4. СРАВНИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА ОДНОСТУПЕНЧАТОГО И МНОГОСТУПЕНЧАТОГО ПРОЦЕССОВ

Как указывалось выше, степень использования энергетических возможностей сжатого воздуха, подведенного к приводу, определяется условным термическим к. п. д. . Сравнивая одно- и многоступенчатого приводов, установим энергетическое преимущество последнего. В качестве сравнительной оценки примем коэффициент экономичности

где представляет собой к. п. д. многоступенчатого привода, соответственно одноступенчатого привода.

Правая часть формулы (XI 1.28) равна отношению полных к. п. д. многоступенчатого и одноступенчатого приводов, так как их коэффициенты одинаковы независимо от числа ступеней многоступенчатой системы. Пользуясь выражениями для получим для коэффициента следующие соотношения:

при оптимальных давлениях в ступенях многоступенчатого привода и ограниченном значении а

если

при равных перепадах давлений в ступенях многоступенчатого привода

Графическое изображение зависимостей (XII.29) и (XII.31) при вариации числа а приведено на рис. XI 1.11.

Если полезные площади поршней одноступенчатого и первой ступени многоступенчатого приводов равны, а перепад давлений в одноступенчатом приводе равен полному перепаду давлений в многоступенчатом, то показательным является коэффициент, равный отношению максимальных усилий, развиваемых указанными многоступенчатым и одноступенчатым приводами:

Рис. XII. 11. Зависимости 1 — при равных перепадах ; 2 — при оптимальном давлении

Рис. XII. 12. Характеристики приводов: а — нагрузочные для двухступенчатого (кривые 1, 2) и одноступенчатого привода (кривые 3, 4); 1,3 — движение поршня наружу; 2,4 — движение внутрь; б — мощности

Ниже приводятся сравнительные экспериментальные данные двух- и одноступенчатого пневматических приводов. Нагрузочные и мощностные характеристики двух- и одноступенчатого приводов, имеющих одинаковое потребление энергии, показаны на рис. XII. 12. В качестве

одноступенчатого привода использовалась первая ступень двухступенчатого привода. Коэффициенты экономичности и нагрузки для двухступенчатого привода приведены в табл. XII. 1.

Таблица XII.1

В расширителе двухступенчатого привода при синусоидальном перемещении штока с частотой 2 Гц и нормальной температуре окружающей среды температура воздуха в нем практически не меняется. В установившемся тепловом режиме температура отличается от ее начального значения примерно на 1,7° С. Это свидетельствует о том, что изменение параметров воздуха в расширителе двухступенчатого привода с достаточной степенью точности можно считать изотермическим.

Сравнение нагрузочных характеристик и кривых мощности двух-и одноступенчатого приводов, имеющих практически одинаковые скорости холостого хода и значения наибольших развиваемых усилий приведено на рис. XII. 13. Максимальная мощность двухступенчатого привода больше. При этом расход энергии двухступенчатого привода соответственно меньше, чем одноступенчатого привода. Нагрузочная характеристика двухступенчатого привода «жестче», чем одноступенчатого.

Благодаря такой особенности нагрузочной характеристики двухступенчатый привод в режиме максимальной мощности имеет энергетическое преимущество по сравнению с одноступенчатым даже при равных скоростях холостого хода и максимальных усилиях, развиваемых приводом. Это преимущество для разработанных приводов характеризуется коэффициентом экономичности Превышение значения в режиме над значением в режиме Нтах также объясняется особенностью нагрузочной характеристики двухступенчатого привода.

Примем равенство скоростей холостого хода и максимальных развиваемых усилий соответственно многоступенчатого и одноступенчатого приводов при прочих равных условиях как условие, позволяющее сравнивать показатели динамического качества этих приводов. Многоступенчатый и одноступенчатый приводы, у которых выполняется указанное условие, назовем сравнимыми приводами.

Сопоставление динамических характеристик сравнимых приводов проводится применительно к действию замкнутых контуров многоступенчатого и одноступенчатого приводов. Для сравнительной оценки динамического качества используем нелинейное запаздывание, длительность переходного процесса и частотные характеристики.

В табл. XII.2 приведены в качестве примера значения запаздывания и длительности переходных процессов замкнутых контуров двухступенчатого и одноступенчатого приводов. Приведенные в таблице величины запаздывания и длительности переходного процесса

Таблица XII.2 (см. скан)

являются средними значениями результатов их измерений при подаче и снятии скачкообразного входного сигнала [3].

На рис. XII. 14 показаны амплитудно-частотные и фазо-частотные характеристики другой пары сравнимых приводов — двухступенчатого и одноступенчатого приводов [2].

Из приведенных характеристик видно, что двухступенчатый привод по сравнению с одноступенчатым имеет меньшие значения запаздывания и длительности переходного процесса, обладает более совершенными амплитудой и фазовой характеристиками.

Рис. XII. 13. Зависимость и : для одноступенчатого (3, 4 — движение поршня наружу и внутрь) и двухступенчатого приводов — движение наружу и внутрь) при одинаковых для двухступенчатого привода, для одноступенчатого привода]

Рис. XII. 14. Частотные характеристики привода: 1 — одноступенчатого; 2 — двухступенчатого

Сравнительный запас устойчивости контуров рассматриваемых приводов определен по данным граничных настроек этих контуров. Граничной является настройка, дальнейшее повышение уровня которой переводит контур в автоколебательный режим. У контура двухступенчатого привода граничная настройка имеет большое значение,

т. е. многоступенчатый (двухступенчатый) привод более устойчив, чем привод одноступенчатый.

Итак, нагрузочная характеристика многоступенчатого (двухступенчатого) привода «жестче», чем одноступенчатого. Поэтому сравниваемый многоступенчатый (двухступенчатый) привод отличается большей максимальной мощностью. Отметим также, что применительно к сравниваемым приводам объем цилиндра первой ступени многоступенчатого (двухступенчатого) привода меньше объема цилиндра привода одноступенчатого. Этими обстоятельствами определяются динамические преимущества многоступенчатого привода [1].