Анализ схем уравновешивающих механизмов

Средняя кривая 1-3 – изотерма.

Величина расхождения  полинтроп 1-2 и 3-4 от изотермы 1-3 зависит от скорости давления качающейся части. Чем больше скорость, тем больше будут участки 2-3 и 1-4 и тем больше будет истинный процесс сжатия – расширения отличаться от изотермического.

В том случае, когда подъем и опускание качающейся части  идет с остановками в промежуточных  положениях, температурные влияния  будут сглаживаться.

Таким образом, в пневматических уравновешивающих механизмах имеются  два вида уравновешивания при  сопоставлении момента веса качающейся части  с моментом, развиваемым  уравновешивающим механизмом:

СТАТИЧЕСКОЕ – когда сопоставляются моменты в состояние покоя,

ДИНАМИЧЕСКОЕ – когда моменты сопоставляются при движении качающейся части в определенном режиме работы.

При расчете необходимо учитывать  оба вида уравновешивания .При этом нужно помнить, что усилие механизма зависит  и от скорости наведения ( при изменении скорости меняется показатель политропы 0 и от режима работы (идет процесс непрерывно или с остановками).

Зависимость усилия от скорости наведения особенно важно для  систем с механическим приводом, имеющий  ручной дублер.

Второй особенностью пневматических компенсаторов является чувствительность их к изменению температуры окружающей среды. С изменением температуры  существенно изменяется давление в  пневмо-цилиндрах.

             (1.2)

При постоянно объеме

     (1.3)

 

     (1.4)

 

             (1.5)

 

     (1.6)

Определим увеличение силы пневматичеческого компенсатора при повышении температуры от +15 до +30, если рабочая площадь поршня

F= 400 с и механизм отрегулирован при давлении = 300

 = 273 + 15=288 К; = 273+ 30 =303К.

Давление в цилиндре будет 

 =30 = 316

Усилие механизма:

При t = +15; =120000 H;

При t = +30; =126400 H;

Естественно, что при таких  расхождениях между фактическим  и расчетным усилием механизма, уравновешенность не может быть обеспечена. Этот органический недостаток пневматических  компенсаторов может быть устранен в значительной степени одним  из следующих способов:

1) На машине устанавливается  баллон высокого давления (рисунок  1.12).

При снижении температуры  производится пополнение цилиндра компенсатора с помощью вентиля. При повышении  температуры излишек газа с помощью  вентиля выпускается в атмосферу. Этот способ достаточно прост и применяется  в тяжелых системах. Основной его  недостаток состоит в невозвратной потере газа при выпуске в атмосферу  и необходимости в следствии этого, периодически подзаряжать или заменять баллон. Для самоходных установок, имеющих компрессор высокого давления, постоянно работающий при работе двигателя, это не является недостатком. Баллон постоянно подзаряжается до максимального давления.

1- баллон высокого давления; 2,3 – вентили;

Рисунок  1.12

 

2) Нужное начальное давление  устанавливается путем выпуска  избыточного количества в атмосферу  или увеличением давления до  требуемого с помощью насоса. Этот способ связан с определенной  затратой времени , что может оказаться недопустимым .

3) Изменение давления  осуществляется путем изменения  расстояния между шарнирами компенсатора (рисунок 1.13 а). При этом способе  изменяются одновременно давление  и объем газа, что увеличивает  возможности регулировки.

1- домкрат

Рисунок 1.13а

 

3) На аккумуляторе устанавливается  специальное устройство для изменения  давления в цилиндре за счет  изменения объема, занимаемого сжатым  газом (рис 1.13б).

Рисунок 1.13б

 

При изменении последних  двух способов вводится переменная ошибка, являющаяся функцией угла возвышения. Следовательно, изменяя объем, занимаемым сжатым газом, можно получить совпадение фактического усилия с расчетной  величиной только для одного значения угла возвышения.

5) На аккумуляторе или  отдельно устанавливается дополнительным  объем воздуха, который соединяется  с рабочим цилиндром через  вентильное устройство. Давление  в дополнительном объеме и  в рабочем цилиндре равны при  средней температуре и среднем  угле возвышения. При изменении  температуры окружающей среды  нарушенное уравновешивание может  быть восстановлено путем перепуска  части воздуха из рабочего  объема в дополнительный или обратно. Для этой цели качающейся части придается угол , при котором результирующее давление в общих объемах при открытом вентиле было бы равно оптимальному давлению, соответствующему данному углу возвышения. После отсечения дополнительного объема от рабочего цилиндра давление в рабочем цилиндре будет оптимальным на всем диапазоне углов.

Величина дополнительного  объема определяется по формуле:

      (1.7)

 

Где - величина дополнительного объема;

       , - наибольшая и наименьшая величины рабочего объема;

       , – наибольшая и наименьшая абсолютная температура окружающей среды;

Если расчетный дополнительный объем велик и требуется  его  уменьшить, то для этой цели может  быть применена схема двухвариантного  заполнения. В этом случае на холодный зимний период задаются одни пределы  температур , на летний период – другие.

Величина определяется по формуле:

;         (1.8)

 

Где  = -- величина перекрытия;

        - наибольшая абсолютная температура для зимнего заполнения;

- наименьшая температура  для  летнего заполнения;

Для определения необходимого угла возвышения, при котором следует  соединять объемы при изменении  температуры окружающей среды, служит специальный график, который строится по следующим зависимостям:

 

 

Для одновариантного заполнения

;            (1.9)

 

Для летнего заполнения

;             (1.10)

 

Для зимнего заполнения

;             (1.11)

 

Для совмещения прямых, изображающих на графике зависимость  от Т, следует масштаб температур брать различными с таким расчетом, что отрезок ,был равен отрезку .

Рядом с осью координат  – шкалой давлений – наносится  неравномерная шкала углов возвышения, определяемая по формуле 

                    (1.12)

Где =

Объединенный график будет  иметь следующий вид

Рисунок 1.14 График зависимости  от Т

Оригинальностью данного  конструктивного решения является возможность быстрого осуществления  необходимой регулировки без  применения каких – либо измерительных средств.

 

 

А- изменение начального давления газа с помощью баллона или компрессора, расположенных на орудии;

Б – изменение базового расстояния между опорами УМ;

В – дополнительное устройство для изменения объема, занимаемого сжатым газом;

Г – дополнительный объем газа, соединяемым с УМ через вентиль;

Рисунок 1.15 - Способы регулировки давлений в пневматическом уравновешивающем механизме

 

Достоинства пневматических механизмов:

1. компактность и меньший вес;
2. возможность компенсации практически любых весовых моментов;
3. широкие возможности для регулировки усилий.

 

Недостатки пневматических механизмов:

1. невозможность обеспечения полного уравновешивания;
2. зависимость усилий от скорости подъема и от режимов работы;
3. зависимость от температуры;
4. большие дополнительные потери на трение в уплотнительных устройствах;
5. большая чувствительность к внешним повреждениям;
6. необходимость постоянного контроля за состояние уплотнений и за давление воздуха.

Для пневматических механизмов на давление газа в колонке большое  влияние оказывает температура окружающей среды. Поэтому здесь регулировка направлена на компенсацию влияния температуры окружающей среды. Давление в колонке восстанавливается изменения количества газа или занимаемого им объема. При частой регулировке, связанной с изменением количества газа в колонке, нарушается нормальная работа вентильного устройства, и сама регулировка требует много времени. От указанных недостатков свободна регулировка давления газа в колонке увеличением или уменьшением занимаемого им объема. Для цели в конструкции УМ обычно предусматривается дополнительным цилиндр с поршнем (рисунок 1.8). При перемещении поршня 5 изменяется давление и объем газа в механизме. Различным значениям температуры окружающей среды соответствуют определенные положения поршня регулировочного устройства.

Иногда для регулировки  пружинных и пневматических механизмов имеется возможность перемещения  их опор на люльке или верхнем станке. Смещение шарнирных опор связано с изменением геометрических параметров схемы уравновешивания и отражается на характере зависимости от угла возвышения усилия механизма и плеча действия его относительно оси цапф.

 

 

1-цилиндр; 2-поршень; 3 - уплотняющее  устройство; 4-вентильное устройство; 5-поршень;

Рисунок 1.16-  Схема пневматического уравновешивающего механизма толкающего типа

 

 

 

 

Пневмопружинные уравновешивающие механизмы .

Пневмопружинные механизмы имеют более сложную конструкцию по сравнению с пружинными и пневматическими механизмами. По конструкции они представляют собой пневматические уравновешивающие механизмы, в которые введены одна или две пружины, вступающие в работу при тех углах возвышения, при которых неуравновешенность наиболее велика.

Здесь наличие пружин уменьшает неуравновешенность. В большинстве случаев удовлетворительный результат достигается с помощью одной контрпружины, которая сжимается только в интервале больших углов возвышения. Контрпружина размещается в цилиндре (Рисунок.1.17, а) или полом штоке (Рисунок 1.17, б). Соответствующими конструктивными решениями можно обеспечить работу одной и той же пружины в начале и  конце диапазона углов возвышения (Рисунок. 1.17, в). При помощи пружины сначала увеличивается усилие, создаваемое газом, а потом уменьшается. Для лучшей корректировки диаграммы изменения усилия пневматического механизма, иногда приходится ставить две пружины (Рисунок.1.11, г). В интервале небольших углов возвышения действует в основном пружина малой жесткости 2, тогда как пружина большой жесткости 1 почти не работает. В среднем интервале диапазона углов возвышения пружины выключаются, а затем частично компенсируют действие сжатого воздуха.

Рисунок 1.17 – Схемы пневпоружинных уравновешивающих механизмов

 

В таблице 1.1 приведены орудия в которых используются различные уравновешивающие механизмы.

 

 

 

 

 

 

Таблица 1.1 – Некоторые  виды артиллерийских орудий в которых используются различные схемы уравновешивающих механизмов

 

Орудие	Калибр, мм	Тип	Количество механизмов на орудии	Расположение механизм
МТ-12	100	Пружинный компенсатор	1	Выше оси цапф на 230 мм , слева от оси ствола на 220 мм
ДТ-74	122	Пневмопружинный	2	Симметрично относительно ствола
Д-30	122	Пневмопружинный	1	Справа относительно ствола
М-46	130	Пневматический толкающего типа	2	Симметрично относительно ствола
2А36	152	Пневматический толкающего типа	2	Симметрично относительно ствола
2А31	122	Пневмопружинный толкающего типа с компенсатором	1	Ниже оси канала ствола , впереди оси цапф
2С3М	152	Пневмопружинный толкающего типа	1	Справа от ствола , сзади оси цапф
2А37	152	Пневматический толкающего типа	2	Симметрично относительно ствола
2А44	203	Пневмопружинный толкающего типа	2	Симметрично относительно ствола

 

 

2. Морфологический анализ схем уравновешивающих механизмов

 

Суть морфологического анализа в следующем

1) В объекте исследования, выполняющем заданную функцию, выделяют группу основных отличительных (классификационных) признаков (конструктивных, функциональных и т.п.) и для каждого из них конкретизируют возможные различные варианты исполнения (альтернативные варианты).

Для этого рассматривают  уже известную совокупность реализаций объекта (в данном случае – уравновешивающий механизм) и анализируют их сходство и различие;

2) Строят морфологическую таблицу с двумя входами: признаки и альтернативные варианты;

3) С помощью морфологической  таблицы получают множество комбинаций  альтернативных вариантов реализации отличительных признаков;