8. МЕХАНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Механической характеристикой газового привода называется зависимость скорости перемещения его двигателя от нагрузки на нем при определенном значении входного сигнала привода и при

неизменных (для постоянных значений сигнала и нагрузки) давлениях и температурах газа в полостях двигателя.

Для привода с газовым усилителем, имеющим четыре переменных дросселя, которые включены в мостовую схему (рис. XIV. 16), разность весовых расходов газа через дроссели полумостов усилителя равна скорости изменения веса Р газа в полостях двигателя:

где — вес газа соответственно в левой и правой полостях двигателя.

Записав развернутые выражения весовых расходов газа [4] в уравнениях (XIV.89), получим

где — площади входных дросселей полумостов;

— площади сливных дросселей полумостов;

— коэффициенты расхода дросселей;

— температура газа в камере перед сливными дросселями левого и правого полумостов;

— температура газа в левой и правой полостях двигателя;

— безразмерные давления газа в левой и правой междроссельных камерах

— функция расхода [4],

— давление сброса,

Рис. XIV. 16. Схема газового привода

Разделим все члены первого уравнения (левого полумоста) системы (XIV.90) на величину и члены второго уравнения (правого полумоста) на получим

где относительная площадь дросселя

— относительная температура газа в полости двигателя или в междроссельной камере

Введем вспомогательные функции

в которых

Р — независимая переменная, соответствующая безразмерному давлению газа в левой или правой междроссельных камерах.

Графики функций приведены на рис. XIV. 17.

Уравнения (XIV.91) можно переписать в виде

Усилие на штоке двигателя газового привода равно

или в безразмерной форме

Безразмерные механические характеристики привода можно построить, использовав систему уравнений:

Графический способ построения механических характеристик газового привода на основании уравнений (XIV.95) состоит в том, что для значения входного воздействия определяются значения параметров и из семейства кривых, изображенных на рис. XIV.17, выделяются кривые I и II с параметрами

(рис. XIV. 18). Для ряда выбранных значений безразмерного давления в левой полости двигателя определяются значения ординат на кривой подсчитываются значения ординат на кривой

и по ним определяются абсциссы точек с ординатами [заторможенному состоянию двигателя соответствуют давления и значения функций

Скорость связана с ординатой зависимостью

безразмерное усилие

На график механических характеристик (рис. XIV.18, б) наносят серию точек [заторможенному положению двигателя соответствует точка где ]

Рис. XIV. 17. Графики функций

Рис. XIV. 18. Механическая характеристика: а — вспомогательное построение; б — безразмерная характеристика

В газовом приводе каждому входному сигналу, определяющему проходные сечения дросселей усилителя, соответствуют определенные значения температур газа зависящие от интенсивности теплопередачи в конкретной конструкции привода и обычно известные из практики эксплуатации газовых приводов.

Рассмотрим построение предельных механических характеристик, соответствующих такому отклонению подвижной части усилителя от нейтрального положения, при котором у одного полумоста эффективная площадь входного дросселя принимает наибольшее значение

(если дроссель переменный), площадь сливного дросселя — наименьшее, а у второго полумоста — наоборот, площади входного и сливного дросселей становятся соответственно наименьшей и наибольшей. Обычно указанные значения площадей соответствуют максимальному отклонению подвижной части усилителя от нейтрального положения. Предельные параметры привода имеют индекс Не нарушая общности рассуждений, рассмотрим такие отклонения подвижной части газового усилителя, при которых эффективная площадь входного дросселя больше ее значения в нейтральном положении.

Для газового привода удобно принять нормирующее значение площади

Рис. XIV. 19. Графики функций

Соотношение между площадями дросселей можно определить из следующих соображений. Чтобы при изменении положения подвижной части усилителя диапазон изменения давления в междроссельной камере был наибольшим, при нейтральном положении усилителя должно выполняться условие Величина безразмерного давления газа в междроссельной камере при нейтральном положении усилителя и неподвижном штоке двигателя может быть найдена из условия равенства весовых расходов газа через входной и сливной дроссели полумоста:

Как следует из графиков функций и для случая (рис. XIV. 19) при

Без большой погрешности можно считать поэтому

Таким образом

В эквивалентной схеме газового привода (рис. XIV. 16) входные дроссели левого и правого полумостов усилителя могут быть либо переменными (схема I, рис. XIV. 16), либо постоянными (схема II). К схеме I приводятся, например, усилители со струйной трубкой и проточные усилители с цилиндрическими или плоскими золотниками, к схеме II — усилители с соплами и золотниками. Для приводов с идеальными двигателями (в которых отсутствуют утечки газа из полостей двигателя в окружающую среду и перетечки из одной полости в другую) можно составить таблицу соотношений площадей, входящих в параметры (табл. XIV. 1). Максимальное

Таблица XIV.1

значение эффективных площадей дросселей определяется зависимостью

При этом рассмотрен часто встречающийся случай, когда для схемы I

и для схем II

Кроме того, было принято

При существовании утечек газа через уплотнения штока двигателя следует увеличить значения площадей на величину порядка при перетечках газа через уплотнения поршня — увеличить на величину порядка При этом для схемы и для схемы

т. е. утечки и перетечки газа приведены с наибольшей площади входного дросселя полумоста, связанного с полостью наполнения двигателя.

Рис. XIV.20. Предельные механические характеристики

На рис. XIV.20 показаны предельные механические характеристики пневматического привода, полученные для различных сочетаний величин

Индексы 1, 2 и 3 при буквенных обозначениях кривых на рис. XIV.20 соответствуют значениям , равным 0,8; 1,0 и 1,2. Кривые А получены для случая Эти кривые характеризуют, например, усилитель с цилиндрическим или плоским золотником, в котором отсутствуют утечки воздуха. Источник питания через дроссель подсоединен к одной полости двигателя, вторая полость которого также через дроссель

соединена со сливом. Кривые В построены при значениях в ячейке привода, соединенной с полостью наполнения, существуют небольшие утечки воздуха (неидеальный цилиндрический или плоский золотники, усилитель со струйной трубкой при небольшом зазоре между трубкой и плиткой с приемными окнами). Характеристики в отличие от кривых В соответствуют случаю повышенных утечек воздуха из полости наполнения. Кривые С построены при значениях это характеризует небольшие перетечки воздуха из полости наполнения двигателя в полость опорожнения через зазор между поршнем и цилиндром. Кривая построена при значениях кривая Е — при Эти кривые характеризуют, например, усилитель с соплами и заслонками при наличии небольших утечек воздуха из полости наполнения. Характеристики соответствуют случаю Их можно применить, например, для усилителя со струйной трубкой при нормальном зазоре между трубкой и плиткой с приемными окнами и наличии перетечек воздуха из одной полости двигателя в другую. Для кривых для кривых