Расчет параметров исполнительных механизмов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Основным средством технического прогресса, которое призвано обеспечить рост производительности труда, является автоматизация производства.

Автоматизация производства в современных условиях обеспечивает дальнейшую интенсификацию процессов, снижение расходов сырья, материалов, энергии и увеличение выхода готового продукта, улучшение качества продукции, а также повышает культуру производства в целом.

Для решения задачи управления необходимо иметь различные приборы и средства автоматизации, в том числе исполнительные устройства, обеспечивающие исполнения команд управления. Каждая автоматизируемая производственная операция или технологический режим процесса в зависимости от их особенностей требует применения соответствующего исполнительного устройства.

Бесперебойная, надежная и устойчивая работа исполнительного устройства зависит от квалифицированного их конструирования, а также проектирования, монтажа и эксплуатации систем автоматизации. Все это может быть обеспечено при условии, если специалисты будут иметь соответствующую теоретическую подготовку, и будут располагать необходимыми сведениями по виду технических средств как звена системы автоматического регулирования и управления.

1. Цель и задачи курсового проекта

· систематизация и закрепление знаний, полученных студентами при изучении курса «Элементы и устройства автоматики»;

· приобретение навыков самостоятельного выбора исполнительного механизма и расчета основных параметров пневматических мембранных и поршневых исполнительных механизмов

2. Задание на курсовое проектирование

Рассчитать основные параметры пневматических мембранных и поршневых исполнительных механизмов, начертить их графики по рассчитанным параметрам.

3. Основная часть

3.1 Расчет пневматических мембранных исполнительных механизмов

Исходными данными для расчета механизмов МИМ и МИМП являются:

N_ПС.П - перестановочное усилие в конце прямого хода штока, Н;

N_ПС.О - перестановочное усилие в конце обратного хода штока, Н;

S_у - условный ход штока, мм;

P_ПИТ - давления питания исполнительного механизма, Па

P_н - давление в рабочей полости, при котором начинается движение штока исполнительного ненагруженного механизма, Па

Р_к - давление в рабочей полости, при котором шток исполнительного ненагруженного механизма, Па, совершит ход, равный S_у, Па

Исходные данные	Значение величины
Перестановочное усилие в конце прямого хода штока NПС.П, Н	2050
Перестановочное усилие в конце обратного хода штока NПС.О, Н	290
Условный ход, мм	16
Давление питания Рпит, МПа	0,2
Давление в рабочей полости, при котором начинается движение ненагруженного, МПа	РН=0,02
Давление в рабочей полости, при котором шток ненагруженного И.М. совершит ход SУ, РК, МПа	РК=0,1

Расчет механизмов МИМ и МИМП производится в следующей последовательности:

1. Определяю предварительное значение эффективной площади мембраны. Для механизмов МИМ и МИМП



где К - коэффициент, учитывающий жесткость мембраны и трение штока в направляющих; К=1,03 - 1,05

Принимаю К=1,03.

2. Задаю отношение в = D₁/ D, равным 0,75.

3. Определяю предварительное значение диаметра заделки мембраны по формуле:

=

Полученное значение D округляю до большей ближайшей величины из указанных в таблице 1 и получаю D=200 мм.

При этом для механизмов МИМ и МИМП должно быть сохранено условие S_y ? 0,12* D.

Проверяю условие:

10 ? 0,12* 200

10 ? 24, то есть условие выполняется.

4. Определяю диаметр опорного диска из соотношения D₁ = в*D.

D₁ = 0,75*200 = 150 мм160 мм

Полученное значение D₁ округляю до большей ближайшей величины из указанных в таблице 1 и получаю D₁ =160 мм.

Определяю истинное значение в по соотношению: в = D₁/ D = 160/200=0,8.

5. Определяю диаметр штока из соотношения d = (0,05 - 0,1)*D.

d = 0,05*200 = 10 мм.

Полученное значение d округляю до большей целой величины.

6. Определяю толщину мембраны (в см) по формуле

=

где [ф] - допустимое напряжение на срез материала мембраны, Па.

7. По формулам определяю истинную величину F_э

Эффективная площадь для бесштоковой полости:

.

Для штоковой полости:

;

где D - диаметр заделки мембраны;

D₁ - диаметр опорного диска;

d - диаметр штока.

Итак, эффективная площадь для бесштоковой полости:

F=

Эффективная площадь для штоковой полости:

F_э =

По формулам определяю истинные величины перестановочного усилия в начале и в конце хода штока при прямом и обратном ходе.

Для прямого хода:

;

Для обратного хода:

;

где - усилие, развиваемое мембраной; - усилие упругой пружины, которое в крайних положениях хода выходного элемента определяется по следующим формулам:

в начале хода:

;

в конце хода: ;

Для бесштоковой полости:

= 0,1*10⁶ *253,8*10^-4 = 2538 Н.

в начале хода:

= 0,02*10⁶ * 253,8*10^-4 = 507,6 Н.

в конце хода:

= 0,1*10⁶ * 253,8*10^-4 = 2538 Н.

Для прямого хода:

ь в начале хода:

= 2538-507,6=2030,4 Н.

в конце хода:

=2538-2538 = 0 Н.

Для обратного хода:

в начале хода:

=507,6-2538=-2030,4 Н.

в конце хода: = 2538-2538 = 0 Н.

Для штоковой полости:

= 0,1*10⁶ * 253,015*10^-4 = 2530,15 Н.

в начале хода:

= 0,02*10⁶ * 253,015*10^-4 = 506,03 Н.

в конце хода:

= 0,1*10⁶ * 253,015*10^-4 = 2530,15 Н.

8. По формуле определяю жесткость пружины:



3.2 Расчет пневматических поршневых исполнительных механизмов

Исходными данными для расчета поршневых механизмов являются:

N_п.с.п. - перестановочное усилие в конце прямого хода штока, Н;

S_У - условный ход штока, мм;

Р_пит - давление питания исполнительного механизма, Па.

Исходные данные	Значение величины
Перестановочное усилие в конце прямого хода штока NПС.П, Н	2100
Условный ход Sy, мм	6
Давление питания РПИТ, МПа	0,63
Место потерь на трение	Уплотнение поршня и штока манжетами
Направление штока при прямом ходе	Горизонтальное

Расчет исполнительных пневматических поршневых механизмов производят в следующей последовательности:

1. задаются коэффициентом нагрузки k, учитывающим силу вредного сопротивления, значения которого находят по таблице.

Тип механизма	Направление движения штока при прямом ходе	Перестановочное усилие 1500-5000 Н
Беспружинный с односторонним штоком	Горизонтальное	1,20
	Вниз	1,16
	Вверх	1,19

Т.к. направление штока при прямом ходе - вверх, то возьмем к =1,19.

2. Определяю приближенное значение усилия, развиваемого поршнем,

N_пор=kN_пс.п+ N_п.к

Где N_п.к - усилие, развиваемое пружиной в конце хода, принимаемое равным 0,4N_пс.п

Т. к. тип механизма - беспружинный, то формула преобразуется:

N_пор=kN_пс.п = 1,19 * 2100 = 2499 Н.

3. Задаю давление в выхлопной полости механизма, значение которого при отсутствии подпора на выхлопе рекомендуется принимать р_в=0,02-0,06 МПа.

р_в=0,02*10⁶ Па.

4. Определяю предварительное значение диаметра поршня

D = 1,15 = 1,15 = 1,15*64,005* = 73,6* = 0,0736 м =73,6 мм80 мм

Полученное значение D округляю до большей ближайшей величины, указанной в таблице.

D = 80 мм.

5. Вычисляю диаметр штока по соотношению d=(0,25-0,4) D.

d=0,25*D = 0,25*80 = 20 мм.

Округляю по таблице до большей ближайшей величины.

d=25 мм.

6. Определяют сумму сил вредного сопротивления N_Т.М. по формулам, приведенным в таблице.

Для кожи:

Н

Н

Для резины:

Н

Н

7. Нахожу эффективные площади поршня по формулам:

Для бесштоковой полости:

F= 0,785*D² = 0,785*80²*10^-6 = 5024*10^-6 м².

Для штоковой полости:

F= 0,785*(D² - d²) = 0,785*(80² - 25²)*10^-6 = 4533*10^-6 м².

где D - диаметр поршня (цилиндра), d - диаметр штока.

8. Нахожу усилие противодавления на выхлопе только для беспружинных механизмов:

Для бесштоковой полости: N_B = P_BF_Э = 0,02*10⁶ * 5024*10^-6 = 100,48 Н.

Для штоковой полости: N_B = P_BF_Э = 0,02*10⁶ * 4533*10^-6 = 90,66 Н.

Определяют уточненное значение усилия, развиваемого поршнем

N_ПОР = N_ПС.П + N_П + N_Т.М + N_В

Для кожи:

Для бесштоковой полости:

N_ПОР = N_ПС.П + N_П + N_Т.М + N_В = 2100 +2,64 + 0,66 +100,48=2203,78 Н.

Для штоковой полости:

N_ПОР = N_ПС.П + N_П + N_Т.М + N_В = 2100 +2,64 +0,66 +90,66= 2193,96 Н.

Уточненное значение усилия N_ПОР без учета N_В равно 2103,3 Н. Оно отличается от N_пор= 2499 Н. на 15,8%.

Для резины:

Для бесштоковой полости:

N_ПОР = N_ПС.П + N_П + N_Т.М + N_В = 2100 +4,4 + 1,1+100,48=2205,98 Н.

Для штоковой полости:

N_ПОР = N_ПС.П + N_П + N_Т.М + N_В = 2100 +4,4 +1,1 +90,66= 2196,16 Н.

Уточненное значение усилия N_ПОР без учета N_В равно 2105,5 Н. Оно отличается от N_пор= 2499 Н. на 15,7%.

Заключение

Выполнив данную курсовую работу, я научился самостоятельно выбирать исполнительные механизмы и рассчитывать основные параметры пневматических мембранных и поршневых исполнительных механизмов.

Регулирующим механизмом в САР называют устройство, перемещающее регулирующий орган в соответствии с сигналом, поступающим от регулирующего устройства (регулятора).

Наиболее распространены мембранные исполнительные механизмы. Перестановочное усилие создается давлением сжатого воздуха в рабочей полости исполнительного механизма на эластичную (обычно резинотканевую) мембрану, герметично заделанную по краю между верхней и нижней крышками. Принцип действия пневматического исполнительного привода состоит в том, что резиновая мембрана, закрепленная между крышками, может прогибаться в зависимости от разности давлений, создаваемых с одной стороны воздухом, с другой стороны - спиральной пружиной. Спиральная пружина одним концом упирается в мембрану при помощи металлического диска, а другим концом во втулку и гайку. Давление воздуха на мембрану подается через отверстие. К металлическому диску прикреплен шток привода, который соединен со штоком регулирующего органа. При отсутствии давления воздуха на мембрану регулирующий орган под действием пружины поднимается вверх. При подаче на мембрану сжатого воздуха шток перемещается вниз. При помощи диска и шкалы можно наблюдать за положением регулирующего органа.

Поршневые исполнительные механизмы могут быть одностороннего и двустороннего действия. Приводы одностороннего действия применяют в тех случаях, когда возвратное движение поршня совершается вхолостую. В конструкцию поршневого исполнительного механизма входят цилиндр, шток с поршнем и система уплотняющих устройств. Пневматический исполнительный механизм одностороннего действия работает следующим образом: через отверстие штуцера в полость I цилиндра подается сжатый воздух; воздух давит на поршень, который перемещаясь вправо, выполняет необходимую работу, одновременно сжимая пружину. Полость II цилиндра должна свободно общаться с атмосферой; в противном случае при движении поршня вправо здесь может образоваться противодавление воздуха, а при движении поршня влево - вакуум. Для осуществления возвратного движения следует открыть доступ воздуха из полости I в атмосферу. В исходное положение поршень и связанный с ним регулируемый орган возвращаются под действием сжатой пружины. В пневматический привод двустороннего действия воздух можно подавать к обеим полостям цилиндра.

пневматический мембранный поршневой штоковый

Список литературы

1. Жалмухамедова Ж.М. Методические указания к выполнению курсового проекта по дисциплине Элементы и устройства автоматики. - Астана, 2005.

2. Емельянов А.И., Емельянов В.А. Исполнительные устройства промышленных регуляторов. - М.: Машиностроение, 1985. - 225 с.

3. Слободкин М.С., Смирнов П.Ф., Кадинер Ю.Я. Исполнительные устройства регуляторов. - М.: Недра, 1972. - 302 с.

Размещено на Allbest.ru