1. КЛАССИФИКАЦИЯ ПНЕВМАТИЧЕСКИХ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ

Пневматическими двигателями автоматизированного привода называют устройства, предназначенные для преобразования потенциальной и кинетической энергии, потока сжатого газа в механическую энергию выходного звена (перемещающийся шток поршня, вращающийся вал турбины, движущийся корпус реактивного аппарата).

Газовый поток, поступающий к двигателю от пневматического усилителя, является входной величиной пневматического двигателя. Входную величину пневматического двигателя можно представить в следующем виде [23]:

где — расход газа через первый приемник пневматического двигателя;

— расход газа через второй приемник пневматического двигателя;

— максимальный расход газа, потребляемый приводом.

За выходную величину нагруженного пневматического двигателя можно принять усилие или момент, развиваемые пневмодвигателем.

В безразмерном виде эти величины можно записать следующим образом:

или

где — развиваемые величины усилия и момента;

— их максимальные значения;

— безразмерное усилие;

— безразмерный момент.

Все пневматические двигатели для удобства рассмотрения и расчета можно подразделить на следующие типы:

диафрагменные пневматические двигатели (мембранные, сильфонные и т. п.);

поршневые пневматические двигатели (силовой цилиндр); газомоторные пневматические двигатели (поршеньковые газомоторы);

турбинные пневматические двигатели (активные и реактивные турбины);

струйно-реактивные пневматические двигатели; комбинированные пневматические двигатели (двигатели многократного расширения газа).

В основу деления на типы положен принцип преобразования потенциальной или кинетической энергии газового потока в механическую энергию выходного звена двигателя.

В диафрагменных пневматических двигателях используется потенциальная энергия (силы давления) сжатого газа (при отсутствии подвижных уплотнений и относительно малых перемещениях выходного звена). Принципиальные схемы таких двигателей приведены на рис. XI.3. Работа пневматического двигателя состоит в перемещении штока под действием разности давления в полостях, которая образуется за счет разности расходов газа

В поршневых пневматических двигателях, как и в диафрагменных, используется потенциальная энергия сжатого газа, но наличие поршня с подвижными уплотнениями позволяет получить большие перемещения выходного звена (штока). Принципиальная схема этого двигателя показана на рис. XI.4, работа которого аналогична действию диафрагменного пневматического двигателя.

В турбинных пневматических двигателях кинетическая и потенциальная энергии сжатого газа преобразуются в механическую энергию вращения на лопаточном аппарате рабочего колеса турбины. В зависимости от лопаточного аппарата турбины можно разделить на активные (когда используется в основном кинетическая энергия газа) и активно-реактивные (когда используется и кинетическая и потенциальная энергия газа за счет его расширения в лопаточном аппарате). Принципиальная схема турбины дана на рис. XI.5. Принцип действия газовой турбины (рис. XI.6) заключается в следующем: струя газа, попадающая в лопаточный аппарат, изменяет свое направление, за счет этого образуется усилие, вращающее колесо турбины, В газомоторных пневматических двигателях используется потенциальная энергия сжатого газа, но в отличие от диафрагменных и

(кликните для просмотра скана)

поршневых двигателей, эта энергия преобразуется в усилие не в одном, а во многих силовых цилиндрах. Принципиальная схема такого двигателя дана на рис. XI.7. Двигатель состоит из блока цилиндров, наклонной шайбы, поршеньков и зеркала с двумя кольцевыми разрезами. Работу двигателя можно описать следующим образом [13]: при подаче сжатого газа внутренние полости силовых цилиндров одной половины блока соединяются с полостью высокого давления, полости силовых цилиндров другой половины блока — с выхлопной полостью.

Рис. XI.5. Принципиальная схема реверсивного турбинного пневматического двигателя: 1 — рабочее колесо; 2 — вал; 3 — входной штуцер первой полости; 4 — входной штуцер второй полости

Рис. XI.6. Принцип действия пневматической турбины: — давление газа перед соплом; — установочный угол сопла; — установочный угол крышки лопатки; Сад — скорость газовой струи; — окружная скорость колеса; (32 — угол выхода газовой струи; Свых — выходная скорость газовой струи

За счет давления поршеньков на наклонную шайбу и разложения возникающей силы на две составляющие создается крутящий момент, вращающий блок цилиндров. Двигатель обладает хорошими динамическими качествами, так как его инерционность, определяемая малыми объемами газа в цилиндрах, невелика.

Рис. XI.7. Принципиальная схема газомоторного пневматического двигателя: 1 — входной штуцер первой полости; 2 — входной штуцер второй полости; 3 — корпус; 4 — блок цилиндров; 5 — поршни; 6 — наклонная шайба с карданом; 7 — выходной вал

В струйно-реактивных пневматических двигателях используется кинетическая энергия газовой струи, создающая реактивную тягу. Для обеспечения реверса обычно применяются двухсопловой газоструйный двигатель, принципиальная схема которого показана на рис. XI.8. Особенность такого пневматическою двигателя состоит в том, что развиваемый им момент, непосредственно приложен к

летательному аппаратару. В любом другом двигателе момент прикладывается к органу управления (рулю, рулевому двигателю и т. п.), который затем создает управляющий момент.

В комбинированных пневматических двигателях могут применяться пневмодвигатели различных типов в различных комбинациях.

Рис. XI.8. Принципиальная схема газоструйного двигателя: 1 — крышка; 2 — корпус; 3 — рабочее колесо; 4 — крышка; 5, 7 — оси редуктора; 6 — выходной вал

Наиболее эффективны двигатели с многократным расширением газа, у которых резко повышен к. п. д. двигателя за счет более полного использования потенциальной энергии.

Рис. XI.9. Принципиальная схема пневматического двигателя с двухкратным расширением: — входное давление, — управляющие элементы пневмоусилителей высокого и низкого давлений; ПК — предохранительный клапан; РК — редукционный клапан; Р — расширитель; ЦВД — цилиндр высокого давления; ЦНД — цилиндр низкого давления; РА — атмосферное давление

Принципиальная схема двигателя с двухкратным расширением газа показана на рис. XI.9, из которой видно, что газ, совершив полезную работу в цилиндре высокого давления, попадает в цилиндр низкого давления. Согласование работы обоих цилиндров достигается соответствующей жесткой связью между управляющими элементами пневмоусилителей высокого и низкого давления.