Размещено на http://www.allbest.ru/

Москва 2012г.

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО СВЯЗИ

Государственное образовательное учреждение

Профессионального образования

Московский технический университет связи и информатики

Кафедра защиты информации и техники почтовой связи

РЕФЕРАТ

Пневматическая почта

по дисциплине «Технические средства автоматизации»

Студент Павлов М.С.

Группа АП0851



Оглавление

Аннотация

История пневматической почты

На грани фантастики

Наше время

Пневматические транспортирующие установки

АВМ пневматическая

Преимущества пневматики

Пневматический привод

Пневмоприводы с поступательным движением

Принцип действия пневматических машин

Типовая схема пневмопривода

Достоинства пневмопривода

Недостатки пневмопривода

Список используемой литературы



Аннотация

пневмопочта транспорт воздух корреспонденция

Пневмопочта -- очень популярное, изобретение эпохи раннего капитализма с характерным городским пейзажем и контрастным социальным расслоением. Так же фигурирует субкультуре стимпанка, так и в связанной с ним литературе. Как понятно из названия, пневмопочта представляет собой транспорт для перемещения потоком воздуха по системе трубопроводов специальных капсул с корреспонденцией и небольшими предметами. Обычно она действует в пределах одного здания или, что встречается не столь часто, -- одного города.



История пневматической почты

Основные принципы пневматики были изложены Героном Александрийским. Этот великий инженер в первом столетии в своем трактате «Пневматика» ( РнехмбфйкЬ ) описал принципы и составляющие компоненты, которые до сих пор лежат в основе пневмотранспорта.

Пневматическая почта как средство почтовой связи была предложена в 1667 году французским физиком Дени Папеном.

Первое упоминание о похожей системе транспорта встречается еще в 1792 году. Тогда на 50-метровой колокольне Венского Собора Святого Стефана была размещена труба по которой сжатым воздухом передавалось письменное сообщение о замеченном городском пожаре.

Рисунок 1. Капсула-патрон, для передачи почтовых сообщений

Само же изобретение пневматической почты связывается с именем изобретателя почтовой марки -- Роуландом Хиллом. В 1836 году он предложил проект перемещения почтовых сообщений через систему подземных труб. Идея была интересной, но воплощена в жизнь она была несколько позже -- в 1854 году в Лондоне. Линия протяженностью 200м соединяла здание фондовой биржи с городским телеграфом. Еще через 8 лет была запущена линия между лондонским вокзалом Истон и почтамтом Кемпден. Надо заметить, что технология была довольно несовершенной, линии постоянно ломались и их вскоре прикрыли. Но это было только началом -- так или иначе проект показал себя с очень хорошей стороны. Все же столь оперативная доставки сообщений была очень привлекательной, и в 1862 год проект был усовершенствован, и в эксплуатацию введены еще несколько линий. Скорость пересылки сообщений по тем временам была едва ли не революционной -- расстояние в 300м патрон с сообщением преодолевал за 10 секунд. Потягаться с такой скорость телеграф, конечно, мог, но оригинал документа или, допустим, несколько монет по нему не перешлешь, да и его использование было далеко не всегда удобно. Так что нет ничего удивительного, что вслед за Англией изобретение начали перенимать и другие страны.

Рисунок 2. Фотография устройства с помощью которого осуществлялась передача пневмопочты



В 1875 году в Берлине сеть пневмопочты соединила 15 почтовых отделений, максимальная длина участка составляла 12 километров (контейнер преодолевал этот участок за 35 минут).

В Париже размах был еще большим -- она объединила все отделения почты и телеграфа, а суммарная длинна линий передачи составляла около 500 км. Были выпущены даже специальные карточки с оплаченным ответом:

Рисунок 3. Карточка для отправки сообщения пневматической почтой с оплаченным ответом, Франция

Немалую популярность пневмопочта приобрела в Штатах. В 1892 году в Филадельфии построили первую линию пневмопочты. Опять же -- между зданиями биржи и главного почтамта. Впрочем, ничего удивительного -- для биржи оперативный обмен информации был особенно важен. На доставку каждого патрона из главного почтамта на биржу (расстояние 0,5 англ. мили) затрачивалась 1 минута, а на обратный путь -- 65 секунд. Здесь же еще одна сеть соединяла главный почтамт со станцией Пенсильванской железной дороги. Здесь расстояние в 1 милю преодолевалось за 1 минуту 25 секунд. Вскоре пневмопочта для доставки писем появились в Бостоне и в Нью-Йорке. Трубы диаметром 8 дюймов подведены к столам для штемпелевания и сортировки писем. Патроны вмещали 600 писем. Широко разветвленная сеть пневмопочты, созданная в Нью-Йорке, соединяла главный почтамт и почтовые отделения. Протяженность наибольшего участка составляла 5600 метров, которые почта проходила за 7 минут. Ежедневно по трубам пересылали до 3 тонн корреспонденции.

Рис. 4. Пневмопочта в издательской конторе, Америка

Существовала пневмопочта в Италии, во Франции и в Австрии и, да, даже в России. У нас она использовалась на некоторых почтамтах Москвы и Санкт-Петербурга, но действовала только внутри самого здания.

На грани фантастики

Кроме прямого назначения предлагались и совершенно фантастические варианты использования такого способа пересылки. Так в 1867 году на Американской Научной Выставке в Нью Йорке был продемонстрирован прототип пневматического метро -- по трубе 32,6 м в длинной, 1,8 м в диаметре сжатым воздухом перемещался своеобразный «вагон», вмещающий 12 пассажиров. Два года спустя В Нью Йорке такой проект был действительно воплощен в жизнь -- линия длинной 95 метров была построена под Бродвеем. Правда просуществовала она всего несколько месяцев и вскоре была закрыта.

Примерно так это выглядело:

Рисунок 5. Метро на основе технологии пневмопочты

Подобных проектов, также как и проектов пневматических лифтов существовало огромное множество, но большинство из них были признаны экономически невыгодными и их разработка была заброшена.

Но вместе с тем, благодаря им, для людей пневмопочта стала чем-то вроде символа прогресса, и, разумеется, они полагали, что она будет использоваться и развиваться дальше. Жюль Верн в своем «Париже в 20 веке» (1863 год) описывает пневматические поезда, маршруты которых пересекают океаны. А в «Двадцатом веке» (1882) Альберта Робида такие поезда полностью вытеснили привычный железнодорожный транспорт. И подобных примеров можно привести еще огромное множество.

Да еще стоит вспомнить о том, что, за счет того, что пневмопочта применялась зачастую в крупных корпорациях, помимо прогресса, она стала ассоциироваться с бюрократией. И очень часто с помощью нее демонстрирует бумажную неразбериху, царившую в таких корпорациях.

Наше время

Так же, как и большинство стимпанковских технологий, пневмопочта в наше время почти мертва. К 50-м годам XX столетия ее практически полностью вытеснили современные средства обмена информацией. Нет, она используется и сейчас, но исключительно как средство передачи документов в пределах зданий крупных корпораций. К примеру в банках, где требуется пересылка оригиналов документов или в крупных лабораториях для доставки проб на анализ.

Рисунок 6. Современный терминал пневматического трубопровода

Осталось только одно место в мире, где сохранилась муниципальная пневматическая система доставки почты -- Прага, где почтовое отделение функционирует уже 1889 года. Под этим городом проложено 55 километров труб, по которым ежемесячно проходит в сумме около 35000 пакетов. Всего в сеть объеденное 46 предприятий: банки, газеты. телеграф, почтовые отделения, крупные корпорации.

Рис.7 Почтамт в Праге - терминал пневмопочты

Выгоды использования пневматической почты очевидны: почтовые автомобили в часы пик могут двигаться по Праге со скоростью меньше 20 км/ч. Капсулы «летят» по трубам гораздо быстрее, причем в любое время суток. Ко всему прочему, электричество, потребляемое пневматическими установками, обходится куда дешевле, чем топливо автомобилей.



Пневматические транспортирующие установки

Пневматические транспортирующие установки -- транспортирующие машины, предназначенные для перемещения грузов при помощи потока воздуха.

В зависимости от того, каким способом создаётся поток воздуха, пневматические транспортирующие установки разделяют на два типа:

установки нагнетательного типа --когда поток воздуха создаётся компрессорами, нагнетающими воздух под давлением 0,4-0,7 МПа;

установки всасываяющего типа -- когда поток воздуха создаётся вакуум-насосом, всасывающим воздух за счёт разрежения 0,01-0,04 МПа.

Пневматические транспортирующие установки позволяют транспортировать многие типы сыпучих грузов, для которых не пригодны гидравлические транспортирующие установки: цемент, гипс, алебастр и др. Они применяются, например, на механизированных складах вяжущих материалов на заводах железобетонных изделий. Одним из наиболее известных примеров использования пневматических транспортирующих установок является система транспортирования документов в Государственной библиотеке имени Ленина.

Пневматические транспортирующие установки позволяют полностью автоматизировать процесс транспортирования и избежать потерь транспортируемых грузов, однако они требуют для своей работы большого расхода электроэнергии и воздуха.

Рис.8. Схема приёмно отправочной станции в библиотеке имени В.И. Ленина

1. Тройник

2. Сигнальная лампа

3. Электромонтажная плата

4. Кнопочный номеронабиратель

5. Датчик отправления

6. Устройство блокирования занятой линии

7. Клавиш

8. Устройство для блокирования неправильно отправляемого патрона

9. Датчик прибытия

10. Проходной клапан

АВМ пневматическая

Аналоговая вычислительная машина, в которой переменные представлены в виде величин давления воздуха (газа) в различных точках специально построенной сети. Элементами такой АВМ являются дроссели, емкости и мембраны. Дроссели играют роль сопротивлений, могут быть постоянными, переменными, нелинейными и регулируемыми. Пневматические емкости представляют из себя глухие или проточные камеры, давление в которых вследствие сжимаемости воздуха растет по мере их наполнения. Мембраны используются для преобразования давления воздуха. В состав пневматической АВМ могут входить усилители, сумматоры, интеграторы, функциональные преобразователи и множительные устройства, которые соединяются между собой при помощи штуцеров и шлангов. Пневматические АВМ уступают в быстродействии электронным. В среднем подвижные элементы такой АВМ имеют время срабатывания около десятой доли миллисекунды, следовательно они могут пропускать частоты порядка 10 кГц. Такие АВМ отличаются значительными погрешностями, поэтому применяются там, где нельзя применять другие типы вычислительных машин: во взрывоопасных средах, в средах с высокими температурами, в автоматических системах химического производства. Из-за низкой стоимости и высокой надежности такие АВМ также применяют в металлургии, теплоэнергетике, газовой промышленности и т. п.

В 1960-х годах разрабатывались для получения средства дискретных вычислений с высокой радиационной стойкостью. Были разработаны элементы, выполняющие основные логические операции и элементы памяти без механических подвижных элементов.

Такие элементы очень долговечны, поскольку в них практически отсутствуют подвижные части, и, как следствие, нечему ломаться. В случае засорения каналов логические матрицы легко разбираются и промываются. Работает пневмокомпьютер от промышленной пневмосети. Логические матрицы легко штампуются на термопласт-автоматах из пластика. Для особых случаев матрица может быть изготовлена из тугоплавкой керамики, отлита из чугуна или другого сплава.

Сейчас пневмокомпьютеры используются в отраслях промышленности, где требуется повышенная вибрационная стойкость, работоспособность в очень широком диапазоне температур или требуется управление пневматическими силовыми устройствами. В последнем случае устраняется необходимость в преобразователях электрического сигнала в перемещение (электро-пневмопреобразователь + позиционер). Это -- роботы и автоматика, работающие в металлургии, в горнорудной промышленности. Известны случаи управления элементами авиационных двигателей, автоматикой ракетных систем, силовыми приводами вертолетов и самолетов.

Существует также целая категория производств, агрегатов и установок, где применение электричества, даже самых низких напряжений, очень нежелательно. Это химия органических соединений, нефтеперегонные заводы, подземная добыча угля и руды. Они до сих пор широко используют пневматическую автоматику.

Преимущества пневматики

1. Экологическая чистота

a. Результатом любой утечки из пневматической системы, использующей воздух, будет тот же атмосферный воздух.

2. Доступность

a. Атмосферный воздух всегда доступен на Земле

3. Надёжность

a. Пневматические системы обычно имеют долгие сроки службы и требуют меньшего обслуживания, чем гидравлика.

4. Хранение

a. Сжатый газ можно долго хранить в баллонах, позволяя использовать пневматику без электроэнергии.

5. Безопасность

a. Меньшая пожароопасность по сравнению с гидравликой на масле.

b. Пневматические машины из-за лучшей сжимаемости воздуха лучше защищены от перегрузок, чем гидравлика.

6. Технологичность

a. Пневматический механизм не требует дополнительного отвода. Отработанный воздух можно выпустить в атмосферу. Компрессор тоже может брать воздух непосредственно из атмосферы.

b. Пневматические машины легко разработать на базе обычных цилиндров и поршней.

c. Пневматические машины легко изготовить, поскольку пневматика обычно не требует деталей высокой точности.

7. Удельные показатели

a. Пневматическая система легче, чем гидравлика, при таких же давлениях.

b. Удельная мощность, передаваемая по одинаковым трубам, у пневматики выше, чем у гидросистем, а потери меньше.

c. У пневмоприводов выше скорость, чем у гидравлических.

Пневматический привод

Пневматический привод (пневмопривод) -- совокупность устройств, предназначенных для приведения в движение машин и механизмов посредством энергии сжатого воздуха. Обязательными элементами пневмопривода являются компрессор (генератор пневматической энергии) и пневмодвигатель.

Рисунок 9. Поворотный пневмоцилиндр

Пневмопривод, подобно гидроприводу, представляет собой своего рода «пневматическую вставку» между приводным двигателем и нагрузкой (машиной или механизмом) и выполняет те же функции, что и механическая передача (редуктор, ремённая передача, кривошипно-шатунный механизм и т. д.).

Основное назначение пневмопривода, как и механической передачи, -- преобразование механической характеристики приводного двигателя в соответствии с требованиями нагрузки (преобразование вида движения выходного звена двигателя, его параметров, а также регулирование, защита от перегрузок и др.).

В общих чертах, передача энергии в пневмоприводе происходит следующим образом:

Приводной двигатель передаёт вращающий момент на вал компрессора, который сообщает энергию рабочему газу.

Рабочий газ после специальной подготовки по пневмолиниям через регулирующую аппаратуру поступает в пневмодвигатель, где пневматическая энергия преобразуется в механическую.

После этого рабочий газ выбрасывается в окружающую среду, в отличие от гидропривода, в котором рабочая жидкость по гидролиниям возвращается либо в гидробак, либо непосредственно к насосу.

В зависимости от характера движения выходного звена пневмодвигателя (вала пневмомотора или штока пневмоцилиндра), и соответственно, характера движения рабочего органа пневмопривод может быть вращательным или поступательным. Пневмоприводы с поступательным движением получили наибольшее распространение в технике.

Пневмоприводы с поступательным движением

По характеру воздействия на рабочий орган пневмоприводы с поступательным движением бывают:

· двухпозиционные, перемещающие рабочий орган между двумя крайними положениями;

· многопозиционные, перемещающие рабочий орган в различные положения.

По принципу действия пневматические приводы с поступательным движением бывают:

· одностороннего действия, возврат привода в исходное положение осуществляется механической пружиной;

· двухстороннего действия, перемещающие рабочий орган привода осуществляется сжатым воздухом.

По конструктивному исполнению пневмоприводы с поступательным движением делятся на:

· поршневые, представляющие собой цилиндр, в котором под воздействием сжатого воздуха либо пружины перемещается поршень (возможны два варианта исполнения: в односторонних поршневых пневмоприводах рабочий ход осуществляется за счёт сжатого воздуха, а холостой за счёт пружины; в двухсторонних -- и рабочий, и холостой ходы осуществляются за счёт сжатого воздуха);

· мембранные, представляющие собой герметичную камеру, разделённую мембраной на две полости; в данном случае цилиндр соединён с жёстким центром мембраны, на всю площадь которой и производит действие сжатый воздух (также, как и поршневые, выполняются в двух видах -- одно- либо двухстороннем).

Так же есть:

· Сильфонные - применяются реже. Практически всегда одностороннего действия: усилие возврата может создаваться как упругостью самого сильфон, так и с использованием дополнительной пружины.

· В особых случаях (когда требуется повышенное быстродействие) применяют специальный тип пневмоприводов -- вибрационный пневмопривод релейного типа.

Одно из применений пневматических приводов является использование их в качестве силовых приводов на пневматических тренажерах.

Принцип действия пневматических машин

Многие пневматические машины имеют свои конструктивные аналоги среди объёмных гидравлических машин. В частности, широко применяются аксиально-поршневые пневмомоторы и компрессоры, шестерённые и пластинчатые пневмомоторы, пневмоцилиндры

Типовая схема пневмопривода

Воздух в пневмосистему поступает через воздухозаборник.

Фильтр осуществляет очистку воздуха в целях предупреждения повреждения элементов привода и уменьшения их износа.

Компрессор осуществляет сжатие воздуха.

Поскольку, согласно закону Шарля, сжатый в компрессоре воздух имеет высокую температуру, то перед подачей воздуха потребителям (как правило, пневмодвигателям) воздух охлаждают в теплообменнике (в холодильнике).

Чтобы предотвратить обледенение пневмодвигателей вследствие расширения в них воздуха, а также для уменьшения корозии деталей, в пневмосистеме устанавливают влагоотделитель.

Воздухосборник служит для создания запаса сжатого воздуха, а также для сглаживания пульсаций давления в пневмосистеме. Эти пульсации обусловлены принципом работы объёмных компрессоров (например, поршневых), подающих воздух в систему порциями.

В маслораспылителе в сжатый воздух добавляется смазка, благодаря чему уменьшается трение между подвижными деталями пневмопривода и предотвращает их заклинивание.

В пневмоприводе обязательно устанавливается редукционный клапан, обеспечивающий подачу к пневмодвигателям сжатого воздуха при постоянном давлении.

Рисунок 10. Типовая схема пневмопривода

1. воздухозаборник;

2. фильтр;

3. компрессор;

4. теплообменник (холодильник);

5. влагоотделитель;

6. воздухосборник (ресивер);

7. предохранительный клапан;

8. Дроссель;

9. маслораспылитель;

10. редукционный клапан;

11. дроссель;

12. распределитель;

13. пневмомотор;

И манометр - М



Распределитель управляет движением выходных звеньев пневмодвигателя.

В пневмодвигателе (пневмомоторе или пневмоцилиндре) энергия сжатого воздуха преобразуется в механическую энергию.

Достоинства пневмопривода

1. в отличие от гидропривода -- отсутствие необходимости возвращать рабочее тело (воздух) назад к компрессору;

2. меньший вес рабочего тела по сравнению с гидроприводом (актуально для ракетостроения);

3. меньший вес исполнительных устройств по сравнению с электрическими;

4. возможность упростить систему за счет использования в качестве источника энергии баллона со сжатым газом, такие системы иногда используют вместо пиропатронов, есть системы, где давление в баллоне достигает 500 МПа;

5. простота и экономичность, обусловленные дешевизной рабочего газа;

6. быстрота срабатывания и большие частоты вращения пневмомоторов (до нескольких десятков тысяч оборотов в минуту);

7. пожаробезопасность и нейтральность рабочей среды, обеспечивающая возможность применения пневмопривода в шахтах и на химических производствах;

8. в сравнении с гидроприводом -- способность передавать пневматическую энергию на большие расстояния (до нескольких километров), что позволяет использовать пневмопривод в качестве магистрального в шахтах и на рудниках;

9. в отличие от гидропривода, пневмопривод менее чувствителен к изменению температуры окружающей среды вследствие меньшей зависимости КПД от утечек рабочей среды (рабочего газа), поэтому изменение зазоров между деталями пневмооборудования и вязкости рабочей среды не оказывают серьёзного влияния на рабочие параметры пневмопривода; это делает пневмопривод удобным для использования в горячих цехах металлургических предприятий.

Недостатки пневмопривода

1.

2. нагревание и охлаждение рабочего газа в процессе сжатия в компрессорах и расширения в пневмомоторах; этот недостаток обусловлен законами термодинамики, и приводит к следующим проблемам:

3. возможность обмерзания пневмосистем;

4. конденсация водяных паров из рабочего газа, и в связи с этим необходимость его осушения;

5. высокая стоимость пневматической энергии по сравнению с электрической (примерно в 3-4 раза), что важно, например, при использовании пневмопривода в шахтах;

6. ещё более низкий КПД, чем у гидропривода;

7. низкие точность срабатывания и плавность хода;

8. возможность взрывного разрыва трубопроводов или производственного травматизма, из-за чего в промышленном пневмоприводе применяются небольшие давления рабочего газа (обычно давление в пневмосистемах не превышает 1 МПа, хотя известны пневмосистемы с рабочим давлением до 7 МПа -- например, на атомных электростанциях), и, как следствие, усилия на рабочих органах значительно мемньшие в сравнении с гидроприводом). Там, где такой проблемы нет (на ракетах и самолетах) или размеры систем небольшие, давления могут достигать 20 МПа и даже выше.

9. для регулирования величины поворота штока привода необходимо использование дорогостоящих устройств -- позиционеров.



Список используемой литературы

1. http://en.wikipedia.org/

2. http://ru.wikipedia.org/

3. http://steampunker.ru

Размещено на Allbest.ru

...