книги / Основы пневмоавтоматики

Рис. 69. Релейный струйный элемент, действие которого осно­ вано на эффекте Коанда:

Рис. 70. Элемент памяти (триггер с раздельными вхо­ дами):

а — схема элемента; б — функциональная.характеристика; в — нагрузочные входная и выходная характеристики; г — ус­

ловное обозначение; д — таблица включений

9*

Функциональная операция, выполняемая элементом, опреде­ ляется его геометрией. Начальное положение питающей струи также зависит от геометрических параметров элемента. В сред­

выходных каналов и рассекающего клина по отношению к ка­ налу питания. Переключение струи от одной стенки к Другой происходит при подаче управляющего сигнала в канал Уь Так, если в первоначальном положении струя прилипает к стенке С2

ее к стенке Сх. Подбором соответствующих длин стенок Сх и С2

и углов их наклона можно получать различные режимы работы струйного элемента. При малой длине стенок и больших углах их наклона элемент работает в режиме усилительного реле. Функциональная характеристика такого элемента приведена на рис. 69, в. С помощью элемента можно реализовать логические

операции В2 = Уi отрицания и В х = Ух— повторения входного

сигнала.

Петлю гистерезиса Apyi статической характеристики ре­ лейного струйного элемента можно менять путем изменения геометрии элемента. Например, относительное увеличение длины стенок способствует лучшему прилипанию струи и увели­ чению петли гистерезиса. Выходная и входная нагрузочные статические характеристики, выражающие зависимость расхода

Струя в таком элементе занимает два устойчивых состояния, а элемент носит название элемента памяти или струйного тригге­ ра с раздельными входами. Последовательность работы струй­ ного элемента в указанном режиме приведена в таблице на рис. 70, д. Статическая и нагрузочные характеристики эле­ мента памяти показаны на рис. 70, б, в.

Варьируя геометрические параметры, можно получить струйные элементы с различным функциональным назначением, характеристики которых меняются в довольно широком диапазоне. В частности, гистерезис характеристики может меняться от величины, обеспечивающей появление эффекта запоминания, до практически нулевого значения. Коэффициент усиления сохраняется достаточно большим.

Существует несколько модификаций рассмотренного струй­ ного элемента, которые обеспечивают выполнение иных логи-

132

V V

Рис. 71. Логический элемент ИЛИ, НЕ — ИЛИ:

а — схема элемента; б — условное обозначение; в -- таблица включений; г — условная схема модификации элемента

в)

Рис. 72. Двоичный струйный полусумматор:

а — схема двоичного полусумматора на одном струйном элементе; б — таблица включений

ческих операций. Наиболее распространенные из них представ­ лены на рис. 71—73.

На рис. 71 дана схема элемента, выполняющего логические операции ИЛИ, НЕ—ИЛИ. Если хотя бы один из управляющих сигналов отсутствует, то струя за счет несимметрии (или в результате подачи подпирающего давления в канал, располо-

РВ2

на рис. 71) всегда в начальном состоянии направляется в выход­ ной канал В2. При подаче управляющих сигналов в каналы У\ или У2 или же в оба канала одновременно питающая струя от­

клоняется, прилипает к правой стенке и направляется в выход­ ной канал В\. Соответствующим подбором геометрии элемента

можно устанавливать величину гистерезиса, необходимую для обеспечения требуемой помехоустойчивости К При снятии уп­

равляющих сигналов питающая струя переключается к левой стенке. Таким образом, с помощью рассматриваемого элемента

— У1 + У2\ В = У\ + У2.

Один из вариантов струйного элемента рассматриваемого типа может менять режим работы и в зависимости от способа включения выполнять либо логические операции (например, НЕ—ИЛИ, рис. 71, а, б, в), либо операцию запоминания сигна-

1 Действительно, если флюктуации входного сигнала (помеха) меньше ширины петли гистерезиса, то ложного срабатывания не происходит.

134

лов (рис. 70). Элемент, имеющий несколько режимов работы, обычно имеет две пары управляющих каналов, расположенных симметрично относительно канала питания (рис. 71, г). Подоб­ ного типа элемент [55] в зависимости от способа включения работает в одном из следующих трех режимов: режиме ИЛИ—НЕ—ИЛИ (используются входы Уь и У2, вход У3 соеди­

нен с окружающей атмосферой); режиме «запрет — имплика­ ция» (используются входы Ух и У4, вход У2 заглушен, вход У3 сое­

динен с окружающей атмосферой); режиме триггера с раздель­ ными входами (используются входы У2 и У3, входы У\ и У4

заглушены).

Как уже отмечалось ранее, при сложении чисел, заданных в двоичном коде, применяют двоичный сумматор на определен­ ное число п разрядов, включающий п — 1 одноразрядных сум­

маторов. Схема одноразрядного сумматора может быть собрана на пяти стандартных элементах ИЛИ—НЕ—ИЛИ. Однако струйная техника, открывающая большие возможности для создания новых типов многофункциональных элементов, по­ зволила реализовать схему суммирования значительно проще. Схема двоичного полусумматора на одном элементе имеет два входа У1 и У2 и два выхода В { и В2 (рис. 72). На два входа У\ и У2 подается код суммируемых чисел, на выходе В { получается код суммы, на выходе В2 — код переноса. Последовательность

операций показана в таблице на рис. 72, б. Действительно, поданная только на вход У2 струя направляется в выхлопной канал В\. Тоже самое происходит и при подаче сигнала на

вход У1? когда струя, обтекая вогнутую криволинейную стенку, направляется в выходной канал В\. И только при наличии обоих входных сигналов ру\ и руо суммарная струя направляется в канал В2, где появляется сигнал рв2• Таким образом реализуют

логические операции:

135

ствие этого за счет подсоса воздуха через левое сопло из кана­ ла 3 , а также подсоса из окружающей среды через атмосферные

канала 3 прикрыто, вблизи него образуется разрежение, и цир­ куляция потока в канале 3 меняет свое направление.

Работа триггера происходит следующим образом. Пусть начальное положение струи такое, что питающий поток на­ правляется в канал 2 (рис. 73,6). Поданный в канал 4 управ­

с питающим потоком (рис. 73, в), отрывает его от правой стенки. Струя питания направляется в выходной канал 7, где создается давление рв\ (рис. 73,6). После снятия управляющего сигнала

ру питающая струя продолжает оставаться в новом положе­ нии устойчивого равновесия, а циркуляция потока в канале 3 происходит по часовой стрелке (рис. 73,6). Поэтому при подаче следующего управляющего импульса струя под давлением ру (рис. 7 3 , г) направляется в канале 3 в сторону циркуляции

к левому соплу и, взаимодействуя с питающим потоком, направит его в выходной канал 2. Циклограмма работы триг­ гера приведена на рис. 73, е.

Выбор геометрических параметров элемента, работающего по принципу отрыва пограничного слоя. Рациональный выбор

геометрии струйного элемента, работающего по принципу отрыва пограничного слоя, может быть сделан на основании изучения гидродинамических процессов, протекающих в эле­

менте.

При проектировании струйных элементов рассматриваемого типа необходимо знать связь между основными геометрически­ ми размерами элемента и его рабочими параметрами — числом Re питающей струи, величинами давления и расхода переклю­ чения, внешними характеристиками и т. п. [44, 63].

Влияние кривизны стенки на рабочие характеристики струй­ ного элемента. Кроме прямолинейной и вогнутой стенок для

построения струйных элементов используют и выпуклые стенки, профиль которых подобен профилю крыла самолета (рис. 74). В такого типа релейном элементе при подаче давления питания р0 струя направляется в выходной канал, где появляется дав­

ление рвь При подаче управляющего сигнала р у происходит отрыв потока от стенки, и давление в нижнем выходном канале резко падает. На рис. 74, б показана статическая характеристи­

ка элемента для верхнего выходного канала при отсутствии нагрузки в выходном канале. На основе элемента может быть

136

Рис. 74. Струйный элемент, имеющий профиль крыла:

а — схема элемента; 6 — статическая характеристика; в, г — схемы состояний генератора колебаний

Рис. 75. Влияние формы стенки на характеристики струйного эле­ мента:

а — элемент с выпуклой стенкой; б — с плоской стенкой; в — с вогнутой стенкой; г — сравнительные характеристики

ным на рис. 76, в, имеет наихудшие характеристики. Экспери­ менты проводились на несжимаемой жидкости (воде) в струй­ ном элементе без атмосферных отверстий. Расстояние между

Рис. 76. Влияние формы рассекателя на характеристики переклю­ чения:

а— схема образования вихря в рассекателе; б, в, г, д, е, ж — различные формы рассекателей: з — сравнительные характеристики переключения

3. СТРУЙНЫЕ ЛОГИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ С ТУРБУЛИЗАЦИЕЙ ТЕЧЕНИЯ (ТУРБУЛЕНТНЫЕ УСИЛИТЕЛИ)

При построении устройств пневмоавтоматики широко исполь­ зуют усилители типа трубка — трубка с ламинарным питающим капилляром (турбулентные усилители). По сравнению с рас­ смотренными ранее элементами турбулентные усилители имеют ряд существенных преимуществ, главными из которых являют-

139