книги / Основы пневмоавтоматики

3. Нагрузочные характеристики, которые являются расход­ ными характеристиками во входных и выходных каналах. Иначе они называются входными и выходными характеристи­ ками. Этого типа характеристики определяются зависимостя­ ми Q у = М ру )> QB = ЫРв).

1. СТРУЙНЫЕ ЛОГИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ, РАБОТА КОТОРЫХ ОСНОВАНА НА ВЗАИМОДЕЙСТВИИ ТУРБУЛЕНТНЫХ СТРУЙ

Основные функциональные элементы. Использовать взаимо­ действие силовых струй для построения пневматических или гидравлических устройств было предложено впервые В. Фернером [57]. Исследования показали, что на силовом взаимодей­ ствии потоков целесообразно строить струйные элементы логического действия, выполняющие как простые логические операции ДА, НЕ, ИЛИ, И, так и более сложные.

Струйные .элементы, действие которых основано на силовом отклонении потоков, бывают активными и пассивными. У ак­ тивных элементов имеется специальный питающий канал, по которому подводится давление питания. Пассивные элементы не имеют такого канала, и выходной сигнал в них формируется за счет сигналов.управления.

Рассмотрим принципиальные схемы и действие струйных

.активных элементов.

112

питающим, а другой под некоторым углом к нему, то получится струйный логический элемент, выполняющий логические опера­ ции ДА и НЕ. Рабочая жидкость под давлением питания р0

подводится к каналу питания и вытекает из него со скоростью

и рв2- Часть мощности с выходного канала В2 подается по кана­

лу положительной обратной связи ПОС во второй -канал управ­ ления Уо. Положительная обратная связь позволяет увеличить крутизну характеристики и коэффициент усиления элемента.

Логический элемент рассматриваемого типа реализует логические операции повторения (выходной сигнал рвг) и отри­ цания (выходной сигнал рв\). Его работа может быть описана следующими логическими соотношениями 1:

логической операции элемент осуществляет усиление входного сигнала, т. е. на выходах В\ и В2 значения сигналов рв\ и рв2

больше, чем ру\. Статическая характеристика (рис. 54, г) пока­ зывает изменение давлений рв\ и /?Вг на выходах элемента в

зависимости от управляющего давления ру\ .

В набор струйных элементов входит также элемент, имею­ щий два входных (управляющих) канала и построенный в соответствии со схемой, показанной на рис. 55, а. Любой из двух

с выходных каналов В\ и В2 снимаются выходные сигналы рв\ и /?В2. В рассматриваемом элементе для увеличения крутизны

характеристики введена положительная обратная связь, линия

1 Как известно, логические переменные могут принимать лишь два зна­ чения — условные 1 и 0 . Абсолютные значения давлений и расходов, соответ­ ствующие условные 1 и 0 , выбираются исходя из обеспечения функционально устойчивой работы струйных логических элементов (см. гл. VI). В дальнейшем в таблицах включений приводятся значения двоичных переменных 1 и 0 на выходах, соответствующих определенным состояниям входов.

которой соединяет выходной канал Вч с каналом управления У0.

Логический элемент реализует логические операции ИЛИ, НЕ — ИЛИ, и его работа описывается логическими соотно­ шениями

В2 = У\ + «V72» ^ 1 —У\ + У2•

Условные обозначения и таблица включений приведены на рис. 55, б и в .

Рв7

Если большую часть сигнала с наклонного выходного кана­ ла струйного активного элемента подать к управляющему каналу, расположенному ближе к каналу питания, то получает­ ся элемент памяти (рис. 56). Элемент памяти осуществляет запоминание факта подачи управляющего входного сигнала благодаря наличию сильной положительной обратной связи (СПОС).

Кроме управляющего канала Уь в элементе имеется управ­

ляющий канал Ci (сбросовый канал), при подаче сигнала в который элемент переходит в первоначальное состояние. Работа элемента состоит в следующем. При подаче давления питания ро в канал питания (рис. 56, а) струя направляется в выходной канал В\, где появляется давление рв\ (расход Q B I ) . Элемент

памяти находится в одном устойчивом состоянии. Если подать управляющий сигнал ру\ в канал Уь то в результате силового

воздействия на питающую струю и действия сильной положи­ тельной обратной связи питающий поток направляется в канал В2>где появляется сигнал /?В2- Этот поток идет полностью

на создание сильной положительной обратной связи. В канале

114

В\ при этом /?В1 = 0. Элемент памяти переходит в другое устой­

чивое состояние. Если в последующем в результате направле­ ния потока по каналу положительной обратной связи и воз­ никновения циркуляции питающего потока управляющий сигнал будет снят, состояние элемента памяти не меняется.

следует, что элемент памяти работает как триггер с раздельны­ ми входами.

Элемент памяти можно сделать более универсальным в функциональном отношении, добавив еще два канала управле­ ния (рис. 57). Элемент реализует не только операцию запоми­

однотактные логические операции. Одним из таких элементов является пассивный элемент И (рис. 58).

Рис. 58. Пассивный логический элемент И:

а — принципиальная схема; б — условное обозначение; в — таб­ лица включений

Входные (управляющие) сигналы подаются в каналы Уi и УгВыходной сигнал формируется в канале В. Соответствую­ щим выбором угла а и расстояния I между кромками входных

И6

и выходного канала добиваются такого положения, что сигнал

ввыходном канале В появляется лишь при наличии сигналов как в канале Уь так и У2. Поданный в какой-либо один из уп­

равляющих каналов входной сигнал направляется в атмосфер­ ную полость, не попадая в выходной канал 5 . Таблица вклю­ чений показана на рис. 58, в.

Используя взаимодействие потоков, удалось создать пассивный логический элемент, выполняющий несколько логи­ ческих операций,— так называемый комбинированный логиче­

ский элемент (рис. 59). Входные сигналы управления подают

б)

Рис. 59. Пассивный комбинированный логический элемент К:

а — принципиальная схема; б — условное обозначение; в — таблица включений

вканалы Уi и У2. В зависимости от сочетания входных сигналов

вкаких-либо из выходных каналов формируется выходной сиг­ нал. Если подан сигнал только в канал Уь то сигнал будет на выходе В\. Если сигнал подан только в канал У2, то на выходе В2 появляется сигнал. При наличии сигналов одновременно в каналах Уi и У2 формируется единичный выходной сигнал в выходном канале В3. Таким образом, элемент реализует сле­

дующие логические операции:

В х= У\Уъ В2 = У\У2] в ъ= у ху 2.

Схема, условное обозначение и таблица включений пока­ заны на рис. 59.

Рассмотрим примеры выполнения некоторых логических операций с помощью рассмотренных элементов (см. табл. 3); внешний вид платы со струйными элементами показан на рис. 60.

Функция равнозначности реализуется на двух логических элементах: пассивном комбинированном логическом элементе и усилителе с двумя входами. Логические переменные Х\ и х2

поступают на входы пассивного логического элемента, сигналы

117

Функция стрелка Пирса осуществляется на одном элементе в соответствии с логической формулой

*1 + * 2 = * 1 I *2 = у-

Рассмотренные функции дают возможность синтезировать произвольные, более сложные функции алгебры логики. Существуют разные способы реализации сложных функций из элементарных. На приведенном наборе струйных элементов

наиболее удобно синтезировать логические схемы, используя известные в алгебре логики два способа: способ перенумерации аргументов и способ подстановки в данную функцию новых функций вместо аргументов этой функции.

Пример 7. В качестве примера рассмотрим реализацию какой-либо слож­ ной логической функции на данном наборе струйных элементов.

119

Пусть задана сложная логическая функция в виде:

из логических формул, представленных в табл. 3. Применяя правила алгебры логики, получим

L = [ * , * 2 + х,*2] + [х2- 1• 1] = [*, (х2+ х2)] +~х2= (ж, • I) + х2=

= Xi + х2 = х хх2 = х 2(ы, + Иг).

Таким образом, исходное выражение или преобразованное выражение реализуется на данном наборе струйных элементов в виде следующих вариан­ тов схемы: логическая операция Н Е —И либо ИЛИ отрицаний, либо логиче­

лентной затопленной струи и основные гидродинамические зависимости, характеризу­ ющие распространение тур­ булентных потоков и тур­ булентных струй, лежащие в основе расчета их взаимо­ действия, достаточно под­ робно изучены [1].

Рис. 61. К расчету турбулентной струи:

Турбулентная струя состоит из начального и основного участков (рис. 61), имеет зону ядра 2 , где скорость постоянна, и пограничный слой 3 , в котором скорость убывает к границе

струи.

120