ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Расчет мембранных пневматических устройств из "Пневматические приводы " В исполнительных устройствах пневматических приводов машин-автоматов применяются обычно мембраны из резинотканевого материала, которые работают под давлением сжатого воздуха заводской сети. Так как эти устройства являются короткоходо-Быми, то в исходное положение они возвращаются под действием силы пружины. [c.142] Основными вопросами исследования мембранных исполнительных устройств являются а) определение рабочего усилия, развиваемого мембранным пневмоприводом б) расчет времени срабатывания этого привода. [c.142] Рассмотрим сначала первый вопрос. Предположим, что под давлением сжатого воздуха центр плоской эластичной мембран , переместился на величину л до жесткого упора. При этом упор будет нагружен некоторым усилием Р, которое назовем рабочим усилием мембраны. Если нет упора и мембрана прогибается совершенно свободно, то рабочее усилие, развиваемое ею, равно нулю. [c.142] Установим зависимость между усилием мембраны, ее прогибом и конструктивными размерами. Принимая мембрану за гибкую оболочку, выделим на ее поверхности площадку, заключенную между двумя меридиональными плоскостями, образующими между собой угол /ф, и двумя нормальными коническими сечениями с радиусами основания, отличающимися на малую величину йг (рис. 50, а и б). Можно принять эту площадку за плоский прямоугольник со сторонами rйq и Рйв, где Р — радиус кривизны образующей мембраны в данном месте, а йв — угол между двумя нормалями. На выделенную элементарную площадку действуют сила давления сжатого воздуха ргйц РйО и силы упругости мембраны Тйц , действующие в плоскости среднего меридиана, равные по абсолютной величине и противоположно направленные (под Т имеется в виду сила, действующая на единицу дуги). [c.143] Если в формуле (238) принять прогиб равным нулю (х = 0), то она преобразуется в формулу (239). При расчете мембран, формула (239) получила наиболее широкое распространение, хотя эффективная площадь мембраны в этом случае определяется только конструктивными параметрами и для данного устройства является величиной постоянной. [c.146] Формула Ликтана (238) имеет существенное преимущество перед формулой (239), так как определяет эффективную площадь мембраны не только как функцию конструктивных параметров, но и как функцию величины прогиба мембран. [c.146] При этом косвенно посредством учитываются также и физические свойства материала, из которого сделана мембрана. Чтобы пользоваться ири расчетах формулой (238), нужно сначала определить х . С этой целью следует провести несложный эксперимент, заключающийся в измерении прогиба центра нена-груженной мембраны под воздействием сжатого воздуха данного давления р, т. е. в измерении х при Р = 0. Такие данные могут быть взяты со статических характеристик мембраны, приводимых в литературе. [c.146] С целью проверки формулы (241) в Институте машиноведения было проведено экспериментальное исследование плоских резинотканевых мембран с односторонней резиновой обкладкой. При этом испытывались мембраны с наружным диаметром 20 см и с отношением р = 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 как взятые с действующих установок, так и не бывшие в употреблении. [c.148] На рис. 52, а в качестве примера дана статическая характеристика новой мембраны с отношением диаметров р = 0,4, обратный ход которой совершается под действием пружины. Кривая 1 построена при первом загружении, кривая 2 — при разгрузке. Кривые 3 1 4 получены соответственно при загрузке и разгрузке мембраны во второй раз. Как можно видеть из рис. 52, а, отличаются не только кривые загрузки и разгрузки, но и кривые при первом и последующих нагружениях. [c.148] Статические характеристики тренированных мембран имеют более стабильный характер кривые последовательных нагружений сравнительно мало отличаются одна от другой. Ввиду этого в дальнейшем опыты проводились только с тренированными мембранами. [c.148] На рис. 53 в качестве примера приведены силовые характеристики мембранных устройств с отношением р 0,6 и 0,7, которые изображены на графиках сплошными линиями. [c.149] При анализе полученных кривых видно, что максимум усилия смещается в зависимости от прогиба чем больше относительный ход, тем меньше максимальное значение Ртах- Аналогичные графики Р = Р (р) могут быть построены при помощи формулы (241) и применены при выборе оптимальных размеров мембранного устройства с целью получения максимального рабочего усилия на штоке. [c.150] Наряду с положительными сторонами, отмеченными выше, формула (241) имеет следующие недостатки 1) в ней не отражена непосредственно зависимость рабочего усилия от физических параметров материала мембраны 2) при подсчете рабочего усилия по этой формуле необходимо иметь предварительно статическую характеристику мембраны, полученную экспериментальным путем. [c.150] Теоретическому определению статических и силовых характеристик мембранных устройств в зависимости от физических параметров материала мембраны (модуля упругости Е и коэффициента Пуассона х ) и от ее начальной формы посвящены работы [56, 76]. Известно, что даже плоская мембрана после установки ее в корпус и затяжки болтов изменяет свою форму — она выпучивается (или провисает) в ту или иную сторону. [c.150] Кривые 1, изображенные на рис. 53, б крупным пунктиром, построены по формуле (241) с подстановкой в нее значения начального прогиба Хд, определенного по формуле (242). [c.152] На рис. 56, а приведены силовые характеристики мембранного устройства (О = 20 см, = 14 см, к = 0,75 см), построенные по уравнениям (243) и (244) для давления сжатого воздуха р = 3 и 4 кПсм и двух значений х = 1,2 сл1 и Хд = 1,45 см для разных материалов мембран (штриховые линии). Экспериментальные силовые характеристики изображены сплошными линиями. Опытные и расчетные кривые близки на всем диапазоне изменения рабочего усилия. Аналогичные характеристики были построены для различных типоразмеров резинотканевых мембран. Во всех случаях наблюдалось вполне удовлетворительное совпадение опытных и расчетных данных, что указывает на целесообразность применения разработанного метода расчета для определения рабочего усилия мембранных пневмоустройств. [c.152] При исследовании мембранных устройств особенно большое значение приобретают опытные испытания как с целью проверки разработанных методов расчета, так и с целью определения физических констант материала мембраны. М. М. Гохбергом были проведены экспериментальные исследования мембранных приводов. Для тарельчатых мембран им даны формулы, полученные с учетом экспериментального исследования. Проведенный М. М. Гохбергом сравнительный анализ опытных и расчетных данных по формулам (243) и (244) показал удовлетворительное совпадение. [c.154] Однако задача может быть полностью решена только после проведения большого количества испытаний приводов различных конструктивных размеров с мембранами из различных материалов и составления расчетных номограмм, которые могут быть получены посредством ЭВМ. [c.154] Для определения времени рабочего цикла мембранных устройств могут быть использованы уравнения (190)—(192) или (196)—(198), если под безразмерной жесткостью V понимать приведенную жесткость пружины и мембраны, а вместо площади поршня подставить эффективную площадь мембраны при нулевом прогибе. Приведенная жесткость мембраны и пружины определяется на основании статических характеристик (см. рис. 52), к которым применяется кусочно-линейная аппроксимация. На начальном участке приведенная жесткость (см. рис. 52, а) равна жесткости только пружины, вследствие расслабления мембраны при креплении ее в корпусе и вытяжке в процессе работы. В ряде случаев можно считать жесткость мембраны постоянной в пределах рабочего хода. [c.154] Вернуться к основной статье