STUDIUL ELEMENTELOR DE EXECUŢIE PNEUMATICE CU MEMBRANĂ - 1 -
.1 OBIECTUL LUCRĂRII Se studiază principiul constructiv şi funcţional al eleentelor de execuţie pneuatice cu ebrană şi de aseenea se urăreşte coportarea lor în regi static.. CONSIDERAŢII TEORETICE Eleentul de execuţie E într-un siste de reglare autoată are poziţia indicată în schea bloc din figura 5.1. Măriea de intrare în acest eleent este ăriea de coandă X c şi ieşirea este X, prin care se influenţează desfăşurarea procesului. x i x X a x c x e R E P x r Figura 5.1 Schea bloc pentru un circuit de reglare autoată Eleentele de execuţie pneuatice cu ebrană transforă energia potenţială a aerului sub presiune în energia ecanică la deplasarea liniară a unui organ de execuţie cu care se face intervenţia în procesul autoat. Alientarea eleentelor de execuţie pneuatice se face cu energie de la regulatoarele pneuatice (0. 1 bar), sau electronice, prin interediul convertorului electro-pneuatic. În structura sa coplexă, un eleent de execuţie pneuatic se copune din (vezi figura 5.) : - 1 servootor pneuatic; - aplificator pneuatic; - traductor de poziţie; - eleent sensibil; - 5 organ de execuţie. M x c x 1 x X x x + 1-5 x Figura 5. Structura unui eleent de execuţie pneuatic - -
Dintre aceste eleente, aplificatorul de putere, eleentul sensibil şi traductorul de poziţie, care sunt ataşate servootului pneuatic, forează poziţionerul. Pentru a fi studiată coportarea eleentului de execuţie în ansablul sisteului de reglare, este necesar să se stabilească relaţia ce leagă ăriea X de ăriea X c (pentru eleentul de execuţie pneuatic cu ebrană, X c exte o presiune). { { SP x c (p) 1 OE x 5 6 Figura 5. Eleent de execuţie pneuatic fără poziţioner În figura 5., este reprezentat scheatic un eleent de execuţie pneuatic cu ebrană şi resort. Organul coponent cel ai iportant este servootorul pneuatic (SP) cu ebrană, forat din : caera (1), ebrana elastică (), discul etalic de rigidizare (), arcul () şi tija (5). După cu aerul sub presiune poate să acţioneze pe o singură faţă sau pe abele feţe ale ebranei elastice, deosebi eleente de execuţie proporţionale sau integrale. Coportarea în regi dinaic a eleetului de execuţie este descrisă de o ecuaţie diferenţială neliniară, care leagă senalul de coandă X c (presiune sau debit) de ăriea de execuţie X (deplasare liniară). La creşterea presiunii de coandă (p c ) va creşte presiunea în caera (1), dar în acelaşi tip are loc şi o variaţie de volu a acestei incinte după o relaţie de fora : V = V0 + k1 p (5.1) unde : V 0 voluul la presiunea p=p 0 ; k 1 coeficient ce depinde de S ef şi coeficientul de rigiditate al ebranei. Pe de altă parte, ecuaţia de curgere a aerului în caera (1) este : 7 - -
dq = Q = α ( pc p) (5.) Din expresiile 5.1 şi 5. se obţine, pe baza ecuaţiei gazelor perfecte : V0 + k1 p dp + p = p c (5.) α R T În general, terenul k 1.p se neglijează şi ecuaţia de ai sus reprezintă ecuaţia unui eleent de întârziere de ordinul I : V0 dp + p = p c (5.) α R T dp T + p = p c (5.5) Se observă din ecuaţia 5.5 că pentru a icşora constanta de tip T trebuie ărit α, adică secţiunea ajutajelor de curgere a aerului. Pentru aceasta se utilizează aplificatoare de putere care debitează cantităţi însenate de fluid, la presiunea de ieşire egală cu cea de intrare. Sub influenţa presiunii p, organul de execuţie (OE) face o işcare rectilinie (X ). Ecuaţia care descrie işcarea eleentelor obile este : d X + k X F S ( p p0 ) + f = ef (5.6) unde : asa eleentelor în işcare, raportate la axa (5); F f forţa de frecare; P 0 presiunea iniţială (în general presiunea atosferică p c =0). Din ecuaţia 5.6 se poate deduce o frecvenţă naturală de oscilaţie a robinetului şi anue : f n 1 = π k (5.7) Această frecvenţă trebuie să fie de ini 15-0 Hz, pentru a nu exista o tendinţă de oscilaţie continuă a robinetului, adică trebuie să ave ic şi k are. Pe de altă parte, factorul de aortizare, tot pe baza ecuaţiei 5.6, este : b 1 ζ = (5.8) k dx unde b este coeficientul de frecare funcţie de viteză : ( F f = b ). Factorul de aortizare nu trebuie să fie prea ic, adică k să nu fie prea are. În regi staţionar, ecuaţia 5.6 devine : k X = Sef p (5.9) şi este liară dacă k şi S ef sunt constante pe întreaga cursă a axului robinetului. Abaterile, datorate variaţiilor acestor caracteristici, sunt în robinetele de calitate de ordinul 1 % din cursa totală a robinetului. Din relaţiile 5. şi 5.6 se obţine : - -
V0 d X d X V0 k dx + + + k X + Ff = Sef pc (5.10) α R T α R T În această relaţie s-a considerat că forţele de frecare nu depind de presiune (F f =ct.). (Acest lucru este valabil la robinetul cu două scaune, unde forţele care acţionează în sensuri opuse se anulează reciproc). În realitate, în ecuaţia 5.7, nu nuai F f, dar şi k variază odată cu presiunea. El se deterină grafic din caracteristica statică a ebranei. Schibând sensul de variaţie pentru p c, se observă existenţa unui histerezis pentru caracteristica X =f(p c ) (vezi figura 5.). (X /X ax ) [%] 100 80 60 0 0 0 0, 0, 0,6 0,8 1 p c [kgf/c ] Figura 5. Caracteristica eleentului de execuţie fără poziţioner Pentru a eliina efectul histerezis şi pentru a reduce constanta de tip a servootorului se volosesc dispozitive de poziţionare (figura 5.5), care sunt, de fapt, nişte aplificatoare pneuatice de putere cu legătură de reacţie după poziţia tijei organului de execuţie. P p al A x c (p c ) 5 1 x 6 Figura 5.5 Eleent de execuţie pneuatic cu poziţioner - 5 -
Figura 5.5 constituie, în fond, un siste de reglare, în care ăriea de coandă este presiunea p la ieşirea din aplificatorul A şi ăriea de execuţie este S ef.p (ebrana). Resortul (6) şi axa X, a robinetului, constituie în acest siste procesul reglat P. Pârghia (1) şi resortul () constitule eleentul de ăsură. Burduful (), prin suprafaţa liberă, realizează copararea ăriii de intrare (F c =S b.p c ) cu cea din siste (F e =k.x, prin resort), iar eroarea este aplicată aplificatorului A. Deplasarea paletei () în faţa ajutajului (5) este proporţională cu eroarea. Într-un aseenea siste de reglare se realizează o ărie de ieşire x, care tinde să devină egală cu p c, la scara şi unităţile de ăsură corespunzătoare. Prin folosirea poziţionerului ave urătoarele avantaje : - precizia funcţionării eleentului de execuţie este ai bună; deterinată de calitatea circuitului de reacţie; - factor are de aplificare pe circuitul de aer, deci se poate lucra şi în condiţiile unor forţe de frecare statice, sau forţe perturbatoare ai ari; - constanta de tip a eleentului de execuţie se icşorează.. MERSUL LUCRĂRII a) Se ridică caracteristica statică pentru elentele de execuţie pneuatice din laborator, fără poziţioner. Pentru aceasta se variază presiunea de coandă în plaja 0, 1 bar în sens crescător şi apoi descrescător, citind valorile deplasării X. b) Se ridică caracteristica statică pentru un eleent de execuţie cu ebrană prevăzut cu poziţioner ELT-11. c) Se reprezintă grafic caracteristicile obţinute : x=f(p c ) şi se interpretează. Bibliografie : [1] Gh. Lazea Echipaente de autoatizare pneuatice şi hidraulice înduator de laborator; Lito IPCN 198. [] Gh. Lazea Echipaente de autoatizare pneuatice şi hidraulice note de curs; Lito IPCN 1986. [] L. Bivolaru Montarea instalaţiilor de autoatizare, vol. şi ; Ed. T. Bucureşti 1978. - 6 -