Parts. Proceedings' of the 2-d International Congress of
the 1FAC, 1963.
14.	D. F i s h 1 о c k. Optical machining— ... the key to pneumatic
machine control? «Metal Work Product», vol. 107, N 7, July 1963.
15.	R. Pay. Рше-Fluid Guidance Advances Through Research
at Giannini. «Missiles and rockets», vol. 13, N 24, December 9,
1963.
16.	Fluid Amplifiers. «Mechanical Engineering», vol. 86, N 2, Feb-
ruary 1964.
17.	K. L. Smith. New Logical Devices. «Data and Control»,
vol. 2, N 1, January 1964.
18.	W. E. G г а у, H. S t e r n. Fluid Amplifiers. «Control Engi-
neering», vol. 11, N 2, February 1964.
ОГЛАВЛЕНИЕ
1.	Струйная автоматика — новая отрасль техники ...	3
2.	Струйные элементы, выполняющие первичные операции
контроля и управления.................................. 7
3.	Другие схемы элементов струйной автоматики ...	16
4.	Пневматические и гидравлические печатные схемы . .	21
5.	Принципы построения приборов струйной автоматики 25
6.	На стыке автоматики и гидроаэродинамики ....	38
7.	Области применения приборов струйной автоматики .	46
8.	Экономические аспекты внедрения в промышленность
струйной автоматики................................... 61
Иностранная литература по струйной автоматике ....	63
Лев Абрамович Залманзон
Пневмоника
Струйная пневмоавтоматика
Утверждено к печати редколлегией научно-популярной литературы
Академии наук СССР
Редактор издательства Н. Б. Прокофьева. Художник С. Бычков
Технические редакторы И. Н. Дорохина и В. Г. Лаут
Сдано в набор 13/V 1964 г. Подписано к печати 12/1 1965 г. Формат 84хЮ8,/3,
Печ. л. 2,0=усл. печ. л. 3,28. Уч.-изд. л. 3,2. Допечатка тираж 8500 экз.
Т-02636 Изд. № 5008/04. Тип. зак. 1613. Темплан 1964 г. № 37
Цена 10 коп.
Издательство «Наука». Москва, К-62, Подсосенский пер., 21
2-я типография Издательства «Наука». Москва, Г-99, Шубинский пер., 10