Электропневмоклапаны

Агрегаты пневмомагистралей

Под понятием агрегаты пневмомагистралей (АПМ) в настоящем курсе объединены разнородные элементы, стоящие между сточником сжатого газа (ИСГ) и потребителем (приводом).

Задачи АПМ:

- подача сжатого газа на вход привода (трубки, соединения, уплотнения),

- стабилизация параметров сжатого газа (регуляторы давления),

- предотвращение аварийных ситуаций в пневмосистеме (сбросные клапаны, прорывные мембраны),

- управление потоками сжатого газа (электроклапаны).

Из всего многообразия указанных элементов ниж будут рассмотрены только некоторые.

Электропневмоклапаны (ЭПК) используются в пневмосистемах ЛА в качестве регулирующих или запорных органов, непосредствено воздействующих на газовые потоки. Коммутация газовых потоков осуществляется в соответствии с электрическими командными сигналами путем изменения проходных сечений переменных пневматических дросселей. Функциональная схема ЭПК может быть представлена следующим образом

где G _вхи G _вых- входной и выходной газовые потоки (G _вх= G _вых), I _у - сигнал управления.

По принципу управления ЭПК делятся на:

- ЭПК преобразующие непрерывные сигналы, в этом случае реализуется зависимость

G _вых= f (I _у),

- ЭПК преобразующие дискретные сигналы управления, в этом случае реализуется зависимость

где I _упор- пороговое значение управляющего сигнала.

Итак, ЭПК состоит из переменного дроселя того или иного вида и привода, обеспечивающего изменение проходного сечения этого дросселя. Для расчета указанных элементов ЭПК необходимо знать основные характеристики этих устройств.

Электромагнитный привод характеризуется мощностью управления (I _у U _у) и величиной тягового усития F э.

Переменный дроссель или, как принято называть его в данном устройстве, запорная пара характеризуется величиной проходного сечения А _кл и усилием газового потока воздействующего на подвижный элемент запорной пары F _н. При переменнгом дросселе сопло-заслонка проходное сечение определяется боковым зазором между соплом и заслонкой.

Для нормальной работы ЭПК необходимо обеспечить

F_э > F _н.

6 .2. Конструктивные схемы ЭПК.

Различные схемы ЭПК можно ранжировать по степени сложности.

- ЭПК прямого действия,

- ЭПК разгруженные от входного давления,

- двухкаскадные ЭПК или сервоклапаны.

Ниже приведены схемы ЭПК прямого действия и ЭПК разгруженного от входного давления.

Основное различие приведенных схем ЭПК в величине усилия F _mнеобходимого для перемещения подвижной системы. Для первой схемы

П _м - предварительное поджатие клапана, d _c - диаметр седла клапана. Для второй схемы

d _п - диаметр поршня, который выбирается равным диаметру седла. В этом случае последние два слагаемых взаимно уничтожаются и усилие F _mопределяется только поджатием пружины. Однако нужно иметь в виду, что и в этом случае усилие предварительного поджатия зависит от давления.

Предварительное поджатие, необходимое для создания уплотнительного контакта для плоской поверхности контакта определяется соотношением

П _м = D_срbq _уп, кГс,

где D_ср - средний диаметр уплотнения, b - ширина уплотнительной поверхности, q _уд- удельное давление, необходимое для создания уплотнительного контакта. Удельное давление определяется по эмпирической формуле (Справочник машиностроителя, т.4, кн.2 стр.792. М:.Машгиз. 1963.)

a и c - постоянные коэффициенты (для резины а = 3...5, с = 0,4...0,5, для стали а = 35, с = 1), b - ширина уплотнительной поверхности, р _р- рабочее давление (все величины в технической системе единиц). Из приведенных соотношений следует, что предварительное поджатие тоже зависит от рабочего давлениям и при высоких давлениях приводит к недопусимо большим усилиям, а большие усилия требуют применения больших приводов. При недопусимо больших приводах переходят к двухкаскадным клапанам (сервоклапанам).

В обоих рассмотренных случаях проходное сечение клапана А _экопределяется величиной бокового зазора в запорной паре

А _эк = d_cx,

где d _c - диаметр седла клапана, x - перемещение клапана. Обычно перемещение клапана равно перемещению якоря электромагнита.

При больших величинах давления газового потока приводной электромагнит становится недопустимо большим, в этом случае применяют двухкаскадные ЭПК, схема которого приведена ниже. На схеме обозначено: 1 - клапан выходного каскада, 2 - седло клапана, 3 - пружина, 4 - электромагнитный привод первого каскада, 5 - входной штуцер, 6 - выходной штуцер, 7 - поршень, 8 - сбросной дроссель, 9 – клапан первого каскада.

В исходном положении оба клапана 1 и 9 закрыты. Клапан первого каскада 9 закрыт под действием пружины, клапан выходного каскада 1 закрыт под действием своей пружины и входного давления p_z. При подаче сигнала управления на электромагнитный привод 4 клапан первого каскада 9 открывается и сжатый воздух по каналу поступает в полость над поршнем 7. Происходит одновременное наполнение через клапан 9 и опорожнение через дроссель 8 полости над поршнем. На подвижную систему выходного каскада действуют силы: в право – сила П_п пружины 3 и входного давления p _z на площадь клапана А_кл 1, в лево – давление p _п в полости над поршнем на площадь А_п поршня 7. Так как площадь поршня достаточно велика, то при определенном давлении над поршнем клапан выходного каскада открывается, т.е становится р _пА_п > П_п + p _zА_кл.

При снятии сигнала с электромагнитного привода клапан 9 под действием пружыны закрывается. Сжатый газ из полости над поршнем стравливается через дроссель 8 и выходной каскад закрывается. Если дроссель 8 сделать управляемым (поставить маленький электроклапан), то получится электропневмоклапан с памятью.

Вид конструктивного исполнения ЭПК прямого действия (ПЭКС-МАИ) приведн на рисунке ниже.

Конструктивное исполнение двухкаскадного ЭПК (ЭК-МАИ-200) приведено на рисунке выше. Левая цилиндрическая часть конструкции (1) – электромагнитный привод, правая часть констркуции (2) – пневмомеханическая, 3 – входной штуцер, 4 – выходной штуцер, 5 – электрический разъем..

6.3. Динамика электропневмоклапанов.

В соответствии со своей функцией ЭК преобразуют электрические командные сигналы в пневматические, при анализе их динамики приходится рассматривать три типа процессов:

- электромагнитные процессы,

- механические процессы,

- газодинамические процессы.

В связи со сложностью протекания процессов и их нелинейным характером задача исследования динамики ЭК часто сводится к определению времени срабатывания или времени установления давления в магистрали за клапаном. Задача решается путем по-этапного анализа работы ЭК и решения соответствующих дифференциальных уравнений с целью определения длительности каждого этапа. Общее время срабатывния ЭК определяется как сумма длительностей отдельных этапов. Рассмотрим последовательно однокаскадный и двух каскадный электроклапаны.