Старший преподаватель Корешев А. П., сотрудник кафедры «Автомобилестроение и сервис транспортных средств» Лынов А. В., студенты 3 курса факультета высшего профессионального образования Нечепуренко В. А. и Петренко А. Г.

Таганрогский политехнический институт – филиал Донского Государственного Технического Университета, Россия

СТАТИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА УСИЛИТЕЛЯ ТИПА СОПЛО-ЗАСЛОНКА. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КОНСТРУКЦИИ

Среди пневматических и гидравлических усилителей широко распространены усилители типа сопло-заслонка. Сопло-заслонка (рис.1) – основной тип управляющих и усилительных устройств для пневматических регуляторов, применяющихся также иногда и в гидравлических регуляторах.

Рис. 1 Схема усилителя сопло - заслонка

В систему сопла 1 через постоянный дроссель 2 поступает очищенный сжатый воздух от источника П, обеспечивающего постоянное давление (2 – 10 кг/см²). Диаметр отверстия дросселя обычно составляет 0.15 – 1 мм, что в 2 – 3 раза меньше диаметра отверстия самого сопла. После дросселя воздух может идти по двум направлениям – прямо через сопло в атмосферу или к исполнительному механизму 3. Направление движения воздуха определяется положением заслонки 4, прикрывающей отверстие сопла. Это положение зависит от соотношения сигналов задающего ЗУ и измерительного ИУ устройств, действующих на рычаге 5, к которому крепится заслонка. Если заслонка не прикрывает сопло, то весь воздух выходит в атмосферу, давление в системе сопла близко к атмосферному и исполнительный механизм не получает силового сигнала. Когда заслонка прикрывает сопло, давление воздуха в системе постепенно повышается и может стать равным давлению в источнике питания. В этом случае исполнительный механизм срабатывает в одну сторону. Обратный ход исполнительного механизма осуществляется за счет пружины (или давления регулируемой среды).

В некоторых случаях закрытие сопла достигается плотным прилеганием заслонки к выходному отверстию. Иногда сопло лишь прикрывается заслонкой, что связано с повышенным расходом воздуха.

Если воздух из системы сопла непосредственно поступает на исполнительный механизм (без усиления), сечение сопла и дросселя увеличивают для уменьшения запаздывания. При этом диаметр дросселя берут 1 мм, а диаметр сопла 2 – 2.5 мм, что вызывает необходимость более мощного привода заслонки и повышения ее устойчивости.

Облегчение устройства заслонки и возможность перемещения её за счет очень малых усилий от измерительных устройств достигается установкой усилителя между соплом – заслонкой и исполнительным механизмом. В этом случае сечение дросселя и сопла уменьшаются до минимума и рабочий ход заслонки составляет всего лишь 0,01 – 0,05 мм. Такое решение делает конструкцию сопла и заслонки более универсальной и распространенной.

Затрачивая небольшую мощность на управление усилителем (перемещение заслонки), можно управлять значительной мощностью потока рабочего тела на выходе усилителя, что следует из формулы:

N=P_A∙Q, (1)

где: N - мощность усилителя; Q - расход рабочего тела через проходное сечение; P_а - давление в междроссельной камере при постоянном расходе жидкости выходной линии.

Статическая характеристика усилителя представляет собой зависимость давления в камере от зазора между заслонкой и торцом сопла (Р_А=f(δ)).

В статических режимах расход рабочего тела через дроссель равен его расходу через сопло с заслонкой. Предполагая, что истечение происходит в атмосферу (Р₀ = 0 атм.), эти расходы (Q₁=Q₂) могут быть найдены по выражениям:

где μ₁ и μ – коэффициенты расхода через дроссель и сопло с заслонкой соответственно; f₁ и f -  площади их проходных сечений; g - ускорение силы тяжести; γ - удельный вес рабочего тела. В установившемся режиме Q₁ = Q₂, поэтому из уравнения после преобразований получаем, что:

где σ_n - проводимость дросселя; a - коэффициент пропорциональности. При δ=0 давление Р_А = Р₀, а при δ>0 - давление в междроссельной камере уменьшается, поскольку оно зависит от «δ²».

Чувствительность усилителя определяется как:

Она может быть определена геометрически как тангенс угла наклона касательной, проведенной к кривой Р_А=f(δ). Поскольку эта зависимость не линейная, то чувствительность К также изменяется при изменении δ.

Литература:

1. Чемоданов Б.К. «Следящие приводы». М.: МГТУ, 2002г.

2. Тудвасева Г.В., Власов A.B., Власов В.В; «Расчет теоретической-динамической характеристики ЭГУМ типа «сопло-магнитожидкостная заслонка»», Балаково, 2004г.