Элементы пневматических систем

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

 

 

Основы теории пневматики

 

Наиболее часто используемым газом в пневматических системах является воздух. Этот газ свободно берется из атмосферы. Сжатый воздух сочетает операционную эффективность с безопасностью. В этом смысле он представляет один из наиболее удобных источников энергии.

Давление в газе определяется как сила F, действующая на единицу площади S:

 

P = F/S.                                                                                           

 

В системе СИ единицей давления является Паскаль:

 

1 Па = 1 Nm^-2.                                                                               

 

Соотношения между различными единицами давления следующие:

 

1 бар = 100 кПа = 750 мм ртутного столба = 1.02 кгс/cm² =

= 0.987 атмосфер = 14.5 psi (фунт на квадратный дюйм).

 

Следует различать абсолютноеи относительное давление. Абсолютное давление отсчитывается от идеального вакуума. Таким образом, в идеальном вакууме абсолютное давление равно нулю. Относительное давление отсчитывается от уровня атмосферного давления вверх. Относительный вакуум отсчитывается от уровня атмосферного давления вниз. Отношения между этими давлениями показаны на рис. 1.1.

 

 

 

Рис. 1.1. Абсолютное и относительное давление

Воздух, как и все газы, хорошо сжи­мается, имеет сравнительно небольшую плот­ность. Плотность воздуха выражается формулой

= М/ V,

 

где М - масса газа; V - объем газа. Масса и вес газа связаны формулой

 

G = Мg,

 

где G - вес газа; g - ускорение силы тя­жести.

Важным свойством газа является его вяз­кость. При движении слоев газа относитель­но друг друга развиваются силы трения, ко­торые являются следствием преодоления сил сцепления между отдельными частицами. Сила трения F _т пропорциональна площади слоя скольжения S и градиенту скорости С. Сила трения выражается формулой Нью­тона

 

F _т = S С,

 

где коэффициент   называется динамической вязкостью и для газа зависит в основном от температуры. При этом вязкость газов с увеличением температуры увеличивается.

При технических расчетах часто пользу­ются кинематической вязкостью v:

 

v = / .

В табл. 1.1 приведены численные зна­чения ,  и v для воздуха в зависимости от абсолютной температуры Т при абсолют­ном давлении, равном 0,1 МПа.

Зависимость между параметрами идеального газа была установлена Б. Клапейроном в 1834 году. Соотношение между массой газа, занимаемым им объемом, его давлением и темпе­ратурой выражается уравнением состояния

 

р V = МRТ,

 

где р - давление воздуха; Т - абсолютная температура, М – коэффициент пропорциональности, зависящий от массы газа, R - газовая постоянная.

Газовая постоянная сухого воздуха R равна 8,314 Дж/моль К и определяется как работа расширения, 1 моля газа при нагревании его с постоянным давлением на 1 К.

 

Таблица 1.1. Зависимость свойств воздуха от температуры

 

 

Температура, К	Плотность, кг/м^3	Динамическая вязкость, Па с	Кинематическая вязкость, м^2/с
253            263            273            283            293            313            333            353           373	0,142 0,137 0,132 0,127 0,123 0,114 0,108 0,101 0,096	1,59 1,65 1,71 1,77 1,83 1,95 2,07 2,19 2,33	11,20 12,04 12,95 13,94 14,88 17,10 19,17 21,68 24,27

 

 

В неподвижном газе вся теплота, подво­димая к газу, может расходоваться только на повышение запаса внутренней энергии и на работу расширения. Поэтому эле­ментарное приращение энергии 1 кг газа равно алгебраической сумме

 

dЕ = dU  + Аdе,

 

где dU  - элементарное приращение внутрен­ней энергии 1 кг массы газа, А - тепло­вой эквивалент работы, dе - прира­щение внешней работы 1 кг газа. Приведенное уравнение выражает первый закон термодинамики.

Если газ не совершает внешней работы, то процесс происходит при постоянном объ­еме, и уравнение первого закона термодина­мики записывается в виде

 

dЕ = dU = с _V dT,

где с _V – удельная теплоемкость при постоянном объеме. Удельной теплоемкостью называется ко­личество теплоты, которое необходимо, чтобы нагреть 1 кг массы газа на 1 К. Удельная теплоемкость при постоянном объеме для воздуха при 0 ^оС и 0,1 МПа равна 0,7196 Дж/кг К.

В случае переменного объема внешнее тепло расходуется не только на повышение внутренней энергии, но и на совершение внеш­ней работы. В этом случае уравне­ние первого закона термодинамики запишет­ся в виде

 

dЕ = с _V dT + ApdV.

 

Параметры воздуха в процессе работы подвергаются из­менениям по различным законам. На практи­ке часто можно пренебречь изменением како­го-либо параметра и считать его во все время протекания термодинамического процесса по­стоянным. Если объем воздуха при изменении его состояния остается постоянным, то уравнение состояния принимает вид

 

р/T = const.

 

Такой термодинамический про­цесс носит название изохорического.

Часто имеют место медленно протекающие процессы, сопровождающиеся достаточно хо­рошим теплообменом с окружающей средой, температура которой приблизительно постоян­на. В этом случае уравнение состояния имеет вид

 

р/ = const.

 

Такой термодинамический про­цесс называется изотермическим.

Адиабатическийпроцесс характеризуется тем, что он происходит без теплообмена с ок­ружающей средой. Уравнение пер­вого закона термодинамики для этого случая запишется в виде

 

с _V dT + Ap  = 0

 

Процесс, протекающий при постоянной теплоемкости, называется политропическим.

Если процесс протекает при постоянном давлении, то

 

T = const.

 

Такой термодинамический процесс называется изобарическим.

  Основными соотношениями, необходимыми для анализа работы пневматических устройств, являются соотношения, описывающие законы движения воздуха. Допустим, что воздух представляет собой идеальную жидкость, т. е. такую жидкость, в которой частицы переме­щаются одна относительно другой без трения. Предположим, что движение установившееся, и свойства жидкости в данном сечении оста­ются постоянными, т. е. давление и темпера­тура не изменяются. Обозначим через C, р, g, и z соответственно скорость движения жид­кости, давление, ускорение силы тяжести, плотность жидкости и высоту над плоскостью отсчета. Уравнение Бернулли в дифференци­альной форме, выражающее закон сохранения энергии, записывается в виде

 

.

 

Интегрирование этого уравнения дает вы­ражение закона движения жидкости:

 

.

 

Величина H - постоянная интегрирова­ния, которая представляет собой полный напор, раз­виваемый движущейся средой. Он равен сумме напоров: скоростного - первое слагаемое в законе движения, пьезометрического - второе слагаемое и геометрического – третье слагаемое. Учитывая низкую плотность воздуха, величиной z обычно пренебрегают. Отсюда для воздуха можно запи­сать, что

 

.

Для идеальной жидкости запас энергии в каждом сечении потока остается неизменным. У реальных жидкостей, имеющих трение, за­пас энергии от сечения к сечению по направ­лению движения жидкости убывает.

Пневматические системы связаны с газовым потоком в соединительных трубопроводах. Объемный поток характеризует объем газа, проходящего через заданное сечение в единицу времени. Число Рейнольдса определяет характер потока как

 

,                                                                                        

 

где – С скорость потока газа, d - диаметр трубопровода, - плотность газа и - коэффициент динамической вязкости газа. Если Re меньше критического значения для данного вида потока, то поток является ламинарным, в обратном случае - турбулентным. Турбулентный поток приводит к потере энергии через трение и может привести к преждевременному износу системы, поэтому ламинарный поток является номинальным для пневматических систем.

 

 

1.2. Системы подготовки воздуха

 

Системы подготовки воздуха предназначены для обработки атмосферного воздуха до состояния, требуемого по техническим характеристикам пневмоустройства, подключаемого к линии в виде нагрузки.

Типичная система подготовки воздуха показана на рис. 1.2.

 

 

Рис. 1.2. Система подготовки воздуха

 

 

Источником сжатого воздуха являются компрессорные установки. Они могут быть стационар­ными или передвижными и осуществлять централизованное питание не­скольких различных по назначению потребителей сжатого воздуха или ин­дивидуальное питание потребителя.

Воздух, который попадает в воздухозаборник  из окружающей среды, как правило, содержит пыль, которая вызывает износ деталей компрессора. Поэтому перед компрессором устанавливают специальные пылеуло­вители или фильтры. Основными требованиями к фильтру являются тонкость фильт­рации и минимальное сопротивление потоку воздуха.

 

 

 

Компрессорный фильтр для очистки воздуха

 

Из компрессора  нагретый в процессе сжатия воздух поступает в водяной охладитель, который обычно входит в конструкцию самого компрессора. Охлаждение воздуха приводит к конденсации па­ров воды, которые попадают в компрессор вместе с всасываемым возду­хом, и паров масел, используемых в компрессоре для смазки трущихся по­верхностей.

 

Водяной охладитель

 

 

В связи с этим после охладителя воздух пропускается через фильтр-влагоотделитель, который фильтрует воздух и од­новременно осушает его.

Работа фильтра-влагоотделителя происходит следующим образом. Сжатый воздух проходит через элементы конструкции, которые за счет сообщают воздуху вихревое вращательное движение. Мелкие частицы воды и масла, находящие­ся в потоке воздуха, под действием центробежных сил отбрасываются к стенкам корпуса и стекают вниз в зону, отделенную заслонкой, которая препятствует конденсату, собранному в этой зоне, снова попадать в поток воздуха. Корпус обычно изготавливают из прозрачного материа­ла для легкости визуального определения уровня конденсата. При достижении предельного уровня конденсата в стакане открыва­ется запорный кран, и конденсат выводится под действием сжатого воздуха. Вместе с конденсатом удаляются и твердые частицы, за­держанные фильтрующим элементом.

 

 

Фильтр-влагоотделитель

 

Наибольшую сложность представляет удаление из потока воздуха компрессорного масла, которое содержится в воздухе в виде аэрозоля с частицами размером меньше микрона. Из-за малости этих частиц нельзя удалить их в устройстве центробежного действия, поэтому воздух из фильтра-влагоотделителя поступает в химический осушитель, в котором влага адсорбируется при прохождении воздуха через адсорбент, в качестве которого может ис­пользоваться активированный уголь, активная окись алюминия или силикагель.

 

 

Осушитель воздуха

 

После осушения воздух попадает в ресивер. Он выполняют несколько функций. Ресивер создает запас сжатого воздуха для использования в мо­менты максимального потребления, сглаживает пульсацию подачи воздуха, которая возникает при использовании компрессоров объемного типа, а также отделяет влагу, содержащуюся в потоке воздуха, которая выпадает в виде конденсата в процессе расширения воздуха при заполне­нии ресивера и при движении воздуха по нему.

 

 

Воздушный ресивер для компрессора

 

Для обеспечения нормальной работы ресивер снабжается манометром для контроля давления, предохранительным пневмоклапаном, ограничи­вающим верхний предел давления в нем, и конденсатоотводчиком. Для лучшего влагоотделения ввод воздуха делают в средней части ресивера, загибая входной трубопровод вниз, а отвод - из верхней части. Внутри ресивера устанавливают перегородки, заставляющие воздух изменять направление движения, создавая тем самым центробежные силы, которые, как и в фильтре-влагоотделителе, способствуют осушению воздуха. Конденсат собирается в нижней части ресивера и через конденсатоотводчик периодически вручную или автоматически сливается. Объем ресивера определяют в зависимости от производительности компрессора и цикличности потребления сжатого воздуха. При этом объем ресивера не должен быть меньше, чем половина объема сво­бодного воздуха при атмосферном давлении и нормальной температуре, всасываемого компрессором за 1 мин.

Маслораспылитель обеспечивает смазку трущихся деталей пневмодвигателей за счет подачи в поток воздуха распыленного жидкого смазочного материала, обычно минеральных масел. В машиностроении наибольшее распространение получили маслораспылители эжекторного типа. В них подача масла в поток воздуха происходит за счет разности между величиной давления над жидкостью в емкости маслораспылителя и давления в том месте потока воздуха, где в него вводится масло.

 

Маслораспылитель

 

Отработанный воздух выходит в атмосферу через глушитель, который служит для снижения уровня шума, возникающего при работе пневмодвигателей. Этот шум может быть механического и аэродинамического происхождения. Механический шум возникает, в основном, при ударах подвижных де­талей в пневматических двигателях и устройствах управления. Снижение уровня шума механического происхождения достигается за счет оптимизации конструктивных решений и за счет применения тормоз­ных и амортизирующих устройств. Механический шум в пневмосистемах, как правило, не превышает уровень шума другого работающего на участке оборудования и имеет относительно не­высокую частоту.

Шум аэродинамического происхождения возникает из-за турбулентного смешивания отработанного воздуха с окружающей средой при вы­хлопе. В пневмосистемах высокого давления истечение воздуха в атмо­сферу при выхлопе происходит со скоростью, близкой к скорости звука, а интенсивность аэродинамического шума пропорциональна восьмой степе­ни скорости струи воздуха. Уровень аэродинамического шума при работе большинства пневмо­двигателей, не оснащенных средствами его снижения, достигает 100 децибел, причем наибольший уровень расположен в высокочастотной части звукового спектра, что существенно усугубляет вредное воздействие на человека. Для снижения уровня аэродинамического шума применяют глушители, задачей которых является сниже­ние скорости воздуха при выхлопе.

В промышленных пневмосистемах широко применяют активные глушители, в которых скорость гасится при прохождении воздуха через пористый проницаемый материал. Наиболее эффективны такие глушители с порами размером до 100 микрон. Простота и низкая стоимость таких глушителей позволяет использовать их индивидуально на выходе каждого пневмодвигателя. Однако через такие глушители проходят аэрозольные частицы масел, которые были внесены в поток воздуха маслораспылителями, что приво­дит к загрязнению окружающей среды в производственных помещениях. В связи с этим при повышенных требованиях к улавливанию масляных аэрозолей используют специальные глушители комбинированного типа, а именно фильтры-глушители.

В фильтре-глушителе воздух проходит через мелкопористый слой фильтрующего элемента, в котором аэрозольные частицы объединяются в более крупные капли, а затем через грубоволокнистый фильтрующий элемент. Расширение воздуха во втором слое фильтра приводит к значительному снижению скорости воздуха, и капли масла под дейст­вием силы тяжести стекают на дно устройства. Выхлоп воздуха в атмосферу происходит через обычный глушитель трения, т.е. активный глушитель. Фильтры-глушители эффективно снижают уровень шума и улавливают аэрозоли масла. Однако, учитывая более сложную конструк­цию и более высокую стоимость, фильтры-глушители обычно устанавли­вают на общем выхлопном трубопроводе, объединяющем выхлоп несколь­ких пневмодвигателей.

 

 

Глушитель

 

В пневмолинии подготовка сжатого воздуха до ресивера относится к первичной подготовке воздуха, а после ресивера - к вторичной подготовке. Рабочее давление на нагрузке обычно бывает меньше давления питания, поэтому сжатый воздух поступает в пнев­матический редуктор. Редуктор понижает уро­вень давления на выходе и поддерживает его постоянным в процессе работы за счет регулируемого дросселирования через мембранно-пружинный механизм. После редукционного клапана воздух поступает к нагрузке.

Дополнительные фильтры, фильтры-влагоотделители и химические осушители обычно устанавливают перед пневмоэлементом или блоком пневмоэлементов, при работе которых к воздуху предъявляют­ся повышенные требования по чистоте и влажности. Особенно это важно в том случае, если сжатый воздух от источника питания подводится к пневмоэлементам по длинным трубопроводам. В процессе движения воздуха по трубопроводу происходит его охлаждение и выпадение конденсата па­ров влаги, а также загрязнение воздуха частицами окалины или ржавчины.

Сжатый воздух в пневмосистемах транспортируется по пневмолиниям, конструкция трубопроводов которых зависит от рабочего давления. В магистральных пневмолиниях высокого давления воздух, как правило, транспортируется по жестким металлическим трубопроводам, выполнен­ным из стали, алюминия, меди или латуни. Трубы из меди, медных и алюминиевых сплавов отличаются высокой гибкостью, удобны для коротких участков пневмолинии со сложными изгибами и для подгонки размера в процессе монтажа. Эти преимущества в наибольшей степени проявляются при диаметрах до диаметров 25 мм. Кроме того, трубы из цветных металлов не требуют антикоррозийных покрытий. Однако их стоимость значительно выше стоимости стальных труб, которые обычно применяют для больших диаметров. Эти трубы изготавливают из углеродистой стали и предохраняют от коррозии за счет специального покрытия.

Подвод воздуха к пневмодвигателям происходит по гибким резиновым шлангам с текстильным каркасом. Соединение трубопроводов и присоединение их к пневмоагрегатам как для жестких трубопроводов, так и для резиновых шлангов осуществляют с помощью соединительной арматуры.

В пневмолиниях низкого давления, как правило, используются пластмассовые трубопроводы, выполненные из полиэтилена или поливинилхлорида. Основными преимуществами пластмассовых трубопроводов являют­ся: отсутствие коррозии, малая стоимость, малая масса и удобство монтажа. Самое простое соединение пластмассовых трубопрово­дов достигается при помощи металличе­ского или пластмассового ниппеля с различной конфигурацией уплотнительной поверхности. При эксплуатации таких соединений в условиях температур более 40°С пластмассовые трубки одевают на ниппель в разогретом состоянии до 100°С, а затем охлаждают до температуры окружающей среды.

 

Пластмассовые трубопроводы

 

 Общие требования к монтажу любых пневматических устройств мож­но свести к следующим:

- исключить возможность внешнего повреждения при эксплуатации;

- исключить возможность загрязнения внутренних полостей;

- обеспечить доступность для настройки, регулирования и обслужи­вания;

- монтировать пневматические устройства так, чтобы направление потока воздуха совпадало с направлением стрелок на этих устройствах.

Промышленно выпускаются стандартные блоки подготовки воздуха.

 

 

Блоки подготовки воздуха серии MS | Festo

 Стандартные символы элементов такого блока показаны на рис. 1.3.

 

 

 

Рис. 1.3. Стандартный блок подготовки воздуха

1 - фильтр-влагоотделителя, 2 – редуктор,

3 – манометр, 4 – маслораспылитель

 

 

1.4. Контрольные вопросы

1. Что такое абсолютноеи относительное давление?

2. Как записывается уравнение состояния?

3. В чем физический смысл динамической вязкости газа?

4. Какой термодинамический про­цесс называется изохорическим?

5. Что определяет число Рейнольдса?

6. Каковы функции ресивера?

7. Как рассчитываются потери давления по длине каналов связи?

8. Чем определяется задержка времени прохождения пневмосигнала?

9. Какие существуют спо­собы ускорения передачи пневматических сигналов?

10.  Как конструктивно выполняются пневматические линии связи?

 

Пневматические каналы связи

 

Быстродействие пневматических устройств определяется в основном свойствами канала связи. Под каналом связи понимается сово­купность трех элементов — передающего, при­емного и собственно линии связи, которая соединяет передающий и при­емный элементы. В качестве передающих и при­емных элементов используются такие устройства, как пневматические реле, усилители, кнопки и тумблеры. Их время срабатывания мало и практически не влияет на быстродействие пневматического канала, которое по существу определяется свойствами линии связи.

Под достоверной передачей непрерывного сообщения понимается достижение на прием­ной стороне давления, отличающегося от дав­ления на передающей стороне в пределах заданной по­грешности. Фактором достоверной передачи дискретной информации можно считать изме­нение состояния приемного элемента, насту­пающего при достижении давления в конце линии, равного уровню срабатывания приемного элемента.

В системах пневмоавтоматики различают­ся два вида линий связи - короткие коммуни­кационные каналы, необходимые для соедине­ния элементов в блоках пневматических уст­ройств, и длинные каналы связи отдельных блоков между собой.

Короткие коммуникационные каналы могут представлять собой фрезерованные углубле­ния в корпусах. Длинные каналы связи выполняются в виде пластиковых или металлические трубопроводов.

 

 

Металлические трубопроводы

 

При построении пневматических прибо­ров особое внимание уделяют определению потерь давления на сопротивлениях и расчету расходов разветвленной цепи. Пневматические линии связи создают по­тери давления, обусловленные либо местными сопротивлениями на входе, выходе и изгибах канала, либо силами вязкого трения, распре­деленными по длине канала. Потери по длине каналов определяют по формуле

 

,

 

где k_тр - коэффициент сопротивления трения;  - плотность воздуха; v - средняя скорость течения потока; l - длина канала; k - коэф­фициент трения, зависящий от режима тече­ния, формы сечения и относительной шерохо­ватости; d _г -  гидравлический диаметр, рав­ный учетверенной площади поперечного сече­ния канала к периметру.

Коэф­фициент трения приближенно определяют по формуле Блазиуса:

 

k = 0,316 Re ^-1/4.

 

Пневматические системы для автоматизации обычно работают на низком рабочем давлении, которое в промышленных пневмосетях поддерживается на уровне до 10 бар. В этом случае для оценки потерь давления в линии можно пользоваться следующей формулой

 

,                          

 

где L - длина трубы, V - объем воздуха, проходящего в линии, K – коэффициент сжатия на входе в трубку, D - диаметр трубки, k – конструктивный коэффициент. Из этого соотношения следует, что диаметр трубки является наиболее важным параметром. Теоретически снижение потерь давления можно уменьшить использованием больших диаметров трубки. Однако на практике это приводит к необходимости заполнения воздухом дополнительного объема линии, ухудшению динамических параметров и к повышению габаритов и стоимости линии.

Пример задержки времени прохождения пневмосигнала в функции длины линии и различных внутренних диаметров стандартных трубок проиллюстрирован на рис. 1.4.

 

 

Рис.1.4. Задержка времени сигнала от длины и диаметра трубки

1 - диаметр 2.1 мм, 2 - диаметр 2.8 мм

 

Можно также считать, что на каждые 30 м длины линии давления падает на 5 %.

При исследовании динамических свойств пневматических линий связи обычно исполь­зуется развитый аппарат исследования элект­рических длинных линий. Основанием для отне­сения пневматической линии связи к катего­рии «длинной» является соблюдение двух ус­ловий: длина линии l должна быть больше четверти длины волны   передаваемых колеба­ний, а поперечные размеры линии должны быть много меньше длины волны. Длина волны, соответствующая предельной частоте работы пневматических элементов f = 20 Гц и скорости распространения звука a = 330 м/с, составляет  = a /f =16,5 м. Таким образом, линии связи, имеющие протяженность более 4 м, и внутренний диаметр, измеряемый несколькими мил­лиметрами могут исследоваться с ис­пользованием аппарата анализа длинных линий.

При передаче пневматических сигналов по каналам имеет место сочетание двух процес­сов - процесса разгона массы среды и волно­вых явлений. Учет этих факторов весьма сло­жен, поэтому на практике процессы в линии описываются звеном с запаздыванием

 

 

и апериодическим звеном с постоянной времени

 

T = RCl ²,

 

где l - длина линии; а - скорость звука; R и С - сопротивление и емкость единицы дли­ны линии. Правомерность такой аппроксимации лежит в пренебрежимо малом проявлении инер­ции в зоне рабочих частот, так как плотность воздуха достаточно мала при низких давле­ниях, используемых в пневматических устройст­вах.

Линия с глухой камерой на приемном конце опоражнивается быстрее, чем заполняется. Это объясняется тем, что среднее давление в линии во время опорожнения меньше, чем при заполнении. Амплитудно-частотные и фазочастотные харак­теристики такого трубопровода обладают боль­шой крутизной. Это обстоятельство почти ис­ключает возможность применения частотного и импульсного методов модуляции сиг­налов при релейно-мембранной элементной ба­зе. Амплитудный способ модуляции можно использовать при применении элементов с глухой приемной камерой. При этом с увели­чением диаметра линии давление нарастает быстрее, однако, это справедливо лишь для изолированной линии, т. е. в предположении, что скачок давления формируется источником бесконечной мощности, внутреннее сопротив­ление которого равно нулю.

Время передачидискретного сигнала по каналу связи зависит как от диаметра, так и от длины линии при заданных сопротив­лении источника сигнала, объеме входной ка­меры приемного элемента и пороге его срабатывания. Анализ переходных процессов при источнике, обладающем внут­ренним сопротивлением R _вых, показывает, что существует оптимальный диаметр линии связи, обеспечивающий минимальное время передачи сигнала, равный

 

,

где  - кинематическая вязкость воздуха. Это соотношение определяет такую величину диаметра, при которой внутреннее сопротивление источника сигнала равно волновому сопротивле­нию линии, что соответствует известному положению теории электрических цепей.

Что касается заполнения и опорожнения линии, на входе которой имеется сосредоточенное сопротивление R _вх, то доста­точно удовлетворительную сходимость с экс­периментом дает аппроксимация экспонентой. Так, при нарастании давления во времени t на вхо­де до р₀, такая аппроксимация запишется как

 

.

 

 

Отмеченное выше позволяет считать, что главными недостатками пневматических линий связи являются ограниченная дальность передачи, обычно не превышающая 300 м, и низкая скорость передачи.

Существует ряд спо­собов ускорения передачи пневматических сигналов: автоматическое изменение порогов срабатывания приемных устройств, промежуточное усиление пневматических сигналов, дифференцирование пневматических сигналов, ис­пользование звуковых и ультразвуковых коле­баний, а также передача пневматических сиг­налов по проводной линия связи.

Схема одного из вариантов ускорения передачи сигнала путем ограничения давления р_вх перед при­емным элементом после его срабатывания приведена на рис. 1.5.

 

 

Рис. 1.5. Схема ускорения передачи сигнала

 

 

Ограничение давления р_вх достигается введением дросселя R _др и клапана К. После срабатывания пневматического элемента ПЭ давление р_вых становится равным давлению питания р_пит, а кла­пан К через дроссель сообщает с атмосферой тот конец линии R _л, который связан со входом приемного элемента. Благодаря сооб­щению линии с атмосферой давление р_вх после достижения им давления срабатывания приемного элемента растет медленнее, чем это имело бы место без использования рассматриваемого приема. Максимальное входное давле­ние определяется из соотношения

 

.

Так как р_вх < р_пит, время отпускания при­емного элемента уменьшается.

Другим приемом увеличения скорости передачи сигналов является использование блоков предварения, установленных на при­емной стороне. Выходной сигнал на выходе блокапредварения приблизительно ра­вен сумме входного сигнала и его производ­ной, умноженной на коэффициент, зависящий от конструктивных параметров блока предва­рения. Если в начальный момент подать в линию скачкообразный сигнал, рав­ный давлению питания, то по истечении вре­мени запаздывания давление на входе блока предварения начнет повышаться по кривой, близкой к экспоненте. Вве­дение в схему блока предварения приводит к тому, что давление на его выходе растет быстрее, вследствие чего выходной элемент срабатывает раньше. Обеспечивая существенный выигрыш в скорости передачи сигнала, рассмотренный способ требует ис­пользования точного стабилизатора давления на передающей стороне.

При ускорении передачи пневматического сигнала с помощью промежуточных усилителей вдоль линии свя­зи она делится на участки.

 

 

Пневмоусилитель

 

 После каждого участка устанавливается усилитель­ное реле. Уровень срабатывания каждого из реле ниже передаваемого по линии сигна­ла, давление которого равно давлению питания. Выходным сигналом каждого из усили­тельных реле является давление питания. Уско­рение передачи сигнала тем больше, чем ни­же уровень срабатывания реле. Однако при значительном гистерезисе может возникнуть проигрыш во времени при передаче нулевого сигнала. Поэтому к выбору усилительных реле предъявляют достаточно жесткие требования. Этот способ, обеспечивая достаточный выигрыш в скорости передачи, требует наличия линии питания вдоль всей линии связи, а также введения промежуточ­ных усилителей.

Имеется возможность передачи дискретных пневматических сигналов с помощью звуковых или ультразвуковых ко­лебаний непосредственно по воздуху либо по специальным звукопроводам. Передача сигна­лов с помощью звуковых или ультразвуковых колебаний является естественным переходом от собственно пневматики к акустике и автома­тически обеспечивает пожаровзрывобезопасность каналов связи. Однако передача пневматических сигналов с по­мощью звуковых колебаний ограничена расстоянием до 20 м из-за значительного затухания звуковых ко­лебаний. Кроме того, преобразователи пневматического сигнала, задаваемого в ви­де давления, в звуковой или ультразвуковой сигнал и преобразователи звукового или ультразвукового сигнала в давление сжатого воздуха сложны и относительно слабо защищены от звуковых по­мех, создаваемых работающими производст­венными агрегатами.

Существует возмож­ность преобразовать пневматический сигнал в электрический, передать этот сигнал на достаточно большое расстояние и осуществить пре­образование электрического сигнала обратно в пневматический. Преобразование сигналов и их пере­дача может быть осуществлена без применения источников электрического питания. Этот способ пе­редачи реализуется с помощью пьезокерамических преобразователей и позволяет осуществить ускоренную передачу пневмати­ческих сигналов частотой до 40 Гц на рас­стояние до 1 км при сохранении одного из основных достоинств пневматики - пожаровзрывобезопасности.

В течение многих десятков лет развития пневмоавтома­тики основным материалом для прокладыва­ния линий связи являлись медные, стальные или алюминиевые трубы. Высокая стоимость самих труб и их монтажа, низкая ремонто­пригодность, а также широкое развитие пневмоавтоматики привели к замене металлических труб поливинилхлоридными или полиэтиленовыми. Металлические трубы остались только на объектах с повышенной или пониженной температурой окружающей среды, а также с повышен­ной пожароопасностью. Для соединения пластиковых трубок выпускаются стандартные быстроразъемные элементы.

Полиэтиленовые трубки допускает­ся применять при температуре окружающей среды от -60 до +50°С и не разрешается использовать в условиях тропического климата и при нали­чии гамма-радиации. Поливинилхлоридные трубки допускается применять только для внутренних проводок, в пожароо