Пневматические логические элементы

На  рис. 39,6 приведена схема элемента ИЛИ с так называемой «летающей  мембраной». Элемент состоит из двух шайб 1 VL 3 с соплами, через которые  подаются входные сигналы, и свободно лежащей мембраны 2 без заделки  по периферии. Как видно из схемы, элемент имеет предельно простую конструкцию и малые габариты. Он работает аналогично элементу, приведенному на рис.39,а, и имеет тот же недостаток. Этого недостатка лишен двухмембранный элемент ИЛИ, приведенный на рис. 39,в. Элемент имеет две мембраны / и 2, связанные

Общим жестким центром 3. Мембраны закреплены между тремя корпусными шайбами 4, 5 и 6. На один из входов подается сигнал р\, на второй вход — сигнал р2. Если pi = 0 и р2 = 0, то сигнал на выходе Рвых также равен нулю. В том  случае, когда pi = l, а р2 — 0, воздух со входа р\ поступает одновременно в глухую камеру Г и через перепускной канал в проточную камеру Б, кото рая постоянно сообщается с выходом. В результате зна чительного усилия, которое создается входным давле нием, действующим одновременно на две мембраны мембранный узел из среднего безразличного положения перебрасывается в крайнее верхнее положение, при котором верхнее сопло шайбы 5 открыто, а нижнее плотно закрыто эластичной накладкой жесткого центра. Через образовавшийся между верхним соплом и накладкой зазор ©оздух под давлением pi = l поступает на выход. Чем больше входное давление, тем плотнее закрывается н»ижнее сопло. Противоположные камеры А и В сообщаются между собой через пропускной канал и давление р2 в них равно нулю.

Если сигнал  pi = 0, элемент работает так же,

Как и в предыдущем случае, только воздух со входа р2 поступает в  камеры Л и 5, причем из «последней он поступает на выход. Мембранный узел занимает крайнее нижнее положен^ие, а камеры Б и Г сообщаются с  атмосферой. Как и в предыдущих элементах ИЛИ, при подаче на оба входа двухмембранного элемента различных сигналов на выход проходит больший из них.

Несколько обособленно стоят широко распространенные в пневматике пневматические обратные клапаны. Их с некоторым  допущением можно отнести к группе логических элементов. Обратный клапан выполняет функции, аналогичные полупроводниковым диодам, т. е. обеспечивает движение воздуха только в одном н^аправ-лении. Существует много различных конструкций обратных клапанов на различные рабочие давления и расходы. К некоторым из них предъявляется требование обеспечения минимального сопротивления движению •воздуха в прямом направлении.

Основное конструктивное отличие  обратных клапанов заключается в  форме запирающего элемента.

На рис. 40 представлены два обратных клапана — шариковый (рис. АО, а) и плунжерный с коническим 82

Седлом (рис. 40,6). При движении воздуха  в прямом направлении (н<а рисунках показано стрелками) шарик или конический плунжер отжимает пружину и воздух со сравнительно небольшими потерями давления проходит на выход клапана.

При изменении направления потока воздуха плотность прилегания шарикс или конического плунжера к седл) обеспечивается усилием, coздaвaeмы^ давлением  воздуха и пружины.

Усилие  пружины может оказат! практически  ощутимое влияние только для тех  случаев, когда обратные кла паны работают на очень низких дав лениях. И тот, и другой клапаны ис пользуются при сравнительно неболь ших расходах.

На  рис. 41,а представлена кон струкция мембранного обратного кла пана типа ОК-3, отличительной осо бенно'стью которого является то, чтс он может  работать в широком диапа зоне давлений (от сотых долей атмосферы  до 5 ат) с хорошей расходное характеристикой. Обратный клапаь состоит из двух корпусных деталей с штуцерами, мембраны с жестки1У центром, слабой цилиндрической пружины и эластичной клапанной накладки.

При движении потока воздуха е прямом направлении (показано стрелкой) усилием, действующим в камере А на всю площадь жесткого центра и мембраны, жесткий центр, преодолевая незначительное сопротивление пружины, отклоняется от эластичной накладки, открывая проход потоку воздуха через центральное отверстие. При изменении направления потока воздуха давление в камере Б только плотнее прижимает клапан в «акладке. Обратный клапан ОК-3' предназначен для подключения с помощью пластмассовых трубок или для установки 1на пневматических печатных платах.

На  рис. 41,6 показана другая конструкция  мембранного обратного клапана  типа ОК-1, штуцеры которого рассчитаны на присоединение пластмассовыми или  металлическими трубками. Принципы действия и характеристика клапана ОК-1 такие же, как и у клапана ОК-3.

На - рис. 42 представлена принципиальная схема  трехмембранного реле с регулируемым дросселем, выполняющая функции  генератора пневматических импульсов. Настройка генератора импульсов  осуществляется с помощью регулируемого дросселя.

Первоначальное  положение, при котором пневмоконтакт  реле разомкнут, обеспечивается подачей  давления подпора /?п='0,2 кгс1см^ в камеру Б, Генератор начинает работать при подаче давления питании Рпит=1,2 KdcjcM^. Давление питания поступает в камеру Л и на выход через постоянный дроссель, а в камеру В через дополнительный регулируемый дроссель, установи ленный на линии питания. Таким образом, после подачи давления питания на вход генератора на его выходе вначале формируется сигнал 1. Затем постепенно давление в камере В возрастает, жесткий центр поднимается, и сопло генератора открывается. При этом ©оздух из линии питания, линии входа и камеры А устремляется через камеру Г в атмосферу. После этого на выходе исчезает сигнал 1. Длительность выдержки этого сигнала определяется временем стравливания давления из камеры В через регулируемый дроссель и камеру Г в атмосферу. Как только давление в камере В станет меньше давления подпора, сопло вновь закроется, а на

Выходе  элемента появится сигнал 1. Таким образом, время накапливания давления в камере В определяет время существования на выходе единичного сигнала, а Бремя опорожнения этой камеры — время выдержки нулевого сигнала на выходе. От объема камеры 5 и от степени открытия регулируемого дросселя зависит величина периода генератора импульсов.

На  рис. 43,а и б доказаны схемы  пневматической ячейки памяти дискретного типа, предназначенной для отработки на выходе дискретного сигнала и сохранения его значения в течение некоторого (промежутка времени. Как видно по схемам, дискретная ячейка памяти составлена из двух реле: одного .одноконтактного и одного двухконтактного. В первом случае (рис. 43,а) входное давление подается в камеры Л и Г, командное давление—в камеру Б, а давление подпора рпод = 0,4 кгс1см^~-в камеру В. Выходной сигнал может принимать только два дискретных значения 1 и 0.

Все возможные комбинации значений входного и командного сигналов и соответствующие  им значения выходного сигнала приведены  в таблице.

Если Рвх и /?к равны нулю, то жесткий центр верхнего реле под  действием давления подпора в  камере В (рпод=0,4 кгс1см^) занимает верхнее  положение. При этом сопло С\ открыто. Однако давление на выходе сопла Ci и  в соединенной с ним камере Е нижнего реле равно нулю. Поэтому жесткий центр нижнего двухконтактного реле под действием давления подпора (рпод=1 KecjcM?) в камере Ж также занимает крайнее верхнее положение, закрывая сопло С2. Камера Д при этом через линию выхода, сопло и камеру И сообщается с атмосферой. Следовательно, выходной сигнал

Рвых= 0.

Если рк будет по-прежнему оставаться равным нулю, а рвх изменится и  станет равным 1 (Рвх=1,4 KacjcM^)^ то через  открытое сопло с\ сигнал 1 поступит в камеру Е и жесткий центр  нижнего (реле займет крайнее нижнее положение, прадкрыв сопло сз 1и открыв сопло С2. При этом давление питания через 1соо1лю С2 и камеру Д поступит на выход, т. е. /?вых станет равны>м рпит или условно I. При из'мененйи затем комаадного сигнала рк с О на 1 оилнал на (выходе не ’изменится, та»к как при заг^ры-тии сопла С\ давление ib iKaiMepe Е «запирается» («запоминается»). Выходной сигнал изменится только в том случае, если рк и Рвх одновременно станут равны нулю, тогда камера Е соединится с атмосферой. Следовательно, на выходе ячейки памяти формируется сигнал, соот-ветст1вуюш,1ий давлению в (камере запомпнания Е.

При работе ячейки памяти по 2-й схеме (рис. 43,6) давление входа Рвх подается в камеры Л и Г, командное давление  рк — в  камеру В,  а давление подпора

Рпод=1 кгс1см^ — в камеры Б и  Ж. Зависимость между Рвх, Рк и рвых для этого случая работы ячейки представлена в таблице.

В этой схеме (рис. 43,6) на выходе элемента запоминается и остается  условный сигнал 0.

Сигнал 1  возникает на выходе

Только в том случае, когда  Рвх и Рк одновременно окажутся равными  условной единице.

На рис. 44 представлена схема дискретного  элемента задержки на один такт. Конструктивно  элемент задержки состоит из четырех  двухмембранных узлов, в каждом из которых имеется по одному пневмоконтакту: три замыкающих и один размыкающий. Первоначальное положение этих контактов и мембранных узлов в целом определяется подпорами, создаваемыми воздухом при давлении 0,4 и 0,6 кгс! см?. Элемент имеет два независимых входа: вход и генератор колебаний давления IB пределах 0—1 кгс1см^.

Каждый такт разбивается на два  этапа: первый этап, когда давление в линии генератора равно нулю, второй этап — давление равно 1 кгс! см?. В соответствии с этим и  элемент задержки состоит из двух частей: верхней части (мембранные узлы / и //), в которой осуществляется «запоминание» на время, пока в линии генератора отсутствует давление, и нижней части (мембранные узлы III и /V), в которой происходит запоминание на время, в течение которого в линии генератора давление равно 1 кгс! см‘^.

При поступлении давления 1 кгс! см^ через линию входа в камеру В мембранного узла / и при наличии  сигнала 1 кгс)см^ в линии генератора, а следовательно, и в камере А  воздух в камеру Г не попадает, так как пневмоконтакт этого мембранного узла закрыт. Если давление в линии генератора окажется равным нулю, воздух из камеры В через открытый пневмаконтакт про-

ХОДИТ В камеру Г, давление в ней  возрастает и мембранный узел II закрывает  свой пневмоконтакт. В результате этого  в линии питания за дросселем  перед закрытым соплом возрастает давление воздуха и передается в камеру И мембранного узла III. Таким образом, при нулевом давлении в линии генератора пневмоконтакт мембранного узла III закрыт под действием подпора в камере Ж и воздух, поступающий из линии питания, дальше камеры И не проходит. При появлении в линии генератора давления 1 KaclcM?- мембранный узел / закрывает свой пн'евмоконтакт. В камере Я остается воздух, давление которого в случае негерметичности пневмоконтакта поддерживается благодаря поступлению воздуха через постоянный дроссель из линии питания. Входной сигнал при этом снижается, и в камере В давление становится равным нулю. К этому времени под действием давления, поступившего из ли»ии генератора в камеру 3, пневмоконтакт мембранного узла III открывается! и воздух из камеры И поступает в камеру /С. Под действием усилия, развиваемого давлением в камере К, мембранный узел IV закрывает свой 'пневмоконтакт и в линии на выходе элемента появляется сигнал. Так как входной сигиал появляется 'При условии, что давление в линии генератора равно 1 KecjcM^ (вход рассматриваемого реле является выходом предыдущего), то сигнал на выходе элемента задержки в целом появляется через такт после 'появления сигнала на его входе.

Смена сигналов в линии генератора, т. е. последовательность появлен'ия в  ней единиц и нулей, определяет разбивку времени на такты.

Все рассмотренные выше пневматические логические элементы и устройства, кроме обратных клапанов, приведенных на рис. 40, являются мембранными. Ниже рассматривается несколько типичн'ых для струйной техники логических устройств, построенных на базе струйных элементов.

Основными струйными элементами, на которых стро^ ятся дискретные логические схемы, являются усилители. На рис. 45,а  показана схема струйного триггера, у которого положительная обратная связь выполнена с помош^ью каналов, соединяюш, их выходы с дополнительными управляюпхими соплами.

Работает триггер следуюш, им образом. Давление питания /?пит подводится к  нижнему соплу. При подаче на один из управляюпхих входов, например Уь единичного сигнала силовая струя отклоняется  вправо и попадает в выходное (приемное) сопло B\. Одновременно это же давление попадает в дополнительный управляющий канал У\ и появившийся дополнительный сигнал У\ начинает действовать на силовую струю в том же направлении, что и основной управляющий сигнал Уь сначала усиливая его, а затем после его снятия (при ^1=0) заменяя его. Таким образом, за счет положительной обратной связи поток блокируется водном из основных каналов. Перевод триггера из одного 90

Устойчивого состояния в другое происходит при подаче импульса (условной единицы) на противоположнъш управляющий вход Уг-

На рис. 45,6 показана схема струйного  триггера, работающего на принципе отрыва пограничного слоя.

Питание на триггер поступает через  канал 6. Управляющий канал 5 разветвляется  на две ветви 2 и 3. Триггер имеет  два выхода — каналы J и 4. Каналы У, 4,

5 и 6 н»аправлены перпендикулярно  плоскости чертежа. Давление рпит  поступает на элемент непрерывно, а управляюп^ие сигналы подаются  короткими импульсами. После подачи на триггер питающего давления из-за несимметричности стенок раздвоенного канала 7 струя, вытекающая из канала 6, отклоняется в сторону одного из приемных каналов (У или 4) и из-за взаимодействия со стенкой этого канала и вихревым потоком IBO впадине как бы «прилипает» к стенке и удерживается

О одном из приемных каналш,

В результате повышается давление на соответствующем выходе триггера. Под  действием наклонной струи вокруг выхода канала питания образуется некоторое  разрежение, которое способствует удержанию струи в первоначальном положении. Распределение давлений в каналах триггера изменяется при подаче кратковременного единичного управляющего сигнала через один из выходов управляющего канала 2 или 3. Под действием этого сигнала струя, вытекающая из канала питания, перебрасывается в противоположное крайнее положение, в котором она, как и в предыдущем случае, удерживается за счет «прилипания» к стенкам канала. После переброса давление па выходе первого канала становится равным нулю, а на выходе второго канала — равным единице. Для появления одного импульса давления противоположного значения (изменение сигнала О на - I или наоборот) в каждом из приемных каналов необходимо два переброса струи, что соответствует подаче двух единичных кратковременных импульсов давления на управляющий вход триггера.