Расчет и выбор поршневого исполнительного устройства

Министерство образования Российской Федерации

Сибирский государственный технологический университет

Факультет автоматизации и информационных технологий

Кафедра автоматизации  производственных процессов

РАСЧЕТ И ВЫБОР ИСПОЛНИТЕЛЬНОГО УСТРОЙСТВА

Пояснительная записка.

(АПП.000000.224 ПЗ)

Руководитель:

___________ В. А. Драчёв

     ^{(подпись)}

_______________________

^{(оценка, дата)}

Разработал:

студент  группы  23-1

____________ А. А. Незнайко

         ^{(подпись)}

_______________________

^(дата)

Содержание

Введение………..…………………………………………………………………...

1 Расчет поршневого исполнительнительного механизма………………………

2 Расчет динамических свойств и быстродействия поршневого ИМ…………..

3 Разработка схемы управления исполнительным механизмом…….…………..

4 Расчёт и выбор регулирующего органа…………………………………………

Заключение………………………………………………………………………….

Список использованных источников……………………………………………...

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ РАСЧЕТА ИМ.

Тип и положение исполнительного механизма:   1 ГОР;

Давление питания исполнительного механизма: 0.63 МПа.;

Условный ход:                                                             S_Y=8×D;

Перестановочное усилие в конце прямого хода:  700 Н;

Температура воздуха:                                                 293 К;

Материал трубопровода:                                           сталь;

Длина трубопровода:                                                 10 м;

Вид уплотнения:                                                                    поршня – манжета,

 штока – резиновое кольцо;

Цикл работ:                                                                  А;

Виды местных сопротивлений:                                вентиль;

масло распылитель;

распределитель;

поворот

- два раза под 45⁰

- один раз под 90⁰

- один раз под 135⁰.

1 Расчет конструкции поршневого ИМ.

1.1 Определяем коэффициент нагрузки (К), учитывающий действие силы вредного сопротивления, значение которого находят по таблице 9 [10]:

K=1.25.

1.2 Определяем приближенное значение усилия, развиваемого поршнем (N_пор1, Н):

N_пор1. =К*N_пс..п. + N_{п..к.  ,}                                           (1.2.1)

Где        N_п..к. - усилие, развиваемое пружиной в конце прямого хода, Н;

          N_пс.п. - перестановочное усилие в конце прямого хода штока, Н.

N_п.к. =0,4*×N_пс.п. ,                                                      (1.2.2)

                                                  N_п.к. =0.4*700=280 Н.

    N_пор1 =1.25*700+280=1155 H.

1.3 Определяем предварительное значение диаметра поршня (D, мм):

                                                   D=1,15*Ö (N_пор1 /Р_пит.),                                             (1.3.1)

где     Р_пит - давление питания исполнительного механизма, МПа

                                         D=1,15 * Ö (1155/(0.63)=49.24 мм.

Полученное значение диаметра поршня округляем до большего стандартного ближайшего значения, таблица 1.5 [6].

D_CT. =50 мм.

1.4 Определяем диаметр штока по соотношению:

      d=(0,25 ¸ 0,4)*D,                                      (1.4.1)

      d=0.25*50=12.5 мм

Полученное значение d округляем до большего стандартного ближайшего значения, таблица 1.5 [6], причем большее значение d принимаем для меньших значений D.

d_ct. =14 мм.

1.5 Определяем условный ход поршня (S_Y, мм):

S_Y. =0.8*D.                                           (1.5.1)

S_Y. =0.8*50=40 мм.

Условный ход поршня, указанный в задании на проектирование, соответствует значению ряда номинальных длин хода поршня пневмоприводов (ГОСТ 6540 – 68), таблица 1.6 [6].

1.6 Определяем суммы сил вредного сопротивления (N_Т.М., Н) по формулам, приведенным в таблице 8 [10].

Для поршня:

N_Т.М.П=p×m×р_2×в×n×h,                              (1.6.1)

Для штока:

N_Т.М.Ш =p×m×р_2×в×n×d,                             (1.6.2)

где     р₂ – радиальное давление кольца, МПа (ориентировочно р₂ =0,7 МПа);

m - коэффициент трения, m=0,1;

в - высота кольца, мм;

n – количество колец;

h – высота активной части манжеты, мм; по ГОСТ 66-72, при (32<D<200) мм, h=2 мм.

N_Т.М.П =3.14*0.1*0.63*2=19.78 H.

N_Т.М.Ш =3.14*0.1*0.7*2*1*14=6.15H.

1.7 Находим эффективную площадь поршня (F_Э., мм²) по формулам:

Для бесштоковой полости:

F_Э.б.ш. =0,785×D²,                                            (1.7.1)

где     D – диаметр цилиндра, мм;

F_Э. =0.785×50²=1963 мм².

1.8 Выбираем значения давления трогания (Р_н., Мпа) из таблицы 7 [10].

Р_н..т. =0.125 МПа.

1.9 Определяем значения предварительного натяга пружины (N_п.п. , Н ) из условия:

Nп.п. ³ 1,5×N_Т.М.,                                            (1.9.1)

где     N_Т.М. – сила вредного сопротивления, Н.

N_Т.М. =N_Т.М.П. +N_Т.М.Ш.,                                   (1.9.2)

где     N_Т.М.П. ,N_Т.М.Ш. - силы вредного сопротивления поршня и штока, Н.

N_Т.М. = 19.78+6.15 =25.93 H.

Nп.п. =1.5*25.93=38.9 H.

 Значение давления трогания поршня находим из соотношения

Р_н.р.=(Nп.п.+N_Т.М.)/F_Э.,                                  (1.9.3)

где     F_Э. - эффективная площадь поршня, мм².

Р_н.р. =(38.9+25.93)/1963=0.033 МПа.

Р_н.р. <Р_н..т.

1.10 Определяем величину давления (Р_к., Мпа), при котором шток ненагруженного ИМ совершит ход, равный S_Y:

Р_к. =(0,4×N_пс.п. +N_т.м.)/F_Э.,                                          (1.10)

где     F_Э. - эффективная площадь поршня, мм².

Р_к.=(0.4×700+25.93)/1963=0.16 МПа.

1.11 Определяем жесткость пружины (q, кгс/см):

q=F_Э ×(Р_К - Р_Н) /S_У,                                                    (1.11)

где     Р_К. - давление в рабочей полости ИМ, при котором выходной элемент совершит ход, равный величине

условного хода, МПа;

S_У  - условный ход выходного элемента, см;

F_Э. - эффективная площадь поршня, мм²;

Р_Н - давления трогания, МПа.

          q=1963×(0.16 – 0.033)/40=6.23 кгс/см.

1.12 Определяем усилие (N_п., Н), развиваемое пружиной в конце хода поршня:

N_п. =N_п.п. +q×S_Y.,                                             (1.12)

где     S_Y.  - условный ход выходного элемента;

q - жесткости пружины, кгс/см.

N_п. =38.9+6.23*40=288.1 Н.

1.13 Определяем уточненное значение усилия (N_пор2, Н), развиваемого поршнем:

N_пор2. =N_пс.п+N_п+N_т.м.,                                    (1.13)

N_пор2 =700+288.1+25.93=1014.03 Н.

Уточнённое значение N_пор2 отличается на 12.2% от N_пор1, вычисленного по формуле (1). Результат N_пор2.  отличается менее чем на 15% от значения N_пор1, следовательно расчет можно продолжить

N_пор2 =1014.03 Н.       N_пор1 =1155 H.

2 Расчет динамических свойств и быстродействия  пневматического ИМ