Пневматические и гидравлические устройства и системы управления. Х Международная конференция «Яблонна-86»: Сборник докладов

Tags: регулирование и управление машинами, процессами гидропривод гидравлика системы управления международные конференции гидроавтоматика
Year: 1986
Similar
Краткая химическая энциклопедия. Том 4. Пирометаллургия - С
Краткая химическая энциклопедия. Том 2
Русско-белорусский политехнический словарь. Том 1. А–Н
Справочник. Том 1. Защита от коррозии, старения и биоповреждений машин, оборудования и сооружений
Text
                    АКАДЕМИЯ НАУК СССР
НАЦИОНАЛЫШЙ КОМИТЕТ СССР ПО АВТОМАТИЧЕСКОМУ УПРАВЛЕНИЮ
ИНСТИТУТ ПРОБЛЕМ УПРАВЛЕНИЯ
ПНЕВМАТИЧЕСКИЕ И ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ
УСТРОЙСТВА И СИСТЕМУ УПРАВЛЕНИЯ
X Международная конференция
ЯБЛОННА-86
Сборник докладов
Москва Энергоатомиздат 1986

1
5b
ПЧоЬ
УДК 62-525 уч
Сборник содержит доклады, посвященные общим проблемам1
теории пневмо- и гидроавтоматики, разработке
пневматических и гидравлических элементов и устройств управления, а
также применению пневмо- и гидроавтоматики в системах
управления технологическими процессами в промышленности,
сельском хозяйстве, медицине и в робототехнике.
Доклады воспроизводятся в том виде, в каком
представлены авторами.
Утверждено к печати Оргкомитетом конференции.
ЮЧ№ ШШТЕЙ
мм. !4>рышг#
МГУ
Материалы научной конференции *
Пневматические и гидравлические устройства
и системы управления
Обложка художника Т,Ю, Хрычевой
Н/К
Подгшсано в печать 03.02.86 г. Т=03386 . Формат бОхЭО1/^.
Бумага офсетная Л I. Печать офсетная. Усл. печ. л. 25,75.
Усл. кр.=отт. 26,0 Уч.=изд. л. 21,56 Тираж 250 экз.
Заказ 1570. Бесплатно
Энергоатошздат, II3II4, Москва, М=П4, Шлюзовая наб.,10
,2404000000*482—без объявл* ©Инотитут проблем управления, 1986
051(01)=86

СОДЕРЖАНИЕ
ТЕОРИЯ ЭЛЕМЕНТОВ ПНЕВЫО- И ГИДРОАВТОМАТИКИ, 4
ПНЕВМАТИЧЕСКИЕ УСТРОЙСТВА УПРАВЛЕНИЯ. 84
ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ УСТРОЙСТВА УПРАВЛЕНИЯ, 223
УСТРОЙСТВА СОПРЯЖЕНИЯ И КОМБИНИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ
УПРАВЛЕНИЯ 297
ПНЕВМАТИЧЕСКИЕ И ГИДРАВЖЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ В ПРОМЫШЛЕННОСТИ, СЕЛЬСКОМ
ХОЗЯЙСТВЕ И МЕДИЦИНЕ 349
ИМЕННОЙ УКАЗАТЕЛЬ 410
3

ТЕОРИЯ МИШИ»- ПНЕВМО-- К- ТВДЩЗТОШЖИ
ЭЛЕМЕНТЫ ПНЕЗМОНЙКИ С КСЯЮЛЬЬОЗАНИЕМ ШШИк
ЗЗАИМОДЕЙСТ^ИЯ ПЛОСКОЙ СТРУИ И КОРОТКОЙ СТЭШ
З.Л.Цурзинов /СССР/
Использование в пневмоавтоматике элементов
аэродинамического действия становится все более актуальным [i] •
Особенности работы этих элементов определяют для них
специфичные области применения, такие как область высоких
температур, повышенной радиации и т.д., кроме того, элементы и
приборы пневмоники пожаро- и взрывобезопасны.
Работа элементов аэродинамического действия основана на
использовании различных эффектов взаимодействия струй газа
или жидкости со стенками камер, в которых распространяются
эти струи [2] . Применение аэродинамических эффектов
позволяет создавать элементы и приборы, не имеющие подвижных
механических частей, что обеспечивает их надежность,
долговечность и технологичность при изготовлении*
Один из аэродинамических эффектов основан на
взаимодействии плоской струи и короткой стенки. Сущность этого
взаимодействия, заключается в наличии весьма ярко выраженного
аэродинамического гистерезиса. При этом поведение плоской
струи, а^ именно угол ее наклона, неоднозначно зависит от
положения короткой стенки [з] . На рисЛ показана схема
расположения короткой стенки длиной Ь и плоского
отверстия шириной 0 , формирующего соответствующую струю.
Рис. I
4

*гол оС между вертикалью и осью струи определяется
согласно рис. I. Величина угла d зависит от расстояния О
между отверстием и короткой стенкой. Зависимость между этими
величинами показана на рис.2. На диаграмме /рис.2/
%
Г
г
V 4L
-Ж
А*
%
Рйс.2
особо ввделены величины &к< / о и О-ка/б t которые
соответствуют самопроизвольному переходу струи из одного макро-
устойчивого положения в другое.
Например, получено значение &к< / Ь с учетом ширины
плоского отверстия и длины короткой стенки. Зависимость
(Xду /$~ I ( S /&J показана на рис. 3.
«*0г
0,05 Q1Q Ое& 0,гО OJ25
Рис.3
5

Полученная зависимость позволяет определять раоочую
область геометрических размеров аэродинамических элементов
пневмоники.
Литература
1. Залманзон Л.А. Теория элементов пневмоники. - М.:
Наука, 1969. - 508 с.
2. Лебедев И.З. и др. Элементы струйной автоматики. -
М.: Машиностроение, 1973. - 360 с.
3. Экспресс-информация ВИНИТИ "Элементы и приборы
автоматики и вычислительной техники", 1981, № 15, с.8-21.
6

МЕТОД* ПРОЕЕСГИРОВАНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ СТРУЙНОЙ АВТОМАТИКИ
B.C. Левин, В.А.Белаш, В.А.Карев, А.М.Широков /СССР/
В настоящее время распространены эмпирические методы
проектирования элементов'струйной автоматики (СЭ), в
которых методом проб и ошибок подбирается конфигурация
элементов, обеспечивающая необходимые характеристики. В данной
работе рассматриваются возможности применения
экспериментальных методов проектирования струйных элементов на
основе факторного эксперимента (ФЭ) и сканирования потока с
помощью лазерного допплеровского измерителя скорости
(ДДИС). Методы проектирования СЭ тесно взаимосвязаны с
технологией их изготовления, т.к. к точности изготовления
предъявляются высокие требования. При изготовлении СЭ из
металла целесообразно использовать электроэррозионные
станки с числовым программным управлением (W). На
станках с ЧПУ удобно управлять варьируемыми факторами, а
точность изготовления СЭ выше или сравнима с пространственным
разрешением ЛДИС. При создании миниатюрных струйных
элементов с шириной сопла питания 0,5+1 мм практически
невозможно использовать методы моделирования. Отработку
элементов необходимо вести на натурных образцах.
В рамках факторного эксперимента СЭ рассматривается как
"черный ящик". Методами факторного эксперимента можно
решать как интерполяционные, так и оптимизационные задачи [le
Информацию о физике процессов внутри элемента
проектировщик при этом не получает. Сканирование СЭ на ДДИС
позволяет изучить кинематику течения внутри элемента и выработать
стратегию изменения его геометрии с целью улучшения
характеристик. Наличие информации о распределении скоростей в
СЭ позволяет существенно сократить период проектирования
новых элементов, т.к. позволяет управлять местоположением
точек отрыва пограничного слоя, объемом циркуляционных зон
и наличием обратных течений [ 2] • ЛДИС позволяет измерять
7

характеристики турбулентности течений в СЭ, знание которых
необходимо при проектировании малощумящих струйных
элементов. Однако решение оптимизационных задач с помощью ЛДИС
невозможно. Поэтому идеальной схемой проектирования СЭ
является получение первого приближения геометрии элемента
с помощью ЛДИС с последующим решением оптимизационной
задачи методами ФЭ. Такая схема является трудоемкой, но гаг-
рантирует глубокое понимание процессов в струйных
элементах, четкий выбор основных факторов и диапазонов их
варьирования. Безусловно, возможно раздельное применение этих
методов.
Рассмотрим в качестве примеров проектирование
непрерывного струйного усилителя с помощью ЛДИС и логического
элемента И-НЕ-И методами факторного эксперимента. На рис. I
в масштабе 20:1 показано распределение продольной
составляющей скорости в двух областях А и Б рабочей камеры
непрерывного струйного дифференциального усилителя
(размеры сопла питания 1x1 мм^) при нулевом входном сигнале и
нагрузке на выходах "глухая камера". При изменении
геометрии проточной части целесообразно исключить обратные
течения, исключить циркуляционные зоны, заменить жидкие
границы раздела твердыми стенками, сформировать равномерный
профиль скорости на входе в приемный канал; уменьшить
интенсивность турбулентности и обеспечить безотрывное (пред-
отрывное) течение в выходных каналах. Указанные
мероприятия позволяют уменьшить потери энергии, увеличить
отношение сигнал/щум и коэффициенты усиления. На рис. I
пунктиром показано изменение геометрии усилителя, которое
привело к увеличению коэффициента усиления по давлению и
снижению уровня помех на выходах. Сканирование потока в других
областях усилителя и проведение на основе приведенных выше
рекомендаций корректировки их геометрии позволило
спроектировать четырехвходовой суммирующий непрерывный малощумя-
щий струйный усилитель с максимальным коэффициентом
усиления по давлению равным 13. Описанный способ улучшения
характеристик СЭ позволяет вести их проектирование с учетом
изменения нагрузки и уровня входных сигналов.
8

На рис. 2 приведена геометрия дискретного СЭ,
реализующего логическую функцию И-НЕ-И,: показаны варьируемые
факторы. Базовые уровни факторов лежат в диапазоне 100+850 мкм,
а интервал варьирования - 204*100 мкм. Был приведен дробный
факторный эксперимент [з] и получено уравнение регрессии
в рамках линейной модели. Оптимизация характеристик СЭ
проводилась методом "крутого восхождения" к экстремуму. В
результате разработан элемент с нагрузочной способностью 4
и пропускающий частоту 600Гц.
Сочетание двух описанных методов позволяет повысить темп
и эффективность проектирования струйных элементов с
заданными характеристиками.
Литература
1. Лебедев И.В., Трескунов С.Л., Яковенко B.C. Элементы
струйной автоматики. - М.: Машиностроение, 1973.
2. Лебедев И.В., Левин B.C., Львов С.Л., Ринкевичюс Б.С.
Исследование потока в камере струйного бистабидьного
элемента с целью улучшения его характеристик. - В кн.: Труды
17 международной конференции по струйной технике. Болгария.
Варна. 1972.
3. Адлер Ю.П., Маркова Е.В., Грановский Ю.В.
Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. - М.:
Наука, 1976.
9

Puc.i Распределение скоростей В рабочей
камере струйного усилителя.
Рис.2 Геометрил дискретного СЭ и
факторы Варьиробанил AK,aJ,c,d
ю

СТРУКТУРА ТЕЧЕНИЙ В НАТУРНЫХ СТРУЙНЫХ ЭЛЕМЕНТАХ
В.А* Белаш, B.C. Ленин /СССР/
В настоящее время ограничены данные о структуре
течений в натурных малоразмерных элементах струйной
автоматики (ширина сопла питания 6п *1«*) [i] , что затрудняет
понимание физики сложных гидродинамических процессов,
происходящих в элементах. Поэтому необходимы количественные
и качественные данные об осреднению: и пульсационных
характеристиках течений в проточных и приемных частях
аналоговых и дискретных усилителей.
Исследования проводились с помощью лазерного
анемометра» имеющего высокую разрешающую способность и не
вносящего возмущений в поток. Характеристики течений
измерялись при различных нагрузках на выходе элементов в
диапазоне автомодельное™ статических характеристик по
Rs -Vnbn/u # Структура течений в аналоговых усилителях и
в дискретных элементах, выполняющих функции триггера с
раздельными входами и моностабильного элемента9
представлена на рис.1-4; 5,7 и 6,8 соответственно.
Анализ течений в трех типах элементов позволяет
выявить общие закономерности. Предлагается разбивать
течение на три области: область струйного течения, зона
влияния приемной части и течение в выходном канале. Длина
начального участка струйного течения £нц /6n *2,Z 9 а
изменение максимальной скорости Voc/Vn в этой области
приближенно описывается зависимостью „ . ЙЛ
Re>ft5-io4jo Ь/8п*1,0,
Voc/Vn* 1-К<*Эф(Р/6п-Рну/Вп) при ЮЧ<*э<><300; 6 4 1к/8яШ?
!«v/6n^f/6ti<LK/Bnt
где об? f К , I - угол между центрами питающего и
приемного сопл, эмпирический коэффициент и продольная
координата вдоль струи; ЬЦЬр*9 , К*0>1Ь7 . Ширина струи
изменяется по линейному закону вдоль течения. Распределение
II

"^ЧЩ^^
скоростей на входе в зону влияния приемной части
приближенно подчиняется универсальной зависимости V/Voe= i-
- 3(У/Угр)*ч2(У/Угр)3 t где Угй - полуширина струи.
Приемные части плоских элементов выравнивают
распределение давления, скорости и ^характеристик турбулентности
течений Ы Vi* • "ч^у на входе выходного канала
(обычно диффузора), снижают интенсивность турбулентности,
что улучшает условия работы выходного канала и упрощает
его проектирование. Импульс, связанный со
среднеквадратичным значением турбулентных пульсаций скорости, на выходе
из рабочей камеры составляет 1-1,5$ от полного импульса*
В выходных каналах происходит увеличение этого параметра
до 2-3$* При расчетах выходных статических характеристик
им можно пренебречь, однако при разработке малошумящих
усилителей оценка пульсандонных характеристик течений
необходима* В дискретных элементах можно рекомендовать
проектировать выходной канал с углом диффузорности
ofe* 15-20° (рис.5-8). В малошумящйх усилителях должно
выполняться условие е£э4 8° . На входе выходного канала
целесообразен (часто необходим) небольшой конфузорный
участок. Увеличение степени турбулентности на срезе
сопла питания €«» повышает турбулентность течения в
рабочей камере элемента.
Результаты исследования структуры течений в натурных
элементах использованы при проектировании элементной
базы [2] , создании методики разработки элементов
с-помощью лазерного анемометра.
Лите ратура
1. Рехтен А.В. Струйная техника.- М.: Машиностроение,
1980.
2. Белаш В.А. Разработка и исследование плоских струй
инх аналоговых усилителей.- М., 1984.- 28 с. - Рукопись
представлена Моск. энерг. ин-том. Деп. в ВИНИТИ ? мая
1984, Я2948-84.
12

PuC./
Р*С.&
a
/6
/4
/£
Ю
s
6
4
&
о
\6x,6M%)j
\K(tfcW
£
\<4
-r\
г '
Г i
f
4
fl\
(b^r^
^
s <
\x
**T
k.
* л
^л
,,z
0 M
W^V^l^ з£-&&с£.м.с1В!/^£х-/ю&о1р*м.ег/уя
Sxo'Whr,, £**W/Vx
рис.-З Рис. 4
13

'*#*
Рис 5
Рас. 6
/лРср
Рас.7
PacS
in

ОСОБЕННОСТИ ТЕЧЕНИЯ ВЯЗКОЙ НЕСЖИМАЕМОЙ ЖИДКОСТИ В
КАНАЛАХ УСТРОЙСТВ ПНЕВМО- И ЩДРОАВТОМАТИКИ ПРИ
НАЛИЧИИ СВОБОДНОЙ СТЕНКИ
В.К.Битюков, В.Н.Колодежнов /СССР/
Изучаются особенности ламинарного течения вязкой
несжимаемой жидкости в одном из вариантов системы типа
"сопло-заслонка", когда заслонка, имея возможность
свободного перемещения относительно торца сопла, находится
под действием заданной нагрузки. Такого рода задачи
возникают при рассмотрении устройств для измерения
линейных размеров предметов и индикации положения изделий[I].
Кроме того, аналогичная схема течения имеет место в
механических струйных элементах [2] и операционно-транс-
портных системах на газовой прослойке [3, 4] .
Рассмотрим плоское, одномерное течение вязкой
несжимаемой жидкости в канале между двумя стенками, одна из
которых закреплена, а другая, свободная, находится под
действием заданной постоянной силы G . Будем
предполагать, что первая стенка представляет собой плоскость,
а вторая имеет более сложную форму, так что течение
жидкости происходит в канале переменной высоты (рис.1).
Жидкость поступает в канал через сопло, выполненное в
плоской закрепленной стенке. Будем предполагать, что
средняя высота канала мала по сравнению с протяженностью
его стенок и течение происходит при сравнительно
небольших числах Рейнольдса. Тогда в рамках сделанных выше
допущений течение жидкости будет описываться следующей
системой уравнений [5]
дР иМ_. Ж.п- д
где х , Z - координаты; {/= [/(*,%■) - скорость
жидкости вдоль оси X; Р-Р(х) давление в канале;
(I)
15

ju - коэффициент динамической вязкости; fa^fafx)-
переменная высота канала*
Граничными условиями для системы уравнений (I)
являются следующие;
х=£; Р=РК\ PK=cor?s£;
x=L; Р = РС; Pc= const;
Z=0; U= О i
? = /?(*) ; U=0.
где D , L - половина ширины, соответственно, сопла и
свободной стенки канала; Р0 - давление жидкости на
выходе канала; Рк - давление в канале напротив сопла,
предполагаемое постоянным для \x\^D . Значение
Рк , вообще говоря, неизвестно заранее и должно
определяться из дополнительного условия равновесия
свободной стенки канала под действием приложенных к ней сил.
На основе рассмотренной модели течения было
сформулировано и строго доказано следующее свойство
распределения давления в каналах переменной высоты.
Пусть имеется два канала с равными значениями L и
D , для которых функции, определяющие их высоты,
удовлетворяют следующим условиям:
для всех XS \D ; L ] • Тогда при прочих равных
значениях Рк и /^ , из которых Р>Р , утверждается,
для всех XG [D;L] .
Здесь нижние цифровые индексы I и 2 относят
соответствующие параметры к каналам первого и второго типа.
Заметим, что условия (2) представляют собой условия
монотонного изменения высоты каналов.
В качестве примера на рис.2,а приводятся
экспериментальные данные и расчетная кривая зависимости избыточ-
16

ного давления в клиновидном зазоре канала (рис.2,б) от
расстояния до сопла для следующих значений основных
параметров системы: h0= 0,15хЮ""3м; 2L = 0,04 м; ф =0,002
рад; Z£> = Ю"3 м; (Рк-Рс)= 5205 Па.
Рассмотрим влияние формы канала с одной свободной
стенкой на расходные характеристики системы.
Пусть даны две системы (рис.3) с равными значениями
D и L ,для которых высота каналов описывается
соответственно функциями h0-const и h<(x) , причем
men hf (x) = h0 .
Тогда при прочих равных значениях & и Рс имеет место
условие
где Q0 , Qf - объемные расходы жидкости, необходимые
для поддержания свободной стенки канала,соответственно
для случаев плоскопараллельного зазора и зазора
переменной толщины на заданном кратчайшая расстоянии h0 от
закрепленной стенки канала.
Показано, что (по порядку величины) Qf/'Q0
пропорционально третьей степени средней величины отношения ^,/^*
Литература
1.3алманзон Л.А. Аэрогидродинамические методы
измерения входных параметров автоматических систем.-М. :Наука,
1973. - 464 с.
2. Рехтен А.В. Струйная техника: Основы, элементы,
схемы.Пер.с нем./Пер.А.А,Левин.- М.:Машиностроение,1980.
- 237 с.
3. Битюков В.К.,Колодежнов В.Н.,Кущев
Б.И.Пневматические конвейеры.-Воронеж:Изд-во ВГУ, 1984. - 164 с.
4. Залманзон Л.А. Микропроцессоры и управление
потоками жидкостей и газов.- М.: Наука, 1984. - 320 с.
5. Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа. - М.:
Наука, 1973. - 847 с.
им. Горъког*
МГУ

VW/////W//X
v///////////////;/t>//////////////?////,
i
--4-
•y//////„/,bf/{{{{/'///b
^ЧЧЧЧЧЧЧЧЦ ^ЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧчЧЧЧх^
Рйс.I. Схема канала переменной высоты.
а)
isy _
S(
г о
rati
У' с
/о
/о
/о
с
а*
<?*
а*
а*
S^
о
о \
о \
(
)\
°\
-1,00. -0,75 -0,50 -0,25 О 0,25 0,50 0,75 x/L
1Z
Рис.2. Экспериментальные данные и расчетная кривая (а)
зависимости избыточного давления от расстояния
до сопла в клиновидном зазоре канала (б).
\б
2L
Iе
v/>?ss//;///>>>ss//s/t/s%A
2L
Vf////////<///////Л
ED
«f/Л
Рис.3. Каналы с различной формой свободной стенки.

К ВОПРОСУ ОПТИМИЗАЦИИ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ФОРМ
ВИХРЕВЫХ УСТРОЙСТВ СТРУЙНОЙ ТЕХНИКИ
А.А.Казанцев, Г.А.Колыхалов /СССР/
Рассматривается случай отсутствия перетока жидкости
через торцевой пограничный слой» характеризующийся равно*
мерным распределением радиальной составляющей скорости на
каждом радиусе по всей высоте плоской вихревой камеры.
Для решения задачи используется система
дифференциальных уравнений Навье-Стокса, записанная для идеальной
сжимаемой жидкости в цилиндрической системе координат в
стационарной постановке при допущении, что Уг-Ои ^д--0'
Ur Ьг г у Ъг
UrTT г + к дв §> гдв /2/
В уравнениях /1,2/ учитывается, что частицы жидкости
движутся по спирали, близкой к окружности, с постоянным
увеличением скорости пш уменьшении радиуса, т.е. г у фО
и соответственно- ^§^0.
Приняв для периферийного вихря закон постоянства
циркуляции, при "Ifr £0 _ ^
Г-ЩГ^ cantt,
зистецу уравнений /1,2/ можно привести к виду:
Vybr г " S Ъг * /3/
г де ~ $ где , /4/
Умножим почленно уравнение /3/ на df и /4/ на Г'яб' ,
сложим левые и правые части и полученное выражение-
проинтегрируем, будем иметь:
l^p^r+ }<*£ = const. /5/
Для адиабатического течения и для течения несжимаемой
жидкости уравнение /5/ соответственно примет вид:
2 J Г КН р ~с<' /б/
19

Распределение давления, плотности и температуры в
периферийном вихре при изэнтропическом течении для частного
случая Т1г«1Ге можно получить из уравнения /б/, приняв во
внимание уравнение состояния газа
P=?RT,
уравнение изэнтропии
Рек VTW > ?вк \TbKi
выражение для циркуляции
Г— 1/бв<с fete
Распределение параметров по радиусу периферийного
вихря для случая отсутствия радиального равновесия и для
случая радиального равновесия жидкости запишется*
соответственно в виде выражений /8/ и /9/: г
fc-HffMW £=f<-f(#-^.J
Конструктивно организовать равномерное распределение
по высоте вихревой камеры можно постановкой коаксиальных
колец с тангенциальными каналами CU •
О степени закрутки потока можно судить по величине
вакуума в приосевой зоне вихревой камеры с щелевым
диффузором. Один из типовых графиков обобщенных экспериментов
представлен на рис.1. Каждая точка на графике
соответствует максимальному вакууму, который был достигнут при
оптимальной величине щели диффузора. Из результатов
экспериментальных исследований следует, что при докритических
перепадах давления на вихревой камере наблюдается увеличение
степени закрутки потока при одновременном уменьшении
гидравлического сопротивления, если площади тангенциальных
коаксиальных колец связаны соотношением f-/= > f\/~
а радиальное расстояние между соседними кольцами не меньше
вчеоты сечения тангенциального канала большего из соседних
колец.
20

Полученные результаты могут быть использованы при
проектировании струйных вихревых устройств* работающих на док-
ритических перепадах давления, а также устройств типа
циклонов, влагоотделителей, пылеуловителей, смесителей.
Обозначения:
Гьк - радиус плоской вихревой камер!; У - текущий
радиус ; 9 - безразмерная угловая координата ; ^г -
радиальная составляющая скорости ; "Ц - тангенциальная
составляющая скорости ; If ~ )/Vr +Ve - результирующая скорость ;
Г - циркуляция скорости ; Т - температура ; Р - давление ;
р - плотность ; К - показатель изэнтропии; R - газовая
постоянная ; Fj. , F* - соответственно, относительные
площади тангенциальных каналов L -ого и меньшего из колец;
*ч > ^ - соответственно, относительные радиусы_
внутренние поверхностей L -ого и меньшего из колец ; Ft = L/f -
относительная площадь ; F - площадь осевого выходного
канала вихревой камеры ; нижний индекс В К - значения
параметров на периферии вихревой камеры.
Литература
I. Казанцев А.А* Исследование коаксиальных завихрителей
струйных вихревых устройств. - 3 кн.: ХУ Всесоюзное
совещание по пневмоавтоматике. Тезисы докладов. Львов, 1985 г.
с. 26-27.
21

n
0,1 0.2 0.3 04 05
Входное давление, МПа
ЗАВИСИМОСТЬ ДАВЛЕНИЯ В ПРИОСЕЮЙ ЗОНЕ ОТ
ВХОДНОГО ДАВЛЕНИЯ И КОНСТРУКЦИИ ЗАВИХРИТЕВЕЙ
■ -F, =0,061; *:Д =0,061; Fa =0,133; А- Р< =0,061;
F2 =0,133 F3 =0,166 П =20ш, 1д =34ш, Г^ =48ш
22

ОБЕСПЕЧЕНИЕ ТРЕБУЕМЫХ ВЫХОДНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК У МЕХА-
НОПНЕВМАТИЧЕСКИХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ С КОЛЬЦЕВОЙ СТ1УЕЙ
В.И.Реэдик /СССР/
Струйная техника способна удачно конкурировать с
микроэлектроникой на нижних уровнях иерархической структуры систем
автоматики, где нецелесообразно или невозможно защитить вход-
-выходные устройства системы от прямого воздействия рабочей
среды. При этом более удвчными оказались подсистемы,
базирующиеся на уникальных свойствах простых и надёжных струйных
датчиков и регуляторов.
В датчиках пневмоавтоматики довольно широко используются,
показанные на рис. I, первичные механопневматические
преобразователи, базирующиеся на расширяющейся, цилиндрической или
фокусированных струях. Несмотря на почти тридцатилетнее
применение и исследование этих преобразователей, все же ещё
наблюдаются трудности при выборе их параметров, если требуется
обеспечить заданные параметры выходной характеристики.
Попытки собрать и обобщить полученные результаты исследований [l,2j
были сопряжены с заметными трудностями из-за рассеивания и
даже противоречивости данных, полученных различными
исследователями. Пока отсутствует также достаточно точная
теоретическая модель преобразователя. Поэтому была предпринята ещё
одна попытка составления банка данных для разработки механо-
пневматических преобразователей с конической кольцевой
струей, построенного на единых принципах и охватывающего диапазон
изменения их параметров в датчиках, выпускаемых мировой
промышленностью. Так, диапазон начальных диаметров струи cf0 был
выбран от 5 до 16 мм, а угол конуса струи - SO0... +90°.
Остальные из основных параметров датчика изменялись в предалах,
ещё обеспечивающих приемлемые выходные характеристики
преобразователя. Заметные трудности были встречены при
планировании эксперимента, поскольку все основные аэродинамические
явления существенно нелинейны по своей натуре. В банк данных
были включены все параметры как релейных, так и аналоговых
выходных характеристик преобразователя, а также его рецирку-
23

ляционной зоны. Обработка этого банка данных позволила
выяснить самые рациональные пути управления режимами работы и
выходными параметра*»! преобразователя и тем способствовать
заметному сокращению объёма экспериментальных работ при
разработке новых датчиков с требуемыми выходными характеристиками.
При обработке банка данных выяснились и некоторые
существенные явления , на которые до сих пор не было обращено
должного внимания. Самым важным из них является периодическая
перестройка структуры течений в рециркуляционной зоне
преобразователя, которое наблюдается при изменении диаметра и угла
конуса кольцевой струи, длины сердечника и иногда при
приближении к датчику объекта. Чтобы подчеркнуть периодический
характер этого явления, оно названо "аэродинамическим
резонансом". Это явление в основном объясняет те трудности и
противоречия, которые выплывали при обобщении результатов
экспериментов различных исследователей и является, видимо, самым
серьёзным препятствием при составлении точной модели для
теоретического анализа.
В качестве примера использования составленного банка
данных приведём выбор параметров преобразователя для
разрабатываемого датчика наличия объекта и расстояния в случае, когда
требуется обеспечить релейный режим работы датчика с заданным
запасом устойчивости. Следует иметь в виду, что при даапозо-
не работы датчика от 3...I5 мм, более высокой точности можно
добиться при релейном режиме работы [з]. При выборе
параметров преобразователя с релейным характером работы следует
исходить из анализа банка данных и выяснить возможности
обеспечения требуемого расстояния и гистерезиса переключения, для
чего исходная информация показана на рис. 2. Вообще для
получения качественного дискретного режима работы следует
предпочитать углы конуса струи +30°...+50° и -50°...-80°. Выбрав
диаметр и угол конуса струи и изготовив датчик, следует
приступить к окончательной его настройке. Задача обеспечения
требуемого режима работы преобразователя заключается в основном
в управлении устойчивостью его рециркуляционной зоны, а
достижения желаемых параметров выходной характеристики - в усилении
-ослаблении определенных аэродинамических эффектов в нём.
Самым подходящим способом, повлиявшим на устойчивость рециркуля-
24

ционной зоны преобразователя, является изменение длины его
сердечника [3]. Регулируя этим баланс воздуха, всасываемого из
наружной и внутренней области рециркуляционной зоны, можно
радикальным образом повлиять на уровень вакуума и характер
вихревых течений в рециркуляционной зоне преобразователя. Таким
образом можно регулировать и гистерезис переключения, поскольку
при приближении к границе устойчивости релейного режима
работы, гистерезис переключения уменьшается. Предельная точность
переключения датчика в дискретном режиме работы определяется
минимальным устойчивым гистерезисом переключения, который
изменяется от нескольких микрометров при миниатюрных датчиках до
порядка 0,1 мм при диаметре струи 16 мм. Оптимальная толщина
струи для преобразователей с расходящейся и фокусированной
струей в среднем составляет соответственно 0,2 и ОД мм, а
оптимальное давление питания приблизительно одинаково - около
20 кПа. Для обеспечения требуемой амплитуды выходного сигнала
при переключении следует коррегировать толщину струи и
давление питания в пределах сохранения релейного режима работы
датчика. Радикальное смещение выходной характеристики в отношении
линии перехода вакуум - давление возможно путем изменения
конструкции приемного канала [з].
Опыт выбора параметров и настройки механопневматических
преобразователей датчиков наличия и расстояния объектов показал,
что заданных выходных параметров датчика удалось каждый раз
добиться не прибегая к изменению выбранных исходных диаметра * и
угла конуса струи.
Литература
1. Залманзон Л.А. Аэрогидродинамические методы измерения
входных параметров автоматических систем.
- М.: Наука, 1973.
2. Реэдик В.И.' Анализ точностных характеристик струйных
датчиков. - В кн.: Ausgewehlte Vortrage VII Jablonna
Fluidik Konferenz, B7.-Dresde*, DDR: 1978.
3. Реэдик В.И. Выбор параметров датчиков с конической
кольцевой струей. - В кн.: VIII Fluidics and Fluid
Engineering in Control Preprints, Vol. II.- Bucharest, Roman
1980.
25

&*k
Рис.I. Схема преобразователя
Ряс.2. Расстояние и максимальный гистерезис переключения
26

ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДА МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ
ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ГАЗОДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В
СЛОЖНЫХ ПНЕВМАТИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ
В.Е.Попов/СССР/
Решение задач разработки, создания и эксплуатации
современных высокоэффективных систем различного назначения
невозможно без широкого применения методов моделирования.
Результаты, получаемые с помощью моделей, являются
важнейшим источником информации при проектировании и
конструировании принципиально новых устройств, комплексов и
технологий; оценке качества и эффективности работы созданных
машин и технологических процессов и т.п. Указанные проблемы
независимо от физической сущности объекта исследования или
проектирования во многом определяются возможностями
формализованного их представления, т.е. решением задач
идентификации и моделирования рассматриваемой системы. Особую
важность задачи идентификации и моделирования приобретают
при рассмотрении сложных динамических объектов с
распределенными параметрами и содержащих нелинейные элементы.
В промышленности и на транспорте находятся в
эксплуатации различные сложные пневматические системы (ПС) высокого
давления (до I МПа), включающие элементы с
сосредоточенными параметрами (пневматические устройства) и
распределенными (воздухопроводы). Сложность существующего
математического описания, неадекватность отображения им физических
процессов в сложных ПС приводит к тому, что исследование и
проектирование их нередко производится эмпирически.
Целесообразно для решения таких задач создание новых
универсальных и более проЪтых математических моделей,
позволяющих использовать вычислительные машины.
Предлагаемый в докладе метод математического
моделирования газодинамических процессов в сложных ПС базируется
на использовании системного подхода, благодаря которому
устанавливается определенный вид соответствия между
элементами и отношениями модели и прототипа и метода активной
параметрической идентификации с применением аналоговых вы-
27

числительных машин (АВМ), выбор которых определился
наличием нелинейных элементов в пневматических устройствах
(НУ). Необходимость проектирования новых и исследования
работы существующих ПУ, оценка влияния их конструктивных
параметров на работу ПС в целом, выбор новых технологий
управления ПС и т.п. потребовало в качестве критериев
подобия прототипа и математической модели использовать
аналогию результата, поведение и структуру системы.
Такой подход был осуществлен для анализа работы
пневматических автоматических тормозов железнодорожного
подвижного состава повышенного веса и длины, вождение которого
в настоящее время является важнейшей народнохозяйственной
задачей. На первом этапе была построена и доказана
математическая модель, отображающая газодинамические процессы в
резервуаре, наполняемом (опорожняемом) воздухом через
дроссельное отверстие, что позволило в конечном итоге
обосновать структуру построения на АВМ математической модели
любого ПУ [1,23.
Наибольшую трудность представляло создание и
обоснование принципов построения математической модели
пневматической тормозной системы (ТС) длинносоставного поезда,
состоящей из большого количества ПУ, объединенных в единую
систецу магистральным воздухопроводом (MB) и имеющей стоки
сжатого воздуха. Задача построения математической модели
ТС осложнялась необходимостью исследования на ней
процессов при различном числе возмущающих (питающих)
воздействий, что требуется для выбора совершенных технологий
управления автотормозами длинносоставных поездов и
возможностью анализа не только величины давления в различных
частях системы , но и расхода сжатого воздуха. Для
получения математической модели MB были проведены эксперименты
на реальных объектах, которые выявили закономерности
влияния конструктивных параметров на протекающие в нем
газодинамические процессы. Построение амплитудно-фазовой
частотной характеристики для обобщенных зависимостей
процессов наполнения и опорожнения воздухопровода определило вид
и порядок степени математических моделей в зависимости от
целей исследования и требуемой точности. На рис. приведена
28

структурная схема математической модели ТС длинносостав-
ного поезда, причем модель MB представлена
последовательным соединением элементов длины воздухопровода (ЭДВ),
описываемых передаточными функциями первого порядка.
Структура удовлетворит уравнению расходов [ЗУ.
Q(S) =g(Qi(S)+Qi($) + Qi(S)),
где *„*г- определяются через конструктивные параметры MB,
*з~ учитывает характер истечения воздуха (наполнение или
опорожнение), Q?(S),Qj(S),...,QZ($) -стоки сжатого воздуха.
На основании этого метода разработана программа для ЦВМ.
Результаты моделирования процессов в ТС длинносоставных
тяжеловесных поездов позволили дать практические
рекомендации по совершенной технологии управления пневматическими
тормозами, что способствовало введению их в обращение по
сети дорог страны [4].
Такой подход к исследованию и проектированию сложных
пневматических устройств, систем и технологий управления
ими может быть использован в различных отраслях народного
хозяйства.
Литература
1. Елсаков Г.М., Левин И.Г., Попов В*Е. Некоторые
вопросы проектирования пневматических устройств и систем.
В кн.: Пневмоавтоматика. Тезисы докл.XIII Всесоюзного
совещания. ~М.;"Наука" 1978, с.52-54.
2. А.с. 982027 (СССР). УстройстЬо для моделирования
процессов наполнения и опорожнения двух связанных через
сопло резервуаров. /Г.М.Елсаков, И.Г.Левин, В.Е.Попов. -
Опубл. в Б.И., 1982, JM6.
3. Попов В.Е. Исследование газодинамических процессов в
системах высокого Давления. В кн.:Пневмоавтоматика. Тезисы
докл. ХУ Всесоюзного совещания. ч.1,~М.; 1985, с.142-143.
4. Попов В.Е., Ясенцев В.Ф. Моделирование
газодинамических процессов в тормозной системе длинносоставных
грузовых поездов. Вестник ВНИИЖГа."Транспорт", 1983, *5, с.5-8.
29

Моде/ib ТС
\ Модель ЭДВ
\%№
Модель $*($,
as)
/7S/
-<2ь
4L.W
Q.(s) .
Tl
сущ I o:rs)
/b,«f(sA
Модель
ПУ
Гг
Ц
Модель эдВ Q,(s)
к,
S
Qg'(s)
Q,'(S) I
ll
Jl
Modertt
ПУ
PL*e (S)
! I
1 f
rt
Л7ове/п» ЭД8
&&
Ф 4**
QUfs)
s ьч2м2Ч
QXs) I On
eLnfs)
AV
S
I
w
Модель
fry
J
Структурная схема пневматической ТС
30

РАСХОДНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ГАЗОДИНАМИЧЕСКИХ
ДРОССЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
Е.П.Пистун, З.НЛешшх, И.Д.Стасюк /СССР/
Применение известных функциональных выражения расходных
характеристик (РХ) турбулентных и ламинарных дросселей на
практике дает большие расхождения (десятки процентов) даже
при условии правильного выбора входящих в них эмпирических
коэффициентов* В настоящей работе исследованы РХ дроссель-*
ных элементов»' выполненных в виде часовых камней со
сквозным отверстием и капиллярных трубок* Анализ адекватности
различных функциональных выражении для РХ рассматриваемых
дроссельных элементов производился путем сравнения
расчетных и экспериментальных РХ*
Экспериментальные РХ дроссельных элементов - часовых
камней типа СЦ с диаметрами проходных сечении 80*120 мкм и
стеклянных капилляров длиной 104300 мм с диаметрами
проходного канала 0,09-Ю,3 мм определялись на установке [I] ,
представленной на рис Л* Средняя хвадратическая
относительная погрешность измерения расхода газа с помощью этой
установки не превышает 0,4%. Давление газа до и после
дроссельного элемента определялось с предельной относительной
погрешностью равной 0,1% Па, а температура - предельной
абсолютной погрешностью равной 0,125 К.
При выборе наиболее адекватного выражения для описания
РХ часовых камне9 исследовались различные функциональные
зависимости, в том числе наиболее применяемые выражения РХ
турбулентных дросселей -
Q = iii2pzAP , (з)
31

а также полученное вами уравнение
где: Q - массовый расход газа; £ - коэффициент расхода;
f - площадь проходного сечения; pi , Р, и р2 » Рг -
соответственно плотность и абсолютное давление газа до и после
дросселя; Э€ - показатель адиабаты; AP=Pt~P2.
Выполненными исследованиями установлено, что
коэффициент расхода £ для всех выражений РХ является величиной
непостоянной и зависит в первую очередь от следующих
факторов: числа Веянольдса, типоразмера часового камня и рода
газа.
Анализ зависимости коэффициента £ от указанных выше
факторов для выражений (1)К*0 показал, что в качестве
уравнения РХ для исследованных типоразмеров часовых камней в
диапазоне изменения АР от 20 до 100 кШ следует применять
выражение (4). При применении этого уравнения коэффициент
£ наименее зависит от рода газа, типоразмера часового
камня и, что особенно важно, мало изменяется с изменением
перепада давления АР на камне. & графинах рис.2 для камня
СЦ 0606 показана зависимость коэффициентов £ от АР при
протекании через камень воздуха и давлении Р2 равном
атмосферному. Номер кривой соответствует номеру выражения ,
по которому рассчитан коэффициент £ . Исследованиями
установлено также, что дляАР<20 кПа вышеуказанные
зависимости не могут быть применены в качестве РХ, поскольку
коэффициент расхода £ в этом случае изменяется в пределах
от 0,8 до 0 при изменении АР от 20 кПа до 0. В этом
случае РХ должна учитывать влияние ои» вязкостного трения.
При выборе выражения для РХ капиллярных трубок
исследовались также как известные, так и полученные нами
выражения,» в том числе
32

q. *vl. [inpThfe)4*ffiT-ig) .] m
U m.2Ub[f+ 5<2/t»"RT M -
где: /u, - вязкость газа при температуре Т ; d и 1 -
диаметр и длина проходного канала капилляра; Ш -
коэффициент входовых эффектов; R - газовая постоянная; р -
плотность rasafp^ f илир=рг , или p»(fc+P2)/2) •
Сравнительный анализ исследованных нами функциональных
выражений РХ капиллярных трубок с экспериментальными
данными показал, что РХ исследуемых капилляров наиболее точно
описываются зависимостью (7).
На рис.3 в качестве примера показаны РХ (в
относительных координатах) капилляров различной длины, но с
одинаковым диаметром d проходного сечения равным 0,24 мм при
протекании через них воздуха. При этом координатные оси
образованы соответственно величинами
гДе0тах иАРтах" значения Q и АР ,• соответствующие
последней экспериментально определяемой точке РХ для каждого
капилляра. Как видно из рис.3 короткие капилляры имеют
отрицательную кривизну, длинные - положительную и всегда
существует такое соотношение конструктивных размеров
капилляра, при котором РХ линейна. Аналогичная картина имеет
место и для других конструктивных размеров капилляров и
условий эксперимента. №ми получены условия линейности РХ
капиллярных элементов» а также условия конструирования
капилляров с желаемой кривизной РХ (положительной или
отрицательной) .
Полученные зависимости для РХ часовых камней и
капиллярных трубок позволяют повысить точность расчета устройств
пневмоавтоматики, а также точность измерительных устройств,
построенных на базе рассматриваемых дроссельных элементов.
Литература
I. Пистун Е.П., Стасюк И.Д., Теплюх З.Н. Определение
расходных характеристик дроссельных элементов. -
Автоматизация и контрольно-измерительные приборы в
нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности, 1982, * 4,
33

Рис.1* Схема установки для экспериментального
определения РХ дроссельных элементов: I - источник газа; 2 -
редуктор; 3 - дегидратор; Ч - фильтр; 5 и 7 -
стабилизаторы давления; б - испытуемый дроссельный элемент;
8 - пленочный расходомер.
е
0,8
0,7
0,6
0,5
О 25 50 75ДР,кПа
Рис.2. Зависимости коэффициентов £ от ДР для
часового камня*
,^
^
^с
^
S
^"S
^
<.
—^
^
s
^
*■
О 0,2 0,4 0,6 0,8 Р
Рис.3. Расходные характеристики капиллярных трубок
различим джины: I -1. 30 ш; 2 -I » 65 ми; 3 -I - 150мм.
34

ФОРМАЛИЗАЦИЯ СИНТЕЗА СХЕМ ГАЗОГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ
ДРОССЕЛЬНЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ
Е.П.Пнетун /СССР/
Выполненными в последнее время
научно-исследовательскими работами установлены новые весьма важные преимущества
газогидродинамических систем по сравнение с электронными
системами, в частности их исключительно широкие
возможности в плане выполнения измерительных функции, йа базе
таких систем можно создавать газогидродинамические
дроссельные или струйные измерительные преобразователи самых
разных технологияееких параметров, В настоящей работе
рассмотрены принципы формализации синтеза схем построения
газогидродинамических дроссельных измерительных
преобразователей и устройств.
Газогидродинамические дроссельные измерительные
преобразователи могут быть построены на одном или нескольких
дроссельных элементах, определенным образом соединенных в
соответствующую измерительную схему. В качестве
дроссельных элементов применяются первичные дроссельные элементы,
например цилиндрические трубки и капилляры, отверстия в
тонкой стенке, сопла и часовые камни, или составные
дроссельные элементы! образованные из первичных дроссельных
элементов.
Назовем первичные дроссельные элементы дросселями
первого порядка, а составные дроссели» образованные из S
первичных дроссельных элементов - дросселями S -ого порядка.
В связи с этим дроссели второго порядка - это составные
дроссели, образованные из любых двух дросселей первого
порядка, а дроссели третьего порядка - дроссели, образованные
или из любых трех дросселей первого порядка, или же из
любого, но одного, дросселя второго порядка и любого д^,эссе-
ля первого порядка. Таким образом, составные дроссели $-сп>
порядка всегда образуются из дросселей низшего порядка,
причем сумма порядков исходных дросселей, из которых
образуется составной дроссель, всегда должна равняться s
Аналогичным образом строятся измерительные схемы дроссель-
35

ных преобразователей.
При образования составных дросселей или измерительных
схем высшего порядка возможно как последовательное, так и
параллельное соединение двух исходных дросселей низших
порядков.
При последовательном соединении двух исходных
дроссельных элементов важен порядок их включения в пары,поэтому
такие пары предлагается определять как кортежи длины
2,компонентами которых являются исходные элементы. 6 связи с
этим множество ф8 таких дроссельных элементов или схем
5-ого порядка находится путем объединения множеств, в свою
очередь определяемых прямым произведением множеств всех
исходных элементов низших порядков, сумма порядков которых
равна £ ,
пел *-А
% -и 0e-i*0i- (i)
ы
Так, например, если в качестве первичных дроссельных
элементов принять лишь ламинарные (Л) и турбулентные (Т)
дроссели, т.е. мноиество дроссельных элементов первого
порядка Т)\я {л,т}, то множество *Ъг дроссельных
элементов второго порядка, образованных последовательным
соединением указанных исходных дросселей, находится из (I) как
Я™ = % *Я« - {<Л1Л>»<Л1Т>,<Т,Л>1<Т,Т>},
где скобками < и > обозначены кортежи, составляющие
элементы множества Ъг ♦ Понятия кортежа и прямого
произведения множеств определены, например, в [i] .
При параллельном соединении двух исходных дроссельных
элементов порядок их включения в пары уже роли не играет,
однако полученные составные дроссельные элементы и схемы
также относятся к упорядоченным множествам. Джя
обозначения таких множеств введено понятие шеренги. Элементы
шеренг по аналогии к кортежам также можно называть
компонентами. Число же компонент в шеренге назовем ее шириной. В
шеренге, как и в кортеже, в отличие от элементов множества,
компоненты могут полностью или частично совладать, причем
компонентами могут быть любые объекты, в том числе -
множества, кортежи и шеренги. Для обозначения шеренг будем
36

применять новые скобки: ( и ) . Так, например, шеренга
ширины 2, первая компонента которой есть а , а вторая -# ,
запишется следующим образом: (а, 8 ) •
Введем понятие равенства шеренг: шеренги & и р равны
<& «Д , если d ж в имеют одинаковую ширину и одинаковые
компоненты* Из этого определения следует, что перестановка
компонент в шеренге, в отличие от кортежа, не изменяет
шеренгу, т.е. (а,8) » (8#а) .
Для нахождения множества шеренг из исходных множеств
введем новую операцию над множествами - непрямое
произведение множеств.Непрямым произведением множеств А и в
называется множество, состоящее из всех тех и только тех
шеренг ширины 2, одна из компонент которых принадлежит А , а
другая принадлежит В • Непрямое произведение множеств А
и В обозначим через А* В . Так, если 4• {CL,6} , а В*
«{аДс}, то Л*В-{(а,а),(а,в) ,(а,с) ,(М) ,($,с)}.
Таким образом, образуемые при шараллельном соединении
двух исходных дроссельных элементов пары определяются здесь
как шеренги ширины 2, компонентами которых являются
исходные элементы* Множество 7)$ таких дроссельных элементов
или схемв-ого порядка находится путем объединения множеств,
определяемых непрямым произведением множеств всех исходных
элементов низших порядков, сумма порядков которых равна S ,
яГ-у%-1*01. (2)
Так, например, если #4«{ЛД}, то множество 7)г
элементов второго порядка, образованных параллельным
соединением указанных исходных дросселей, находится из (2) как
»Г-^гМ(М).(л.т),Ст.т)}.
Множество 7)s всех дросселей или схем s-oro порядка
находится как
ъ-яГияГ. (з)
Разработанная теория и полученные выражения (1)<3)
определяют правила синтеза всех возможных схем построения
составных дросселей 5 -ого порядка и измерительных
дроссельных схем S-oro порядка. Кроме того, представляется возмо-
37

жным выражать множества составных дросселей высших
порядков верез множества дросселей низших порядков, в том
числе и через множество первичных дроссельных элементов.
Покажем это на примере дроссельных схем второго и третьего
порядков.
Множество (Ъ1 дросселей второго порядка в соответствии
с (I)» (2) и (3) выразится как
Ъг-%*%\}%*%. (4)
Множество *ЪЪ дросселей третьего порядка согласно этим
же правилам запишется
или же. с учетом (4) и устранением пересекающихся
подмножеств,
Аналогичные выражения получены и для дросселей высших
порядков.
Подставив в эти выражения конкретно заданное множество
% и выполнив над ним соответствующие операции прямого и
непрямого произведения, находим непосредственные описания
всех возможных дроссельных схем. Для простейшего случая ,
когда ^ж{л} ,нш (4) и (б) соответственно получаем
следующие схемы:
#2*{<Л,Л>,(Л,Л)};
2)3 - (<АЛЛ >|<(А,Л),Л>,<Л>(АЭЛ)>|(<Л.Л>;Л)>(ЛЛИ)}.
Каждая из рассмотренных дроссельных схем описывается
математической моделью определенной структуры. Заработаны
принципы моделирования дроссельных измерительных схем и
методы их расчета. Предложена и реализована на ЭЦВМ
структурно-параметрическая оптимизация газогцдродинамических
измерительных преобразователей.
Литература
I. Ниханович D.A. Введение в современную математику. -
М.: Шума, I965.
38

К АНАМЗУ КАВМТАЩОННЫХ ЯВЛЕНИЙ В ПРОТОЧНОЙ
ЧАСТИ ЩДРАВЛИЩСКОГО СТРУЙНОГО УСТР0Й0ТЗА
ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ
В.П.Бочаров, В.Е.Струтинский, В.Н.Бадах /СССР/
Выходные характеристики гидравлического струйного
устройства высокого давления определяются сложными
гидродинамическими процессами в проточной части. Особенностью
течений является наличие высоких градиентов скоростей в
струйных потоках, распространяющихся в камере. При этом в
жидкости наблюдаются кавитациояные явления, заключающиеся в
нарушении сплошности среды даже при наличии довольно
высокого локального давления в камере. В результате резко
ухудшаются выходные характеристики струйного устройства.
С целью учета влияния кинематических характеристик
потока на процесс возникновения кавитации проведены
теоретические и экспериментальные исследования.
При движении жидкости в ней возникают нормальные и
касательные напряжения, которые образуют симметричный тензор
напряжений. Компоненты тензора напряжений ламинарного
течения связаны с распределением скоростей и давлений согласно
обобщенному закону Ньютона
где б , с - нормальные и касательные напряжения; Р
-давление; А* - вязкость жидкости; Vi - скорость; А£ -
координата; индексы I ,i обозначают номера координатных осей.
В тензоре напряжений могут быть выделены главгые
направления, на которых касательные напряжения обращаются в
нуль, а нормальные напряжения достигают наибольшего и
наименьшего значений.
Для плоских течений главные напряжения в жидкости
определяются гТормулой
^--^-^iKW^rl. (2)
После подстановки значений напряжений^!!) б йормтту
(2) с учетом несжимаемости жидкости ( div V = 0) получим
^9

^.-^^©И
12
(3)
Для струйных течениг мо*шо пренебречь изменением ско-
росте" в направлении течения. Тогда зависимость (3) упроща-
где fldVt/dXz берется со знаком (+), что соответствует
растягивавшему нормальному напрязеяи-э, которое появилось в кид-
кости в результате приложения к нег касательных налряжеяш4.
В этогл случае условие нарушения сплошности жидкости
(условие кавитации) мояно сг^ормулировать как равенство
одного из главнттх напрякени^ давлению насыщенных паров
Так как Рнп<&Р , условие кавитации примет вид
P-/i|W#/dX*|. (4)
Течение -жидкости в соплах сопровождается образованием
на стенках пограничного слоя с высокими значениями
градиентов скоросте*. Распределение скоростег в пограничном слое
на стенках сопла может быть описано Формулой
где Vt - скорость в точке пограничного слоя на расстоянии
Хг от стенки; Vo - скорость в потенциальном ядре течения;
С - постоянная, зависящая от геометрии сопла.
После диг^ереяцирования зависимости (5), подстановки
полученного результата в (4) и преобразований, определим,
что кавитация будет иметь место на стенке в сечении сопла,
непосредственно примыкающему к срезу, при давлении в
струйной камере. # ■ м .£*
где и0 - диаметр отверстия сопла; J - плотность жидкости;
Р - угол конусности сопла; Rcc - число Рекнольдса.
Результаты расчетов по этой формуле приведены на рисЛ.
Распространение струи в камере сопровождается
образованием на границе струи слоя смешения со значительными
градиентами скоростей. Распределение скоростей в слое смешения
mteer вид . . % v
v,^[i-e2f(Af)],
(6)
40

где 6Zf - Функция ошибок; Я - постоянная; & - ширина
слоя смещения.
После дифференцирования (6), подстановки полученного
значения в (4) и преобразований получим условие
возникновения кавитации i/2 . у |2.
При постоянном давлении в камере кавитация будет
возникать в некоторой изолированной зоне, границу которой
можно определить из уравнения (7). После подстановки значения
ширины слоя смешения vsQ,5d0Xi/XH $ где Хи -длина
начального участка струи, получим уравнение кривой,
ограничивающей зону кавитации
Границы зоны кавитации, рассчитанные по этой формуле,
представлены на рис.2. Там же приведена экспериментально
наблюдаемая зона кавитации в струе жидкости. Кавитация
проявлялась в виде пелены мелких пузырьков. При некоторых чис-^
лах Рейнольдса отдельные мелкие пузырьки объединялись с
образованием каверн, размеры которых имеют порядок размера
питающего сопла. На рис.3 приведена экспериментальная
картина течения в проточной части струйного элемента при
наличии каверн, полученная в результате обработки кинограммы
течения.
При взаимодействии струи с приемным каналом струйного
устройства также возникают кавитационяые явления. Обычно -
наблюдается выделение мелких парогазовых пузырьков.
Граница зоны кавитации в окрестности приемного канала при малых
расходах на выходе устройства приведена на рис.4.
Конфигурация зоны кавитации получена в результате расчета на ЭВМ
течения вязкой жидкости (интегрирования уравнений Навье-
Стокса) с последующим определением условия кавитации.
. При низких давлениях нагрузки в приемном канале
наблюдается кавитационное течение отрывного характера. В
этом случае за кромкой образуется кольцевая кавитационная
полость значительной длины (рис.5).
В результате проведенных исследований установлено,что
для подавления кавитационных явлений в проточной части
струйного устройства необходимо повышать давление в струй-
41

ной камере, доводя его до уровня, определяемого формулой (4),
if.
tQ /8
Рис.1
Рис.2
Рис.3
Рис.4
Рис.5
42

ИССЛЕДОВАНИЕ ПОЛЯ СКОРОСТЕЙ КРУГЛОЙ ЛАМИНАШОЙ СТРУЙ
И.Ш.Коган, А.А.Вайсман /СССР/
В работе приведены формулы, с удовлетворительной точ--
ностью описывающие профили продольных скоростей круглой
ламинарной затопленной струи с параболическим профилем в
начальном сечении на всем ламинарном участке струи. Описан
метод косвенного измерения поперечных скоростей в круглой
струе и приведен профиль поперечных скоростей.
По круглым ламинарным струям исеется обширная
литература, тем не менее поиски удобных для практического
применения решений продолжаются. Общеизвестно, что известное
автомодельное решение Г.Шлихтинга, в том числе с поправкой на
виртуальный источник Е.Андраде и Л.Цзяня, не дает
необходимой точности. Это наглядно показано в работах Г1,27 .
Особенностью рассматриваемой задачи является то, чта> она
относится к числу неавтомодельных задач, когда уравнения
Прандтля можно проинтегрировать только численно.
В работах £3,2j приведено линеаризованное уравнение
для центральной части струи, из которого методом сеток
найдено простое решение для осевой скорости.
Uo^l-SX, я/
где Uо - lXo/Uoo~ текущая осевая скорость, отнесенная к
осевой скорости в начальном сечении, JC^X/fd-Ив) ,
X - текущая осевая координата, отсчитываемая от
начального сечения, d - диаметр струи в начальном сечении,
Re - критерий Рейнольдса, рассчитанный по d . Формула
/I/ совпадает с точным решением по осевой скорости из
работы [i] и с экспериментальными данными £3,4^J вплоть до
JC= 0,07, а более длинный ламинарный участок струи
маловероятен.
Профили продольных скоростей, полученные численным
интегрированием уравнений Прандтля приведены, например, в
работе £4 J .Но численные методы встречаются с немалыми труд-
костями у окрестностях начального сечения вследствие
скачкообразного перехода параболического профиля продольных
Скоростей в канале к профилю продольных скоростей в окру-
43

I
лсающей среде. Численные решения волизи точки / 0 ^ d(l I
становятся неустойчивыми,
3 работе описаны результаты дальнейшего аналитического
исследования линеаризованного ураднения центральной части
струи [l,2] . 'Методом разделения переменных получено
уравнение для профиля продольных скоростей б этой части струи
1/=1Ш-Я2Ы'-8хя-/-Я2], /2/
где R^*t/(6/2) » **~ " текущая радиальная координата.
Профили скоростей, рассчитанные по уравнению /2/,
отличаются от экспериментальных не более, чем на 1% от \/О0 в
области ядра струи, при R^Rkp ? где R кр -
безразмерные: радиус точки перегиба профиля продольных скоростей.
Для R%p найдена аппроксимирующая формула
RKP^(1-2ir).2 /з/
При R^Rkp э то есть, в зоне перемешивания струи с
окружающей средой, для скорости найдена аппроксимирующая
Формула
V=VKp«-th£%p), /4/
где UKp^Vc(l-R.iP) /5/
Таким образом, уравнение /2/ и /4/ в совокупности,
описывают весь профиль продольных скоростей струи'. ПриЗС~*-#
согласно /3/ RK^i 7 и согласно /5/ Х/кр^О* То есть, в
начальном сечении зона перемешивания исчезает, профиль
продольных скоростей превращается в начальный параболический
и граничные условия удовлетворяются.
При выводе уравнений /21 и /4/ не был учтен поперечный
градиент давления, величина которого одного порядка малости
с поперечной скоростью. Поэтому профиль поперечных
скоростей не может быть получен интегрированием системы уравнений
/2/ и /4/ с помощью уравнения неразрывности. Невозможно
также измерение поперечных скоростей термоанемометром, как это
сделано в плоской струе [р] , так как размер ни ти--*,
термоанемометра одного порядка с диаметром круглой струи.
3 данной работе описан косвенный метод измерения
поперечных скоростей в струе /рис.1/. Если измерительный насадок
I перемещать перпендикулярно оси струи, то вследствие эжек-
44

тирующего действия струи в насадке будет возникать
разрежение, профиль которого полерек струи показан на рис. 2
/кривая 2/. Этот профиль отличается от осесимметричного
/кривая I/, потому что поперечные скорости У создают
динамическое давление oU/2 /где ф - плотность газа/,
которое воспринимается насадком с разным знаком в
зависимости -от того, с какой стороны оси струи находится
торцевое сечение насадка. То есть, давление f^[ будет
алгебраически суммироваться с разрежением, показываемым
микроманометром 2. Несложная графоаналитическая обработка
экспериментального профиля разрежений позволяет выделить
давление ОСТ и рассчитать профиль поперечных:-скоростей.
Uh приведен на рис. 3. Качественное совпадение этого
профиля с аналогичным профилем для плоской струи [d]
хорошее. Обращает на себя внимание перемена знака поперечной
скорости примерно при R = Rfcp •
Литература
1. Коган И.Ш., Теут О.М. К расчету осевой скорости
осесимметричной ламинарной затопленной струи. - 3 кн.:
Физические науки., вып.2, Алма-Ата, Труды Каз.Ш, 1375,
с.49-Ь6.
2. Коган И.Ш. Исследование осевой скорости
осесимметричной ламинарной струи. - 9 International Fluidics
"Jablonna" Conference, Preprints, Jablonna, Poland, 1982, B4
PP.115-123
3. Коган И.Ш. Расчет выходного давления струйного
элемента типа "трубка-трубка". - 3 кн.: Автоматизация
химических процессов., вып. 4, М., НМТЭХКМ, 1971, с.67-70.
4. Du Plessis M.P., Wang R.L., Tsang S. Developments
of a Submerged Hound Laminar Jet From an Initially
Parabolic Profile.- ASME Journal of Dynamic Systems, Measure-
men^ and Control, Q4 vol. 95f 1973, PP. 148-154
5. Sato H. The stability and Transition of a Two-Di-
mensional Jet. - Journal of Fluid.! Mechanics, 1960, n*7,
PP. 53-80.
45

4,0 -0,6 -0.4 -0.2 О 02 Ofy OS 0.9 iQlfa
.Ц/Ц» PUC2
0.Щ
D,D5\
Vi,
-0,6 -oA -ox
0.2 0.4 0.6 0.8\ <л
Quel
46

АЛГОРИТМ РАСЧЕТА ХАРАКТЕРИСТИК" СТРУЙНЫХ ГЕНЕРАТОРОВ
З.Я.Бронштейн, А.М.Касимов / СССР/
3 работе предлагается алгоритм расчета характеристик
струйных генераторов, построенных на базе дискретных
струйных усилителей и входящих в состаш измерительных устройств
с частотным выходом. Особенность таких устройств - тесная
взаимосвязь их функциональных и метрологических
характеристик с динамикой дискретных струйных усилителей,
входящих в их состав. Известные работы по динамике дискретных
струйных усилителей ориентированы в основном на одиночные
импульсы [l>2l . Кроме того, принятые расчетные модели
отличаются рядом упрощений, чт~ не позволяет получать при
анализе струйных измерительных устройств необходимую
точность.
3 настоящей работе предлагается алгоритм расчета
динамики дискретных струйных усилителей в режиме одиночных
импульсов и в генераторном режиме. В модели струи сохранен
профиль Гертлера, однако в уравнении линии раздела учтен
вклад динамических компонент. 3 целом модель динамики
строится на базе статической модели дискретного струйного
усилителя, которую можно рассматривать как
модифицированный вариант модели Бурка-Ньюмена с переключением на конц€
стенки 3 и внутренней обратной связью. Подробная сводка
уравнений модели представлена в работе [4] . Модель
представляет собой стандартную систему дифференциальных
уравнений первого порядка в. форме Коши вида
4г х »/<*>•
и алгебраических уравнений вида
у ~f(x).
Решение этой системы осуществляется методом Эйлера. На
каждом временном шаге производится фиксация значений
неизвестных, полученных при решении алгебраических уравнений.
На рис. I представлен алгоритм расчета, выполненный в
виде направленного графа. 3 табл. I представлен список узлов
графа с обозначением выполняемых ими функций. На ребрах
графа определены функции от вычисляемых условий перехода
между узлами /вектор tf / и компонент выходных векторов от-
47

дельных узлов /вектор]?/. Входной вектор состоит из трех
независимых векторов: ^Li - вектор конструктивных
параметров усилителя, Z^ - вектор параметров текучей среды и Z5
- вектор экспериментальных данных. В режиме одиночного
импульса расчет производится для 3 этапов переключения струи;
I - перемещение точки прилипания вдоль стенки; 2 - отрыв
струи от стенки и переброс к противоположной стенке; 3 -
охлопывание пузыря на противоположной стенке. В режиме
генератора рассчитываются 2 этапа: I - разгон текучей среды
между струей и стенкой, точка прилипания струи совмещена
с крайней точкой стенки; 2 - отрыв струи от стенки и
переброс к противоположной стенке.
Литература
1. Lush P.A. A theoretical and experimental investigation
of the switching mechanism in a wall attachment fluid
amplifiertProc.1-st IPAC Symposium on fluifics,A (1968)
2. Brzewiecki T.M. and Goto J.M. An analytical model for
the response of flueric wall attachment amplifiers.
Fluidics Quarterly, Vol.К 1, p.45*66 (1973).
5. Bronstein V.Ya. Input static characteristic of the
digital fluidic amplifier. IV Colloquium on Pneumatic-
Hydraulics Lectures, Gyor, 24-26 September 1981,
Hungarian publ.by Sientific Society of Mechanical
Engineer (Hungaria).
4. Kasimov A.M.,Bronstein V.Ya. and Kuprianov V.V.
Fluidic sensors and transdusers for measuring technological
processes data. Proceeding of X-th 1МБК0 World
Congress, April 22-26, 1985, CSSR, Praha,vol.82,p.111-123*
48

I № Наименование узла
узла
3 Входные данные
4 Подготовка данных
I Алгебраический узел
2 Дифференциальный узел
8 Охлопывание пузыря
б Регистрация.
5 Временной узел
7 Выбор режима
9 Стоп
Т&бл. I
Назначение узла
Ввод исходной информации
о конструктивных парамет-1
pax усилителя, параметрах
текучей среды и
экспериментальных данных
Вычисление сосредоточенных
параметров схемы
Решение, алгебраических I
уравнений для прямого
канала и канала внутренней
обратной связи
Решение дифференциальных
уравнений для прямого
канала и канала внутренней I
обратной связи
Решение алгебраических и
дифференциальных уравнения
для определения времени ]
охлопывания пузыря на про-]
тивоположной стенке
Фиксация компонент векто- I
ров вычисляемых в узлах I
1,2,8,5 I
Выдача меток времени для I
переходов между углами I
Разветвление процесса вы- I
числения на режимы одиноч-1
ного импульса и генератора!
Выработка сигнала остановки
процесса вычисления |
49

0
Ml
&Ч.
^
ч^
o*
*S-
s*4>
N?V.
ч£
ч^
^^.
IX
I-k
^
> >
^<
«
£E
M4
Ы
t\
'+V
'+>
Рис. I
50

ШЕВОкЖШШЯ. СЛЕДЯЩИЙ ПНИОД С ЛИНЕИНЬМ
РАСПРВДКЯИТЕЛЕМ
В.К.Ремень /СССР/
3 последнее время широкое распространение получили
клапаны и распределители с линейной характеристикой,
предназначенные для аналоговых и широтно-импульсных систем
управления приводами машин и механизмов.
Предлагаемый пневматический привод /см.рис./ содержит
распределитель с пневматическим улравлением с линейной
зависимостью выходного давления от сигнала управления.
3 исходном положении /отсутствие сигнала управления в
камерах Д4 , Д2 и наличии давления питания в камерах
&<(> &2 / клапанная сборка находится в равновесии и
уплотнена, на выходе давление отсутствует.
При подаче давления управления, например, в камеру /)^,
клапанная сборка передвигается влево, соединяя зазором
камеры Й/И /] и камеры /J и Бг через полый клапан 2.
Воздух поступает рз поршневую полость пневмоцилиндра. Из што-
ковой полости через камеру Гг , полый клапан 2 и камеру£"2
вытекает в атмосферу.
После окончания переходных процессов наступает
равновесие клапанной сборки под'действием сил давления
управления /полости flj flz /, сил давления в полостях /у и /^
и сил упругости уплотнительных мембран полых клапанов.
Выходное давление, воздействуя на толкатель, играет роль
отрицательной обратной связи по давлению. Таким образом,
давление на выходе пропорционально давлению управления.
Коэффициент усиления определяется соотношением
эффективных площадей мембран в камере управления Д и толкателя
в камере Б . При подаче сигнала управления в камеру /J
цилиндр движется в обратном направлении.
Преимуществами применения такого распределителя
является простота конструкции, технологичность изготовления,
отсутствие золотниковых пар и, значит, малые силы трения
и улучшенные динамические свойства. Появляется
возможность программного регулированиям скорости движения выходч
ного звена изменением давления управления.
51

Кроме этого, данная система обладает "автоторможением",
так как при снятии сигнала управления /или их
одновременной лодаче в камеры Л^ и Лг I клапанная сборка
занимает исходное полокение, вцход в атмосферу отсекается.
Происходит вьгравнивание давлений в полостях пневмоцилиндра
и его торможение.
Предлагаемый пневматический привод может найти
применение в приводах роботов и манипуляторов мощностью от
i
2 до 10 кЬт
52

ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ВРАЩАТЕЛЬНЫХ
ПНЕВМОПРИВОДОВ
В.М. Бозров /СССР/
Пневматические приводы благодаря конструктивной
простоте, надежности, безопасности в работе и ряду других
особенностей применяются в машинах и средствах
автоматизации различных производств; область их использования
неуклонно расширяется. Поэтому важное значение имеет
рациональное использование сжатого воздуха, получение
которого обходится существенно дороже, чем электроэнергии.
Особенно важно обеспечить это требование в системах и
устройствах с автономным питанием сжатым воздухом.
В работе [i] исследовано влияние рабочего тела на
технико-экономические показатели автономного газового
привода. Задача рассмотрена в общем виде без
конкретизации типа газового двигателя, от КПД которого также
зависит энергетическая эффективность привода.
В данной работе предлагается метод оценки КПД
объемных пневмомоторов независимо от их типа на основе
теоретических обобщенных механических характеристик,
получаемых на ЭВМ в безразмерном виде. Механические
характеристики описывают средние значения момента и количества
сжатого воздуха, расходуемого на создание этого момента, в
зависимости от установившейся угловой скорости ротора при
ее различных значениях. Полагаем.известными указанные
характеристики (в [2] изложен их расчет).
КПД пневмомотора определяем по формуле
где М - средний момент на валу мотора, со- средняя
установившаяся угловая скорость вала мотора, б - секундный
расход воздуха через пневмомотор, лб- разность эксрегий
на входе в мотор и выходе из него [з! .
Действительные механические характеристики связаны с
безразмерными следующими соотношениями [21 :
53

где M*, со*, 6*- масштабные коэффициенты, имеющие
размерность соответствующей действительной величины; Л ,^, £ -
безразмерные аналоги соответственно момента М, угловой
скорости О и расхода воздуха & . Тогда КПД мотора можно
выразить через безразмерные характеристики
или Ъ^КъКь* (1)
К^ RTn/ле ;
KTt ^ 71 У/г = -ае/е >
где K<i - коэффициент использования сжатого воздуха, Кэ-
коэффициент, зависящий от свойств воздуха (газовой
постоянной R и температуры воздуха Тм на входе в мотор) ,
7t - безразмерный аналог мощности.
Для удобства определения эксергииле для сжатого
воздуха на рис.1 приведена графическая зависимость*еот
давления питания рм при адиабатическом расширении воздуха до
атмосферного давления ра (ра=0,1 МПа). График получен на
основе "е -i "-диаграммы ( с- энтальпия) [з]. На этом же
рис. показан график для определения коэффициента Кэ при
Тм = 290 К и R=0,287 кДжДкг.К). Наряду с этой
графической зависимостью можно пользоваться формулой, полученной
для идеального газа при его адиабатическом расширении
K^^ifi-S1*)-1; (2)
где <TQ =г /J /Рм .
Кривая, соответствующая зависимости ( 2 ) при к = 1,41 и
р = 0,1 МПа (показана на рис.1 пунктирной линией), незна-
чительно отличается от кривой л£(Рн\.
Для определения коэффициента К^ воспользуемся в
качестве примера безразмерными механическими характеристиками
объемного пневмомотора, рассчитанными на ЭВМ для одной
камеры при $i=0,2; значениях коэффициента утечек
j?\j =0;0,6; коэффициента пропускной способности мотора
£? = 3 [2] . Эти характеристики (AWJ- моментная,
iW- расходная) приведены на рис.2. При этом не учтены
54

потери на трение в моторе. Рассчитанные по механическим
характеристикам зависимости коэффициентами КПД от
безразмерной скорости У показаны на рис.3.
Из графиков видно, что КЦД объемного пневмомотора
существенно зависит от наличия утечек сжатого воздуха из
камер мотора. При увеличении коэффициент утечек £?у от О
до 0,6 максимальное значение КПД уменьшилось в 1,8 раза
и составило 0,44 против 0,78 при &н = 0. Кроме того, с
ростом коэффициента утечек происходит сближение значений
угловых скоростей, соответствующих максимальным величинам
мощности зе и КПД.
Изложенный в данной работе подход позволяет расчетным
путем не только оценить КПД объемного пневмомотора
независимо от его типа, но и выбрать его параметры на этапе
проектирования с учетом рационального использования
сжатого воздуха.
Литература
1. Герц Е.В., Бозров В.М. Влияние источников энергии
на технико-экономические показатели автономного газового
привода. - Вестник машиностроения, 1983, №2, с.8 - 10.
2. Герц Е.В., Бозров В.М. Обобщенная математическая
модель объемных вращательных пневмоприводов различных
типов.- В кн.: Пневматика и гидравлика.Приводы и системы
управления. Вып.10.- М.: Машиностроение, 1984, с.221-230.
3. Бродянский В.М. Эксеpreтический метод
термодинамического анализа. - М.: Энергия, 1973, - 296 с.
55

Рис. 3
56

УПРАВЛЯЕМОСТЬ И НАШЩАЕМОСТЬ ГВДРАВЙИЧЕСКИК
СИСТЕМ АВТОМАТИКИ
Д.Н.Попов /СССР/
При автоматизации управления различными объектами
широкое применение получили дроссельные электрогидравличе-
ские приводы, которые вместе с источником питания
жидкостью под давлением образуют достаточно сложные
динамические системы. Современные возможности микропроцессорной
техники позволяют осуществлять автоматическую
оптимизацию алгоритмов управления такими системами. Для выбора
структуры и параметров неизменяемой части системы целе -
сообразно рассмотреть условия её управляемости и
наблюдаемости.
Динамическое состояние электрогидравлического привода
с регулируемым источником питания жидкостью под
давлением в линейном приближении можно описать векторными
уравнениями
Х=Ах+Ви;
где Х- вектор переменных состояния системы, U - вектор
управляющих переменных,У - вектор наблюдаемых
переменных, А - квадратная матрица системы, В * прямоугольная
матрица управления, С - прямоугольная матрица наблюдения
Матрицы А и В находятся по уравнениям, полученным в
физических переменных вход-выход для каждого элемента
рассматриваемой системы. Эти уравнения предварительно
удобно привести к форме типовых динамических звеньев^!].
Для дроссельного электрогидравлического привода,
состоящего из усилителя электрических сигналов,
электромеханического преобразователя, гидроусилителя и
исполнительного гидродвигателя, при наличии регулируемого источника
57

питания жидкостью под давлением порядок матрицы А равен
12 , а матрица В имеет размер 12*2 .
Управляемость и наблюдаемость проверяются по условиям
Р.Калмана. Согласно этим условиям данная гидравлическая
система вполне управляема, если ранг матрицы
С=[ВАВА*В...А"В]
равен 42 .
Система является также вполне наблюдаемой, если
матрица
С=[СТАТСТ...А™СТ]
будет иметь ранг, равный i2, где индекс Т обозначает
транспонированные матрицы.
По последнему условию определяется вид матрицы С ,
при котором гидравлическая система вполне наблюдаема,и
тем самым устанавливаются необходимые для измерения
переменные*
Литература
I. Попов Д.И. Динамика и регулирование гидро- и пневм
систем.-М.: Машиностроение, 1977»
58

ПАРАМЕТРИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ ГВДРОПРИЗОДОЗ С РЕГУЛИРУЕМОЙ
ГИДРШОТОРАМИ, РАБОТАЮЩИМИ ОТ НАСОСШХ СТАНЦИЙ
В.Н.Прокофьев /СССР/
Использование регулируемого гидромотора, работающего от
источника питания второго типа [I] , например, от насосной
станции, обеспечивающей подачу Q с примерно постоянным
давлением p(Q), позволяет при замыкании привода обратными
связями по скорости X - R и по положению X получить
колебательное звено, коэффициент демпфирования. Y*
которого и постоянная времени Т* будут иметь желаемые
значения, определяемые выбором коэффициента усиления
управляющего устройства Ку и постоянной времени обратной свщви
по скорости Тк ♦ Такая возможность существенна при
проектировании полуавтоматических приводов,
/эргономическая.управляемость определяется значениями Т и "f*/' [2] , а
сам, привод описывается более низким порядком
характеристического уравнения и обладает характеристиками,
практически не зависящими от объемных потерь и упругих свойств
рабочей жидкости.
Кроме того, возможно использовать несколько автономных
приводов рассматриваемого типа, работающих от общей насос •
ной станции при малой взаимозависимости процессов
работы [3] •
Уравнение движения разомкнутого гидромотора, работающе-
го от насосной станции с характеристикой p=rp(Q),
где р- перепад давления и Q - расход рабочей жидкости
будет
uwp(t)=M+H(S)R(t)9 /i/
где W- Характерный объем гидромотора; и - безразмерный
параметр управления; М - момент внешней нагрузки.
H(S) = ^D + h оператор нагрузки, где !/ - момент
инерции всех движущихся частей и h - коэффициент активного
сопротивления.
При нвлолноповоротно* гидроприводе С Ф 0 , С -
коэффициент жесткости, переменной выхода будет угол поворота
а форма оператора ЙЛ5)-ЭД2+Ь]) +с
59

Оператор нагрузки есть передаточная функция момента
механических потерь по скорости или углу поворота
H(tf=M(SV&fe)«" Цс (S) = М U)/3C U). /2/
В работающем гидромоторев имеются потери объема из-за
перетечек и деформации рабочей жидкости при изменении
перепада давления. Секундный объем потерь [4]
4<?= УГгП (U)p(i) = W*(W*Tlp(4) , /3/
где t - коэффициент статической и Т - упругой просадки
гидромотора.
Оператор потерь можно рассматривать в качестве
передаточной функции
Qts)/p(s)=w'(iri} + r). /4/
Структурные представления рассматриваемого
гидропривода с регулируемым гидромотором приведены на рисунке в
области между штрюшунктирншди линиями АВ и А'В' •
Регулирование гад? эмотора осуществляется механизмом
управления электрическим сигналом Q Ot) с коэффициентом
усиления Ку
Mr-WpU(i).*KgWp$(i) *J*&@. /5/
Область выше штрихпунктирной линии kS соответствует
насосной станции I, обеспечивающей подачу Q, P*p(Q) 5
Момент внешнего сопротивления М и момент развиваемые
гидромотором определяют скорость Л оператором [з] .
Главная обратная! связь 5 и 4 по скорости с постоянной
времени Тк обеспечивает положение угла поворота гидромотора
зс(4)в зависимости от управляющего сигнала 4£4/и
момента сопротивления. M(i) •
Пунктирной линией 6 показан сигнал, определяющий
нагрузку потоком насосной станции, к которой добавляется
поток» определяемый оператором
Потери A Q могут влиять только через характеристику
насосной станции, которая может быть достаточно жесткой.
Параметры получаемого гидропривода будут
60

Для, получения желаемых значений ^=-<*и Т ^Т * следует
положить ч
J* • ^Т*!2 «Т,Я2 fT*-h(T*)2/l. /8/
Коэффициент затухания с должен удовлетворять
,„Яу 2<г=2г7г%,Ди3Л/7. „
Обычно при расчете гидроприводов предполагают, что.
hcci /весьма мало [бJ / и всегда учитывают Тг - /г ,
В рассматриваемом случае влияние Тг может сказаться
только через характеристику насосной станцп и может бить
сделано малым. Зато влияние Тц всегда существенно.
При использовании неполноповоротного гидромотора с
оператором нагрузкиH^(S)/7 на рисунке/, т.е. при С ф.О
структурные представления изменятся» как показано областью
расположенной ниже штрихпунктирной линии А9В9 при той же
области, соответствующей насосной станции £5 J m
Для получения коэффициента усилениш К ■ I необходимо
сделать коэффициент главной обратной связи по положению
равным ^~С//Н /9 на рисунке/. При операторе нагрузки
Нс (£) обратной связи по скорости / TiJ) I уравнение
математической модели эквивалентно равенству /6/. Бели же
использовать единичную обратную связь, то уравнение
изменится.
В этом случае выбор /* и Т- для получения желаемых
значений Т*и ~£* следует удовлетворять условиям
тогда кроме условия /9/ должно удовлетворяться требование
T*±fi/Z. /12/
Важно, что гидропривод будучи колебательным звеном
будет всегда устойчив, работая без автоколебаний на
"ползущих" скоростях С6] .
Литература
I. Прокофьев В.Н. Основные схемн^ управляемых гкдропри-
61

водов и их общие; свойства. - ьестник машиностроения, 1981,
Р II.
2. Прокофьев В.Н., Лобачев В.И. Управляемость машин.
- Вестник машиностроения, 1974, Р 3.
3* Прокофьев В.Н., Казмиренко В.Ф. Проектирование и
расчет автономных приводов. М.: Машиностроение, 1978.
4. Машиностроительный гидропривод под ред.
В.Н.Прокофьева., М.: Машиностроение, 1978.
5. Прокофьев В.Н. и др. Источник питания с регулятором
давления. - Известия вузов, Машиностроение, 1982, Р 2.
6. Динамика гидропривода под ред. З.Н.Прокофьева.
М.: Машиностроение, 1972.
62

ЭФФЕКТИВНОСТЬ КОРРЕКТИРУЮЩИХ УСТРОЙСТВ ЭЛЕКГРОЩЦРАВ-
ЛИЧЕСКИХ СЛЕДЯЩИХ ПРИВОДОВ НА ОСНОВЕ НАБЛВДАТЕЛЕЙ
СОСТОЯНИЯ
С.А.Ермаков, И.Е.Золотарев, А.В.Кудинов /СССР/
Высокие требования к динамическим характеристикам
электрогидравлических следящих приводов высокоточны!
систем управления инерционными объектами,такими как системы
подвижности манипуляторов,металлообрабатывающих станков,
антенн,рулевых приводов и др.обусловливают необходимость
поиска эффективных средств коррекции,обеспечивающих не
только демпфирование резонанса в выходной части системы,
но и малые амплитудные и фазовые искажения частотных
характеристик в диапазоне частот управления. Особенно острс
проблема обеспечения частотных характеристик стоит в
области малых сигналов. В этом случае разработчики привода
вынуждены увеличивать коэффициент усиления позиционного
контура,что усугубляет проблему устойчивости привода.
Широко известным средством увеличения демпфирования
привода с инерционной нагрузкой является коррекция гибкой
обратной связью по динамическому давлению. Однако при
увеличении глубины обратной связи по давлению
увеличиваются искажения частотных характеристик в области частот
управления и влияние сил трения. Существенно повысить
эффективность коррекции возможно путем реализации
модального управления,вводя обратные связи по компонентам
вектора состояния привода и обеспечивая желаемое
расположение корней характеристического уравнения линеаризованной
модели привода,изменяя как быстродействие так и
демпфирование привода. Так как часть координат состояния
привода не доступны измерению,то в структуру привода
вводится дополнительное устройство - наблюдатель состояния [1]#
Он представляет из себя некоторую динамическую
систему, формирующую линейную комбинацию координат состояния
привода,которая используется в качестве корректирующего
сигнала Г 2J.Указанное корректирующее устройство может
63

быть реализовано либо в виде алгоритма управляющей
приводом микро ЭВМ,либо в виде электронного блока, с
операционными усилителями и фильтрами. Отметим,что порядок
наблюдателя состояния I < Л- тп >где п _
порядок системы привода без коррекции, 7П -размерность
вектора выходных (доступных измерению) координат.
Структурная схема модели следящего привода с коррекцией на
основе наблюдателя состояния показана на рис.1. На этой
схеме I-следящий привод; 2 - корректирующее устройство
на основе наблюдателя состояния; у - вектор выходных
координат привода; Я - вектор координат наолвдателя
состояния; матрицы 7\ f, Н,Д£ - определяются
параметрами наблвдателя состояния и должны удовлетворять
согласно II] следующей системе уравнений:
ТА - F Т= И С ,
Э с + Е t = cl-ol .
в которой С -матрица выходных координат привода,
of+CX.- матрицы-строки,составленные соответственно из
коэффициентов желаемого характеристического уравнения
системы привода и характеристического уравнения
линеаризованной модели привода без коррекции; А - матрица
коэффициентов линеаризованной модели исходного привода;г
матрица-столбец входных воздействий о =. (°* °> • •• >0>*) ;
X - вектор координат состояния привода; 5 - опе^
ратор Лапласа; К -коэффициент входа; #с- входной
сигнал.
В докладе рассматриваются особенности синтеза таких
устройств коррекции для электрогидравлических приводов,
а также влияние структуры вектора выходных координат
( у ) и типовых нелинейностей в исполнительном механизме
типа зоны нечувствительности, а также ограничения
координат в цепи коррекции на динамику привода. 6 качестве
выходных координат используются координаты: ток в обмотке
преобразователя сигналов,смещение золотника
гидроусилителя, смещение поршня (или перепад давления на поршне и
смещение поршня). Показывается,что гибкая связь по давлению
64

нагрузки есть частный случай модального управления
гидропривода. На рис.2 показаны переходные процессы
привода без коррекции (кривая I) и с коррекцией
(кривая 2). Кривая 3 соответствует приводу с коррекцией
при увеличенной в два раза добротности привода,что
свидетельствует о хороших параметрических запасах
устойчивости привода. При этом частотные характеристики привода
соответствуют заданным. Установлено,что динамика привода
с коррекцией описанного типа чувствительна к наличию и
величине зоны нечувствительности в исполнительном
механизме привода. Поскольку в структурном отношении
исследуемое корректирующее устройство представляет собой
совокупность отрицательных и положительных обратных
связей, то появление указанных нелинейностей в элементах
привода с коррекцией может привести к возникновению
колебательных режимов. На рис.2 представлен также
переходный процесс в приводе с коррекцией при наличии в
гидроусилителе зоны нечувствительности (кривая
4),показывающий увеличение колебательности привода под временным
доминирующим воздействием положительных обратных связей
в устройстве коррекции. Этот эффект определяется тем
обстоятельством,что при прохождении сигналов в цепях
привода через нелинейные элементы,структура
компенсационных обратных связей изменяется.При этом доминирующими
могут стать сигналы положительных обратных связей.
Литература
I.Кузовков Н.Т. Модальное управление и наблюдающие
устройства.-М.:Машиностроение,1977г.Д83с.
2. Lue/zSetaez i?.6. An IntradfuctLoKtoQteeZtfez.^
IE£E T*ccx.rCSGtct£orz.g сиъ Automatic Corttzol t 7/ece/nSe2
I97Ir., pi 596-602.
65

l1—Hk
az
Рис.2
Хы- перемещение объекта, t- время
"W
Рис.1
&3с
66

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ГИДРШРИВОДА ПРИ СЛУЧАЙНО!
НАГРУЖЕНИИ
А.А.Батурин, Г.Э.Палей, Ю.А.Староверов /СССР/
Реальные режимы эксплуатации гидроприводов машин во
многих случаях определяются множеством независимых и постоянно
изменяющихся факторов, что делает условия их работы заранее
непредсказуемыми, случайными. Тогда воспринимаемая
гидроприводе»! нагрузка имеет случайный характер. Так, случайный
характер имеет ветровая нагрузка,рабочих органов
сельскохозяйственных машин, горных машин, роторных экскаваторов и т.п.
Примером применения гидропривода, когда требуется обеспечить
не только случайные усилия, но и случайные кинематические
характеристики, является привод вибростенда, имитирующего
реальные нагружения элементов транспортных машин при
движении по дорогам. При случайном нагружении перепад давления на
исполнительном механизме и поступающий от гидравлического
усилителя расход, которые определяют требуемую мощность
гидропривода, являются случайными процессами. Задача
энергетического синтеза в условиях случайного нагружения состоит в
определении таких энергетических параметров гидропривода,
при которых в доверительной области с заданной доверительной
вероятностью (энергетической обеспеченностью) находились бы
точки, характеризующие требуемую мощность привода, а
величина потребляемой им мощности была бы минимальной. При этом
для гидропривода с дроссельным регулированием границами
доверительной области являются предельные механические
характеристики привода, которые определяются величиной давления
питания ( рп ), максимальной проводимостью гидроусилителя
(&т) и подачей насосной установки (&нас ). Предложенные
решения базируются на принципе изоляции энергетического
канала, который предполагает, что управляющая часть системы
способна обеспечить любой закон регулирования в пределах
энергетических ограничений, присущих силовой части.
Рассмотрим дроссельный гидропривод с гидродвигателем
поступательного движения - гидроцилиндром, и источником с
постоянным давлением питания, который описывается системой
уравнений 57

Ap=mx+^x+cx + RH/ (i)
Ар*С0сн(Хп-Х) , Ар=-СкХц ,
где р - требуемый перепад давления в гидроцилиндре,
обусловленный нагрузкой; QL - требуемый расход на выходе
гидроусилителя; А - эффективная площадь гидроцилиндра; X > Хп > Хц-
соответственно реализации перемещения объекта управления,
поршня и корпуса гидроцилиндра; V - объем сжимаемой жидкости;
Е - приведенный модуль упругости жидкости; Щ - приведенная
к оси гидроцилиндра масса подвижных частей; ^ - коэффициент
вязкого трения нагрузки; С - коэффициент жвскости
позиционной нагрузки; Ск и Сосн - коэффициент жесткости силовой
проводки и крепления гидроцилиндра; \ - коэффициент объемных потерь;
RH - внешнее возмущение. Пусть X и RH - не коррелированные
стационарные случайные процессы с нормальным или усеченным
нормальным законом распределения, для которых известны
спектральные плотности (&хи&л ) и математические ожидания (ГПхи
ГПц). Область требуемой мощности на плоскости ( р , GL )
рационально ограничить эллипсом рассеивания, уравнение которого
для заданной энергетической обеспеченности (Р0 ) имеет вид
(P-ffl/ gKP-mp)(a-m«) t (a-mq)2,1
ХЦ Лбрбв JL61 (2)
где JL-2Ktl-r2) , K--«ri[l-P0(l-exp(-K5c))] ,
Кус - коэффициент усечения (для нормального закона
распределения Кус=оо );rrip » (Па » бр » 6Q - математические
ожидания и среднеквадратичные значения соответственно случайных
процессов р и Q ; Г - коэффициент их взаимной корреляции.
Для гидропривода, который описывается системой уравнений (I),
параметры Щр » ГПа , бр »6q9P можно определить, используя
положения теории корреляционных функций, следующим образом;
mP^(cmx+mR), ma*tmp, 6^a^+a2VMx+De);
6|4(^x+gzDx+63D^+6^Dx+§sl)^66DR);
ГгАгбХ(С1В^С21)х + СзБх^С^к),
68 p

где]) я* , D x , Dx » Dx > Dr » D& - дисперсии
перемещения объекта управления и возмущающего воздействия и их
производных, которые определяются по заданным &х и &g
0 О
В этом случае требование критерия минимума потребляемой
гидроприводе»! мощности сводится к определению таких
энергетических параметров гидропривода, при которых его максимальная
располагаемая мощность совпадала бы с максимальной
требуемой мощностью. Это справедливо, когда механическая
характеристика дроссельного гидропривода, которая определяется по
выражению
и эллипс (2) соприкасаются в точке р= /з«рп » где для порабо-
лы (3) величина мощности N = pGL имеет максимум. Из этого
условия можно получить следующую систему уравнений
«цми. - ($,-$%.. (4>
где GLн определяется из уравнения (2), Qp - по выражению (3)
при р «рг
Система уравнений (4) позволяет установить зависимость
между энергетическими параметрами гидропривода (pn , &m 9
GL нес ) > статистическими характеристиками нагрузки (mx , m* »
&х , &Ц ) и энергетической обеспеченностью Р0 . Из решения
системы (4) можно определить требуемые энергетические
параметры для реализации заданного случайного закона движения с
требуемой энергетической обеспеченностью.
Разработанше методы получили экспериментальное
подтверждение и реализованы при проектировании и эксплуатации
виброиспытательного оборудования.
69

ДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ИСПОЛНИТЕЛЬНОГО ПНЕВМОУСТРОИСТВА
ВРАЩАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ
Е.В. Герц, М.Е. Герц /СССР/
В пневматических приводах и системах управления для
получения равномерного движения часто используют в качестве
исполнительного устройства вращательные пневмодвигатели [ 1,
2J. Они представляют собой сложные динамические системы,
работа которых описывается нелинейными дифференциальными
уравнениями [з]. Для их совместного решения в Институте
машиноведения разработаны алгоритм и программа расчета на
ЭВМ вращательных пневмоустройств различных типов. Ниже
предлагается методика приближенного расчета наиболее
распространенного из них пластинчатого пневмоустроиства, схема
которого изображена на рис. 1.
При подаче сжатого воздуха из магистрали под давлением
Рм ротор с перемещающимися в пазах пластинами 1-1У
начинает вращаться с угловой скоростью U) . Отработанный воздух
удаляется при давлении pq в атмосферу. Ось ротора, диаметр
которого % , а длина С > смещена относительно оси статора
на эксцентриситет G . При исследовании динамики устройства
пренебрежем утечками сжатого воздуха, теплообменом с
окружающей средой и примем мгновенными процессы наполнения и
истечения сжатого воздуха из камер пневмоустроиства,
причем будем исследовать только установившийся режим движения
ротора. Из анализа работы устройства видно, что в данном
положении ведущей является пластина 1, на которую влияет
разность давлений Лу&гАу"'/)*. Остальные пластины
уравновешены одинаковым давлением с обеих сторон: П и Ш -
атмосферным, 1У - магистральным. В следующий период времени
поочередно ведущей становятся остальные пластины. С
учетом этого в выбранной динамической модели рассматриваем
движение только одной пластины при повороте ее на 90
70

Начало отсчета при вращении ротора по часовой стрелке
принимаем на 90° меньше угла^-Ж-^ /см. линию 0-0/,
где с!*2 и ^ углы начала открытия выходного отверстия,
отсчитываемые соответственно от нижней и верхней ветвей
оси симметрии. Пренебрежение моментом, развиваемым ротором
при повороте от угла Л^ конца входного канала до угла<?г0
в некоторой степени компенсируется тем, что на
рассматриваемом угловом перемещении равном , принимается
максимальная разность давлений /см. заштрихованные одной
линией площадки/. Погрешность расчета, показанная условно на
чертеже площадкой, заштрихованной двумя линиями, указывает
на то, что мы находим верхнюю границу момента и угловой
скорости.
Уравнение движения ротора запишем, принимая его момент
инерции J постоянным, а силу трения пропорциональной
угловой скорости:
* /1/
где О - коэффициент демпфирования, Мс ~ нагрузочный
момент. Значение движущего момента Мд ~йр ъ(й -% )/2
получаем, подставляя радиус - вектор ь = 6 4ui(<f ^-У*J+ Ае
и пренебрегая при этом малыми величинами порядка ez •
Ms =/>/>* /e [/ + Mn((f * </3)] . ilt
Находим стационарное движение ротора с угловой
скоростью U)0 и колебаниями с периодом1/- Я/£Ч<^ изменения
движущего момента в виде
9(i) г и)J -% + а*с»(4a0i +/),
/з/
где ф0 - Cf 5ft сС - начальная фаза, ОС - амплитуда.
Производя разложение в ряд нелинейной функции М а в
уравнении /2/ и ограничиваясь первыми гармониками в
соответствии с процедурой гармонической линеаризации,
основанием для которой является то, что система обладает
71

свойствами фильтра, получаем из уравнений /1/-/3/
/4/
После подстановки в уравнение /4/ значений
коэффициентов Фурье, разделения постоянных и гармонических
составляющих и отбрасывания малых величин, получим формулу
для определения движущего момента
Полученные по этой формуле числовые значения
моментов вполне удовлетворительно совпали с опытными
данными ряда пневмодвигателей, приведенных в ГОСТ 16850-71
и нормалях МН 4696-6 3, а также с численными решениями на
ЭВМ Г 31 .По формуле /5/ можно определить угловую скорость
d)0 , если задан нагрузочный момент А7С • Значения
коэффициента В могут быть получены экспериментально. Нами
этот коэффициент определялся из соотношения В?Ма/Сл)хзс,
где значения скорости холостого хода СОхх брались из
указанных выше нормалей и ГОСТ. По формуле /5/ могут быть
построены механические характеристики, одна из которых в
виде примера приведена на рис. 2. При режимах работы,
существенно отличающихся от номинальных, возможны
значительные колебания движущего момента, амплитуду и фазу которых
позволяет определить предлагаемая методика.
ЛИТЕРАТУРА
1. Joannidis J. Mikrorechnergergelter servopneumatischer
Positionierantrieb mit Druckluft - Lamellenmotor.
Olhydralik und Pneumatik, I98U, N 5.
2. Barscz Z. Dynamic analysis of pneumatic vane motors.
Archiwum Budowymoszyn, 1980, v. 27» N I.
3. Герц Е.В. Динамика пневматических систем машин. М.,
Машиностроение, 1985.
72

<
... /
s.
73

pa.
9/l

НЕКОТОРЫЕ ПРИЗНАКИ ОПТИМАЛЬНОСТИ
РАЗВЕТВЛЕННЫХ ГИДРОСЕТЕЙ
С.А.Решетов, И.С.Шумилов, й.В.Гониодский
/СССР/
Увеличивающаяся степень разветвленности реальных
гидро- (пневмо-) сетей обусловила широкое применение ЭВМ
при их проектировании. Зто требует создания алгоритмов
оптимизации, удобных для решения на ЭВМ. Здесь
формулируются признаки оптимальности сетей, позволяющие
формировать ,и решать на ЭВМ системы уравнений, описывающие
оптимальное соотношение параметров. При равных допустимых
потерях нэпорэД^в линиях методом множителей Лагранжа
(ММЛ) для ряда случаев получены аналитические решения.
Физическое содержание задачи сводится к распределе-
nvmAPgg , обеспечивающему минимум массы сети (&)*
Переменными являются потери .давления на участках (ДРс) или
диаметры трубопроводов ( С1£ ) и координаты раа^мещения
оборудования относительно узлов, допускающих перемещения
в системе. Считаются заданными расходы (мощности)
приводов системы, исходная структура и длины участков (^)сетш.
Математическая формулировка задачи при фиксированном
размещении оборудования:
G^zs£^z(v/^srcUdK, t-Ц — тъ w
в области ограничений по д# ;
гДе:9ь^>4'Д* ~ параметры зависимостей критерия от cL
на единицу длины в форме рис* I; &/>А*/ ~ параметры,
характеризующие AR-; jf - число участков,/У^ - числе
последовательных участков линий. Проиллюстрируем методику
на примере сети вида рис. 2, а затем дадим необходимые
обобщения. Решение (I), (2) ММ для рис. 2 дает:
4*4ф/'< =cL?".eA/a.ju* +4Ш4фА сз)
или для произвольного узла / разветвленной оети:
75

где£ - номера участков, исходящих из узла J? •
В общем случае имеем ПЪ уравнений вида (2) и /£-
уравнений вида (4);/?£ t^ -Af- Состав (4) определяется
структурой сети, а значения коэффициентов-энергетически-
ми•показателями участков и характером зависимостей
Рис. I. 9то позволяет условие (4) сформулировать как
признак энергетической оптимальности сети в следующем
виде: при оптимальном распределении потерь давления в
линиях гидро- (пневмо-) сети производные функции
Лэгранжэ по варьируемым переменным для узловых участков
равны суммам производных по переменным отходящих из
узла участков. Теперь (4) записываются непосредственно
по исходным данным. Доли в (2) принять А&А§?/^*1^ и в
(I) fy=V , то система ( 2 ), (4) имеет аналитическое
решение вида: iy , „— ^i/fiu^i))
где Х- - ранг участка сети. Так для сети рис. 2:
где Э - введенные в /"^структурно-энергетические
коэффициенты (СЭК), формируемые по правилу: СЭК параллельных
участков, исходящих из узла, равен сумме СЭК, а СЭК
последовательно соединенных участков равен и^име СЪК в
степенях К ^М/^М * ^ )• возвеДеыной в степень^-^
Э^ - относительные СЭК, равные СЭК, деленным на сумму
Cl'K исходящих из узла линий. Для рис. 2:9/ =
Для одиночного участка di^Oc^Qi 'ty.
Подставляя (6) в (I) в задачах различного ранга,
получаем уравнение оптимальной мессы сети:
Сж-ъ-ЩР*, с -*.*. с?)
важность решения (7) определяется возможностью эквивален-
тировать разветвленную сеть одним участком, что
удобно для обобщений.
76

Рациональное соотношение потерь давления в линиях
напора и слива. Сложноразввтвленная гидравлическая
сеть вида Рис* 3 представляется в форме эквивалентных
по мессе участков слива и напора с потерями Рн и /с
и привода с перепадом давления Р* .Потери давления в
сети£с-/н^са$>^ распределяются так, чтобы G% была
минимальна* Непосредственно из (6) при J$ = 0%jUhsJUCj
дн = 0с , следует: , D .ju/ i-r m
Для типовых самолетных гидросистем (давление насоса
г* - 20 МПа, стальные трубы в напоре, дюралюминиевые в
сливе, ламинарное течение) Ри - 0,б7^с , если
оптимизируется масса труб и /% -0,бРг^еолм
оптимизируется масса труб с жидкостью. Если JUh^JUc > то
гт^й^ ' >то ь-Vc/w^tF j.
Признак геометрической оптимальности гидиосети.
Дополнительное улучшение показателей сети достигается
за счет оптимального размещения оборудования в ней. При
этом в (1)СгС/0+Хс+0£ж ?№*Хс,£м-- изменение 4 при
перемещении ограничивающих участок узлов.
Дифференцирование скорректированного выражения вида (I) при условии
(2) приводит к результату: -\
где/7£ - число участков, связанных с узлом J* , э знак
элементов^ определяе^ся-напрэвлением участка
относительно узлэ,_^ыр^сение (9) в виде признака
геометрической огигймальносм сети формулируется в виде: при
оптимальном размещении оборудования в сети суммы \
производных функций Лвг^анжа по перемещениям узлов для
участков, расположенных по разные стороны от узлов,
равны.
77

Количество уравнений вида (9) равно числу подвижных
узлов. Использование (9) применительно к задаче Рис. 4
позволило уменьшить массу сети с 14,6 до II кг за счет
перемещения узлов не величину OCz = 13,44 м и
Х5 = 7,55 м. Исходные данные сети принимались
Щ- //^ 26; 21; б; ?; 8^"; HQ<ll=llul>
л/мин; I в 2,8; /£ = 1,5 МПа.
Номера участков указаны на Рис. 4 цифрами, штрихлунти-
ром - новые(оптимальные)положения узлов 2 и 5.
Некоторые обобщения. Приведенные алгоритмы пригодны
для оптимизации различных показателей (масса, стоимость,
объем и др.) гидро- (пневмо-, электро-) сетей,
представляемых в форме (I) при ограничениях вида (2) и
соответствующих Qt, 6i, д^} /£ . В частности, для
электросетей fy»A' = I-
Литературе
I. Решетов С.А. Оптимизация электрических сетей при
заданной потере напряжения. - Электричество, Ш б, 1982.
78

3 i
J
r ~
1 2
./
Рис./
я^с.г
L*_.d
2r._pd
r-f
I7,-
г 1г
« в
7^
\S 5е I 6
Рис.it
79

НЕКОТОРЫЕ ВОПРОСЫ ОТНОСИТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ ВОЛОКНИСТОГО
МАТЕРИАЛА В АЭРОДИНАМИЧЕСКОЙ ПРЯДИЛЬНОЙ КАМЕРЕ
Л.К.Балканска (НРБ)
Для получения качественной нити в аэродинамической
прядильной камере особено важно детально изучить процесс
движения волокнисто-воздушной смеси.На нынеяном этапе
задача t сводится к определению производительности тру
да и потерянной мощности на базе упрощенной схемы решения
/l/f не считая взаимного влияния отдельных параметров во
время процесса движения.
В данной статье автор делает попытку определить
распределение давления и скорости в пространстве прядильной
камеры, в зависимости от ее геометрии и входных параметров.
На фиг.1 показана общая схема прядильной камеры Д/.
Волокнисто-воздушная смесь поступает из
тангенциального сопла 1 в первую ступень прядильной камеры 2 под
действием созданного вакуума в трубопроводе 7.Затем
поступает в кольцо 8, где часть волокна будет отсепарирована на
конической поверхности 3, а другая - в цилиндрическую
камеру второй ступени 5.Введенннй во вторую ступень камеры
через глазок 9 конец мычки будет закручен и центробежными
силами отброшен на цилиндрическую поверхность, где и
будет происходить дальнейшее формирование нити.
Для описания процесса движения волокна в вихревой прядиль-~
ной камере надо решить уравнение Рейнольдса в цилиндрических
координатах совместно с уравнением неразрывности.
Задача решения системы уравнений в действительном виде,
при условии сжимаемости среды, очень сложна и громоздка. .
Практика показывает, однако, что процесс в
аэродинамической прядильной камере можно рассматривать трехэтапно:
1этап- закручивание воздушно-волокнистой смеси в первой
ступени камеры, где можно пренебречь радиальную
составляющую скорости;11- переходный мевду первой и второй ступенями,
80

где наоборот иошо пренебречь осевую составляющую скорости
и III- движение во второй ступени камеры .
I этап: Если в системе уравнения Рейнольдса принять
Vz *0 , система будет иметь вид:
-р-И?- - 2£ * 2S» .
J г ~ ?? ?г
2±-0 •
Имея ввиду четвертое уравнение и пренебрегая Эй^/2/
получается: Ър/дг = О или рм = сопь* ; (2)
-Учитывая сжимаемость среды надо иметь ввиду, что:
где: я- давление;А- газовая константа; ^-теплоемкость
воздуха при постоянном давлении; ^температура на входе;
^-тангенциальная скорость (^«-^И};
Ке = ^/Л^ ; С4)
где:£- расход воздушно-волокнистой смеси; 5- сечение;
С другой стороны можно принять:
Г«.г>;Гг..*;/*7; ^. -£l ; (5)
Г^£? ^W^/^- (6)
На базе сделанных допущениях, решая систему (1) полу-
""'^^ ; (7)
где:/к«^давление при*»/и#=/Ц ^-начальный радиус (фигЛ)
live- скорость при е*^; #и р» - параметры у входа;
Результаты показывают, что сначала ( при ^=г<?)скорость
увеличивается вследствие сужения сечения и влияние
сжимаемости, а потом ( до конца первой ступени) падает
вследствие влияние стенки, а давление - пригни г-Х>падает, а
потом, до г * #; остается почти постоянно.
II этап:Определяются параметры в переходной
зоне.Пренебрегая Иг^как меньшего порядка,система уравнения Рей-
81

нольдса принимает вид:
*"&'**)•&-■&<***■■- <«
^0
На базе последнего уравнения можно написать:
У*=-<?/р2пт ; (1J)
Пренебрегая й*,й* и Г*#,и шлея ввиду уравнения (3) и
(10), после рядапреобразовании, получается: *
ftp_ /ок/ g э[ gjBc/fe-ife^y
д*-17^Ж) ***[ р,£п, j; (11)
2п [Vz г + г*J u у
Как видно только в этой зоне можно принять с
достаточной точностью,что важен закон сохронения циркуляции:
у, s J/„ -£_ ; (12)
Интегрируя-первое уравнение системы (11) получается
уравнение, которое ' противоречит уравнению
(7),Эксперименты показывают что движение смеси во второй
ступени камеры напоминает движение в первой ступени( в
цилиндрическом участке) и надо пользоватся уравнением(7).
Задача решена для опытной модели с геометрии: &*4[Дйр;
У»4*Чвходные параметры:ytj=r/0%.; И, -2oorr>^\ n =зоои •
В результате можно сделать существенный вывод, что час-f
тоту кручения мычки модно значительно увеличить, увеличивая
разницу в диаметрах!) vut, или увеличивая входные
параметры, но при этом получается очень большое разрежение в
прядильной камере (фиг.2) , и поэтому действительную
частоту надо определять при помощи эксперимента.
Литература
1.К.Ф.Шпитальников, Силовые аэрогидродинамические
установки легкой и текстильной промышлености,"Легк.инд.*,1980
2.И.В.Лебедев,и др., Элементы струйной автоматики,
Москва, "Машиностроение", 1973-.'.
82

ф~е. i
\v*M;pfAJi
83

1УШ№тЧШЖ УСТРОЙСТВА УПРАВЛЕНИЯ
АВТОМАТИЗАЦИЯ КОНТРОЛЯ И СОРШРОЗКИ КАПИЛЛЯРОВ
Н.Г.Двинин, И.Ш.Коган, Г.П.Шишкин /СССР/
В работе приведено описание принципа действия и
конструктивной схемы контрольно-сортировочного автомата,
сортирующего капиллярные трубки по ступеням допуска на их
внутренний диаметр. Измерение внутреннего диаметра
производится пневматическим методом путем сравнения с
калиброванными капиллярами. Точность калибровки последних не хуже I мкм.
Капиллярные трубки являются сложным объектом при
автоматизации их изготовления и контроля. Это длинномерные
стержни, трудно поддающиеся поштучной выдаче и
пространственной ориентации [i, с.48-49] . Разбраковка капилдафоЕ
вручную с помощью калибров-пробок непроизводительна,
утомительна и ненадежна. Это усугубляется нецилиндричностью,
поскольку калибры контролируют только торцевые части
капилляров.
3 данной работе приводится пример успешного решения
автоматизации контроля капилляров. 3 частности, речь идет о
контроле по среднему внутреннему диаметру стеклянных капил-
ляров с наружным диаметром 0,8 мм, внутренним диаметром
/0,6 *0,03/ мм и длиною более 100 диаметров.
В лаборатории пневмоакустических измерений Кировского
государственного педагогического института им.З.К.Ленина
разработан контрольно-сортировочный автомат, сортирующий
капилляры по среднему внутреннему диаметру на 4 группы:
2 группы за пределами и 2 группы - в пределах допуска на
размер. Для измерения /рис. I/ применен пневматический
способ [2] , заключающийся в продувке воздухом двух
последовательно соединенных капилляров, один из которых откалиб-
рован. Направление движения воздуха показано на рисунке.
Разрежение в междроссельной камере 3 при условии
стабильности разрежения источника питания I и равенство длин
капилляров 2 и 4 пропорционально ( ^z/^J^1. Разрежение
измеряют микроманометром 6, а сортировку осуществляют по
сигналам трех фотореле 9 [з, с, 127^, установленных на
наклонам

ной трубке 5. При настройке положений фотореле в качестве
нагрузочного капилляра 4 устанавливают какой-либо капилляр
из контролируемой серии и в дальнейшем его не меняют. На
место контролируемого капилляра 2 устанавливают
последовательно три калиброванных капилляра /по номиналу и по двум
предельным отклонениям/ и по ним устанавливают фотореле.
3 дальнейшем калиброванные капилляры применяют для
периодической проверки точности работы автомата.
Для калибровки капилляров в лаборатории пневмоакустачвс-
ких измерений создано образцовое устройство с точностью
измерения, не хуже I мкм в диапазоне диаметров от 0,2 мм до
2,0 мм. Теоретические основы и методика таких измерений
описаны в работе [4] .
Конструктивная схема тракта прохождения капилляра
показана на рис. 2. На плите 4 смонтировано подающее
устройство, состоящее из шибера 2 со скошенными кромками [5, сПб}.
соединенного винтами с пластиной 3, расположенной с другой
стороны плиты 4. Подающее устройство скользит вдоль
вертикального паза плиты. На малой кромке шибера может
уместиться, только один капилляр. Шибер с пластиной из крайнего
положения I с помощью рычажно-кулачкового механизма /на
схема, не показан/ перемещается вверх в положение П. При этом
шибер 2 проходит сквозь загрузочный бункер I, захватывая
один капилляр. 3 положении П капилляр соскальзывает по
скошенной кромке плиты 4 на верхнюю грань пластины 3.
Последняя при последующем движении вниз останавливается в
положении Ш, где один из концов контролируемого капилляра
попадает в междроссельную камеру, герметизируется там на весь
период измерения. По результатам измерения схема управления
выдает сигнал на поворот одной из шторок б сортировочного
устройства шахтного типа [б, с.149] . Одновременно с этим
капилляр разгерметизируется и вместе с пластиной 3 начинает
двигаться вниз в положение I. По пути капилляр попадает на
наклонную плоскость клина 8 и скатывается в шахту 5,
откуда с помощью шторки 6 попадает в соответствующий пенал 7.
Схема управления снабжена устройствами для контроля
надежности работы фотореле и триггерами для запоминания
положений шторок.
85

Производительность автомата растет с ростом диаметра и
уменьшением длины капилляра, поскольку эти параметры
определяют динамическую погрешность измерения» Для указанных
в данной работе размеров капилляров производительность
автомата составляет примерно 4 штуки в минуту. Автомат
может быть спроектирован и на другую длину и диаметр
капилляров, что изменит только ширину его составных частей и
размер кромки шибера. Минимально возможная длина
контролируемых капилляров: 10-15 мм.
Незначительное изменение схемы управления /рис.1/
превращает контрольно-сортировочный автомат в измерительный.
Для этого вместо нагрузочного капилляра 2 устанавливают
калиброванный, вместо микроманометра б - датчик
разрежения, выходной сигнал которого подается на микрокалькулятор,
который после несложных вычислений выдает значение
среднего диаметра на печать.
Литература
1. Камышный Н.й. Автоматизация загрузки станков. - М.:
Машиностроение, 1977, 287 с.
2. А.с.№ 1000750 /СССР/. Пневматический способ
измерения среднего диаметра капилляра. /Коган И.Ш., Михалев А.Ф.,
Медвинский М.Д., Юферев З.Н./ - Опубл, в Б.И.,1983, IP 8.
3. Высоцкий А.В., Курочкин А.П., Линд А.Б., Цидулко Ф.В.
Пневматические измерения линейных размеров. - М.: Машгиз.
1963, 268 с.
4. Коган И.Ш., Шишкин Г.П. Точное измерение диаметров
капиллярных отверстий. - Измерительная техника, 1985,№il.
5. Лебедовский М.С., Федотов А.И. Автоматизация в
промышленности. - Л.: Лениздат, 1976, 254 с.
86

Q
Рис.1
Рис.2
87

СТРУЙНАЯ ТЕХНИКА В УПРАВЛЕНИИ ШКГОКПИМАТШ
Н.В.Божьев, Э.Э.Дзелзитис, А.Я.Креслинь /СССР/
Системы вентиляции и кондиционирования микроклимата по-
требляют около 18% всей электроэнергии, производимой в
стране [ l] . Широкое применение систем кондиционирования
микроклимата /СКМ/ в различных областях народного
хозяйства страны обусловлено экономической целесообразностью,
которая основывается на двух факторах: фактор - социальный,
отражающий улучшение условий труда и повышение его
производительности, и фактор - технологический, отражающий
улучшение качества выпускаемой продукции.
В настоящее время для управления (ЯШ применяются
различные электротехнические, пневматические и электронные
устройства и системы автоматизации [2] ♦ Первые из них
обладают большими габаритами и весом, недостаточной надежностью
и сложностью в эксплуатации и обслуживании; вторые -
пневматические межрамные элементы, отличаются от первых только
повышенной надежностью и способностью работать в помещениях
со взрывопожароопасной средой; третьи - электронная логика
с применением микропроцессоров, обладают малыми габаритами,
высокой надежностью, но сложны в эксплуатации,' так как
требуют высококвалифицированного обслуживающего персонала.
Анализ применения различных средств управления СКМ, а
также рассмотрение использования струйной пневмоавтоматики
в управлении различными технологическими процессами [3,4J,
показывает, что струйная техника является надежной,
дешевой, удобной в эксплуатации и обслуживании особенно в
случаях, когда единственным энергоносителем является сжатый
воздух или газ.
Разработанная струйная логическая система управления ре-
киками кондиционирования микроклимата построена на
струйных логических элементах "Волга" типа СТ-55 [ 5] . Система
обеспечивает работу регулирующих органов технологического
оборудования СКМ по методу оптимальных режимов. Входная
информация формируется от датчиков измерения контролируемых
параметров и сигналов положений исполнительных органов.
88

Разработан струйный логический преобразователь
размерами 210x190x95 мм, весом 2,8 кг., который представляет
собой герметичный корпус с клапаном сброса отработанного
воздуха, в котором размещен блок струйных логических
элементов. Питание элементоваосуществляется через эжекторы,
которые обеспечивают работу прибора при стандартном
уровне давления питания и повышают надежность работы струйных
элементов. Блинкеры на лицевой панели позволяют визуально
наблюдать: за входной информацией от датчиков измерения
контролируемых параметров /Aj - Ajq/> за положением
исполнительных органов /Atj _ Agg/ и за подачей команд на
исполнительные органы /z i - ^1(/9 что Дает возможность
проверки работы как струйной логической системы управления,
так и режимов работы технологического оборудования СКМ.
Лабораторные испытания системы управления показали ее
надежную работоспособность.
Литература
1. Креслинь А.Я. Оптимизация энергопотребления
системами кондиционирования воздуха - Рига., йгаск.политехи,
ин-т, 1982. - 155 с.
2. Рымкевич А.А., Халамейзер М.Б. Управление системами
кондиционирования воздуха, - М.: Машиностроение, 1977.
- 280 с.
3. Божьев Н.З. Применение струйной пневмоавтоматики в
системах кондиционирования воздуха. - В кн.: Вентиляция и
кондиционирование воздуха. Ftora, Вшск.политехи.ин-т, 1984
с. 41-45.
4. Божьев Н.В., Креслинь А.Я., Дзелзитис Э.Э. Струйная
система управления параметрами микроклимата. - 3 кн.: ХУ
Всесоюзное совещание по пневмоавтоматике, Львов, 1985,
Тезисы докладов, часть I. M., 1985. с.38-39.
5. Каталог. Струйные логические элементы и устройства
программного управления станками и промышленными роботами.-
М.: НИИ информации по машиностроению, 1979. - 72 с.
89

ПРОЕКТНРОВАНЖ КОНСТРУКЦИЙ СТРУЙШХ ДОЗАТОНлэ
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕНШХ МАТЕРИАЛОВ .
В.Я.Коваль /СССР/
Одним из перспективных направлений совершенствования
высевающих систем является! разработка высеваюорх аппаратов
пневматического действияг [1,2] . Такивь высевающие
аппараты имеют ряд преимуществ в сравнении с; существующими.
Они не имеют подвижных изнашивающихся! частей, просты в на-»
стройке, на норму высева, имеют малую металлоемкость, дают
более высокие качественные показатели высева, за счет
принудительного транспортирования семян на дно борозды, а
также отсутствиш механической синхронизации дозирования со
скоростью движения агрегата.
Одним из основных элементов этих аппаратов является,
устройство для периодического изменения величины абсолютного
давления в присоске, которое представляет собой
бистабильный струйный^ элемент.
Цель настоящего исследования - оптимизация,
конструктивных и рабочих параметров] бистабильного струйного элемента.
Из технологического процесса работы высевающего
аппарата следует, что за короткий промежуток времени, примерно
за 0,05 секунды, необходимо осуществить надежное
присасывание семени к присоске и последующее выдувание его в
семяпровод. Для: этого требуется, создать в присоске,
соединенной с одним из выходных каналов бистабильного струйного
элемента, определенную величину разрежения.
Разрежение к присоске 6, рис. I, возникает за счет зжек-
ций при истечении струи воздуха из питающего канала I
бистабильного струйного элемента в выходной канал 5. При
подаче сигнала в управляющий канал 3, струш из выходного
канала 5 переключаете® вз выходной канал 4 и возвращается в
канак 5 при подаче? управляющего сигнала вз канал 2.
Оптимальными значениями будут таки& значения! конструктивных
параметров; элемента, при которых сохраняясь*, устойчивые
положения^ воздушной струи в выходных каналах 4 и 5, а в
выходном канале 4. соединенном, с присоской 6, будет возникать
90

максимальное разрежение*
К основным конструктивным параметрам бистабильного
струйного элемента относятся: di~ угол наклона рабочей
стенки выходного канала с присоской; ctt- угол наклона
рабочей стенки противоположного выходного канала; У4 -
смещением рабочей стенки выходного канала с присоской; <£
-смещение противоположной рабочей стенки; в - эксцентриситет
разделительного клина; Н - расстояние от торца питаицегс
канала до разделительного клина 7. Площадь сечений
выходного канала 4 и присоски 6 - равны.
Располагая предварительной информацией о работе
бистабильного струйного элемента, назначаем определенные
значения остальных конструктивных элементов, а также
интервалы варьирования, исследуемых факторов из условий
технологической работоспособности и конструктивной
целесообразности, при этом к каждрму фактору предъявляются
требования управляемости и однозначности, а к их совокупности -
совместимости и независимости.
Функцией отклика при исследовании является! величина
Q - расхода воздуха, проходящего через выходной канал с
присоской.
Примем, что исследуемый процесс можно описать с
достаточной точностью полиномом второго порядка* Используем
некомпозиционный план второго порядка.
Принятый план эксперимента был реализован на
разработанной установке, принципиальная схема которой
представлена на рис. I,
Было получено уравнение регрессии в следующем виде:
Q * о,т171-(1ооо5Шг№г+(1ъ^ш+о,оюн+
+ Ц80в*(£е+г4,6//>е -/5,2 Qw-н - 80,4 ez,
' где Q*nr ~ расход воздуха в питающем канале.
Подставляя в уравнение значения исследуемых факторов в
пределах технологической работоспособности и решая эти
уравнении на ЭВМ, получим {яд значений расхода Q в
присоске. Выберем из этого ряда максимальное значение
расхода # .
Максимальное значение Q при глубине струйного эле-
91

мента ь мм, ширине сопла питания 2 ш90ПчГ~ 2Ь,&10Г*у?/с
были получены.при следующих значениях параметров:
erfy » 1,22 рад.; At - 1,13 рад.; N - 0,01 М ; £ « 0;
У, = 5 мм; {/2 = 5 мм ;
По этим значениям конструктивных параметров были
изготовлены бистабильные струйные элементы, которые явились
основой для построения высевающих аппаратов
пневматического действия.
Литература
1. А.с. № 649353 /СССР/. Пневматический высевающий,
аппарат. В.С.Сухин, Д.Г.Вальнов, В.Я.Коваль. - Б.И.,1979,1Р 8.
2. А.с, IP II0II90 /СССР/. Пневматическая сеялка.
П.Я.Лобачевский, В.Я.Коваль, В.С.Сухин, В.А.Белодедов,
С.И.Шмат, А.С. Кобаченко, В.Й.Олейник. Б.И., 1984, Р 25.
92

СТРУЙНЫЕ ШАГОВЫЕ ДВИГАТЕЛИ С РЕГУЛИРУЕМОЙ ЦЕНОЙ ШАГА
ДЛЯ УСТРОЙСТВ, ПРИБОРОВ И СИСТЕМ ПНШЮАВТОМАТИКИ
В.П.Петренко /СССР/
Пневматические шаговые микродвигатели предназначены для
использования в цифровых и импульсных системах
автоматического контроля и регулирования, создания различных
преобразователей, задатчиков и т.п.
В процессе проектирования и эксплуатации устройств и
систем с пневматическими ЩЦ часто возникает необходимость
получения различных значений цены шага ^ - одного из
основных параметров шаговых двигателей. Большинство
известных технических решений пневматических ЩЦ не позволяют
решить эту задачу.
Необходимость изменения цены шага двигателя возникает
в основном в двух случаях:
— в процессе управления объектом исполнительный шаговый
двигатель должен изменять цену шага в функции величины
сигнала рассогласования между текущим и заданным значениями
регулируемого параметра; ^^
— в процессе эксплуатации цена шага двигателя должна
оставаться постоянной, но при проектировании других
приборов и устройств, переналадке на другие режимы или
алгоритмы работы и т.п. цену шага необходимо изменять в заданных
пределах с заданной точностью.
Рассмотрены результаты разработки конструкции и схем
управления струйными ЩЦ с роторами турбинно-профилированного
типа, позволяющие решить задачу изменения цены шага
двигателя для обоих случаев.
Например, цена шага струйного ЩЦ [I] является функцией
длительности управляющего импульса на одном из входов
привода ротора в прямом или обратном направлении при застаби-
лизированных значениях нагрузки и давления питания, т.е.
1=№Ь /I/
где tM- дцительность управляющего импульса. Эта особенность
двигателя, делает его удобным для использования в схемах ав •
соматического управления положением регулирующих органов.
93

обрабатывающих инструментов и т.п. с широтно-импульсной
модуляцией сигналов управления, определяемой величиной и
знаком сигналов рассогласования.
Дополнительное введение в схему управления импульсного
датчика углового перемещения ротора, реле счета импульсов
с изменяемой в широком диапазоне уставкой срабатывания и
двух триггеров в режиме формирователей имцульсов
управления, позволяет решить вторую задачу - получение требуемой
цены шага путем простого изменения уставки срабатывания
реле счета импульсов, которая в процесое эксплуатации дви •
гателя остается постоянной. При этом цена шага двигателя
является функцией числа импульсов в линии обратной связи
*\с~ ^yw » после получения которых сработает реле, т.е.
где 2 - число впадин на профилированном роторе.
Результаты исследования макетов струйных ПЩ с
регулируемой ценой шага показали, что минимальная цена шага сое
тавила 10° при максимальной рабочей частоте 10-15 Гц,
Литература
I. А.с. IP 9474BI /СССР/. Струйный шаговый привод.
В.П.Петренко, В.Н.Кузьмин, В.И.Савчук. Б.И., 1982, №28.
94

ПНЕШОАКУСТИЧЕСКИЙ ГАЗОАНАЛИЗАТОР
Л.А.Залкинд, Е.В.Кирко, В.Ю.Рыжнев, Г.З.Сидоров,
А.Г.Татьянцев /СССР/
Известные достоинства струйной пневмоавтоматики /пожа-
ровзрывобезопасность, коррозионная стойкость и др./
наиболее ярко проявились в ее приложении к газовому анализу.
Разработана и внедрена в серийное производство гамма
пневматических газоанализаторов.
Принцип действия первого газоанализатора "Ламинар" со
шкалой 50-80 об. % водорода в азото-водородной смеси был
основан на эффекте изменения динамического напора,
воспринимаемого трубкой, помещенной в ламинарной затопленной
струе, при изменении плотности и вязкости анализируемого газа
Ширина шкалы газоанализатора "Ламинар" в относительных
единицах - в относительном изменении плотности анализируемой
газовой смеси, соответствующей ширине шкалы / *Г ^.100Й,
где рн , р 9 о - плотности соответственно в начале,
конце и середине шкалы/.
5а счет снижения диаметра трубки с 0,5 мм до 0,3 мм в
газоанализаторе "Поток" была получена ширина шкалы в
относительных единицах 33,3#. Газоанализатор "Поток" имеет
шкалу 50-100 об.% хлора в воздухе.*
Дальнейшее повышение чувствительности было получено в
газоанализаторах типа "1урбулент", предназначенных для
определения наличия взрывоопасных примесей в воздухе
производственных помещений /в частности, паров нефти и
нефтепродуктов, ацетилена, дихлорэтана и винилхлорида/. Эти
сигнализаторы, разработанные в трех модификациях, были основаны
на эффекте турбулизации ламинарной затопленной струи при
появлении в рабочем газе /воздухе/ недопустимо больших
примесей анализируемого компонента. Использование этого
эффекта позволило повысить чувствительность метода в 8-IC раз.
Газоанализатор "ТУрбулент" имеет шкалу 20-50* НКПВ дих-
лоретана, что в относительных единицах составляет 3,4#.
Достоинством всех разработанных пневматических приборов
газового анализа явились полная пожаровзрывобезопасность
95

/как следствие отсутствия в конструкции прибора
электрических цепей/ и высокая коррозионная стойкость
/чувствительные элементы и побудители расхода изготавливались из
стекла/, В связи с тем, что широкому использованию
пневматических газоанализаторов препятствовала невысокая
чувствительность методов, развитие ало в направлении повышения
чувствительности.
Дальнейшее повышение чувствительности было получено
благодаря применению пневмоакустики. Был разработан и принят
к серийному производству пневмоакустический газоанализатор
"Трель" с чувствительностью на порядок превышакмций
чувствительность сигцализаторов типа "Турбулент".
В ходе разработки прибора были поставлены и решены, в
частности, следующие задачи:
I/ выбор наиболее экономичного по питанию пневмоакус-
тического источника;
2/ определение условий максимального влияния звукового'
сигнала на гидродинамические характеристики свободной
затопленной струи.
Чувствительные элементы газоанализатора "Трель" /см.
рис. W- пара идентичных свистков, через один из которых
I протекает анализируемый газ, а через другой 2 -
сравнительный /воздух/. Свисток представляет собой заключенный
в стеклянный баллон 3 пневмоакустический преобразователь 4.
Стеклянный баллон 3 снабжен штуцерами входа 5 и выхода б
среды и звуководом 7, отделенным от пневмоакустического
преобразователя стеклянной мембранной 8. Вся конструкция
свистка, включая стеклянную мембранну 8, монолитна, что
обеспечивает высокую стабильность характеристик.
Звуковые колебания от обоих свистков I, 2 поступают в
преобразователь 9, в котором: I/ оба сигнала смешиваются,
образуя биение амплитуда звука с частотой, равной разности
исходных частот /у- f&Oll] ; 2/ звуковой сигнал с
периодически меняющейся амплитудой преобразуется в колебания
давления /расхода/ с частотой, равной частоте биений//-/^
Колебания давления /расхода/ на выходе пробразователя 9
поступают в струйный делитель частоты 10, выполненный на
десяти струйных счетных триггерах, в которых исходная час-
96

Jo
тота 20-50 Гц понижается в 210 раз. Полученный
пневматический сигнал преобразуется блоком обработки II в
выходное давление газоанализатора - стандартный пневматический
сигнал 0,2-1,0 кгс/слг, пропорциональный полупериоду
колебаний, с помощью интегрирующей цепочки "дроссель-емкость".
Исходя из зависимости частоты звукового сигнала свистка
от плотности: / л /—■*
где J° - плотность анализируемой смеси;
р - абсолютное давление смеси;
К - показатель адиабаты;
А - Коэффициент, зависящий от геометрических
размеров свистка,
получена аналитическая связь выходного давления Pfax с:
концентрацией анализируемого компонента С:
ТосГк Р/ЕС~р7+ аоо - с )fsbi - //
где Pi - плотность измеряемого компонента;
Д - плотность второго компонента бинарной смеси;
// - частота звуковых колебаний свистка
сравнительного газа;
Ki - коэффициент, зависящий от величины пневмоемкости
интегрирующей цепочки "дроссель-емкость" /настраиваемая
величина/;
Рсд& - давление сдвига /настраиваемая величина/.
3 результате работы определена конструкция свистка,
который создает звуковой сигнал с амплитудой, достаточной
дяя его обработки как электрическими*, так и пневматическими
средствами, уже при расходе рабочего газа 3-5 л/ч. Этот
пневмоакустический преобразователь /см. ркс££7 состоит из
резонатора I и сопла питания 2, связанных соединительной
дужкой 3. Вытекающая из сопла питания 2 струя газа
ударяется о кромку резонатора I, растекается по ней, перекрывая
горловину резонатора. В результате в резонаторе
возбуждаются колебания давления с частотой, определяемой
геометрическими размерами резонатора.
Для решения задачи преобразования биений в пневмоколеба-
ния был приспособлен акустико-пневматический приемник fJI2j.
97

Его реконструкция" заключалась в следующем: резонатор
Гельмгольца был заменен сущенным звуководом, в месте
сужения которого пропускалась ламинарная струя воздуха, режим
течения которой близок к турбулентному. При увеличении
амплитуды звукового сигнала струя турбулизовалась, при ее
уменьшении ламинарный режим восстанавливался;
соответственно уменьшалось и увеличивалось давление в приемной
трубке. В результате на выходе преобразователя возникали
колебания давления с амплитудными значениями 0-50 мм во&ст.
и частотой, равной частоте биений»
Газоанализатор "Трель" выпускается со шкалой 0-596 об.
кислорода в азоте и предназначен после соответствующей
аттестации для анализа оинарных и псевдобинарных смесей
в технологических линиях хлорных производств. В
относительном изменении плотности ширина шкалы газоанализатора
составляет 0,9#.
Литература
1. Дж. В.Стретт /Лорд Рэлей/. Теория звука. М., ГИТТЛ,
1У69.
2. Дмитриев В.Н. и др. Основы пневмоавтоматики.-}*.;
Машиностроение, 1973.
98

5 4 3 18 7
10 II 12
^LiUuS
РисДа.Блок-схема пневмоакустического газоанализатора
Ь-свисток анализируемого газа; 2-свисток сравнительного
газа; 3-стеклянный баллон; 4-пневмоакустический
преобразователь; 5-штуцер входа; 6-штуцер выхода; 7-звуковод;
8-стеклянная мембрана; 9-преобразователь; 10-струйный
делитель частоты; II-блок обработки; 12-вторичный прибор,
Обозначения: АГ-Анализируемый газ;
СГ-Сравнительный газ.
VmoAf Пневмоакусти-
ческий преобразователь [Щ]
I-резонатор; 2-сопло пита- j
ния; 3-соединительная дужка
Обозначение:
АГ-Анализируемый газ.
99

ДООДОШШЬ ПНЕВМОАКУСтаЧЕСГОГО» ПРВОЬРАаОНАТВЛЯ
И Ш) ИШОЛЬЗОВШШ В ШЛЕРИТЕЛЬНОл ТЩИКВ
Ь.А.^мако1 /СССР/
Эксперименты с размещением струйного элемента пневмо-
акустического преобразователя в разных точках длины
трубного четвертьволнового резонатора доказывают, что
максимальное воздействие акустического доля на ламинарную струю
происходит в горле резонатора. Поскольку в горле
резонатора максимальна колебательная скоростьVtc 9 следовательно
этот параметр акустического поля является причиной турбу-
лизадии ламинарной струи. Физическая природа скорости
струи и колебательной скорости звука одинаковы, поэтому их
взаимодействие проявляется в векторном сложении двух
скоростных полей, изображённых на рис.1 в некоторый момент
времени. Результирующие скорости отдельных трубок тока Vc
имеют разные углы наклона к оси струи, что свидетельствует
о перемешивании в струе, т.е. о её турбулизации. Реальная
картина принудительной турбулизации усложняется, учитывая
переменный характер колебательной скорости.
Колебания скорости струи в звуковом поле были
исследованы термоанемсмотром. При перемещении датчика
термоанемометра от питающего капилляра едоль струи на экране
осциллографа замечен рост амплитуда колебаний скорости, причём до
расстояния (1/2-2/3)Хтк (где 1тк- расстояние от питающего
капилляра до турбулентного конуса) колебания носили
гармонический характер, а при дальнейшем перемещении датчика
становились всё более хаотичными. Перемещение датчика
перпендикулярно струе показало, что колебания скорости носят
в основном несимметричный характер. При движении датчика
термоанемометра от границы к оси струи на участке, где ещё
сохраняется гармоничность колебаний скорости, наблюдается
рост амплитуда колебаний (рис.2), затем уменьшение
амплитуда, связанное с появлением на вершинах синусоид впадин,
возрастающих по мере приближения датчика к оси струи, на
которой форма колебаний выравнивается, создавая вид
удвоения частоты колебаний скорости струи.
Эксперименты показали зависимость еыходното давления
100

Ре струйного элемента от зеукоеого давления ЕНвшнего поля
Fa и его частоты/. ^следствии сложности графического
изображения санкции от даух переменных на рис.3 представлена
система проекции линий пересечения поЕерхности Рв=Ф(Ра,/)
с плоскостям Ре » (0,2; и,5; 0,Ь)Рео (где Рео - выходное
давление при отсутствии зЕука) на координатную плоскость
Ра -/ . По акустическим характеристикам Ре »iP(/) при
Рв = Const можно еыбрать режим работы излучателя звука дяя
определённой степени турбулизации Т = (Рео - Ре)/Рео
струйного элемента.
Для определения оптимальных геометрических размеров
резонатора прОЕодились измерения колебательной скорости е
разных по относительному отЕерстию6d= dr/dp (где dv -
диаметр горла, dp - диаметр резонатора) горлах резонатора.
Эксперименты показали, что оптимальное относительное
отверстие находится е диапазоне 0,3-0,5 , причём дая коротких
горловин предпочтительнее близкое к нижнему значению, а
дая длинных - к Еерхнему значению относительного отЕерстия.
Чувствительность струи к принудительной турбулизации
зависит как от мощности струи (где Ро-
давление е питающем капилляре, v> - вязкость газа, do -
диаметр питающего капилляра), так и от дайны межсоплоеого
расстояния в . Эксперименты показывают, что акустическое
поле необходимое для турбулизации струи е перЕом
приближении пропорционально конструктивному параметру N6=
cJTPoRedoVMt . Разработанный [i] пнеЕмо-акустический
пре обра зоеэ те ль с Евнтилируемым горлом (рис.4) имеет на
15-20 дБ меньший порог акустической чувствительности,
благодаря уменьшению конструктивного параметра.
В измерительной технике преобразователь используется в
частности там, где возможно преобразование измеряемого
параметра е изменение длины резонаторад£р. Аналитически
получена формула [**] для оценки линейной чувствительности
Se = &P*/A?p (гдеЛРв - изменение выходного давления
струйного элемента) от частоты акустического поля
5£» 2,65РвоО//с (где Q - добротность резонатора, с -
скорость зЕука). Эксперименты проЕеденные при разработке
устройства контроля гермети<ш ости показали справедливость
101

это^ оценки (рис.5). УЕеличвние линейной чувствительности
происходит также и при возбуждении акустического
резонатора на еысших гармониках (рис.6). Рост линейной чуЕстЕитель-
ности с увеличением резонансной частоты и использоЕанием
еысших гармоник еызеэн тем, что, как отдельные криЕые
семе истьа заЕисимости собственных частот акустического
резонатора от его длины /кр *А(£р) (где/кр */ор(2к + I),
/рр - основная мода колебаний) имеют возрастающую
крутизну &//л£р с ростом резонансной частоты, так и при
переходе с кри£Ой на криЕую с большим номером гармоники
происходит скачкообразное уЕвличение крутизны дяя £р « Contf.
При разработке устройстЕа контроля объёма полых изделий
использование еысших мод колебаний резонатора позеолило
уЕеличить частоту акустического поля до 200-600 Гц, что
дало возможность применения пневматического излучателя с
пониженным уровнем зЕука.
Литература
1. А.с. 972165 (СССР). Струйный акустический
преобразователь. Сажин С.Г., Чумаков Б.А. Опубл. в Б.И.,1982, №41.
2. Шмаков В .А. Увеличение чувствительности пневмо-
акустичвских преобразователей. - Измерительная техника,
1983, Л 10.
102

VH » * »
^ Sta^ p*
Рис. I
^ fWY\2
** гутпз
/YYYYYWW
Рис. 2
го д^ьумн
о1р=7мм
10 AtfcMM
Рис. 5
Рис. 6
103

высокоточный пневмоакустичвский датчик малых
перемещений
И.М.Елимелех, Г.М.Куссуль, М.Е.Рогинкин /СССР/
Данный датчик является одним из высокочастотных
устройств пневмоавтоматики [l] . На рисунке I схематично
изображен двухмикрофонный пневмоакустический датчик.
Измеряемой величиной является расстояние & от
контролируемого объекта до торца датчика. При изменении S изменяется
акустическое сопротивление на конце канала 2, обозначенное
на рисунке I через 2/г . В реальных конструкциях Zn, обычно
представляет собой сопротивление кольцевой щели.
При подключении к генератору 5 (электромагнитному
преобразователю , работающему в режиме динамика) напряжения
питания Ипат в сечении В-В появляется акустический ток, чтц
в свою очередь, приводит к появлению акустического тока в
сечении А-А. Этот ток распределяется меаду каналами 2 и 3
обратно пропорционально их входным акустическим
сопротивлениям. В результате приёмник 4 (электромагнитный
преобразователь, работающий в режиме микрофона) создает
Э.Д.С..обозначенную на рисунке I £?ых. Очевидно, 8бых зависит от S
и, измеряя €&tx , можно судить о величине S .
Разработанные пневмоакустические датчики (ij
позволяют измерять В с точностью до 0,3*0,5 мкм в диапазоне
двухпроцентного допустимого отклонения от линейности
20+40 мкм. Встречаются, однако, задачи, требующие точности
до 0,1 мкм и диапазона измерений до 50+70 мкм.
Конструирование таких датчиков требует учёта влияния всех конструктивных
параметров на технические характеристики.
В настоящее время не удается создать чисто расчётной
модели пневмоакустического датчика, т.к. имеющиеся
аналитические методы по расчёту акустического сопротивления
кольцевой щели не дают удовлетворительных реззияьтатов. Поэтому
разработана экспериментально-расчётная методика определения
этого сопротивления. Известно [l\ , что канал, по которо-
104

. (I)
му распространяется акустический сигнал» может
рассматриваться как отрезок длинной линии без потерь» если диаметр
канала больше I мм (при частоте сигнала выше 1500 Гц).
Распределение давления по длине канала зависит от
акустического сопротивления на его выходе. Эта зависимость была
использована для исследования кольцевых щелей; при этом
получены следующие результаты:
^ = ifi'S '
где: /v и X - соответственно активное и реактивное
сопротивление щели; <1ц(1г%(1ь%11-коэффициенты» зависящие от
геометрических параметров щели; f - волновое
сопротивление используемого в опытах канала» Например, для щели с
внутренним диаметром I мм» внешним - 7 мм и канала
диаметром 3,5 мм при частоте 2000 Гц:
а, = 12200; az = 0»7; й3 =70; П = 2.
С использованием теории электромагнитных
преобразователей и теории длинных линий были получены следующие
уравнения» описывающие работу датчика:
Зв'й + Уё'А = Unar> (2)
где: У в и Us - соответственно акустический ток и
давление в сечении В-В; 2) - коэффициент преобразования
генератора по току; А - коэффициент преобразования генерато •
ра по давлению. Коэффициенты Ъ и Я могут быть найдены,
если известны конструктивные параметры динамика*
(3)
где: J^ - волновое сопротивление канала I ; Дг~
входное сопротивление канала 2; Z& - входное сопротивление
канала 3; Л - длина волны акустического сигнала.
105

7 f iiff(**tx)*ib**_
(4)
где: $z - волновое сопротивление канала 2
где: Ц - давление в сечении А-А.
Ь*-ЧК(«*■**■ Т-1 **£**)> «>
ГД0: fs ~ волновое сопротивление канала 3; /С-
коэффициент преобразования приёмника по давлению ( К может быть
найден при известных конструктивных параметрах микрофона)»
Таким образом параметрами датчика, определяющими его
выходные характеристики, являются частота сигнала, длины
каналов, их диаметры, определяющие волновые сопротивления,
коэффициент преобразования генератора и приемника и
входное сопротивление канала 3. Проведеннне расчёта показывают,
что можно подобрать параметры датчика так, чтобы
обеспечить точность измерения выше 0,1 мкм и диапазон до 80 мкм,
причём удается удовлетворить требованию технологичности
конструкции» Необходимо отметить, что наборы параметров,
обеспечивающие такие характеристики, встречаются крайне
редко, что вызывает необходимость использования для
расчётов ЭВМ. В качестве примера можно привести датчик со
следующими параметрами: частота 2000 Гц;
#= 37,8 ш; & = 42,5 мм; 4 в 39 ш; d6 = 1,25 мм;
й£= 1,75 мм; d^ 3 мм; Я * 1,75*105 {§- ;
й = 2,45*Ю~8- ^2,45*:КГ8(^); К * 1,5-НГ2 -^- •
При этом диапазон измерения датчика 75 мкм;
чувствительность при Цшт= 4В 18•КГ3 -§д • При использовании
серийных цифровых вольтметров такая чувствительность обэс-
106

печивает дискретность *** 0,02 мкм.
В заключение отметим, что система уравнений (1)-(6)
позволяет анализировать влияние на работу датчика внешних
условий - температуры, давления воздуха, влажности и
осуществлять выбор устойчивых к внешним условиям
конструкций*
Литература
I* Высокочастотные устройства пневмоавтоматики. Под
общ, редакцией И.М.Елимелеха. Л., Машиностроение, 1985*
•L
4-.
UfMif,
•4 <h
хч
|ч
рч
¥-'Л'
dt
ZL
rr—/-&
I 1'.
Л
i qmih
[_Z — --Ji
\\Jt
J !
Рис. I Схеыа двухмикрофонного пнввыоакусгического датчика
107

ЗАХЗАТ С ПНЕВМАТИЧЕСКИМ ПРИВОДОМ ДНЯ ПРОМЬШШЕННОГО
РОБОТА
В.И.Левин /СССР/
3 самых различных отраслях промышленности /химической,
пищевой, полиграфической и др./ стопы, пачки и коробки
полуфабрикатов и готовой продукции укладываются на
деревянные поддоны размером 800x1200x145 мм в прочный и
устойчивый штабель, пригодный для последующей транспортировки.
Высота штабеля, достигает 1300-1600 мм. Для увеличения его
прочности и устойчивости желательно укладывать пачки
вплотную друг к другу в>каждом горизонтальном слое штабеля.
Ручная укладка пачек на поддон представляет собой тяжелую
и монотонную операцию, подлежащую первоочередной
роботизации. Особенно важное значение имеет создание
робототехнологических кошлексов. /РЖ/ укладки по программе пачек
/или коробок/на поддоны для обслуживания
высокопроизводительных агрегатов и поточных линий. Основными
требованиями к захватам промышленных роботов для этих РЖ являются:
надежное удержание груза, его неповреждаемость,
возможность установки пачки на поддон без сдвига^-еа^.соседних
ранее уложенных пачек. Достоинствами нижнего захватав ~
верхней фиксацией груза являются, возможность укладки
пачек в штабель вплотную друг к другу, а также
манипулирования необвязанными стопами /например, книжно-журнальных
тетрадей/. Этот захват подхватывает груз снизу с помощью
выдвижных поддерживающих пальцев, а фиксирует его сверху
с помощью прижимных планок. Движение пальцев и планок
должно осуществляться вь определенной последовательности.
В разработанном в Шзеции для РЖ "Палроб-80" нижнем
захвате имеется вертикальная опорная плита. Она служит
упором для пачек. Поддерживающие пальцы представляют собой
штоки двух горизонтально размещенных пневмоцилиндров,
скрепленных с опорной плитой. Прижимные планки перемещаются
с помощью вертикально размещенного пневмоцилиндра.
Недостатком этого захвата является, сложность управления,
требующего подачи различных во времени команд к горизонталь-
108

ным и вертикальному пневмоцилиндрам. Непосредственное
использование штоков горизонтальных пневмоцилиндров в
качестве поддерживающих пальцев может вызвать их деформацию под
действием прижимных планок.
3 предлагаемом захвате движение поддерживающих пальцев
и прижимных планок в необходимой последовательности
осуществляется /рис. I/ с помощью одного пневмоцилиндра I за
сяет его взаимодействия с двумя многозвенными механизмами.
При этом часть хода пневмоцилиндра I используется для
перемещения поддерживающих пальцев 2, а другая часть - для
перемещения, прижимных планок 3. Для управления захватом
необходима лишь одна пневматическая команда
/"захват"-"отпускание*/. Опорная: плита 4 захвата снабжена направляющей 5 и
подвижной-кареткой 6 с фигурным пазом 7, к которой
прикреплены пальцы 2. Пневмоцилиндр. I шарнирно соединен с плитой 4,
а его шток 8 снабжен роликом 9 и шарнирно соединен с
двуплечим рычагом 10, имеющим на втором плече ролик II. Этот
ролик II расположен в фигурном пазе 7 каретки 6, а ролик £
штока 8 расположен в прямолинейном пазе: 12 рычага 13
механизма перемещения планок 3, имеющего пружину 14. Необхода-
мая! последовательность движений пальцев 2 и планок 3
осуществляется за счет взаимодействия ролика II с фигурным
пазом 7, а также ролика 9 с прямолинейным пазом 12. Планки 3
снабжены, шарнирами 15 /с ограничением угла поворота/ и
компенсаторами хода 16, позволяющими надежно фиксировать
пачки различной толщины 17.
Дяя работы с нижним захватом /рис.2/ необходимо
базирующее устройство I, позволяющее подводить пальцы 2 под груз
3. После их введениях груз, например, пачка с помощью планок.
4 прижимается, сначала к базирующему устройству I. После
этого рука робота 5 должна совершить движение с базирующего
устройства на пальда 2 захвата робота. При укладывании
пачки 3 на поддон сначала отводятся вверх планки 4, а затем
из под пачки 3 выводятся пальцы. 2. При этом плита б захвата
препятствует движению пачки 3 назад, вслед за пальцами 2,
109

но
» t

см
се
ш

ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ И
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ РЕОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ
НЕ НЬЮТОНОВСКИХ ШДКОСТЕИ
Е.П.Пистун, М.П.Кулик, А.Б.Крых /СССР/
Для непрерывного измерения реологических параметров не-
ньютоновских жидкостей предлагается применять
гидродинамический дроссельный метод[I], основанный на зависимости
интенсивности истечения контролируемой среды через
дроссельные элементы от параметров этой среды. В качестве
дроссельных элементов для вязких неньютоновских жидкостей
применяются трубки различной конфигурации.
Расходные характеристики капиллярных трубок в
зависимости от реологической модели неньютоновской жидкости, ее ре»
жима течения и конфигурации трубки выражаются различными
уравнениями вида Q = -f(Ap) , где Q- объемный расход, др -
перепад давления на трубке. Так» например, для вязкопласта-
чных жидкостей, реологическое поведение которых
подчиняется модели Бинтама-Шведова Т«Тв+12У, где т -касательное
напряжение, Г0 - предельное напряжение сдвига, г[ -
пластическая вязкость, / * скорость сдвига, расходная
характеристика круглой капиллярной трубки длиною t и радиусом R
при установившемся структурном режиме течения описывается
уравнением йпо * о
где др£ - потери давления на капилляре от входовых
эффектов и изменения кинетической энергии жидкости.
Одной из основных реологических характеристик
неньютоновской жидкости является ее эффективная вязкость А1щ
зависящая от скорости сдвига £ . исходная характеристика
капиллярной трубки, выраженная через Ai^, для заданного
значения X имеет вид рлр
Ap-lfW*^- (2)
Во Львовском политехническом институте разработаны
гидродинамические измерительные системы и преобразователи
/*эф» \ и И0 , а также некоторых молекулярных
параметров полимеров в растворе, связанных с А*? •
112

Для измерения эффективной вязкости М^ с автоматической
компенсацией составляющих др£ предложен гидродинамический
измерительный преобразователь[2], схема которого показана
на рис Л. Этот преобразователь состоит из четырех
капилляров 1,2,3,4 одинакового внутреннего диаметра и различной
длины, причем длинные капилляры I и 2 длины ?э и короткие
капилляры 3 и Ч длины ?к включены при помощи камер 5,6,7 и
8 в мостовую измерительную схему. Преобразователь содержит
задатчик постоянного расхода 9 и дифманометрический
преобразователь 10 со вторичным прибором. Выходной сигнал
преобразователя - перепад давления определяется из
уравнения (2) лп_ 4Qi(ta-f«)i.
где Q0 - производительность задатчиха расхода.
По значениям эффективной вязкости и^ при различных
скоростях сдвига У можно определять молекулярные параметры
полимеров» находящихся в растворе.Принципиальная схема
такой измерительной системы показана на рис.2.Она содержит
задатчик постоянного расхода I, два гидродинамические
преобразователи 2 и 3 эффективной вязкости, аналогичные по
конструкции вышерассмотренному, два дифманометрических
преобразователя Ч и 5, а также вычислительный блок 6.
Преобразователи эффективной вязкости отличаются внутренним
радиусом капилляров и реализуют измерение эффективной вязкости
при двух различных скоростях сдвига. Средневязкостную
молекулярную массу Му и его вязкость по Муни Мм определяют с
помощью следующих уравнений
Mv - А + 8(/U*pi yiapa), (4)
Мм - С *D(/Unpi-/*aqw). (5)
где Д!э<р1,/Л*р2- вязкость А19(р раствора полимера при двух
различных скоростях сдвига; А »8 »С ,D - постоянные
коэффициенты.
Для непрерывного измерения реологических характеристик
вязкопластичных жидкостей rj и т0 предлагаются
гидродинамические преобразователи, выполненные по схеме дроссельной
матрицы* Принципиальная схема такого преобразователя
показана на рис.3. Он содержит четыре капилляра 1,2,3 и 4 бо'-
льдего внутреннего диаметра и четыре капилляра 5,6,7 и 8
ИЗ

меньшего. С помощью камер 9 и 10, а также камер 11*16
капилляра включены в язмерительную схему к междроссельным
камерам II и 12 подключен дифманометрический преобразователь
17 с вторичным прибором. На входе преобразователя
установлен задатчик постоянного расхода 18. Капилляры I и 2, 3 и
4, 5 и б, 7 и 8 попарно одинаковы. Геометрические
размеры капилляров в измерительном.преобразователе пластическог
вязкости связаны между собой соотношением [3]
D/d-(La-U)/(Pe-POf (б)
где D - диаметр капилляров It 29 8, 4; d - диаметр
капилляров 5, 6, 7, 8; La - длина капилляров I и 2; LK -
длина капилляров 3 и 4; Ра * длина капилляров 5 и б; Рк ~
длина капилляров 7 и 8. В этом случае функция
преобразования преобразователя т[ имеет вид
4|,.М(^.1^),. (7)
В преобразователе предельного напряжения сдвига
геометрические размеры капилляров связаны другим соотношением
(Dyd)*-(La-U)/(e9-eK), (8)
а его функция преобразования имеет вид
лря—v-5 —;• (9)
Установлены метрологические характеристики
разработанных измерительных преобразователей и систем. Показано, что
с их помощью обеспечивается более высокая
точность.измерения по сравнению с применяемыми лабораторными методами.
Литература.
1. Пистун Е.П. Теоретические основы построения и
расчета газогидродивамичеоких дроссельных измерительных
преобразователей. В кн.: Пневмоавтоматика. Тез. докл. ХУ Всесо-
юзн. совещания. (Львов, 1985): - М., I985.
2. А.с. 371479 (СССР). Устройство для измерения
вязкости/ Е.П.Пистун и др# - Опубл. в Б.И., 1973, .» 12.
3. А.с. II40006 (СССР). Устройство для определения
пластической вязкости вязкопластичных жидкостей / Е.П.Пистун,
А.Б.Крых. * Опубл. в Б.И., 1985, ¥ б.

Рис. I. Принципиальная схеш гидродинамического
дроссельного измерительного преобразователя
эффективной вязкости
KjH
Рис. 2. Принципшльшя схеш гидродинамической
системы для измерения молекулярных параметров
полимеров
18 9
I 15 5 II 3 «
4 15 8 12 2 16
Рис. 3. Принципиальная схеш дроссельного
гидродинамического преобразователя пластической
вязкости и предельного напряжения сдвига
115

КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ПНЕШАТИЧВСКИХ И
ЩСРАВЛИЧЕСКИХ ИЗМЕРИТЕЛШЬК УСТРОЙСТВ
М.Г.П1ахтахтинский,А.И.Мамедов,М*А.Курбанов,М.А.Рама-
занов,Ю.Н.Газарян,А.А.Гарагашев,М.А.Нуриев /СССР/
Активные диэлектрические материалы представляют собой
класс вещеетв,используемых для создания
пьезоэлектрических ,тензорезисторных и электретных преобразователей
различного назначения. Многоплановость технических применений
и сложность задач,выдвигаемых практикой их использования,
определяют актуальность проблемы поиска и разработки
технологии получения новых,более эффективных, активных
диэлектриков y]t
В настоящее время существует три основных направления
в области создания активных элементов для пневматических
и гидравлических измерительных устройств на основе
твердых полупроводников,сегнетопьезоэлектриков и полимерных
диэлектриков. Сото из них связано с созданием указанных
устройств на базе сегнетопьезоэлектриков семейства ЦТС.
Многочисленные исследования показали,что дальнейшее
улучшение характеристик активных элементов на основе ЦТС
практически достигло предела,так как увеличение сегнетомяг-
кости этих материалов,с целью увеличения пьезокоэффици-
ента,неизбежно сопровождается ростом диэлектрической
проницаемости и,следовательно,выигрыша их пьезочувствитель-
ности не достигается. Кроме того,в условиях больших
динамических нагрузок и воздействия ударных волн к физико-
механическим свойствам пьезоматериалов предъявляются
требования, удовлетворение которых приводит к усложнению
конструкции преобразователя* Второе направление связано с
синтезом полимерных материалов,проявляющих активные
свойства. Однако полимерные материалы термически не
стабильны и имеют низкие пьезоэлектрические свойства из-за
небольшой величины стабильной дипольно-ориентационной
поляризации.
Новые возможности открывает третье
направление,связанное с созданием композиционных активных элементов на ос-
116

нове термопластических полимеров,диспергированных сегнето-
пьезоэлектрическими или полупроводниковыми частицами. Эти
композиции воплощают в себе положительные свойства как
полимерной матрицы,так и активного наполнителя, и могут
обладать высокими пьезоэлектрическими,тензорезисторными и
электретными свойствами в сочетании с хорошими
физико-механическими и тепловыми характеристиками.
В данной работе приводятся некоторые характеристики
композиционных пьезоэлектриков,электретов и тензорезисто-
ров и сравнение их с характеристиками аналогичных
известных материалов.
В таблице I приводятся значения пьезокоэффициента d^,
пьезочувствительности fa ,диэлектрической проницаемости
£ ,тангенса угла потери -LuS ,модуля Шга £
коэффициента Пуассона у для ряда пьезоэлектрических композитов
и пьезокерамик.
Таблица I
——- 4,ff 4,,Л" £ jr ifl v
ПКР-1
ПКР-3
ЦТС-19
ПКР-?
ЕКП-1
ЕКП-2
БКП-3
235
80
360
610
96
126
33
0,038
0,026
0,027
0,017
0,34
0,47
0,133
700
350
1700
9500
36
35
27'
0,02
0,08
0,02
0,015
0,0076
0,0126
0,0523
-
-
71
1,80
1,45
-
-
0,36
0,40
0,42
Видно,что пьезочувствительность композитов на порядок
больше,чем у пьезокерамик,в то время как значительно
уменьшается -ty$ и £ ,что дает возможность црименять
композиты при более высоких значениях нагрузки и ударных волн
различной длительности.
В таблице П приводятся значения величины
поверхностной плотности заряда Q ,времени жизни Т и электретной
разности потенциалов у •
117

Таблица П
Материалы Q, Я/м*~ г/, < ^тод
ЕКЭ -I
ЕКЭ -2
БКЭ -3
Ш
ПЭВП
8.7.1СГ4
б.г.ю-4
7,8Л0"4
I.09.I0"4
2.9.I0"4
260
150
210
80
140
10
10
II
0,333
0,166
Видно,что композиционные материалы имеют сравнительно
высокую электретную разность потенциалов и время релаксации
заряда.Температура,при которой наблюдается резкое
уменьшение электретной разности потенциалов у композиционных
электретов заметно выше,чем у электретов на основе
полимеров*
В таблице Ш приведены характеристики тензорезисторов:
начальное сопротивление /?0 ,чувствительность к давлению
Ь^Л и рабочий диапазон давлений р .
ьр/р Таблица Ш
Материалы
EKT-I
БКТ -2
Si-
К* »°"
9.I03
2.I05
Я.ИПа
0 - 10
0 - 10
100-500
bf/n.
ЛО/Р
2,9
2,2
£,I0/Vm*
2,0
1,9
115
Таким образ ом, приведенные данные показывают «что на
основе композиционных активных материалов можно создавать
пневматические и гидравлические измерительные устройства
с высокой чувствительностью и устойчивостью к различным
внешним воздействиям.
Литература
I. Лущейкин Г «А,, Петров ВЛ1» Получение и применение
сегнето- и пьезоматериалов в народном хозяйстве .Материалы
семинара ВДНТП,М«,1981,с.8-11#
118 : *

ПНЕВМАТИЧЕСКИЙ АНГ0ВИСК03ИМЕГР
В.Г.Динкель, А.В.Климов, А.А.Кузнецова /СССР/
Одним из основных параметров, характеризующих физико-
химические свойства промежуточных и конечных продуктов,
участвующих в различных технологических процессах,
является кинематическая вязкость. Разработанные и
известные в настощее время автовискозиметры измеряют
динамическую вязкость. В связи с этим, разработка
автоматических вискозиметров непрерывного действия для измерения
кинематической вязкости жидкостей в потоке является
актуальной задачей.
Вязкость как физическая величина характеризует силу
внутреннего трения и проявляется через скорость
истечения жидкости, например, через капилляр* Известные
способы измерения кинематической вязкости, основаны на
измерении параметра функционально связанного со скоростью
истечения анализируемой жидкости. Так, согласно
ГОСТ 14833-69 скорость измеряют по времени истечения
фиксированного объема жидкости через капилляр, т.е.
алгоритм функционирования таких вискозиметров циклический
с присущими ему недостатками [i] .
Авторами предложен новый пневматический
автовискозиметр с непрерывным алгоритмом функционирования [2] ,
отличающийся от известных тем, что скорость истечения
анализируемой жидкости через капилляр поддерживается
постоянной путем изменения напора, под действием которого
происходит истечение через капилляр, а кинематическую
вязкость определяют по высоте столба жидкости.
Основными узлами предлагаемого автовискозиметра
рис. I, являются первичный преобразователь (Ш) и пре-
цезионный уровнемер. ПП автовискозиметра представляет
собой пустотелый сосуд, в дне которого установлен
капилляр. Анализируемая жидкость подается в ПП с постоянной
скоростью. С точки зрения динамики ПП является емкостью
с самовыравниванием, т.е. при изменении (вязкости) ско-
119

рости истечения автоматически изменяется уровнь
жидкости в сосуде, приводя скорость истечения жидкости к
исходному значению.
В вискозиметрах рассматриваемого типа, как следует из
принципа действия, предъявляются жесткие требования к
точности измерения уровня жидкости в сосуде» которая
должна быть не хуже ± I мм. Авторам удалось
спроектировать и реализовать преобразователь уровня на УСЭППА с
такими метрологическими характеристиками.
Принципиальная схема автовискозиметра показана на
рис. I.
Автожшскозиметр работает следующим образом.
Анализируемая жидкость непрерывно с постоянной скоростью
дозатором 12 подается в ПП. Изменение вязкости вызывает
изменение уровня напора столба жидкости в сосуде 2.
Уровень отслеживается поплавком 14 и плунжером 8. В
результате этого изменяется проводююсть щелевого
цилиндрического дросселя 5 и появляется рассогласование на входе
регулятора 6 между заданием и текущим значением давления
на выходе дроссельного делителя. Регулятор 6
вырабатывает воздействие и с помощью пневмопривода 7 устраняет
рассогласование путем перемещения цилиндра 9
относительно плунжера 8, т.е. изменяет проводимость щелевого
дросселя 5. Пневматический сигнал на выходе регулятора
изменяется в стандартном диапазоне (0,02 * 0,1 МПа) и
пропорционален значению кинематической вязкости.
Статическая характеристика автовискозиметра имеет
вид:
где Кпп - Jzrh * 7>5 мы^с0г - коэффициент
усиления ПП; OL - расход дозируемой жидкости; CU С - радиус
и длина капилляра; fap^Afy&fcif* 1250 *ш/МПа - коэффициент
усиления пневмопривода; J/ - кинематическая вязкость,
сСт; Р$ - давления задания; МПа; йч~£/^+& -
>0,2 •ДО""3 МПа/мм - коэффициент усиления
чувствительно

ного элемента; П - постоянная элемента;^- проводимость
постоянного дросселя 10; Рпит - давление питания пневмо-
элементов,MQa; to =20 мм - длина щелевого дросселя; Ркт-
давление контрольной точки на выходе регулятора.
На рис. 2 показана структурная схема автовискозиметра,
где: Wnnft)-Knn/(7hnS + /J - передаточная функция (ПФ) Ш1;
Jnn-SCPoF/jCr4^ - постоянная времени, С; Уо - номинальная
вязкость, сСт;/"- площадь сечения сосуда, уг\ S ~
оператор Лапласа; W^(Sj-^4 - ПФ чувствительного элемента
уровнемера; WpfS) - ПФ регулятора; Wnp(SMfap/(7r>pS+f)-№
пневмопривода; Тпр = постоянная времени пневмопривода.
ПФ автовискозиметра имеет вид
WW- <+W(S)Wp(S)Wpp(S) ' U)
На рис. 3 и 4 представлены статические и динамические
характеристики автовискозиметра, полученные расчетным по
зависимостям (I) и (2) и экспериментальным путем.
Воспроизводимость вискозиметра 1,5 %9 а максимальная
относительная погрешность совпадения расчета и эксперимента
5,8 %. Длительность экспериментального переходного
процесса 200 с (для 5 % зоны установления выходной величины)
расчетное время - 228 с.
Из сопоставления экспериментального и расчетного
времени переходного процесса автовискозиметра видно, что
аналитическая оценка является достаточно
удовлетворительной ^следовательно, подученное матописание статики и
динамики может быть положено в основу конструирования
приборов.
ЛИТЕРАТУРА
1. А.с. 500494 (СССР). Вискозиметр. Залманзон Л.А.,
Анисимов А.Ф., Адьховский М.С., Кузнецова А.А., Харас Н.Л.
- Б.И. 1976, » 3.
2. А.с. 922588 (СССР). Устройство для непрерывного
измерения вязкости жидкостей. Динкель В.Г., Климов А.В.,
Кривошеев В.П., Кузнецова А.А., Машков Б.А., Трошин В.Н.
- BJL 1982, * 15.
I2i

ft/Ы /$эйщшсл*ъ*ая же-
на а&ро&сяозннепра:
2-t/3Hqparn&m**e7 сосуд*
5-лолшщр;
4-ф£0^зо6ат&б jpeSto
B-peeywncpj
?-r*¥P&anpv6b#>
9-/*уижер ;
Ю-лоолтамньш сросо&гы
Тфмеслют, f л&гкржраднещен W? мя рмсумхе *е
1 vfe/ФНФ-Ч vfe £Л—Ф-
I шш
Vfrfflb
Рие.2. Ст/ф/г/пуоноя ах&ча адЬте^ла&гжуоа.
РисЛ £/7?0/7TV49&ia#
хара*/пфк/е/лша.
куэснтврсхзмит.
122

ПРОЕКТИРОВАНИЕ РАСХОДОМЕРОВ С СУЖАЮЩИМИ УСТРОЙСТВАМИ
ГО ОБОЩЕННЫМ ХАРАКТЕРИСТИКАМ
В.Г.Патрикеев /СССР/
Проектирование расходомеров с сужающими устройствами
(СУ) связано с расчетом двух параметров: относительной
площади СУ - ftp и верхнего предела измерения дифряаномет-
ра (ДМ)-4Рц* В работе [1]показано,что основой расчета
указанных параметров целесообразно избрать обобщенную
характеристику СУ - Сф , которая определяется равенствами
йе/(т-оС)«Сф *(Д/^У(ЯАр/р)0^ - , ц)
где Re » 40^ /ftT-Д^); <$- коэффициент кинематической
вязкости среды, Одо- верхний предел измерения
расходомера по ГОСТ 18140-77foC- коэффициент расхода СУ,которнй
рассчитывается для стандартных СУ по
соотношениям,рекомендованным стандартом (СТ) [2]; Д - внутренний диаметр
трубопровода перед СУ в рабочих условиях;Ар- перепад
давления на СУ ( в дальнейшем принимается равным Дрц); р -
плотность среды в рабочих условиях»
При течении газа (пара) обобщенная характеристика СУ
определяется по соотношению
где К - совпадает с правой частью равенств Ifa 8i,-
значение коэффициента расширения газа (для стандартных СУ
соотношения по его расчету приведены в СТ).
Универсальные номограммы,полученные на основании левого
равенства I,рекомендованы для расчета параметров
стандартных СУ [I] .Их можно заменить на универсальные таблицы
(УТ),значительно меньшие по об'ему*
Целью работы является обоснование алгоритмов расчета
параметров СУ по УТ на примере стандартных сопел*
УТ для стандартных сопел получены путем
преобразования левой части равенств I с учете» соотношений для
расчета коэффициента расхода,рекомендованных СТ .После
преобразований получаем
123

где Г= ЫО%е ,а параметры 71:^1^*6+0,5^(1 -»rft-
-^[«1(0,990215 -0,22вг^»05-0,001125№С+0,002<в^35>
^u=i .оог-одовт+о^дол?;^ 0,0082-0,1017^+0,2372^;
6C=(0,99-O,2262n?'05)/(0,000215-O,00l 125^+0,00049 т.2»35!
УТ содержат также функцию потерь Fj(in) .рассчитанную по
левой частн равенств
таеа,6 и С- параметры функции потерь давления в соплах,
заданных в графической форме в СТ; Qomax- максимальный
измеряемый расход; Р^д- допустимые потери давления в СУ
при расходе, равномQornay.
По об9ему УТ занимают три странице машинописного
текста и допускают линейную интерполяцию,что обеспечивает
точность определения Сф не ниже 0,05£ •
Алгоритм расчета верхнего предела измерения ДМ основан
на использовании правой части равенства I,преобразованной
где Сфр- расчетное значение обобщенной
характеристики,полученное по уравнению 3 с использованием УТ при заданной
величине оптимальной относительной площади СУ -П^. .
Величина Щ^ задается из двух различных условий:
-максимум точности измерения при минимуме потерь давления;
- потери давления в СУ при максимальном расходе не должны
превышать Рпп ♦
Первое условие реализуется при т« т^ = 0,265,а
второе требует знания функции потерь р^ба) «Величина фунвдни
потерь считается по системе исходных данных и правой
части равенств 4. По найденному значению F£ru) определяют
ft^Xfl» путем линейной интерполяции данных УТ по функциям
потерь.
Алгоритм расчета верхнего предела измерения М по
заданной величине относительной шющадж СУ иллострируется
на рис Л*
124
/

По величинамй^^Д и Rfip (известным из системы исходных
данных 1 и уравнению 3 находят линейной интерполяцией
величину С^Сфр. Кривая на рис I соответствует функции,
заданной уравнением 3. По величине Сфр и уравнению 5
считается величина расчетного значения верхнего предела
измерения ДМ, а по ГОСТ 18140-77 находят величину Др^
i Cm per—(Г"л— it ВлМ 1 A^^P*™ ракета
^FlV^^ЗДЛЧйеаЙвр относительной площа-
pfn Ггч_ I Дя Лр ди ГПр при течении
о чв| I I я I жидкости основан на
использовании
обобщенной функции.По
О nWpnfU m. правой части равенстх
Рис. I Иллюстрация алгоритмов расчета I (при Ар« Afy )
параметров сопла*Точки-значе- ищется значение Сдо
ния КоСф > полученные по УТ а по eg Сф^и
уравнению 3 (кривая на рисЛ) путем линейной интерполяции дан
ных УТ находится искомая величина ГПр
При течении газа (пара) алгоритм несколько усложняется
Рис.2 Иллюстрация алгоритмов расчета относительной
тцпщяди сопла при течении газа,
так как величину Сф^равную К в уравнении 2 необходимо
умножить на неизвестную на этом этапе расчета величину
коэффициента расширения газа в сопле 6^ (см* уравнение 2)
На рис.2 показан алгоритм поиска решения в этом случае.На
125

первом этапе полагают,что газ ведет себя, как несжимаемая
жидкость (£» I). Находят Сф| и ни. по
алгоритму,действующему для несжимаемой жидкости* По величине пи. и &Ц/Р
( р- абсолютное давление на входе в СУ ) ищется значение
&I по соотношениям,рекомендованным СТ [2] .По уравнению
2 уточняется величина Сод и по алгоритмудействующему для
несжимаемой жидкости «находится величина Щл $ & затем по
№р£ и Дрц/р считается 6& «Бели выполняется условие^]
6г-6,^ 5МСГ*, 6
то окончательно принимаемпиещ^и & -6о «Иначе
делается третье последнее приближение: - считается Сде , ГОр^ и
63 так, как это делалось во втором приближении
.Окончательно принимается ITtpstn^n 6 « 63 •
УТ позволяют существенно упростить и "обратный11 [2]
расчет - определение верхнего предела измерения
расходомера Qq^ по заданным flip и Дрц ,а также дает
возможность рассчитать шкалу расходомера.
Литература
I. Патрикеев В«Г. Определение параметров расходомеров
переменного перепада по номограммам (Структурно-обобщенный
подход).В кн.:ПНЕВМОАВТОМАТИКА.Тезисы докладов.Часть 2.
U Всесоюзное совещание«Сентябрь Львов.М.:ЙПУ,1985,с.46
2•Правила измерения расхода газов и жидкостей
стандартными сужающими устройствами.РД 50-213-80,-М.:Изд-во
стандартов Л982,319 с.
126

УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАСПРВДгЖЕНИЯ ДОЗИРОВАННЫХ
ПОРЦИЙ ДВУХ ЖИДКОСТЕЙ
А.И.Кенгерлинский /СССР/
В нефтехимических и биологических технологических
установках взаимодействия веществ протекают при
определенных соотношениях исходных продуктов. К точности
автоматических дозирующих устройств, с помощью которых
осуществляются подачи продуктов в зону реакции, предъявляются
высокие требования. Кроме того, дозирующие устройства
должны позволять менять объем проб в широких пределах и
не должны нарушать стерильных условий протекания реакций.
Этим требованиям удовлетворяют используемые в
нефтехимической и биотехнологической отраслях промышленности
плунжерные и перистальтические дозирующие устройства с
электронным органом управления. Однако, эти устройства имеют
ряд недостатков. Изготовление плунжерных дозирующих
устройств трудоёмко• Это связано, в первую очередь, с
трудоёмкостью изготовления плунжерных пар, а
перистальтические дозирующие устройства имеют низкую точность из-за
нестабильности их гибких рабочих органов.
Опыт показывает, что на основе элементов промышленной
пневмоавтоматики можно создать дозирующие устройства [1],
/2/,/*3/, которые по основным техническим характеристикам
могут успешно конкурировать с плунжерными и
перистальтическими дозирующими устройствами с электронными органами
управления.
Созданы и нашли практическое применение пневматический
микродозатор [I] и пневматический дозатор жидкости и газа
[2]. Предложен третий тип устройства, предназначенногс для
распределения дозироранных порций двух жидкостей. В
указанном устройстве использованы идеи, заложенные в основы
принципов действия устройств [I] и [Z] .
Принципиальная схема предложенного устройства
приведена на рисунке.
Устройство состоит из двух блоков I и 2. В состав
каждого из блоков входят: задатчики давлений 3, 4 и 3' , А1 ,
127

эжекторы 5 и 5 , нормально закрытые клапаны б, 7, 8 и б',
7', 8* , импульсаторы 9 и 91 , емкости 10, II и 10*, II1,
нормально открытые клапана 12, 13, 12 , 13' , и 14, 15,
дроссель 16, логический элемент 17 типа ИЛИ, кнопка 18,
тумблер 19, ручка распределителя 20, наконечники 21, 22,
23, капилляры 24 и 25, реле 26, 27, 28 и 29, входной и
выходной клапаны 30 и 31, трубка 32. Кроме того, на
рисунке показаны сосуды 33 и 34 с жидкостями lj и jLj и
многоячеистая пластина 35. Ручка 20 и наконечник 23
соединены соответственно с клапанами J5, 31 и дросселем 16
посредством гибких трубок 36, 37 и 38. На ручке 20
установлено сопло 39, соединенное с трубкой 37. Наконечник
21 вставлен в отверстие наконечника 23. Канал
наконечника 23 соединен с атмосферой через кольцевую щель,
образованную мевду наружной поверхностью наконечника 21 и
внутренней поверхностью наконечника 23.
Работа устройства заключается в следующем.
Установим с помощью задатчиков 3, 3 и 4, 4
избыточные и вакуумметрические давления, равные, соответственно
Pt, Pi1 и & , (Э« . Переведем ручку тумблера в состояние,
при котором его выходной сигнал Рт равен нулю.
Расположим концы наконечникав 21 и 23 над одной из ячеек
пластины 35.
Прикроем пальцем отверстия сопло 39. Тогда сигналы Pi
Ру,Рч //*> Ps > Pd и Р? соответственно на выходах
дросселя 16, реле 26, импульсаторов 9 и 9 , реле 27, 28 и 29
примут значения: Рг~ /; ?ъ s fj Р<*r ^ ' Р*- f ', Ps ■= Л' Рб = о
и /V-/ . При указанных значениях сигналов клапан 30
закрыт, а клапан 31 открыт, порции воздуха из емкостей
10 и 10' поступят соответственно в наконечники 21 и 22 и
вытеснят содержащиеся в них жидкости. По истечении
времени Т сигналы Рч и Рч прюдгт значения "О", контакты
клапанов 8 и 8'закроются и разобщат наконечники 21 и 22 от
емкостей 10 и 10 . Погрузим конец наконечника 21 в
жидкость Ж£ и удалим палец от сопла 39. Тогда указанные выше
сигналы примут значения: Рг~0 ', Ръ -О , значения
сигналов Рч и Рч останутся без изменений/^с/^-^//^"^ Рь-0
и Рт - О , При Ps-O и А- / клапан 30 открыт, а
128

а клапан 31 закрыт, наконечники 21 и 22 соединятся
соответственно с емкостями II и II и жидкости }JU и Жт под
действием разностей давлений м 0
поступят в наконечники 21 и 22, где Ра - давление
атмосферы/*?^ и(0,)^ - установившиеся значение С?/ и Qi
Величины указанных разностей давлений выбираем из
условий :^j5y>i;4/^J^ «frfh^Zb/zJzShirZGz/tz ,
где ft iaJz - плотности жидкостей )Kj и A^\h^""/-высоты
столбов жидкостей в наконечниках 21 и 22;?,«<% -радиусы
капилляров 24 и 25; 6V и ^Я - поверхностные натяжения
жидкостей Жт и Ig.
При повторном прикрытии и открытии отверстия сопла 39
описанный выше цикл работы устройства повторится.
Переведем ручку тумблера 20 в состояние, когда Рт=1.
Тогда при воздействии на управляющий орган кнопки 18
поток сжатого воздуха удалит из канала наконечника 21
остатки жидкости. *
При указанных выше значениях Лг-t "шг уровни жидкостей
lltj и fflg не будут подниматься выше верхних торцов капиля-
ров 24 и 25. Поэтому, независимо от величины объемов
полостей наконечников 21 и 22, отбор и ввдача пробы каадой
из жидкостей Ij и fflg будут осуществляться с высокой
точностью. Разбросы объемов отдельных порций каадой из
жидкостей не превышает - 10 мкл.
Литература
1. А.с. 9I3I25. Пневматический микродозатор.
А.И.Кенгерлинский. Опубл.в Б.И.,1982, № 10.
2. А.С. 924546. Пневматический порционный дозатор
жидкости и газа. А.И.Кенгерлинский. Опубл.в.Б.И., 1982, № 16.
3. Кенгерлинский А.И. и др. Пневматическая
микропипетка .- Медицинская техника, 4982; У&,
129

т
25
гг
Y//////X
го
Ж
лч
£,жг у35
130

УПРАВЛЕНИЕ ПРОЦЕССОМ ПРОДОЛЬНОГО ШЛИФОВАНИЯ
СРЕДСТВАМИ СТРУЙНОЙ ТЕХНИКИ
Л.А.Богуславский, Г.В.Кирсанов /СССР/
Широкое применение в промышленности для круглопшифо-
вальных станков нашли пневматические приборы БВ П6060.
Измерительные скобы или призмы этого прибора можно
закреплять на столе или станине станка, на кожухе
шлифовального круга. При этом прибор автоматически управляет
процессом только врезного шлифования, контролируя диаметр
вала в одном сечении. Использование подобного прибора
при продольном шлифовании позволяет вести управление
процессом лишь визуально по показанию отсчетного прибора,
поскольку преобразователь размера контролирует диаметр
шлифуемого вала по всей его длине.
При шлифовании длинного вала за счет упругих силовых
деформаций и других погрешностей диаметр вала имеет
различные значения по длине.
Таким образом, для управления процессом продольного
шлифования уже недостаточно информации о диаметре в
одном сечении, необходима установка дополнительных
датчиков и преобразователей положения по всей длине шлифуемой
поверхности вала.
Управление процессом продольного шлифования успешно
может быть решено за счет использования средств
струйной техники. Подобная система управления была подробно
описана в [i].
Однако для повышения надежности работы в систему
введено дополнительное автоматическое устройство сброса,
срабатывающее при достижении размером вала заданного
значения.
Пневматическая схема системы управления процессом
продольного шлифования представлена на рисунке.
На станине станка неподвижно закреплен
преобразователь размера I, подведенный к обрабатываемому валу 2
напротив шлифовального круга 3, выход которого связан со
131

сравнивающим командно-пороговым устройством 4.
На станине шлифовального станка 5 устанавливаются
датчики положения 6, настраиваемые в зависимости от длины
шлифуемой ступени вала. Команды с датчиков положения
вместе с командой преобразователя размера, подаваемой
через командно-пороговое устройство, поступают через
элементы "ии и "память" 8 в блок останова станка 9.
Выключение поперечной подачи осуществляется при достижении
размером вала в любом сечении заданного значения.
Выключение продольной подачи или останов станка осуществляется
только в случае подачи команд со всех трех элементов
памяти.
Для уменьшения гистерезиса командно-порогового
устройства 4 в схему включен электропневматический клапан
10, электрическая часть которого подключена к пневмо-
электрическому преобразователю II. При срабатывании
командно-порогового устройства 4 срабатывает пневмоэлект-
ропреобразователь II, который, замыкая свои
электрические контакты, подает команды на выключение врезной
подачи и на включение электропневмоклапана 10* Срабатывая,
этот клапан подает давление на управляющий вход
командно-порогового устройства 4. При этом на выходе элемента
4 команда будет отсутствовать. Электрические контакты
преобразователя II разомкнутся и электропневмоклапан
возвратится в нерабочее положение* Пневмосхема готова
к измерению следующего сечения диаметра длинного вала.
При достижении заданного размера по всей длине
шлифуемой ступени вала периодические сигналы от элемента 4
поступают при полис»! ходе стола станка и произойдет его
выключение Qj].
Пневматическая схема управления шлифовальным станком
построена на элементах струйной техники: пороговые
элементы "и" и "память" - на элементах СТ-55, усилители -
СТ-59, датчики положения - CT-I44, электропневмоклапан
- П--ЭПК-08.
Проведенные испытания показали, что при диаметре
измерительного сопла 2 мм, давлении питания 0,1 МПа, не-
132

стабильность срабатывания при контроле диаметра вала по
всей его длине составляет 1-2 мкм, а время срабатывания
- 0,5 с.
Предложенную систему можно использовать для
управления процессом продольного шлифования на любом типе
станков. Эта система позволяет полностью автоматизировать
цикл шлифования длинных валов.
Литература
1. Богуславский Л.А., Кисин Б.М. Система активного
контроля при управлении процессом продольного шлифования.
Измерительная техника, * I, I984.
2. А.с. * 1202809. Система управления шлифовальным
станком / Л.А.Богуславский, Г.В.Кирсанов и др. / Б.И.
№ I, I986.
fefc^»
133

РАЗРАБОТКА И РАЗВИТИЕ ОДНОМЕМБРАННОЙ ТЕХНИКИ
(ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА)
ЮоН.Потепалов /СССР/
Простота конструкции и высокая технологичность одно-
мембранного элемента являются причинами выбора его в
качестве основного для средств нового поколения
пневмоавтоматики (НЭШ, КЭМП, ПОИС). По этим же причинам одномемб-
ранная техника является перспективной вплоть до
достижения физически предельных значений параметров пневмоаппа-
ратуры [I] о
Элементная база. Наиболее перспективна простейшая
конструкция (рисунок), мембрана I которой зажата по
периметру, не содержит жесткого центра, а сопло 2, как
правило, не оформляется выступающей кромкой. Управляемый
расход через элемент является функцией перепадов давления
г„ак на мембране, так и на сопле, а также конструктивных
параметров:
- упругости мембраны (ее толщины и модуля Юнга
материала) ;
- отношения эффективных площадей мембраны и сопла
(форма их несущественна);
- расстояния между торцем сопла и плоскостью заделки
мембраны (наиболее критичного параметра), которое
обеспечивается прокладкой 3 заданной толщины.
Одномембранный элемент характеризуется простотой
конфигурации деталей, сохранением его хехнических
характеристик при значительном (десятки процентов от номинала)
отклонении размеров. Это, в свою очередь, обеспечивает
простоту технологии изготовления деталей (штамповка и
литье) и большие резервы миниатюризации вплоть до
микронных размеров элемента.
Анализ работы элемента проводится по предложенной
энергетической модели методами вариационного исчисления.
Использование новой модели обеспечивает выявление связи
параметров конструкции элемента со свойствами схем с его
применением.
134

Технология изготовления одномембранного элемента
определяется материалом его корпусных деталей. Низкий
уровень механических (давление не выше 0,16 МПа) и тепловых
(температура не выше 50°С) воздействий на элемент в ходе
его эксплуатации позволяет использовать для изготовления
одномембранной пневмоаппаратуры практически любой твердый
материал. Выбор малопрочного материала (например картона)
создает предпосылки к удешевлению оборудования,
повышению его производительности (создания высоких скоростей
обработки деталей), снижению затрат на материал и
энергию в ходе производства.
Из наиболее эффективных процессов обработки деталей
штамповка проста в освоении и позволяет программировать
процесс, а литье пластмассы характеризуется высокой
разрешающей способностью, необходимой для производства
миниатюрных элементов. В части сборки более перспективны
неразъемные соединения, например, методом "сухой" склейки
I 2 3.
Схемное обеспечение. Построение логических схем C3J
осуществляется общеизвестными методами. Аналоговые схемы
реализуются с помощью повторителя расхода Г43 ,
обеспечивающего равенство расходов во входном и выходном каналах
в сочетании с развязкой их по давлению. Введение
расходных характеристик C5J одномембранного элемента позволяет
осуществлять расчет параметров схем, выполнять
направленное улучшение их, в первую очередь, увеличением числа
элементов Г 6 J.
Монтаж. В современных средствах монтажа элементов в
модули и модулей в устройства широко применяются
интегральные конструкции модулей и соединительных плат. Для
модуля наиболее перспективна послойная конструкция, в
которой объединяются от нескольких десятков до сотен
элементов. Платы изготавливаются программной штамповкой или
фрезеровкой с ЧПУ. Размеры сечения каналов следует
согласовывать с их длиной £73 .
Исследование конфигурации укладки элементов С73 пока- ~~
зало целесообразность монтажа:
- элементов столбиком, если их число менее 10;
135

-элементов в плоскость, если их число более 10;
-модулей в полукуб.
Оптимизация соотношения размеров укладки модулей
наполнена с помощью уравнений длин линий связей, обработанных
методом неопределенных множителей Лагранжа.
Структуры. Современные сложные комплексы средств
автоматизации практически невозможно построить, используя
произвольно ориетированные связи. Наиболее перспективно
применение адресных магистралей. Выбор кода осуществляется в
соответствии с характером функций аппаратуры (аналоговое
регулирование, логическое управление и т.д.), а также с
учетом соотношения затрат (стоимости, габаритов) на одно-
мембранный элемент и единицу длины линии связи [8] .
Магистральная структура использована при проектировании
трехуровневой АСУ ТП полностью на одномембранной аппаратуре
[9 3, которая выполняет функции регулирования,
логического адресного и адресного управления, памяти
технологических данных, учета производственных результатов и
оперативного планирования.
Выводы. Выполненный большой объем исследований и
разработок подтверждает перспективность одномембранной пневмо-
аппаратуры.
Литература
1. Потепалов Ю0Н., Васильева В.В., Суворова СВ.
Разработка одномембранных элементов-путь к реализации
предельных возможностей пневмоавтоматики. - В кн.:
Пневмоавтоматика. М#, Наука, 1974.
2. Потепалов Ю.Н., Наседкин А«А., Туголуков В.Т.
Пневматические одномембранные интегральные схемы.-В сб. трудов
ЦНИИКА Вопросы промышленной кибернетики, вып. № 61. М»,
Энергия, 1979.
3. Потепалов ЮЛ., Сазонов А.В., Суворова СВ.
Дискретные устройства пневмоавтоматики на одномембранных
элементах. - Приборы и системы управления, 1973, № 3.
4. Потепалов Ю.Н*, Васильева В.В. Аналоговая техника на
одномембранных элементах. - Приборы и системы управления,
1978, № 3.
136

5. Каталог одномембранной пневмоаппаратуры. Краснолуч-
ский литейно-механический завод, Ворошиловград. Облполи-
графиздат, 1979.
6. Потепалов Ю.Н. Схемный метод улучшения технико-
экономических параметров пневмоаппаратуры. В сб. трудов
ЦНИИКА: Вопросы промышленной кибернетики, вып. № 39. М.,
Энергия, 1974.
7. Потепалов Ю.Н. Повышение компактности
пневмоаппаратуры. - Приборы и системы управления, 1985, № 3.
8. Потепалов Ю.Н. Магистральная структура
пневмоаппаратуры. В сб. трудов ЦНИИКА: Специализированные
технические средства в АСУ ТП. М., Энергоатомиздат, 1986.
9о Дудоров В.Н., Неумойна Т.А., Романова Н.А.
Техническое обеспечение для трехуровневой АСУ ТП на
одномембранной пневматической технике. Тезисы докладов на ХУ
Всесоюзном совещании по пневмоавтоматике. М., 1985.
Ш'"'&"'Ш&
137

ПНЕВМАТИЧЕСКИЙ ФИНИТНЫЙ П-РЕГУЛЯТОР
К.А.Рустамов, Р.Д.Мусаев /СССР/
В пропорциональных регуляторах с переменной структурой
регулирующее воздействие формируется в зависимости от
величины сигнала ошибки с изменением коэффициента усиления в
моменты удаления регулируемой величины от задания (хх<о)
и приближения её к заданию ( <ZX >o) [ij . Этой логике
соответствует изменение коэффициента усиления на
координатных осях фазовой плоскости JC-X . Несмотря на известные
достоинства этих регуляторов, они обладают
асимптотическими свойствами ( в силу формирования управляющего
воздействия з виде обратной связи ), которые приводят к снижению
быстродействия и точности регулирования. Установившаяся
ошибка сводится к нулю за бесконечное время. Кроме того,
переходной процесс протекает чрезмерно колебательно и
соответствует режиму переключения [Z] .
Одна из разновидностей регуляторов с переменной
структурой является полупропорциональный регулятор В.Фернера[3|.
Этот регулятор осуществляет регулирующее воздействие
пропорционально сигналу ошибки только при удалении
регулируемой величины от задания и не действует, если регулируемая
величина приближается к заданию. Несмотря на расширенные
функциональные возможности ( из-за наличия свойства аста-
тизма ), этот регулятор также обладает указанными
недостатками.
В настоящей работе рассматривается пневматический фи -
нитный П-регулятор ( ФП-регулятор ), позволяющий устранить
установившуюся ошибку за конечное время,т.е. решать
задачу финитного управления. В этом регуляторе при оптимальной
настройке изменение знака ошибки рассогласования
происходит не более одного раза.Для выполнения этой задачи в
разработанном регуляторе управляющее воздействие формируется
следующим образом.Когда траектория изображающей
точки,двигающейся под воздействием управления,пропорционального ве-
138

личине сигнала ошибки,пересекает линию переключения S-X +
+£Г-0,знак управляющего воздействия изменяется на
противоположный^ величина его установливается пропорционально
сигналу ошибки в точке,где происходит изменение знака, с
дальнейшим умножением на второй коэффициент
усиление.Надлежащим выбором настроечного параметра с обеспечивается
попадание изображающей точки из любой точки линии
переключения 5=0 в начало координат Х=х=о .Значение параметра
С не зависит от начального условия,а зависит только от
параметров системы регулирования^ поэтому для
стационарных объектов установливается один раз.
Принципиальная схема регулятора показана на
рисунке.Регулятор содержит: сумматор 1,задатчик опорного сигнала 2,
усилители давления 3,5,клапан 4,двухсопольное реле
б,усилитель мощности 7,устройство предварения 8,логический узел
9,состаящий из элементов сравнения 10,II,реле 12,13 и
элемента ИЛИ 14.
Регулирующее воздействие в ФП -регуляторе формируется по
следующему закону:
** [Liz nfiu P^O ,
где a, = -/e,x +P0; uz = /czk,xs +P0 - сопЛ ; /с, = я,/г,,
^г'\/г^ -коэффициенты усиления первый и второй структуры;
Х- Pf-Pn -ошибка рассогласования; Х5 -значение сигнала
ошибки в момент переключения структуры на линии s~o }P„jR
-сигналы,соответствующие регулируемой величине и ее
заданному значению; Р0 -опорное давление,поддерживающее заданное
значение Рп в установившемся режиме,т.е. при х=0 .
Логический узел выполняет операцию: Рк.-Р<,^Ре f
r^ePo^nx; Pr=tyiJ ; 5=х+сх ;е=/Д; я,=ЛУ ;
mz_(l ecuuX>OfX>Pc), fms,fl "ш 5>0(X+Tak>l)t
V I 0 есими Х<0(Х*Ро) ; ™ "[ 0 ecu*. J <0(X^X<fc].
При PK*O_(SX.<0)™*- «У»П Р<*ьвтсч«я. пппядфр.я ппрфлянний сиг-
Нал управления и изображающая точка движется в начало
координат по вынужденной траектории.В момент перелета
начало координат, Рк = 1(3х >о^,ФП-регулятор будет работать
как обычный П-регулятор.Поскольку вблизи начала координат
х~х~о ,то Айх = А> ,и обеспечивается поддержание регу-
139

лируемой величины на заданном уровне,т.е. Pn-fy •
Испытания,проводимые в схемах регулирования типовыми
объектами ( двойной интегратор,интегратор с замедлением,
апериодический,устойчивый и неустойчивый колебательный ),
подтвердили высокую эффективность описанного ФП-регулято-
ра при несложной конструкции как по сравнению с
пропорциональным регулятором с переменной структурой,так и ,при
наличии импульсных возмущений ( в виде 6" -функции Дирака,
изменяющей только начальные условия ) по нагрузке,с
полупропорциональным регулятором В.Фернера.
ЛИТЕРАТУРА
1. Берендс Т.К.,Ефремова Т.К. ,Тагаевская А.А. Элементы
и схемы пневмоавтоматики.-М.:Машиностроение, 1968. -312 с.
2. Емельянов СВ. Системы автоматического управления с
переменной структурой.- М.:Наука, 1967.""336 с. .
3. Ferner V# Anschauliche Regelungstechnik, Berlin,
1960.
1ад

©
"Hi
tit
со
п^Ф'тшм Tin1
Ja^J
ft
ittfb
"Ш
Ш
to
Iro
Ж
Л
ihh
lOJ
141

ПНЕВМАТИЧЕСКИЕ РЕГПНТОШ И УСТРОЙСТВА
С ЗАЩИТОЙ ОТ НАСЫЩЕНИЯ
В.И.Баженов, В.И.Велов, А.А.Говоров, В.В.Подсевалов
/СССР/
Вследствие наличия в структуре систем автоматического
управления (САУ) зон ограничения, устанавливаемых
специально либо определяемых стандартными диапазонами сигналов,
возникает задача защиты от насыщения выходных сигналов
приборов системы управления (СУ) [I] . Например, при
превышении выходными сигналами СУ пределов стандартного
диапазона контур регулирования размыкается - система входит в
зону насыщения, появляется запаздывание в работе
регуляторов при выходе их из зоны насыщения, что обусловливает
снижение динамической точности всей САУ [l,2].
Необходимость в защите от насыщения появляется тогда,
когда в структуру приборов СУ в качестве составной части
входят интегрирующие или инерционные звенья. Таким
образом, ставится задача защиты от насыщения ПИ- и ЩЦ-регу-
ляторов, устройств предварения (и дифференцирования), а
также устройств для фильтрации сигналов. Эта задача в
некоторых случаях сводится к задаче ограничения (в
установленных пределах) отдельных составляющих закона управления.
Насыщение выходных сигналов регуляторов возникает при
работе вблизи крайних значений зоны ограничения, а также
при больших возмущающих воздействиях. Насыщение устройств
предварения наблюдается при изменениях входной величины
устройства с большой скоростью. Устройство фильтрации
считается насыщенным, если абсолютная разность входного и
выходного сигналов фильтра превышает уровень помехи.
Пневматические регуляторы и устройства с защитой от
насыщения (РУЗИ) могут быть построены на принципе
переменной структуры или на пневматических диодах с настрай^
ваемым уровнем срабатывания.
В пневматических РУЗН с переменной структурой при
выходе ограничиваемого параметра в зону насыщения скачком
изменяется структура инерционных и интегрирующих звеньев,
иг

входящих в состав регулирующего устройства (РУ), или
изменяется знак входного сигнала этих звеньев, или ке
одновременно изменяются структура и знак входного сигнала.
Вследствие этого выходные сигналы приборов СУ удерживаются на
границах зон насыщения (^установленных пределах) в
автоколебательном режиме переключений, что является
недостатком этих РУЗН [3].
Основным элементом пневматических РУЗН с переменной
структурой является блок изменения структуры (БИС). При
превышении выходным сигналом регулятора установленных
пределов этот БИС срабатывает, и на вход интегральной части
регулятора подается (каким-либо способом) верхнее значение
уровня питания (140 кПа) при выходе сигнала за нижний
допустимый предел, или подается нижнее значение уровня
питания (атмосфера), если превышен верхний предел. В
устройствах предварения в этом случае часто бывает достаточно
установить (с помощью БИС) малую постоянную времени Тэ,
близкую к нулю. При большой скорости изменения входного
сигнала вследствие переключений значения Та по комавде от
БИС выход устройства удерживается на границе установленных
пределов. В устройствах для фильтрации сигналов при
действии высокочастотной помехи с постоянной амплитудой А
необходимо, чтобы абсолютная величина разности сигналов на
входе и выходе инерционного звена не превышала А. При
нарушении этого условия срабатывает БИС и также
устанавливает малую постоянную времени в инерционной части прибора.
Такие фильтры позволяют отрабатывать скачкообразные и бы-
строизменяющиеся полезные сигналы практически без
искажений, причем качество фильтрации с ростом частоты
изменения помехи повьвпается.
Достоинством пневматических РУЗН с БИС является наличие
логических сигналов (команд) о насыщении РУЗН или о выходе
сигналов за установленные пределы, а также возможность
обеспечения простыми средствами надежного ограничения
выходных сигналов приборов СУ - реализация функции звена
двухстороннего ограничения сигналов.
РУЗН с пневматическими диодами, выполненными на одно-
мембранных повторителях со сдвигом, обеспечивают протека-
1*3

ниэ процессов защиты от насыщения без автоколебаний. При
насыщении РУ через открывшиеся циоды вводится необходимое
воздействие на сигнал в накопительной емкости интегратора
или инерционного звена прибора. Причем, цля надежного
закрывания диодов после компенсации причин, вызывающих
насыщение РУ, вводится дополнительное смещение на диоды [4].
Основным элементом в этих РУЗН является сборка с встречно-
параллельным включением пневматических диодов.
Достоинством пневматических РУЗН на диодах является
также простота их конструкции и в большинстве случаев
возможность обеспечения простыми средствами безударного
переключения регуляторов с ручного режима работы на
автоматический даже при неравенстве регулируемого параметра
его заданному значению.
В ПИД-регуляторах необходимо одновременно защищать от
насыщения И- и Д-составляющие закона управления. Каждую
из этих составляющих мо<кно изменять при #хоце в зоцу
насыщения либо только соответствующей составляющей, либо
только выходного сигнала регулятора, или же при
объединении этих двух событий. Поэтому возможно большое число
модификаций и схем 1Щ-РЗН, задача исследования которых и
выбора наилучших среди них является довольно сложной.
Для некоторых модификаций ГЩ-РЗН необходимо знать
оптимальное соотношение f между скоростями изменения И- и
Д-составляющих в процессе защиты от насыщения.
Оптимизация параметра у на ЦВМ показывает, что в процессе защиты
от насыщения Д-составляющую следует изменять примерно в
6 раз быстрее, чем интегральную, что не противоречит
известным результатам [б].
Кроме того, предлагаются САУ с защитой от насыщения по
связанному с выходным сигналом регулятора параметру,
например, по выходу с исполнительного механизма, а также
РУЗН с ограничителями на входе или выходе инерционного
звена в замкнутом контуре, на базе которого реализуется
интегратор РУ.
Каждая из рассмотренных схем РУЗН имеет свои
преимущества для конкретных условий и позволяет по сравнению с
обычным (без защиты от насыщения) РУ существенно повысить
144

качество САУ технологическими параметрами. Применение
предлагаемых РУЗН позволит такэд получить экономический
эффект в -..., за счет исключения приборов
ограничения выходных сигналов и повысить удобство в эксплуатации,
так как безударное переключение позволяет сразу выставить
требуемую величину "задания" регулятору. Разработанные
РУЗН реализуются на серийных пневматических блоках и
элементах и подготовлены к промышленному использованию.
Некоторые РУЗН прошли типовые испытания и приняты к серийному
производству московским заводом "Тизприбор".
Литература
1. HotejUo l.,Nlet*c»a* W. OgzartLcfenifti S^natu
t0vj$cioi*eao ie%ut<ttozoi& pneurnabjc%nych. —
Ргасе Наикоъге PoBttecftruti y/azszaifshiBf,
1976, Л35.
2. Круг E.K., Александриди Т.М., Дилигенский СИ.
Цифровые регуляторы. - М.: Энергия, 1966.
3. Бакенов В.И., Говоров А.А., Подсевалов В.В.
Принципы построения пневматических регуляторов и устройств с
защитой от насыщения. - Приборы и системы управления,
1934, № 4.
4. Белов В.И., Подсевалов В.В. Принципы построения
регуляторов и устройств с защитой от насыщения на
пневматических диодах. - В кн.: Пневмоавтоматика. Тезисы докладов
ХУ Всесоюзного совещания. Часть I. M., 1985.
5. Пат. 73E8I (ПНР). E£e&tzye%ny гещЕаЬог cta|E^
PD/PID £ utkladem otparuc&enta гбздгсхАогбагиа/
P. JafcEonsdi, г. Pletzasihskl.
- Оцубл. 10.02.75.
145

ЖОГОФУНКЦИОНМЬНЫЙ СТРУЙНЫЙ ЭЛЕМЕНТ
Исупоз Г.П.,Сент.яков Б.А. /СССР/
Одной из особенностей элементов струйной техники
является их многофункциональность, которая позволяет сократить
номеклатуру периферийных устройств автоматических систем.
Примером такого элемента является струйно-вихревой
элемент (СВЗ), показанный на рис.1а» Элемент состоит из
корпуса I и шнекового завихрителя 2 с центральным отверстием
3. При подаче сжатого воздуха в корпус I завихритель 2
закручивает поток, в результате чего на выходе из корпуса
формируется пустотелая закрученная струя, давление на оси
которой ( характеристика элемента) зависит от расстояния
"X" между корпусом I и идентифицируемой поверхностью.
Характеристика элемента нелинейная,рис.16, обычно
используется участок "1-2" С при работе СВЗ в режиме датчика
расстояния до поверхности). Однако использование всей
характеристики "0-1-2",рис.16, позволяет расширить
функциональные возможности этого элемента.
На рис.2 показана классификация элементарных функций
СЗЗ и некоторые их сочетания, имеющие технический смысл.
Элементарные функции СВЗ: бесконтактный датчик расстояния
до поверхности( диапазон измерения 1-15мм, погрешность5-
35 мкм, давление питания 200 кПа),датчик угла наклона
поверхности ( диапазон измерения 0-6°), струйный захват
деталей произвольней формы и температуры, в том числе
деталей с отверстиями ( грузоподъемность ЗН, давление
питания 200 кПа), распылитель жидких сред, струйно- вакуумный
привод с бесконтактным воздействием на подвижный элемент
привода.Сочетания элементарных функций СВЗ позволяют
создавать многофункциональные технические устройства.При
этом можно выделить сочетания элементарных функций
первого уровня и второго. Первый уровень образуется
сочетанием собственно элементарных функций, например,
датчик-захват, позволяющий не только захватывать деталь, но
одновременно и подавать сигнал о захвате детали
146

б систему управления. Датчик - распылитель, который
может быть использован для нанесения жидких материалов на
детали, перемещающиеся, например, на конвейере и подачей
сигнала о наличии детали в систему управления.
Сочетанием второго уровня'( из элементарных функций и сочетаний
первого уровня) можно получить, например, автоматический
распылитель с захватом детали до и после напыления и
подачей сигнала в систему управления о наличии детали(иди
ее отсутствии). Приведенные сочетания не исчерпывают
всех возможностей СВЗ и приведены как пример его
многофункциональности.
В зависимости от функциональных назначений СВЗ может
иметь те или иные конструктивные особенности, показанные
на рис.1а. Так измерение угла наклона поверхности <А
требует добавления еще двух отверстий 4 в шнековом завихри-'
теле, выходы которых подаются на измеритель перепада дав-
ленияД^в этих отверстиях, рис.1в. Использование СВЗ в
качестве захвата может быть осуществлено путем установки
на рабочем торце трех упоров 5*на которые и опирается
деталь при ее притягивании за счет разрежения в осевой
части струи.Если СВЗ используется как распылитель необходимо
к его центральному отверстию в шнековом завихрителе
подключить сосуд с распыляемой жидкостью. При приближении
СВЗ к поверхности и возникновения разрежения в канале 3
происходит подача и распыление жидкости. Таким образом
включение и выключение распылителя осуществляется
автоматически самим элементом. Наличие нелинейной
характеристики, рис.16,позволяет использовать СВЗ в качестве
привода, работающего в режиме автоколебаний.Упругая пластина,
установленная в струе в зоне действия нелинейной
характеристики элемента, колеблется с частотой, равной ее
собственной частоте. Таким образом происходит преобразование
давления воздуха в периодическое механическое движение.
147

-си
-о,2
г'«
S)
Ь
2
1
XHAPi[K(">1
ъои* p*5pe*e«ufi
J/J
-3°
-<•
/
x=fay
^^ #
1 '
'х^5^
1-5м*
x^d
^ с*
N.
Рис.1 Конструктивная схема струйно-вихревого элемента и его
характеристики
148

Сочетания функций второго уровня
Элементарные функции струйно- вихревого элемента
1- датчик линейных расстояний,
2- датчик угла наклона поверхности,
3- струйно-вихревой захват,
4- струйно-вихревой распылитель,"
5- струйно-вакуумный привод.
1-2- датчик линейных расстояний и угла наклона поверхности,
2-3- струйно-вихревой датчик линейных расстояний, угла
наклона поверхности- захват,
2-4- струйно-вихревой датчик линейных расстояний, угла
наклона поверхности - распылитель,
1-5 - датчик расстояний и угла наклона поверхности- струйно-
вакуумный привод.
1-2,2-4- автоматический распылитель с захватом детали после
напыления и подачей сигнала об этом в систему управления.
Рис.2 Элементарные функции СВо и их сочетания
149

э^екттявность отруЗнчу пневматических устройств и
■СИСТЕМ В АВТОМАТА^ КОНТРОЛЯ ГЕРМЕТИЧНОСТИ ИЖГИИ
МАССОВОГО H^O^BOICTPA.
С.Г.Сажин /СССР/
Испытание изделий и технологического оборудования на
герметичность относится к числу проблем, привлекающих
большое внимание специалистов. Это объясняется двумя
причинами. Во-первых, высокие требования к качеству и
надежности изделий неизбежно влекут за собой необходимость
более высокой степени их герметизации, С другой стороны,
проектировщики и изготовители технологического
оборудования, стремящиеся к снижению издержек и улучшению
технических характеристик изделий и их материалоемкости,
все в большей степени используют материалы, отличающиеся
невысокой степенью герметичности - такие, например, как
алюминий, пластмасса или материалы тонкого сечения.
При массовом производств изделий сложность проблемы
контроля герметичности изделий усугубляется требованием
высокой пооизводительности контроля. В связи с этим
встаёт задача обеспечить достоверность и надежность
контроля герметичности изделий, который осуществляется с
помощью высокопроизводительных дискретных или
непрерывных испытательных машин [I, 2} .
Структурная схема течеискательных автоматизированных .
устройств представлена на рис.1, на котором показана
взаимосвязь испытательной камеры (2) с контролируемым
изделием (I), узлов механизированной загрузки (7),
разгрузки изделий (5) и их разбраковки. Согласованная
работа автомата обеспечивается блоком управления, Наибо^
лее часто исполнительными органами автоматов являются
пневмоприводы, а блок управления выполняется на базе
пневматических элементов, чаще струйных. Лля регистрации
150

величины изменения общего или парциального давления в
испытательной камеое используется блок контроля Гб),
выполняемый на основе струйно-мембранных, струйных и
других чувствительных преобразователей утечки газа.
Таким образом, определилось два направления
использования пневматических элементов я испытательных
установках контроля герметичности. Первое из них связано с
регистрацией величины утечки газа, второе направлено на
разработку систем управления силовыми исполнительными
устройствами з соответствии с циклограммой работы
автомата.
примером комплексного использования стоуйных
элементов для обеспечения задачи контроля герметичности
является автомат, представленный на рис.2.
Автомат выполнен в виде барабана I, на котором
размещается одновременно пять изделий (2 4 Поворот барабан,
герметизация контролируемых изделий, их съем с позиции
контроля и, наконец, разбраковка осуществляется с
помощью пневмоприводов q, 4, 5. датчик утечки газа
выполнен на основе струйно-мембранного элемента,
обеспечивающего достаточный порог чувствительности, величина
которого выбирается в результате решения системы ци^Феоенци-
альных уравнений [3~\ :
\1к^ = -/КРи-Р«)К
(2)
151

где Vu 9' V* - объем изделия и камеры,соответственно;
/% , Р* - давление газа в изделии и в камере; Д -
коэффициент, зависящие от параметров сквозного дефекта и
параметров газа.
Дифференциальные уравнения получены для
взаимосвязанной системы камера-изделие и позволяют осуществить
расчет основных параметров течеискательных устройств.
В результате анализа опыта разработки, наладки и
эксплуатации автоматизированных течеискательных устройств и
автоматов установлено, что струйные пневматические
датчики утечки газа относятся к числу наиболее
универсальных в связи с их широким диапазоном использования как в
качестве основного средства контроля, так и в качестве
вспомогательных устройств для контроля так называемой
"грубой" утечки в автоматах высокочувствительного
контроля.
Литература
1. Бажанов Б.Н., Бушуков В.Т. Производственные
машины-автоматы. - М.: Машгиз, 1962.
2. Львов Н.С. Автоматизация контроля и регулирования
сварочных процессов. - й., Машиностроение, 1973.
3. Сажин С.Г. Математическая модель процесса
изменения давления во взаимосвязанных камерах. - Дефектоскопия,
I960, * I, с. 70-74.
152

ж
°А \«>__4
153

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУЙНОЙ ФАЗОИМПУЛЬСНОй
СИСТЕМЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ СКОРОСТИ ВРАЩЕНИЯ
В.В.Викторов, А.Н.Климов, Т.И.Крутова /СССР/
При построении точных систем регулирования
(стабилизации) обычно используют цифровой и дискретный методы.
В пневмоавтоматике из-за сложности, больших габаритов
и низкого быстродействия цифровые регуляторы не нашли
широкого применения.
Известен опыт разработки струйных частотных импульсных
систем регулирования, например [l]f основным узлом которых
является частотный дискриминатор. Недостатком таких систем
является низкое быстродействие и необходимость включения в
систему устройств, обеспечивающих астатический закон
регулирования.
В то же время известно, что фазоимпульсныйi метод
построения точных регуляторов обладает рядом преимуществ: во-
первых, при высокой помехозащищенности и точности
регулирования может быть достигнуто высокое быстродействие; во-
вторых, астатический закон регулирования реализуется
непосредственно в основном узле системы - фазовом
дискриминаторе. Несмотря на несомненные преимущества этого метода, в
пневмоавтоматике до настоящего времени он не нашел
широкого применения. Причиной тому является то, что, во-первых,
фазовый дискриминатор является звеном с периодической
нелинейностью, в связи с этим необходимо определение условий
работы или включение в систему дополнительных устройств и
связей, обеспечивающих работу системы в синхронном режиме,
и, во-вторых, получение достаточно высокого коэффициента
усиления осложняется возможностью потери устойчивости
системы.
В работе было проведено исследование условий
устойчивости фазоимпульсной системы регулирования скорости
вращения пневматического двигателя, построенной на базе
струйных элементов СМСТ-2 [2J. Устойчивость системы
исследовалась в основном режиме работы-синхронном, т.е. когда
на выходе фазового детектора отсутствовало биение сравни-
154

ваемых частот.
На рис. I показана блок-схема фазоимпульсной системы
регулирования скорости вращения пневматического двигателя,
где ГЭЧ - генератор эталонной частоты; ЧДС - частотный
датчик скорости; ФД- фазовый дискриминатор; БС-блок
синхронизации; К-коммутатор; У-усилитель; Ш- исполнительный
механизм; ДП- двигатель пневматический. Система работает
следующим образом. Сигналы в виде последовательностей
коротких импульсов с выходов ГЭЧ и ЧДС поступают на входы ФД
и БС. При равенстве частот этих сигналов на выходе ФД
имеется сигнал в виде импульсов, скважность которых
определяется рассогласованием фаз сигналов с ГЭЧ и ЧДС. В этом
случае К передает сигнал на У амплитуды импульсов и далее
на ИМ, который регулирует подачу пневмопитания на ДП,
поддерживая тем самым равенство частот на выходах ЧДС и ГЭЧ.
ЬС необходим для установления синхронного режима работы
системы. В разработанной системе БС преобразовывал
периодическую статическую характеристику ФД в непериодическую
линейную с зонами насыщения. ФД представлял собой биста-
бильный струйный элемент с двумя дифференциальными
входами, У - последовательно соединенные струйные усилители.
Были использованы ИМ сильфонного типа и турбинный ДП.
На рис. 2 показана структурная схема системы, где 2. -
сигналы скорости вращения; F(t) - возмущающее воздействие.
Рассматривались случаи малых отклонений переменных, когда
Ц)Т« 1 , где со - частота непрерывного сигнала, Т -
период следования'импульсов, т.е. выполнялись условия
эквивалентности импульсной и непрерывной систем. Передаточные
характеристики звеньев с соответствующими индексами:
W^rp)---^ ; VVP)rKy ; W^rp): e'r*p , где т; - запаздывание
в струйных элементах и коммуникационных линиях, йспользу-
к
емый ИМ имел характеристику близкую к WMMfp>-——— ; ре-
гулируемый ДП - w*nrP^TjnP^ > НДС '\^(?)^и^еЧ rt*f-
Характеристика разомкнутой САР имела вид:
W(p) - — к* ' *'Vf> , где
155

«Г-**!, • к:й • *си„ • kw' *** > при этом icf>= JL-[Jr]-
Устойчивость системы регулирования исследовалась по
критерию Найквиста. На рис, 3 показана амплитудно-фазовая
характеристика устойчивой системы при т>«4с , Тим=-/5л*г ,
г- 20мс , кг = 2о i и неустойчивой системы при т,, * -/ с ,
тч„=о,*е , г=гомс_ , кт = <о£ .
В работе было исследовано влияние постоянных времени и
запаздывания на устойчивость системы. На рис. 4-6 показаны
границы максимальных значений коэффициента усиления ю£
устойчивой системы регулирования. Экспериментальная проверка
при некоторых режимах работы показала удовлетворительное
совпадение расчетных данных с экспериментальными. В
разработанной системе минимальные значения Т, и тг были
получены соответственно равными 6 мс и 4 мс, ТИЛ1 равным 6 мс,при
этом из эксперимента fcra=65-£ э по расчету к*р- 63 е" .
Анализ результатов работы показывает, что:
1. фазоимпульсный метод можно применять при построении
точных струйных систем регулирования,
2. Для увеличения коэффициента усиления системы, и,
следовательно, повышения точности регулирования необходимо:
а) минимизировать величину запаздывания в
коммуникационных линиях ;
б) повышать частоту генератора эталонного сигнала;
в) уменьшать инерционность исполнительного механизма ;
предпочтительно использовать ИМ, работающие в импульсном
режиме.
3. Для повышения качества регулирования и устойчивости
струйных фазоимпульсных • систем регулирования необходимо
разработать методы включения в систему дополнительных
корректирующих звеньев и связей.
Литература
1* M.G. McKinnon, Y.M. Wilson Fluidic Control of Process
with Transportation Lag. - Preprints of the 2nd IFAC
Symposium on Fluidics, Prague,1971, p#p# D5-1-D5-9.
2. Вайсер И.В., Касимов A.M. Система модулей СМСТ-2, -
Приборы и системы управления, 1970, №5.

гэч
\=г -тгррГНгПГ]—*fa~l—" [Ml— lllh
5С
чэс
Рис. I
Рис. 2
Рис. 3
0,1 0,2 Г,с
Рис. 4
с
60
40}
201
0,1
Т * 45 мс
' им
г- 5мс
r= Wmc
г*20мс
г- *№мс
20
Рис 5
40 т^.с
"к.
с
РОЛ.
£1Л./-
тоо.
0
'им
г- 5мс
г- 40ме |
г-Юме
г*40мс
0,1
?0
Рис. 6
40 Т,„,е
157

СТРУЙНЫЕ АВТОГЕНЕРАТОРЫ ДДЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ
РАСХОДА
C.JL. Трескунов /СССР/
УСЛОВНИА nrtnyTAXTftHjpr
Qn pn - расход и давление в сопле;
Ов/ бу; р6 р - - Расход и давление в выходном и
управляющем каналах;
Re; £k - числа Рейнольдса и Струхадя;
Q ^бт - установившееся значение расхода в канале
ОС;
6Э гл • ~ запаздывание в элементе и в линии ОС;
<£* - инерционное запаздывание*
<Г 'СТр - время пролета частицы и транспортное
; время;
CJ « круговая частота;
^э, ^ - длина камеры элемента и длина канала ОС;
ол, п, - ширина и глубина сопла;
К - коэффициент затухания скорости;
*' - коэффициент усиления линейной части;
*&, *У - проводимость выхода и входа элемента;
- координата, измеренная от сопла;
- поперечное сечение линии и сопла,
X
U ) /л
Приводится классификация и анализ характеристик струй**
ных автогенераторов, используемых для построения струйных
расходомеров малых расходов.
Струйный расходомер (рис* I) состоит из струйного
автогенератора (САГ) и преобразователя пульсаций давления
(скорости) в электрический сигнал* Последний может быть
пьезоэлектрическим, индуктивным, термисторным и др.
Струйный автогенератор (САГ) - это струйный бистабиль-
ный элемент, охваченный обратными связями (рис. I),
Известные САГ различаются:
- типом использованного струйного элемента - элементы с
эффектом Коанда (рис* 16), элементы с внутренней обратной
158

связью (рис* la), элементы с соударением струи (рис» 1в);
- способом введения обратной связи (ОС) ~ ОС "выход-
-вход" (рис# 1а, в), ОС "боковая стенка - вход" (рис* i<5),
ОС "вход - вход"
Каждый тип САГ имеет свои достоинства и недостатки*
При измерении малых расходов предпочтительно
использование струйного элемента с внутренней обратной связью
(ввиду работоспособности при малых значениях числа Рейнолвдса
R е) и ОС "выход - вход"*
Уравнение характеристики САГ получено на основе
представления САГ структурной схемой (рис* 2а)f где струйный
генератор аппроксимируется реле с гистерезисом,
запаздыванием и линейной частью, представляющей собой канал
обратной связи, на входе которого включено выходное
сопротивление элемента, а на выходе - его входное сопротивление*
Анализ методами теории релейных CAP [i] показал, что
частота колебаний о) зависит от запаздывания Т и
гистерезиса реле; причем если постоянная времени линейной части
Т < ^э/З , переходный процесс в линии заканчивается до
переключения реле и южно принять
и) - 7^/[Гъ + Тд + Т^)
ЯапАяднуцще струйного элемента, как показал анализ,
равняется удвоенному времени пролета рабочей камеры
частицей среды Тдр : £9
где V - осредненная по ширине скорость в струе* Или в
безразмерном виде I?
« -г"^ * йЬр/М-
Подставив в (2) зависимость /2/(Х) для ламинарных,
турбулентных и смешанных [з] струй, получим зависимость
] здттдатртюшА т» дтртц равняется Тл - -^ /с.
Инерционна юря^дрдяд* в линейной части L ш опреде*
лено на основе анализа процессов в линии обратной связи.
159

проведенного при следующих допущениях:
- потери по длине канала не учитываются в соответствии
с условием [з] :
обычно выполняющимся в САГ
- рабочий участок выходной и входной характеристик
струйного элемента апцроксимируется линейными выражениями
(рис. 2в):
С учетом этого получено дифференциальное уравнение ли-
"" тёо/# + а = *лро, (6)
имеющее решение t/f \
Q г 0у& г" , (7а)
где Т - постоянная временя: -{
т - *//, ЦЧК )(«г^)(Щ • и)
Условие переключения биотабильного струйного элемента с
двумя встречнонацравленными каналами управления (рис.4)
|б* -fyj * Qtf, О)
из (7), (7а) в (9) получаем
Из (I), (2),(3), (10) получаем:
UJ = 2irQSh/(t,6e h) , (И)
ГДв $k-**[2*+lT*l*S- °«М+%-%Д. (12)
Проведенный анализ позволяет оценить влияние на$/?
параметров линии обратной связи, входной и выходной
характеристик струйного элемента, что не учитывалось ранее.
160

Литература
1. Цыпкин Я.З. Релейные автоматические системы. М.: Наука,
1974, 575 с.
2. Залманзон Л.А. Теория элементов пневмоники. М.: Наука,
1969, 507 с.
3. Лебедев И.В., Трескунов С.Л., Яковенко B.C. Элементы
струйной автоматики. М.: Машиностроение, 1973, 360 с.
Ршс. 4
Рмс. 2
161

ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЕ МЕХАНИЗМЫ ПЕРЕМЕНИ® ЖЕСТКОСТИ
МАНИПУЛЯТОРОВ
Ю*М. Передреи /СССР/
Использование эластичных элементов, деформируемых
энергией сжатого газа или жидкости, позволяет создать
манипуляторы с бесконечным числом степеней подвижности
исполнительного органа. Такие манипуляторы имеют малый
вес, сравнительно легко управляемы, позволяют обслуживать
технологические установки в уоловиях ограниченного
рабочего пространства, экономичны. По своим функциональным
возможностям они близки к руке человека*
На рис Л представлена конструкция манипулятора с элао-
тичным механизмом переменной жесткости, где: I-основание
2,3-приводы управления; 4,5-эластичный исполнительный
механизм переменной жесткости; 6-схват. Исполнительный
механизм состоит из оболочки 7 /рис.16,в/ и звеньев 8,
прошитых канатами 9. Оболочка закреплена на звеньях
кольцами 10* Нижние концы канатов соединены со входами
линейных приводов управления, а верхние с верхним звеном.
Внутренняя полость оболочки подключена через
распределитель к источнику сжатого газа / или жидкости /.
Оболочка может быть расположена как снаружи / вариант I /, так
и внутри / вариант 2 / звеньев. Конструктивно звенья
выполнены в виде двояковыпуклых в осевом направлении колец
с плоскими поясками на торцах. Кольца могут иметь
шаровые выступы с одной стороны и шаровые впадины с другой
/ см. разрез Б-Б вариант 2 /, повышающие нагрузочную
способность механизма*
Механизм работает следующим образом*
В исходном положении на приводы всех канатов 9
подаётся небольшое давление, обеспечивющее их первоначальное
натяжение. При этом исполнительный механизм занимает
вертикальное положение. Жесткость механизма в поперечном
направлении обладает полной симметрией.
При подаче повышенного давления в привод одного из^
канатов поперечная жесткость становится несимметричной,
162

а именно, в месте натяжения управляющего каната жесткость
существенно повышается в направлении от центра оболочки
к этому канату. Если после этого в центральную полость
оболочки подать высокое давление, то деформация оболочки
также будет несимметричной* В результате произовдёт
изгиб оболочки всторону заторможенного каната. Звенья 8
при этом поворачиваются относительно друг^дцэуга на угол
<Х . Суммарный угол поворота будет равен 51 <*с-.
В варианте 3 управляющие канаты отсутствуют, но сама
оболочка выполнена многокамерной. При подаче давления в
одну из камер происходит изгиб оболочки в сторону,
противоположную этой камере*
В варианте 4 отдельные камеры заменены сильфонами
прошитыми канатами* с помощью которых можно изменять
жесткость сильфонов* Натяжением каната одного или
нескольких сильфонов жесткость конструкции в целом в
поперечном сечении увеличивается в направлении к натянутому
канату* Изменяя по определённому закону усилие натяжения
канатов,можно получить необходимый закон деформации
оболочки, а, следовательно* и необходимый закон перемещения
конечного звена манипулятора-схвата*Таким образом,
управляя величиной давления в приводах канатов и в
оболочке, а также расходом в эти привода рабочего газа, можно
задавать определённый закон перемещения схватов*
На рис*2 показаны фрагменты оболочки после деформации
а на рис.2г.д - обслуживание гибким манипулятором зон
с ограниченным доступом*
Придание необходимых кинематических и динамических
свойств манипулятору осуществляется применением
анизотропных упругих оболочек с направлением наименьшей
жесткости в продольном сечении и наибольшей в поперечном.
В любой момент времени конструкция находится в
равновесии под действием статических и динамических сил:
давления внутри оболочки, натяжения канатов /V , упругих
сил оболочки Ысб и инерционных сил. Таким образом, работа
манипулятора, построеннсцю на основе эластичных меха-.
низмов с переменной жесткостью, описывается системой
163

P=P(S,G,/VvtP,S,G-,S\-t)
где: 5 - перемещения охвата в направлении осей координат
Г - внешние нагрузки; Р - давление рабочего газа в
оболочке и в приводе управления; G - расход; AV
-система уравнении, описывающая работу упругой анизотропной
оболочки; rrLc - приведенная масса подвижных звеньев; t-
время; яг - число силовых и геометрических параметров
оболочки.
Решение этой системы уравнении в процессе управления
перемещениями охвата представляет большие трудности, что
существенно сникает быстродействие манипулятора.
Управление по упрощенным линейным уравнениям не позволяет
подучить приемлеь/ую точность решений* Усложнение модели
приводит к необходимости применения микропроцессоров ддя
управления работой распределителя расхода газа,
подаваемого в оболочку и в привод управления. Повышение точности
перемещении достигается применением обратной связи по
положению схвата.
164

Рис.1. Конструкция манипулятору с
Эластичным исполнительным органом
1- основание; 1,3 -приSod управления; %о~ -
эластичный орган; S-cxiam; 1-оболочка; 8-звенья-,
Э-канаты-, а-общий §чд; б-д-конструкции
эластичных органов.
- [65
I

Рис.2. Ле<РОрмации эластичнш■ оргоноб
манипулятора: d- с Внешней оболочкой
б- многокамерном
4,-оболочка; z -збенбЛ;
3.'Кольца; ч-кснатб/;
s-камеры управления\
Т77Т7ТГГГ77
*;
. Обслужибанис зон с ограниче#нб/м
доступом манипуляторами с мастоунб/м
органами.
i„ манипулятор; 2-Jona обслуживания-,
3'предмет манипулирования.
ш

ИССЛЕДОВАНИЕ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ СТРУЙНОГО ИЗМЕРИТЕЛЯ
М.Ю.Рачков /СССР/
Одним из наиболее важных вопросов, решаемых при
конструировании струйных локационных измерителей, является
выбор параметров пневматических сопротивлений и режимов
их работы [Iэ2 3 . Особый интерес при использовании
измерителей данного типа в робототехнических комплексах
вызывает возможность оптимизации чувствительности
измерений, что определяется необходимостью получения
максимальной чувствительности при заданных габаритах и
рабочих диапазонах датчика.
Оптимизация параметров измерителя по чувствительности
может быть произведена теоретически и экспериментально.
Схема струйного измерителя, приведенная на
рис.1,включает следующие параметры:^- диаметр входного дросселя,
df - диаметр сопла, d$ - диаметр измерительного
дросселя, Ру - давление питания, р£ - давление в
измерительной камере, S - рабочий зазор. Работа измерителя
возможна по двум вариантам его подключения к вторичному
преобразователю. В первом варианте производится подключение
измерительной камеры к замкнутому объему преобразователя,
в качестве которого может служить манометр, что
соответствуем нулевому значению^. Во втором варианте
измеритель может использоваться в качестве формирователя
управляющего сигнала для струйного усилителя путем
воздействия на него потока газа с информационным расходом
через выходной дроссель #£ из измерительной камеры
датчика.
Теоретический расчет по чувствительности эбоих
вариантов подключения датчика производится из равенства
секундного расхода для соответствующих пневматических
каналов f3J с учетом того, что поток воздуха через
пневматические сопротивления является одномерным, а истечение
газа происходит адиабати-чески, так как теплообмен между
газом и сопротивлениями пренебрежительно мал для
реальных скоростей истечения. При этом сжимаемость воздуха
16.7

практически отсутствует из-за низких рабочих давлений,
обеспечивающих ламинарность потока, необходимую для
процесса измерения. Для первого варианта подключения
соотношение между параметрами датчика имеет вид
flt'tf'+'tttSit;'**/. (I)
Чувствительность датчика определяется как отношение
изменения давления в измерительной камере к вызывающему его
изменению рабочего зазора /(^ d-^/r/j (2)
Дифференцируя (I) по $ , получим (V,
Находим экстремум (3) по d^dy* , из которого вытекает,
что оптимальное по чувствительности соотношение
параметров d* и di/ для заданного рабочего зазора есть riL\
С другой стороны из соотношения (4) определяется рабочий
зазор в зоне максимальной чувствительности датчика.
Из полученных соотношений видно, что значение dg
должно быть несколько больше значения d? . Однако
чрезмерное уменьшение ^ приводит к снижению дальнодействия
измерителя, хотя и увеличивает его чувствительность.
Производя аналогичные вычисления для второго варианта
подключения измерителя можно определить чувствительность
через параметры датчика следующим образом:
^_ _ ля&а;У4&4Л+скг&У (5)
Из (5) видно, что чувствительность измерений существенно
снижается при увеличении значения d& , поэтому на
практике его следует выбирать минимально возможным.
Ограничением снизу для параметра dg является необходимая величина
управляющего давления, обеспечиваемая расходом газа из
измерительной камеры датчика.
На рис.2 приведены результаты экспериментальных
исследований чувствительности датчика по рассмотренной схеме
при следующих значениях неизменяемых параметров:
Р* = 0,03 МПа, dv = 0,5 мм, dg = 1,0 мм, d& - 0,4 мм.
При увеличении значения (£у происходит некоторое
снижение чувствительности (рис.2а), а при увеличении d*
168

ее увеличение (рис.26), при этом увеличение значения С(&
снижает чувствительность (рис.2в), что качественно
соответствует теоретическим выводам. В частности, иллюстрацией
зависимости (5) от Ру является экспериментальный график
на рис.2г.
Иа рис.3 показаны аналогичные характеристики для
варианта подключения датчика с замыканием измерительной
камеры, которые получены для тех же неизменяемых параметров
датчика, что и в пеовом случае.
На рис.Зг дана зависимость измерительного давления лрк
неполном перекрытии сечения сопла (кривая I), которое
может произойти при срыве струи с кромки лоцируемой
поверхности, по сравнению с нормальным режимом работы (кривая 2)
Как видно из графиков, чувствительность измерений при
неполном перекрытии сопла уменьшается. Сравнительные
характеристики экспериментальных и расчетных зависимостей,
согласно формулам (1),(3), приведены на рис.Зд.
По результатам проведенных исследований при
конструировании струйных измерителей [4] можно рекомендовать на
первом этапе проектирования производить теоретический
расчет параметров по приведенным методикам определения
чувствительности с одновременным обеспечением
конструктивной возможности коррекции параметров в процессе сопряжения
измерителей с робототехническим комплексом на конкретной
технологической операции.
Литература
1. Залманзон Л.А. Теория элементов лневмоники. -
М.: Наука, 1969.
2. Высоцкий А.В., Курочкин А.П. Пневматические
измерения линейных размеров. - М.: Машгиз, 1963.
3. Градецкий В.Г., Рачков М.Ю. Пневмомеханические
сенсорные устройства промышленных роботов. -М., 1985
(Препринт/ Институт проблем механики АН СССР: № 241).
4. А.с.П68898(СССР). Устройство управления
манипулятором / В.Г.Градецкий, М.Ю.Рачков, В.Б.Вешников. -
Опубл. в Б.И., 1985, № 27.
169

4
1
&w
\e
*Q
и
I
4\в.т **'
/r-f/U.)
dty ' 0,6MM
0 аб
-tr-
oPiZ *fM
QO/o\ \ /c-W
г х /j .46
V 0/,
,.46
ox—'—d.2 ' 4* "
Р,г .0,02 Mb
dyf* 06/w
S,*»/
42 04
ЛГ**У '
(lfy*46*vt
003
Q02
0
6)
0,03
№\
0,0/
0
7Я ^T^
4 - Qotm
P„z° 003W*
fim 002/Ш
0,4 OJ
г)Лт*
ft-0,03 Mi
S.MM
■ 4*»
170
0.6 n ' /0 +
Puc.Z

ИРОМЬИШЕННЫЕ РОБОТЫ С СНЮОРНО-УПРАаПЯйНШ
ПНЕЗМЛЖЧВСКИМИ СХВАТАМИ: ИССЛЕДОВАНИЕ И
ВОЗМОЖНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ
А.Абаринов, В.Вешников, В.Градецкий /СССР/,
М.Рокштро, Б.Хофманн, А.Шварц /ГДР/
1, Введение
Перспективным направлением развития робототехники
является оснащение промышленных роботов /ПР/ очувствленными
пневматическими схватами /ОПС/, с помощью которых
производится сенсорное управление движением рабочего органа.
Посредством ОПС осуществляется корректировка программных
движений конечных положений рук ПР для повышения точности
позиционирования и быстродействия. ОПС предназначены для
роботов, которые необходимо применять для выполнения особо
точных технологических операций, таких как сборка,
автоматический контроль, прецизионная сварка. Исследования
очувствленных пневматических схватов основаны на
ранее""проведенных исследованиях в ГДР[1,2] и в СССР [3,4] .
Приводятся результаты прикладных исследований по
применению разработанного ОПС в электромеханических ПР типа
"Универсал" и в многозвенных ПР "Скилам". Получены
динамические характеристики ОПС и рассмотрены возможности
компенсации погрешностей, возникающих в результате упругой
податливости конструкций и неточного позиционирования ПР с
различными приводными системами и кинематическими схемами,
с целью их более эффективного применения.
2. Некоторые характеристики ПР и схватов для
точного позиционирования
В большинстве конструкций ПР с электромеханическими и
пневматическими системами приводов имеются упругие
смещения, зазоры в механических передачах, люфты, трение, ко-
171

торые снижают требуемую при выполнении особо точных
технологических операций точность позиционирования. Это
относится к ПР с различными кинематическими схемами.
Например, точность отработки конечного положения для ПР,
получивших широкое распространение [5] , составляет:
типа "Универсал" +1,0 мм, IR60E +0,4 мм, "Циклон" +0,1мм.
Как было установлено [б] , большие погрешности могут
вызываться упругой податливостью элементов конструкции ПР,
в основном узлов - мест соединения кинематических пар,
уплотнений, подшипников качения и вращения» Эффективным
средством повышения точности в 10 раз и более служит ОПС,
предназначенный,, в частности, для сборки изделий из
деталей типа тел вращения [i] и обеспечивающий компенсацию
неточного расположения захватного устройства по отношению
к детали за счет внутренней обратной связи (рис.1).
Диаметры сопел струйных датчиков ОПС равны 1,4мм ,
давление питания 0,24 МПа, рабочие перемещения в
направлениях X и У равны соответственно + 4 мм, скорость
перемещения ^0,01 м/с, погрешность линейного перемещения не
более 2мкм во всем диапазоне перемещения.
Динамические испытания проводились на многозвенном ПР
"Скилам", обладающим высокой точностью позиционирования
+ 0,05 мм и повторяемостью + 0,01 мм [?] э с целью
отработки движений ОПС и получения достоверных динамических
характеристик. Полученные данные позволяют использовать
ОПС на ПР "Универсал", "Циклон" и других.
3. Результаты прикладных исследований
3Л.Описание экспериментальной установки
и методика испытаний.
Исследование динамических характеристик схвата
выполнялось на экспериментальной установке, в состав которой
входили следующие блоки: схват С, промышленный робот ПР,
программатор П, контроллер К, усилитель постоянного тока
7ПТ, источник напряжения ИН, датчик перемещений ДП,
осциллограф шлейфовый ОШ, редукторы Р, манометры М (рис.2).
Схват,.установленный на роботе, мог совершать лереме-
цения в направлении трех координат: X, У и 2 . На прог-
Г72

рамматоре выполнялась подготовка программ для перемещения
охвата с помощью робота. Контроллер осуществлял хранение
подготовленных программ и управление перемещением руки
робота. Для определения смещений схвата использовался
датчик перемещений тензорезисторного типа с точностью
отсчета 0,01 мм. Для записи перемещений схвата
использовался шлейфовый осциллограф, сигнал на вход которого
подавался от датчика через усилитель постоянного тока.
Источник напряжения обеспечивал питание мостовой схемы датчика
перемещений. Редукторы выполняли регулировку давления
воздуха, необходимого для работы исследуемого схвата.
Методика динамических испытаний заключалась в
следующем. Робот по программе устанавливал вал, закрепленный в
исследуемом схвате, в отверстие втулки. При этом в
процессе поиска отверстия втулки производилась запись
перемещений поисковой головки схвата с помощью шлейфового
осциллографа. Были получены динамические характеристики
схвата при различных параметрах: масса детали (1т9 кг),
величина начальной несоосности приемной детали типа
втулки и вала (1т7 мм), давление питания (G,2* 0,3 МПа),
скорость опускания схвата (20 * 100 мм/с), величина фаски
приемной детали (от острой кромки до 1x^-5°). Для
определения величины остаточной несоосности (так называемой
статической точности схвата) робот по программе
осуществлял сканирующие движения схвата с установленным валом
над отверстием втулки. При этом производилась запись
положения поисковой головки схвата.
3.2. Динамические характеристики
В результате динамических испытаний получены
характеристики: перемещение поисковой головки схвата во времени
в зависимости от указанных выше параметров и остаточная
несоосность от величины давления питания.
На рис.3 представлены зависимости величины смещения
поисковой головки схвата I во времени для различной
массы груза (I кг,5 кг,9 кг) и начальной несоосности ^=1мм.
Можно указать, что движение головки в процессе поиска
происходит по закону малоколебательных процессов, а при
173

малой массе по закону процессов без перерегулирования.При
этом частота колебаний уменьшается с увеличением массы
груза, размещаемого в охвате, и возрастает величина
перерегулирования. В результате этого увеличивается время
поиска отверстия с помощью данного схвата. Величина
перерегулирования достигает 10% от величины начальной
несоосности при большой массе груза. Рассмотрение данных
зависимостей позволяет оценить качество исследуемой системы с
помощью следующих показателей: время переходного процесса
- 0,5*0,8 с, число колебаний за время переходного
процесса - 0,5*2, частота колебаний - 2*6 Гц. Результаты
обработки зависимостей перемещения поисковой головки схвата
во времени для различных величин начальной несоосности и
постоянной массе груза (I кг) представлены на рис Л.
Экспериментальные зависимости показывают, что скорость
перемещения головки схвата на начальном этапе поиска
постоянна - и равна Vcxb = 12 мм/с и не зависит от массы
груза. Начальный этап поиска определяется конструкцией
схвата и соответствует перекрытию одного сопла торцевой
поверхностью приемной детали и нахождением-второго сопла
в э.тот момент над отверстием. Время начального этапа
поиска зависит от начальной несоосности деталей, время
второго этапа поиска (когда оба сопла перекрываются) зависит
от массы груза и не зависит от начального отклонения.
Общее время поиска в зависимости от массы для разных
начальных отклонений представлены на рис.5. Оценка времени
поиска может быть произведена по формуле, полученной на
основании экспериментальных зависимостей:
ZU Л + В^' + Ст,,
где С- начальное отклонение, мм;
/1,Ь,С_ постоянные коэф., определяемые конструкцией
схвата; .
Для исследованного ОПС С=0,04с/кг, B=Ycxb-0,08c/mm,
А=0,30с.
На рис.б представлены зависимости времени поиска от
размера фаски С для массы груза I кг и ^'= 5 мм при
174

фаске Gx45 . Необходимо отметить, что с увеличением
фаски до определенной величины (в данном случае до 0,5x45°),
время поиска снижается. Соответственно, для более точного
расчета общего времени поиска можно ввести поправку для
величины коэффициента А.
В результате экспериментов получено, что изменение
давления питания и скорости опускания охвата на время
поиска отверстия влияния практически не оказывают.
На рис.7 представлена зависимость величины остаточной
несоосности от величины давления питания.
Экспериментальная зависимость показывает, что при увеличении давления
питания до определенной величины происходит уменьшение
величины остаточной несоосности, а при дальнейшем увели^
чении давления величина несоосности остается постоянной.
Для данной конструкции схвата при величине давления
питания более 0,22 МПа величина остаточной несоосности
составляет не более ± 2*3 мкм. Физическая причина наличия
остаточной несоосности - наличие трения в подвижной паре
золотни -корпус и между торцевой поверхностью вала и
"пальцами" схвата, т.к. при величине несоосности 2*3мкм
поисковая следящая система схвата, отрабатывая этот
сигнал рассогласования, создает управляющий перепад
давления на золотник^недостаточный для преодоления силы трения.
3.3. Компенсация упругих смещений элементов
конструкции робота.
Возникающие в результате действия упругой податливости
погрешности позиционирования компенсируются посредством
дмжевй GflQ следующим образом. Если в результате
действия некоторой упругой силы " появляется рассогласование
между положением схвата и кромкой детали, превышающее
зону нечувствительности ОПС, то возникает перепад давлений
др в системе внутренней обратной связи. Возникающая при
этом сила перемещает ОПС на величину-С{рис.В),
компенсируя возникшую погрешность позиционирования. Величина
£'-€£•£ - зона нечувствительности, представляет
собственную погрешность ОПС.
175

4. Примеры применения
4.1. Для выполнения контрольно-измерительных функций
системой ОПС оснащался ПР "Универсал". В соответствии с
заданной программой движений производится сканирование
исследуемой поверхности с помощью датчика неразрушаемого
контроля, смонтированного в ОПС.
4.2. С помощью датчика смонтированного в ОПС,
обнаруживающего отверстие в результате сканирования по
поверхности сложной формы, система управления ПР определяет
координаты отверстия. Затем посредством ОПС выбирается
втулка необходимого диаметра и ПР производит закрытие
отверстия втулкой.
4.3. Проведение успешной сборки системы "вал-втулка"
путем постановки и запрессовки подшипника на вал
гидронасоса поршневого типа.
Литература
1. J.Volmer, P.Jacobi, A.Schwarz, H.Zachau. Positio-
nierung von Montagegreifera und-werkzeugen durch Indus-
trieroboter.-Fertigungstechnik und Betrieb, Berlin J2
(1982) 12, (742-747).
2. A.Schwarz, D.Schrepel, M.Pieloth. Sensorgesteuerte
pneumatische Fugeeinrichtung.-4 Kolloquium Paeumatik -
Hydraulik HJEU-HYDB08I Gydr, 23-25.9»1981, Tagungsbe -
richt Seite 91-95.
3. Ф.Л.Черноусько, В.Г.Градецкий, В.Б.Вешников, Об
измерениях механических и геометрических величин робототех-
ническими системами.-Препринт.№209, ИПнех АН СССР,М.,1982.
4. Градецкий В.Г.,Рачков НЛО. Пневмомеханические
сенсорные устройства промышленных роботов. - Препринт №241,
ИПЬех АН СССР, М., 1985, 64 с.
5. Современные промышленные роботы: Каталог под ред.
Ю.Г.Козырева, Я.А.Шифрина. - If.: Машиностроение,1984,152с.
6. Ф.Л.Черноусько и др. Анализ упругой податливости
конструкции маяипуляциошшх роботов. - Препринт № 231,
ШЬех АН СССР, М., 1985, 68 с.
7. The Specifications and Applications of Jndastrial
Robots in Japan, JIRA, Tokyo, Japan, 1984, 755 p.
176

Рн
D- КО lf\ -=*"*Л OJ •—I
00
О
к
Рн
О ОЭЧО-3* C\J
НН ООО О
О
•
Рн
К
УНТ |
а
—
I
т ,
w
о
ь~
Рн
35
•
О
Я
Рн
1>^
V0
7 ^
Р
to
т **
о
177

СТРУЙНЫЕ СЕНСОРЫ ДЛЯ РОНХГОТЕХНИКИ
Ь.П. Стоянов, Ф.А.Сивов (НРБ)
Одним из главным проблеыов построения систем
позиционирования линейных пневматических двигателей в
робототехнике является выбор и построение оптимальных для
конкретны:-, случаев сенсоров положения /бесконтактные индикаторов
положения объектов/.Основными требованиями,предъявляемыми
к ним,являются: -высокая точность и стабильность
срабатывания; -возможность .обнаружения объектов на расстоянии
1-5 и больше миллиметров -пригодность для совместной
работы с логическими элементами и модулями; -высокое
быстродействие и надежность работы; -миниатюрность и простота
конструкции; -возможность эксплуатации . при тяжелых и
сверхтяжелых рабочих условиях /в условиях электромагнитных
полей-,высоких температур,запыленности,агрессивности ,вибра-
циЛ и др./# Таким требования!*! лучше всех отвечают
пневматические струйные сенсоры [1] .
3 таблице I приведены различные струйные сенсоры
положения предмета и критерии их оценки.
Для цели автоматизации производства и
робототехники были разработаны авторами ряд таких сенсоров, схемы
и основные характеристики которых показаны ниже.
На рисЛ приведена схема миниатюрного струйного сенсора
с кольцевым излучающим соплом.В корпусе 1 вделаны штуцер
питания 2 и штуцер выходного сигнала 3.Отверстие в корпусе
1 и внешняя цилиндрическая поверхность штуцера 3 формируют
излучающее кольцевое сопло 4.Поток питания подсасывает воз
дух через четыре отверстия б и на выходе сенсора
получается разрежение.На рис.2 показаны рабочие статические
характеристики сенсора при аксиальном /рис.2а/ и радиальном
178

/рис.2б/ приближении объекта.Они отличаются хорошее крутиз
ной рабочего участка.Расстояние до объекта,на котором
срабатывает сенсор,значительно превышает диаметр кольцевого соп
лаЛяниатюризиро ванная конструкция сенсора позволяет добить
ся удобного монтирования в роботизированных
технологически;, системах.Одна конструктивная модификация такого
сенсора представлена на рис,За.Эта. конструкция предназначена
для построения сенсорного модуля для позиционирования
объекта в 6 точках/рис. 36/.Патрон 1 входит в отверстие корпуса
2 сенсорного модуля.Выходные сечения кольцевые излучающих
сопел всех сенсоров модуля лежат в одной плоскости.Питание
каждого сенсора автономно и осуществляется через канал
питания б,камеру 7 и каналы 8.Характеристики сенсоров модуля
мало отличаются от характеристик сенсора на рис.1.
11а рис.4 показаны конструктивная схема /рис.4а/ и
рабочая статическая характеристика /рис.46/ струйного сенсора,
к которому питание воздухом подается только тогда,когда
движущийся объект уже приблизился к торцу сенсора [2] .
Движущийся объект сам с помощью штока 1 открывает дисковый
клапан 7 и воздух питания вытекает из кольцевого сопла 5.
Таким способом молено в значительной степени сократить
потребление сжатого воздуха.
Струйный сенсор положения с прямым усилением выходного
пневматического сигнала показан на рис.5
[з].Конструктивная схема сенсора состоит из пневмощупа 1 с кольцевым
соплом 4 и коаксиальным выходном каналом 5 и моностабильного
струйного усилителя 2.Управление струей усилителя
осуществляется за счет выходного давления пневмощупа,которое
зависит от положения воспринимаемого объекта З.При отсуствии
объекта вакуум в приемном канале 5 "притягивает" струи
моностабильного усилителя к выходе 7,а при наличии объекта
в зоне взаимодейстзия избыточное давление в приемном
канале "перебрасывает" струю к выходу б.Рабочие статические
характеристики при аксиальном и радиальном приближении
объекта представлены на рис.6.Основными преимуществами
этого сенсора являются: 7высокая чувствительность и
точность обнаружения : положения объекта; -высокий
коэффициент восстановления давления и расхода воздуха питания;
179

-возможность управления величиной гистерезиса рабочей
характеристики изменением величины давления воздуха питания.
Достаточно высокая точность и надежность работы
рассмотренных сенсоров и возможность построения на их основе сен-
соуш;. модулей делшат их перспективными для робототехники.
Литература
1. Сивов Ф. уСтоянов Б. ,китева С. Изследване на струйни
сепзори,предназначенк за робототехниката.НГ конференция
"Роботи '79й,29-31.V.1979,Стара Загора.
2. Сивов Ф. нзмервател на разстояние и наличие на
обект.Авт.свидетелство,Рег.ь 62001,04.06.1983.
З.Стоянов Б. Струен сигнализатор на изместване.
Авт.свидетелство,Рег.1:: 67860,12.12.1984.
Оценка возможностей струйных сенсоров положения
Табл.1
N. Критерий
N. сравне-
N. НИЯ
ТИП N^
сенсора N.
Весовой коэсдациент
Сопло-заслонка
Трубка-трубка с
ламинарным потоком
Трубка-трубка с
турбулентным потоком
С встречно
соударяющимися струями
С отражением
кольцевой струи
С отражением
вихрового потока
С взаимодействием струЗ
Р
а
б.
т
о
ч
н
о
с
т
ь
5
ы
с
т
р
о
Д
е
й
с
т
в.
5
э
к
с
п
л
У
а
т
а
ц
и
я
5
м
и
н
и
а
т
ю
Р
н
о
с
ть
5
н
а
Д
е
ж
н
о
с
т
ь
5
ч
У
в
с
т
в
и
т
е
л
ь
н.
4
Д
и
с
т
а
н
ц
и
я
4
э
н
е
Р
г
о
е
м
'К
о
с
ть
«л
о
У
Р
0
в
е
н
ь
с
и
г
н.
2
к
о
н
с
т
р
У
к
т
и
в
н.
1
10 9 7 10 9 8 0 8 10 10
8727288 10 27
57 47438948
58 10 7838647
9 8 8 9 10 10 10 7 6 9
7683884463
5545435545
с
у
м
м
а
311
235
222
267
343
235
_Г7Ц
180

Рис. 1
%|
kRn
10j
6
2
0
-2
-6
1
ЮС
1
|Щ
,120_Ш
141
16
К
зЩу
owfc
tfjffe
L.
4
In
X]
ml
1 I
2
r1""j
I
£
42
к
я=юо
kftj
1-X=3mm"
| 2-X=5mm ]
LoJ*17
i
La.
p*f
im
a/
6/
Pec. 2
181

A-A A
Snpitw
iiiiiMi
Рис. З
кРо -I
4 ]
2
О
-2 i
i t »
,2 4
P4-^ it
X1 X0
Рис. 4

t
ZDE
a J^te^
ш-А
'Jl
kFhJ |j= з кРо
I = 3 mm
Рис. 6
183

ПНЕБМОАКУСТИЧЕСЮЙ КОНЕЧНЫЙ ШЮЮЧАТЕЛЬ
А.Н. Шельпяков /СССР/
При создании гибких автоматизированных производств
часто требуется оснащение различных устройств и
приспособлений чувствительными элементами для контроля параметров
технологического процесса, которые в обычном производстве
контролирует человек.
Особенно трудоемка эта задача на подвижных
приспособлениях, например, приспособлениях-спутниках, которые в
процессе обработки перемещаются вместе с деталью вдоль всей
технологической линии. При этом должны контролироваться
правильность базирования детали, усилие зажима ее в
приспособлении.
В этой связи наиболее целесообразно использование
чувствительных элементов с дистанционной передачей сигнала.
Кроме того эти элементы должны работать в тяжелых
эксплуатационных условиях: наличие смазывающе-охлаждающих
жидкостей, стружки, вибраций.
Для указанных целей перспективным является
использование пневмоакустического конечного выключателя ПАКВ [IJ,
схема которого показана на рис.1.
ПАКВ представляет собой пневмоакустический генератор [2J,
состоящий из сопла I и расположенного под углом к его оси
резонатора 2. 3 пространстве между срезом сопла и
резонатором помещается заслонка 3, связанная с подвижным
элементом, положение которого необходимо контролировать. На
расстоянии L от пневмоакустического генератора установлен
акустический приемник 4, выполненный в виде элемента сопло-
сопло с ламинарным режимом течения[з] , а его выход
соединен со струйным элементом 5.
ПАКВ работает следующим образом. Если заслонка 3 не
пересекает поток, идущий от сопла I на резонатор 2, то
мощность акустических колебаний, излучаемых пневмоакустичес-
ким генератором, будет максимальна, при этом в приемнике 4
пропс::о<';:т турбулнзация потока, а сигнал на его выходе Р8
184

будет минимальным. При внедрении заслонки в поток, в
зависимости от ее конфигурации, происходит либо плавное
уменьшение мощности акустических колебаний, излучаемых пневмо-
акустическим генератором, либо их срыв, при этом сигналРб
на выходе приемника 4 возрастает и переключает струйный
элемент 5.
Таким образом ПАКВ позволяет преобразовать перемещение
в акустический сигнал, который может быть передан
дистанционно на приемник, где происходит его преобразование в
пневматический сигнал.
Экспериментальные исследования ПАКВ показали, что
переключение элемента 5 на выходе приемника 4 определяет
положение заслонки с точностью -0,01 мм. При этом заслонка
была выполнена в виде пластинки толщиной 0,15 мм.
Пример использования ПАКВ в приспособлении-спутнике
показан на рис.2. Приспособление I содеркит базирующие
элементы 2 и механизм залсимаЗ детали 4. Для контроля
правильности базирования детали и усилия зажима приспособление
содержит,соответственно, ПАКВ 5 и 6. В ПАКВ 5 в качестве
заслонки используется поверхность самой детали, а в ПАКВ 6
заслонка установлена на упругом элементе прихвата
механизма зажима. Как показано на рис.2, ПАКВ 5 и 6 имеют один
общий приемник 7, который устанавливается на неподвижной
части оборудования. Для питания пневмоакустических
генераторов может быть использована система сопло-сопло 8, к
которой не предъявляются высокие требования по соосности
сопл, так как генератора! слабо чувствительны к изменению
давления питания.
Таким образом ПАКВ может быть использован в тех
случаях, когда необходимо большое количество контрольных
позиций и затруднена проводная связь между чувствительными
элементами и исполнительными механизмами.
Литература
I. А.с. 812379 СССР . Пневматическое устройство для
контроля наличия деталей на рабочей позиции ггои штамповке/
185

Г.П.йсупов, А. Н. Шельпяков, Ю.П.Жалымов. -Опубл. в Б.К.,
1981, № 10.
2. Исупов Г.П., Шельпяков А.Н.Пневматический излучатель
акустических колебаний с угловым расположением резонатора.
-Акустический журнал, 1982, т.ХХУШ, №1, с. 65-68.
3. Дмитриев Б.Н., Градецкий В.Г. Основы
пневмоавтоматики. -М.: Машиностроение, 1973. -328 с.
Рис.1. Схема пневмоакустического конечного выключателя
mm s &Щ&-
Рис.2. Приспособление-спутник, оснащенное ПАКВ
186

СТРУЙНАЯ СИСТЕМ П03ЩИ0ШР0ВАНИЯ В ГОЮТОТВШИКЕ
о.А.Сивов, Б.П.Стоянов (НРБ)
Элементы и устройства пневмоавтоматики,в том числе
струйной техники,все шире используются в робототехнике.Уже
доказана целесообразность применения пневматических систем
для управления позиционированием пневматических
исполнительных органов промышленных манипуляторов и роботов [1].
В данной работе предлагается простое и эффективное
решение струйной системы позиционирования линейного
пневматического двигателя с 6 позициями остановок.На базе
критического анализа установлено /Табл.1/,что для управления
позиционированием пневматических линейных двигателей
оптимальным струйным измерительным принципом является цифрово-
абсолютный с програмным щитом.По сравнению с остальными
принципами он дает возможность добиться наиболее высокого
рабочего быстродействия системы позиционирования,самой
лучшей повторяемости точек позиционирования, высокой
надежности работы, простой реализации системы.
Pfe. рис.1 показана выбранная измерительная схема
системы [4].Здесь использован шестидорожный програмный щит /рис.
1б/,предназначеный для позиционирования линейного
пневматического двигателя с б позициями остановок.Щит прочно
соединен с поршневым штоком 4 и передвигается вместе с ним.
Для воспринимания позиций использована система состоящая
из 6 струйных сенсоров положения 3, смонтированных на
корпусе двигателя l.Ha рис.1в показана програмная пластинка 5.
Передвигаясь,она приводит в действие струйный сенсор в
обоих направлениях движения поршня,причем положение
установления "стоп" находится в сечении А-А.При переходах от
низкого к высокому уровню пластины /от Q к и / сенсором
воспринимается позиция и вырабатывается сигнал для
команды "замедленшйход" ,а при переходах: от высокого к низкому
уровню /от О к С / - сигнал для команды "стоп".Програм-
187

мнуга пластину 5 можно перемещать и Фиксировать в нужном
положении на дорожкам 3.
На рис.2 показана логическая схема соединения
дискретны;-: струйных сенсоров для получения коымандных сигналов
"замедленный ход" и "стоп".Воздух питания получает только
тот сенсор,которому предстоит сработать.Использованы
миниатюрные струйные сенсоры с кольцевым соплом.Когда под
сенсором находится плоскость (X программной пластины /рис.1в/£
логическая схелв еще не задействована .При переходе от
плоскости Q к плоскости О сенсор срабатывает и на его
выходе получается сигнал "Г'Лра= "1"/.Этот сигнал переключает
соответствующий тригер 2 и с помощью ИЛИ-модуля 3 и
усилителе! 4 па выходе Y получается командный сигнал К1 для
перехода пневматического двигателя в режим "замедлегздъи/ход!!
В момент' перехода от плоскости 6 к плоскости С выходной
сигнал сенсора принимает значение "0"Лра = "0"/.Это
приводит к появлению на выходе Z командного сигнала К^ для
остановки поршня.Таким образом один и тот же сенсор выдает
непосредственно командные сигналы "замедленшиход" и "стоп"
Сигнал К2 подается и к системе управления роботом.
На рис.3 приведена схема разработанной струйной системы
позиционирования линейного пневматического двигателя в 6
точках.Принцип действия системы следующий.Система
управления роботом подает к системе позиционирования два
стартовых сигнала: С1 - для движения поршня налево и С2 - для
движения направо.При подаче сигнала С1 или С2 вся
система "нулируется" и вместе с тем переводится в исходное
положение тригеры логической схемы /рис.2/.При этом
прекращается действие тормоза 8,а вентили 2 и 3 открываются.Если
поступает сигнал С1 ,распределитель 1 перемещается в
положение, соответствующее ходу поршня 7 налево с нормальной
рабочей скоростью.Сигнал С1 поступает и на вход
перемещающего регистра Р1 ,который обеспечивает питание воздухом
соответствующего программ сенсора.Когда программная пластина
включает соответствующий сенсор, сначала получается сигнал
к1/согласно рис.2/,которой с помощью логического элемента
115 и тригера 18 приводит к закрытию вентиля 2.Рабочая
жидкость начинает вытекать из цилиндра 6 через дроссель^, в ре-
188

зультате чего начинается "замедленный ход" поршня
7.Следующий сигнал поступающий от сенсорнойсистемы К2
переключает тригер 20 и усилитель 14 подает сигнал для включения
тормоза 8.Величины давления с обоих сторон поршня 7
выравниваются, тормоз включен и поршен останавливается. Сигнал V.I
поступает и к системе управления роботом для прекращения
подачи сигнала С1.Поршень остается неподвижным до
поступления нового сигнала С1 или CZ от системы упрашшния
роботом. Команда С2 приводит в действие последовательно
регистр I?2 ,распределитель 1,И-элемент 16,тригерп 18,19 и
20,вентиль 3,дроссель 5 и тормоз 8.Логическая схема
реализована с помощью струйных логических элементов и модулей.
При лабораторных испытаниях струйная система
позиционирования показала удовлетворительные
точность,быстродействие,повторяемость и пздс/люсть работы.Рассматриваемая
система позиционирования обладает существенные преимущества
по сравнению с существующими аналогичными пневматическими
системами.Она может найти применение при разработке
пневматических и гидравлических промышленных роботов и
особенно при конструировании специализированны;, мапнпуляционннх
модулей для гибких автоматизированных систем.
Литература
^jyakacsJl#,F.Horvath, Lagepositionierung von pneumati-
sclien Linearantrieben, 2nd Meetung on Industrial Robot,
Szeged,Ungaxn,^6-28.06.1У79.
2.Varneke,II» J. ,R. ScliraTt, Industricroboter, Krauskopf-
Verlac,1>79.
3.Elek,J#, Pneumatisch gestcuerte Manipulatoren, zmsr,
N5,1978.
4.Сивов Ф.А. Система за позициониране на ппевматичнп и
хиДравлични силови цпливдри на промишлени манппулатори и
роботи.НТ конференция "Роботи '79",29-31 маП,1979,Стара
Загора.
189

Оценка возможностей струйной техники для управления
позиционированием
|\ принцип
\. измере-
X. ния
крите- \^
Ьии срав- X.
рения и весо^\
вой коэсйициентХ
рабочая'
точность

быстродействие системы
повторяемость
позиций
надежность
работы
простота
реализации
простота по
сравнению с
электроникой
поддержка
румм а:
5
5
5
5
4
2
2,
пневматического
цифро-


солютный с
код.
машта-
бом
10
5
10
10
3
2
5
201
цифро-
во-аб-
солют-
ный с
прог-
рамным
щитом
9
10
10
10
10
10
10
^275
двигателя
цифро-
во-от-
носи-
тель-
ный
5
5
5
0
4
4
5
109
анало-
гово-
абсо-
лютный
5
2
5
10
0
2
5
124
Табл.1
анало-
гово-
относи-
тель-
ный
5
2
5
10
1
2
5
128 1
ч?^^
h
1 ®ч2 з ©
5 л&
Рис. 1
190

i Jb -ii ~& Jh -ft Jfo \i
1 dUdanUfiiri^nU
Рис.2
Ш* D3t9 [Ко]
Г l1 1 _
Рис. 3

струйная пневмаияеская систжа позиционирования
электрода при лвтсштитаской сварке
И.И.Красилыцйков,А.С.Литвак,В.П.Маланин,А.М.Касимов
/СССР/
Анализ причин появления дефектов в сварных
соединениях, выполненных автоматической сваркой, позволяет сделать
вывод, что основными дефектами являются шлаковые
включения; наружные дефекты и поры встречаются значительно реже
(до 20 % от общего количества дефектов).
Современное сварочное оборудование, применяемое на
заводах, обеспечивает достаточную стабильность параметров
процессов сварки* Дефекты, в основном шлаковые
включения, образуются из-за неточного направления электрода
относительно свариваемого стыка и при переходе с валика на
валик цри многоцроходной сварке*
Для позиционирования электрода при автоматической
сварке в Пензенском инженерно-строительном институте
разработана и успешно внедрена в технологические процессы
автоматической сварки струйная пневматическая система.
Основными положительными отличиями этой системы от
большого разнообразия существующих систем являются:
- бесконтактность слежения;
- инвариантность к материалу свариваемых деталей;
- нечувствительность к магнитным полям;
- нечувствительность к тепловому излучению сварочной
дуги»
При этом система, цри высокой точности слежения,
выполняет следующие функции:
- поиск стыка и установку электрода в исходное
положение;
- направление электрода по свариваемому стыку;
- поддержание заданного расстояния электрода от
поверхности свариваемой детали.
Принцип работы основного варианта устройства
заключается в том, что сигналы струйных датчиков, определяющие
расстояние до поверхности детали и положение относительно
192 .

кромки свариваемого стыка, поступают в логическую часть
устройства, где формируются командные сигналы на
срабатывание исполнительных устройств вертикального и
горизонтального перемещения сварочной головки. При этом
горизонтальное перемещение головки возможно лишь при
определенном (заданном) расстоянии головки от поверхности
свариваемой детали. Из условий повышения точности
позиционирования электрода датчики располагаются на минимально
возможном расстоянии от электрода.
При автоматической сварке под флюсом это расстояние
определяется как конструктивными особенностями сварочной
головки и датчика, так и влиянием исходящего из сопла
датчика потока на состояние флюсовой защиты. Опыт
эксплуатации показал, что расстояние датчика от электрода 35 *
50 мм вполне достаточно для обеспечения необходимой
точности позиционирования электрода и сохранения флюсовой
защиты.
Использование струйных систем для позиционирования
электрода при автоматической сварке в среде защитных
газов выдвигает требование сохранения газовой защиты при
совместной работе со струйными датчиками.
На рисунке I показано поле скоростей растекающегося
потока, выходящего из сопла датчика при сварке нахлесточ-
ного соединения и давлении питания датчика 10, 30, 50 и
70 кПа. Условия сохранения газовой защиты электрода
допускают движение воздуха со скоростью не более 0,3 м/с.
На рисунке 2 изображены характеристики датчиков
положения кромки свариваемого стыка при различных давлениях
питания. Анализ этих характеристик показывает, что
избежать разрушения газовой защиты возможно либо уменьшением
давления питания датчиков, либо созданием цреграды между
датчиком и электродом. Проведенные исследования датчиков
малых энергий показали принципиальную возможность их
работы в системах позиционирования электрода, однако это
ведет к усложнению пороговых устройств и к уменьшению
надежности работы системы.
Наиболее эффективным средством сохранения газовой за-
193

щиты явилась воздушная завеса, отражающая поток,
исходящий из сопла датчика*
Применение такого типа защиты позволило успешно ис- -
пользовать струйные системы позиционирования цри
автоматической сварке в среде защитных газов. Применение
струйных датчиков для позиционирования электрода,
определяющих положение электрода по кромке свариваемого стыка,
накладывает определенные требования на состояние самой
кромки и наличие различного вида прихваток, необходимых
цри предварительной сборке свариваемого изделия» И если
состояние кромки (отсутствие значительной величины
забоин, раковин и других повреждений) может быть
регламентировано техническими условиями, то прихватки должны
распознаваться следящими органами системы и не оказывать
влияния на ведение электрода по стыку.
С этой целью вводится дополнительный датчик, сигнал
которого, появляющийся цри наличии црихватки на пути
электрода, блокирует работу исполнительных органов
горизонтального перемещения головки на время прохождения
црихватки, а затем вновь включает в действие основную
систему слежения.
Промышленное использование струйных пневматических
систем позиционирования электрода при автоматической
сварке в технологических процессах сварки энергетического
оборудования атомных электростанций, узлов грузовых
вагонов, труб большого диаметра и т.д. позволило значительно
повысить качество сварных соединений, производительность
оборудования и улучшить условия труда сварщиков.
194

Кромка берхнего листа нахлестки
///////////
&
Щ % приРпит. -ШкПа.
[Рбш(мм6адст;
£6С&
Положение струимого
. <7ал7с/о/га
/У///////////////
Puc.i
f— V ii у ^У—te ^/-«^X
195

OBJEEPERKEMUNGSSYSOTEM MIT FLUIDISCHEM ULTRASCHALL-
SENSOR
D«Schrepel, A.Schwarz, R.Schumann, M.Rockstroh QDDR)
Einleltung
Fiir die ProzeBmeB- und Robotertechnik slnd beruhrungs-
los arbeitende Sensoren erforderlich, die zur Erkennung
der Anwesenheit, der Lage und der Form von Objekten ge-
eignet sind» Unter den fluidischen Sensoren, die sich
durch Robustheit, kleine Bauweise und Elnfachheit aus-
zeichnen9 nimmt der Ultraschallsensor eine Sonderstel-
lung ein« Bei kleiner fluidischer Versorgungsleistung
werden fur Schrankenanordnungen zwischen Sender und Emp-
fanger Reichweiten von elnlgen Metern und fur Reflexan-
ordnungen Abstande zwischen Sensor und Objekt von einigen
100 Millimetern erreicht. Im Beitrag wird gezeigt, da£
durch Auswertung des Sensorausgangssignals in einem Mikro-
rechner Merkmale der Objekte erkannt und bewertet werden
konnen. Dadurch galingt die Elassifizierung der Objekte
und die Bildung von Steuersignalen z»B* fur einen Indu-
strieroboter*
Ultraschallsensor
Bei den Untersuchungen wird eln pneumatischer
Ultraschallsensor nach Bild 1 verwendet* Er besteht aus dem
pneumatischen Ultraschall-Sender 11 mit Parabolreflektozr
und dem pneumatischen Ultras с hall-Empfanger 12 mit Schall-
trichter# Ber Sender 1st ein Gasstrom-Schwinggenerator mit
Duse 13 und Resonator 14« Der Empfanger enthalt ein Strahl-
element mit Laminarkanal 15 und Fangkanal 16* Der vom
Sender erzeugte Ultraschall hat bei einer Frequenz von ca«
100 kHz eine Intensitat von etwa 1 mW/cm (gemessen bei
ein em axial en Abstand x = 25 mm vom Sender). Entsprechend
der Intensitat des vom Objekt reflektierten Ultraschalls
verrlngert sich der Ausgangsdruck auf Werte Pj^AmnV^? *&*•
196

Ob a ekterkenn ungssyst em
Objekte, die entsprecbend Bild 1 im Abstand z in der y-
Richtung am Sensor vorbeibenegt werden, ergeben
entsprecbend ihrer GroBe und Form Jewells einen cbarakteristi-
scben Ausgangssignalverlauf p* = f(y), vgl. Bllder 2 and 3-
So zeigt Bild 2 den BinfluB des Durchmessers d verscbiede-
ner zylindriscber Objekte, vgl* [1]« Aus Bild 3 ist zu
entnebmen, wie sicb eine Bobrung oder ein Scblitz in Ob-
jekten mit ebener Oberflacbe auf den Ausgangssignalverlauf
p. = f (у) auswirken* Zur Bestimmung der Objekte wird in
ein em Mikrorecbner mit Analog-Digital-handler (ADC im
Bild 1) der Ausgangssignalverlauf pA = f (y) nacb den im
Bild 4 angegebenen cbarakteristiscben Kurvenmerkmalen c.
wie ELache, Kurvenlange usw# ausgewertet* Die aus dem
Signal verlauf berecbneten Merkmale werden mit vorber einge-
lernten iteferenzmerkmalen c^. verglicben. Bin unbekanntes
Objekt wird derjenigen KLasse zugeordnet, bei der die
Entscbeidungsfunktion
e1 = г£2 / с - cp / = min
ifk R
erfiillt ist [2]. Das Objekterkennungssystem wurde zur
Identifikation von 15 unterscbiedlicben Objekten anband
von 9 Merkmalen ausgelegt und erprobt. Objekte mit eineг
Mindestbreite von 5 mm werden erkannt* Zur Unterscbeldung
der GroBe gleichartiger Objekte sind Dlfferenzen In den
Abmessungen (z*B. Breite, Durcbmesser) von - 295 mm
notwendig*
Literatur
1. Eockstrob M.f Scbwarz A. f Scbrepel D., Vesnikov V.B*
EinfluB der Objektform auf den Ausgangssignalverlauf pneu-
matiscber Sensoren. - 6# Eacbtagung Hydraulik und Fneuma-
tik, Magdeburg v, 5» bis 6# Nov. 1985.
2* Bretscbi J. Intelligente Mefisysteme zur Automatisie-
rung tecbniscber Prozesse. - Muncben, Wlenx Oldenbourg,
1979.
197

дм 1
Objettertennungssystem rnit fluidischem Ultroschallsensor
1 Rutiischer UltmschoUsensor FUS 100 . 2 Qbjekr 3 Trons^enricMung 4- .Weq-
oufnehmef, 5 Dntckaufnshmer, 6 MiicroHechnersystem, 7 Tbstoiur, 8 Locnsireiftfi-
ieser,9 Gspby, 10 xy- Recorder 11 ultrqschQtlsender 12 UttraschaUempfonger,
13 Duse, 14- Resonator, 15 Laminarkhnal. 16 Fongtonol
_. d
Ml
I
I
+■+
X-50mm
20
30
40
у шиш
-30 -20 -10 0 10
«BllO^-Ausgangsdruck i^des UltraschaUsensors bei lateraler Ifcrschiebung у zylindrischer
Objette (senkrechte Lage) mrt verschiedenem Durchmesser d
198

AusganosdrucK ^ des Ultraschallsensors bei lateraler Vferschiebung у ebener ObjeMe
ohne Ofmunq mit Schlitz und mit Bohrunq
Schwellwert
SWO
SW1
SW2
Breite = Querschnitt be» 5W 0
^Breite» Querschnitt bei 5VM
v«y>
Maximal-
hdhe
^Querschnitt bei 5W 2
Bild k-' Schema zur Ermittlung der Nerkmale aus dem Signalverlouf des fluidischen
Ultraschallsensors '
199

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ПНЕВМАТИЧЕСКОЙ А1ШАРА1УШ
УПРАВЛЕНИЯ И РЕГУЛИРОВАНИЯ РЕЖИМОВ СИСТЕМ ЖЕЛЕЗНО-^-
ДОРОЖНЫХ ТРАНСПОРГНЫХ СРЕДСТВ
М.К.Григорянц, В.Н.Кашников, В.И.Кореневский,
А.В.Охотников /СССР/
Целесообразность применения пневмоавтоматики для
создания устройств управления режимами работы систем
локомотивов и вагонов определяется возрастающими требованиями к
их надежности для сохранности грузов, комфорта пассажиров
и безопасности движения.
Рассматриваются, результаты практической реализации:
I - устройств управления, тормозной силой локомотивов и
вагонов; 2 - системы регулирования величин направляющих
усилий в экипаже локомотива; 3 - системы регулирования,
температура в изотермическом вагоне а криогенной системой
охлаждения.
1. Разработан воздухораспределитель, в котором
использованы электропневматические преобразователи, мембранно-
клапанные усилители мощности и струйные элементы [l,2J .
Конструирование; распределителя произведено с учетом
требований, описанных в £ 3,4J . Для регулирования одного из
режимов работы управляющего устройства тормоза - крана
машиниста - создан вихревой стабилизатор давления воздуха £ б].
2. Система регулирования величины, направляющих усилий
в экипажа локомотива обеспечивает облегченнее вписывания:
локомотива в кривые участки пути- Входными сигналами
системы являются значения углов.оС поворота тележек
относительно кузова и рамные усилия F /рис.1/. Преобразованные с
помощью датчиков ДоСиД^ входные сигналы обрабатываются
блоком логики БЛ, а управляющие воздействия реализуются с
помощью усилителей мощности УМ исполнительными органами ИО.
3 блоке логики использованы струйные элементы системы
"Волга" типов СТ44, СТ43 и CT4I, которые собраны в блоке
монтажном типа CTI95. В качестве дискретных преобразователе?
датчиков применены конечные выключатели типа CTI44,
собранные в пакет с одной заслонкой, которая кинематически
200

связана с кузовом экипажа /рис.2/
3. даухпозиционная система автоматического
регулирования температуры газовой среды и груза в вагоне
обеспечивает снижение температуры за счет впрыска сжшкенного азота
в грузовую камеру [6J . Система содержит серийные
элементы пневмоавтоматики и специализированные криогенные
устройства /рис.3/.
Общим в работе названных систем является то, что
процессы управления, несмотря на дискретный характер
операций, реализующих собственно функции управления, являются
по свое# природе непрерывными процессами. Поэтому для
описания таких систем применено понятие стадии процесса
управления. При этом под стадией понимается промежуток
времени, в течение которого набор элементов алфавита
состояний автомата устойчив, величина промежутка времени
определяется динамическими параметрами процесса управления.
Такой автомат эквивалентен автомату с классическим
определением элементов алфавита состояний [7] .
Системы показали высокую надежность работы в составе
транспортных средств при наличии различных
дестабилизирующих факторов.
Литература
1. А.с. № 895763 /СССР/. Электровоздухораспределитель
электропневматического тормоза. /Д.Э.Карминский, В.И.Коре-
невский, А.В*Охотников. - Опубл. в Б.И., 1982, № I,
2. А.с, № 895766 /СССР/. Зарядное устройство тормоза/
Д.Э.Карминский, В.И.Кореневский, А.В.Охотников. - Опубл.
в Ь.И., I982, № I.
3. В.И.Кореневский, А.В.Охотников. Конструктивные
решения струйных распределительных и управляющих устройств
пневматического тормоза. - В межвуз. тематич. сб.:
Повышение эксплуатационной надежности локомотивов и улучшение их
использования. /РШТ, вып. 165/. - Ростов-на-Доту, 1982.
4. В.И.Кореневский, А.В.Охотников. Струйное управляющее
устройство тормозного распределителя. - В кн.:
Автоматизация технологических процессов на базе устройств
пневмоавтоматики. Тезисы докл. к обл. семинару /Пенза, 1983/
201

5. А.с. № II3I7I3 /СССР/. Устройство ликвидации
сверхзарядки тормозной магистрали поезда / З.И.Кореневский,
А.3.Охотников, З.Ф.Нсенцев, А.М.Касимов. - Опубл. в Б.И.
1984, № 4В.
6. Г.Н.Шпилев. Технические требования и конструктивные
особенности макетного образца изотермического вагона,
охлаждаемого жидким азотом. - 3 межвуз. сб.: Зопросы
рационального использования вагонов и обеспечения сохранности
грузов /НИИЖТ, 1980/. - Новосибирск, 1980.
7. М.З.Моисеев. Опыт проектирования струйных
дискретных управляющих устройств периодическими процессами. -
3 кн.: Пневмоавтоматика. Тезисы докладов ХЕУ Зсесоюзного
совещания /Новочеркасск, 1982/. - М.:Наука, 1982.
202

F
~\
Д*
AF
6/7 H
УМ
VAho
, —I—I
3W/MKL-
Puc. 4.
Рис.2.
£
КУПЗЧ
£>
<-н
НУЛЗ-t
firm/
ш
ь>
ГНЮ6
лзон./
ИМ'ЪА
Л&-
ш
ВКП6
'НУГНН
щ
ВНП6
П30Н.1
Рис. 3.
203

ПНЕВМАТИЧЕСКИЙ МЕТОД ИЗМЕРЕНИЯ УРОВНЯ ЖИДКОСТИ
В.П. Тимофеев и В.Г. Шолохов /СССР/
В программе ускоренного развития научно-технического
прогресса в стране значительное внимание уделяется в
различных областях промышленности и народного хозяйства
простым и надежным средствам контроля и регулирования
уровня жидкостей, позволяющим полностью автоматизировать
сбор информации и управление конечными процессами.
Авторами в течение ряда лет ведется поиск оптимальных
конструктивных и технологических средств измерения
уровня жидкостей, удовлетворяюв;их основным требованиям:
точности, надежности, простоте и низкой стоимости fl,2,3j.
Предлагаемый авторами метод измерения уровня жидкости
основан на принципе определения давления газа,
введенного дозированной массой в контролируемый резервуар с
жидкостью, и последующего вычисления величины уровня
(объема) жидкости, исходя из известного уравнения состояния
газов.
Поясним существо разработанного метода на примере
измерения уровня жидкости в открытом резервуаре ( см.
рис.1)
1
ы±
из-
I
щ
204

измерительная трубка I погружена в резервуар 2 с жил-
костьг) и нормально сообщена с атмосферой.
В камере 4 (постоянного объема Vi ) при помощи задат-
чика 5 создается давление газа р1 , что позволяет
описать газовое состояние в камере для массы ГП уравнением
РД-^ЙТ, (1)
где т- масса газа;
р1 - давление газа в камере; .
\/1 - объем кшеры;
у - молекулярный вес газа^
R - универсальная газовая постоянная;
' - абсолютная температура.
Когда в измерительную трубку под действием
управляющего импульса через клапан 3 подается порция сжатого
газа из камеры 4 постоянного объема Vt , то под действием
давления газа уровень жидкости в измерительной трубке,
(равный в исходном состоянии уровню в контролируемом
резервуаре), понижается и состояние газа в системе
определится соотношением
Pifa*V.)»jMT. (2)
где\4- газовый объем измерительной трубки;
Pz ~ давление в измерительной трубке после подачи дозы
газа.
Если пренебречь объемом соединительных коммуникаций,
то объем V2 =5' L, (3)
где S- площадь поперечного сечения канала измерительной
трубки;
L - высота газового объема в измерительной трубке.
На рис, видно, что:
L-H+L. (4)
где М- значение уровня в контролируемом резервуаре;
£ - величина понижения уровня в измерительной трубке
по сравнению с уровнем в резервуаре, которая
определяется давлением и свойством жидкости по формуле:
£05

где у - удельный вес жидкости.
Учитывая, что как до подачи газа в измерительную
трубку так и после подачи, мы имеем дело с одной и той же
массой газа, то можно приравнять друг другу левые части
равенств (I) и (2)
PiV,-Pkfa+V*). (6)
Подставляя значение V^ из формул (3),00, получим
р.№*^н+-^]»рл{. (7)
Отсюда значение уровня Н выразится в виде:
«-+№)--$-• <»
Как показано на рис* определение текущего значения
уровня Л осуществляется при помощи вычислительных
блоков 6,7,8 и 9, реализующих соответствующие операции:
"р ; -нвг- 1Х-^~ ; суммирования.
Сигнал с выхода блока 9 пропорционален
контролируемому уровню Н .
Допущенное выше упрощение в части оценки \lz как
свободного (газового) объема измерительной трубки может
быть скомпенсировано значением неучтенного объема
полостей соединительных коммуникаций. Последний может быть
вычислен заранее и введен в выходной сигнал уровня как
дополнительная коррекция»
Может быть предусмотрена такке коррекция по изменению
температуры и плотности контролируемой жидкости.
Таким образом, предлагаемый пневматический метод
измерения уровня жидкости в открытых сосудах, резервуарах
и т.п. позволяет с заданной точностью определять уровень
жидкости введением в измерительную трубку, которая
установлена открытым концом в резервуаре, дозированной массы .
ГП сжатого газа из камеры постоянного объема У* с
последующим измерением давления р2 газа в системе трубка-
камера и осуществлением вышеописанных вычислительных
операций. Последние осуществляются с помощью известных
206

вычислительных устройств. При этом независимо от
измеряемого диапазона уровня можно обходиться сравнительно
небольшой дозированной массой сжатого газа.
Так как предлагаемый метод по существу обеспечивает
бесконтактное измерение уровня жидкости, то он является
инвариантным по отношению' к контролируемым жидкостям:
агрессивным, пожароопасным и т.д.
Метод разработан для открытых резервуаров, однако
имеется принципиальная возможность использовать его и
для закрытых емкостей (сосудов, бункеров, баков и т.п.).
Тогда дозированная масса газа вводится не в
измерительную трубку, а непосредственно в емкость, но при этом
уровень в сосуде определяется не соотношением (7), а
подобным соотношением, в котором отсутствует второе
слагаемое в правой части равенства (7).
Литература
1. В.П. Тимофеев, I.E. Теслер.О некоторых современных
зарубежных разработках средств измерения уровня воды и
жидких осадков.- "Труды ГГИИ,Л., Гидрометеоиздат, 1969,
вып.168, с.144-153.
2. В.П. Тимофеев. О некоторых возможностях применения
математических моделей для исследования колебаний в
измерительных трубках гидростатических уровнемеров с
принудительным уравновешиванием.- "Труды ГГИ", Л.,
Гидрометеоиздат, 1978, вып. 235, с.29-37.
3. А.с. 972235, Гидростатический уровнемер. / В.П.
Тимофеев, В .Г. Шолохов Л- Опубл. в БИ;1982, № 41.
207

АВТОМАТИЧЕСКИЕ МАНИПУЛЯТОРЫ ДЛЯ ПНШОКОШРЕССИИ
И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ В ЛЕЧЕБНЫХ И ПРОФИЛАКТИЧЕСКИХ ЦЕЛЯХ
Б.С. Шкрабов, Б.Ч. Кисин /СССР/
Ранее сообщалось о разработке пневматических
массажеров - автоматических манипуляторов для пневмокомпрес-
сии (АМПК) на базе аппаратуры "ЦИКЛ", реализующих законы
"бегущей" и "нарастающей" волны, а также об их применении
для лечения посттравматических отеков [l].
Дальнейшее продолжение этих работ развертывалось в
направлении совершенствования аппаратуры, реализации и
исследовании новых законов пневмокомпрессии, а также
расширения областей ее применения. Ниже описаны основные
результаты, полученные в ходе выполнения этой работы.
Прежде всего были реализованы и испытаны электронные
управляющие блоки с ьыхидом на электропневмоклапаны типа П1ПР.5.
Удобство эксплуатации, заключающееся в простоте
переключения режимов и наличии наглядной индикации, привлекает
потребителей. Однако, малое проходное сечение электро-
пневмоклапанов П1ПР.5 вызывает сильное расхождение между
заданным командным блоком временем воздействия давления и
фактическим при длительности импульса 15 сек и менее»
Технические решения в этих аппаратах являются известными,
из особенностей данной реализации следует упомянуть
охлаждение мощных выходных транзисторов выхлопом из
атмосферных отверстий электропневмоклапанов.
Был реализован и испытан также струйный аппарат,
построенный на элементах СТ-55 системы "Волга". Этот блок
по своим функциональным возможностям, правда, при больших
габаритах и шуме, соответствуют электронным, но превосхо-
208

дит их по фактическому быстродействию за счет большего
проходного сечений выходных элементов РУП-1.
В указанных выше АШК, впрочем и в разработанном
ранее струйно-мембранном аппарате, был реализован и
испытан предложенный авторами режим-"двойная бегущая
волна".
Алгоритм этого режима коротко может быть сформулирован
так, что при подаче давления в каадую четную или
нечетную секцию сбрасывается давление в предыдущей четной или
нечетной секции соответственно. Благодаря такому
алгоритму сохраняется направленное действие пневмомассажа от
периферии к центру, но исключается долгое сжатие
конечностей ъ периферийных секциях. Использование указанного
режима позволяет поднять границу действующего давления,
исключить паузу можду циклами и в ряде случаев повысить
эффективность процедуры.
Следует отметить, что универсальные аппараты с
различными законами воздействия отличаются сложностью схем,
конструкций и обслуживания. Например, электронный АШК,
выполненный на базе микропроцессора, позволяет создавать
любые последовательности из трех указанных законов длиной
до 99 циклов с широкими временными интервалами. Однако,
как показала практика, управление такими универсальными
аппаратами представляет некоторую сложность для медсестер,
обычно проводящих подобные процедуры, а самое главное,
как показывает накопленный нами опыт, такая
универсальность требуется только на этапе проведения
научно-исследовательских работ по выбору режимов.
С целью упрощения конструкции и обслуживания АШК бы?
разработан, исследован и испытан пневматический аппарат с
последовательным заполнением секций через регулируемые
дроссели. Такой аппарат может рассматриваться как
адаптивный генератор колебаний с независимым регулированием
длительности импульса и паузы. Адаптивность обеспечивается
использованием объема секций манжеты в качестве емкости
генератора, при этом пауза поступает только после достиже-
Zui

ния заданного давления в последней секции. Другим
преимуществом данного аппарата является возможность
создания градиента давления от периферии в центру при наличии
только одного источника питания. Этот режим получил
название "градиент".
Проведенные с участием авторов исследования по
сравнению различных законов воздействия с помощью реографии
(учета изменения объема конечности) и косвенных методов
измерения кровотока показали наибольшую эффективность в
снятии отеков "нарастающей" волны с постоянным значением
амплитуды [2] и с уменьшающимся значением,
т.е.^градиента". Необходимо отметить сложность проведения подобных
сравнительных экспериментов, обусловленную
индивидуальными особенностями пациентов и их заболеваний,
трудностями измерений и т.пв
Наш опыт показал, что построение блоков управления
АМПК возможно на базе различных технических средств, и
основные сложности в создании аппаратов лежат в
разработке более удобных и простых конструкций самих
блоков,манжет и компрессоров, а также в выявлении наиболее
эффективных режимов, для различных областей применения.
Наряду с научно-исследовательским!-! работами по
созданию аппаратов, в I98I-I985 гг. проводилась лечебная и
лечебно-профилактическая работа с использованием
разработанных -Ш1К. Все статистические данные проводятся на
31.12.84г.
В травматологии пневмокомпрессия применялась при
лечении 80 больных, при этом у 75% больных отмечалось
выздоровление, отсутствие отека и болей, улучшение
функции суставов.
Была также начата работа по профилактике тромбоза
глубоких вен конечностей у пациентов с острым нарушением
мозгового кровообращения (инсульт). Курс был проведен
50 больным. Отмечалось улучшение венозного оттока и
улучшение реологических свойств крови, которые способствуют
ликвидации претромботического состояния.
В институте хирургии имени А.В. Вишневского АМН СССР
проводилось лечение больных с пимфедемой (отеком) нижних
210

конечностей, связанной с заболеваниями сосудов. Всего
лечение было проведено 56 больным» Процент уменьшения
отека по объему - от 50% до 15%.
Поскольку практически все больные отмечали
облегчение и уменьшение болей в ногах после принятия процедур,
возникло предложение использовать пнев1.;окомпрсссию для
снятия усталости и профилактики отеков ног у
людей,работающих стоя (ткачихи, станочники, продавцы и т.д.).
Такая работа была начата на базе Московского
производственного коврового объединения, где в цехе организован
специальный медикопрошилактический кабинет и установлены
два аппарата. Работницы принимают сеансы пневмокомпрессии
длительностью 20 мин, причем серия процедур состоит из
10-15 сеансов и должна повторяться 2-5 раза в год.
Первые результаты применения пневмокомпрессии у 65
работников комбината являются положительными.
Проведенные разработки и исследования позволяют
сделать вывод о перспективности применения пневмокомпрессии
для лечения и профилактики целого ряда заболеваний. В
наатоящее время продолжаются работы по выбору
оптимальных режимов пневмокомпрессии и расширению областей её
рационального применения.
Литература
1. Иммамалиев АвС. и др. Пневматические массазсры и их
применение в травматологии и ортопедии. В сбв
"Пневмоавтоматика. Тезисы докладов Х1У Всесоюзного
совещания". - Мв Наука, 1982.
2. Авторское свидетельство СССР й 1090390 (БИ Ш 17,1984).
211

ПНЕВМАТИЧЕСКАЯ ДЕМПФИРУЮЩАЯ СИСТЕМА ДНЯ
ВИБРОЧУВСТВИТЕЛЬНЫХ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ
Др.КАПОШВАРИ ЗОЛТАН Будапештский политехнический
Др. СЕЛ ЭНДРЕ институт
Ведение
В многочисленных отраслях науки и техники
употребляются высокоточные производственные и измерительные
устройства, которые вследствие их работы и назначения
приходится изолировать от внешних (иногда внутренних)
механических влияний (вибраций). Вышеуказанные повышенные
требования имеются при применении оптических, голографи-
ческих и лазерных систем, спектографов,
микроскопов,аналитических весов, вообще виброчувствительных
производственных и измерительных устройств. В последнее время во
многих фазах технологии микроэлектроники требуется
изоляция. В докладе рассмотрены определенные окружающей
средой и производственным (измерительным) устройством
требования к демпфирующей системе. В связи с разработанной
авторами примененной в практике демпфирующей
сиетемой,представлены возможности решения данных проблем с помощью
пассивных и активных пневматических демпфирующих систем.
Возбуждающие вибрации, условия эксплуатации
При выборе места установления виброчувствительных
высокоточных производственных и измерительных устройств,
свободная от вибрации окружающая среда является решающим
фактором. Ввиду того, что выбор места заводов, фабрик,
предприятий и т.д. считается результатом сложных
технических, экономических, политических соображений,
обеспечивать свободные от вибрации условия - несмотря на
исключительные ситуации - невозможно. Заводы построены чаще все-
212

го в городах, где происходящие от городского
микросейсмического шума возбуждающие вибрации мешают работе
упомянутых устройств.
Для конструкции демпфирующей системы, как качественные
и количественные характеристики возбуждения (входные
сигналы), так и допустимые влияния на виброчувствительное
устройство (выходные сигналы), должны быть известными.
За недостатком других надежных данных, по нашим
соображениям, степень возбуждения может быть сверху ограничена
переносимыми человеком и зданием значениями (рис. 1.).
Сильно чувствительную для человеческого организма
амплитуду кривая I , а наносящую небольшой ущерб зданию
амплитуду кривая 2 показывают в зависимости от частоты
(рис. 1.) [i]. При исследовании и разработке системы,
верхним пределом возбуждения считались эти зависимости.
Ввиду того, что относящиеся к демпфирующим свойствам
системы количественные требования предварительно не были
известны, поэтому были приняты во внимание опубликованные
амплитудно-частотные характеристики похожих заграничных
устройств. В качестве примера на рис. 2. показаны
характеристики при разных нагрузках, разработанные, французской
фирмой micro-controle демпфирующего устройства ranawx95.
Пневматические демпфирующие системы
В области высокоточных производственных и
измерительных устройств употребляются пневматические демпфирующие
системы. В зависимости от спектра возбуждения,
требований к демпфированию, оценки условий, могут быть
применены активные и пассивные демпфирующие элементы.
Принципиальная схема пневматического активного
демпфирующего элемента показана на рис. 3.
Целью применения демпфирующего элемента является
затухание влияния u(t) внешнего и P(t) внутреннего возбуждающих
213

(входных) сигналов, иначе говоря, содержание значения
X(t) демпфируемого (выходного)сигнала должно быть в
определенном диапазоне.
Демпфирующий элемент представляет собой работающую по
принципу компенсации сил пневматическую регулирующую
систему, в которой при установившемся состоянии,
происходящая из действующего на площадь поршня(мембраны)d
давления рх сила и весовая сила демпфируемой массы m находятся
в равновесии. При прекращении равновесия сил массат
сдвинется из определенного геометрией конструкции основного
положения, в результате этого, под влиянием
осуществляющего обратную связь плеча 1, клапан s с
давлением питания р^ , через сопротивление Rx изменяет давление
камеры Cjf т.е. действующую на поршень (мембрану) силу и
одновременно движет демпфируемую массу по напрвлению
основного положения.
Демпфирующие свойства системы, между прочим,
определены накопителями энергии, состоящие из сопротивлений ^ и
Rg , также емкостей С^ и С2« В данном случае демпфирующее
устройство работает в активном режиме.
Если настройкой r^ooeuih выключением плеча 1 обратная
связь прекращается, демпфирующее устройство работает в
пассивном режиме.
Нашей задачей является реализация передаточной функции
по вышеуказанным требованиям.
Для подпора демпфируемой массы m обычно применяются
три или четыре демпфирущих устройства. В случае активной
системы с тремя подпорами, каждое демпфирующее устройство
- активное. Активная система с четырьмя подпорами состоит
214

из трех активных и одного пассивного демпфирующих
устройств, в которой камера С]- пассивного устройства
соединена с камерой С-^ одного из активных устройств.
Работа одного активного демпфирующего устройства
приблизительно описывается следующим дифференциальным
уравнением:
nH?+ caf+ ** + G Ixdt = сат+ ku + G fudt + p/t/
m-
dt'
где: m - демпфируемая масса
с - коэффициент затухания
к - жесткость поршня (воздуха)
G - коэффициент усиления клапана s
Р - возбуждающая сила (входной сигнал)
и - возбуждающее передвижение (входной сигнал)
х - демпфируемое передвижение (выходной сигнал)
С помощью преобразования дифференциального уравнения по
Лапласу получим показанную на рис. 4. блок-схелцу, по
которой переходные функции примут следующие виды:
y /<*/ х/з/ 1 + ?а/са+к/ (при возбуждении
VB/ = Wi7 = ! + 1 a/m^+csk/ передвижением)
и-
Yp/s/ = Ъ'Л/ = ( при возбуждении
• 1 + £ s/ms2+ csk/ CIW0ft)
Теоретическими вопросами демпфирующей системы
занимается литература К\ •

Выполненная конструкция базирована на мембранах,
В течение лабораторных испытаний было определено
несколько тысяч измерительных данных. С целью сопоставления
результатов с представленными на рис, 2.
характеристиками, в качестве примера на рис. 5, показано несколько из
полученных характеристик.
Анализ измерительных данных доказал, что
отечественной демпфирующей системой, созданной в результате
исследований, похожие устройства, доставаемые до сих пор
только из капиталистических! стран, могут быть заменены.
Литература
1. Major, S.: Gep- es turbinaalapok szamitasa es
tervezese. - MUszaki Kbnyvkiado, Budapest, 1956.
2. Dr. Vertes, G.: Epitmenyek dinamikaja. -
MUszaki Kbnyvkiado, Budapest, 1976.
3. Makhult, M.: Gepalapok rezgestani meretezese. -
KGM MUszaki Tajekoztato es Propaganda Intezet, Budapest,
1962*
4. Harris, C; Cred, C.E.: Shock and Vibration
Handbook» - Mc Graw-Hill, New-York, 1961.
5. Dr. Huba, A.; Dr. Szasz, G.: Rendszertechnikai
modell aktiv pneumatikus rezg^scsillapito tervezesehez.-
Finommechanika-Mikrotechnika, 1983. december.
216

II \ч\у
\s(\Y
1 УЧИ
гттт—ггг
\ Jr s\\\
i i i / 111
1 Ol
К)2
f[Hz]
Ри
I i If \ Ffffflн
i i / iffflfl
I I /I Al Illll
'Tntu
I ^fa I 1 1 l%l 11
РТчлтттВг
hi' и™
1 У 1 11111
1
Л A
/ / 1
1 1 1 1/1 Л 1
l/l n 1
If/I
1 Л Л 1
1 1 Км 1 1
1 1 /f 1 1 1 H
Willi 1
ттпт
1 hull III 1
Ю1
C.1.
tf
E
E
«3 X
1U
102
lU
Ю1
1
1
сгрузка I
—- 66 kg
——100 kg
150 kg I
Lrl \n\ \
1 1 iTI 11л W
*f /J Vllfri т
ч V\ RAN
ММИ
N
id
Ю
Ю0 Hz
Рис.2.
217

.00
"о °t1f IIILi^^
s 1 1 11 LLh^i
in I I^HJin I
ПпЫА
1 1 11 llll ZW4
^m1 mv'*nr
«ffiffiNis
чщ
1, |>ш|тГ1
till 111
Til ^\
1 p
II"3
1! !*<
№
llll III**3*" 1
i 1 1 L, 111 i I i

шшттшш сшинсншгжшй привод
ОТСАДОЧНОЙ МАШИНЫ
В* И* Су лига, Д.А.Сёмин, А.В.Вялых, А.А.Пильтеяко
/СССР/
Одним из перспективных направлений развития струй -
ной техники является разработка элементов я систем
управления, раб отащих на мощных потоках жидкостей и газов.
Отсутствие подвижных механических частей, относительная
простота в изготовлении, меньшая инерционность делает
их конкурентоспособными с механическими регуляторами
потока там, где не требуется полная отсечка расхода.
Этим условиям удовлетворяет разрабатываемый нами
струйяо-импулъсяый пневмопривод отсадочной машины (ОМ)
для обогащения угля. Привод предназначен для циклической
подачи воздуха в ОМ с определенными частотой и соотно -
шениями фаз цикла: "впуск - пауза - выпуск" . Цель
разработок - замена механических распределителей
струйными как более надежными и простыми. При этом система
управления может быть струйной, электронной или комби -
яированыой.
Одна из схем привода ОМ, работоспособность которой
была подтверадена в лабораторных условиях на модели,
а затем на натурном отсеке отсадочной машины ОМ - 24,
приведена на рис. I. Привод работает следующим образом.
От генератора пневмоимпульсов ШИ, собранного на
элементах "Волга11, усиленные сигналы Pj, P2 поступают на
вихревые клапаны ВЕСУ—I и ВКУ-2, установленные в каналах
управления струйных переключателей (ЗЫ и СП-2. Это при-*
водит к увеличению сопротивления каналов управления, и
перебросу струи из центрального (рабочего) положения в
боковое (дренажное) под действием образованпегося перепа-
аа^давлеш^о, JIjjujaTOM В1^евые_кладашвВЕУ-3_и_Б^^
^Гакой способ управления позволяет повысить коэффи -
циент усиления по расходу в 10 раз и снизить уровень
давления управления, более чем в 4 раза, т.к. вихревой
клапан не требует питания.
219

открыта, а впускной Ж-I и выпускной Ж-2 закрыты, что
соответствует фазе цикла "пауза", т.е. задержке воздуха
в камере ОМ. Весь цикл может быть охарактеризован еле -
дующим состоянием выходных сигналов генератора:
1 Г
^ фазы
^игяал ^^ цикла
генератора
ВПУСК j ПАУЗА | ВЫПУСК
рт i i i i i
р 1 л ! ; г
! v !
Техническая характеристика привода
Частота цикла, Гц - 0,5 * 2
Средний расход воздуха в ОМ, mVc - 2,5
Среднее давление: в РОМ, кПа - 25
в РВД, кПа - 40
на выходе из ВД-2,кПа- 50
Геометрические размеры элементов
Вихревые клапаны: d , мм
Ж-I, Ж-2 - 200
ВКУ-3, ЖУ-4 - 80
ВКУ-1, ВКУ-2 - 20
Струйный переключатель:
Площадь сопла питания, мм2 - 400
При разработке элементов привода исследовались три
конструкции вихревых клапанов (Рис* 2):
1-е одним радиальным каналом питания,
П - с кольцевым радиальным каналом питания,
Ш - с осевым кольцевым каналом питания*
Все клапаны выполнены с одним каналом управления и
одним выходнам отверстием*
Известно [l,2] , что при дозвуковых течениях газа
М < 1 с числами Рейяольдса Re > 10г, основными
параметрами, определяющими работу вихревого элемента, являются
соотношения мевду его геометрическими размерами, а
именно:
220

Ъ - -3L • Н - н А - An А - А*
Здесь ]),H - диаметр и высота вихревой камеры;
d, A6 - диаметр и площадь выходного отверстия;
Ап,Ау- площадь каналов питания и управления*
В_наших опытах изменялись только Н и Ап при Ъ = Ь
и Ау-0,2.
Эксперименты с тремя типами подвода потока питания
ставили своей целью установить влияние указанных
параметров конструкции на коэффициент расхода ju , давление и
расход запирания Ра, ; Q^ » соответственно•
По результатам цроведенных исследований мозшо сделать
ел едущие выводы:
- испытания струйного привода на натурном отсеке ОМ-24
показали, что он обеспечивает необходимый для эф -
фектяой отсадки воздупшо-пудьсационный режим;
- рассмотренные конструкции вихревых клапанов обладают
близкими по значению коэффициентами расхода
но различными параметрами запирания (см*Ряс, 2);
- наименьшую мощность потока запирания имеет клапан I;
однако, поток питания при отсутствии сигнала
управления нестабилен [з] и требует установки
стабилизирующих устройств или специального профилирования
протэшой части»
Литература
I* Лебедев И.В., Трескунов С.Л., Яковенко B.C. Эле -
менты струйной автоматики. - М.:Машиностроеяие,1973,360с.
2. Вормли, Ричардсон. Основы проектирования вихревых
усилителей» работающих на несжимаемых средах. Труды
ASME , серия D f 1970, 169-178 с.
3. Сёмин Д.Ао и др. Вихревой клапан с радиальным
каналом питания. - В кн. : Пневмоавтоматика. Тезисы
докладов ХУ Все союзного совещания. М.: Наука, 1985.
U1

Схема струит-илглмбсного мебнолрибода OW
fl —/ВКУ-г
£0-2
vJ3-^( РВА )-тС Р0М ) '
Pud
Схемы (/ хсг/оспс/леристако 8К
I
Г5
0.7 0,9 1,1 /.5 Яу
о-вы.вку.^; •-вт-<,г; + -зк-г
1-koh0J> т/тоноя, 2-канал тра&гения,
5-6ыходной хонал
Рис.г
Pa'f,5;Q^S
J^ZjAn-OZiH-l
222

ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ УСТРОЙСТВА УПРАВЛЕНИЯ
ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ИСПЫТАНИЕ ГИДРОАМОРТИЗАТОРОВ
Е.А.Цухано$а$ М.А.Яшина /СССР/
Автономные гидравлические амортизаторы (ГА)
используются для поглощения энергии движущихся чаете машины на
заданном пути.Надежность работы ГА предусматривает
ограничение давления в полости цилиндра ГА,ускорения его
поршня, которое определяет динамические нагрузки в машине.
На рис.1 показана схема автономного ГА.Энергия
движущихся частей машины при перемещении поршня ГА уменьшается
за сечет работы сил сопротивления,создаваемой при
вытеснении жидкости из рабочей полости П через окна в полость Ш,
а оттуда - в полость 1У компенсационного бачка.Для
использования одного типоразмера ГА в заданном диапазоне
кинетических энергий площади от/^дытых окон изменяются при
повороте втулки У [ij .
Рассмотрим расчет параметров ГА с дискретно
изменяющимися окнами,так как его габариты меньше,чем ГА с
непрерывно изменяющимися окнами.Полагаем,что поршень мгновенно
перекрывает каждое окно,а затем площадь открытых окон
остается постоянной на участке до следующего окна.При in
окнах имеем (И+1) участков,на последнем участке остается
неперекрытым малое окно.Модуль ускорения поршня и
давление в ГА при перекрытии окна мгновенно возрастают,а затем
уменьшаются.Расстояния между окнами по ходу поршня и их
величины были найдены из условия минимизации пути
торможения при ограниченных и равных ускорениях в начале
участков и при снижении скорости в 50 раз.Дня общности
уравнения движения ГА были представлены в безразмерной (Ьорме.
Результаты расчета размеров окон и расстояний между ними
для/7= 4,5,6 приведены в £2 J .Безразмерный ход до
последнего перекриваемого окна соответственно составлял F=1,44;
1,27;1,18 при отсутствии внешней силы. й
Максимальный модуль ускорения,ограниченный из условий
223

эксплуатации машины,обозначим (2^. Ход поршня DAJC до
последнего окна определяется из формулы
xb-ofiZ5-y££n/am> (I)
где l£- скорость соприкосновения тормозимого тела со
штоком ГА.Ход торможения Хгвыбирается несколько больше,так
как необходимо предусмотреть запас хода после перекрытия
основных окон«Если задан ход торможения,то по (I) можно
оценить модуль ускорения.
Площадь поршня ГА сг находится по заданному
максимальному давлению О и максимальной энергии
где*7)- масса тормозимого тела и движущихся частей ГА.
Исследования показали,что если работа внешней силы на
пути торможения не превышает 2056 от общей гасимой энергии,
то она не искажает закон торможения и препятствует
отскоку.
Для оптимальной настройки ГА использованы
осциллограммы давления в Гкр и скорости поршня V .Осциллограмма,
представленная на рис.2,характерна для торможения массы,
кинетическая энергия которой меньше предельной для
данного ГА при слишком закрытых окнах.Поскольку площадь окон,
открытых для прохода масла,была мала,то в начале
торможения давление в ГА резко возрастаете скорость движения
интенсивно падает.Дальнейшее торможение происходит медленно
и скорость поршня выходит на установившееся значение,а
давление в ГА становится значительно меньше первоначального
пика.
При настройке амортизатора площадь окон была увеличена
за счет поворота втулки.Давление в начале торможения
стало меньше ( рис.3 ) видны одинаковые подъемы давления при
последовательном перекрытии трех окон,что характерно для
правильной настройки ГА.Для сокращения времени торможения
жесткий упор был передвинут вперед.
224

Площадь открытия окон для поглощения максимальной
кинетической энергии изменяется в зависимости от массы и
скррости,соответствующей ей по рторому соотношению (2).
Максимальная тормозимая масса ограничена величиной
минимальной конструктивно осуществимой площади окон.Макси-
мально допустимая скорость (при минимальной массе)
определяет необходимую максимальную площадь открытия окон.
При торможении меньших кинетических энергий и оптимальной
настройке амортизатора давление в нем будет меньше
заданного максимального.
ЛИТЕРАТУРА
1.Цуханова Е.А.,Яшина М.А. Определение пределов
использования гидродемпфера.-кн.:Пневматика и гидравлика,вып.II,
М.,Машиностроение,1984.
2.Цуханова Е.А.,Яшина М.А. Расчет параметров
гидродемпферов с дискретно изменяющимися окнами.-кн.:Пневматика и
гидравликарып.9,М.,Машиностроение, 1982.
Л5

т
т
Puc.i
Puc.Z
Puc.3
LS
a $
iff 2
226

расчет 1вдгодгашоивских сил б вдлиндрических
ЗОЛОТНИКОВЫХ УСТРОЙСТВАХ
Е.В.Максунова /СССР/
Трудность оценки величины гидродинамической силы (НДС)
объясняется сложностью течения жидкости в ограниченном,
пространстве проточной камеры золотникового устройства.
Для расчета ГДС прибегают к теореме об изменении
количества движения. На основании этой теоремы получено выражение
для расчета относительной ГДС:
Я «^ = ZE9pS^ind9P(§w §g>ctgoCsinc/gp-ccnoLgpXa)
где лР - перепад давлений на золотниковом устройстве;
So - полная площадь открытия дроссельного окна;
5 = &£ - относительная площадь открытия дроссельного
до
окна;
Sgp - площадь текущего открытия дроссельного окна;
6 я. £&>- коэффициенты сжатия струй жидкости через
нерабочие и дроссельные окна;
оС ъоСдр- углы наклона векторов скоростей
соответствующих струй;
S - площадь открытия нерабочего окна.
Плоская схема течения жидкости через проточную камеру
золотникового устройства может быть представлена как
совокупность двух схем: I) истечение жидкости из камеры
через торцовое отверстие в неограниченное пространство;
2) истечение жидкооти из камеры через боковое отверстие в
неограниченное пространство. Для обеих схем течения Мизе-
сом получены зависимости кинематических параметров струи
( £ и & ) от геометрических размеров камеры.
В зависимости от того, как поступает жидкость в
проточную камеру золотникового устройства, рассматриваются две
схемы течения жидкости: режим "а" - жидкость входит в
камеру через дроссельное окно; режим "б" - жидкость выходит
из проточной камеры через дроссельное окно. Задаваясь
конкретными размерами золотникового устройства, можно
рассчитать относительную НДС согласно формуле (I) с использованием
227

экспериментальных данных получены значения относительной
ГДС для различных условий работы золотникового устройства.
Экспериментальные точки представлены на рис» I,
Эксперимент качественно подтвердил закон изменения ГДС,
полученный при теоретических расчетах для плоского
течения жвдкости. Более того при относительных площадях
открытия дроссельного окна 0 < 5 4 0,3 наблюдается и
количественное совпадение при обоих направлениях течения жидкости
через проточную камеру золотникового устройства, если от-
н0сительный диаметр шейки находится в пределах 0,6*0,7.
Предложены эмпирические формулы для расчета
относительной ГДС во всем диапазоне открытия дроссельных окон
'(для с(ш= 0,6*0,7)
режим "а" /> = (0,902S3 - 0,224S2 - 0,4525) (2)
режим "б" Fr = (0,353S3 - 0,159s2 - 0,452S) (3)
При отклонении относительного диаметра шейки от
указанных выше следует пользоваться либо приближенными
формулами, предложенными автором, либо данными эксперимента.
Эксперимент позволил выяснить влияние геометрических
размеров проточной камеры золотникового устройства, диамет- .
ра плунжера, вязкости жидкости на величину и характер
изменения ГДС.
На основании теоретических и экспериментальных
исследований ГДС можно сделать следующие выводы:
1. Величина и направление действия ГДС зависят от
направления течения жидкости через проточную камеру
золотникового устройства и относительных размеров камеры.
2. Расчет ГДС по теоретическим зависимостям возможен
для дроссельных окон любой формы при относительном
диаметре шейки плунжера 0,6+0,7 и относительной площади
открытия дроссельного окна о 4 0,3 (для кольцевых расточек
последнее несколько меньше).
3. ГДС может быть причиной возникновения колебаний
плунжера при определенных открытиях дроссельного окна -
е режиме "а" - X = х/#0= 0,5 и 0,78; в режиме "б" - X =
= 0,78.
228

зависимостей углов ы и коэффициентов сжатия 6 от
относительного открытия дроссельного.окна при двух
направлениях течения жидкости и различных геометрических размерах
проточной камеры (рис. I - сплошные линии).
Обычно принято считать, что ГДС действует на закрытие
дроссельного окна. Однако теоретический расчет показал,
что в режиме "аи при открытиях, близких к полному, ГДС
положительна (за положительное направление принято такое,
когда она действует на открытие дроссельного окна). В этом
режиме наблвдается два открытия, при которых ГДС может
быть причиной неустойчивости золотникового устройства: при
открытии, соответствующее экстремальному значению ГДС и
открытии, соответствующее смене знака ГДС. Независимость
ГДС от направления течен]*я жидкости через проточную
камеру золотникового устройства наблвдается при открытиях
о<5< с,з.
Расчетные значения ГД^ получены для плоского течения
идеальной жидкости. Для анализа приемлемости теории
струйных течений к расчету ГДС проведены экспериментальные
исследования последней в цилиндрических золотниковых
устройствах систем топливной автоматики.
Исследование проведено на золотниковых устройствах
различных диаметров от 24 до 8 мм при соблюдении
геометрического подобия проточной части, с круглыми
дроссельными окнами, симметрично расположенными по окружности,
нерабочее окно - кольцевая!расточка.
Осевая ГДС замерялась с помощью тензометрических
датчиков усилий специальной'конструкции. В процессе
эксперимента фиксировались расход жидкости, проходящий через
золотниковое устройство, давления на входе и выходе из
золотникового устройства как с помощью манометров, так и
датчиков давления. Установка позволяла фиксировать
определенное открытие дроссельного окна в пределах от 0,2 мм
до максимального. В качестве рабочей жидкости
использовались керосин TC-I и масло 1ЛГЕ-ЮА. В условиях работы
стенда температура рабочей жидкости поддерживалась в пределах
20*40°С, перепады давлений (0,1*7,5) ЫПа, расходы
жидкости (0,02*2,3).Ю3 см3/с В результате обработки
229

ОЛ
аз
02
0.1
°\
-o.i\
-Q2
-0,3
ГБ^
режил
0.1
^
Ло_
/.а
,"
ол
>"к
0.6
^6
3
Si
Q8p*
1
1
\
2
0.2
0.4
0.6
0.8
о
о
—у
^
0
оеж
'UM
Я4
0
.с
8^
г"
о
г\
«9
L
■^
р@
Q
/,
Q
j
9
X
2 1
т
D
-0.1\
-а&\
-03
-04
Рис. I. Зависимость относительной ГДС от относительной
площади открытия дроссельного окна.
t-Q-дш = 0,42; 2-9-дш = 0,67; Ъ-В-Еш= 0,79
230

REGELGERATE UND SIGNALGEBER
FUR MEMBRANSTELLANTRIEBE
G. KRAUSE (DRESDEN, DDR)
Die pneumatische Stelltechnik ist eine konventionel-
le Technik, die auch im Zeitalter der sttirmischen Ent-
wicklung der Elektronik auf Grund ihres hohen Gebrauchs-
wertes nicht an Bedeutung verloren hat. Hohe Funktions-
sicherheit auch bei harten Umgebungsbedingungen, Einfach-
heit und Uberschaubarkeit der Technik, hohe Zuverlassig-
keit und Explosionssicherheit der Membranstellantriebe
sind der Grund dafur, dafl in der Verfahrenstechnik sehr
haufig Membranstellantriebe zur Betatigung von Regelven-
tilen verwendet werden. Eng mit der Bedeutung der
Membranstellantriebe verkmipft sind Gerate, die unmittel-
bar an den Membranstellantrieb montiert werden und des-
sen Eigenschaften modifizieren.
Im allgemeinen Bestreben, die Qualitat der Regelungen
zu verbessern, steht die Forderung nach sogenannter
"intelligenter Stelltechnik". Diese Forderung kann stu-
fenweise von einfacher Geratetechnik bis zur vollstan-
digen Optimierung des Stellvorganges mit Rechner ge-
lost werden.
Mit der ursapneu-Stellgerate-Reihe des VEB EAW
Elektronik Dresden steht ein Geratesortiment zur Verfiigung,
das diese Aufgaben mit konventionellen Mitteln lost, aber
auch mit entsprechenden Geraten der Signalruckmeldung
den Weg zum Rechnereinsatz vorbereitet. Das Geratesystem
enthalt Gerate zur Regelung der Ventilstellung, zur
tlberwachung und Signalisierung der Ventilstellung und
zur Verblockung des Hubes bei Hilfsluftausfall.
231

Im folgenden werden die Hauptmerkmale der drei Gerate-
gruppen
Stellungsregler
Lageschalter und Stellungsgeber
Verblockeinrichtung
dargestellt.
Stellungsregler
Stellungsregler sind Einzweckregler zur Regelung der Ven-
tilstellung in Abhangigkeit vom Sollwert. FUr den pneu-
matischen Stellungsregler mufl der Sollwert im Einheits-
signalbereich 20 bis 100 kPa fUr den elektro-pneuma -
tischen Stellungsregler als Stromsignal 4 bis 20 mA an-
liegen.
Stellungsregler sind fiir folgende Aufgaben einsetzbar:
- Erhbhung der Stellgenauigkeit speziell bei langsamen
Regelstrecken,
- Erhbhung der Stellgeschwindigkeit durch Verwendung des
Hilfsluftdrucks 600 kPa,
- Erhbhung der Stellgeschwindigkeit bei grofien Antriebs-
volumen,
- Betreiben von federlosen Membranstellantrieben fUr Re-
gelzwecke durch Verwendung doppeltwirkender
Stellungsregler,
- Korrektur der Stellcharakteristik durch auswechsel-
bare Kurvenscheiben,
- Arbeitsmbglichkeit mit halben bzw. viertel Eingangs-
signalbereich fiir split-range-Betrieb,
- Einstellbarkeit der Verstarkung in weiten Grenzen und
damit gute Stabilisierbarkeit des Stellungsregelkreises,
- variantenabhangig einsetzbar auf dem Schiff, unter
tropischen Bedingungen, bei extrem niedriger Tempera-
tur bis - 60 C, in ammoniakangereicherter Umgebungs-
atmosphare und in explosionsgefahrdeter Zone.
Der elektro-pneumatische Stellungsregler arbeitet
nach dem Prinzip des elektronischen Vergleiches.
232

Das elektrische Eingangssignal wird auf elektrischem Wege
mit dem Istwert (Membranstellantriebhub), der in eine
Spannung gewandelt wird, verglichen. Eine Eingangssignal-
anderung bewirkt eine Soll-Istwert-Differenz, die elek-
tronisch verstarkt, eine Veranderung des Magnetfeldes
einer Festspule mit sich bringt. Das hat die Lageanderung
einer Prallplat-te zur Folge-, die pneumatisch abgetastet
wird. Damit ergibt sich eine Anderung des Kaskadendruckes
und uber den Verstarker des Ausgangsdruckes. Diese Aus-
gangsdruckanderung bewirkt uber den Membranstellantrieb
eine Verstellung der Ventilspindel. Die Stellung der Ven-
tilstellung wird auf den Ferritkern einer Geberspule
ubertragen und als Spannung ruckgefuhrt. Der Regelvor-
gang ist abgeschlossen, wenn Soll-Istwert-Gleichheit vor-
liegt, d. h. wenn der Spindelhub des Membranstellantriebes
und das elektrische Eingangssignal einander entsprechen.
Die dynamische Anpassung an den Membranstellantrieb,
die Bereichseinstellung und die Einstellung des Nullpunk-
tes erfolgen elektronisch. Die fiir die Schaltung benbtig-
te elektrische Hilfsenergie wird dem Eingangssignal ent-
nommen. Das Gerat arbeitet ohne zusatzliche elektrische
Hilfsenergie. Es ist so dimensioniert, dafi es den vor-
schri^ten des Explosionsschutzes entspricht.
Der pneumatische Stellungsregler arbeitet nach dem
Prinzip des Wegvergleiches . Eine Eingangsdruckanderung
bewirkt mittels Metallbalg gegen eine MeBfeder eine
Anderung des Abstandes zwischen*DUse und Prallplatte. Diese
Auslenkung hat eine Anderung des Kaskadendruckes und Uber
den Druck-Leistungsverstarker des Ausgangsdruckes zur
Folge. Die Ausgangsdruckanderung verursacht Uber den
Membranstellantrieb eine Veranderung der Lage der
Ventilspindel. Diese Verstellung wird abgetastet und uber ein
Kurvengetriebe auf die Diise ubertragen. Die Duse. wird
der Prallplatte nachgefiihrt.
?33

Zur dynamischen Anpassung konnen die statische VerstSr-
kung und die Luftleistung des Ausgangeeignals verSndert
werden. Die Einstellung von Arbeitsbereich und Nullpunkt
erfolgt liber Anderung der Federkonstante und Vorspannung
der Mefifeder .
Lageschalter und Stellungsgeber
Diese Gerategruppe hat die Aufgabe der tlberwachung der
Ventilstellung.
Lageschalter ermoglichen die Abgabe von binaren Sig-
nalen an zwei vom Betreiber frei wahlbaren Spindelstel-
lungen. Sie sind mit pneumatischen Schaltern, mit elek-
trischen Mikrotastern oder mit Schlitzinitiatoren ausge-
riistet. Die pneumatische Variante arbeitet im Einheits-
druckbereich, die elektrischen Mikrotaster sind fUr
Schaltspannungen im Bereich 24 bis 220 V geeignet und
die induktive Variante gestattet die Verknlipfung mit
alien ublichen Logiksystemen.
Der Stellungsgeber ist mit einem PrSzisions-MeBpoten-
tiometer ausgeriistet und formt den Hub in eine Wider-
standsSnderung um. Die WiderstandsSnderung kann zur An~
zeige oder zur RuckfUhrung dee Hubwertes in den Regel-
prozefi benutzt werden.
Verblockeinrichtung
Fur einige Ventile besteht aus verfahrenetechnischen
Grunden die Notwendigkeit, bei Hilfsluftausfall die
Momentanetellung des Ventiles zu fixieren bzw. bei fe-
derlosen Antrieben eine definierte Endlage einzustellen.
Zu diesem Zweck stehen die einfache und die doppelte
Verblockeinrichtung zur VerfUgung, die Stelldriicke bis
600 kPa sperren konnen.
234

Computersteuerbarer wartungs- und reibungsarmer
pneumatischer Vie Is tufenzyUnder
Gottfried Schneider (DDR)
Die Struktur moderner Maschinen und Automaten erfor-
dert zunehmend schnell arbeitende pneumatische Ar-
beitszylinder, die mit frei programmierbaren Micro-
computern bzw. Microprbzessern gtieteuert werden» Da-
bei gibt es prinzipiell zwei technische Konzepte:
1-. Proportionaltechnik (stetig, analog, quasi stu-
fenlos)
2. Vielstufentechnik (stufig, diskret, vielstufig)
In der "Proportionaltechnik* werden iiber ein analog
oder digital arbeitendes computergesteuertes Ventil
der Volumenstrom oder der Druck zur Druckbeaufschla-
gung bzw. Druckluftentleerung des Arbeitszylinders so
gesteuert, dafi ein beabsichtigter Bewegungsverlauf
s(t), gewiinschte Kolbenstangenpositionen S1(t)#,.S (t)
bzw» eine gewiinschte Kraf tfunktion F(t) erreicht
werden, Dabei sind Sensoren zur Signalisierung der
jewel ligen Kolbenstangenwege und Zylinderdriicke als Re-
gelkreisriickkopplung notwendig. Je schneller und ge-
nauer diese Regelkreise arbeiten, urn so groBer sind
z.B. Wiederholgenauigkeit, Posltioniergenauigkeit und
Positioniergeschwindigkeit dieser computergeftihrten
Steuerungssysteme (vgl. /1/» /2/, /3/). Die Zeitkon-
stanten dieser dynamischen Systeme werden u.a. durch
die Masse-Pedersysteme, durch die thermodynamischen
Eigenschaften der Luft, durch die komplizierten Stro-
mungsvorgange in den Ventilen, Leitungen und Arbeits-
zylindern sowie durch das problematische Startrei-
bungs- und Bewegungsverhalten der Arbeitszylinder be-
stimmt. Daher sind reibungs- und wartungsarme
Arbeitszylinder notwendig. Bild 1 zeigt einen zweiseitig be-
235

aufschlagbaren wartungsarmen Arbeitszylinder der
NenngroBe 63 mm mit reibungsarmen NBR-Dichtungen und
Gleitelementen aus PTPE und Sintermetall. Bild 2
zeigt schematisch einen einseitig beaufschlagbaren
Arbeitszylinder mit kurzem Hub aIs reibungs- und trag-
heitsarmen Membranzylinder mit Pederlagerung und Fe-
d e rr lie kf iihrung •
In der "Vielstufentechnik" werden pneumatische
Arbeitszylinder verwendet, die mehrere feste, form-
schliissige Wegpositionen des Kolbens besitzen, die
computergefiihrt und immer wieder exakt angefahren
werden konnen (vgl. Bild 3). Ein deutlicher Nachteil
ist die zu geringe Zahl von Positionen.
Einen neuen Lb'sungsweg bringt nach /4/ die Struk-
tur eines Vielstufenzylinders auf der Basis des sog.
"bit-Prinzipes"♦ Bild 4 zeigt schematisch einen nach
/4/ aufgebauten vielstufigen Arbeitszylinder mit n
reibungsarmen Zylindem, die Liber 3/2-Wegeventile
elektrisch geschaltet und mit Druckluft versorgt bzw.
entleert werden. Bei einem 8-bit Arbeitszylinder
werden n = 8 "Hubmodule" benb'tigt. Die Hubmodule sind
einseitig mit Druckluft beaufschlagbare und reibungs-
arme pneumatische Arbeitszylinder z.B# als
"Membranzylinder" mit Oder ohne eigene Federrtickf iihrung. Die
Hubmodule werden durch die Peder 5 und durch die Pe-
derriickfiihrung jedes Hubmoduls in formschliissigem Kon-
takt zueinander gehalten und sind in einem gemeinsamen
Zylinderrohr 2 des Positionierzylinders reibungsarm
verschiebbar gelagert. Die Hubmodule wirken auf eine
gemeinsame Kolbenstange. Das als Piihrung dienende
Zylinderrohr ist einseitig geschlitzt, damit die flexi-
belen Druckluftleitungen von den Hubmodulen nach auBen
an die 3/2 Steuerventile gefiihrt werden konnen. Die
Summe der Hiibe der Module mit den Hiiben h- = 2 mm =
1 7
1 mm, hp = 2 mm = 2 mm bis ho = 2'mm = 128 mm liefert
den maximalen Hub H = 255 mm mit Stufen von jewelIs
^h = 1 mm. Man kann mit 8 Modulen 255 Positionen
Z 56

(Stufen) erreichen. Damit liegt eine leicht zuorden-
bare Struktur zur Koppelung mit den nach dem bit-Sy*»
stem aufgebauten Rechnern bzw. Microprozessoren vor.
Man kann einen Vielstufenzylinder aufierdem kombi-
nieren mit reibungsarmen Zylindern groBerer Hube.
Neben der nahezu perfekten Wiederholgenauigkeit sol-
cher Vielstufensysteme kbnnen auBerdem vorgegebene
Weg-Zeitverlaufe vielstufig angenahert bzw. definier-
te Positionen gezielt realisiert werden. Die Feder-
ruckfiihrung der Kolbenstange 6 des Positionierzylin-
ders kann nicht nur mit einer mechanischen Feder,
sondern bei entsprechender Koibenausf iihrung auch
pneumatisch erfolgen. Weiterhin ist bei Bedarf ein
steuerbarer pneumatischer Bremsmodul zur Fixierung
▼on Positionen einfiigbar. Die Zahl der Hubmodule kann
je nach bit-Bedarf variiert werden.
Der Vielstufenantrieb ist vorteilhaft aIs
compute r-steuerbarer Stellantrieb von Volumenstromventilen
bzw. Drosselventilen und auch von Druck-Regelventilen
fiir zentrale Druckluf tanlagen von Betrieben, pneuma-
tischen SchweiBsystemen, in der Verfahrenstec^inik und
in der Chemie einsetzbar. Man kann im Unterschied zu
bekannten anderen Antriebssystemen besonders schnell
arbeitende computergesteuertfe Stellsysteme und Pro-
zeBsteuerungen flir Druck und Vo lumens trome von Luft
und anderen Pluiden realisieren. Ein grofier Vorteil
des pneumatischen Systems liegt auch in seiner "An-
passungsfahigkeit" und in der relativ groBen Stell-
kraft. Bild 5 zeigt schematisch einen der in Erfurt
entwickelten und erprobten computersteuerbaren
pneumatischen Vielstufenzylinder mit 5-bit als Antrieb
fiir ein Druckregelventil. Man erhalt einen Antrieb
mit insgesamt n = 31 Stufen zu A h = 1 mm zur variab-
len Steuerung ctes Druckes von p = 0,05 MPa...O,63MPa.
Die Schaltzeiten tg<l00 ms der mit З/2-Wegeventile
gesteuerten Hubmodule (Membranzylinder) liegen unter
den Zeitkonstanten des Regelventiles. Die Verbindung
237

Micro-computer und Ventilsteuerung/Arbeitszylinder
wird durch einen universell einsetzbaren robusten
elektronischen Leistungsumsetzer erreicht, der Wech-
selstromlasten bis zu 1 KW/Kanal schalten kann. Das
System arbeitet mit den tiblichen Driicken und Druck-
luftqualitaten. Die Stellkraft P des Kolbens betrSgt
bei der NenngrBBe 63 mm des Fiihrungsrohres P =
700 ••• 900 H. Derartige Systeme computergesteuerter
Positionierzylinder sind nicht nur fiir definierte
feinstufige Ventilstellungen aller Art mit und ohne
Sens orenriickkopp lung mb'glich, sondern sind auch zum
rechnergefiihrten Antrieb einer Vielzahl von An-
triebsorganen, Werkzeugen, von Maschinen, Automaten
und Robotern einsetzbar.
Literatur
/1/ Krejnin, G.V., Prank, W#, Solnzewa, K.S.,
Krivz, I.L. Zwei Wege zur freien Positionierung
pneumatischer Linearachsen 6, Pachtagung Hydraulik
und Pneumatik 1985/Magdeburg DDR.
/2/ Backe, W. Servopneumatische Antriebe fiir
flexibele Handhabungssysteme. 6. Pachtagung
Hydraulik und Pneumatik 1985/Magdeburg DDR.
/3/ Shimada, K. Positioniersteuerung von Ar-
beitszylindern 6. Pachtagung Hydraulik und
Pneumatik 1985/Magdeburg DDR.
/4/ Schneider, G., Siebert, R. Vielstufig ein-
stellbarer fluidischer Positionierzylinder, ins-
besonderf ftir Greiferantriebe von Indus trie
robotern und zum Antrieb von Steuerventilen/ Wirt-
schaftspatent DDR/ WP P 15 C/2424748/ Jerlin 1982#

ф
(Л
D
•£ S ф
СП;5 У)
*• Jul
QJNO
I I I I
г- N р >|
СО
ю
- о
Е £
о
СП с
Е ш
Ш О-
ф 2 <У
"О
С
§ ^
- N
| S
ф ._ ._
•5 • "
£ E
<л х: =
jq о 2
< </) (л
сп
Ю N ОО О) О
с
ф
-О
с ; Е ц
2 - о =
I 11 § ё
£ ф £ х» х:
о с о й о
*: CD *: 2: «л
i i i i i
«- CN СП ^ Ю
Ш
Е
с
О
О)
о>
с
э
*-
с
О
■о
с
Э
I
О)
с
Э
JQ
<U
(Г
2
m
239

с
2
-С
С
D
!?
I I
CO -4-
«Л о
II
I I
0J
X)
is ;
"D
С
3s
N
С
О
L.
JD
E
Qi
z
m
240

■1 -2 £ f
t
z = 3
.1 ■»
z=4
1 .2 .3 Л
2=4 (z.B. Drehantrieb)
Bild 3: Mehrstellungszylinder
Г—UL ju
I пГ "n
z = 3
' 1 '
z£2 (Teleskopzylinder)

го
rv
1 - Membranzylinder (Hub- Module)
2-Gehause des Positionierzylinders
3- Stoflel des Membranzylinders
A- 3/2-Ventil(M1...Mn)
5- Ruckstellfeder
6- Kolbenstange des Positionierzylinders
7 - n1...n - HuD des StoHels eines Membranzylinders
8 - H - Hub des Positionierzylinders
9- PTFE-Gleitelemente
Bild 4 : Positionierzylinder mit Federruckfuhrung
тиштшт

N
Ф
со
CD
О"
II
° I
о.
со
^mxixm
>
О
СМ
СМ
ИЕЭ--Ч-
Г I lAlAlAlAln
1 ^
01 1- *-
0)qj <U
С Й2Г
2% О
<л <л -Я
-J Э^
>
я
см
1
с
О)
_>
"S
О
Э
1С
■с
й)
Э
1
э
о.
Е
3
ю
ш
243

РАСЧЁТ ПАРАМЕТРОВ ЦИФРОВОЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ
РЕЯЕЛНШ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫМ ГВДРОУСТРОйСТВЭМ
Е.Я.Винницкий /СССР/
Для осуществления точного позиционирования объектов
при больших скоростях и перемещаемых массах, необходимо
произвести предварительное торможение привода до малой
установившейся скорости с последующей позиционной
фиксацией путём запирания полостей гидроцилиндра [" IJ .
Точность позиционирования привода при цифровом
управлении определяется шагом квантования по уровню входной
информации. Число уровней зависит от шага квантования по
уровню о и максимального значения переменной, в данном
случае перемещения A max •
"=/W/p ( I )
С другой стороны, число уровней связано с разрядностью
входных регистров^ зависимостью
п = 2*-/. '( 2 )
Если заданная точность позиционирования равна ±д , то из
( I ) и ( 2 ) получим
/=ДЗЗ^/^*/^ +У]< ( 3 )
Допустим, что максимальное перемещение рабочего органа
машины f\^ax- I м, а заданная точность позиционирования
- 0,01 мм, тогда получим
Следовательно, для обеспечения указанной точности
позиционирования, входной регистр должен быть 16-ти разрядным.
Наряду с обеспечением необходимой точности, позиционные
приводы должны удовлетворять требованиям по быстродействию.
Быстродействие приводов рассматриваемой структуры в
существенной мере зависит от величины малой установившейся
скорости, которая связана с заданной точностью
позиционирования условиями устойчивости [i J . Рассмотрим вопрос
выбора максимально допустимого запаздывания в передаче
управляющих сигналов ( периода дискретности выходных сигналов)
исходя из требований обеспечения устойчивости положения
равновесия при заданной точности позиционирования и быс-
244

тродействии.
Для выбора максимально допустимой величины дисретнрсти
Та управляющей вычислительной машины необходимо в общем
виде решить задачу определения соотношения параметров
привода и устройства управления, обеспечивающих
устойчивость положения равновесия при любых начальных
возмущениях* Указанная задача может быть решена аналитически
методом точечного преобразования с представлением движений
на многолистных фазовых поверхностях [i"] .
Нелинейная математическая модель гидропривода в режиме
позиционирования приводится к следующему виду:
m±.= ApF- UignX.) (^O.ZCnu -At£CA^
(pz - обобщённая релейная функция, обусловленная зоной
нечувствительности А и запаздыванием Г , Го - время
срабатывания гидрораспределителя, Та - период дискретности,
др- перепад давлений в полостях гидроцилиндра (для
несимметричного гидроцилиндра записывается уравнение каждой
полости), Т - сила сухого трения, £ - аргумент релейной
функции, К,Кс - коэффициенты обратной связи.
Совокупность возможных движений в гидроприводах с
релейным управлением, описываемых нелинейными
дифференциальными уравнениями (4) можно отобразить с помощью
трёхлистной фазовой поверхности (рис. I). Если не учитывать время
срабатывания распределителя ( Ир =0) и считать систему
цифрового управления безынерционной (Та=0), то границы
листов фазовой плоскости, которыми определяется момент
изменения релейной функции, будут проходить по вертикальным
линиям переключения управления!^ , JLZ , JL5 и Л^ ).
Однако наличие временного запаздывания приводит к
преобразованию линий J*/ и JL5 в действительные линии
переключения Л^ и £.'ъ , которые деформируются в сторону движения,
что ухудшает динамические свойства привода.
245

Определив законы движения, фазовые траектории и
уравнения действительных линий переключения и произведя
математические преобразования, которые здесь не приводятся из-
за их громоздкости, получим в неявном виде следующие
функции соответствия точечного преобразования
где^= 0,1,2,3,4 (рис. I). ^' * ' ЧИ 6 П
Тогда для симметричного привода точечное преобразование
будет T^f^j^-^f^zk » a A"H привода с несимметричным
гидроцилиндром ТТй)г *£~{fir)i » гАе знак наД Функциями Т
и <> соответствует знаку релейной функции согласно ( 4 ).
Для выбора максимально допустимого периода дискретности Та,
используя ( 5 ) построены области устойчивости привода в
плоскости параметров Т и д (рис. 2). Так, например,
если заданное быстродействие привода может быть обеспечено
при ^=1 см/с, а необходимая точность позиционирования
составляет а =0,1 мм то, как видно из графиков,
запаздывание в передаче управляющих сигналов не должно превышать
t = 3,8.10 с. Следовательно, если используется
серийный распределитель с временем срабатывания^ =3.10 с, то
минимально допустимая дискретность вычислительной машины
Та » Г- tp =8 мс.
Из указанных графиков также видно, что при тех же
требованиях по быстродействию и использовании стандартных
распределителей не может быть обеспечена точность
позиционирования выше 0,05 мм.
Таким образом видно, что уровень квантования
вычислительной машины по уровню и по времени зависит от
предъявляемых к гидроприводу требований по точности и
быстродействию и могут быть определены по указанной методике.
Литература
I. Винницкий Ё.Я. Электрогидравлический релейный
позиционный привод с программным управлением. - Машиноведение,
1984, » 4, с.26 - 32.
2Ь6

Рис. 2
t з Д-/0. "/И

НЕКОТОРЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ВЫСОКОЧАСТОТНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ
ПУЛЬСАЦИИ ДАВЛЕНИЯ В ОБЪЕМНЫХ 1ВДР0МАШИНАХ С
ЗОЛОТНИКШШ РАСПРВДЕЛЕНИЖ
Ю.М.Орлов /СССР/
Необходимость обеспечения высокого ресурса и
надежности гидромашин с золотниковым распределением, наиболее
широко применяющихся в гидравлических приводах и в системах
гидравлической автоматики современных станков и машин,
требуют достаточно глубокого изучения динамических
процессов, происходящих на всасывании и на нагнетании.
Несмотря на большой объем информации по данным
вопросам [l9 2]у следует отметить наличие различных подходов к
оценке физических явлений, наличие противоречивых данных,
полученных разными авторами, наличие неповторяемости
экспериментальных' данных.
Для обеспечения необходимой точности и достоверности
результатов было проведено специальное исследование
пульсации давления на всасывании и на нагнетании ряда
гидромашин с использованием высокочастотной измерительной
системы, снабженной пьезоэлектрическими и индуктивными
датчиками давления и содержащей электронно-лучевой
осциллограф CI-55 и анализатор спектра СК-4-26.
Эксперименты выполнены на объемных гидромашинах
различной конструкции: быстроходном аксиально-плунжерном насосе
с наклонной шайбой, аксиально- поршневом насосе
бескарданного типа с наклонным блоком цилиндров "210.20",
пластинчатом насосе двойного действия "125й (ГОСТ 13167-73).
Во время опытов на стороне всасывания гидромашин
поддерживалось давление Рд= 0,2*..Q,3 Ша. При испытании
поршневого насоса'С наклонным блоком цилиндров "210.20"
давление нагнетания менялось в пределах Рн= 2,0...20 МПа
через каздые др= 2,0 МПа, а при испытании других гидромашин-
в пределах Рн= 2,0...10 Ша, через каждые лр = 1,0 Ша.
На стороне всасывания всех исследованных агрегатов,
наблюдалась интенсивная пульсация давления, размах которой
зависит от "среднего значения давления нагнетания и растет
248

с увеличением последнего. При проведении опытов
установлено новое и достаточно интересное явление [3, 4],
заключающееся в том, что увеличение размаха пульсации на
всасывании происходит как за счет роста максимального
значения, так и за счет уменьшения минимального значения
пульсирующего давления (см. рис»1А). С увеличением давления
нагнетания возмогло уменьшение минимального давления до
величины (Рд )„,,„-»■ О, что свидетельствует о появлении
динамической кавитации на всасывании гидромашины при
достаточно высоком значении среднего давления Рд. Наиболее
резко это явление проявляется в насосах высокого давления
приРн> 10,0 МПа.
Отмеченное явление свойственно всем испытанным
объемным гидромашинам с золотниковым распределением. Спектр
пульсации давления на стороне всасывания насосов (см. рис.
IB "а") характеризуется наличием нескольких гармоник,
низшей из которых является основная гарлоника, имеющая
частоту, определяемую соотношением
где top - частота Еращения ротора насоса;
£ - количество плунжеров (пластин).
Высокочастотные гармоники имеют частоту, кратную
основной частоте.
Для первых четырех-пяти гармоник спектра отмечены
достаточно большие значения амплитуд, соизмеримые с
амплитудой основной гармоники. Более высокочастотные гармоники
имеют минимальные амплитуды.
На стороне нагнетания агрегатов отмечена значительная
пульсация давления, размах которой достигает до 10...30$
от среднего значения давления Рн и растет с его
увеличением. В составе спектра пульсации давления на нагнетании
насосов выделяются основная и высокочастотные гармоники,
частота которых кратна основной частоте. Наибольшие
значения амплитуды наблюдаются как для основной гармоники,
так и для высокочастотных - второй, пятой, шестой. При
этом амплитуды высокочастотных гармоник могут быть
соизмеримы с амплитудой основной гармоники или даже
превосходить ее (см. рис. IB"б").
249

Бее указанное выше относится к насосам, имеющим
"нулевое" Газораспределение, которое обеспечивается шириной
перемычки распределительного золотника, разной вжрине
отверстия рабочего органа гидромашины.
Таким образом, для исследованных гидромашин при
наличии "нулевого" фазораопределения на всасывании и на
нагнетании имеет место полигармоническая пульсация давления
с преобладанием в ряде случаев, высокочастотных гармоник.
Общее количество высокочастотных гармоник в спектре
пульсации давления, имеющих наибольшие амплитуды, не
превышает шести - еосъми.
Б ходе длительных испытаний было установлено, что
наличие высокочастотных гармоник с большими значеншши
амплитуды в спектре пульсации давления на всасывании и на
нагнетании связано только с фазораопределением насосов.
При изменении Газораспределения насосов можно
значительно уменьшить амплитуды высокочастотных гармоник и
приблизить пульсацию давления к моногармонической.
Литература
1. Eciqe К. ft. Methods for c/wwcfet/Zi/ig the jiuid £ог»г
hoise geytezotecl Sy positive, djsp €4 cement />##>//>$.
A/ationat Сои}еге*с€ он F£t*ic! Povrt%% USA. №3, s.Mo-eif.
2. Энгель В.Ю. Уровень шума аксиальных гидромашин как
функция процесса коммутации. - В кн. Гидропривод и гидро-
пневмоавтоматика. Киев: Техшка, 1983, с. 91-97.
3. Орлов Ю.М. Исследование динамических процессов на
стороне всасывания быстроходного плунжерного насоса.
Материалы U Всесоюзного Совещания по гидравлической
автоматике. -М.: Наука, 1980, с. 187-189.
4. Орлов Ю.М. Исследование пульсации давления на
стороне всасывания и на стороне нагнетания плунжерного
насоса. - В кн.: Динамика гидропневматических систем. Сб.
науч. тр. Челябинского политехнического института, 1981,
Л 267, с. 128-135.
250

"Рис. IA.Пульсация давления на всасывании сыстроходного
аксиально-плунжерного насоса с наклонной шайбой.
I - min угол наклона шайбы; 2 -шах угол наклона шайбы.
о иъ 2,гб ъ.ъэ / кГц,
~iO
-20
-30
-40
4,95
у
1 (
г
ч.
\
—1—
,РН*10
X/
^fsj
Л*
1
* X *
1
ч^
ч
NJ
X
т
2,26 3,39 {кГц
Гшттт
\
t
X
К
Л'
^л
"Л
V
я,**»
\
<
!
-го
. -50
-4о
АРн>95
Рис. IB.Спектр пульсации давления на всасывании (а) и на *
нагнетации (б) быстроходного аксиально-плунжерного насоса
с наклонной шайбой.
251

ПАРАМЕТРИЧЕСКАЯ ОПТИМИЗАЦИЯ ЫШ'РОГИДРАШИЧЕСШ
СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ СТЕНДА ДЯ
УСТАЛОСТНЫХ ИШЫТАНИа
А.Г.. Бургьиц, СР. Сиврикова /СССР/
Возрастание мощностей и повышение требований к
качеству злектрогидравлических систем управления,
предназначенных для воспроизведения эксплуатационных
динамических нагрузок на стендах для усталостных испытаний
крупногабаритных конструкций приводит к значительному
усложнению непроизводительных затрат энергии. Рассмотрим один
из методов повышения производительности и эффективности
рассматриваемых систем, который состоит в выборе
оптимальных параметров системы управления в процессе её
проектирования и непосредственной эксплуатации.
Работа испытательного стенда с электрогидравлической
системой управления требует подвода энергии большой
мощности для дросселирующих гидравлических каскадов
усилителей мощности. Поэтому оптимальный выбор параметров
электрогидравлической системы управления, обеспечивающий
минимальный расход энергии, является актуальной задачей,
важной в экономическом плане.
При проектировании нового стенда для испытаний
определенного класса конструкций на основе анализа спектров
нагружения, испытываемых этими конструкциями в процессе
эксплуатации к ^лектрогидравлической системе управления
предъявляются требования по величине усилий и ширине
частотного диапазона их воспроизведения с заданной
динамической точностью. При этом ширина частотного диапазона
в значительной степени определяется параметрами самого
испытуемого изделия (импедансом нагрузки). Поэтому при
проектировании и настройке системы необходимо обеспечить
согласование развиваемой мощности системы и требуемой
мощности нагрузки. Таким образом, задача оптимизации
состоит в определении параметров системы, обеспечивающих
выполнение заданных техническим заданием на испытания
252

требований по точности, устойчивости работы при
минимальной потребляемой мощности.
В качестве целевой функции оптимизации принято
выражение
Nm-pnQm ,. (I)
где Nm - максимальная потребляемая мощность
гидропривода; рп - давление питания; Qm - максимальный расход»
Ограничения на область изменения оптимизируемых
параметров обусловлены треоованиями по точности,
устойчивости и энергетическому согласованию. Функции
ограничений могут быть представлены в виде:
F,(a,,a2, • • ^От)<^4 ;
F2{a,,a2,... ,аю) < 82 ;
г5(а,,а2,. . . ,a*)< Я, ; (г)
F4(at,a2,. . . ,a/5)< S4 ;
F5(at,a2f. . . ,a*)< О ,
где Ft t F2 - соответственно величины амплитудных и
фазовых искажений выходного усилия; Fz , F4 - запас по
фазе и по амплитуде, определяемые по передаточной
функции системы традиционными методами. Условие
энергетического согласования ( F5 ) в режиме вынужденных
гармонических колебаний имеет вид I :
где: Ц0- амплитуда входного сигнала; /£/ , ifs -
параметры результирующей матрицы системы; \ZH\ , Ун - модуль
и фаза импеданса нагрузки; F0 - амплитуда усилия,
определяемая техническим заданием на испытания; СО -
частота гармонических колебаний.
В процессе оптимизации использована математическая
модель электрогидравлической системы управления,
составленная на базе метода энергетических цепей, как наиболее
полно отражающего суть процессов преобразования энергии,
происходящих в системе.
В качестве алгоритма решения поставленной задачи
оптимизации выбран метод штрафных функций с модифицирован-
253

ной функцией Лагранжа. Этот метод является наиболее
эффективным среди универсальных методов решения нелинейных
задач, что обусловлено его некритичностью к виду целевой
функции.и ограничений, а также хорошими свойствами
сходимости. Данный метод сводит задачу с ограничениями к
последовательности задач безусловной минимизации. На
этом этапе выбран квазиградиентный метод переменной
метрики в модификации А. Фиакко иГ, Мак-Кормика с числен-,
ным дифференцированием по Стюарту. Одномерный поиск
осуществляется с помощью комбинации методов "золотого
сечения" и "первого приемлемого значения с дополнительной
попыткой".
Быстродействие всего комплекса методов оптимизации в
значительной степени зависит от удачного выбора
начальной точки расчёта. Хотя рассмотренный алгоритм
позволяет начать расчёт с произвольной точки, даже не входящей
в область совместности ограничений, для ускорения
процесса оптимизации параметры начальной точки
целесообразно определять с помощью первого этапа метода ЛП-поиска.
В этом случае выбирается точка не только принадлежащая
к области совместности всех ограничений, но и входящая
в зону глобального экстремума целевой функции
оптимизации.
Программы оптимизации написаны на алгоритмическом
языке Фортран-1У и реализованы на ЭВМ СМ-4.
Разработанная методика оптимизации была использована
для расчёта оптимальных параметров настройки
электрогидравлической системы управления стенда для усталостных
испытаний узлов большегрузных автомобилей при проведении
программных испытаний на гармоническую вибрацию.
Результаты расчёта показали, что за счёт оптимальной настройки
параметров электрической и гидравлической части
(давления питания выходного каскада усилителя мощности,
давления в системе управления и производительности насоса)
потребляемая мощность системы может быть снижена на
10*15% на одном испытуемом изделии. Кроме того,
полученные значения всех настроечных параметров значительно
254

сокращают время на отладку и настройку системы, а при
подключении ЭВМ в контур регулирования разработанный
алгоритм позволяет полностью автоматизировать процесс
испытаний на оптимальных режимах.
Разработанное программное обеспечение позволяет
оптимизировать одновременно до 15 параметров; оно имеет
блочную структуру, что даёт возможность использования
как на этапе автоматизированного проектирования
электрогидр авлических систем управления, так и в процессе их
эксплуатации с наибольшей эффективностью.
Литература
I* Сиврикова СР., Староверов Ю.А. Энергетическое
согласование дроссельных гидравлических систем
управления усилием с нагрузкой..- В кн.: Динамика пневмогидрав-
лических систем. Тем. сб.научных трудов ЧПИ. -
Челябинск: ЧПИ, 1983.
255

MINIMIERIING DER ANTRIEBSLEISTUNG HYDRAULISCHER
ANLAGEN MIT DRUCKQUELLE UNTER BERUCKSICHTIGJJNG DES
DYNAMISCHEN VERHALTENS
D.Will, H.Strohl, R.Nollau (DDR)
Die Frage, оЪ eine bestimmte Antriebsaufgabe Hiit elektri-
schen Oder hydraulischen Mitteln gelost werden soil, wird
wegen des vergleichsweise schlechteren Wirkungsgrades haufig
zu ungunsten der Hydraulik entschieden» Eine der Ursachen
fur den ungiinstigen Wirkungsgrad ist, dafi die Projektanten
hydraulischer Anlagen sich meist mit Losungen begnugen,
welche die geforderten Funktionen erfiillen. Der Suche nach
Losungen, die dariiberhinaus einen mbglichst hohen
Wirkungsgrad haben, wird oft zu geringe Auf&erksamkeit geschenkt»
Die Einsparung von Energie und Rohstoffen durch die Ent-
wicklung verlustenergiearmer Anlagen ist deshalb eine der
wichtigsten Aufgaben fur den Hydraulikprojektanten.
Hydraulische Antriebe werden heute erfolgreich fur die Rea-
lisierung von Nebenbewegungen und -funktionen im Maschinen-
bau, fur Rationalisierungsmittel und in der Robotertechnik
eingesetzt. In diesen Fallen mtissen an einer Maschine oder
Einrichtung mehrere ^ydromotoren angetrieben werden, die
sich gegenseitig nicht beeinflussen durfen» Fur die Olver-
sorgung dieser Motoren werden uberwiegend Druckquellen
eingesetzt• Die Steuerung der Bewegung der Motoren erfolgt
dabei durch hydraulische Wider stande, die in Abhangigkeit
von der konkreten Aufgabe als Wege-, Drossel-, Proportional-
oder Servoventile ausgefuhrt sind.
Bild 1 zeigt einen moglichen Aufbau einer derartigen An-
lage. Es treten 2 Arten von anlagenbedingten Leistungsver-
- lusten auf:

- Der von den Motoren nicht benotigte
Volumenstrom QVD flieBt uber das Druckbe-
grenzungsventil zum Behalter zuriick* Es
entsteht der stromabhangige Leistungsver-
lust:
Pverl q = SfD ' pq ^
- Der Druckquellendmck p muB groBer als
der groBte zu erwartende Verbraucherdruck
sein. In den Dosierventilen entsteht deshalb
in Abhangigkeit vom jeweils herrschenden
Verbraucherdruck der belastungsabhangige
Leistungsverlust*
1. Moglichkeiten zur Minimierung der stromabhangigen
Le istungsverlust e
Der Leistungsverlust nach Gleichung (1) kann durch die
Wahl einer gunstigen Druckquellenstruktur reduziert werden.
Zur Beurteilung der Leistungsverluste von Druckquellen
werden die KenngroBen "theoretischer Wirkungsgrad" (г\ъ1р
und "Uberdimensionierung" (Pinst/±'erf) [1 ] eingefuhrt.
Einige in der Praxis oft angewendete Druckquellenstrukturen
mit geringen stromabhangigen Leistungsverlust en zeigen die
Bilder 2 bis 4. Die giinstigsten theoretischen Wirkungsgrade
weisen die Strukturen wNullhubpumpe,f und "Druckflussigkeits-
speicher" mit Abschaltpumpe auf • Der Einsatz von Druck-
fliissigkeitsspeichern dient zur Deckung von Volumenstrom-
spitzen, die groBer als der maximale Pumpenstrom sind und
zur Verbesserung des dynamischen Verhaltens*
Die Entscheidung, welche Druckquellenstruktur fur einen
konkreten Anwendungsfall die giinstigste ist, hangt von der
Summe der Anschaffungs- und Energiekosten ab. Mit Hilf e von
Rechenprogrammen [2, 3] konnen dazu bereits in der Ent-
wurfsphase ausreichende Angaben gewonnen werden*
257

Eine we it ere Moglichkeit der Verringerung der systembedingten
Leistungsverluste der Druckquelle wird durch die Anpassung des
Quellendruckes an den aktuellen maximalen Verbraucherdruck ge-
geben •
2. Moglichkeiten der Minimierung der belastungsabhangigen
Le istungsverlust e
Urn diese Verluste zu vermeiden bzw. wesentlich zu ver-
mindern, sind Veranderungen in der Schaltungsstruktur fur
die Verbraucher, bzw» Zusatzschaltungen notwendig.
Im Bild 5 besteht die Verbraucherschaltung aus Stromregel-
ventil und flydromotor (Bild 5a) bzw. Arbeitszylinder
CBild 5b). Durch eine entsprechende Zusatzschaltung [4] kann
bei geringer Belastung ein Teil der nicht benotigten Energie
durch eine Druckubersetzung (V„/Vp> 1 bzw. A/,/A2>1) zur
Druckquelle zuruckgefuhrt werden. Steigt die Belastung M
bzw» F am Motor, wird durch das Ventil VD die Ruckfuhrschal-
tung unwirksam.
Bild 6 zeigt die Verwendung eines Regelmotors (Pumpe) [5]t
der die nicht benotigte Energie zurvickfuhrt. Diese Schaltung
ist an eine relativ teure Hegelpumpe mit entsprechender
Drehzahlregelung gebunden. Eine Anwendung fur
Arbeitszylinder [б] ist mit einem zusatzlichen Hydrotransformator,
bestehend aus Konstantmotor und Re gel pumpe (Motor) moglich,
erhoht aber die Aniagenkosten betrachtlich.
Im Bild 7 wird mit Konstantmotoren und Druckquellen unter-
schiedlichen Druckes gearbeitet* Der Motor M1 ist in einer
kleinen NenngroBe ausgefuhrt und hat die Aufgabe als be it-
motor mit dem Stromregelventil die Drehzahl zu bestimmen.
Der Druck p,, beaufschlagt die fremdgesteuerten Druckventile,
die in unterschiedlichen sich nicht beeinflussenden Druck-
bereichen arbeiten. Bei sinkender Belastung, die auch
negative Werte annehmen kann, erfolgt in den entsprechenden
Betriebsbereichen eine entsprechend gestufte Energieruck-
fuhrung*
258

Bei alien Schaltungen und weiteren Variant en ist das dynamische
Verhalten des Antriebes zu liberprufen. Eine relativ einfache
Methode, die auf den bekannten Stabilitatskriterien aufbaut
und die die vom Projektanten beeinfluBbaren Anlagenparameter
berucksichtigt, wird in [в] beschrieben.
3. Gegenseitige Beei.nflussung der Verbraucher
Eine gegenseitige Beeinflussung der Bydromotoren ent-
steht, wenn die Anderung des Bewegungszustandes eines Ver-
brauchers zu so starken Druckanderungen in der zentralen Ver-
sorgungsleitung fuhrt, daB andere ebenfalls ihren Bewegungs-
zustand andern» Die okonomischen Vorteile des Konzeptes der
zentralen Druckolversorgung kommen nur zum Tragen, wenn neben
der richtigen statischen Auslegung der Anlage
- die in einem solchen System immer vorhandene
Druckregelung auf gunstiges dynamisches
Verhalten bei Olstromstorungen ausgelegt und
- das Leitungssystem so dimensioniert wird,
daB nur zulassige JJruckwanderwellen zu den An-
trieben gelangen.
In Bild 8 sind gemessene Druckverl aufe in unter diesen Aspekten
ungiinstig dimensioniert en Anlagen abgebildet.
Zu den Bruckregelungen:
In Druckquellen mit JJruckflussigkeitsspeicher und Abschalt-
pumpe (.Bild 4) wird eine Zweipunktregelung realisierc; ihr
dynamisches Verhalten ist einfach beherrschbar, da Schwingungs-
frequenz und -amplitude auf einfachem Weg ermittelt werden
konnen* Sine sehr gute statische Kennlinie xst auch mit nilfe
druckgeregelter Verstellpumpen (nach Bild 2) mit Vorsteuer-
organ erreichbar. Kompliziert ist die Beherrschung des
dynamischen Verhaltens dieser Druckregelungen, die bei ge-
ringer Belastung der Druckquelle durch die Antriebe sogar zu
Instabilitat neigen konnen.
м
259

Stabilitat unter alien Einsatzbedingungen zu sichern und zu-
satzlich die dynamischen Fehler in den geforderten Grenzen
zu halten, ist in der Projektierungsphase der Druckquelle
notwendig und auch moglich* Fiir die in der DDR gebrauchlichen
Druckquellen mit Druckftinier exist ieren einfach handhabbare
Arbeitsblatter und Rechenpro gramme, die vor allem uber die
richtige Bemessung von Druckflussigkeitsspeichern die
geforderten Druckverlaufe im voraus festzulegen gestatten[9J •
Zu den Druckwanderwellen:
Das Zu- und Abschalten von Antrieben fuhrt zum Beschleunigen
und Abbremsen der Olmassen im Leitungssystem und damit zu
Druckwanderwellen. Es konnte ermittelt werden, daB eine aus
einer bestimmten Geschwindigkeit schlagartig abgebremste 01-
saule zu Wanderwellenhohen in MPa fuhrt, die etwa der vor-
herigen Geschwindigkeit in m/s entspricht»
Eassieren diese Wellen bei ihrer Fortpflanzung im
Leitungssystem nur wenige Oder schwach wirksame Reflexions st el len,
konnen relativ groBe Wellen zu anderen Antrieben gelangen und
zu Bewegungsimpulsen oder gar zu Fehloperationen ftihren.
Auch hier muB und kann bereits in der Projektierungsphase z.B»
iiber die richtige Dimensionierung der Leitungsquerschnitte
die gegenseitige Beeinflussung in den zulassigen Grenzen ge-
halten werden [^9] •
Unter Beachtung der vorgestellten Gestaltuhgshinweise ist es
mit Hilf e der genannten rechnergestutzten Methoden und der
Anwendung von Arbeitsblattern moglich, die anlagenbedingten
Leistungsverluste von Дуdraulikan 1 agen mit Druckquelle zu
minimieren.
Dariiber hinaus erlauben es die vorgestellten Hilfsmittel, das
dynamische Verhalten derartiger Bydraulikanlagen so zu beein-
flussen, d&a Druckspitzen und Wanderwellen in zulassigen
Grenzen bleiben.
260

Literatur
Will,D.:
Will,D.;
Uhlig,H.;
Wallis,E.:
Nollau,R.;
Drechsler,R«
4 Strbhl,H.:
Баске,W.;
liurrenhof fH»:
DluzikfK.;
Shih,M.C:
Ein Be it rag zur Gestaltung und
Dimensionierung verlustenergie-
armer IfyxLraulikanlagen unter be-
sonderer Berucksichtigung des An-
schaffungspreises und des Material-
aufwandes
Dissertation (B) TU Dresden 1980
Rechnergestiitzte Projektierung von
Druckquellen
Maschinenbautechnik 26/1977
S. 106 - 115
Erfahrungen mit der rechnerge-
stiitzten Projektierung zentraler
Druckquellen
Schmierungstechnik 11/1980 S.92-9A
Brhohung der Energieokonomie bei
Hydraulikantrieben mit Stromregel-
ventilen durch geeignete Kreislauf-
gestaltung
Dissertation В, ТН Magdeburg, 1981
Regelung eines Verstellmotors an
einem Konstant-Drucknetz
Olhydraulik und Pneumatik 25 (1981)
8, S. 635.•.64-3
Geschwindigkeitssteuerung eines
Zylinders am Konstant-Drucknetz
durch einen Hydro-Transformator
Olhydraulik und Pneumatik 29 (1985)
4, S. 281...286
261

7 Strohl,Ho:
8 Strohl,H*:
9 Nollau,R.:
Zur Gestaltung von Bydraulikan-
trieben zur Erhohung der Energie-
okonoaie
QJagungsmaterial der 6. Pachtagung
Efordraulik und Pneumatik, Magdeburg,
November 1985, Teil 1
Der offene ^ydraulikkreislauf
mit negativer Belastung
Sagungsmaterial der 11* Konferenz
uber Flussigkeitsmechanismen,
Brno, Mai 1985, S* 395...405
Dynamisches Verhalten von
Ifydraulikanlagen mit zentraler
Druckquelle
Dissertation (B) TO Dresden 1985
262

Qp*£q,
P * Pimox + UPerf 7Г~ ^
I °n
Druckquelle
i ,,
1
V0
i
И^РуеЫп -Ofj(Pg-Pn)
..
Q,
<h__
Pq'Pe
**
Рг
Pverll -Qr(Pq-Pi)
Pi
~\
I У
IJfl
L—iPe
\*P I
I
Pvelq'QvoPe
Bild 1
Systembedingte Leistunqsvertaste bei Hydraulik-
anlagen mit DrucUquelle
№
Bild 2 Nullhubpumpe
'erf
(ZQqil
max
263

*Qqi\hz£
У
d(AV)
dt
Sp
\QpmQOmox
Vthm «Omox
Pinst 1
Perf Vfhm
ZQqi2-CLQqi)max
V
IWt
m&
*i Jjfcl. Щ
.1
Omox z Qqis
^_.
ZQqi3 Qqim
У\////////№ь±
I ** J. "*
ли М, At
-•L&V\
ZUVS-1AVT
I Bild 3 Constantpumpe
ZAV,
mit Druckflussigkeiisspeicher
264

{j.uVH-ZAV)Wi\S2
ИГУ
Po И1%и-« wra
^CZ5^
V
Sp
erf ZQqim
**Ornox
Г1
ZQq's\
1 i ZQ<7'3
4k
vw*i vw~o vw*i
VW-0
-ZAV\
Ы^шЬМг
Z4Ha-Z4V^
Bild% Druckfluss/gUeitsspeicher mit Abschaltpumpe
265

f-\
Bild 5 Ruckfuhrschaltunq
a) mit Hydromotor b) mit Differentiolzylinder
-И
usoU
Bild 6 Regelmotor I Pumpe
266

r~\
-tx-
^L-^
иш
VD3
Pu
VD4
1ЛИ
-<W=0;
ч
w
ЧМсМ
i
i
i—i
Ш
'2
Рз
VD2
Рг
VD1
N PjQ * ^20 "= РЗО " PbO
Bild 7 Konstantmotoren
267

2s
DQ
yv\-
a)
MPa
A
12
11
10
3
в
POQ
20ms
b)
MPa
3-\
2\
■"DQ
Bild 8 Druckverloufe in zentrolen Versorgungs -
leitungen infolge Ab- und ZuschoItens von
Antrieben
a) Druckschwingungen in einer schwoch
gedompften Druckregelung mil Stellpumpe
b) Druckwanderwellen
268

STHOKTUHBBSCHHEIBUHG HYDRAULISCHEK ELEMENTS MIT
INFOMIATIDNSTRAMSTOMUTOHEH
Do». Dr. Sc. techn. Josef ProkeS, CVUT Praha, CSSR
Enter dea Termin Ixrforaationetraneforaator wird ein be-
liebigee Elemeat b«w. Eleaenteneyetem Teratanden, die die
Infoxvationa uawandlung realiaieren. Weiter werden wir fol-
gende Tranaforaatorentypen unteracheiden.
1. geoaetriache Tranaformatoren,
2* phyaikaliache Tranaformatoren,
3* kombinierte Tranaformatoren.
Die geoaetriechen Tranaformatoren aind dadurch gekenn-
zeichnet» daae der Wert dea tranaformierten Parametere ohne
Bnergieverbrauch abgeandert wird etwa in der Wei ее, daae
вап den uraprunglichen Wert dea Parametere entweder mit der
betreffenden Parametergroeae multipliaiert, oder diTidiert.
Wen wir Torauaeetzen,daae daa Element im rierdimenaionalen
Zeit- Raumkontinum Terfolgt wird stehen folgende Raumpara-
meter aur Verfugnung fL; S; Vl (Lange; Flache; Volumen) und
die Zeit T . Die Information iat in Mechaniamen wie bekaimt
*u folgenden Parametem gebunden^p; V7 (Druck geometrishee
Volume» ) und zu swei tranafomierten Parametem С Q; Q* 1
[Strom; Volumenbeachleunigung). Die Tier angefuhrten
Parameter warden ala Orundparameter be zeichnet. Die geometria-
chen Tramaformationen aind in der Tab. 1 zuaeamengeatellt.
Die phyaikaliachen Tranafomatoren aind dadurch gekenn-
zeichnet, daae aie die gegenaeitige Umwandlung der Qrund-
parameter aaoglichen, allerdinga unter dem Verluat einea
Telle der ubertragener Energie. Dieee Tranaforaationen kon-
nen graphiech mit Hilfe einee Wideratandrierekee darge-
atell t werden [ Bild 1}.
Kombinierte Tranaformationen realiaieren geometriache
und phyaikaliache Tranaformattonen gleichzeitig.
Laut der Tab. 1 und Bild 1 konnen offerbar inageaamt
256 rerechiedene Slemante ait ei&ea Ein- und Auagang etwa
in der Form (Bild 2 )realisiert werden. T iat die ▼erlang-
te Traaaformation. Ea kann eine топ den drei Tranaformation-
269

typen realisiert warden.
Ale Beispiel eines geometrischen Transformators wollen wir
einen Linearmotor verfolgen (Bild 3}t der gleichzeitig fol-
gende geometrisc^- "Vansformationen ausfShrt.
Q^JL^Q Q -*^ С
Q_^cQ Q_iUf
Auseerdem realisiert dieses Element auch physikalische Trans-
formationen
Dieee Traneformationsformeln verfolgen die Transformation in
Stromrichtung. Auseerdem verlauft Transformation in der ent-
gegengeeetzen Richtung:
F-£-P
Ale weiterer Beispel ist in Bild 4 ein Drosselventil, der
physikalische transformation
P1JL>rQ1 und p2 _lL* Q2 realisiert, dargestellt ea
handelt sich offenbar um gegenlaufige transformation
Pi - p2 - Qi - Qg
T charakterisiert die Elementenstruktur. Sie kann auf ver-
schiedene Weise zusammengestellt warden so dass man in der
Tabelle 1 wahlt verschiedene Wege, die von dem Eingangspara-
meter zum Ausgangparameter fuhren.
Die Wege mueeen so gefuhrt werden, dass sie nur die entsprechen-
de Spalte und beliebige Zeile der Transformationstabelle
tab. 1 verfolgen.
Dieee Transformationswege konnen analytisch in Form einer
Traneformationsformel geschrieben werden.
Die Transformationen konnen entweder gleichzeitig, oder
nacheinander folgen: Z.B.
1 Oleichzeitiger Verlauf der Transformationen:
2 Nacheinander folgende Transformationen;
p Гу+Q+S Jlp Лч^О, J^Ts
Aue dan moglichen Varianten der Traneformationsformel
270

wird dienige Variante gewahlt die am einfachsten kann reali*
eiert werden.
Zueammenfaseung
Baa Apparat der Informations transferee toren macht ea mog-
lich systematise die Strukturen der hydraulischen und auch
anderer Elemente abzuleiten.
Literatur
1« ProkeS J. Hydraulicke mechanismy v automatizaci, Praha,
SNTL, 1973
2. Prokes* J» Synteza tefcutinov^ch mechanismu, Praha, CVUT,
1985
271

СИСТЕМА СМАЗЫВАНИЯ УЗЛОВ ТРЕНИЯ МЕХАНИЗМОВ
ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ СИСТЕМ
З.И.Дзюба, В.Э.Пуш, Э.В.Эйхензальд /СССР/
Гибкие производственные системы (ШС)9 в том числе их
первый уровень гибких производственный модуль (ГПМ),
представляют собой . высокопроизводительное и достаточно
сложнее оборудование* Сложность их обуславливается повышением
степени автоматизации входящего в них технологического
оборудования и систем управления, которые должны обладать
высокой надежностью*
Одной из основных систем ШС (ШМ), обеспечивающих
надежную работу узлов, механизмов и устройств
технологического оборудования является система смазывания узлов трения,
представляющая собой сложную структуру (рис.1). Ее
подсистемы и элементы выполняют конкретное функциональное
назначение, определяемое основной задачей системы смазывания-
очистки от загрязнений контактирующих поверхностей и их
разделение смазочной пленкой»
Выполнение системой заданных функций определяется
объектом смазывания (рис»2). Оптимальный режим работы объекта
смазывания зависит в основном от количества
(расхода),вида смазочного материала и способа его подвода в зону трения.
Вид смазочного материала и его марка должны
соответствовать .как требованиям оптимальног^эежима работы узлов
трения, так и конструктивным исполняем смазнваешх узлов*
Установленная взаимосвязь применяемых в системе методов
смазывания определяет формирование всей системы в целом*
Расход смазочного материала зависит от объекта
смазывания и изменяется в широких пределах от струйного потока
(несколько литров в минуту) до потока пленки (несколько
кубических миллиметров в минуту), включая и промежуточные
значения.
Использование различных методов смазывания в пределах
одной системы (рис.3) ставит высокие требования к
подсистеме формирования и подачи доз смазочного материала. Наряду
с традиционными методами струйного циркуляционного смазы-
272

вания с дроссельным дозированием смазочного материала (рис*
3, точки 52...56) в ИМ применяются и метода объемного
дозирования смазочного материала с различными способами его
транспортирования: под давлением самого смазочного
материала (рис. 3,П, точки 4...51), при помощи сжатого воздуха в
виде потока пленки (рис.3, точки I...3) и потока
аэрозольной смеси (рис. 3, точки 58,59).
Смазочный питатель является основным элементом
подсистемы формирования и подачи дозы смазочного материала.
Формирование дозы выполняется элементами дозирования,
геометрические параметры которых определяют количество смазочного
материала, подаваемого за одно их перемещение
(рис.4).Транспортирование сформированной дозы смазочного материала
осуществляется самим смазочным материалом, давление которого
используется для управления питателем (рис.4а), либо
сжатым воздухом при пневматическом управлении питателем (рис.
46). Расход смазочного материала определяется частотой
срабатывания питателей, величина которой задается: числом
внешних управляющих сигналов (рис.З,111,П4.в.ПИ),
соотношением рабочих объемов насоса питателя (рис.3,112,ИЗ) и
параметрами сжатого воздуха (рис.З,1Н2).
Применение такой сложной системы смазывания в ШМ
невозможно без контроля и управления процессом смазывания.
Управление процессом смазывания всех объектов, непрерывный и
дискретный контроль за ним осуществляется ЭВМ, входящей в
ГНС. ЭВМ обеспечивает оптимальный режим смазывания при
достаточно надежной работе смазочной системы, а в случае
возникающих в ней неполадок включается аварийная система
смазывания (рис.З,В4А), которая позволяет исключить
непроизводительный простой оборудования. Подсистема управления и
контроля позволяет быстро определить причину отказа и
осуществить поиск неисправностей. Для принятия решения ЭВМ
выдаются электрические сигналы от контрольных датчиков:
гидравлических или пневматических (реле давления, реле расхода и
реле уровня), механических (датчики перемещения элементов
дозирования питателей) и фотоэлектрических (перемещение
"метки",.то есть пузырька воздуха в потоке смазочного мате-
27;

риала). Все эти средства обеспечивают как активнцй, так и
пассивный контроль за процессом смазывания* Автоматическая
подсистема управления и контроля системы смазывания ПШ
имеет связь с системой управления более высокого уровня.
Высокая эффективность применения автоматического
управления и контроля обусловлена тем, что на обычный контроль
работоспособности и поиск дефектов в сложном оборудовании
затрачивается до 90$ от общего времени их восстановления.
Таким образом, осуществление активного и пассивного
контроля в системе смазывания ПШ позволяет обеспечить
работоспособность технологического оборудования,
своевременное обнаружение места неисправности и прогнозирование
состояния на некоторый период времени*
274

77 0
система
смазыЬанир
ГПС
д с и
1 1
\гуодг$7оЬки\
Воздуха 1

формирования дозы
\ смазочного
[материала.
С т е
м ы
1 1 __
\\упраЬление II
процессом
\\смазыЬанир\\
контроль за\
процессом
смазыЬант
1 оВъект
\смазыЬант
Рис. 4. Структура системы смавыЬания ГПС
У 3
8«!
1 объект 1
смазыЬания 1
■— .и ■
А Ы
|1
1«р
5» S 1
и*
e у а я
til
ill
1 ^ g>i»
1
it
§f j
«§4
f'||
Рис. 2. Элементы подсистемы объекта. смазыЬания
275

Op Sj ®
(c;«2i^0:
Aw./ Система смазибония Г ПС.
#-<W> r/47j<c/ шпиксе/инт опор. 8М АгтА r<\;/v///W cvrme^n
Bin- £rrr,U cMjMi u/numifnHiu flW (барионт с оЦтибччн ic^/vy^.
ЯП- ffmh fonu напрайллящи* и опер хосббих бимтсб
№' tfmft eiojKit г*ранепартння и JOtpyj0v*ux мпани}~об
ВМ~ fr-nh меняй ьсроЬки подо".
65- \tmfi скани и о**ажде*ия и*страм(нгга.
66- frmfk rvjhuu баси на hq io*un»oe истройстбо
81 bmU ОШ* Ш
276

МЫ-механизм шагового поЫрота
ГАМ-Генератор пнеЬюантчгСчих
Рис 4 Подсистемы ^ормироЬшшя и подачи dot сма&очно?о
материала
(at, a'dt иЗ. 04,02. coombt'Hicmbetwo питате/ш ШЛиМГ ПЮ №»ПЪ
44, 1111 »а риС.З)
277

ZUR ZUVERLASSIGKEIT PNEUMATISCHER
AUTOMATISIERUNGSGERATE
№. GOBEL (DRESDEN, DDR)
Die Bedeutung der Zuverlassigkeit als Bewertungsfaktor
technischer Erzeugnisse nimmt standig zu. Diese Entwick-
lung ist objektiv bedingt u. a. durch die zunehmende Kom-
plexitat der Erzeugnisse, durch die steigende Tendenz der
Ausfallkosten infolge hoherer Leistungsfahigkeit und zeit-
licher Auslastung der Erzeugnisse und durch die Notvvendig-
keit der Einsparung gesellschaftlichen Aufwandes an Ar-
beitszeit und Material fur die Reparatur und fur die Her-
stellung von Ersatzteilen.
Fur Automatisierungsgerate gilt die Forderung nach
hoherer Zuverlassigkeit in besonderem MaBe. Moglichkeiten
zur Erfullung dieser Forderung werden fur die Erzeugnis-
klasse pneumatischer Gerate der industriellen Regelungs-
und Steuerungstechnik mit dem Arbeitsdruck 140 kPa dar-
gestellt.
Diese Gerate haben auch angesichts sturmischer Entwick-
lung der Mikroelektronik perspektivische Bedeutung fur Auf-
gaben der Klein- und Mittelautomatisierung und fur die
Stelltechnik.
Die Untersuchungen wurden vorwiegend mit ingenieurtech-
nischen Methoden der Zuverlassigkeitsarbeit durchgefuhrt.
Sie gehen von einer Zusammenstellung aller moglichen Aus-
fallmechanismen aus und beinhalten die Festlegung geeig-
neter MaBnahmen zur Beseitigung der Ausfallursachen auf
Grund ausfallphysikalischer Studien.
Durch Funktionsanalyse der pneumatischen Automatisie-
rungstechnik wurden 13 konstruktive Grundelemente abge-
leitet, an die die Ausfallmechanismen gebunden sind.
Funktionsausfalle konnen sowohl durch die Einwirkung
umgebungs- und funktionsbedingter Beanspruchungen auf die
278

Grundelemente selbst als auch clurch die gerjensei tigen Be-
anspruchungen bei der lYechselwirkung der Elemente unter-
einander auftreten. Nach diesein Gliederungsschema v.urden
alle sowohl durch systematische theoretische Oberlegungen
als auch durch praktische Zuver]assigkeitsuntersuchungen
gefundenen Ausfallmechanismen in einem Ausfallursachenka-
talog zusammengestellt. Dieser Katalog hat grofte Bedeu-
tung als zentraler Informationsspeicher in dem nach dem
Lernkreisprinzip aufgebauten Organisationsschema der sy-
stematischen Zuverlassigkeitsarbeit. Die im Katalog er-
faflten Ausfallmechanismen konnen in folgende 4 Gruppen
eingeteilt werden:
- Ausfalle durch Verformung und/oder Bruch
- Ausfalle durch Grenzflachenerscheinungen
- Ausfalle durch MedieneinfluB
- Ausfalle durch U'echselwirkung mit kleinen Teilchen,
Aus Zuverlassigkeitstests im Labor und Datenruckmeldungen
zur Betriebszuverlassigkeit vvurde folgende nach der Hau-
figkeit des Auftretens geordnete Rangfolge von Ausfall-
mechanismen ermittelt:
- Bruch von Dehnkorpern (Membranen, Wellrohre ...)
- plastische Verformung bzw. Relaxation von Dichtungen
- Ablagerung von Verunreinigungen in Stromungswider-
standen
- Hafteffekt beweglicher Dichtelemente
- VerschleiB von Fuhrungen und Lagern
Fur diese Ausfallerscheinungen werden im Vortrag Hinvveise
zur Abhangigkeit vom Beanspruchungsniveau sowie zur
zuverlassigkei tsgerechten Gestaltung und Dimensionierung ge-
geben.
Die Untersuchungen zeigen, da(3 die reale Moglichkeit
fur die weitere Erhohung der Zuverlassigkeit pneumatischer
Automatisierungsgerate besteht. Damit wird sich einer der
Vorteile der Pneumatik, das gunstige Verhaltnis von Kosten
und Zuverlassigkeit, weiter auspragen und abgesichert, daB
die pneumatischen Gerate im Gesamtsystem der Autonratisie-
rungstechnik die ihnen gebuhrende Rolle bei der Intensi-
279

vicrung dcr i'rodukti orisprozessc auch in Zukunfl crfullcn.
Literatur
1. TGL 2G096: Zuverlassigkeit in dor Technik
2. ST RGV. 292-76: Zuvcrlassiykeit in der Technik.
Grundbegriffe
3. Gobel, W. : " Zur Zuverlassigkeit pneumatischer
Automatisierungsgerate"
Diss. A, TU Dresden, 1982
280

REGELGSRATi; UND SIGNALGEBER
FUR MEKBRANSTELLANTRIEBE
G. KRAUSE (DRESDEN, DDR)
Die pneumatische Stelitechnik ist eine konventionel-
le Technik, die auch im Zeitalter der sturmischen Ent-
wicklung der Elektronik auf Grund ihres hohen Gebrauchs-
wertes nicht an Bedeutung verloren hat. Hohe Funktions-
sicherheit auch bei harten Umgebungsbedingungen, Einfach-
heit und Uberschaubarkeit der Technik, hohe Zuverlassig-
keit und Explosionssicherheit der Kembranstellantriebe
sind der Grund dafur, dafi in der Verfahrenstechnik sehr
haufig Membranstellantriebe zur Betatigung von Regelven-
tilen verwendet werden. Eng mit der Bedeutung der Mem-
branstellantriebe verknupft sind Gerate, die unmittel-
bar an den Membranstellantrieb montiert werden und des-
sen Eigenschaften modifizieren.
Im allgemeinen Bestreben, die Qualitat der Regelungen
zu verbessern, steht die Forderung nach sogenannter
Mintelligenter Stelitechnik". Diese Forderung kann stu-
fenweise von einfacher Geratetechnik bis zur vollstan-
digen Optimierung des Stellvorganges mit Rechner ge-
lost werden.
Mit der ursapneu-Stellgerate-Reihe des VEB EAW
Elektronik Dresden steht ein Geratesortiment zur Verfugung,
das diese Aufgaben mit konventionellen Mitteln lost, aber
auch mit entsprechenden Geraten der Signalrlickmeldung
den Weg zum Rechnereinsatz vorbereitet. Das Geratesystem
enthalt Gerate zur Regelung der Ventilstellung, zur
tlberwachung und Signalisierung der Ventilstellung und
zur Verblockung des Hubes bei Hilfsluftausfall.
281

Im folgenden werden die Hauptme.rkmale der drei Gerate-
gruppen
Stellungsregler
Lageschalter und Stellungsgeber
Verblockeinrichtung
dargestellt.
Stellungsregler
Stellungsregler sind Einzv/eckregler zur Regelung der Ven-
tilstellung in Abhangigkeit vom Sollwert. Fur den pneu-
matischen Stellungsregler muB der Sollwert im Einheits-
signalbereich 20 bis 100 kPa fiir den elektro-pneuma -
tischen Stellungsregler als Stromsignal 4 bis 20 mA an-
liegen.
Stellungsregler sind fiir folgende Aufgaben einsetzbar:
- Erhohung der Stellgenauigkeit speziell bei langsamen
Regelstrecken,
- Erhohung der Stellgeschwindigkeit durch Verwendung des
Hilfsluftdrucks 600 kPa,
- Erhohung der Stellgeschwindigkeit bei groBen Antriebs-
volumen,
- Betreiben .von federlosen Membranstellantrieben fiir Re-
gelzwecke durch Verwendung doppeltwirkender
Stellungsregler,
- Korrektur der Stellcharakteristik durch auswechsel-
bare Kurvenscheiben,
- Arbeitsmoglichkeit mit halben bzw. viertel Eingangs-
signalbereich fiir split-range-Betrieb,
- Einstellbarkeit der Verstarkung in weiten Grenzen und
damit gute Stabilisierbarkeit des Stellungsregelkreises,
- variantenabhangig einsetzbar auf dem Schiff, unter
tropischen Bedingungen, bei extrem niedriger Tempera-
tur bis - 60°C, in ammoniakangereicherter Umgebungs-
atmosphare und in explosionsgefahrdeter Zone.
Der elektro-pneumatische Stellungsregler arbeitet
nach dem Prinzip des elektronischen Vergleiches.
282

Das elektrische Eingangssignal wird auf elektrischem Wege
mit dem Istwert (Membranstellantriebhub), der in eine
Spannung gewandelt wird, verglichen. Eine Eingangssignal-
Snderung bewirkt eine Soll-Istwert-Differenz, die elek-
tronisch verstarkt, eine Veranderung des Magnetfeldes
einer Festspule mit sich bringt. Das hat die Lageanderung
einer Prallplatte zur Folge, die pneumatisch abgetastet
wird.. Damit ergibt sich eine Anderung des Kaskadendruckes
und liber den Verstarker des Ausgangsdruckes. Diese Aus-
gangsdruckanderung bewirkt liber den Membranstellantrieb
eine Verstellung der Ventilspindel. Die Stellung der Ven-
tilstellung v/ird auf den Ferritkern einer Geberspule
Ubertragen und als Spannung rlickgeflihrt. Der Regelvor-
gang ist abgeschlossen, wenn Soll-Istwert-Gleichheit vor-
liegt, d. h. wenn der Spindelhub des Membranstellantriebes
und das elektrische Eingangssignal einander entsprechen.
Die dynamische Anpassung an den Membranstellantrieb,
die Bereichseinstellung und die Einstellung des Nullpunk-
tes erfolgen elektronisch. Die fur die Schaltung benotig-
te elektrische Hilfsenergie wird dem Eingangssignal ent-
nommen. Das Gerat arbeitet ohne zusatzliche elektrische
Hilfsenergie. Es ist so dimensioniert, dafi es den vor-
schriften des Explosionsschutzes entsprlcht.
Der pneumatische Stellungsregler arbeitet nach dem
Prinzip des Wegvergleiches . Eine Eingangsdruckanderung
bewirkt mittels Metallbalg gegen eine Meflfeder eine
Anderung des Abstandes zwischen DUse und Prallplatte. Diese
Auslenkung hat eine Anderung des Kaskadendruckes und liber
den Druck-Leistungsverstarker des Ausgangsdruckes zur
Folge. Die Ausgangsdruckanderung verursacht uber den
Membranstellantrieb eine Veranderung der Lage der
Ventilspindel. Diese Verstellung wird abgetastet und. liber ein
Kurvengetriebe auf die Duse ubertragen. Die Duse wird
der Prallplatte nachgeflihrt.
283

Zur dynamischen Anpassung konnen die statische Verstar
kung und die Luftleistung des Ausgangssignals verSndert
werden. Die Einstellung von Arbeitsbereich und Uullpunkt
erfolgt liber Anderung der Federkonstante und Vorspannung
der weftfeder ♦
Lageschalter und Stellunflsgeber
Diese Gerategruppe hat die Aufgabe der (Jberwachung der
Ventilstellung.
Lageschalter ermoglichen die Abgabe von binaren Sig-
nalen an zv/ei vom Betreiber frei v/ahlbaren Spindelstel-
lungen. Sie sind mit pneumatischen Schaltern, mit elek-
trischen Mikrotastern oder mit Schlitzinitiatoren ausge-
riistet. Die pneumatische Variante arbeitet im Einheits-
druckbereich, die elektrischen Mikrotaster sind fur
Schaltspannungen im Bereich 24 bis 220 V geeignet und
die induktive Variante gestattet die Verkniipfung mit
alien ublichen Logiksystemen.
Der Stellungsgeber ist mit einem Prazisions-Mefipoten-
tiometer ausgeriistet und formt den Hub in eine Wider-
standsanderung um. Die Widerstandsanderung kann zur An-
zeige oder zur Ruckfuhrung des Hubv/ertes in den Regel-
prozefi benutzt werden.
Verblockeinrichtung
Fur einige Ventile besteht aus verfahrenste.chnischen
Griinden die Notwendigkeit, bei Hilfsluftausfall die
Momentanstellung des Ventiles zu fixieren bzw. bei fe-
derlosen Antrieben eine definierte Endlage einzustellen.
Zu diesem Zweck stehen die einfache und die doppelte
Yerblockeinrichtung zur Verfugung, die Stelldriicke bis
600 kPa sperren konnen.
284

OEJJWE СВОЙСТВА. ПНЗВ1ЛА'1ЯЧ1ЙККХ И ГИДРАЗЛЙ 4j£KKX
УСТЮЛСТЗ УПРАВЛЕНИЯ КАК СИСТЕМ Р&ШСАфОННОГО
даш розаны
Д.й.Чегодаев, А.И.Ъелоусов /СССг/
Возрастание роли всестороннего изучения динамических
процессов в пневматических и гидравлических элементах и
устройствах управления связана с общей тенденцией
форсирования параметров технических объектов и интенсификацией
технологических процессов. Особую актуальность
приобретает проблема демпфирования вибраций и ударов. Это
определено стремлением повысить точность позиционирования
исполнительных механизмов системы управления, увеличить надежность
составляющих ее элементов.
Эффективным решением указанной проблемы является
возможность представления некоторых конструктивных схем пневмо-
гидравлических устройств моделями систем релаксационного
демпфирования. Существо такого представления поясняется на
простой модели /рис, I/. Инерционная сила массы М и
внешняя нагрузка R воспри-
,1, ,!■"'**
р,
!
лД vAЬ//"
Рг
V*№%\
А
Y7777777777?.
Рис.
нимаются реакцией
газового /гидравлического/
объема VK с давлением Рк .
Давление Рк
устанавливается в соответствии с
соотношением давления подачи
Р< и слива Рг , а
также чувстзительностей
расходов рабочего тела на
входе a,-g#S$,= Jjg
в камеру и на выходе
из нее / X/ -
перемещение массы/. Динамическая реакция этой модели
представляется уравнением с9«„^(с +С0) ^£ +j # Здесь С -
зткость пружины: г. - оу—Зк ^-** *
жесткость пружины; q -
ъ?*
статическая
жесткость объема; -т»_л ^уу г,, _ 0 >c_vv
285

- постоянные времени опережения и запаздывания,
соответственно; Ок - плотность среды в полости VK ; J^ -
площадь поршня. Постоянные времени и статическую жесткость
можно выразить через элементы упругодемпферной связи
механического аналога /рис, I/
К рассмотренной модели приводятся такие элементы, как
поршневые пневматические устройства с возвратной пружиной
и тормозные устройства [2] , системы позиционирования
рабочих органов промышленных роботов \Ъ\ , гидравлические
демпферы [4] и др.
Анализ показал, что основные свойства такого типа
систем формулируются следующим образом:
1. Наличие на частотной характеристике упругой
/действительной/ составляющей динамической реакции
Си((4?)=> **Tf * U*Z- I°> ~ частота/ двух характерных
участков, близких к горизонтальным, в области низких и
высоких частот. Нижний участок характеризует жесткость
системы, обусловленную как жесткостью пружины С , так и
изменением Рк вследствие управления в элементах нагнетания и
слива. Зерхний - жесткость непроточного объе*ма газа или
жидкости в камере.
2. Существование максимального значения диссипативной
/мнимой/ составляющей динамической реакции по частоте
2>(ц))—С£ * "У**"<о* ^ • Это дает возможность при
необходимости настраивать устройство на режим
максимального демпфирования соответствующим подбором его элементов.
3. Потеря устойчивости при Ъ(од)С 0 и возможность
управления амплитудой и частотой автоколебательного
процесса, что имеет большое значение при создании
автоколебательных вибраторов.
4. наличие на амплитудно-частотной характеристики,
описываемой уравнением ^ __^
*3>al/tJ-Z.%&frt
при 77 = \/QR. и К. = const , двух предельных
резонансов на частотах 45= / и Со - К~ . Здесь й)*и>/Р0;
286

P*=c/M ; Tf =Р0Т, ; к = 71/Т< .
5. Прохождение всех резонансных кривых через общую
/фиксированную/ точку; координаты которой определяются соотно-
шениями и)*пг = 1^£=Г и UonT = i±£ . Г/ = У^*~ ,
при котором характеристика имеет максимум в риксированной
точке, причем это наименьшее значение максимума из всех
возможных.
6. Смещение резонансных значений кривой на семействе
амплитудно-частотных характеристик /рис. 2/ при К^^/^
в область низких частот / и) < У /, что может быть
использовано для эффективной виброизоляции.
Указанные свойства были использованы при проектировании
конкретных пневматических и гидравлических устройств в
соответствии с заданным динамическим качеством.
Экспериментальные исследования и эксплуатация ряда систем и изделий
подтвердили полученные теоретически закономерности.
Литература
I. ^егодаев Д.Е. Оптимальные соотношения элементов
упруго-демпферной связи релаксационной подвески. - 3 сб.:
Вибрационная прочность и.надежность двигателей и систем
летательных аппаратов. - гСуйбышев, КуАК, 1984.
£87

2. Герц д.З. Пневматические приводы. - М.:
Машиностроение, 1:969.
3. Системы позиционирования рабочих органов
промышленных роботов с пневмоприводами. Обзор. - М.: ШЮ/1АШ, 1983.
4. Рабинович i.P-. Аналитическое исследование
демпфирования систем "Следящий гидропривод - инерционный орган
управления". - 3 кн.: Труды ДАГИ им. проф. Н.З.луковского.
- М.: изд.отдел ЦАГИ, 1982, вып.2153.
288

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОСТАВЛЯЮЩИХ НАГРУЗКИ НА РЕГУЛИРУЮСЬ
ОРГАНЕ АКСИАЛЬНО-ПОРШНЕВЫХ НАСОСОВ
В.И.Голубев, Ю.Ю.Зуев, Ю.А.Петров,
В.Е.Никонов, Е.Н.Сорокин /СССР/
Развитие электрогидравлических следящих приводов с
объёмным способом регулирования скорости в значительной
степени связано с совершенствованием механизмов управления
подачей насосов (МУ). Опыт проектирования и эксплуатации
МУ показывает, что их характеристики существенно зависят
от нагрузки, действующей на регулирующий орган (РО)
насоса. В имеющейся литературе [ 1-3 ] рассмотрен механизм
возникновения нагрузки на РО и предложено её учитывать в
виде суммы статической ^Сг, кинематической Мк ,
динамической М$ составляющих, составляющей сил сухого трения МТр
и обусловленной погрешностями изготовления и сборки
конструкции Мл , т.е.
Ms Mcr + М* * Мд + Мтр * МА . ^ •'
Эти составляющие определяются конструкцией, условиями
работы насоса в составе гидропривода, и могут быть
найдены из соответствующих выражений [1,3,4 ] . Анализ каждой
из составляющих позволяет условно разделить их на две
группы. Моменты первой группы зависят только от
конструктивных параметров гидромашины и поддаются достаточно
надёжному определению расчётным путём.
Аналитическое определение составляющих второй группы
требует использования эмпирических констант, зависящих от
условий работы насоса в гидроприводе, особенностей сборки
и обкатки конструкции. Имеющиеся экспериментальные
материалы по замерам усилий на РО весьма немногочисленны и не
охватывают все составляющие нагрузки.
Таким образом, проблема определения составляющих
нагрузки на РО и нахождение их численных значений
представляет актуальную задачу.
Обобщение опыта исследований по её решению позволило
289

установить одним весьма перспективный
экспериментальный метод, использованный в данной работе.
На специальном стенде исследовались
аксиально-поршневые насосы с двойным несиловым карданом и торцевым
распределением жидкости с рабочими объёмами от 9 до 250 см .
МУ насосов представлял собой электрогидравлический
следящий привод с двухкаскадным гидроусилителем
"сопло-заслонка, золотник". Нагрузка на насосе создавалась либо
клапаном, либо гидромотором с тормозом или маховиком на валу.
Стенд позволял закольцовывать внешние гидролинии
"накоротко", через дроссель и обеспечивать подцавливание их от
дополнительной насосной станции.
Методика определения составляющих нагрузки состояла в
замере момента по перепаду давлений в гидроцилиндрах МУ
дРгц при различных режимах движения системы. Исследование
проводилось при подаче на вход МУ пилообразного сигнала
различной частоты и амплитуды, что давало возможность
перемещать РО с постоянными скоростями.
Момент от сил сухого трения Мг в подшипниках и
уплотнениях РО, а также момент* Мш , обусловленный трением в
сферических.головках шатунов качающего узла насоса
определялись при движении РО с малыми скоростями вблизи его
среднего положения. Графики зависимостей перепадов
давлений Рт , Рш в управляющих гидроцилиндрах МУ,
соответствующих моментам Мт ъ Мщ 9 показаны на рис.1., что
позволяет представить их выражениями вида
Рш » / Ршо * *шР л Ргм I SijnT 1 (2)
Рт - / Pro * ЬгрА Ргм /Sign Г J ,
где кШр , А>р - коэффициенты пропорциональности; Ршо ,
Pro - перепады давлений, обусловленные начальными
конструктивными натягами в узлах гидромашины; Т - угол
поворота РО.
Кинематическая составляющая нагрузки определялась при
неподвижном роторе насоса и закольцованных внешних
гидролиниях. МУ запитывался от дополнительной станции. В
результате было установлено, что перепад, соответствующий
290

Mk , может быть достаточно точно найден по формуле
*>*'*,* . (3>
где кк - коэффициент кинематической составляющей .
Момент от равнодействующей сил давления под поршнями
качающего узла насоса Мс ? обусловленный несимметрией
индикаторной диаграммы распределителя, определялся при
пилообразном входном сигнале и инерционной нагрузке на
гидромоторе. Это обеспечивало для кадцой четверти
периода колебаний РО выполнение условия APrM*co/>stm В
результате обработки экспериментальных зависимостей был получен
график Р$(т) , приведённый на рис.2, как разность
функций ДРгц(Т)ъ Р*(т) • В диапазоне отсутствия влияния
ограничения подачи жидкости в МУ подпит очным насосом из
рис.2, видна практически прямо-пропорциональная
зависимость индикаторной составляющей перепада давления В;
гидроцилиндрах МУ Р& от внешней нагрузки насоса *
Р€шкрАРгм , С4)
где frp - коэффициент пропорциональности.
С учётом составляющих нагрузки на РО, которые могут
быть найдены аналитически, математическая модель
нагруженного РО насоса, записанная для моментов, принимает вид
М: 1МШ0 ф КшР А Ргм I $х$п Г+ к?Г * к? Г (б)
* /Мто * кг% й Ргм I Sty T ф Jp T * кр*Д Ргм ,
где кц - коэффициент пропорциональности, учитывающий
действие центробежных сил вращающихся масс жидкости,
шатунов и порпней качающего узла; Jp - приведённый момент
инерции подвижных частей РО.
Полученная модель нагрузки учитывает практически все
её составляющие и, в силу своей простоты, весьма удобна
в инженерных расчётах конструкции.
Анализ структуры и численных значений составляющих _
нагрузки для рассмотренной гаммы насосов
позволил,сделать следующие выводы.
I. Для диапазона расчётных давлений, развиваемых
насосом, доминирующими составляющими момента на РО
являются моменты, обусловленные внешней нагрузкой гидромашины.
291

2. Рост данных составляющих, обусловленных
несимметрией индикаторной диаграммы распределителя, силами сухого
трения в качающем узле и подшипниках РО
прямо-пропорционален увеличению внешней нагрузки насоса с коэффициентами,
находящимися для рассмотренной гаммы гидромашин, в
сравнительно узких пределах: Кр =0,01-0,02; krp = 0,009-
-0,01 и КшР = 0,007-0,02.
3. Коэффициент кинематической составляющей нагрузки
практически постоянен и составляет кк = 0,15 Н/смгтр.
Литература
1. Аксиально-поршневой регулируемый гидропривод/
Прокофьев В.Н., Кондаков Л.А., Данилов Ю.А. и др.-М.:
Машиностроение, 1969.
2. Данилов Ю.А., Прокофьев В.Н., Пильгунов В.Н.
Зависимость управляющего момента аксиально-поршневой
гидромашины от геометрии распределителя.-М.: Известия ВУЗ»ов.
Машиностроение, 1975, № 10.
3. Следящие приводы/ Блейз Е.С., Данилов Ю.А., Казми-
ренко В.Ф. и др. Кн. 2-я. -М.: Энергия, 1978.
4. Белькинд П.В., Ржевский В.Г., Буль Я.Р. Расчёт
моментов на наклонной шайбе роторного аксиальнотпоршневого
насоса. - М.: Вестник машиностроения, 1974, IP 4.
л
А.
СМпо) L
**'•>* ' г-
1
- 0,12
1
1
[ 0,10-
1
1
\0f08
ГI
I 0,06
1
[0,04
i
1
Рг
л
[
•о 1
i 1
i 1
р
1_
6
V
\
"/
/
Рш
1
1
Рт
{
10
L
l/Wl
О
Чп<
*>
&Р(Мпо'
)
|
-0,«-
"I
-0,5-
i
I
I
i
i
I
\о,2-
I
I у
Vo,i ±
I I V
Т- $Cjp>X.
То \l
15 Sh
0>1*
0,6 |
I; Влияние
X'kU |
|| подпигпочнозо
"]}<
JN
4
\
0.8
насоса
\.
II
л
Т**
UPr
1 *
Р*ПГ> "
ч Ре
^
■ UO |
А 3
О/
ц J
'с)\
Рис.1.
Рис.2.
292
I

ВЫРУБНЫЕ ПРЕССЫ ПРИ РАБОГЕ В УСЛОВИЯХ
АСИММЕТРИЧНОГО НАГРУЖЕНИЯ.
А.В.Санжаровский, В.А.Иванов, к.т.н., С.Н.Архипов.
/СССР/
В лёгкой промышленности широко распространены
траверсные прессы с приводом от двух и более гидроцилиндров,
предназначенные для вырубки деталей обуви, кожгалантерей-
ных и текстильных материалов. Траверсы прессов имеют
относительно высокую скорость движения - до бОход./мин. при
ходе до 100мм. Характерной особенностью при работе этих
прессов является нагружение по отдельным участкам
рабочего стола, имеющим неболыцую площадь по сравнению со всей
площадью стола, что вызывает эксцентричное нагружение
пресса. Эксцентриситет может достигать 800мм, что
равняется половине длины рабочей зоны. При этом перекос траверсы.,
т.е. разность ходов гидроцилиндров, в отдельных случаях
составляет около 15мм при расстоянии между цилиндрами
1800мм. Это значительно превышает допустимый по
технологическим условиям перекос равный 0,8мм [ij.
Для обеспечения равномерного перемещения цилиндров без
перекоса траверсы в этих прессах имеется система
синхронизации дозаторами-мультипликаторами
возвратно-поступательного движения, поэтому перекос траверсы в основном
зависит от гидропривода. Однако имеющаяся система
полностью не обеспечивает синхронное перемещение
гидроцилиндров.
Экспериментально установлено, что основными факторами,
влияющими на перекос траверсы являются:
податливость гидросистемы;
наличие в рабочей жидкости нерастворённого воздуха;
утечки и перетечки жидкости в момент рабочего хода;
неудовлетворительная подпитка замкнутых полостей
заключённых между поршнем дозатора и гидроцилиндрами.
Серия опытов в различных условиях нагружения пресса
позволяет установить следующие закономерности в возникно-j
вении перекосов. Во-первых, перекос может возникать и при
холостом ходе, достигая в отдельных случаях достаточно
293

больших значений - 3*4мм. Во-вторых, перекос в каждом
экземпляре оборудования достаточно стабилен по своему
характеру, т.е. следует квалифицировать его как
систематический для конкретного пресса.
В результате перекосов в элементах крепления траверсы
и стола возникают внутренние напряжения, превышающие
допустимые. Следствием чего бывает возникновение
усталостных трещин в болтовых соединениях и других концентраторах
напряжений. На практике последствием этих деформаций
бывает аварийное разрушение элементов крепления траверсы и
стола, повышенный износ деталей, и как следствие,
уменьшение его надёжности и долговечности.
Для устранения перекосов предложена схема
синхронизации 2 , обеспечивающая снижение перекоса до 0,7мм.
Работа пресса происходит следующим образом.
Холостой ход вниз траверсы обеспечивается подачей
жидкости от насоса в полость 3 дозатора-мультипликатора.
Жидкость из полостей I и 2 дозатора вытесняется по
трубопроводам в рабочие полости цилиндров. После
соприкосновения траверсы с резаком и возрастания сопротивления
срабатывает напорный золотник и жидкость от насоса поступает в
полости 3 и 4 дозатора-мультипликатора, в результате чего
совершается рабочий ход.
При движении траверсы вниз жидкость из полости 5
вытесняется в полость 8, а из полости б - в полость 7.
Излишки жидкости, образующиеся вследствии неравенства
площадей указанных полостей, через полости слива 14, 15
регулятора потока и клапана 16 вытесняются в бак.
При центральном положении резака на столе вследствии
того, что рабочая нагрузка между цилиндрами
распределяется поровну, давление в замкнутых магистралях дозатор
/цилиндр одинаково и в этом случае равные объёмы жидкости
этих магистралей обеспечивают движение • раверсы без
перекосов.
Вследствие равенства давлений в полостях I и 2 дозато-
ра-мультпликатора, а, следовательно, и в управляющих
полостях 9, 10 поршень 13 находится в среднем положении,
-дбеслездшаа равный олив излишков жидкости из полостей 5,6.
294

При эксцентричном положении резака на столе, например
справа от центра, давление в полости 12 больше, чем в
полости II. За счёт разницы давлений в полостях II и 12
перемещается поршеть 13 в правое положение и перекрывает
слив из полостей 5 и 6. В результате чего давление в это?
магистрали увеличивается й, как следствие, возрастает
давление в полости II до величины, необходимой для
преодоления давления в полости 5. Давление в трубопроводах
выравнивается, что исключает возможность перекоса траверсы.
После окончания процесса вырубки напорная магистраль
насоса соединяется со сливом, а траверса перемещается в
верхнее положение под действием пружин. Жидкость из
полостей II и 12 вытесняется в полости I и 2
дозатора-мультипликатора, а жидкость из его полости 4 по трубопроводу
поступает в полости 5 и б, восполняя потери,
образовавшиеся во время рабочего хода из-за разности площадей
синхронизирующих полостей цилиндров. Излишки жидкости
сливаются через клапан в бак.
Экономический эффект при внедрении достигается за счёт
расширения технологических возможностей, уменьшения
износа узлов и деталей пресса, а также за счёт повышения
надёжности и долговечности пресса.
Предложенная система может быть приемлема в любой
отрасли, где необходима синхронизация двух и более
гидроцилиндров.
Литература
I. Воронин Н.Ф., Сивченко Н.А., Баканов Н.И. Перекосы
траверс вырубочных прессов лёгкой промышленности. - Изв.
ВУЗов. Технология лёгкой промышленности, 1981, №5, с.130-
133.
295

/6
-^т
<У
L
Ш £
%
-Ch
Гидравлический вырубной пресс.
'Ь6

УСТРОЙСТВА СОПРЯЖЕНИЯ И КОМБИНИРОВАННЫЕ СИС'ШЫ
ЭЛЖТГОКАПЛЖТРУЛШЕ РЕГИСТШРУОфЕ УСТРОЙСТВА:
ПРОБЛЕШ ДИНАМИКИ И СИНТЕЗА
В.С.Нагорный /СССР/
Характерной особенностью разрабатываемых
электрофлюидных канлеструйных регистрирующих устройств
/ЭФ КСРУ/ без подвижных механических элементов
является использование для эмиссии капель
электростатического поля. В ЭФ КСРУ объект управления представляет собой не
компактную струю жидкости, а манодисперсные капли чернил,
формируемые в генераторе капель.
При формировании знака модуляция! производится или
изменением заряда капли, или соответствующим изменением
напряжения на отклоняющих электродах при постоянном заряде
капли. В последнем случае для нормального функционирования
ЭФ КСРУ необходимо, чтобы между отклоняющими электродами
было не более одной капли /предполагается, что капли
движутся в ускоряющем поле без обгона друг друга/.
Расчетная модель отклонения заряженной капли
представлена на рис. I. Тогда обобщенная модель расчета
характеристик ЭФ КСРУ может быть представлена выражением
где /77 » dK - масса и диаметр капли; $ , Vc - плотность
и кинематический коэффициент вязкости среды, в которой
движется капля; Fa - электрическая сила, действующая на
каплю;
Расчет отклонения заряженной капли /например, на водной
основе/ в поле отклоняющих электродов- ЭФ КСРУ предполагает
прежде всего знание конечной скорости t^^^/pMC.I/ ее
движение в неоднородном нестационарном поле ускоряющих
электродов, поскольку мениск при генерации капель совершает
периодические колебания и изменяются по времени радиус
закругления мениска *£0 и расстояние п . Можно показать, что
для узла формирования и ускорения капли в /I/ £=Х , а
297

р к<ЪгАЦ*- } /г/
где Х - координата по оси капельной струи; К* -
коэффициент /для капли на водной основе, движущейся в воздухе,
К£= 1,6/; Ur- напряжение на ускоряющих электродах; А-
заряд капли; ,
Для нахождения времени движениями скорости капли
(^между ускоряющими электродами нелинейное дифференциальное
уравнение /I/ с: учетом /2/ решается численно /например,
методом Рунге-Кутта/ при начальных условиях /рис.1/ t = 0.
Xo=b-(A-0fc) ; t£0= 0. Величины t* и максимальной
скорости капли V^naz B K0H4e участка ее ускорения необходимо
знать для обеспечения задержки управляющего импульса на
отклоняющие; электроды ЭФ КСРУ и для выбора параметров
отклоняющей системы.
Для отклоняющего узла в /I/ 2 —U , а
где U - координата, перпендикулярная оси капельной струи;
U0 * h0 " Напряжение на отклоняющих электродах и
расстояние между ними.
3 этом случае отклонение капли находится численным
интегрированием уравнения /I/ с учетом /3/ при начальных ус •
ловиях t =0, U0 =0, Z£0 =0, 0 4zt^bQ , где t0-
время нахождения капли между отклоняющими электродами. При
этом для расчета заключительного этапа полета капли на
участке £н~~^о /рис.1/ необходимо знать ^/мк капли
на выходном срезе отклоняющих электродов и отклонение fy
капли*
Для заключительного этапа полета кашли между выходным
срезом отклоняющих электродов, и носителем буквенной или
графической информации в уравнении /I/ 2=*^ и /^=0.
Полученное уравнениа решается численно при начальных уело- •
виях t . 0, ft-fry &о в Ifymcx > 0 £t£tu-to
где Ьц - время нахождения капли на участке '#зоны
отклонения.
298

/c погрешностью до 10%/
результирующее отклонение кайли «,р ^
тических расчетов отклонения капли /с погрешностью
b^/I/ можно пренебречь силами аэродинамического
сопротивления движению капли и при условии расположения носителя
буквенно-цифровой или графической информации непосредственно
за отклоняющими электродами / У,^ = 0/ переходную
характеристику можно получить в виде
У,- bMot0z/(2mh0) ^KU0to/Z ,
где 4>0 = £о\1м/(2а,^иг) - время нахождения капли
между отклоняющими электродами длиной &о ) K^fyx/ifflho)
Процессы в устройствах управления теоретически могут
происходить во всем интервале времени 0^Ъ4г.С/О »
поэтому переходную характеристику устройства отклонения капель
ЭФ КСРУ будем рассматривать в интервале времени
04г £i~ со 9 полагая, при этом /рис.1/
Ур=0,5кЬг при 0£t£to >
ур=0,5кЬ2о при %^г^оа,
Передаточную функцию устройства отклонения капель находим
по переходной функции /4/, применив к ней преобразование
Карсона ЧГ($) = fr(S)/Uo ($) =
где S - оператор Лапласа.
Соответствующие /5/ амплитудная Я(о>) и фазовая 0^сО)час-
тотные характеристики имеют следующий вид
299

I - сопло; 2- мениск чернил;*3 - капля;
4 - ускоряющий электрод; 5 - отклоняющие электрода;
6 —носитель графической или знаковой информации.
о
о

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ГИБКИХ ЭЛЕКТРОКАПЛВСТРУЙ-
НЫХ МОДУЛЕЙ С АВТОМАТИЧЕСКИМ УПРАВЛЕНИЕМ ДЛЯ
МАРКИРОВКИ, ПЕЯАТИ, ПАЙКИ, ДОЗИРОВАНИЯ И ГРАНУЛИРОВАНИЯ
В.И.Безруков, В.Д.Спиридонов, Е.«.Стодолов /СССР/
Интенсивно развиваемая в нашей стране и за рубежом
материалов, энерго- и трудосберегающая электрокаплеструйная
технология (ЭКСТ) создает хорошие предпосылки для
построения гибких автоматических производственных модулей. При
участии авторов разработан ряд новых способов и устройств
(рис.1) для этих целей [l-7] . В ЭКСТ используется
принцип непосредственного взаимодействия электрических полей
с гидравлическими средами и, в частности, с капельными
струями. Устройства ЭКСТ (рис.2) напоминают
электроннолучевую трубку осциллографа и содержат генератор капель
управляемой монодисперсности, зарядное устройство и
отклоняющую систему. При этом управление каплеобраэованием,
зарядкой, отклонением капель в полете и их осаждением на
материал, а также синхронизацией всех блоков, контролем и
самодиагностикой, осуществляет микропроцессор.
Генерирование капель различных жидкостей, растворов
или расплавов можно осуществлять под действием построянно-
го или пульсирующего сильного электрического поля или
высокого гидравлического давления. Напряжение эмиссии капель
может составлять 1-5 кВ от источника мощностью до I Вт,
что является электробезопасным, а давление эмиссии капель
может достигать 0,1-1 МПа. Устройства ЭКСТ позволяют
получить следующие управляемые выходные параметры (рис.3):
диаметр капель 5-2000 мкм, частота каплеобразования 0-500
кГц, заряд капель.0-100 пКл, скорость полета капель 1-30
м/с, управляемое отклонение капель от исходной траектории
при одном сопле 0-5 см. В качестве рабочих жидкостей в
устройствах ЭКСТ можно использовать проводящие или
диэлектрические жвдкости с широким диапазоном
физико-химических свойств, например, растворы на водной или спиртовой

основе, краски, масла, расплавленные металлы и др.
Генератор капель вместе с отклоняющей системой допускает
миниатюрное исполнение (jrf20x50 мм) и при его изготовлении
применимы высокопроизводительные технологии.
Разработанные способы и устройства ЭКСТ применимы для
автоматизации самых различных технологических процессов:
прецизионного дозирования жидкостей, растворенных твердых
веществ и зарядов; расфасовки и дозированного смешивания
различных жидкостей и их распределения по нужным адресам,
например, при склеивании деталей; получения сферических
или эллиптических частиц с управляемыми монодисперсностью,
зарядкой и траекториями полета, например, гранул, линз,
металлических шариков; нанесения лакокрасочных покрытий
или расплавленного металла, например, при пайке или
изготовлении проводников печатных плат; регулирования
расходов, например, при смазке, охлаждении или опрыскивании;
бесшумной скоростной печати и графопостроения в САПР и
АСТПП; маркировки на плоских или искривленных поверхностях
различных материалов, заготовок, деталей, упаковок на
потоке, например, на металле, бумаге, стекле, тканях и т.п.
В результате теоретического и экспериментального
исследования устройств ЭКСТ получены их статические и
динамические характеристики, построены математические модели
процессов каплеобразования, зарядки, полета капель в
отклоняющих и ускоряющих электрических полях, осуществлено
моделирование этих процессов средствами вычислительной
техники и разработаны инженерные методики проектирования
и оптимизации устройств ЭКСТ, В настоящее время в
судостроительной промышленности проведены производственные
испытания устройств ЭКСТ и готовится их серийное внедрение. .
Литература
I. Безруков В.И. и др. Разработка гибкого
автоматического модуля электрокаллеструйной технологии с
микропроцессорным управлением. - В кн.: Автоматическое управление и
оптимизация технологических процессов. Л., ЛДНТП, 1964.
302

2. Безруков В.И. Основы проектирования струйных
печатающих устройств для ЭВМ и множительных средств
оргтехники. - М.:Минприбор, 1981.
3. Безруков В.И. Математическое моделирование
физических процессов струйных печатающих устройств. - М.:Минпри-
бор, 1982.
4. Безруков В.И. Опыт проектирования струйных
печатающих устройств с применением ЭВМ и моделирования. - В кн.:
Приборы и устройства струйной пневмоавтоматики. Л., ДДНТП.
Знание, 1963.
5. Безруков В.И. Исследование полета заряженных капель
в электрических полях струйных печатающих устройств.
- Электронная обработка материалов, 1984, № 5.
6. Безруков В.И. Струйная печать и ее применение. - М.:
Книга, Экспресс-информация, 1984, вып.7.
7. Безруков В.И., Спиридонов В.Д., Рийк И.В. Разработка
гибкого производственного модуля для маркировки заготовок,
деталей и изделий в условиях ГАП металлообработки. - В кн.
Опыт разработки и применения гибких автоматизированных
производств в механической обработке. Л., ЛДВТН, 1985.
303

СКОРОСТИОИ ВЕШУМНЫИ ВЫВОД
АЯФМЯТНО-ДОРВООИ
и зимегптчЕСком
яНФДОМяцйИ В
ДШ1.СДПР.ДСТПП.ДРМ
ГИБКИЕ
Я1ТВМЯГИЧЕСМИЕ
ЭЛЕКТРОШШЯКТРЯИЫ
МОДУЛИ (ШЭМ)
МАРКИРОВКА
МАТЕРИАЛОВ.
ЗАГОТОВОКJETA-
ЛЕЙ И УПАКОВОК
iMfTAM,БУМАГА,
КОЖА. СТЕКЛО,
ПЛАСТМАССЫ^
ПРЕЦИЗИОННОЕ
УПРАВЛЯЕМОЕ
ГРАНУЛИРОВАНИЕ
В ПОРОШКОВОЙ
МЕТАЛЛУРГИИ
ПАЙКА т
И ИЗГОТОВЛЕНИЕ
ПЕЧАТНЫХ
ПЛАТ
ПРЕЦИЗИОННОЕ
ДОЗИРОВАНИЕ
И ПРОГРАММНОЕ
СМЕШИВАНИЕ
ЖИДКОСТЕЙ
РАСТВОРОВ
^ygCJJAA^Ojj^
ВАКУУМНОЕ
НАПЫЛЕНИЕ
МАТЕРИАЛОВ
ПОЛУЧЕНИЕ
МТРИХМЫХ И ПОЛУТОНОВЫХ
ЧЕРНО ЬЕЛЫХ И ЦВЕТНЫХ
ИЗОБРЛЖЕИИЙ
В ПОЛИГРАФИИ
ДОЗИРОВАНИЕ
ЗАРЯДОВ
ПРЕЦИЗИОННОЕ
НАНЕСЕНИЕ
ЩИТНО-ДЕКОРА-
ТШШ.^ЦИАМп]
НЫХ И КЛЕЕВЫХ
ПОКРЫТИЙ
НАНЕСЕНИЕ
ШКАЛ И
ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ
МЕТОК
ПОЛУЧЕНИЕ
МЕТАЛЛОВ
С АМОРФНЫМИ
СВОЙСТВАМИ
КОНТРОЛЬ
И ИЗМЕРЕНИЕ
ПАРАМЕТРОВ
(ДАВЛЕНИЕ. ПЕРЕ-
МЩЕНИЕ.ПЬАРМТЫ.
ГЕНЕРАТОРЫ КАПЕЛЬ
|М(ЗНОДИСЯСРСНОСТЫО|
I ЭАГЗДЛМИ
|И ТРАЕКТОРИЯМИ ПО-
ЛЕТА РАЗЛИЧНОГО
НАЗНАЧЕНИЯ
Рис.1. Области применения электрокаплеструйной
технологии.
304

чшм/умгнж9
о
кл
Рис.2
Рис.2. Схема гибкого модуля ЭНСТ для маркировки и печати:
I - насос, 2 - фильтр, 3 - резервуар, 4 - форсунка,
5 - гайка, 6 - пьезокерамический вибратор, 7 -
концентратор, 8 - сопло, 9 - отклоняющая система,
10 - ловушка, II - носитель записи, 12 -
заряжающий электрод, 13 - знакогенератор, 14 - ступени
концентратора, 15 - синхронизирующий генератор.

19 НОЯБРЯ 1985 Г.
чннНННННлитмо
НОЯБРЯ IS 8 5 Г.
iiiummiiuiitiiumir
у[Пгвг 1945-
Ч U победы -1985
Рис.3. Образцы печати и маркировки.
306 .

OBER ШТЕЯБиСНЦШЖ Ш ЕШЕМ FNEUMATISCHBN VERS'i'AitfCER
FOE SLEKTRO-FKEUMATISCHE SIGNAL WANDLER
M.Rockstroh, B.Hofmann, G.Nikolowski, H.W.Bittner
(DDR)
Binleitung
Zur Kopplung mikroelektronischer Steuerungssysteme mit
pneumatischen Stellantrieben sind elektro-pneumatische
Signalwandler (EP-Wandler) [1],[2] erforderlich. Zur Ge-
wahrleistung guter statischer und dynamischer Eigenschaf-
ten der EP-Wandler mussen diese genaue, schnelle und lei-
stungsstarke pneumatische Verstarker besitzen.
Aufbau und statisches Verhalten
Der prinzipielle Aufbau des pneumatischen Verstarkers
in Reihenschaltung mit einem elektromagnetischen vlandler-
kern ist im Bild 1 dargestellt. Dieser Verstarker ist ein
sogenannter Zweikreisverstarker mit Alternativsteuerung
in Stapelbauweise. Seine Steuerung erfolgt durch den Ein-
gangsdruck рл mit Hilfe der Diise DU1 und der Drossel Dr1«
e
Eine Besonderheit dieses Vorsteuersystems DUl-Dr1 besteht
darin, daB die Drossel Dr1 nicht wie ublich mit konstan-
tem Druck, sondern mit konstantem DurchfluB gespeist wird.
Um diese Betriebsweise zu gewahrleisten, wird der Druckab-
fall Др = p2 - Pe uber der Drossel Dr1 mit Hilfe der Feder
Fe2 am Vorsteuersystem (Membran M1 und Diise DU2) konstant
gehalten. Wie Bild 2 zeigt, wird dadurch eine mittlere
Steilheit von S* = - 7,2 kPa/^m des Vorsteuersystems er-
reicht, die im Vergleich zu der mittleren Steilheit
S^q = - 0,9 kPa/um eines konventionellen Duse-Prallplatte-
systems wesentlich groBer ist.
Das Zweikreissystem des pneumatischen Verstarkers und
die groBe Steilheit S^ seines Vorsteuersystems Dtf1-Dr1
ermoglichen eine relativ hohe statische Genauigkeit
(KLasse 0,6) des gesamten EP-vVandlers. So betragt der
Linearitatsfehler = ± 0,2 %, die Hysterese = 0,1 % und
307

die Versorgungsdruckabhkngigkeit = 0,25 %.
Aug der Durcbflabkennlinie паеa Bild 3 geht nervor,
dab der pneumatische Versbarker bei einem Alt em at iv-
steuersysteia mil; relativ groi^en ouromungsquerschnituen
(I\iennweite 4 mm) einen gerinuen Au;jgangsi;iderstand
— 3 3 -1
'a = 6 • 10 ^ kira/enrs una dadurca eine gro.be Luftlei-
а «о
stung bat (Abgabe von V , = 1300 cmvs, Aufnaarae
Vaur = 710 cm3/s).
Dynamiscbes Verbalten
Bild 4 zeigt den SignalfluBplan des Verstarkers. Keben
den beiden riauptkreisen I (Blocke 6 bis 12) und II
(Blocke 9t 10, 13) sind 3 weitere Kreise III (Blocke 8
bis 11, 14), IV (Blocke 2 bis 4) und V (Blocke 3, 5 bis
11) im Verstarker bzw. im vorgeschalteten "'andlerkem
vorhsaaden. Besonders kritiscb fur die ^tabilitat ist die
Mitkopplung von p^ iiber Block 14 an der Additionsstelle
21 3 des Kreises III, AuBerdem ist durch die Nutzung von
Pp als Speisedruck fur das Duse-Prallplatte-System Du~1/
Dr1 (iuultiplikationsstelle я1) der Wandlerkern mit dem
Verstarker funktionell verkoppelt (Xreis V). Infolge die-
ser stark vermaschten iStruktur ist die dynamiscbe Beherr-
schung des j^-Wandlers mit Verstarker schwierig.
Das Vors-ceuersystem DU1-Dr1 des Verstarkers mit kon-
stantem Druckabfall Ap^, iiber der Vordrossel Dr1 bewirkt
bei ansteigendem Eingangsdruck ein integralahnliches u'ber-
tragungs-Vernalten des i2P-handlers. .Vie die dprungantwort
des Ы--handlers nach Bild 5 zeigt, steig-c der Ausbangs~
druck p mit einer konstanten Druckunderungsgeschwindig-
keit p = Др^/Т,, an, Sie hangt von dem Druckabfall Др,-
und der Zeitkonstante 1\ = Я-С,. des tfiderstand-Opeicher-
gliedes (Vordrossel Dr1 und Kammer K.1) ab und betragt fur
den untersuchten SP-Wandler pQ = 9^ kPa/s. Aus diesem
a
Grunde wird zum Durchlaufen eine sum Signalbereich Др
proportionale Ausgleichszeit T = Др /р = Т^Др /Др,. be-
a a a j a i
notigt. Sie ist aussteuerungsabhangig und bat z.B. fur
Др = 80 kPa, bei Др = 4 kPa und !2Л = 44 ms den maximal en
a "7 i
308

Wert von Ta2 = 20 T^ = 880 ms (s. Bild 5). Die Ausgleichs-
zeit T betragt also das Mehrfacbe der Zeitkonstante T^.
Unter Berucksichtigung dieser Eigenschaften lassen
sich zur Erreichung einer hohen Grenzfrequenz bei Gewahr-
leistung einer stabilen Arbeitsweise und hohen statlschen
Genauigkeit des EP-Wandlers folgende Forderungen ableiten:
a) JFiir hohe Grenzfrequenz (3dB-Abfall):
Das Volumen V,- der Eingangskammer K1 muB klein und die
Offnungsquerschnitte des Altemativsysterns mussen groB
sein.
b) Zur Gewahrleistung der stabilen Arbeitsweise:
- An der Summierstelle S 3 muB die Wirkung von p^ kleiner
sein als die von p^t ^.h» es mu£ gelten*
К = 1/(1 + B^g/Hj^) < An . S2/cM1
(RDUp/EDr2: ^i&erstande uer Шее Ш2 bzw» der Drossel Dr2;
A,,: Wirksame ELache der Membran 1УЦ; S^: Steilheit des Vor-
steuersystems Dr2/DU2; о^г Federkonstante von UL ein-
schlieBlich Feder Рвр)» Der Paktor К ist durch sratische
Bedingungen auf im Mittel К = 0,75 festgelegt.
- Die Offnungsquerschnitte des Alte mat ivsys terns mussen
moglichst klein sein,
Diese teilweise gegensatzlichen Forderungen sind er-
fullbar, auch wenn der Verstarker fur gro.be Luftleistung
V dimensioniert wird. Die Bemessung von A^., von c^ und
von S~ erfolgt gemaB obiger Ungleichung»
MeBergebnisse zum dynamischen Verhal.ten gemaB Bild 6
zeigen, daB die Grenzfrequenz des Wandlerkems etwa
^'7K = 60 Hz (Kurvel) und d-ie ^es pneumatischen Verstarkers
ohne Kiickfuhrung des Druckes p~ zum V/andlerkern ca.
fv = 11 Hz betragt (Kurve 2), Diese Grenzfrequenzen sind
damit groBer als die des kompletten SP-handlers, die ohne
Lastvolumen bei f™ = 2 Hz (Kurve 3) und mit Lastvolumen
V = 1 dnr bei fG = 1 Hz liegen (Kurve 4). Die MaBnahmen
fur eine hohe statische Genauigkeit fuhren also zu einer
strukturell bedingten Erniedrigung der Arbeitsfrequenz,
309

die durch kohstruktive MaBnahmen ausgeglichen werden muB.
Literatur
1. Hofmann В., Schwarz A, uber Untersuchungen zur
Verbesserung analoger elektrisch-pneumatischer Signal-
wandler. Internationale Konferenz "Jablonna-86", Moskau,
v. 20. - 23. Mai 1986, Tezisy dokladov.
2. I/P-Stellumformer Тур 22/05. - Firmenschrift.
Hannover (BED), VDO MeB- und Regeltechnik GmbH, 1983.
310

Womdlerkem
- +
Pneumatischer Verst&rker
Fe3
StatIsche Drackglelchongant
»2
Pe ♦ ^>1
P1 ■ Pa ♦ AP2
Ap2 * Ij^^/k^ 7* 20 kPa ж kcrnat»
Dorehwaaer dar pneumatiacben tiideratSade (jm)t
Drlt Of3 Dr2i 0,3
D01i 0f6 D02i 1f1
Blld 1i lufbao daa pnaoeatiaohan Yerat&rkara
(gateppelt alt fiMfendlaztoxii)
311

312

313

в
I
I
и
5
4*
&
В
I
а
JS
о
i
з
314

F
VJ
r*.
счГ
II
>"
E
E.
CO
OS
It
"О
E
E
о
cb'
tl
*3
о
T3
315
i>

316

ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ РАЗРАБОТКИ ПНЕВМАТИЧЕСКИХ ПЕРФУ-
ЗИОННЫХ АППАРАТОВ
В.П.Плеханов /СССР/
Новое направление клинической и экспериментальной
медицины - пересадка сердца широко внедряется в клиническую
практику.
Разработаны способы, позволяющие консервировать сердце
и сохранить его жизнеспособность в течение нескольких
часов.
Некоторые из этих способов уже внедрены в клиническую
практику и широко используются для кардиоплегии в
операциях на открытом сердце.
Методика восстановления функциональной активности
сердца после ишемии включает комплекс мероприятий, в том числе
ВК, начиная с первых сердечных сокращений Е I 1.
По мнению ведущих специалистов, считается
"целесообразным использовать двухэтапную трансплантацию сердца, где
первым этапом (на срок до 30 дней) является имплантация
протеза" Г 2 1. Такии образом, техническая проблема
пересадки сердца состоит в обеспечении комплексом, состоящим из:
искусственного сердца (ИС) (протеза) и аппаратов
искусственного и вспомогательного кровообращения (ИК,ВК).
Анализ разработок ИС в СССР и за рубежом показал, что
на сегодняшний день наиболее совершенными и готовыми к
клиническому применению является пйевматический протез
сердца, состоящий из двух искусственных желудочков, управляемых
пневмоприводом с электронной системой управления.
Для проведения ВК наиболее перспективны пневматические
искусственные желудочки (ИЖ), которые могут быть
использованы для проведения ИК и позволяют осуществить быстрый
переход с ИК на ВК С 3 1.
Таким образом, пневматические ИЖ могут быть
использованы как при протезировании ИС,так и для ИК и ВК, что
обуславливает разработку пневматического привода.
Структурный анализ пер#узионных аппаратов показал, что
317

они имеют много общих блоков, что позволяет разработать
универсальный аппарат для управления ИК, ВК и ИС.
Пневматический вариант аппарата (см.рисЛ) состоит из
пневматического генератора импульсов (ПГИ), блоков выбора
режима (БВР), импульсаторов (ИМП), блока синхронизации
(ВС), электропневматического преобразователя (ЭПП),
реверсивных распределителей (РР), регуляторов давления (РД),
ресиверов (Р), манометров (М) и искусственных желудочков
(ИЖ). Схема может быть реализована на базе УСЭППА.
Характерной особенностью построения ПГИ и импульсаторов
является развязка на линии мевду дросселями, задающими
частоту и длительность единичного сигнала, достигаемая
включением дополнительного реле, выполняющего также роль
усилителя единичного сигнала, что значительно повышает
точность и быстродействие системы Г 4 3.
Блок синхронизации построен на базе УСЭППА и
гидропневматического преобразователя давления. Его кровяная и
пневматическая камеры разделены мембраной из тромборезистент-
ного материала. Сигнал из желудочка сердца повторяется
пневматическим сигналом на выходе преобразователя давления
и сравнивается на элементе сравнения с давлением,
получаемым после регулируемого дросселя Г 5,6 I.
Включение в схему блока выбора режима работы
обеспечивает автоматическое переключение режима перфузии в случае
остановки и запуска сердца при переходе с ИК на ВК.
Регулируемая задержка в переключении на несинхронную подачу
крови исключает возможность наложения пульсовой волны
насоса и сердца при возобновлении сокращений после
кратковременной остановки 17 1. Включение в схему ЭПП позволяет
использовать внешний электронный генератор импульсов.
Исключительная помехозащищенность и возможность работы
только от баллона сжатого газа позволяет использовать
аппарат в автономном режиме в условиях скорой помощи, при
транспортировке пациента.
Литература
I. Якунев Г.Н. Восстановление функциональной активности
318

сердца после кардиоплегии в условиях вспомогательного
кровообращения .- Кацц.диссерт.,М.,1984,206с.
2. Шумаков В.И.,Зимин Н.К.,Дробышев А.А. и др.
Экспериментальные и клинические аспекты применения элипсоидного
искусственного сердца.- Ш Советско-американский симпозиум
по искусственному сердцу и вспомогательному кровообращению,,
М.,1985,с.43-44.
3. Шумаков В.И., Толпекин В.Е. Вспомогательное
кровообращение, ,М.,Медицина, 1980,248с.
4. А.с. 1053834 (СССР). Пневматическая пер#узионная
установка/В.П.Плеханов, А.А.Писаревский, В.Д.Розвадовский
и др.- Опубл. в Б.И.,1983,№42.
5. А.с. 957913 (СССР). Пневматическая пер^узионная
установка/В. П. Плеханов, В.Д.Розвадовский, Г. П.Тер-Асатуров,
В.А.Шепелев.- Опубл. в Б.И.,1982,№34.
6. Плеханов В.П. Пневматический кардиосинхронизатор на
элементах УСЭППА.- В сб.:Пневматика.Тезисы докладов Х1У
Всесоюзного совещания. М.,Наука,1982,с.207-208.
7. А.с. 1047477 (СССР). Автономное пневматическое пер-
<Тузионное устройство/В.П.Плеханов.-Опубл. в Б.И., 1983,
№ 38.
Рис.1. Блок-схема универсального перфузионного
аппарата.
319

ПНЕВМОГМДРАВЛИЧЕСКАЯ СИСТЕМА АНАЛИЗАТОРОВ
СОСТОЯНИЯ МИКРООБЪЕКТОВ
ЗЛ.Исаков, З.З.Матзеев, А.А.Павлихин /СССР/
Требования диагностики ранних изменений состояния
микроструктуры обусловили появление быстродействующих
систем ввода микрообъектов в анализаторы. Наиболее
эффективными оказались устройства последовательного ввода
микрообъектов при помощи протока жидкости. Качество
измерений анализаторов в этом случае обеспечивается, в
основном, качеством пневмогидравлической системы (ПГС).
Для того, чтобы разделить микрообъекты в
пространстве и предотвратить случайные отклонения траекторий их
двйкения, используется принцип гидродинамической
фокусировки струи с микрообъектами при помощи внешней
обжимающей буферной струи. Если силы, действующие со стороны
буферной жидкости, симметричны и постоянны во времени, то
внутренняя струя сжимается, а микрообъекты вытягиваются
друг за другом» Гидродинамическую фокусировку можно
осуществить за счет разности давлений в струе с
микрообъектами и в буферной струе. Эффект усиливается и
стабилизируется, если использовать сжимающие оболочки с вогнутой
поверхностью. Диаметр внутренней струи может быть
уменьшен до нескольких микрон, если использовать
последовательность вложенных оболочек. \
На рис. I показана экспериментально полученная
зависимость размера внутренней струи с микрообъектами при
изменении давления в сжимающей оболочке Роб при различных
давлениях в струе Ро для одной из геометрий оболочки.
Можно видеть, что размер струи сильно зависит от
изменения разности давлений. В особенности это проявляется при
малых размерах струи.
Увеличение размеров внутренней струи приводит к слу^
чайным отклонениям траекторий микрообъектов, поэтому
основным требованием к системе управления последовательного,
ввода микрообъектов является требование поддержания
постоянной разности давлений Роб - Ро при малом диаметре
320

выходно/. струи.
Исходя из обоснованного требования и требований
надежности и быстродействия ввода микрообъектов был
произведен синтез режимов работы устройств взода
микрообъектов.
1. "Подготовка" - осуществление промывки каналов
подачи микрообъектов в оболочки и промывки самих
оболочек. Время подготовки должно быть минимальным.
2. "Начало работы" - доставка суспензии с микрообъ.
ектамк в оболочку,
3. "Работа" - установление и поддержание рабочей
разности давлений.
4. "Буфер" - подача только буферной жидкости.
5. "Откачка", "Продувка" - очистка камеры в случае
засорения.
6. "Сброс давления" - сброс давления в канале
подачи суспензии и буферной жидкости.
7. "Остановка" - остановка подачи суспензии и
буферной жидкости.
Были апробированы различные способы подачи буферной
жидкости и микрообъектов и реализации указанных режимов.
Использование электрогидравлических клапанов
неэффективно из-за значительных энергетических затрат.
Использование перестальтических насосов для подачи буферной
жидкости и микрообъектов вносит пульсации в движение жидкости.
Применение плунжерной подачи микрообъектов неэффективно,
так как возникают сложности в замене проб с образцами.
Наиболее эффективными средствами управления устройством
последовательного ввода микрообъектов в анализаторы
являются различные пневматические приводы.
Структурная схема ПГС приведена на рис. 2. ПГС
включает в себя следующие структурные узлы: I - источник
давления; 2 - канал подачи буферной жидкости и
микрообъектов; 3 - устройство ввода микрообъектов в анализаторы;
4 - канал очистки проточной камеры; 5. - блок
пневмоавтоматики; 6 - блок управления.
Блок пневмоавтоматики включает схему автоматическо-
321

го по;;;.ер-какля разности давлений, схему коммутации
режимов, схему автоматического управления источником
давления и насосом в канале очистки.
Реализация схем коммутации и автоматики потребовала
использования трех групп элементов: пневмогидравли-
ческих, пневматических, электропневматических, 3
качестве исполнительного пневиогидравлического элемента
использовался пневмоцилиндр, перекрывающий доступ жидкости
в проточную камеру.
3 качестве элементов схем пневмоавтоматики
использовались элементы базы УСЭППА. При этом управляющие
команды на пневмосхемы задавались при помощи электропнев-
мопреобразователей П1ПР.5.
Схема коммутации пневматического блока реализована
по принципу распределения пневмосигналов через пневмо-
преобразователи режимов.
Управление на более высоком уровне по автоматизации
переключения режимов осуществлялось при помощи цифровых
схем с пульта оператора. Перенесение функций
автоматизации переключения режимов на блок пневмоавтоматики
оказалось нецелесообразным из-за громоздкости технических
решений.
Проточная камера устанавливалась на
пьезоэлектрический элемент, колеблющийся с частотой 17 * 25 кГц.
Выходная струя разбивалась на капли с клетками, которые
заряжались и отклонялись в сильном электростатическом
поле. Метод разбиения струи на капли обычно используется
в каплеструйной технологии Ш . Таким образом
осуществлялась сортировка клеток.
Пневмо-гидравлическая система была использована в
медицинских анализаторах состояния клеток для
дифференциальной диагностики злокачественных опухолей.
Л и т е р а т у р а
I. Безруков В.И. Основы проектирования струйных
печатающих устройств для ЭЙК и мнсшгтелышх средств оргтехники?
-М.:Шшприбор, I9BI. - I4G с.
322

*d
70 J
60
50
40
30
20
10
[мкм ]
Роб[кг/см2]
0,35 0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
Рис. I. Зависимость размера внутренней струи с
микрообъектами d от давления в буферной
оболочке Роб при различных давлениях в
струе Ро.
1
>
*v
с
1
<v
"К
\
г
5
s
\
Ь
W
3
_Н
6
^
W
1
V7
С-*
Рис. 2. Структурная схема ПГС.
I - источник давления; 2 - канал подачи буферной
жидкости и микрообъектов; 3 - устройство ввода
микрообъектов в анализаторы; 4 - канал очистки
проточной камеры; 5 - блок пневмоавтоматики;
6 - блок управления.
323

w^MaHAH C'ACZ&Ah УПРАйЛКНИЯ РОТАЦИОННОГО ьЮДУ-Щ
АНТРОПОМОРФНОГО РОБОТА
К.Георгиев, Б.Антов /НРЬ/
В статье описана разрабатываемая флюидная система
управления ротационного модуля антропоморфного робота.
Рассмотрены основные блоки системы - блок датчиков, блок
логической обработки сигналов, блок усиления и др.
Представлены принципиальная и компоновочная схемы флюидного
устройства управления.
Применение флюидных средств управления и привода в
робототехнике все больше расширяется, особо в случаях когда -
роботы работают в экстремальных условиях окружающей среды
(взрывоопасные, пожароопасные, при высоких температурах
и др.). Сочетая преимущества струйной техники и
пневмоавтоматики - дешевизна, высокая надежность, простота эксплоа-
тации, можно успешно решить основные проблемы роботизации
процессов, связанными с тяжелыми и вредными для здоровья
человека условиями.
Рассматриваемая флюидная система управления
ротационного модуля антропоморфного робота (фиг. I) обеспечивает
точное позиционирование модуля в произвольных точках. Из
соображений конструктивного характера число этих точек
ограничено. Одно из самых существенных преимуществ флюидной
системы является возможность быстрой и легкой переналадки.
Система привода и управления в целом компактная и
расположена на самом ротационном модуле.
Флюидная система управления составлена из следующих
блоков:
- блок струйных датчиков (I)
- логический блок (2)
- блок исполнительных механизмов (3)
- пневматический тормоз (4)
- блок усилителем давления (Ь)
- программно-задающее устройство (6)
Блок струйных датчиков (1) составлен из четырех струйных
Датчиков типа "сопло-заслонка". Предусмотрена возможность
324

линейного перемещения датчиков в направлении параллельно
оси штока поршня пневмоцилиндра'. Место остановки модуля
определяется расположением датчиков. Операция переналадки
делается быстро и легко.
Логический блок (2) составлен из четырех пассивных
струйных элементов И и одного 4-х входового струйного элемента
ШШ-НЕ-ИЛИ.
Блок исполнительных механизмов (3) составлен из пневмо-
гидравлической группы, которая обеспечивает плавность
движения и возможность регулирования скорости.
Пневматический тормоз (4) - поршневой, эксцентриковый и
действует прямо на шток поршня цилиндра.
Блок усилителей давления (5)пвыполнен из 2-х двухкаскад-
ных усилителей, которые обеспечивают усиление сигналов из
струйного логического блока и направляет их к тормозу и
исполнительно^ механизму. Двухкаскадные усилители
сконструированы на основе струйно-мембранных элементов и
золотниковых распределителей.
Программно-задающее устройство (6) - струйное
пневматическое. Ввод информации можно осуществить тремя способами:
- при помощи пневморазъемной панели,
- при помощи перфокарт,
- при помощи перфолент.
Программное устройство вырабатывает два вида сигналов:
■* сигнал к блоку усиления для определения направления
движения исполнительного механизма;
- сигнал о достижении заданной точки останова логическое
блоку (к соответствующе^ пассивное элементу И).
После подачи сигнала к блоку усиления, исполнительный
механизм приводится в движение в заданном направлении. При
достижении соответствующего, датчика от штока поршня, датчик
срабатывает и подает сигнал к логическое блоку. Сигнал
достигнув соответствующего элемента И, который срабатывает и
подает сигнал к элементу ИЛИ-НЕ-ИЛИ. После того так
выработанный сигнал передается на усилитель управляющий
пневматическим тормозом. Пневмотормоз срабатывает и останавливает
движение исполнительного механизма. Таким способом
отрабатывается соответствующий такт и модуль останавливается в
заданной точке. ^рс

Компоновка функциональных блоков систем управления
показана на фиг. 2. Флюидная система управления уже
изготовлена и находится в стадии экспериментального изучения.
Литература
1. Белянин П.Н. Промышленные роботы и их применение,
М.э 1983.
2. Залманзон Л.А. Специализированные
аэрогидродинамические системы автоматического управления, М., 1978.
326

шевшвдвские и пненюэлектронные медицинские приборы
ДЛЯ ДИАШОСТИКИ И КОНТРОЛЯ ФИЗИОЛОПМЕСЗКИХ ПРОЦЕССОВ
А.А.Эман /СССР/
Во второй половине прошлого столетия физиология и
медицина обогатилась совершенно новыми представлениями о целом
ряда процессов, сопровождающих функционирование организма
человека. Это стало возможным благодаря предяоженной р1876г.
г.Мареем особой регистрирующей капсулы, носящей его'имя,
позволившей с помощью простого (без усиления)
пневматического устройства записывать различные механические процессы:
колебания стенок артерий, сердечный толчок, сокращение мышц,
кровонакопление конечностей и т.д.
Несколько позднее О.Франк применил зеркальный манометр,
позволивший таклее пневматически (без усиления)
регистрировать кривую артериального и венозного давления, а также
тоны сердца. Таким образом применение пневматических приборов
в медицине и физиологии имеет большую давность. Необходимо
отметить, что и современные наиболее распространенные
приборы для измерения артериального давления, т.е. прибор Щуа-
Яь??* и тонометр, использующие окклюзионную воздушную мо-
инсету и стетофонендоскоп являются также пневмоакустически-
ми устройствами.
Появление современных средств и элементов
пневмоавтоматики; пневмоусилителей, пневмоповторителей, стабилизаторов
давления и т.д., а также пневмоэлектронных преобразователей
и акустопневматических устройств, открыло большие
возможности для измерения и регистрации различных физиологических
величин и процессов с целью диагностики и контроля больного
в клинических и поликлинических условиях.
Зцесь прежде всего следует указать на .возможность
измерения артериального и венозного давления прямым и косвенным
методом, окклюзионной плетизиографии (кровонаполнение
конечностей и определение скорости кровотока), сфигмографии, бо-
листокардиографии, мышечной механической миографии
(напряжение мышц), определении центрального и периферического пульса,
артериальной осциллографии, определение объемной вентилляци-
327

онной способности респираторной системы» путем измерения
объемных расходов воздуха при вдохе и выдохе, а также
записи тонов сердца одновременно с пульсом сонной артерии и
электрокардиограммой, для применения метода фазового
анализа*
Для практических целей воспроизведения перечисленных
выше процессов (кроме акустических) оказалось необходимым
иметь полосу пропускания пневматических устройств от 0 до
20 Гц и для арготических (тоны сердца и сосудов) от 35 до
70 Гц.
Для удовлетворения этих условий было необходимо
применение пневматических элементов с металлическими мембранами
из бронзовой фольги.
Для записи успешно применялись барографы специальной
конструкции, а в случае лневмоэлектронных систем -
электронные самописцы, магнитная запись, а для обработки
информации - ЭВМ,
В качестве примеров успешного применения пневматических
и лневмоэлектронных устройств могут быть представлены
следующие приборы:
1. Пневматический тензиограф ТП4-01 - прибор для
измерения внутрипищеводного давления и давления в других
полостях /I/.
2. Пневматический монограф ШЧЯ - прибор для прямого
измерения артериального и венозного давления /2/.
3. Прибор для записи физиологических процессов;
сфигмографии, определения артериального давления тахоосцидлогра-
фическим методом, окклюзионной плетизмографии /3/.
4. Прибор для непрерывной косвенной регистрации кривой
изменения артериального давления в лучевой артерии с пнев-
моэлектронным преобразователем давления (электромономет-
ром) /4/.
5. Прибор для записи пневмограммы /I/.
Особую группу составляют устройства для контроля
больного, помещенного в кислородную барокамеру при избыточном
давлении (до 420 кПа), т.е. при гипероксигенации.
Высокая пожаровзрывоопасность в камерах делает примене-
328

ние пневматических устройств незаменимым средством
контроля*
Внутри камеры помещаются пневматические и акустопневма-
тические устройства контроля физиологических величин
/артериального давления, тонов сердца, центрального и
периферического пульса, дыхания/, а снаружи камеры -
электронные преобразователи с усилительными, индикаторными и реи
гистрирующими устройствами.
Связующим элементом между внутрикамерными и наружными
устройствами служат магнитные повторительные пары /5/.
Зсе перечисленные устройства и приборы практически
опробованы и некоторые из них утверждены к серийному
производству.
Литература
1. А.с. 176354 /СССР/. Аппарат для измерения внутри-
пищевого давления /Б.В.Петровский, Э.Н.ъанцян, А.А.Эман,
Б.Н.Волков/ - ипубл. в Б.и., I960, Р 22.
2. А.с. 202437. Монограф для прямого измерения
кровяного давления /Б.ъ.Петровский, В.и.исипов, А.А.Эман,
Х.Р.Маневич/ - Опубл. в Б.И., 1967, № 19.
3. А.с. 2I974I. Устройство для регистрации
физиологических процессов /А.А.Эман, Б.Н.Волков/ - Опубл. в Ь.й.
1968, № 19.
4. А.С. 82^91 Устройство для измерения артериального
давления /А.А.Эман/ - Опубл. в В.К., 1981, № 16.
£>. А.с. 537374 Устройство для передачи механического
перемещения /А.А.Эман/ - Опубл. в Б.И., 1976, Ш 44.
329

ДОСТИЖШОВ ПРЕДЕЛЬНОГО БЫСТРОДБЙСТВИН КАНАЛОВ
СВЯЗИ ПНЕВМАТИЧЕСКИХ АСУ
В.АЛавлючеяко /СССР/
В настоящее время существует большое разнообразие
пневматических устройств, комплексов и систем управле -
ния, отличающихся составом, сложностью, быстродействием
и т.п. С учетом тенденции их сопряжения с управляющими
ЭВМ возникает необходимость создания пневматических
интерфейсов для успешного решения задач совместней ра -
боты этих разных по природе средств автоматики* Одной
из трудностей в этом плане является низкое быстродей -~
ствие устройств пневмоавтоматики, вызванное в основном
длительностью протекания переходных газовых процессов в
линиях связи [I] » Поэтод^у естественно стремление
разработчиков достичь физического предела их быстро -
дейевтия.
Рассматривая канал связи (КС) как основную
структурную единицу интерфейса, принято различать в его составе
источник и приемник информации, соединенные линией
связи» Экспериментальные исследования КС, созданного на
базе серийной мембранной аппаратуры УСЭГША и НЭМП-30 и
работающего по традиционному принципу, показали* что сеанс
связи (последовательная посылка источником единичного и
нулевого сигналов приемнику по линии диаметром 2 мм и
длиной Ю м) длится Ot500 с, Дричем, при каадой посылке
время срабатывания аппаратуры составило 0,030 с , а
остальные 0,220 с - транспортное запаздывание сигналов
и переходные процессы в линии*
По данным [2,3j предельное быстродействие мембран -
ной аппаратуры с учетом длительности переходных
процессов в коротких коммуникационных каналах источника и
приемника может быть оценено величиной Ю""5 * I0""4 с,
а предельное быстродействие собственно линии связи
ограничивается временем транспортного запаздавания сигналов
в ней и для указанной длины составляет 0,031 с*
330

Сравнивая предельные и экспериментальные (для серийной
техники) значения быстродействия аппаратуры й линии,
очевидны неиспользованные возможности* Однако» если для
первого случая необходима миниатюризация аппаратуры» т«е+
применение чисто инструментальных методов [3] и освоение
промышленностью новых технологий, то вплотную прибли -
зиться к предельному быстродействию линий связи можно уже
сейчас схемным и алгоритмическим путями»
Анализ известных способов уменьшения времени
переходных процессов в пневматических линиях и методов опти -
мального управления показал, что перспективной является
передача сигналов давления низкого уровня [4,5j путем
подачи в линию последовательности предельных управляющих
воздействий в классе кусочно линейных функций [6J ♦
Разработанный по этим принципам КС [7 J , в котором
источник информации снабжен специальным устройством,
позволил довести быстродействие линии до 0,035 с, а
аппаратура более сложный - до 0,033 с, что составляет 94%
от предельно возможной. Параллельно было установлено,
что для источника информации с выходным соплом 00,340,8
мм , оптимальный диаметр линии связи указанной длины
уменьшается до I мм.
Следует обратить внимание, что по мере приближения
быстродействия линии к предельному, аппаратурная слои -
ность КС резко возрастает и вступает в противоречие с
его быстродействием в целом, с этой точки зрения
необходим критерий оправданности усложнения КС для каждого
конкретного случая*
Задача достижения предельного быстродействия
пневматических КС может быть успешно решена при
одновременной разработке лишь с двух направлений одновременно:
созданием миниатюрной техники с высокими рабочими
частотами (перспектива) и обеспечением быстродействия линий
связи* (реальность)о
Лит ература
I«Темников Ф*Е«, Афонин В*А», Дмитриев В*И* Теорети-
331

ческие основы информационной техники* - М.: Энергия, 1971.
2. Потепалов Ю.Н. Предельные возможности устройств
пневмоавтоматики с подвижными деталями* - Вопросы про -
мышлеяяой кибернетики (Труды ЩШИКА)» 1971, вып. 33.
3* Потепалов Ю.Н. Схемный метод улучшения технико -
экономических параметров пневмоалпаратурн. - Вопросы
промышленной кибернетики (Труды ЩШИКА)» 1974» шти 39*
4* Никифоров Е.А., Будаев Э.С. Об уменьшении влияния
инерционности линий связи на переходные процессы в
пневматических САР* - Приборы и системы управления, 1971,
& 12.
5. Гогричиани Г.В. Быстродействие релейных пневмати -
ческих систем управления. - Приборы и системы управления,
1976, » 8.
6. Фельдбаум А.А.» Бутковский А.Г. Методы теории
автоматического управления. - М.: Наука, 1971.
7. А.С. II26994 (СССР). Пневматическое устройство
для ускорений передачи дискретных сигналов/ Павлюченко ВА^
Потепалов Ю.Н. - Опубл. в Б.И., 1984, * 44.
332

К ОЦЕНКЕ П01РНШОСТШ ПНЕВМАТИЧЕСКИХ АВДЮГО-
ЦДОРОВЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕ
М«В*Славотинский /СССР/
Для комбинированных пневмоэлектронных САУ разработка
систем обмена информацией (00) с микроЭШ 1 проводится по
двум основным направлениям [i ] :
I) создание аэрогидродинамических 00» в которых
преобразование рода энергии происходит в выходных каскадах;
Z) использование электронных субкомплексов связи с
объектом» включая датчики технологических параметров с
электрическим выходом*
Для локальных систем пневмоприводов машин-автоматов и
пневматических САУ общепромышленного назначения, имеющих
ограниченное число управляющих: воздействий» более
эффективным является первое направление*
Проблемой» решаемой при создании СО» является выбор
оптимальных структур основных устройств СО - АЩ и ЦАП»
обеспечивающих высокие точностные, временные и надев -
ностные характеристики* Еще более актуальной эта задача
становится для пневматических преобразователей» имевших
существенно нелинейные расходно-перепадные
характеристики элементов и обладающие большой инерционностью цепей*
В связи с чем в работе поставлена задача синтеза
пневматических АЩ по критерию минимума результирующей
погрешности при ограничении по быстродействию
Т ^/доа >
где б, - составляющие результирующей погрешности АЩ»
Т - время преобразования»
Поставленная задача решается методом имитационного
моделирования на ЭВМ аналого-цифровых преобразователей
последовательного счета» поразрядного кодирования и
333

считывания, в том числе и многокаскадных последователь-
яо-паралдельяых АЦП, построенных по классическому
методу считывания [2 ].
В основу модели полонены математические модели
функциональных элементов (ФЭ): дроссельных элементов камер,
линий связи, элементов сравнения я т.п. Для
моделирования входных непрерывных сигналов использовались как
детерминированные так и случайные функции форшрованяе
случайных чисел с равномерным я нормальным законами
распределения производилось на ЭВМ»
Имитационное моделирование проводилось для схемы
(рис. I), включающей: модуль компенсации питания»
каскад дроссельных делителей, каскад аяалого-разяостянх
усилителей, блок лневмоэлектролреобразователей,
фиксирующие триггеры и дешифратор для преобразования
параллельного единичного кода в позиционный двоичный код*
Анализ полученной путем моделирования результирующей
погрешности [з J , включающей и динамические погрешности,
■J*o г
- i{s[p(^], . u>
где К - коэффициент пропорциональности» /77 - число
отсчетов; /[• J - значения алгоритмической функции
/[• ] в точках отсчета tj .; e(tjY^ (tj)y
<£2 (tj)... ёп (tj)} - i - мергай вектор погрешностей: в.
точках отсчета (нестабильность давления питания я
температуры газа, погрешность квантовая, динамические
погрешности, обусловленные инерционностью пневматических це ~
пей и т.д.); Z - набор параметров, определяющих
алгоритм обработкя сигналов; ~ 7 - вреш усреднения входного
аналогового сигнала Р(^);
показал, что пневматические преобразователи следует
строить по методу считывания» так как при прочих равных
условиях (5- canst) имеют большее быстродействие*.Цри
этом использование последовательно-параллельных струк -
334

тур с автоматической коррекцией погрешностей позволяет
синтезировать комбинированные пневмоэлектрояные АЦП
класса 0,5. Для АЩ, реализованных на сдномембранной аппара -
туре, Т составляет 0,05 + 0,08 с« Время преобразования
может быть доведено до 0,01 +0,02 с при использовании
пневматических одномеиЗраняйх интегральных схем*
С целью достижения номинальных характеристик
пневматических АЩ определены также корректирующие воздействия
на реальную функцию преобразования* В качестве корректи -
рущих звеньев использованы источники постоянного расхода
и измерительные схемы, реализованные на дроссельных эле -
ментах*
Блоки АЩ и ЦДЛ построены по модульному цриявдпу на
базе элементов НЭШ-30 и конструктивно оформлены в виде
субблоков* Блок управления, предназначенный для
синхронизации всех устройств 00, фиксирующие трштеры и дешифратор
для преобразования кодов выполнены на БИС
Результаты работы использованы в опытно-конструкторских
разработках комбинированных пневмоэлектронных 00*
Литература
I* Задманзон Л«А+ Микропроцессоры и управление
потоками жидкостей и газов* - &L: Наука, Главная редакция
физико-математической литературы, 1984» - 320 с»
2» Гитис Э»И», Писку лов Ео А* Аналого-цифровые
преобразователи» - М»: Энергоиздат, 1981ч, - 360 с«» ил»
3» Горлач A»A»f Шшц М»Я», Чинков £#Н» Цифровая обра -
ботка сигналов в измерительной технике» - К»: Техн1ка,
1985о - 151 с#, ило
335

се о
с? о
8 3
со о
« о,
н
S 8
о Ч
32
су S
ема
пнех
к
о о
3 1
3 о
3 см
1 ч
1!
Is
о< о
BtfO* OJOHbHQgg
OiioHHoetnrson ййлГтесГ
OK
III
r\—
i
о о
л
I
у
о o|
О
a
L_
336

УСТРОЙСТВО СОПРЯЖЕНИЙ
Ф.М.Абдуллаев,И.А.Пресс,Т.Г.Сорочкина /СССР/
Способ организации связи между управляющей
вычислительной машиной(УЕМ)АСУ ТП и пневматическими САР с
использованием специальных устройств сопряжения,совмещающих в себе
функции связи и самостоятельной информационно-управляющей
системы,широко известен и является перспективным
направлением в создании комбинированных управляющих комплексов [I] .
Качество и надежность функционирования управляющих
комплексов зависит в большой степени от цростоты
конструкции устройства сопряжения(УС).
Разработано устройство соряжения, в котором
удалось совместить функции ручного
дистанционного.автоматического и супервизорного режимов работы,используя
один блок групповых задатчиков в отличие от известных[2]
технических решений,содержащих два блока групповых
задатчиков для обеспечения тех же функций*
Рассмотрим работу УС(рис.1).
В ручном режиме управления тумблер переключения
режимов 30 установлен в положениипручное!!В этом положении
тумблер замкнут.Сигнал от тумблера 30 отключает регулятор 22
и открывает нормально закрытый клапан 23
контура,работающего в ручном режиме.При этом выходной сигнал задатчика
номинала 24 поступает на вход коммутатора 7 и через клапан
23 и ячейку памяти 21 на исполнительный механизм.
Для вызова параметров данного контура регулирования т
показывающий прибор 3 надо нажать кнопку вызова 9.Сигнал
от кнопки вызова 9 поступает через контакты пневмозлектро-
переключателя 8 на адресный вход коммутатора
?,направляющего на показывающий прибор 3 параметры данного контура
по коллекторам:"Давление на исполнительном механизме1^,
"Переменнаяи5 проминал" 6.
Одновременно сигнал кнопки вызова 9 поступает через
электропневмопреобразователь 20 на толкатель 25 задатчика
24 и прижимает его к оси реверсивного двигателя(РД) 26,
337

После этого,воздействуя тумблером 28 на РД 26,можно
осуществлять управление задатчиком 24, а следовательно -
изменение положения исполнительного механизма*
В режиме автоматического управления тумблер 30
переводят в положение"автомат!При этом на его выходе формируется
нулевой сигнал»который подается в реле 13
распределительного блока.В результате этого на один из входов
нуль-органа 10[3] и элемента сравнения 14 распределительного блока
через реле 12 и 13 поступает сигнал с коллектора
"Переменная^, а на вторые входы - сигнал с коллектора "Номинал" 6.
Бели есть рассогласование сигналов на входе нуль-органаЮ,
то на его выходе формируется нулевой сигнал,который через
инвертор II подается в управляющую камеру ячейки памяти21,
и ячейка памяти запоминает сигнал,подаваемый на
исполнительный механизм при ручном управлении«Когда значения
номинала меньше значения переменной,то на выходе элемента
сравнения 14 формируется сигнал, равный 1,и взводится
триггер 15,от выходного сигнала через пнеэдоэдектропреоб-
разователь 16 начинает вращаться РД 26 в одну
сторону.Когда значение номинала больше значения переменной,на выходе
элемента сравнения 14 формируется нулевой сигнал,который
через инвертор 17 взводит триггер 18,вращающий через пнев-
моэлектропреобразователь 19 РД 26 в другую сторону.При
этом значение номинала приближается к значению переменной.
В момент равенства этих сигналов на выходе нуль-органа 10
появляется сигнал,равный I,который сбрасывает триггеры 15
и 18 распределительного блока.Кроме того,единичный сигнал
нуль-органа через инвертор II снимает с ячейки памяти 21
ситаал"запомнить?и на исполнительный механизм поступает
сигнал с выхода регулятора 22.
После этого,воздействуя тумблером 28 на РД 26,можно
изменять задание регулятору 22.
При обратном переходе от автоматического к ручному
дистанционному управлению тумблер 30 переводят в положение
"ручноеТСнгнал с его выхода отключает регулятор 22 и
переключает реле 13 распределительного блока.При этом на
первые входы нуль-органа 10 и элемента сравнения 14 распреде-
338

лительного блока через реле 12 и 13 поступает сигнал с
коллектора"Давление на исполнительном механизме"4.На
вторые входы - по-прежнему поступает сигнал с
коллектора"Номинал'^).Выравнивание сигналов на входах нуль-органа 10
происходит аналогично вышеописанному.
В супервизорном режиме управления от 7В1 I включают
тумблер 29.Сигаал с выхода тумблера 29 поступает в камеру
пневмоэлектропереключателя 8,в результате чего на
адресный вход коммутатора 7 и на толкатель 25 поступает
дискретный адресный сигнал от УИ1 I.Кроме того,сигнал с
выхода тумблера 29 поступает в управляющую камеру реле 12,где
перемещает мембранный блок вниз.В результате этого на
первые входы нуль-органа 10 и элемента сравнения 14
распределительного блока через пневмореле 12 поступает аналоговый
сигнал от кодового электропневмопреобразователя 2(новый
уровень номинала)f на вторые входы - с коллектора"Номинал"
6(предыдущий уровень номинала) «Коррекция предыдущего
уровня по новому значению производится так же,как в
вышеописанных переходных режимах с ручного на автомат или с
автомата на ручное с помощью нуль-органа и РД.
Устройство сопряжения изготовлено, опробовано в
лабораторных условиях и монтируется в составе АСУ ТП на одном
из производств Сумгаитского завода синтетического каучука.
Литература
I. Щубин А.Н. Некоторые тенденции развития
пневматических систем управления. - Приборы и системы управления,
1965г. *4.
2.Белов В.И.,Щремова Т.К.Пневматический комплекс
технических средств"Режии-1" - Приборы и системы управления.
1985, «5.
3. А.с. 344446(СССР). Пневматический нуль-орган.
И,А.Пресс. - Опубл. в Б.И., 1972, J» 21.
339

Ш--Ш-
+W—В*
?еключатель:Э-кнопка вызова;11>-нуль-орган;х1-инввртор нул^г-оргаиа;±л,хо,±*,хои±о,хоих57,
7-первое и второе пневмореле,элемент сравнения,триггеры,пневмо8лектропреооразователь и
инвертор распределительного блока;20-электропневмопреобразователь;21-ячейка памяти;^-
регуляторТгЗ-ношально закрытый клапан; 24,25,26нзадатчик номинала,толкатель и РД блока
группови задатадков;27-предыватеяь;2&1тумблер управления РД;29-тумлер супервизорного
режима ;30-тумблер переключения режнмов"ручное-автомат

pтвиптвгтдгфртягттри? SEHSQR FtJfi ЫГБЗЖВИ ILUIDISCHE
WECHSELDKttCKB
B.Hofmann, M*Pieloth, ▲•Schnars СШВ)
Im Beitrag wird uber einen plezotor—rlBrhim Drucksensor
fur pulsierende QaedriiclcB pf = 1 kPa bel BiLsationefrequen-
zen f s 25 kHz berichtet, der bis za Eempereturen
г^= + 200 °C einsetzbar let*
Aufbau und Funktionsweiee
In einem Gehause G (Bild 1) let e±a TOtaformiges piezo-
keramisches Sensorelement К mitt els е!вшг Ifetallmembran M
kraftschlussig eingespannt* Die Membra® xifcertragt den
Druck pe = peQ + pTe dee MeBfluids auf flam Sensorelement,
desaen innere und auBere Mantelflache» mwttellisiert sind.
Sie bilden ELektroden, an denen die Auaepqgswechselapan-
nung U abgenommen wird*
Der pulalerende Druckanteil p^ erzeqgfc &1& Membrankraft
19 die eine (sehr kLeine) Deformation x* dee Sensorelemen-
tea bewirkt* Quer zur DeformationsricbLtang entsteht auf
Grand dee piezoelekfcrischen Effekts an den SLektroden die
elektrische Spannung U . die dem Eingangs*echseldruck p"
a a
proportional ist. Der Gleicbanteil рАЛ w&kL unterdruckt.
Krsatzschaltbilder und tfoertragungsffekfeor
Bild 2 zeigt das mechanische und Bild 3 daa elektrische
Srsatzscbaltbild dee Drucksensors* Charakteristiscbe
Parameter sind die Masse mg9 die tfachgiebigkait Пц und die
wirksame HLache Ag der Membran, die statiache Kapazitat
C^, die Masse m_ und die Hachgiebigkelt n^ das Sensorele-
mentes sowie die ISTachgiebigkeiten n^ und ж^ йвг Beruh-
rungsflachen zwischen Membran, Sensorelenent und Gehause*
Mit der tlbertragungskonstanten T dee gyrafcorischen Wand-
lerviexpols, die nur von Eigenschaften dee Sensorelementes
abhangt, sind die mechaniscben GroBen 1, n, ?e bzw* p^ in
341

analoge elektrische GroBen umrechenbar. Aus der Ersatz-
schaltung erglbt sich damit der Ubertragungsfaktor dee
Sensors zu
G = V^ s \ * Y * V°e s 33'7 mV/kPa
Technische Parameter and Eigenschaften
Als Sensorelement wird ein fiohr ((J10 x 1 x 8 am) aas
Blei-Zirkonat-Titanat (PK 50 [1]) mit groBer Druckkon-
stante und hoher Carletemperatur (t^, s 350 °C) veiraendet.
Die llembran besteht aus Pederbronze (0,2 am dick). Der
Sensor hat die Abnessungen 0 20 x 30 mm, besitzt eine ro-
buste Konstruktion und arbeitet bei Temperaturen bis
гла + 200 °C zuverlassig»
Inwendung
Der Drucksensor 1st geelgnet z*£« zur Erfassung pulsie-
render Drucke in fluidischen Oszillatoren, die zur Messung
von Durchflussen oder Gaszusammensetzungen angewendet
werden. Uehrere Drucksensoren wurden zusammen mit flui-
disch-akustischen Oszillatoren zur Bestiamung der Peuchte
in industriellen Trocknungsanlagen eingesetzt« Dabei
treten Wechseldriicke pQ = (0,4 bis 0,7) kPa, deichdrucke
Peo * - (0f5 bis 1,3) kPa, Pulsationsfrequenzen
f = (1 bis 2) kHz sowie Be triebs temperatur en bis^= 180 °C
auf • Die lusgangsepaxmung der Drucksensoren wird verstarkt
und weiterverarbeitet.
Literatur
1* Piezolan. - Jlrnenschrift. - Hermsdorf (DDE): VEB
Keramische Werke.
342

Bild 1
%A$Wb
"Vii A»
n« "2
mpiOKiCfe
Bild 2
Р«АмЙ
вааз

УПЛОТНЕНИЕ ПНЕВМАТИЧЕСКИХ КАНАЛОВ СВЯЗИ
А .А♦Коваленко, К.М.Дяджчев/СССР/
Широкое применение пневматических систем в
машиностроении привело к необходимости поиска новых путей в
организации дистанционного управления.Одним из них является
уплотнение линий связи, т.е* передача по одной линии нескольких
независимых сигналов.
Организация дуплексного режима работы линии связи
позволяет передавать одновременно два дискретных или
аналоговых сигнала навстречу друг другу [ I ] . Передача
нескольких независимых сигналов по одному каналу в одном
направлении в общем случае сводится к кодированию каждого
сигнала на входе в линию и идентификации его приемным
устройством на выходе* Таким образом может быть
осуществлено уплотнение каналов связи с помощью частотного,
временного разделения каналов [ 2 ] , использованием для
передачи информации линейно разделишх
сигналов,амплитудной или фазовой модуляции.Однако специфика пневматических
каналов связи приводит к ограниченным возможностям
реализации этих методов.
Более приемлемым для систем пневмоавтоматики является
уплотнение каналов с помощью разделения сигналов по
уровню. Общая теория нелинейного разделения» в которому
относится разделение по уровню, в настоящее время разработана
недостаточно* Однако применение некоторых типов
нелинейных устройств позволяет существенно повысить
информационную эффективность канала.
При разделении по уровню канальные сигналы Р, 9 Pz 9
... Ра различаются только величиной* Такие сигналы
линейно зависимы, поэтому линейными методами разделить их
невозможно. Рассмотрим в качестве примера передачу двух
импульсных сигналов Р, и Р2 , причем Рч > Рг
Групповой сигнал на входе в линию Рг = Р< + Рз,
Таким образом, в качестве кодирующего устройства* может
344

быть использован сумматор. Идентификация входного сигнала
РА на выходе ( см. рис* ) осуществляется с помощью ал-
мента сравнения с уровнем срабатывания Р0 = (?< + ?*)/£
и давлением питания Рп = р4 , а сигнал Р2
получается в результате вычитания Р< из группового сигнала Рг •
Разделение по уровню возможно и для большего числа
канальных сигналов цри условии Р, > Р* > ?h .. , и Рп-<\>
£ Pi, , где Л/ - количество канальных сигналов»
4 Отметим, что использование одаомембранной аппаратуры
НЭП упрощает схешое решение предложенной системы, а
разделение сигналов по уровню позволяет существенно
повысить информационную эффективность пневматических каналов
связи»
Литература
1. Коваленко А .А., Дядичев К.М. Устройство дуплексной
передачи пневматических сигналов.- В кн.:
Пневмоавтоматика* Тезисы докладов ХУ Всесоюзного совещания* М.: Наука,
1985.
2. Эйгенброт В.М. Пневматические устройства телемвха-
никк«-И.: Энергия, 1975*
ж
ж
Ш>
Л*р,
1 N
[
1 1 '
| 1 ^
} 1"
с—I
*7
I A
J~T
1 If*-*** I
•2
у
1 >
>
J
' 1"
< 1
1 Рй
345

tiBBR UVSSBSUGHUNGSN ZUH VBRBBSgBKOTG AIALOGEfi
ELEKTEISCH-PNEUMATISCHER SICTALWAtfDLBR
B.Hofmann, A»£ehwarz (DDR)
Binleitung
Analoge elektrisch-pneomatische Signal wan dler mlt
Taachspole (BPW) sind statisch sehr genao and explosions-
sicher, aber ejqpfindlich gegenuber mechanischen Schwingon-
gen and relativ groB* Im Beitrag wird liber M6glichkeiten
zur Yerbesserong dleser Bigenschaften berichtet, wobei
Bingangsstreme Je = (4 bis 20) mi und Aosgangsdriicke
p = (20 bis 100) kPa zogrunde gelegt werden. Nach Bild 1
wird das elektrische Bingangsmoment der Tauchspule 1 i.a*
dorch das Moment der Druckkraft eines Wellrohres 8 an der
Wippe 3 kompensiert* Die Druckkraft ist mit (10 bis 20) V
relativ groB. Die Tauchspule besitzt daher bei Нф & 750
Windongen, einem Dorchmesser D^^^30 mm and einem Hebelaxm
bm^-50 mm ein groBes Xragheitsmoment, woraus sich die on-
gunstigen dynamischen Slgenschaften and das grofie Baavolu-
men derartiger KPW ergeben.
Verbesserongsmoglichkeiten
Die Drehmomente an der Wippe lass en sich wesentlich
verkleinem 9 wenn die Druckkraft nach Bild 2 nur dorch die
Kraft der AoslaBdftse 5 erzeogt wird [1]* Dadorch ist Dg
aof 40 %9 LT aof 15 % and Вф auf 10 % der obigen Werte
reduzierbar* Bine ausreichende Verringerong dee (Eregheits-
momentes wird erreicht, wenn aofierdem die Kapfermasse der
Tauchspulwicklung dorch Brhohung der Stroadichte klein ge-
halten werden kann* Untersuchungen ergaben, da£ Stromdich-
ten bis 15 A/nm gewahlt werden konnen. Aof diese Weise
kann das Bingangsmoaent am den jfektor 500 and das
Tragheitsmoment am den Fakfcor 1000 verringert werden» Bin so ver-
besserter BPW wird bei kLeiner Baoweise onempfindlich
gegenuber mechanischen Schwingongen im Bereich (0 bis 400)Hz
346

bei Beschleunigongen a « 20 m/s . Dadurch ergeben sich
Moglichkeiten fur den Binsatz auf *&hrzeugen#
Statische Genauigkeit
Die Junktion dee EPW erf ordert die Aussteaerong der
AuslaBdiise durch (sehr geringe) Verdrehung der Wlppe« Da-
bei erzeugt das Wippenlager 4 ein Stormoment, das Linea-
ritatsfehler hervorruft# Das Stormoment laBt sich aber
nicht gleichermaBen herabsetzen wie das Eingangsmoment.
Deshalb muB der Aussteuerweg x der AuslaBdiise verringert
werden* Das gelingt mit einem pneumatischen Verstarker 7
in der Schaltung nach Bild 2 [2,3], die im Unterschied
zar ublichen Schaltang nach Bild 1 einen konstanten Druck-
abfall p - p' uber der Vordrossel 6 aufweist and eine
а а
Verringerung von x am den Yaktor 5 bis 10 ermoglicht. Die
erf orderliche Verstarkerkennlinie zeigt Bild 3« Hit die-
sen MaBnahmen konnen die Linearitats- and Hysteresef ehler
dee EPW < 0,5 % gehalten werden.
ELektronische Eingangsschaltung
Aus konstroktiven Grunden ist eine elektrische Binstel-
long des Eullpanktes HP and des Obertragungsfaktors №
dee EPW zweckma£ig. Hierzu dient eine passive elektroni-
sche Bingangsschaltung 9, die dem Wandler gemoB Bild 2
vorgeschaltet wird# Sie enthalt auch ELemente ssor Tempera-
torkorrektor sowie fur den ttberlastschutz» Die Gesamt-
schaltong mit EPW laBt sich explosion seiche г (E = 400 SL%
L < 1 mH, С < 0,5 nP) and fur Temperataren zwischen
tf's (- 30 bis + 70) °C auslegen.
Literatar
1o Brack G.: Technik der Automatisierungsgerfite* Berlin;
Verlag Technik, 1969*
2. Pudim E#V«: Pnevmaticeskaja vycislitelnaja technika.
Moskaut Verlag Nauka, 1973*
3* I/P-Stellomformer Тур 22/06* - firmenschrift.
Hannover (BED): VDO Mefi- and fiegeltechnik GmbH, 1983«
347

1 Toixhspule 5 AuslaBduse 9 Elektroni&he Bin-
2 Magnefsystern $ Vocdrossel ganQ&schaliurxj
3 Mppe 7 Pneum. Vferst. 0 ^ab/l&i"erung£~
<* Mppenfciger в WoUrohr Уо(и/г>еп
B/ld 2
Pa
20
GO
™° Biid 3
348

ПНЕВМАТИЧЕСКИЕ И ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ В ПРРМЦЩДЕННО(ЛИ,
СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ И МЩЦИНЕ
ПРОГРАММНЫЕ СРЕДСТВА ПРОЕКТИРОВАНИЯ
И АНАЛИЗА УСТРОЙСТВ ПНЕВМОАВТОМАТИКИ
В.А.Сорокин (СССР)
Ускорение обших темпов развития и обновления
технических средств автоматизации, потребность в широкой
гамме устройств промышленной пневмоавтоматики частного
применения выдвигают требование перехода пневматического
приборостроения к технологии гибкого производства и
методам автоматизированного проектирования.
Технологический прогресс пневмоаппаратуры
связывается с миниатюризацией пневмоэлементов, повышением степени
их интеграции, максимальной унификацией размеров и
способов монтажа. Это сближает цели и содержание задач
проектирования в электронике и пневматике, где в
значительной мере могут использоваться теория и практический опыт
автоматизации проектирования электронных систем. Однако
проектирование в целом, а главным образом,
конструкторский этап разработки устройств пневмоавтоматики имеет
свою специфику. Особенности конструкции, характер
протекающих физических процессов, обуславливающих более
существенное влияние параметров коммуникационной сети на
быстродействие и энергопотребление пневмоустройств, ставят
на повестку дня создание специального математического
обеспечения задач анализа и технического синтеза
пневмоаппаратуры.
Актуальность задачи стимулировала соответствующее
направление работ. В стадию практического использования
вступила система автоматизированного проектирования устройств
пневмоавтоматики ПАИРП.
в настоящее время в комплекс программных средств "АИР"
349

входят программы анализа логических схем, компоновки
модулей, проектирования коммуникационных плат* вывода
результата проектирования в виде управляющих перфоле^р,
выполняемые в режиме пакетной обработки данных.
Автоматизированный синтез конструктивной топологии пневмоустройств
осуществляется с применением специализированного критерия
качества» В задачу оптимизации коммуникационной сети
входит первоочередное сокращение длины тех соединений,
которые I) должны обеспечивать больший расход воздуха, 2)
цринадлежат ••критическим" путям распространения сигнала
от входов к выходам схемы с наибольшей задержкой, 3)
сигналы в которых изменяются с наибольшей интенсивностью.Это
способствует улучшению динамики* повышению быстродействия
и снижению воздухопотребления устройств на базе релейных
пневмоэлементов с подвижными частями»
Программа анализа логических схем обеспечивает: I)
моделирование логики работы пневмоустройства на уровне
базовых элементов» что позволяет сделать заключение о
корректности схемы, проверить полноту тестов; 2) реализацию
метода Монте-Карло для расчета статистических оценок
интенсивности изменения сигналов в цепях и использования
этих данных при оптимизации устройств по воздухопотребле-
нию; 3) расчет максимального времени прохождения сигнала
через схемуг выполняемый на основании эмпирических
функций задержки и крутизны фронта сигнала, формируемого
базовыми пневмоэлементами с учетом параметров коммуникаций
меаду ними; "4) выявление "критических" путей
распространения сигналов и величин резерва по длине еще не
включенных в "критический" путь связей между элементами; 5)
определение цепей сигналов, крутизна фронта которых
ожидается недостаточной. Результат анализа распечатывается в
виде таблиц.
Программа компоновки модулей предназначена для
разбиения схемы пневмоустройства на минимальное число блоков
или модулей и,, согласно входной инструкции, оптимизирует
разбиение по многоцелевому критерию, представленному
взвешенной суммой частных критериев: быстродействия,
воздухопотребления, количества точек в разъемах, суммарной
ТТЛ || у JJ
350

коммуникаций, или по специальному критерию - минимум
модулей на пути сигнала от входов к выходам пневмоустройст-
ва. Программа завершается печатью таблицы компоновки.
Программа проектирования коммуникационных плат решает
задачи размещения пневмоэлементов и трассировки
коммуникационных каналов в многослойных платах.
Используемый алгоритм размещения обеспечивает
распределение элементов с унифицированными размерами по
свободным монтажным позициям платы, исходя из многоцелевого
критерия быстродействия, воздухопотребления* суммарной
длины коммуникаций. По требованию пользователя отдельные
элементы закрепляются за определенными монтажными позициями.
Алгоритм предусматривает условное разделение
незакрепленных элементов на две группы с минимальным "удельным весом"
связей внутри групп, выполнение начального размещения и
его оптимизацию. Оптимизация размещения ведется тремя
поочередно выполняемыми процедурами: I) групповых
перестановок, когда попеременно каждой группе элементов
сопоставляются новые монтажные позиции в результате решения
известной задачи о назначенииг 2) парных перестановок эле -
ментов разных групп; 3) перестановок горизонтальных и
вертикальных рядов элементов. После распределения по
позициям определяется наилучший вариант ориентации
элементов на позициях, а затем - печать таблицы и плана
размещения.
Алгоритм трассировки коммуникационных каналов
относится к классу пространственных волновых алгоритмов. Трассы
цепей сначала прокладываются только на первом слое» По
исчерпании ресурса этого слоя - на первых двух слоях и
так далее. Алгоритм предусматривает контроль длины
строящихся трасс, меры по предотвращению блокировки выводов
цепей,, трассы которых еще не построены. После завершения
первоначальной трассировки всех цепей их трассы
поочередно ретрассжруются во всем объеме платы с помощью
процедуры, минимизирующей количество поворотов и межслойных
переходов. Выбранная стратегия трассировки эффективна для
плат сравнительно небольшой размерности, но с высокой
"загрузкой" монтажного слоя выводами цепей и крепежными от-
351

верстиями. Результат трассировки, представляющий собой
собой совокупность различных символов, сопоставленных узлам
трехмерной координатной решетки, записывается на магнитный
диск и отображается в виде печатных планов послойной
разводки.
Пои необходимости, по мнению конструктора, внесения
изменений в разводку программные средства "АИР"
обеспечивают трансляцию конструкторских указаний, проверку их
корректности, исправление результата трассировки на магнитном
диске и распечатку новых планов разводки.
Программа вывода управляющих перфолент представляет
результат трассировки в виде кодов программного управления
графопостроителем, координатографом и станком с ЧЕУ.Три
вида полученных перфолент обеспечивают изготовление на
данном оборудовании комплектов чертежей, фотооригиналов,а
также изделий - слоев коммуникационных плат.
Применение программных средств "АИР" радикальным
образом сократило трудоемкость и повысило качество
конструкторского проектирования пневмоустройств. Планируемые
дальнейшие работы по развитию САПР устройств пневмоавтоматики
предусматривают, в частности, автоматизацию функционально-
логического этапа их проектирования.
Литература
1. Проектирование пневматических печатных схем с
помощью ЦВМ / Ковач Д.,Мартон И.,Берендс Т.К.,Руднев В.В. //
Приборы и системы управления^-1976.-Л 12.-С.17-19.
2. Сорокин В.А.,Ланин Н.Д. Автоматизация
конструкторского проектирования пневматических логических схем //ИКА.
-1980.-* 3-4.-C.35-4I.
352

ВОПРОСЫ АВТОМАТИЗАЦИИ ОБЪЕКТОВ РЕАКТОРНОЙ ОЧИСТКИ
ПРОМЫШЛЕННЫХ СТОКОВ НА БАЗЕ СРЕДСТВ ПНЕВМОАВТОМАТИКИ
B.C. Безменов, Т.К. Берендс /СССР/
Очистка сточных вод на промышленных предприятиях
является частью осуществляемой в СССР программы охраны
окружающей среды. Повышение качества очистки промстоков может
быть достигнуто путем автоматизации технологического
оборудования очистных сооружений промышленных предприятий.
Большая доля последних приходится на предприятия с
гальваническим производством. Для нейтрализации стоков после
гальванических цехов применяется в основном реагентный
способ. Очистка сточных вод сводится к химической
нейтрализации соединений шестивалентного хрома и
кислотно-щелочных компонентов стоков. Процессы очистки ведутся в
реакторах периодического действия, оборудованных датчиками
верхнего и нижнего уровней стоков, рН- и хромметрами и
исполнительными клапанами.
Процессы очистки стоков относятся к классу непрерывно-
дискретных. Непрерывными являются операции дозирования
реагентов (растворов серной кислоты и бисульфита натрия -
при нейтрализации хромосодвржащих стоков, известкового
молока - при нейтрализации кислотных стоков, кислоты или
щелочи - при нейтрализации кислотно-щелочных стоков).
Дискретность рассматриваемых процессов выражается в переходах
от одной операции к другой в Соответствии с
технологическим циклом работы каждого из агрегатов очистки стоков.
Поскольку в технологических процессах очистки стоков
используется сжатый воздух, а также ввиду ряда других
факторов (медленность протекания процессов, несложность
алгоритмов управления, низкая квалификация обслуживающего
персонала), предпочтительной является реализация
управляющих устройств на базе пневматической аппаратуры»
Ввиду простоты алгоритмов работы объектов,
проектирование дискретной части управляющих устройств (УУ) отдельными
агрегатами не представляет трудностей» Все же, при
проектировании УУ процессом нейтрализации хромосодержащих стоков
353

надо иметь в виду, что промышленные хромметры обладают
низкой чувствительностью ( особенно в условиях присутствия
в стоках ионов побочных металлов)# Это обстоятельство, как
правило, приводит к необходимости определять
хромосодержание стоков лабораторными методами. В этом случае цикл
работы агрегата прерывается на время отбора пробы и
проведения лабораторного анализа стоков. По результату анализа
определяется требуемая для полной нейтрализации ионов
шестивалентного хрома доза бисульфита натрия» Поскольку
перерасход реагента недопустим по технологии, эта доза должна
быть введена в реактор посредством дозирующего устройства,
имеющего достаточно высокий класс точности*
Довольно сложной является задача обеспечения требуемой
точности процесса регулирования кислотности стоков
посредством дозированной подачи реагентов в реактор» Дело в том,
что процессы, протекающие во время реакции нейтрализации,
придают объекту управления (реактору) неблагоприятные
свойства запаздывания и инерционности, в то время как
значительные начальные отклонения регулируемого параметра (рН
стоков) от заданной зоны должны быть устранены за
ограниченный технологическими требованиями промежуток времени.
Запаздывание и инерционность объектов в сочетании с
требованием обеспечения необходимого качества нейтрализа-
ции стоков не позволяют использовать для управления пнев-
моклапанами подачи реагентоа серийные регуляторы системы
" Старт", реализующие П, ПИ и ПИД законы регулирования.
Основные же трудности автоматизации данных объектов
возникают при выборе типа дозирующих устройств* Клапанные
дозаторы имеют невысо!сую точность (особенно при
дозировании малых порций жидкости) и крайне ненадежны для таких
реагентов, как бисульфит натрия (кристаллизующаяся
жидкость) и известковое молоко (суспензия).
Разработаны и успешно апробироваш~в"1^6мшленных
условиях пневматические системы управлвния процессами реакторной
очистки хромосодержащих, кислотных и кислотно-щелочных
стоков. Дозирование бисульфита натрия и известкового молока
осуществляется посредством разработанных бесклапа-
354

иных пневматических порционных дозаторов жидкостей» Для
дозирования серной кислоты и щелочи используются клапанные
дозаторы реагентов с пневматическими регуляторами
импульсного действия»
Простейшим импульсным регулятором является релейно-им-
пульсный (РИ-регулятор)о Он содержит генератор импульсов
(ГИ) заданной длительности и постоянной амплитуда и
логическое устройство (ЛУ). ДУ включает ГИ в работу при дере-
ходе УУ к выполнению операции регулирования параметра рИ
и выключает его из работы при достижении регулируемым па*
раметром заданной зоны. Рабочие параметры ГИ (амплитуда,
длительность и период импульсов) выбираются из условий
обеспечения требуемой точности и преемлемого времени
процесса регулированиям учетом суммарного времени
запаздывания и постоянной времени реактора» Более эффективным
является амплитудно-импульсное (АИ) управление пневмоклапаками
подачи реагентов. АИ-регулятор содержит генератор имцуль-
сов заданной длительности (ПВД), ГЦэегулятор системы
"Старт" и логическое устройство, коммутирующее выходной
сигнал It-регулятора с нормально замкнутым дозирующим пнев-
моклапаном* Выходной сигнал АИ-регулятора - модулированные
по амплитуде импульсы, период и длительность которых
определяются настройкой ГИЗД, а амплитуда Ли** /Ср9д£Р+$Рсм >
где Ар - коэффициент усиления П-регулятора, &*см - давление
смещения, a4P«|^-^| - рассогласование регулируемого
параметра (^ и^- аналоговые выходные сигналы задатчика и
измерительно-преобразовательного устройства,
соответствующие заданному и фактическому значениям рН стоков).
Разработаны пневматические импульсные регуляторы и с более
сложными видами модуляции входного сигнала*
Принцип действия бесклапанного пневматического
дозатора, содержащего замкнутый расходный резервуар, мерную
емкость (МБ) и пневматический блок управления (ЕУ)
дозированием, основан на управлении истечением дозируемой жидкости
из МБ, в которую она поступает под действием давления
сжатого вездука из установленного ниже 1В расходного
резервуара. Набор дозы - заполнение НЕ с одновременным напорным
истечением жидкости в приемный аппарат ( в реактор) - про-
355

исходит до тех пор, пока давление сжатого газа в ME,
верхняя часть которой при наборе дозы является глухой
пневматической камерой , не станет равным давлению задания»
Последнее же при неизменных проходных сечениях входного и
сливного патрубков ME однозначно определяет отмериваемую
дозатором порцию жидкости* После набора дозы верхняя часть
ME посредством ЕУ сообщается с источником пневмопитания, и
происходит опорожнение ME» При этом сжатый воздух из
расходного резервуара стравливается в атмосферу»
При нейтрализации хромосодержащих стоков ЕУ дозатора
бисульфита натрия помимо управления дозированием выполняет
функцию стабилизации уровня жидкости в расходном
резервуаре (путем его автоматического пополнения из резервуара
большей емкости) и функцию автоматической промывки водой
сливного патрубка ME (в случае изменения гидравлического
сопротивления последнего)» Указанные вспомогательные
функции ЕУ позволяют повысить точность и надежность дозатора»
При нейтрализации кислотных стоков дозатор известкового
молока используется как исполнительное устройство в
замкнутом контуре амплитудно-импульсного регулирования
кислотности стоков рН» Уставка дозатора, пропорциональная
текущей величине рассогласования, формируется посредством
пятимембранного сумматора и дросссельного делителя
давления, а его включение в работу осуществляется
автоматически с периодом, равным суммарному времени запаздывания и
постоянной времени реактора» При достижении регулируемым
параметром заданной зоны дозатор автоматически
выключается из работы»
УУ процессами очистки стоков реализованы на
общепромышленной пневматической аппаратуре систем "Цикл", УСЭППА и
"Старт"» Промышленная эксплуатация УУ показала, что они
обеспечивают высокое качество очистки стоков, надежны в
работе и могут быть рекомендованы как типовые для
серийного освоения» Кроме того, бесклапанные порционные дозаторы
жидкости с соответствующими пневматическими ЕУ могут
применяться и на других объектах»
356

СИСТЕМА ГРАВИТАЦИОННОЙ ГЦДРОАВТОЫАТИКИ
ДЛЯ МЕЛИОРАЦИИ ( ГАММА )
И.М.Бурдо, Л.А.Залманзон, А.Ф.Савостьянов /СССР/
Разработка рассматриваемой системы устройств
автоматического управления проведена Институтом проблем
управления и Союзгипроводхозом Министерства мелиорации и
водного хозяйства СССР при сотрудничестве с другими
организациями этого министерства } ГАММА является
универсальной системой, обеспечивающей автоматическое
управление водораспределением и поливом в различных типах
оросительных и осушительных систем. Она предназначена для
управления поверхностным поливом, капельным орошением,
стационарным дождеванием. При ее использовании
достигается автоматическое управление всем оросительным комплексом.
В качестве примера показана закрытая оросительная система
с поверхностным способом полива, включающая согласно рисД;
магистральный трубопровод I (может быть открытый канал),
связанные с ним распределительные трубопроводы 2i 2^
с головными блоками управления 3i ••• 3А и
гидрозадвижками 4^ •• • ♦* , и ответвляющиеся от распределительных
трубопроводов поливные трубопроводы Sf • • £т • После
выдачи на каждом поливном участке заданной нормы воды
система переключает воду на полив следующего участка и таким
образом далее до того, что будет произведено орошение
всего массива. Оно заканчивается автоматически закрытием
гидрозадвижки Ц распределительного трубопровода^ .На
рис.Х приведена схема соединения головных блоков
управления Зп и 3n_f #_ На этом рисунке: 6 и 7 - гравитационные
гидравлические элементы "Память", 8 - элемент задержки
сигнала, 9 и 10 - переключатели, II - канал питания, 12 -
информационный канал от блока управления поливным трубо-
0 предшествующих работах по гравитационной
гидроавтоматике см. в источнике fll .

проводом, 13 - информационный канал к следующему
головному блоку управления, 14 - канал к приводу гидрозадвижки.
Для цриведенжя в действие устройств управления в
качестве рабочей среды используется вода, отбираемая из самой
оросительной систем*. Разработаны средства очистки воды,
предотвращающие возможность загрязнения аппаратуры.
Эффективность юс действия подтверждена при их работе в
полевых условиях* Шжазашше на рис.Я элементы ГАММА
работоспособны при изменении давления питания от 0,01 Па до
0,6 Па, т.е. более чем в 50 раз, что имеет место для
различных участков самонапорных оросительных
трубопроводов при больших уклонах местности.
На основе использования элементов ГАММА проведены
работы, связанные с освоением новых прогрессивных
технологий орошения, к которым относятся орошение с учетом
влажности почвы и воздуха и прерывистый полив. При
прерывистом поливе по бороздам происходит равномерное
распределение воды по длине борозды и устраняется
недостаток, заключающийся в том, что начало борозды
переувлажняется, а до конца ее вода иногда совсем не доходит.
Автоматическое управление водораспределением и поливом и
освоение указанных suae новых технологий орошения
должны дать большой экономически эффект, т.к. существенно
экономится поливная вода и создаются благоприятные
условия для произрастания растений. Соозгищювсдхозом
проведена конструкторская разработка и изготовлены первые
партии функциональных блоков ГАММА, аппробированные в
условиях эксплуатации. Ведется подготовка к организации
прошшенного их изготовления.
Использование элементов и блоков системы ГАММА
позволило решить и ряд других задач мелиоративной техники.
Црн участии сотрудников Московского гидромелиоративного
института созданы средства предотвращения возникновения
гидравлического удара, цриводяцего к разрушениям
трубопроводов в закрытие оросительных системах. Элементы
системы ГАММА используются паже щт разработке средств
гравитационного гвдравлического уцравления илрокозахват-
358

нымк дождевальными мошнами, снабясенньии гвдродвшеталя-
ми, разработаны метода и системы диагностики закрытых
оросительнш: систем и др.
Литература
I* ЕУРДО И*М*9 Залманэон JLA., Савостьянов А.$« Гвдрав-
лические элементы и устройства для регул*фования
подачи воды в мелиоративных поливных системах. - В кн.:
№евмоавтоматяка. Тезисы докладов ХУ Всесосзного
сотещания. M.f Институт проблей управления, 1985.
359

ла-в^бй
.^15]
Ь^
-ПЗЬгч
Г*.
? I
К
os>
Н-
/TN-
°^
1р
—: /Тк-^К--
D--
<0
Jb~>
->
<ь_
\
^
^
360

ПРИМЕНЕНИЕ ПРИНЦИПОВ ПНЕВМАТИКИ ДЛЯ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ
СИСТЕМЫ ОБЕСПЫЛИВАНИЯ РУДНИЧНОГО ВОЗДУХА
В.В.Куприянов, И.Н.Засухия /СССР/
В работе описана пневматическая система экстремального
регулирования обеспыливающим проветриванием,
обеспечивающая поддержание оптимальных параметров рудничной
атмосферы в подземных горных выработках.
Исследования по определению снижения запыленности
воздуха путем повышения эффективности комбинированной схемы
проветривания показали, что обеспыливающее проветривание
должно включать разжижение пылевого облака и вынос
загрязненного воздуха из рабочей зоны; совладение критических
значений скорости при движении аэродинамических потоков у
источников пылевнделеяия, регулирование и стабилизацию
количества Q подаваемого в выработки воздуха в пределах
1,9-2,7м3/с. Выполнение этих требований способствует
улучшению санитарного состояния рудничной атмосферы.
Влияние скорости движения воздуха на запыленность носит
сложный характер. Изучение вопроса влияния скорости
воздуха на характер выноса пыли показало, что оптимальные
значения скорости воздзгха V в выработках составляют 0,3-
0,4м/с (рис.1). Соблюдение скорости движения воздуха в
этих пределах на рабочих местах при действии различных
источников пылеобразоваяжя позволяет достигнуть наиболее
благоприятных результатов по пылевому фактору. Поэтому
возникает задача автоматического поиска минимума
концентрации пыли £ в воздухе и поддержания указанных
вентиляционных параметров.
Скорость V определяется отношением расхода воздуха ф
к сечению выработки. Из анализа рис.1 видно, что
статическая характеристика процесса как объекта управления в
координатах "концентрация пыли - скорость (или расход) воздуха"
является экстремальной. При этом точка экстремума
характеристики соответствует экстремуму целевой функции
оптимального регулирования (минимуму потерь поиска точки экстрему-
361

ма). В качестве параметра V принята средняя скорость
воздушного потока по сечению выработки. Критерием
оптимальности служит минимум содержания пылевых частиц в воздухе
в любой текущий момент времени при определенной скорости
потока воздуха. Очевидно, что при изменении возмущений
точка минимума будет перемещаться по осям V и £ и
займет некоторое новое положение. Автоматический поиск этого
нового положения осуществляется экстремальным регулятором
типа АРС, реализующим алгоритм непрерывного поиска
экстремума статической характеристики. Система автоматического
управления /САУ/ путем непрерывной вариации расхода
(скорости) воздушного потока за счет изменения величины
корректирующего сигнала и смещения рабочей точки
осуществляет поиск оптимального режима по минимуму концентрации пыли.
На рис.2 показана блок-схема САУ. Ода содержит
пневматическую систему измерения расхода воздуха 2, включающую
струйный первичный преобразователь 3 и дифманометр 4;
систему измерения количества пыли 5, снабженную вторичным
самопишущим прибором 7 типа ПВ10ЛЭ; экстремальный
регулятор 89 устанавливаемый на щите управления и осуществляющий
поиск минимума концентрации пыли или минимума
пневматического сигнала в линии пяевмопередачи при настройке
регулятора путем воздействия на расход воздуха в вентиляционном
трубопроводе 6; регулятор 9 типа ПР-3.24, устанавливаемый
на щите КИПа и стабилизирующий расход воздуха в
трубопроводе с коррекцией этого расхода по сигналу с регулятора 8.
Количество пыли в выработке 10 измеряется струйной
системой 5, состоящей из блока подготовки пробы, струйного
чувствительного элемента, дифманометра [I], и
преобразующей измеряемую величину в пневматический сигнал,
передаваемый по линии пяевмопередачи на щит управления. Расход
воздуха измеряется системой 2 и стабилизируется регулятором
9, задание которому корректируется регулятором 8 в
зависимости от содержания пыли в воздухе выработки 10. Выходной
сигнал регулятора 9 воздействует на исполнительный орган I,
изменяющий расход подаваемого в выработку свежего воздуха.
На приборе 7, размещенном на. щите управления, производится
запись текущих концентраций пыли и указание величины сиг-
362

нала коррекции. Питание систем измерения 2 и 5 сжатым
воздухом давлением 140 кПа осуществляется с панели
дистанционного управления. Отвод пылевых потоков
осуществляется по трубопроводу II. Регулятор 8 совместно с панелями
питания сжатым воздухом, манометрами контроля работы
регулятора, црибором 7 монтируются на щите уцравления в
операторной.
При работе СА7 сигнал коррекции линейно возрастает или
уменьшается относительно номинальной величины (0,06 МПа),
что соответствует изменению расхода воздуха в трубопрово-
деи смещению рабочей точки /см.рис.1/, положение которой
в виде пневмосигяала запоминается в блоке памяти
регулятора 8. При увеличении давления в линии пневмопередачи
относительно минимума на величину зоны нечувствительнеети
$ * 0,2кПа регулятор 8 вырабатывает импульс дадвледоя
(0,14 МПа), который измеряется манометром на таотвддо-
лятора. Этот импульс осуществляет реверс сигнала
коррекции и увеличение давления в блоке памяти до величины
текущего давления в линии пневмопередачи. При этом в
течение времени задержки импульса соответственно
инерционности потока блок памяти работает в режиме поиска. Давление
в нем следит за давлением в линии пневмопередаии,
оставаясь равным ему. После сброса импульса при увеличении
сигнала коррекции блок памяти также работает в режиме
поиска вплоть до перехода через точку экстремума. САУ
допускает работу при ручном управлении. При этом
оптимальный режим может быть получен с использованием показаний
системы измерения пыли как советчика оператора. При
работе САУ запыленность в выработках находится в пределах
санитарных норм.
Литература
I. Куприянов В.В. Струйный пневматический измеритель
запыленности воздушного потока.- В же.: Материалы УШ
Меддуяар.кояфер. "Яблояяа", Бухарест, Румыния, Политехя.
ия-т, 1980, т.2, с.49-57..
363

6.0
*,0
V
2, мг/м%
ш.
л
тл
(
OJS
W
Р,4Г
Vt*/c
Рис. I. Зависимость запыленности от скорости
движения воздуха:
I - зона наименьшей запыленности воздуха
/////////////////
9 О
-£-—С^><
i
ю
Рис. 2. Пневматическая система управления
у
у
\
V
у
у
у
у
у
у
у
у
у
у
у
у
у
у
V
364

СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ПАРАМЕТРАМИ МИКРОКЛИМАТА ПОМЕЩЕНИЙ
Е#И.Дубленич,Г#И.Шпак,М#М#Шпиляк /СССР/
В цехах предприятий текстильной промышленности норми -
руются параметры температуры и относительной влажности
внутреннего воздуха. Трудность поддержания этих
параметров зависит от следующих факторов: тепловцделения от
оборудования и солнечной радиации в летний период, теплспо -
терь и инфильтрации через наружные ограждения в зимний
период. Это ведет к снижению качества выпускаемой
продукции и ухудшает условия микроклимата в помещениях*
Для автоматического поддержания заданных параметров
внутреннего воздуха разработана система пропорционально-
импульсного регулирования, которая обеспечивает высокую
точность, простоту, надежность и экономичность•
Микрокомпьютерная схема формирования управляющих сигналов
обеспечивает высокую адаптивность к физическим характеристикам
исполнительных устройств и объема закрытого помещения»
Ядром системы является однокристальная микроЭВМ '
KMI8I6BE048, которая выполняет все функции управления
процессом поддержания в заданных пределах регулируешх
параметров среды* Простейшая логика работы
микрокомпьютерной систеж формирования управляющих сигналов
заключается в следующем: выходной сигнал первичного
преобразователя в виде цифрового кода поступает на соответствующий
порт микрокомпьютера, далее производится операция
вычитания от текущего значения кода влажности некоторой
величины, задаваемой извне и соответствующей коду требуемого
значения влажности среды» Результат данного вычисления -
величина отклонения влажности (температуры) от заданного
значения. Следующие далее программные модули должны выя-
365

вить знак отклонения действительного значения
относительной влажности (температуры) от нормы и сформировать
необходимые управляющие сигналы для приведения параметров
среда к норме. Для увлажнения воздуха используется пар,
подаваемый в воздуховод через форсунки специальной
конструкции. Дозировка осуществляется двухпозиционным клапаном*
Длительность распыления пара изменяется пропорционально
отклонению относительной влажности воздуха от заданного
значения» при этом период следования импульсов распыления
остается постоянным.Применение однокристального
микрокомпьютера в качестве управляющего блока придает системе
необыкновенную гибкость и адаптивность. Все изменения в
логике работы легко могут быть введены программно,при этом
аппаратная часть управляющей системы остается неизданной
для любых применений. Такую же программно-аппаратную
реализацию имеет и канал регулирования температуры.
Между каналами температуры и влажности имеются связи,
уменьшающие взаимные влияния обеих регулировок, что к
тому же значительно улучшает параметры устойчивости обеих
систем. Вычислительная мощность однокристального микро -
компьютера достаточна для того, чтобы взять на себя
функции управления как каналом влажности, так и каналом те»*
пературы одновременно и обеспечить работу с учетом пере**
крестных связей между двумя канал аш. Таким образом вся
система управления имеет компактную реализацию:
- преобразователь относительная влажность воздуха/код;
- преобразователь температура / код;
- одна микросхема однокристального микрокомпьютера
KUI8I6BE048;
- исполнительные устройства,управляемые
непосредственно от однокристального микрокомпьютера.
Литература
I. Нефедов С#В#9 Давыдов Ю.С. Техника автоматического
регулирования в системах вентилядо и коздидеонирования
воздуха.-М,: Стройиздат, 1984»
366

ОПЫТ РАЗРАБОТКИ И ВНЕДРЕНИЯ РОБОТОТЕХНИЧЕОЮГО
КОМПЛЕКСА НАКАТКИ РЕЗЬШ
Ю.Д.Власов, В.С.Кудлаев, А.К.Комаров, М.&.Раздольский,
Г.Р.Сафарян, В .А. Чечельницкий, Л.«.Шмелев /СССР/
В настоящее время во многих областях техники
используются струйные системы управления. Высокое быстродействие,
надежность и малые габариты струйных элементов позволяют
строить сложные логические и цифровые устройства для
управления станками, промышленными роботами и другими машинами*
В сборочных операциях на машиностроительных заводах
широко используются шпильки, число типоразмеров которых
для данного предприятия может быть достаточно большим при
относительно малом количестве шпилек одного типоразмера,
что делает невыгодным изготовление их на
станках-автоматах. В таких случаях более целесообразным является
использование промышленных роботов в процессе изготовления
шпилек.
Разработанный и внедренный авторами робототехнический
комплекс (РОС) с роботом "Бриг-Химмаш", имеющим
пневматическую струйную систему программного управления ШССПУ),
предназначен для накатки резьбы на концах цилиндрической
прутковой заготовки в процессе изготовления шпильки. С
мелкими доработками механизмов вспомогательного
оборудования весь РТК может быть применен также в метизном
производстве, в термических и других цехах.
Комплекс содержит робот "Бриг-Химмаш", струйную
систему программного управления, загрузочное устройство,
ротатор и резьбонакатный станок.
Робот "Бриг-Химмаш" представляет собой автономную
машину, имеющую устройство управления. Робот работает в
цилиндрической системе координат и имеет пять степеней
свободы, из которых в описываемом НТК использованы четыре.
Привод основных узлов и губок захвата пневматический.
Точки останова узлов робота определяются регулируешми
упорами. При подходе к упорам скорость гасится гидравли-
367

ческими амортизаторами. Основные характеристики робота:
номинальная грузоподъемность, кг 10
число степеней подвижности 5
число рук/захватов на руку I/I
тип привода ..» пневматический
погрешность позиционирования, мм +0,3
максимальный радиус зоны обслуживания, мм... 1260
масса, кг 300
Наличие пневматических приводов для узлов робота
позволило рассмотреть возможность применения пневматической
струйной систеш управления. Этоцу способствовали также
тяжелые условия работы оборудования РТК - повышенная
влажность, пыль и наличие паров масла в воздухе.
Загрузочное устройство РШ представляет собой
конструкцию с бункером, на выходе которого установлен шибер-
отсекатель с пневмоприводом, что позволяет при подаче
пневматического сигнала выдавать на исходную позицию
поштучно заготовку шпильки - пруток определенной дайны, на
обоих концах которого необходимо накатывать резьбу.
Ротатор выполнен в виде горизонтального желоба,
закрепленного на вертикально расположенном валу неполнопо-
воротного пневмомотора. Назначение ротатора - в
определенное время поворачивать на 180° в горизонтальной
плоскости уложенную в желоб заготовку шпильки. С помощью
упоров имеется возможность точно регулировать положение
желоба ротатора.
ПОСЛУ представляет собой струйную систему циклового
программного управления, реализованную в элементах и
устройствах "Волга", размещаемых в стандартном блоке с
габаритами 198x530x520 мм, что позволяет при
необходимости размещать его в стандартные монтажные стойки вместе с
электронным оборудованием, если РТК входит составной
частью в комплексную систему участка или цеха завода,
управляемую от микропроцессора или ЭВМ*
На рис. I изображена функциональная схема ПОСЛУ,
которая состоит /I/ из следующих основных устройств:
устройства задания и ввода программы;
368

устройства переработки информация*
устройства контроля отработки этапа программы - такта;
выходных и исподажтельшх устройств.
УетроЛство задания и ввода программы содерют информацию
о цикле, которая иаиосояа на црограмюноситель -
пневматическое мтеккерное наборное поле. В устройстве
поэтапного ввода прпграмш шрабатвваются тактовые имцульсы,
которые поступает в устройство задания црограмш.
Последовательная выдача тактовых команд осуществляется при по-
мода сдвжгяищвго регистра*
В логическом блоке устройства переработки информации
осуществляются блокировки, вырабатывается команды,
которые поступает на усилители, преобразователи, а затем на
тевмораспредалктели и даме - в пневмоцилиндры узлов
робота*
Выполнение операций контролируется конечными путевыми
выключателями, сигнал! от которых поступают в устройство
переработки «формации, в блок логики и в блок
формирования тактовых инцульсов. Тактовые импульсы от
формирователя поступает в устройство поэтапного ввода программ, в
котором сдвигающим регистром осуществляется сдвиг
тактовых инцульсов. Система имеет два рекмма работы -
наладочный и автоматический. Число кадров в программа - 25,
число технологических команд - б, число точек позшдошрова-
ння по каждой степени подвижности - 2.
В пневматическом оборудовании РГК использовались
усилите»! типа Ш67-21Р, пневмопривода типа B26-4I,
распределители типа ПВ-64-23М, с которых были сняты
электромагниты и перемещение золотника распределителя
осуществлялось с помощью пневмопривода B26-4I.
Поскольку агрегаты реэьбонажаточного станка
управляются автономной элехтромеоБашгаеехой системой управления,
стыковка пневматических цепей ПССПУ с электрическими
ценят станка выполнялась с помощью пневмо-эдектропреобра-
зователя 462-21 и шювмораспределителя «net 4I52550I79.
Концевые выключатели выпоэшявсь в веде сопел с
проходным сечением диаметром 2 мм. Каждое из сопел в аре-
369

дельном положении перекрывалось заслонкой» представляющей
собой площадку с наклеенным на ее поверхности резиновым
"пятачком" диаметром 15 мм.
В процессе эксплуатации РТК были показаны лучшие
технико-экономические показатели по сравнению с РЕК»
имеющем электронную систему управления. Эти показатели
обеспечивались более высокой» чем у электроники»
надежностью ПОСЛУ» достаточно высоким быстродействием
струйной системы управления» в результате чего увеличилась
производительность оборудования» повысилось качество
продукции.
Литература
I. Струйные логические элементы и устройства
программного управления станками и промышленными роботами.
Каталог. И.: НИИмаш, 1979. 72 с.
370

il 1
Устройство
задания
программы
Устройство
поэтапного
ввода
программы
Устройство
задания и
ввода
программы
п
il Р
Блок
логики
Блок
формирования
тактовых
импульсов
Устройства
переработки
информации
Пневмо- и

гидрораспределители и другик
исполнительные
механизмы
т
Исполнительные!
механизмы
Выходные и
исполнительные
устройства
Входные
устройства
J
Рис. I. функциональная схема струйной системы циклового программного управления

ПНЕВМАТИЧЕСКИЙ РОБОТОТЕХНИЧВСКИЯ КОМПЛЕКС ШЕЙНОГО
ПРОИЗВОДСТВА
А.А.Ганулич, Б.М.Кисин, Б.С.Шкрабов, Д.С.Вайс6лат
/СССР/
Особенности применения робототехнических комплексов в
швейном производстве определяются свойствами
обрабатываемых деталей из текстильных материалов, имеющих малые
жесткость и массу» большое разнообразие форм и размеров,
обладающих значительной воздухопроницаемостью* Эти свойства
затрудняют манипулирование деталями, в частности, их
поштучное отделение от стопы и базирование в зоне обработки с
достаточно высокой точностью /*1 мм/.
Удобство контроля положение деталей из текстильных
материалов струйными датчиками, возможность воздействия на
детали открытыми струями воздуха в сочетании с простотой
алгоритмов функционирования швейного комплекса
предопределили выбор пневматической системы управления и
промышленного робота с пневмоприводом* Был использован робот модульной
конструкции типа ПР 5-2, причем его электропневматическая
система с временным управлением была заменена на
пневматическую, построенную по позиционной структуре на аппаратуре
КОШАС.
Робототехнический комплекс предназначен для обметывания
петель на манжетах сорочки и автоматически выполняет
следующие операции: отделение манжет от стопы и подачу на
рабочую позицию, ориентацию правых и левых манжет,
базирование деталей, обметывание и прорубание петли, укладывание
обработанных манжет в кассету. Оператору помимо наблюдения
за работой комплекса и устранения обрывов ниток остаются
операции заправки стопы необработанных манжет и извлечения
из кассеты стопы обработанных деталей.
Схема комплекса приведена на рис. I. Помимо швейного
полуавтомата 9 и промышленного робота б с захватными
устройствами 7 .и 10 в комплекс входят кассеты-накопители 4 и 12
и устройство 8 ориентации манжет.
Работает комплекс следующим образом* Робот 6 захватным
372

устройством 7 отделяет от стопы 5 манжет, уложенной в
кассету-накопитель 4, верхнюю деталь, поворачивается на 60°
и укладывает ее в устройство 8 ориентации. Из устройства 8
манжета подается в швейный полуавтомат 9. После окончания
ее обработки она захватывается устройством 10, и робот б
укладывает ее в кассету-накопитель 12. Процессы захвата и
переноса деталей с исходной стопы 5 на позицию ориентации
и от полуавтомата 9 к позиции стопы II выполняются
одновременно. Пневмоцилиндр 3 осуществляет поворот
кассеты-накопителя 4 на 180° для ориентации правых и левых манжет.
Подъем стопы 5 манжет на заданную высоту и опускание
стопы II обработанных манжет осуществляется пневмогидрав-
лическим устройством. Оно содержит цилиндры 2 и 14, бесшто-
ковые полости которых заполнены маслом с малой вязкостью.
Штоки цилиндров связаны с подвижными основаниями кассет-
накопителей 4 и 12, в которых располагаются детали до и
после обработки.
При получении сигнала от датчика об отсутствии верхней
детали на заданной высоте включается клапан 13, через
который подается воздух в штоковую полость цилиндра 14, и
открывается клапан 16. Это вызывает выдвижение штока
цилиндра 2 и втягивание штока цилиндра 14 за счет перетока
масла по клапану 16. Скорость движения штоков регулируется
дросселем 15. Когда верхняя деталь стопы касается датчика
захватного устройства 7, клапан 13 выключается, а клапан
16 запирает линию перетока масла. Верхняя деталь
фиксируется на заданной высоте. Для возврата механизма в исходное
положение включается клапан I.
Схема захватного устройства приведена на рис. 2. Оно
смонтировано на подпружиненной подвеске 4 и содержит иглы
2, приводимые в движение мембранным механизмом 5. В
основании 3 выполнено сопло I датчика наличия захватываемой
детали. Выкручиванием сопла I регулируется глубина жахода
иглы в деталь. Захватное устройство опускается на стопу
деталей, иглы 2 прокалывают верхняя) деталь, и по сигналу
от сопла I о контакте с ней мембранный механизм 5 разводит
иглы 2 в стороны. Далее захваченная деталь поднимается.
Ориентирующее устройство /рис. 3/ содержит основание I
373

сопла 2 и 3, выполненные в основании под разными углами к
его поверхности, упоры 4 и б, направляющую 5, датчик
положения детали 7. Манжет 8 помещается на основании I, в
сопла 2 и 3 подается сжатый воздух» что вызывает движение
манжета 8 в направляющей 5 пока он не дойдет до упоров 4
и б. Сигнал об этом поступает с датчика 7, что вызывает
прекращение подачи воздуха в сопла 2 и 3.
Разработанные пневматические устройства и системы
управления показали удобство и надежность в работе.
374
Pi/cJ

Рис.2
Рис, J
375

СИНТЕЗ УСТРОЙСТВ УПРАВЛЕНИЯ МОДУЛЬНЫМИ РОБОТАМИ-
МАНИПУЛЯТОРАЫИ
Вайсблат Д.С*, Ивченков Л.А», Тагаевская А.А» /СССР/
Многие промышленные роботы-манипуляторы могут быть
представлены в виде объектов, состоящих из отдельных
модулей. Поведение таких модулей достаточно хорошо изучено
[U • Модули в объекте связаны между собсй через
управляющее устройство» Для его синтеза процесс работы
манипулятора представляется в виде графа операций* Этот граф
аналогичен применяемому при синтезе устройств управления по
позиционной структуре [2] , но с той разницей, что в
вершинах графа записываются, как изменения состояний входов
модулей, так и их внутренних состояний (выходов). Такая
запись дает возможность формировать из последовательности
вершин, соответствующих операциям BL процесса, множество
непересекающихся макроопераций SC . Признаком возможности
объединения операций в макрооперацию является отсутствие
в логических условиях, сопоставленных ребрам соединяющим
вершины, противоположных значений выходных сигналов (Хс и
XI ) одного и того же модуля. Сгруппированные таким
образом операции Во образуют макрооперацию SL • Каждая
макрооперация рассматривается, как внутреннее состояние
устройства управления и ей сопоставляется триггер с
раздельными входами. Включающим входом триггера является
предыдущая макрооперация &сч и логическое условие,
записанное на ребре, входящем в макрооперацию Si (или на
ребрах, если их несколько), а выключающим входом является
последующая макрооперация Si н либо последующая
макрооперация Sc+i и логические условия, записанные на ребрах,
входящих в эту операцию, если в составлении макрооперации
участвуют параллельные процессы. После того, как
определены уравнения макроопераций Si , выписываются уравнения
модулей объекта* Они считываются с вершин графа, также,
как с графа операций считываются уравнения блока выходов
при синтезе устройства управлеьшя по позиционной
структуре, но с учетом вхождения модуля в макрооперацию. Таким
376

образом, модульная структура содержит два блока: блок
макроопераций БМА и блок модулей БИО, причем к блоку модулей
относятся и временные задержки* Метод синтеза УУ поясним
на примере* В работе С 23 был рассмотрен пример построешм
устройства управления манипулятором для укладки и
обработки асбоцементных труб* Граф операций процесса с учетом
изменения состояний модулей представлен на рис* I* Как
видно из графа, в процессе использовано одиннадцать
модулей* Семь из них (^|^з»гУ»г5|^1^»^)
представляют собой цилиндры с распределителями релейного действия
с подачей входного воздействия по одному каналу с
контролем выходного воздействия одним (для is ) и двумя (для
остальных модулей) датчиками* Два (?м/ и £мг ) -
электродвигатели с подачей входного воздействия по одному
каналу, без контроля* Два ( £г и 2* ) - цилиндры с
распределителями релейного действия без фиксации воздействия с
подачей входного воздействия по двум каналам с контролем
выходного воздействия тремя датчиками* Графы изменения
состояний модулей даны в С13. Составляем макрооперации*
Состояние модулей в вершине во (рис* I) является
начальным, когда все модули находятся в нерабочем положении*
Эта вершина выделяется в отдельную макрооперацию So *
Процесс обработки трубы начинается нажатием кнопки fin ,
при наличии начальных состояний выходов всех модулей
ну-Jin X1-0 Хг-о Хз-о Уу-о 7s'X*-c&+ **-o *9-о* Это является
началом макрооперации Si * В макроодерацию St войдут
операции: Ян , Bz » &s , &9 , Л$ > В/о • && »&*з • В
операции && осуществляется смена входного состояния *?</-/
на 2у-о , при этом изменяется и выходное состояние с
Ху~/-/ на Уу-о-/ • Аналогично в операциях вн и /3/у
параллельных ветвей (отмечены на рис* дугой) произойдет смена
входных состояний модулей 2z и *в с %гч-< иl*-i-f на£г-о-<
И2?/-о- Л при этом изменятся и выходные состояния на 4£ч>-'
и **<>=/ • Макрооперация S/ следовательно окончена на
операциях 0^ ,&/£></£/3* Далее следует макрооперация <?л »
которая оканчивается после операции &з • На рис* I
макрооперации обведены пунктирной линией* С полученного графа
макроопераций считываются уравнения блока макроопераций
377

БМА: So = Т(Ыо *Sz х<-о А?-о Ыст^,),
Si - Г (So ну *бл Xt-o x*-o *c»>jS&-X6-t хб x2-t *s-f),
SZ z T(Sf Xe-< Xs Xs.f Xf?-i; So *S<)
и уравнения блока модулей ШО:
&Г, 2 в = T(&t Хзч Хэ-i x*~o *8-o; S* Хч-0),
2 ц - Г (So "yt'Sz Хм X7-o Jem / Sz Х€ч Xs),
lM4tlMZ =T(&1 Хъ-t *9-1 *2-o Xg-0;&z XsX6.0 Хг-о X?-0)j
Zz-o =T(Sz X2-4; ^z хг-о), Zs+*r(s* x*-i ;s<i Xg-o),
и-**Т(*1 Х2-о X3-lX34;SzX*-i)t Zs-r-TfS, Xs~o Xs-fX*-/; S2 Xs-/)y
22-Z=T(S,X2'2 ,SZ Хг-O, 2?-Z*r(3iX*-o)S*-Xs-*)-
Синтезированное таким образом устройство управления
реализуется минимальным количеством аппаратуры, т.е. на трех
субблоках пневматического комплекса КОМПАС T3J •
Литература
I. Ццкцкий С.А., Тагаевская А.А., Ефремова Т.К. Язык
алгоритмического проектирования управляющих дискретных
устройств. Препринт. Институт проблем управления., И.,
1977, 72 с.
2.Построение пневматических управляющих устройств на
базе аппаратуры ЦИКЛ/ Т.К.Берендс, Т.К.Ефремова,
А#А,Тагаевская и др. M#v:Институт проблем управления, 1975,104с.
3. Вайсблат ДвС«, Хромченко Л.Х. Комплекс
пневматических агрегатных средств циклической автоматики КОМПАС-
Автоматизация и механизация производств, 1981, * 9, с*
13-14.
^7н

£* #>
чЬ 'A»
44
379

АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ СИНТЕЗ ПНЕВМАТИЧЕСКИХ СИСТЕМ
УПРАВЛЕНИЯ НА БАЗЕ ЭЛНЕНТОВ ИЛИ-НЕ ИЛИ
Н.Г.Остроухова, Ю.П.Поляков /СССР/
Предлагаемая методика синтеза цикловых систем
управления основана на использовании специальным образом
организованной матрицы из струйных элементов ИЛИ-НЕ ИЛИ,
построенной в соответствии с блок-схемой, показанной на рясЛ,
где:
{\lRIS ... finRlS - сигналы управляющих воздействий на
исполнительные устройства
автоматизируемого объекта;
- сигналы возбуждения, подаваемые на
вход схемы управления от датчиков
исполнительных устройств;
Bl .. . р(\ - сигналы ручного управления.
Устройство памяти полуавтоматического режима П1
построено по принципу накопителя тактовых сигналов и состоит из
цепочки триггеров с раздельными входами, количество которых
равно числу тактов А/ и соединенных между собой таким
образом, что каждый последующий элемент памяти может
переключиться от сигнала возбуждения на его включающем входе
только после того, как сработает предыдущий. Особенностью
схемы является то, что здесь недопустимо появление одного и
того же сигнала возбуждения на двух соседних элементах
памяти струйного накопителя. Принципиальная схема этого
устройства показана на рис.2. Первым в устройстве памяти
устанавливается триггер с раздельными входами,
предназначенный для включения схемы управления и ее возврата в
исходное состояние либо по команде оператора СТОП, либо
автоматически в конце цикла. Этот триггер осуществляет
первоначальную выставку всех последущих элементов памяти в
исходное состояние, что достигается за счет его конструктивного
построения, которое обеспечивает при подаче в СУ воздуха
на выходе, этого триггера гарантированный единичный сигнал,
поступающий на выключающий вход элемента памяти первого
380

такта, на выходе которого также устанавливается единичный
сигнал, поступавший затем одновременно в блок ЛП1 F и на
выключающий вход элемента нажги второго такта и т.д.
Последний элемент памяти в регистре П1 через элемент НЕ ИДИ
соединен с выключающим входом пускового триггера, что
обеспечивает при окончании последнего такта выставку схемы
управления в исходное состояние и прерывает цикл.
Принципиальные схеш пускового и тактового триггеров показаны
на рис.3 и рис.4. Следует отметить, что конструктивное
построение схеш обеспечивает и автоматический и
полуавтоматический репой работы (с помощью переключателя А-ПА).
Б*ок ЛИ представляет собой цепочки логических
элементов ИЛИ-НЕ ИДИ, соединенных между собой так, что сигнал
с инверсного выхода НЕ ИЛИ каждого предыдущего элемента
подается на один из двух входов каждого последующего.
Принципиальная схема такой цепочки показана на рис.5. На
входе в эту цепочку установлен элемент памяти - триггер с
раздельными входами соответствующего такта, а на выходе -
логический элемент, выполняющей функцию ИДИ, который
служит для стыковки устройства памяти П1 полуавтоматического
режима и устройства памяти П2 наладочного режима.
В соответствии с принятой методикой, был програшшо
реализован алгоритм синтеза систем! управления
исполнительными органами на ЭВМ серии ЕС. При этом задача
синтеза была сведена к задаче вычисления соединений между
элементами трех блоков стандартной структуры (рис.1) и
определению количества элементов в каждой линии каждого блока.
Входными даннывш для разработанной программы являются
циклограмма работы исполнительных органов (которая задается
в виде матрицы из нулей и единиц), а также, если
необходимо, - указания по выбору команд управления. Результатом
работы программы является выдача на печать
спроектированной схемы системы управления исполнительными органами,
пользуясь которой можно осуществлять сборку систем*
управления.
381

/ЭДН
Ап(ЫМ
БЛОК

полуавтоматического
режима П1
АН
БЛОК
наладочного
режима П2
ЛОГИЧЕСКИЙ
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, Г—&№
Ьеализущий заданный
[цикл работы и служащий
шля стыковки блока
полуавтоматического режи-)
на П1 ж блока наладки
Р2
уч\г&р
Рис. I.
ПУСК _ЕЕЁ
стоп.
А(М.
^
dnNi
Конец.
цикла
S
^пи
"ЭС;
А-ПА
±1
7Д ^ТЕр^
fiiRlS
/InRlS
Рис. 2.
382

4-
-*—Я
P •
У
Рис. 3.
*f-
~JL
Рис. 4.
Нг
%
!
[—
Х2
4
»
ь
ц
Хп
Ш
\Хъ Ьпот
наладки
Рис. 5.
383

ПРИМЕНЕНИЕ ПНЕВМАТИЧЕСКИХ И ПНЕШОЭЛЕКТРОННЫХ
КОМПЛЕКСОВ В СИСТЕМАХ УПРАВЛЕНИЯ
ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ
ЛвА.Барский, Н.Д.Ланин, С.А.Николаев,
Э.И.Склярский /СССР/
При выборе технических структур конкретных систем
управления химико-технологическими процессами обычно
учитываются следующие обстоятельства:
-преимущественное оснащение химико-технологических
объектов пневматическими датчиками и исполнительными
механизмами ввиду их пожаро- и взрывоопасности;
- сравнительно высокая стоимость и сложность
эксплуатации электрических вторичных приборов, регулирующих
устройств, датчиков и исполнительных механизмов;
- наличие широкой гаммы пневматических комплексов
технических средств (КТС), традиционно применяемых для
решения задач централизованного контроля и управления
химико-технологическими объектами;
- необходимость координации работы локальных систем
централизованного контроля и управления в рамках цеховых
и общезаводских структур;
- интенсивное развитие средств вычислительной техники
(в том числе микропроцессоров, мини- и микроЭВМ,
управляющих вычислительных комплексов).
С учетом указанных обстоятельств становится очевидной
целесообразность применения в качестве аппаратурной базы
систем управления химико-технологическими процессами
пневмоэлектронных комплексов, включающих средства
цифровой вычислительной техники, агрегатные пневматические
комплексы и средства сопряжения»
Пневматические комплексы обеспечивают в такой
конфигурации простую, дешевую и надежную связь с датчиками и
исполнительными механизмами, централизованное
представление операторам информации о ходе технологического
процесса и централизованное управление им* С помощью груп-
38*

повых средств сопряжения обеспечивается ввод информации
от датчиков и других сигналов в ЭВИСредства
вычислительной техники позволят обрабатывать большие массивы
поступающей информации, представлять результаты обработки на
современных средствах визуализации (видеотерминалах,
цифровых индикаторах, цифропечатающих устройствах) и
передавать их по магистральным каналам в ЭВМ подсистем
более высоких уровней»
Рассмотрим типовые варианты технических структур
подсистем нижнего уровня, реализуемых обычно на базе
пневматических КТС.
В первом варианте структуры (рис.1) управление
технологическим процессом производится с помощью
индивидуальных управляющих устройств (УУ), например, регуляторов
или устройств программного управления агрегатами
периодического действия. С помощью станций контроля и
управления СНУ и коммутаторов KI задается автоматический или
ручной режим работы (А-Р) каждого контура путем
подключения к исполнительным механизмам выходов УУ илиСКУ.
Информация от датчиков Д чаналоговых параметров, положений
исполнительных механизмов и др. поступает к УУ, а также
представляется оператору на СКУС сигналы Рин*) •
При управлении группой однотипных контуров (агрегатов
с целью сокращения фронта обслуживания используется
второй вариант структуры (рис»2) с многоканальной станцией
контроля и управления, которая подключается к
соответствующим контурам по вызову с помощью коммутатора К2« Для
запоминания сигналов задания режимов (А-Р), а также
команд управления (Рзад и Рщ|)» поступающих от СКУ,
введены узлы памяти режимов (ПР), а также узлы памяти
сигналов Рзад и РЮ| в автоматическом (ПАУ) и ручном (ПРУ)
режимах управления*
На рис.3 показан вариант структуры, в которой
управляющее устройство УУ и станция контроля и управления СКУ
являются многоканальными. Такая структура может быть
использована для управления группой однотипных контуров
(агрегатов), которые в автоматическом режиме работают
. поочередно* В каждый момент на выходе только одного узля
385

памяти режима ПР устанавливается команда, задающая
автоматический режим управления соответствующему контуру
(агрегату), и именно к этоцу контуру (агрегату) подключается
через коммутатор KI выходной канал УУ# По этой же
команде через коммутатор КЗ к управляющему устройству
подключается информация от датчиков, соответствующих данному
контуру или агрегату. Такая структура разработана, в
основном, для автоматизации агрегатов периодического
действия и прежде всего - различного рода групп однотипных
фильтров и адсорберов, в каждой из которых агрегаты
регенерируются поочередно.
Структурные схемы систем, реализованных на базе
средств вычислительной техники и пневматических
аппаратных средств, можно разделить на многопостовые и однопос-
товые.
Многопостовые системы содержат отдельную СКУ, связан-
нуюс УВК, и одцу или несколько СКУ, связанных с
локальными информационно-управляющими системами (ЛИУС),
реализованными на пневматической аппаратуре, по одному из
рассмотренных выше вариантов структуры.
Однопостовые системы содержат одну общую СКУ,
связанную как с УВК, так и с ЛИУС.
На рис.4 показан пример реализации многопостов'ой
структуры на базе управляющего вычислительного комплекса (УВК),
пневматической ЛИУС и дисплейного модуля ДМ.
Информация о состоянии технологического объекта
управления (ТОУ) поступает от датчиков температуры (ДТ) с
электрическими выходами и датчиков других параметров
(давление, расход и др«), имеющих как правило
пневматические выходные сигналы (ДО). Сигналы от ДТ поступают к
УВК через групповой искробезопасный нормирующий
преобразователь НП, а в ЛИУС - на входы регуляторов - через
индивидуальные электропневмопреобразователи, Сигналы от ДО в
ЛИУС поступают непосредственно, а к УВК - через блок
связи ВС, представляющий собой групповой пневмоэлектрический
преобразователь аналоговых сигналов в стандартный токовый
сигнал. Коммутация сигналов от ДО к ВС производится по
386

командам, поступающим от УВК. Некоторые регуляторы,
входящие в ЛИУС могут работать в супервиэорном режиме
управления. Задание для этих регуляторов подаются от моторных
задатчиков, входящих в ЛИУС и управляемых дискретными
сигналами "больше" и "меньше", поступающими от УВК. В
режиме обычного регулирования эти моторные задатчики
управляются с сенсорно-моторного поля ЛИУС подачей таких
же сигналов от кнопок "больше" и "меньше".
Многопостовая система управления характеризуется
высокой надежностью и живучестью, т.к. в ней отключение
УВК приводит лишь к уменьшению эффективности работы
системы в целом, но не отражается существенно на ее
работоспособности, которая обеспечивается аппаратными
средствами пневмоавтоматики. Однако, применение двух различных
СКУ целесообразно лишь в том случае, когда
организационная структура системы управления является двухуровневой.
Особенно это справедливо, если ЛИУС отдельных участков
территориально рассосредоточены на объекте. Если же
организационная структура является одноуровневой, то более
удобной является однопостовая система, при которой
контроль и управление процессом ведется с помощью единой СКУ,
подключаемой к локальным аппаратным средствам контроля и
управления, либо через УВК, либо непосредственно, помимо
УВК.
В качестве примера на рис.5 показана структурная
схема однопостовой системы. Блоки контроля и управления
(БКУ), реализованные на пневматических КТС, содержат
пневматические регуляторы, моторные задатчики и комцутаторы,
но не имеют сенсорно-моторных полей. Управление
процессом производится с помощью единой СКУ, включающей
дисплейный модуль ДМ, функциональную клавиатуру ФК и
пневматические многошкальные показывающие приборы ППЫ. С
помощью функциональной клавиатуры ФК на ДМ или на ГШМ
может вызываться неоходимая информация и могут
формироваться корректирующие сигналы КН на изменение заданий
регуляторам. Для конауров, работающих в супервиэорном
режиме, сигналы "коррекция номиналов" (КН^) формируются в УБК
и поступают на управление соответствующих моторных задат-
387

чиков, которые подключаются сигналами вызова от УВК
(Ввд). При отключении УВК система остается
работоспособной: регуляторы, расположенные в ЕКУ, обеспечивают
стабилизацию значений параметров, а оператор сохраняет
возможность с помощью ФК корректировать значения номиналов,
получая при этом информацию о состоянии контуров
регулирования с помощью ПШо
ск»
ПУУ
IW
УУ
-г-'а-р
^
Рмс. 1
Т
н РШл
Ч>0
А-Р
Рис 9
СКУ
кг
KI
JR**_
<W
ид-
ЕЖ
УУ
JU
А-Р
Рис.3
if
« I ти '
i_mi
РШ
г
I
Ш |
П I
Ра
388

У Б К
J LL
нп
дм
±
БС J
ЛИУС
гт
то» ^g. Si
Рис. 41
У Б К
П
ску
ЧЕ
ДМ
кп
I [лпм1 ГфкН i
1<а1
i i
БС
Б К У
-flF| ) Г
г;
0
Т О У
Рис. 5
.S.HJ-
389

НОВЫЙ КОМПЛЕКС ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ АВТОМАТИЗАЦИИ
НЕПРЕРЫВНЫХ ПРОЦЕССОВ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ
УПРАВЛЕНИЯ С ЕГО ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ
Л.А.Барский, Э.И.Склярский, Т.К.Ефремова,
А.А.Тагаевская, Е.О.Барский /СССР/
Агрегатный комплекс РЕЖИМ-I предназначен для
построения автоматизированных систем управления непрерывными
технологическими процессами в химической,
нефтеперерабатывающей, нефтехимической, газовой, металлургической и других
отраслях промышленности.
В составе АСУ ТП комплекс позволяет реализовать
следующие функции: одноконтурное или каскадное регулирование
параметров по ПИ- закону; обнаружение технологических и
аварийных отклонений переменных от заданных значений для
п однотипных агрегатов и сигнализация отклонений на
мнемосхеме; контроль по вызову оператора на многошкальном
показывающем приборе текущих значений параметров, а также
их номиналов, выходных сигналов регуляторов и задатчиков
дистанционного управления; непрерывная регистрация
значений важнейших технологических переменных;
централизованный безударный переход с автоматического режима на
дистанционный и обратно; централизованное управление задатчика-
ми номиналов и задатчиками дистанционного управления
исполнительными механизмами.
При разработке комплекса применена трехуровневая агре-
гатизация: субблоки, блоки, стойки.
Для создания субблоков в качестве элементной базы
использованы элементы УСЭППА и дискретные интегральные
модули* При реализации конструкции субблоков и способа
их монтажа в блоки, используются конструктивные решения,
принятые для комплекса ЦИКЛ.
В состав комплекса входят стойки двух типов:
стойки операторские аналоговые (СОА) и
стойки функциональные аналоговые (СФА).
В СОА располагаются приборы контроля и регистрации,
390

органы централизованного управления, а также мозаичная
мнемосхема, состоящая из стандартных ячеек, в том числе
содержащих клеммы вызова параметров, индикаторы
отклонения и др. В сочетании с панелями щита, на которых
размещаются электрические приборы контроля и регистрации,
устройства, защиты, преобразователи и т.п., СОА образуют зону
контроля и управления в операторской.
В СФА осуществляется обработка параметров, результаты
которой передаются на СОА, причем часть этих данных
поступает постоянно, а часть периодически, по вызову
оператора. СФА предпочтительно устанавливать не в операторском
помещении, а в отдельном машинном зале.
Компановка АСУ на базе комплекса осуществляется путем
соединения необходимого количества СОА и СФА, в
зависимости от числа контролируемых и регулируемых переменных.
Одна пара стоек может обрабатывать до 60 параметров, 24
из которых - регулируемые, причем каждая СФА содержит три
независимых блока, обслуживающих по 20 параметров.
Количество однотипных агрегатов, которое может обслуживать
одна стойка СОА равна десяти.
В зависимости от числа агрегатов на объекте и
количества параметров на каждом агрегате, возможны различные
варианты соединения стоек СОА и СФА, которые даны на рис.
I, где а — объект состоит из одного агрегата, б - объект
состоит из п одинаковых агрегатов, в - количество
обрабатываемых параметров на объекте больше, чем может
обслуживать одна СФА, г - для обслуживания объекта требуется три
СОА и четыре СФА.
Комплекс РЕЯИМ-1 может быть использован в качестве
самостоятельной информационно-управляющей системы или в
качестве нижнего уровня в иерархических системах АСУ ТП,
при этом используются специальные субблоки связи с ЭВМ.
Исходным материалом для проектирования систем контроля и
управления технологическимиг^оврссами непрерывного
действия с использованием комплекса FEHMM-I является
техническое задание, которое содержит технологическую схецу
объекта с размещенным на ней оборудованием и таблицу па-
391

раметров регулирования контроля с указанием пределов их
измерения и видов необходимой обработки. На основании
этих материалов составляется функциональная схема с
размещением на ней аппаратов, трубопроводов и средств
контроля и управления.
На следующем этапе проектирования разрабатывается
мнемосхема процесса, располагаемая на стойках СОА комплекса
и составляются стандартные таблицы:
- функциональной обработки параметров в комплексе;
- обработки параметров в стойке СОА;
- ячеек мнемосхемы и их расположения;
- соединения клемм вызова и индикаторов отклонений
параметров;
- шкал приборов регистрации и многошкального
показывающего прибора;
- установок переключателей направления действия
регуляторов;
- соединения стоек СОА и СФА между собой и объектом.
си) $) £) В)
Рис. /
Литература
1. Пневматический агрегатный комплекс средств РЕЖИМ-1.
Т.К.Ефремова, А.А.Тагаевская, А.А.Таль и др. М.: Институт
проблем управления, 1982, 59 с.
2. Пневмоавтоматика. Тезисы докладов Х1У Всесоюзного
совещания. М.: Издательство Наука, 1982, 220 с.
392

ШШЙЙЖ^ ПНЕВМАТИЧЕСКИХ СИСТЕМ ДЛЯ ЗАШИТЫ
ОКРУЖАЮЩЕЙ СРВД ОТ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ЗМТЯЗШШ
A.M. Касимов, В.В. Куприянов /СССР/
Среди аппаратов пылеулавливания наиболее распространены
электрофильтры, отделяющие пыль в газах путем воздействия
высокого электрического поля. При высоком удельном
электрическом сопротивлении пыли (до Ю1^ Ом-см) в
электрофильтре возникает обратная корона, приводящая к ухудшению его
электрического режима и снижению степени очистки газов[I].
Для уменьшения сопротивления пыли применяют метод
кондиционирования газопылевого потока, подлежащего очистке,
различными реагентами (водяным паром, водным раствором
аммиака и пр.), распыляемыми с помощью форсунки во входном
газоходе электрофильтра. На эффективность работы последнего
оказывают влияние расход кондиционирующего
реагента,влажность и запыленность газовых потоков [i]. Наличие
непрерывной информации по этим параметрам позволяет
оптимизировать процессы пылеулавливания с достижением необходимой
степени очистки газов (порядка 97-99$). Последнее условие
может быть обеспечено путем автоматического регулирования
количества вводимого в очищаемый газ реагента.
Для обеспечения оптимального режима электрогазоочистки
требуется проектирование комбинированных систем
автоматического управления (САУ) процессом кондиционирования газов.
В их основе лежит пневматическая,САУ разомкнутого цикла
[2] , функциональная схема которой показана на рис. 1.0на
содержит диафрагму I дифманометра для измерения расхода
0(£) реагента, регулятор 2, регулирующий орган 3,
электрофильтр 4, устройство для измерения содержания пыли
5.Задающее воздействие ^^стабилизируется регулятором 2 по
сигналу коррекции, формируемому в зависимости от содержания
пыли/ft) в газе, поступающем на очистку. Регулируемой
величиной у (б) является выходная запыленность газа. В схеме
используется регулирование по возмущению и заданию, и
отсутствует замкнутый контур регулирования по отклонению. Это
приводит к недостаточной эффективности работы электрофиль-
393

тра (94-96%).
Условием инвариантности САУ по отношению к задающецу
воздействию 9(6) является уравнение
M(p)4i-W^)Wi,(p)][Wz(p№(p)Wv(P)T\ (1)
гдеИ^*^ - передаточная функция (п.ф.) соответствующего
звена схемы САУ (см.рис. I).
Для уменьшения влияния контролируемого возмущения на
ошибку САУ П.Ф. пылемера И/V#>) должна выбираться из уело-
ВИЯ J
Ws(p)^[W2(p)Wb(p)r. (2)
Комбинированное управление, сочетающее принципы
регулирования по замкнутому и разомкнутому циклам, реализовано в
САУ процессом пылеочистки, схема которой приведена на рис.
2. Здесь приняты обозначения: М1(р)>Шр)>\Л/з(р),\М{р),№-(р);
We(p)> Щ(р)~ соответственно П.Ф. диафрагмы с дифманомет-
ром; ПИ-регулятора; исполнительного органа; электрофильтра;
пропорционального регулятора ПР-2.5; струйной системы
измерения количества пыли в газе и пневматического
измерителя относительной влажности газовых потоков [3] .В качестве
кондиционирующего реагента используется водяной пар,расход
0(6) которого регулируется с помощью контура I.Воздействие
Q(4) состоит из детерминированной составляющей Qt(4)%
случайной компоненты Ог&)л аддитивных случайных
шумов/?^измерения расхода водяного пара. Интенсивность &
^определяется влажностью потока газа.
Установлено, что выходная запыленность у газа после
очистки в электрофильтре обратно пропорциональна отнреитель-
ной влажности до очищаемого пылегазового потока. При
изменении расхода водяного пара и увеличении влажности^^по-
тока обеспечивается улучшение электрического режима работы
аппарата пылеочистки. Максимальная влажность газа, при
которой происходит подавление вредного влияния обратной
короны, находится в пределах 0,72-0,75 кг/м3 при скоростях
очищаемого газа от 0,7 до 1,5 м/с fl] . Поэтому используются
два контура коррекции расхода водяного пара по случайным
воздествиям. Первая коррекция производится в зависимости
от относительной влажности очищаемого газа (контур П).
Вторая корреция расхода пара на кондиционирование осущест-
7Q/i

вляется по величине содержания пыли в очищенном
газе(контур Ш).Выходной сигналR$) регулятора Ц£^воздействует на
исполнительный орган W&(p)* изменяющий расход водяного пара
В этой схеме давления pi , Рг , Яэ соответственно
пропорциональны выходной запыленности, влажности очищаемого пы-
легазового потока, расходу водяного пара, а давление Р*-
суммарноцу корректирующецу сигналу.
Условием компенсации возмущающего воздействия является
выражение: _ ,
Управление процессом электрогазоочистки от пыли на
основе комбинированной пневмосистемы, блок-схема которой
показана на рис* 3, осуществляется в соответствии с принятым
алгоритмом .
В> =[0,fc-2*)] (6k-c)~=may7 (4)
где Qi - количество газа на входе в электрофильтр; zt , %> -
концентрации пыли в очищаемом и очищенном газах; <& -
расход газа-реагента, поступающего в электрофильтр; С - вла-
госодержание газа-реагента.
На схеме (рис. 3) приняты следующие обозначения: I -
исполнительный орган; 2 - пневматический измеритель
влажности газа; 3 - диафрагма; 4 - дифманометр; 5 - система
измерения количества газа, состоящая из струйного
чувствительного элемента и региструющей аппаратуры; 6 -
электрофильтр; 7,8 - струйные пылемеры [4] ; 9, - ПИ-регулятор
соотношения; 10 - регулирующий блок вычитания; 11,13 -
функциональные блоки умножения; 12 - вторичные приборы.
Потоки: I - газреагент; П - очищаемый газ; Ш - очищенный
газ. САУ реализована на стандартных блоках системы "СТАРТ."
В качестве управляющего параметра приняты расход и
влажность кондиционирующего реагента. Возмущения-изменения
количества очищаемого газа и содержания пыли в нем.
Необходимое количество реагента устанавливается регулятором
в зависимости от содержаний пыли в газе на входе и выходе
из электрофильтра, количества очищаемого газового потока
и влажности гада-реагента. Соотношение этих величин слу*
жит сигналом коррекции на кондиционирование, что
обеспечивает заданную степень очистки. Полная инвариантность
в САУ достигается путем выбора ПвФ4 пылемера 8 W* (р)
595

в виде:
^п (р) - [И/, (р) W9(p) W* (P) Wh (p)] \ (5)
где Щ(р)- П.Ф. соответствующих блоков, указанных на рис.
3.
Применение комбинированных схем управления позволяет
автоматически корректировать работу регуляторов, при зиз-
меняющихся воздействиях и улучшить режимы процессов
пылеулавливания.
Литература
1. Алиев Г.М.А. Пылеулавливание в производстве
огнеупоров. - М.: Металлургия, 1971.
2. А.С.886948 (СССР). Способ автоматического
управления процессом очистки газов в электрофильтрах /Е.Ф.Шка-
тов. - Опубл. в Б.И., № 45, 1981.
3. Шкатов Е.Ф., Головченко А.Н., Кубасов В.В.
Автоматическое регулирование влажности газовых потоков.-
Механизация и автоматизация производства, 1979, № 3.
4. Куприянов В.В., Засухин И.Н. Пневматические приборы
для определения содержания пыли в рудничном воздухе.
В кн.:Пневмоавтоматика. Тезисы докладов ХУ Всесоюзного
совещания, часть 2, М., 1985. (Препринт/Институт проблем
управления).
396

Q(t)
Ш)
№
Рис.1. САУ процессом электрогазоочистки
. Am
> > §
и
г
„Р&Мду.
Рис.2. Комбинированная система управления
mi ~
Рис.3. САУ с вычислительаьаи блоками

СТРУКТУРА И МЕТОДИКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПРОГРАММИРУЕМЫХ
ПНЕЗМАТИ 4ЕСЙИХ УПРАЗШЩИХ АВТОМАТОВ
.VI. З.Моисеев /СОСР/
Одной из актуальных задач, стоящих в настоящее время в
промышленности, является создание гибких
автоматизированных производств, внедрение которых обеспечит выпуск в
рамках существующего технологического оборудования широкой
номенклатуры изделий. Естественно, что основной упор при
решении задач управления подобными производствами отводится
применению микро- и мини ЭВМ. Но, несмотря на это, можно
указать целый ряд технологических процессов, для которых
использование указанных средств управления оказывается
неэффективным по тем или иным соображениям. Остается
актуальным создание специализированных устройств в частности,
пневматических для решения задач управления, гибкими
автоматизированными производствами.
Работа посвящена вопросам проектирования пневматических
устройств управления циклическими процессами. Для данных
процессов характерно то, что изменение технологии
происходит в рамках неизменяемого аппаратурного оформления или, к
как принято говорить, при постоянной неизменяемой части
объекта управления.
Рассматриваются объекты управления, у которых контроль
основных параметров осуществляется датчиками аналогового
типа, а формирование выходных сигналов - пороговыми
устройствами /компараторами/. Тогда представляет интерес задача
изменения программы управления за счет изменения опорных
сигналов на компараторах.
ha основе проведенных теоретических исследований [1,2]
была получена структура управляющего автомата,
обеспечивающая эффективное решение поставленной задачи. Анализ
структуры управляющего автомата показал, что последний может
быть реализован на основе микропрограммного принципа. Но
при этом структура автомата, реализованного на этом
принципе, будет несколько отличаться от классического
микропрограммного автомата сд сложными микрокомандами. Это
398

отличие заключается в том, что в классической трактовке' шиш-
рокоманда выполнена в виде последовательной структуры, и
условия генерации операторов X;; задаются системой уравнений
где ^u>»-M^j//-y) " логические условия генерации
операторов, выполняемых при постоянной команде Cj ; И7 hrij - число
микрокоманд и число микроопераций в j -ой микрокоманде
соответственно.
3 предлагаемой структуре условия генерации формируются
согласно следующей системе
Анализ последней системы уравнений показывает, что при
таком построении микрокоманды не задается последовательность
выполнения микроопераций в микрокоманде. Такое свойство
структуры автомата и позволяет использовать его при решении
задач оперативного изменения программы управления объектом,-
которое может заключаться как в изменении числа операций,
так и их последовательности.
Подобная модификация структуры микропрограммного автомата
потребовала и доработки существующих методик проектирования.
В частности, возникла задача разработки правила
формирования логических условий О ^ , основное отличие которых от ло*-
гических условий • C^yL , заключается в, том, что они
одновременно задают условия включения и выключения оператора.
Правило формирования этих логических условий задается в виде
соотношения:
гДе Yi }Yi+A]Y*--i " да°ичные вектора выходных
сигналов объекта, при которых определены операторы A i-i, Ai;
А£+1 соотзетственно.
функция ^ означает операцию конъюнкции над элементами
вектора у).
Следующим новым моментом методики проектирования
является способ формирования микрокоманды и условий ее
переключения-- Основным, правилом, включения оператора в состав микро-
39!
Q

команды являлось выполнение условия непротиворечивости
операторов, входящих в состав микрокоманда. Но при этом
анализ этих условий производился на интуитивном уровне.
Это определяло в ряде случаев избыточность числа
микрокоманд с одной стороны, или же приводило к зацикливанию
автомата с другой стороны. Была разработана методика
формирования микрокоманд, основанная на анализе графа
переходов конечноавтоматной модели объекта управления. Эта
методика позволяет определять минимальное число микрокоманд
/объем памяти автомата^ при котором устраняется опасность
зацикливания. Кроме того, такой способ формирования микро- •
команд поззоляет исключить такой этап разработки управля-
юцего автомата, как испытания его с целью доводки или
корректировки алгоритма управления.
На основе разработанном структуры управляющего автомата
и методики его проектирования была синтезирована система
автоматического управления химичёЬким реактором
периодического дейетвия. исновной задачей управления химическим
реактором является реализация определенной
последовательности операций подачи основных компонентов и ингридиентов
продукта.
Сигналы о достижении уровнем заданного значения
формируются компараторами, реализующими систему уравнений:
yj = sL2r>(H(l)^fbUj) ; j = J,n}
где !-/({,) - текущий уровень в реакторе;
д/-/у - приращение уровня после подачи
соответствующего компонента.
Алгоритм управления, например четырехкомпонентным
реактором, может быть записан в виде следующей ЛОА:
где ^У|^2>^!з>^4 " операторы, соответствующие подаче
компонентов; /Js - оператор слива продукта; *Г< - время,
необходимое для полного истечения продукта из реактора.
На основе этой ЛСА и разработанной методики была
получена следующая система микрокоманд и логические условия
генерации операций:
400

Нетрудно убедиться, что полагая^ например, равным нулю
опорный сигнал на С-ом компараторе, можно исключить
операцию подачи L -го компонента из алгоритма управления.
Было разработано устройство последовательного селектирова-
ния наименьшего сигнала, введение которого в структуру
автомата позволило изменять последовательность операций
подачи компонентов. Это еще раз подчеркивает высокую э{)фектив-
ность данной структуры управляющего автомата в условиях
нестационарности технологий получения продукта.
Литература
1. Моисеев М.В. Квазиобратный автомат в задаче
проектирования дискретных устройств управления. - Езв.вузов,
Электромеханика, I9b3, № Ь.
2. Моисеев М..З. Использование принципа обращаемости
конечного автомата при проектировании пневматических скстем
управления. - Кзв.СКНЦ ЗШ, сер.Техн.науки, 1983, № 4.
3. Лазарев 8.Г., Пийль К.И. Синтез управляющих
автоматов. - М.: Энергия, I97U.
401

СТРУКТУРНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ
ПНЕЗМОУСТГОЙОТВ ИЗ ШОЗЫХ МОДУЛЕЙ
Р.А.Нейдорф /СССР/
Несмотря на модульность и развитость элементного
набора аналоговой ветви УСЭППА [ij , практикуемый в
пневмоавтоматике эвристический подход к разработке динамических
устройств на основе инженерного опыта и интуиции
проектировщика не позволяет решать задачу их схемной и
технической оптимизации. Поэтому создание эффективного
формального аппарата структурного проектирования пневмоустройств
является актуаяьной задачей [2] .
В работе рассматривается случай, когда требования к
устройству заданы в виде математической модели /М/ его
свойств по каналу вход-выход. Тогда задачей аналитического
этапа проектирования является декомпозиция заданной Ж
в структурную форму [*3] . Последняя представляет собой
систему ММ используемых модулей и описаний связей между
ними.
Излагаемый в докладе метод декомпозиции исходит из
предположения, что ММ устройства задана уравнением вида
Ы(ч)=М(%), /I/
где Л/ , М - операторы аддитивной структуры; X , (J -
вход и выход устройства, а также что в схему устройства
входит некоторый обязательный модуль, называемый базисом,
который описывается уравнением, аналогичным по форме /i/
Положение базиса в устройстве априори неизвестно, а до
законченной схемы его дополняет две структурные части,
названные аддендами. Если задаться аддитивной структурой
последних, что наиболее удобно для реализации в любой
элементной базе /см.рис.Щ декомпозированная в систему уравнений
базиса и аддендов исходная ММ устройства пшмет вил
Uu(U)=Hx(x) + Hz(Z) + Hy(y); /2a/
£ (Z) = P(U); /26/
Glty)=<yM<*)+GM+&*(*Jf /2в/
где уравнения /2а/ и /2в/ суть искомые ММ входного и вы-
Ш

ходного аддендов; /26/ - ММ базиса; R , Р - операторы
типа N и М ; U , Z - вход и выход базиса.
Для эквивалентности /I/ и /2/ достаточно, чтобы
операторы G и Н удовлетворяли системе равенств
^niHj'HJ^+znfaj-GJ^QJoclVcie^u.z^}, /з/
где ZH (Ну) ~ Zn (Gu) = ~1 > а остальные символы ^
zn(-) = l\ Gu^^P;Q^Fi^Clx^FzM;Q^F^; Р,,Гг-
взаимооднозначные преобразования. Зосьмерка
удовлетворяющих условиям /3/ операторов /ИК}Ни> HZ} Hy}&x)GU9&zy6y I
задает реализацию устройства согласно рис. I. Однако
очевидно, что система 4-х уравнений с 8-ю неизвестными имеет
неединственное решение. Этот факт используется в методике
для получения максимального множества реализуемых
вариантов.
С этой целью формируются генерирующие матрицы Q ,
составленные из всевозможных сочетаний нулей, единиц и
произвольных коэффициентов А* » а. также генерирующие векторы
Q+ , составленные из аддитивных членов операторов Q^ .
При этом варианты операторов 6 и Й генерируются
выражениями
где I - квадратная матрица с единичными элементами;
элементы векторов &2 $ ЧГ являются вариантами операторов
&у> Нч
Далее строятся логические матрицы, строки которых
задаются вариантами характеристических операторов Gy и Ни ,
столбцы - вариантами операторов правых частей уравнений
/2а/ и /2в/, а элементами являются единицы для допустимых
сочетаний и нули-для недопустимых. Например, недопустимы
сочетания, в которых порядки 6уИ Ни меньше порядков
операторов £ж , Q-u$ Qz и И* т Нг • Ну соответственно.
Могут привлекаться и другие критерии допустимости, например,
возможность упрощения структуры адденда за счет исключения
или понижения порядков операторов и др.
С помощью комплекса логических операций эти матрицы
перестраиваются в четырехмерную логическую матрицу, которая
тредетавляет собой таблицу допустимых вариантов реализации
403

устройства. Индексы каждого ненулевого элемента^ этой
матрицы задают номера элементов в векторах G+ , Н+ , из
которых строится данный вариант описания /2/. Если уравнения
/2а/ и /2в/ в этом описании не являются ММ какого-либо
модуля элементной базы УЗЭЛПА, то они рассматриваются как
задания на проектирование соответствующего узла устройства
и процедура декомпозиции повторяется.
Количество допустимых вариантов, задаваемых
результирующей матрицей, велико, поэтому к рассмотрению принимаются
структуры, наилучшие по каким-либо критериям. Окончательный
отбор осуществляется на основании подробного схемного ана-*
лиза вариантов и их экспериментальной проверки.
Уровень формализации метода иллюстрируется схемой на
рис*1В. Ряд этапов - построение ^генерирующих матриц £ ,
векторов вариантов операторов G£ и н^ » матрицы
допустимых вариантов и др. - реализуются программно.
Формирование генерирующих операторов, построение матриц допустимых
сочетаний операторов и окончательный отбор вариантов
эффективно осущебтвляются в диалоговом режиме.
Наложенный в докладе метод решения задачи структурного
проектирования динамических звеньев пневмоавтоматики
опробовался на задачах разработки различных регуляторов,
фильтров и пр., что иллюстрируется рядом характерных примеров.
Он доступен рядовым специалистам в области пневматики, а
отбор решения из большого количества вариантов позволяет
находить высокоэффективные структуры.
Д.и тература
1. Ьарендс Т.К.* *%>емова Т.К., Т&гаевская А.А.,
Дцицкий С.А. Элементы и схемы пневмоавтоматики. - М.;
Машиностроение, 1976.
2. Neidorf R.A. Structural Design of Pneumatic
Dynamic Elements. Pneumatic and Hydraulic Cpmponents and
Instruments* in Automatic Control* Preprints of the IFAC
Symposium, Warsaw, Poland, ,20-23 Ma^, 1980, pp. 135-140.
3. Нейдорф Р.А. Анализ и проектирование устройств
пневмоавтоматики. - Новочеркасск: Езд. НИИ, 1982.
40*

Входной адденд Выходной адденд
РисЛА Базисно-аддендная структура пневмоустройства
ПРОЕКТИРОВЩИК
ДИАЛОГ
ЭШ
Заданное
описание
устройства
Т
Выбор
базиса
Вариант -
результат
проектирования
I
Эксперимен-
тальное иссле4
дование вариЦ
тов
ихемн]
анализ и отбой
вариантов
мирование
[генерирующих
[операторов
[Корректировка
вариантов
операторов
Построение
матриц
допустимых
сочетаний
'Формирование
вариантов
операторов
Построение
матриц
допустимых
вариантов
Эвристическая
оценка и отбор
вариантов
Формальное
сужение
множества
вариантов
Формирование
банка
вариантов
Рис.IB. Блок-схема алгоритма проектирования

ШЕЯШИЧВСКИЕ СИСТЕМЫ КОИГРШЯ С ЩФРОВШ
выходом
А.И.Сутнн, О.С.Харыснн /СССР/
Современные управляющие вычислительные комплексы
(УВК) в машиностроении в основном используют электронную
аппаратуру, В то же время для размерного контроля широкое
применение получили пневматические измерительные
устройства* Дальнейшее внедрение пневматических систем контроля
тормозится отсутствием устройств, обеспечивающих ввод
информации с первичных пневматических преобразователей в
УВК.
В Волгоградском политехническом институте
разработаны пневматические системы контроля с цифровым выходом»
Разработанные контрольные устройства имеет универсальную
измерительную систему, выполненную по типу цифровых
измерительных преобразователей временного преобразования.
Структура измерительной системы включает в себя
пневматическое измерительное устройство и электронный блок
управления*
В качестве первичного измерительного преобразователя
используется дроссельно-эжекторный цреобразователь с
выносным соплом» Измерительное давление, пропорциональное
контролируемому размеру, подается на элемент сравнения (ЭС,
второй вход которого соединен с выходом генератора
пневматического линейно-изменяющегося сигнала (ПШС), (рисЛ)
Последний запускается в работу сигналом из системы уцрав*
ления станка щж переходе на измерительную программуоДав-
ление на шаоде ПШС начинает линейно нарастать* При
совпадении выходного давления генератора с настроечным сра^-
батывает элемент сравнения и через пневмоэлектроцреобра^
эователь (ГОШ переключается триггер (Т)« Последний
открывает ключ (Кл), обеспечивая прохождение импульсов опорной
частоты от генератора импуяьоов (ПО к цифровому счетчику
406

(ЦС). При совладеют нарастающего выходного давления ГШС
с измерительным давлением первичного измерительного цре -
образоватедя (ПИП) переключается второй элемент сравнения
(ЭС)9 подавая через пневмоэлектроцреобразователь и триггер
команду останова счета* Цифровой счетчик видает на
цифровое табло ин$ррмацню о размере и через устройство связи
команду в ЭВМ на коррекцию црограшы*
Измерительная система разработана црименителыю к
гибким переналаживаемый комплексам (ГПС) и предназначена
для контроля размеров как на станке, так и вне станка. К
средствам измерения и контроля, црнменяеши в ПК щедьяв-
ляются качественно ише требования, чем к традщронвми
измерительна! устройствам /!/• Они должда иметь расмцренный
диапазон измерений, автоматическую перенастройку и щювер-
ку и иметь устройства связи с ЗВЦ Этим требованиям
отвечает данная измерительная система. Она обеспечивает
измерение размеров в достаточно широком диапазоне и позволяет
автоматически перенастраиваться на иэмопопио
контролируемого параметра* Испытания показали, что в диапазоне
измерения около 150 мкм. предельная догреяность составила
±1мим.
Аналогичная система контроля геимвцщцисвил размеров
используется и в контрольно-сортяровочшк устройствах.
ются в ту или няую ячейку, соотватсаушрй равмерной ipyn-
пы. В этом случае весь ивисрмтотьиий диапазон разбивается
на определенное число групп и тайме делится временной
интервал, соответстцуюярй измерительному диапазону* Таким
образом каждой размерной группе соответствует свое холи -
чество импульсов, поступающее от генератора. Эти импульсы
поступают в эдектрояшй блок, xoropril цреобразует импуяь-
см в команды о соответствии детали той или иной размерной
хрупов* Для повнмения достоверности сортировки необходимо
увеличить частоту генератора, вицу я ii сими которого
заполняется временной интервал* Обычно используют генератор с
частотой 10 КГц и вшм« Построений на атом принципе
контрольно-сортировочное устройство подтвердило высокие точ-
407

ностные характеристики и надежность цроцесса сортировки»
При использовании эжекторного преобразователя с выносным
соплом в качестве первичного измерительного цреобразова -
теля и приведенной выше схемы контрольно-сортировочного
устройства, удалось обеспечить с высокой степенью надеж -
ности контроль и сортировку деталей через I мкм.
При контроле и сортировке деталей не столь высокой
точности вся измерительная система и блок преобразования
сигнала строятся на струйных пневматических логических
элементах* Как и описанная выше» система имеет первичный
измерительный цреобразователь (ПИП) (рис.2), генератор
пневматического линейно-изменяющегося сигнала (ПШС),
элементы сравнения (ЭС)9 ключ (Кл) и генератор пневматических
импульсов (ГПЮ. Импульсы с ГПИ поступают на струйный
двоичный счетчик и через блок логики (ЕЛ) на струйные
исполнительные механизмы (СИМ). В этом устройстве перемещение
деталей и их сортировка осуществляется силовыми струями
воздуха» поступающего в соответствующие сопла
сортировочного механизма. Деталь после измерения перемещается
силовой струей в канал сортировочного устройства и в зависи -
мости от размера под действием силовой струи СИМ
поступает в тот или иной цриемный канал сортировщика. Контроль
поступления детали в цриемный канал осуществляется
струйными датчиками блока контроля (НО. Сформированная в НС
команда осуществляет переключение триггера (Т) и усилите -
ля, с которого сигнал поступает на выставку триггеров и
отключение клапана (Кп). Система готова к замеру очередной
детали. Происходит подача следующей детали и её фиксация
на измерительной позиции за счет вакуума» создаваемого
эжекторным цреобразователем. Такой сортировщик плоских
малогабаритных деталей имеет высокую производительность и
надежность.
Л и т е р<а тура
I.Гибкие цроизводственные комплексы / Под ред. П. Н. Бе-
ляннна и В.А.Лещенко#-М.:Машиностроение, 1984.-384 с*
408

ги
ОУ—HlL
vm
Ш
Ир
jTg
йис.1
МШИ
ф[П-ЧШ]
Ил
[Ш]_
Нин
гт1
!|г?гн
fM]
ТШа}
*
Цеп |—
DMr0 гЧ<И т И—
КИС. 1
>|
' 1
-И Оч | 1
4
1 (А II
А
1 (ШЫ II
| Vr?
11 А Ф
"Tjmni"*'
Ч SK 1

Именной указатель
Абаринов А.В. 171
Абдуллаев Ф.М. . 337
Архипов С.Н. 293
Баженов В.И. 142
Бадах В.Н. 39
Барский Е.О. 390
Барский Л.А. 384 390
Батурин А.А. 67
Безменов B.C. 353
Безруков В.И. 301
Белаш В.А. 7, II
Белов В.И. 142
Белоусов А.И. 285
Берендс Т.К. 353
Битюков В.К. 15
Богуславский Л.А. 131
Божьев Н.В. 88
Бозров В.Мо 53
Бочаров В.П. 39
Бронштейн В.Я. 47
Бургвиц А.Г. 252
Бурдо И.М. 357
Вайсблат Д.С. 373, 376
Вайсман А.А. 43
Вешников В.Б. 171
Викторов В.В. 154
Винницкий Е.Я. 244
Власов Ю.Д. 367
Вялых А.В. 219
Газарян Ю.Н. 116
Ганулич А.А. 372
Гарагашев А.А. 116
Герц Е.В. 70
Герц М.Е. 70
Говоров А.А. 142
Голубев В.И. 289
Гониодский И.В. 75
Градецкий В.Г. 171
Григорянц М.К. 200
Двинин Н.Г. 84
Дзелзитис Э.Э. 88
Дзюба В.И. 272
Динкель В.Г. 119
Дубленич Е.И. 365
Дядичев К.М. 344
Елимелех И.М. 104
Ермаков С.А. 63
Ефремова Т.К. 390
Залкинд Л.А. 95
Залманзон Л.А. 357
Засухин И.Н. 361
Золотарев И.Е. 63
Зуев Ю.Ю. 289
Иванов В.А. 293
Ивченков Л.А. 376
Исаков В.Л. 320
Исупов Г.П. 146
Казанцев А.А. 19
Карев В.А. 7
Касимов A.M. 47, 192
Кашников В.Н. 200
Кенгерлинский А.И.
Кирко Е.В. 95
Кирсанов Г.В. 131
Кисин Б.М. 208, 372
Климов А.В. 119
Климов А.Н. 154
Коваленко А.А. 344
Коваль В.Я. 90
Коган И.Ш. 43, 84
410

Колодежнов В.Н. 15
Колыхалов Г.А. 19
Комаров А.К. 367
Кореневский В.И. 200
Красильщиков И.И; 192
Креслинь А.Я. 88
Крутова Т.И. 154
Крых А.Б. 112
Кудинов А.В. 63
Кузнецова А.А. 119
Кудлаев B.C. 367
Кулик М.П. 112
Куприянов В.В. 361, -393
Курбанов М.А. 116
Куссуль Г.М. 104
Ланин Н.Д. 384
Левин В.И. 108
Левин B.C. 7, II
Литвак А.С. 192
Максунова Е.В. 227
Маланин В.П. 192
Мамедов А..И. 116
Матвеев В.В. 320,
Моисеев М.В. 398
Мурзинов В.Л. 4
%саев Р.Д. 138
Нагорный B.C. 297
Нейдорф Р.А. 402
Николаев С.А. 384
Никонов В.Е. 289
Нуриев М.А. 116
Орлов Ю.М. 248
Остроухова Н.Г. 380
Охотников А.В. 200
Павлихин А.А. 320
Павлюченко В.А. 334
Палей Г.Э. 67
Передрей Ю.М. 162
Петров Ю.А. 289
Патрикеев В.Г. 123
Петренко В.П. 93
Пильтенко А.А. 219
Пистун Е.П. 31, 35, 112
Плеханов В.П. 317
Подсевалов В.В. 142
Поляков Ю.П. 380
Попов В.Е. 27
Попов Д.Н. 57
Потепалов Ю.Н. 134
Пресс И.А. 337
Прокофьев В.Н. 59
Пуш В.Э. 272
Раздольский М.Ю. 367
Рамазанов MeA. II6
Рачков М.Ю. 167
Ремень В.И. 51
Решетов С.А. 75
Реэдик В.И. 23
Рогинкин М.Е. 104
Рустамов К.А. 138
РЬишев В.Ю. 95
Савостьянов Л.Ф. 357
Санжаровский А.В. 293
Сажин С.Г. 150
Сафарян Г.Р. 367
Сентяков Б.А. 146
Семин Д.А. 219
Сиврикова СР. 252
Сидоров Г.В. 95
Склярский Э.И. 384, 390
Славотинский М.В. 333

Сорокин В.А. 349
Сорокин Е.Н. 289
Сорочкина Т.Г. 337
Спиридонов В.Д. 301
Староверов ЮД. 67
Стасюк И.Д. 31
Струтинский В.Б. 39
Сулига В.И. 219
Су тин А.й. 406
Суходолов Е.Ф. 301
Тагаевская АД. 376, 390
Татьянцев А.Г. 95
Теплюх З.Н. 31
Тимофеев В.П. 204
Трескунов С.Л. 156
Харькин О.С. 406
ЦухановаЕД. 223
Чегодаев Д.Е. 285
Чумаков В.А. 100
Чечельницкий В.А. 367
Шахтахтинский М.Г. 116
Шельпяков А.Н. 184
Широков A.M. 7
Шишкин Г.П. 84
Шкрабов B.C. 208, 372
Шмелев Л.Ф. 367
Шолохов В.Г. 204
Шпак Г.И. 365
Шпиляк М.М. 365
Шумилов И.С. 75
Эйхенвальд Э.В. 272
Эман АД. 327
Яшина М.А. 223
Antonov В. 324
Balkaneka Ъ.Ъ. 80
Bittner H.W. 307
Georgiev К. 324
Gubel W. 278
Hoftaann В. 171,307,341,346
Kapoehvari Z. 212
Krauae G« 231,281
Nikolowski G. 307
Nollau R. 256
Pieloth M. 341
Prokes J. 269
Roestroh 1С. 171,196,307
Schneider G. 235
Schrepel D. 196
Schumann R. 196
Schwarz A. 171,196,341,346
Sep A* 212
Sivov P.A. 178,187
Stoianov B.P. 178,187
Strohl H. 256
Will D. 256
«2