Фізичні властивості газу. Робочим тілом в пневмоприводами є робочий газ (стиснене повітря, азот і ін.). Основними параметрами робочого газу, що визначають його стан є: тиск, питомий об'єм (щільність) і термодинамічна температура.
Тиск стисненого повітря p в магістральних пневмоприводами загального застосування зазвичай не перевищує 1 МПа (10 кгс / см 2), однак в пневмоприводами з індивідуальними джерелами енергії робочого газу тиск може досягати 10 МПа (100 кгс / см 2) і більш.
Питома обсяг газу - це фізична величина, що дорівнює відношенню обсягу газу до його масі:
де V - об'єм газу, м 3; M - маса газу, кг.
Питома обсяг є величина зворотна щільності ρ, (кг / м 3):
Термодинамічна температураT вимірюється вКельвінах (К). Співвідношення між температурою, яка вимірюється за шкалою Цельсія (° С), і термодинамічною температурою визначається рівністю
Для різниці температур розмір Кельвіна і градуси Цельсія однаковий, тобто Т1 - Т2 = = t1 - t2. Крім того, з (14.3) випливає, що температура t може бути негативною, а абсолютного нуля температури T = 0 відповідає t = - 273,15 про С.
Нормальні умови стану газу характеризуються такими параметрами:
температурою Т = 273,15 К;
тиск р = 1013 Па (760 мм рт.ст.).
Параметри стану газу (р, V; Т) однозначно пов'язані між собою рівнянням стану ідеального газу Клапейрона-Менделєєва
або для одиниці маси газу
де R - питома газова стала Дж / (кг ∙ К).
Питома газова стала є питома робота розширення 1 кг газу при нагріванні його на 1 К. Для повітря R = 287,1 Дж / (кг ∙ К).
Рівняння стану дозволяють обчислити за двома відомими параметрами газу невідомий третій.
Крім перерахованих параметрів стану робочий газ характеризується також питомою теплоємністю с, Дж / кг ∙ К, в'язкістю μ, Па ∙ с і сжимаемостью βсж. Па -1.
Теплоємністю системи є кількість теплоти, необхідне для зміни температури на 1 К
де Q - кількість теплоти, Дж; Т - температура, К.
Питомою теплоємністю с, Дж / (кг ∙ К) називають відношення теплоємності системи до маси тіла
Питома теплоємність залежить від характеру термодинамічного процесу. Розрізняють ізобарну питому теплоємність сp - при постійному тиску і ізохорно питому теплоємність СV - при постійному питомому об'ємі. При температурах від 273 до 373 К (від 0 до 100 ° С) теплоємність повітря практично постійна: сp = 1,01710 3 Дж / (кг ∙ К);
СV = 0,72710 3 Дж / (кг ∙ К).
В'язкість повітря в порівнянні з в'язкістю робочих рідин, застосовуваних в гідроприводах, дуже мала. Так, наприклад, динамічна в'язкість повітря при атмосферному тиску і температурі Т = 293 К дорівнює μ = 18,5 мкПа ∙ с. На відміну від крапельних рідин в'язкість повітря з підвищенням температури збільшується. Однак ця залежність незначна.
Повітря характеризується значною пружністю. Під сжимаемостью газу розуміється зменшення його обсягу при збільшенні тиску. Одиниця об'ємної стисливості βсж - паскаль в мінус першого ступеня, тобто па -1
де V - початковий обсяг, м 3;
ΔV - зменшення обсягу; м 3;
Δp -збільшення тиску газу, Па.
Технічні вимоги до повітря, призначеному для харчування пневматичних пристроїв, встановлює відповідний ГОСТ. До стисненого повітря пред'являються високі технічні вимоги по чистоті. ГОСТ встановлює 15 класів забрудненого стисненого повітря. Компоненти забруднень стисненого повітря можна розділити на три групи:
вода і компресорне масло в рідкому і газоподібному стані;
Області застосування пневмоприводов. Пневмоприводи широко застосовують у всіх областях народного господарства: верстатобудуванні, ливарному та ковальському виробництві, поліграфічної промисловості та на транспорті. Пневмоприводи застосовують в затискних і транспортують механізмах, гальмівних системах і системах дистанційного керування, вони широко використовуються при монтажних роботах, наприклад, в механізованих пневматичних інструментах (гайковерти, дрилі) і машинах ударної дії. Звичайно, пневмоприводи знаходять також широке застосування і в військовій справі, Наприклад, вони використовуються в гальмівних системах практично всіх автомобілів, в підсилювачах рульового управління і системах централізованої підкачки повітря в пневмошіни ходових систем бронетранспортерів, в системах (в основному додаткового) повітряного запуску дизелів машин ОВТ та ін.
Широке застосування пневмоприводов пояснюється їх перевагами в порівнянні з іншими засобами автоматизації. До основних переваг пневмоприводов в порівнянні з гідроприводами відносяться:
великі допустимі швидкості потоків стисненого повітря (10 м / с і більше) в пневмоліній завдяки малій в'язкості повітря;
відносно невеликі втрати в пнемосеті, завдяки чому протяжність пневмоліній може досягати сотень метрів і більше;
стиснене повітря не утворює горючих і вибухонебезпечних сумішей, що дозволяє застосовувати пневмоприводи в умовах з підвищеними вимогами пожежної безпеки;
стиснене повітря не забруднює навколишнє середовище, що дозволяє обходитися без зворотних трубопроводів, що спрощує конструкцію пневмосистем і знижує загальну масу пневмосистеми.
Поряд з позитивними якостями пневмоприводи володіють і рядом недоліків, що випливають з природи робочого середовища - повітря:
пневмоприводи на відміну від гідроприводів повинні мати мастильні системи або пристрої, що забезпечують безперервну мастило рухомих частин Пневмодвигуни;
внаслідок високої стисливості повітря пневмодвигатели не забезпечують без додаткових засобів плавність і точність руху вихідних ланок при змінних навантаженнях;
стисливість повітря не забезпечує безпосередньої фіксації переміщаються частин пневматичних пристроїв в заданих положеннях;
пневмоприводи мають, як правило, більш низький ККД в порівнянні з гідроприводами через підвищених витоків повітря і пневматичних пристроїв;
пневмодвигатели при рівних габаритах з гидродвигателями розвивають меншу потужність, що пояснюється невисоким тиском стисненого повітря в пневмоприводами.
Незважаючи на недоліки, пневмоприводи з успіхом застосовують в тих випадках, коли найбільш істотне значення набувають їх переваги. В даний час намічається наступна тенденція у розвитку приводів і автоматизованих систем управління в машинобудуванні, в тому числі, в транспортному: як силових систем застосовують гідравлічні, дещо рідше - пневматичні, а для управління все частіше використовують пневмосистеми, якщо їх швидкодія задовольняє поставленим вимогам.