O BSAH O B SA H ............................................................................................................................................................ 1
SEZNAM ZÁ K LA D N ÍH O PO U ŽITÉH O O ZN A ČEN Í VF.LIĆ1N............................................... 6 PŘ E D M L U V A .............................................................................................................................................. 9
1.
Ú V O D ..................................................................................................................................................... 11
2.
FY ZIK Á LN Í V LA STN O STI V ZD U ŠIN . V ED EN Í V Z D U Š IN .............................................14 2 .1
F y z ik á l n í
v la stn o sti v z d u c h u
..............................................................................................................14
SUCHÝ V Z D U C H ......................................................................................................................................15 VELIČINY U RČ U JÍCÍ STAV SU C H ÉH O V Z D U C H U ................................................................. 15 I. ’’EX PE R IM EN TÁ LN Í" R O V N IC E .................................................................................................... 17 II. Rovnice viriálnf.......................................................................................................................................18 IV. TEO R ÉM K O R ESPO N D U JÍC ÍC H S T A V Ů ................................................................................ 19 2.2
ZÁKONITOSTI p r o u d ě n ! v z d u c h u
2.3
VÝPOČHT SVĚTLOSTI PO TRU BÍ ..................................................................................................23
2.3.1 2.3.2
p o t r u b ím
.....................................................................21
Tlakové ztráty při proudění vzduchu potrubím a m íslním i o d pory...................... 23 PtTimčr ootľubi...................................................................................................................24
2.4 P r ů t o k v z d u c h u z ú ž e n ý m p r ů ř e z e m ( š k r c e n í v z d u c h u ) ......................................... 25 2.4.1 D ynam ická stránka Skrčení v zd u c h u ........................................................................... 25 2.4.2 Term odynam ická stránka škrcení v z d u c h u ................................................................27 2.5
V Ý TO K PLYNU O TVO REM ...........................................................................................................28
2 .6
V lh k ý
2.6.1 2.6.2 2.6.3
v z d u c h ...................................................................................................................................................... 3 0
Suchý vzduch..................................................................................................................... 31 V oda a vodní p ára............................................................................................................. 31 V lhký vzduch - základní p oim v....................................................................................32
3. ZÁ K LA D N Í PŘ ÍST U P K PN EU M A TIC K Ý M V Ý PO ČTŮ M STA C IO N Á R N ÍC H ST A V Ů .......................................................................................................................................................... 33
3 .1 ’
Prvky
3 .2
ZÁKLAD NÍ TERMODYNAMICKÉ POJMY V PN EU M A T IC E .................................................................3 3
3 .3
P o u ž it í
p n e u m a t ic k ý c h o b v o d ů ja k o p n e u m a t ic k é o d p o r y
........................3 3
p r v n í h l a v n í v ě t y t e r m o d y n a m i k y ...............................................................................3 5
3 .3 .1
A p l i k a c e v p ř í p a d ě u z a v ř e n é h o s y s t é m u ..................................................................................3 5
3 .3 .2
A p l i k a c e v p ř í p a d ě o t e v ř e n é h o s y s t é m u ...................................................................................3 6
3 .4
V e n t il y
3 .5
V ý po čet
3 .6
ŘA ZEN Í PNEUMATICKÝCH O D PO RŮ ...........................................................................................................3 9
3 .7
M
3 .7 .1
a
Šk r t ic í
p r ů ř e z y ....................................................................................................................... 3 7
p r ů t o k u p o m o c í j i n ý c h p a r a m e t r ů ............................................................................ 3 8
o ž n ý p o s t u p v ý p o č t u p n e u m a t ic k é h o o b v o d u
.................................................................. 41
P r ů t o k o v ý d i a g r a m ................................................................................................................................4 1
3 .7 .2 M e t o d a e k v i v a l e n t n í h o p r ů t o k u , r c s p . e k v i v a l e n t n í h o s o u č i n i t e l e p r ů t o k u ..................4 4 3 .7 .3 P o u ž i t í r o v n i c e p r o p o d k r i t i c k é p r o u d č n i ..........................................................................................4 5 3 .7 .4 K o n t r o l a n á v r h u .................................................................................................................................................4 6
4 . D Y N A M I K A P N E U M A T I C K Ý C H M Ľ C 1 1 A N I S M Ů V E V Y B R A N Ý C H Z Á K L A D N ÍC H R E Ž I M E C H . ................................................................................................................................................................................4 8
4 .1
O d po ry
p r o t i p ř e n o s u e n e r g i e ............................................................................................................ 4 8
4 .1 .1 O d p o r p r o t i
d e f o r m a c i ........................................................................................................................4 8
4 .1 .2 O d p o r p r o t i
p o h y b u .............................................................................................................................. 4 8
4 .1 .3 O d p o r p r o t i
z r y c h l e n í ........................................................................................................................... 4 9
4 .2
Pohybové
r o v n i c e p n e u m a t i c k ý c h m e c h a n i s m ů .................................................................. 5 0
4.3 Z á k l a d n í v z t a h y u p ř í m o č a r é h o p n e u m o t o r u .................................................................52 4.3.1 Síly, pasivní o d p o r............................................................................................................52 4.3.2 N om ogram y pro výběr přím očarých m otorů............................................................. 56 4.3.3 N om ogram y pro kontrolu pístnic na v z p ě r.................................................................58 4.4 P r a c o v n í c y k l y p n e u m a t i c k é h o m o t o r u .................................................................... 60 4.4.1 V ýpočty přípravné a uzavírací fáze pneum atického m ech an ism u , ..............60 4.4.2 V ýpočty pracovní fáze pneum atického m echanism u .............................................. 61 4.4.2.1 Jednočinný pncum otor s konstantní velikostí p ro titlak u ........................................ 62 4.4.2.2 D vojčinný p n cum otor................................................................................................. 64 4.5 V ý p o č e t ú s t r o j í s p r a c o v n ím i p r o s t o r a m i k o n s t a n t n íc h a p r o m ě n n ý c h o b j e m ů ...................................................................................................................................................... 65 4.5.1 Ú strojí s pracovním i prostoram i konstantních objem ů........................................... 65 4.5.2 Ú strojí s pracovním i prostoram i prom ěnných o b je m ů ........................................... 73 4.5.2.1 Jednočinný pneum otor................................................................................................ 77 4.5.2.2 Jednočinný pneum otor s vratnou pružinou........................................................... 78 4.5.2.3 D vojčinný m echanism us s počátečním tlakovým spádem vzduchu působícím na píst........................................................................................................................................... 79 4.5.2.4 D vojčinný m echanism us bez počátečního tlakového spádu vzduchu působícího na píst................................................................................................................................................81
5.
M O D ELO V Á N Í PN EU M A TICK Ý C H M O T O R Ů .................................................................81 5.1 P n e u m a t i c k é p ř í m o č a r é m o t o r y .....................................................................................82 5.1.1 V ysokorychlostní pneum aticky p o h o n ...................................................................... 82 5.1.1.1 Předpoklady pro sestavení m odelu......................................................................... 83 5.1.1.2 Z jednodušeny m atem atický m o d el......................................................................... 83 5.1.1.2.1 Z ákladní m o d el........................................................................................................ 84 5.1.1.2.2 Úplný model vysokorychlostního pneum atického p o h o n u .......................... 86 5.1.1.3 V ýsledky sim ulačních experim entů........................................................................88 5 .2
Z je d n o d u š e n ý
v ý p o č e t b e z z a h r n u t ! t e r m o d y n a m ic k ý c h j e v ů
.............................9 0
Zm čna stavu plynu v záso b n ík u ................................................................................... 9 0 5 .2 .2 Výpočet pneum atického m echanism u......................................................................... 9 1 5 .2 .2 .1 Plnčni pistnicového prostoru vzduchem ................................................................. 9 2 5 .2 .2 .2 V ýtok v /d u ch u z nepístnicového prostoru pneum otoru..................................... 9 3 5 .2 .2 . 3 V ýtok a plněni při zm ěně objem u k o m o ry ............................................................ 9 3 5 .2 .1
5 .3
VÝ POČET
p ř ím o č a r é h o p n e u m o t o r u s e z a h r n u t ím t e r m o d y n a m ic k ý c h
JE V Ů 9 4
V ýpočet p rů to k ů ............................................................................................................... 9 5 Přestup te p la ...................................................................................................................... 9 6 Střední rychlost vzduchu v pracovním prostoru..................................................... 1 0 0 D iferenciální rovnice tlaku v pracovním prostoru p n e u m o to ru ...........................101 Transform ace diferenciální rovnice tlaku v pracovním prostoru na diferenční
5 .3 .1 5 .3 .2 5 .3 .3 5 .3 .4 5 .3 .5
tvar
103
5 .3 .6
D iferenční rovnice dvojčinného p neum otoru.......................................................... 104
5 .4 V Ý PO ČET r o t a č n í c h p n e u m a t i c k ý c h m o t o r ů ......................................................................... 108 5 .4 .1 L am elové p neum otorv................................................................................................... 110
M echanické charakteristiky pneum atických lam elových m o to rů ................... 113 N ástin výpočtu hlavních param etrů lam elového m otoru................................. 1 1 7 5 . 4 .2 Z ubové pneum atické m o to ry .............................................................................................. 1 1 8 5 .4 .3 Pneum otorv s rotačním i p ísty ...................................................................................... 1 2 0 5 .4 .3 .1 Z tráty netěsností a šk rcen im ................................................................................... 1 2 0 5 - 4 .3 .2 Spotřeba stlačeného vzduchu...................................................................................122 5 .4 .4 R otační pístové pneum otorv........................................................................................ 1 2 3 5 .4 .1 .1
5 .4 .1 . 2
6.
M O D ELO V Á N Í V Y BRA N Ý CH Ř ÍD IC ÍC H P R V K Ů ........................................................... 125 6 .1
P n e u m a t ic k é
rozváděče
л
v e n t i l y .................................................................................................125
Param etry pro stanovení průtokových vlastností rozváděčů v en tilů ................. 125 6 .1 .1 .1 D efinice p a ra m e trů ..................................................................................................... 1 2 5 6 .1 .2 Přepočet p aram etrů ......................................................................................................... 1 2 7 6 .1 .1
6 .2
E x p e r im e n t á l n í
z jiš ť o v á n ! v ý t o k o v ý c h
Ch a r a k t e r is t ik , d v o j ic e
try ska
KRUHOVÉHO PRŮŘEZU - K L A PK A ............................................................................................................................ 1 3 0 6 .3
7.
P r o u d ě n í ve š t ě r b i n á c h
.....................................................................................................132
TŘECÍ SÍLY V PŘ ÍM O Č A R Ý C H PN E U M O T O R EC H .................................................... 134 7.1
J e v t ř e n í ...................................................................................................................................... 134
1 .2
N e l i n e a r i t y t ř e n í ................................................................................................................ 135 Stick-slip e fe k t.................................................................................................................................. 135 Vliv sm ěru p o h y b u .......................................................................................................................... 135 Třeci z p o ž d ě n í.................................................................................................................................. 135
7 .3
8.
M ĚŘEN Í TŘECÍCH SIL PŮSOBÍCÍCH V PŘÍMOČARÝCH PNEUMOTORECH.....................................136
M OD ELO V Á N Í TŘ E C ÍC H SIL PŘÍM O ČA RÝ CH PN E U M O T O R Ů ........................... 140 8.1
Z je d n o d u š e n ý v ý p o č e t t ř e c í c h o d p o r ů
......................................................................... 140
8.2 M a t e m a t i c k é m o d e l y t ř e c í c h o d p o r ů ............................................................................ 140 K arnoppův m o d e l.............................................................................................................................141 A rm strongův m o d e l.........................................................................................................................142
9.
SIM U LA ČN Í SO FTW A RE A JEH O A P L IK A C E ................................................................ 143 SSP - s i m u l a č n í p r o g r a m p r o p n e u m a t i k u ....................................................................................143 O becné poznám ky к program u S S P .................................................................................143 9 .1 .2 H lavní nabídka program u S S P .................................................................................... 143 9 .1 .3 V edlejší nabídky program u S S P ........................................................................................ 1 4 4 9 .1 .4 M ěření průtokových charakteristik pneum atických odporů proti p o h y b u 145
9 .1
9 .1 .1
9 .2 . 9 .2 .2 9 .2 .3
9.3
M A TLA B - SIM U L IN K ................................................................. 147 Sim ulační m odely pneum atických prvků v program u S IM U L IN K ....................147 Program ový soubor S im p n e u ....................................................................................... 148 U kázky použití program ového souboru S im p n eu ................................................... 1 5 0
S im u la č n í s y s té m
9 .2 .1
B G SP p r o p n e u m a t i k u z a l o ž e n ý n a p o u ž i t í v a z e b n ý c h ......................................................................................................................................................151 9.3.1 Spojovací p rv k y .............................................................................................................. 152 9.3.2 Prvek k a p a c ity .................................................................................................................153 9.3.3 Prvek odporu....................................................................................................................153 9.3.4 Sim ulace pneum atických systém ů s použitím program u B G S P ........................ 154 9.3.4.1 M odelování systém u..................................................................................... 154 9.3.4.2 Rozšířeni program u B G S P ..................................................................................... 154 9.3.4.3 Porovnáni výsledků sim ulace s experim entem ........................................................ 154 S im u la č n í p r o g r a m
c ír a fú
9 .4 .
M A T Ľ M A T 1C K Ý M O D ľ.l. A S IM U L A C E P N E U M A T IC K É H O PÉR O V Á N Í
9^5
D y n a m ic k á a n a l ý z a p n e u m a t ic k ý c h s y s t ě m ú p o m o c í p r o g r a m o v é h o H y P n e u ................................................................................................................................158
157
souboru
9.5.1 9.5.2 10.
T echnika “ V isual M odeling” ..................................................................................... 158 D ynam ická m odelování pneum atických sy sté m ů ..................................................159
A N IM A Č N Í A K O N TRO LN Í SO F T W A R E ........................................................................... 163
10.1
PN E U SIM .................................................................................................................................163
10.2 FLUroSIM -P............................................................................................................................. 169 10.2.1 Prostředí program u F luidS IM -P ................................................................................. 169 10.2.2 Popis prvků obvodu v příkladu................................................................................... 170 10.2.3 Příklad a p lik a c e ..............................................................................................................172 P Ř Í K L A D .................................................................................................................................................. 174 Tabulka výsledných h o d n o t...........................................................................................................174 10.3 A U TO M A TIO N S T U D IO ...................................................................................................... 175 UKÁZKA PRV K Ů PO U ŽITÝ C H V PŘ ÍK L A D U ..........................................................................179
LIT E R A T U R A ...............................................................................................................
180
