O BSA H OBSAH... 1 SEZNAM ZÁKLADNÍHO POUŽITÉHO OZNAČENÍ VF.LIĆ1N... 6 PŘ ED M LU V A...9 1. ÚVOD... 11 2. FYZIKÁLNÍ VLASTNOSTI VZDUŠIN. VEDENÍ V Z D U ŠIN...14 2.1 F y z i k á l n í v l a s t n o s t i v z d u c h u...14 SUCHÝ V Z D U C H...15 VELIČINY URČUJÍCÍ STAV SUCHÉHO V Z D U C H U... 15 I. EXPERIM ENTÁLNÍ" RO V N ICE...17 II. Rovnice viriálnf...18 IV. TEORÉM KORESPONDUJÍCÍCH STA V Ů... 19 2.2 ZÁKONITOSTI p r o u d ě n! v z d u c h u p o t r u b í m...21 2.3 VÝPOČHT SVĚTLOSTI POTRUBÍ...23 2.3.1 Tlakové ztráty při proudění vzduchu potrubím a míslními odpory... 23 2.3.2 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 Dynamická stránka Skrčení vzduchu... 25 2.4.2 Term odynam ická stránka škrcení vzduchu...27 2.5 VÝTOK PLYNU OTVOREM...28 2.6 V l h k ý v z d u c h... 3 0 2.6.1 Suchý vzduch... 31 2.6.2 Voda a vodní pára... 31 2.6.3 Vlhký vzduch - základní poim v...32 3. ZÁKLADNÍ PŘÍSTUP K PNEUM ATICKÝM VÝPOČTŮM STACIONÁRNÍCH STA V Ů... 33
3.1 P r v k y p n e u m a t i c k ý c h o b v o d ů j a k o p n e u m a t i c k é o d p o r y...3 3 3.2 ZÁKLADNÍ TERMODYNAMICKÉ POJMY V PNEUMATICE...3 3 3.3 P o u ž i t í 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 ik y...3 5 3.3.1 A p lik a c e v p ř íp a d ě u z a v ř e n é h o s y s té m u...35 3.3.2 A p lik a c e v p ř íp a d ě o te v ř e n é h o s y s té m u...3 6 3.4 V e n t il y a Šk r t ic í p r ů ř e z y... 3 7 3.5 V ý p o č e t 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 3.6 ŘAZENÍ PNEUMATICKÝCH ODPORŮ...3 9 3.7 M o ž n ý p o s t u p v ý p o č t u p n e u m a t i c k é h o o b v o d u... 41 3.7.1 P r ů to k o v ý d i a g r a m...41 3.7.2 M e to d a e k v iv a le n tn íh o p rů to k u, rc sp. e k v iv a le n tn íh o s o u č in ite le p r ů to k u...4 4 3.7.3 P o u ž ití r o v n ic e p ro p o d k r itic k é p r o u d č n i...4 5 3.7.4 K o n tr o la n á v r h u...4 6 4. D Y N A M IK A P N E U M A T I C K Ý C H M Ľ C 1 1 A N IS 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 p o r y 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 ro ti 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 ro ti z r y c h le n í...4 9 4.2 P o h y b o v é r o v n i c e p n e u m a t ic 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 odpor...52 4.3.2 Nomogramy pro výběr přímočarých m otorů... 56 4.3.3 Nomogramy pro kontrolu pístnic na vzpěr...58 4.4 P r a c o v n í c y k l y p n e u m a t ic k é h o m o t o r u... 60 4.4.1 Výpočty přípravné a uzavírací fáze pneum atického m echanism u,...60 4.4.2 Výpočty pracovní fáze pneumatického m echanism u... 61 4.4.2.1 Jednočinný pncum otor s konstantní velikostí protitlaku... 62 4.4.2.2 Dvojčinný pncum 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 Ústrojí s pracovními prostorami konstantních objem ů...65 4.5.2 Ústrojí s pracovními prostorami proměnných objem 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 Dvojčinný mechanismus s počátečním tlakovým spádem vzduchu působícím na píst...79 4.5.2.4 Dvojčinný mechanismus bez počátečního tlakového spádu vzduchu působícího na píst...81
5. M ODELOVÁNÍ PNEUM ATICKÝCH M O T O R Ů...81 5.1 P n e u m a t i c k é p ř ím o č a r é m o t o r y...82 5.1.1 Vysokorychlostní pneumaticky pohon...82 5.1.1.1 Předpoklady pro sestavení m odelu... 83 5.1.1.2 Zjednodušeny matematický m odel... 83 5.1.1.2.1 Základní m odel... 84 5.1.1.2.2 Úplný model vysokorychlostního pneumatického pohonu... 86 5.1.1.3 Výsledky simulačních experim entů...88 5.2 Z j e 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 i c k ý c h j e v ů...9 0 5.2.1 Zmčna stavu plynu v zásobníku... 9 0 5.2.2 Výpočet pneum atického m echanism u...91 5.2.2.1 Plnčni pistnicového prostoru vzduchem...9 2 5.2.2.2 Výtok v/duchu z nepístnicového prostoru pneum otoru...9 3 5.2.2.3 Výtok a plněni při zm ěně objemu kom ory... 9 3 5.3 VÝPOČET 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 JEVŮ9 4 5.3.1 Výpočet průtoků...9 5 5.3.2 Přestup te p la...9 6 5.3.3 Střední rychlost vzduchu v pracovním prostoru... 100 5.3.4 Diferenciální rovnice tlaku v pracovním prostoru pneum otoru...101 5.3.5 Transform ace diferenciální rovnice tlaku v pracovním prostoru na diferenční tvar 103 5.3.6 Diferenční rovnice dvojčinného pneum otoru... 104 5.4 VÝPOČET r o t a č n í c h p n e u m a t ic k ý c h m o t o r ů...108 5.4.1 Lamelové pneum otorv...110 5.4.1.1 M echanické charakteristiky pneum atických lamelových m o to rů...113 5.4.1.2 Nástin výpočtu hlavních parametrů lamelového m otoru... 117 5.4.2 Zubové pneum atické m otory... 118 5.4.3 Pneumotorv s rotačními písty...120 5.4.3.1 Ztráty netěsností a škrcenim... 120 5-4.3.2 Spotřeba stlačeného vzduchu...122 5.4.4 Rotační pístové pneum otorv... 123 6. M ODELOVÁNÍ VYBRANÝCH ŘÍDICÍCH P R V K Ů... 125 6.1 P n e u m a t ic k é r o z v á d ě č e л v e n t il y...125 6.1.1 Parametry pro stanovení průtokových vlastností rozváděčů ventilů... 125 6.1.1.1 Definice param etrů... 125 6.1.2 Přepočet param etrů...127
6.2 E x p e r i m e n t á l n í z j iš ť o v á n! v ý t o k o v ý c h C h a r a k t e r is t ik, d v o j i c e t r y s k a KRUHOVÉHO PRŮŘEZU - KLAPKA... 130 6.3 P r o u d ě n í ve š t ě r b i n á c h...132 7. TŘECÍ SÍLY V PŘÍM OČARÝCH PNEUM OTORECH... 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 efek t... 135 Vliv směru pohybu...135 Třeci zpoždění... 135 7.3 M ĚŘENÍ TŘECÍCH SIL PŮSOBÍCÍCH V PŘÍMOČARÝCH PNEUMOTORECH...136 8. M ODELOVÁNÍ TŘECÍCH SIL PŘÍM OČARÝCH PN EU M O TO RŮ... 140 8.1 Z j e 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 Karnoppův m o d el...141 Armstrongův m odel...142 9. SIM ULAČNÍ SOFTW ARE A JEHO A PLIK A C E... 143 9.1 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 9.1.1 Obecné poznám ky к programu S S P...143 9.1.2 Hlavní nabídka programu S S P... 143 9.1.3 V edlejší nabídky programu S S P... 144 9.1.4 M ěření průtokových charakteristik pneum atických odporů proti pohybu 145 9.2. S i m u l a č n í s y s t é m M ATLAB - SIM ULINK... 147 9.2.1 Simulační modely pneum atických prvků v programu SIM U L IN K...147 9.2.2 Programový soubor S im pneu... 148 9.2.3 Ukázky použití programového souboru Sim pneu...150 9.3 S i m u l a č n í p r o g r a m BGSP 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 c í r a f ú...151 9.3.1 Spojovací prvky...152 9.3.2 Prvek kapacity...153 9.3.3 Prvek odporu...153 9.3.4 Simulace pneum atických systémů s použitím program u B G S P... 154 9.3.4.1 M odelování systém u... 154 9.3.4.2 Rozšířeni programu B G S P... 154 9.3.4.3 Porovnáni výsledků simulace s experim entem... 154
9.4. M A TĽM AT1CKÝ M O D ľ.l. A SIM U LA CE PN EU M A TIC K ÉH O PÉROVÁNÍ 1 5 7 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 s o u b o r u H y P n e u...158 9.5.1 Technika Visual M odeling... 158 9.5.2 Dynamická modelování pneumatických systém ů...159 10. ANIM AČNÍ A KONTROLNÍ SO FTW A RE... 163 10.1 PNEUSIM...163 10.2 FLUroSIM-P... 169 10.2.1 Prostředí programu FluidSIM -P... 169 10.2.2 Popis prvků obvodu v příkladu... 170 10.2.3 Příklad aplikace...172 P Ř ÍK L A D... 174 Tabulka výsledných hodnot...174 10.3 AUTOM ATION S T U D IO... 175 UKÁZKA PRVKŮ POUŽITÝCH V PŘÍK LA D U...179 LITERATU RA... 180