виконавчі пристрої

Виконавчі пристрої призначені для перетворення керуючих (командних) сигналів в регулюючі дії на об'єкт управління. Практично всі види впливів зводяться до механічного, т. Е. До зміни величини переміщення, зусилля до швидкості зворотно-поступального або обертового руху. Виконавчі пристрої є останньою ланкою ланцюга автоматичного регулювання та в загальному випадку складаються з блоків посилення, виконавчого механізму, що регулює і додаткових (зворотного зв'язку, сигналізації кінцевих положень і т. П.) Органів. Залежно від умов застосування розглядаються пристрої можуть істотно різнитися між собою. До основних блокам виконавчих пристроїв відносять виконавчі механізми і регулюючі органи.

Виконавчі механізми класифікують за рядом ознак: - за видом використовуваної енергії - електричні, пневматичні, гідравлічні і комбіновані; - за конструктивним виконанням - мембранні
і поршневі; - за характером зворотного зв'язку - періодичного і
безперервної дії.

Електричні виконавчі механізми є найбільш поширеними і включають в себе електродвигуни та електромагнітний привід. У загальному випадку ці механізми складаються з електродвигуна, редуктора, гальма, з'єднувальних муфт, контрольно-пускової апаратури і спеціальних пристроїв для переміщення робочих органів.

У виконавчих механізмах застосовують електродвигуни змінного (в основному асинхронні з короткозамкненим ротором) і постійного струму. Поряд з електродвигунами масового виготовлення використовують і спеціальні конструкції позиційного і пропорційного дії, з контактним і безконтактним керуванням.

За характером зміни положення вихідного органу електродвигунні виконавчі механізми можуть бути постійної і змінної швидкості, а також кроковими.

За призначенням їх ділять на одно-оборотні (до 360 °), багатооборотні і прямоходні.

Мал. 10.21. Пропорційний виконавчий механізм

Пропорційний виконавчий механізм (рис. 10.21) по конструкції схожий на двопозиційний двигун. Однак можливість пропорційного регулювання досягається установкою на одному валу двох електродвигунів. Перший обертає вал в одному напрямку, другий - в протилежному. Крім того, виконавчий механізм включає в себе редуктор, муфту і зубчасту рейку. Пропорційний (наприклад, газового вентиля в дорожніх ремонтером) забезпечується потенціометром, використовуваним для створення зворотного зв'язку в схемі.

Електродвигунні виконавчі механізми застосовують в основному при зусиллі не більше 53 кН.

Мал. 10.22. Електромагнітний керуючий елемент

Мал. 10.23. електромашинний штовхач

Електромагнітний привід використовується для управління механізмами в гідро- і пневмопривід, а також різними вентилями і заслінками. Принцип роботи цього приводу (рис. 10.22) складається в поступальному русі на величину L металевого якоря щодо електромагнітного вала котушки, розташованої в корпусі. Розрізняють електромагнітні приводи одно- і двосторонньої дії. У першому виконанні повернення якоря в початкове положення виробляється за допомогою пружини, у другому - зміною напрямку керуючого сигналу. За типом програми навантаження привід буває періодичного і безперервного дії. З його допомогою здійснюється релейне (відкрито - закрито) і лінійне управління.

Електромагнітні вентилі (для відкривання в трубопроводах клапанів) по вигляду використовуваних чутливих елементів ділять на поршневі і мембранні. При значних зусиллях і довжині переміщень використовують електромашинний штовхач (рис. 10.23). Принцип його дії заснований на поступальному переміщенні в обидві сторони осі - гвинта щодо обертається, однак закріпленої, гайки. Обертання гайки, що є одночасно ротором, проводиться при включенні в ланцюг харчування трифазної обмотки статора. На кінці гвинта розташований пряма ділянка, що представляє собою шток (штовхач), що переміщається в направляючих і впливає на кінцевий вимикач керованого механізму. При необхідності штовхач працює з встановленим редуктором.

Пневматичні і гідравлічні виконавчі механізми, що використовують енергію стисненого повітря і мінеральних масел (нестисливої ​​рідини), ділять на самостійні і на що працюють спільно з підсилювачами. Так як принцип дії цих двох видів механізмів схожий між собою, розглянемо їх спільно.

До самостійних механізмів відносять циліндри з поршнем і штоком одно- і двосторонньої дії (див. Гл. 1).

Виконавчі механізми, об'єднані з підсилювачами, мають різні конструктивні рішення, частина з яких розглянемо нижче.

Основним в такому приводі є регулювання швидкості руху штока, що виконується з дросельним або об'ємним регулюванням.

При управлінні з дросельним регулюванням використовують золотникові розподільники або «сопло-заслінку». Робота гідроприводу з дросельним регулюванням дозволяє змінювати величину перекриття отворів (т. Е. Дросселіровать), через які рідина потрапляє в робочий циліндр (рис. 10.24, а). Переміщення золотникової пари вправо дозволяє маслу з напірної лінії через канал потрапити в порожнину А робочого циліндра і поршень буде переміщатися вправо. При цьому масло, що знаходиться в порожнині Б, буде зливатися через канал в бак. Переміщення золотника вліво перемістить в ту ж сторону і поршень, а відпрацьоване масло буде зливатися з порожнини А в бак через канал. При розташуванні золотникової пари в середньому положенні (так, як показано на малюнку) обидва канали, що з'єднують золотниковое пристрій з робочим циліндром, перекриті і поршень нерухомий.

Мал. 10.24. Поршневі виконавчі механізми з підсилювачами

Робота пневмопривода за допомогою «сопло-заслінки» (рис. 10.24, б) проводиться шляхом зміни тиску в робочому циліндрі і переміщення поршня на величину у за рахунок переміщення регульованою заслінки. Через дросель постійного опору повітря подається в камеру під постійним тиском Рн. У той же час тиск в камері залежить від відстані х між соплом (дроселем змінного опору) і заслінкою, так як зі збільшенням цієї відстані тиск знижується і навпаки. Повітря під тиском Р надходить з камери в нижню порожнину циліндра, а у верхній розташована пружина, що створює за рахунок сили пружної деформації протилежне тиск, що дорівнює Р н. Створена різниця тисків дозволяє переміщати поршень вгору або вниз. Замість пружини в циліндр може подаватися повітря або робоча рідина під тиском Рн. Відповідно до цього поршневі виконавчі механізми називаються механізмами одно-або двосторонньої дії і забезпечують зусилля до 100 кН при переміщенні поршня до 400 мм.

При управлінні з дросельним регулюванням вхідним керуючим сигналом є величина переміщення золотникової пари або відкриття дроселя, а вихідним - переміщення поршня в гидроцилиндре.

Гідро- і пневмопривід забезпечують об'єкту управління зворотно-поступальний і обертальний рух.

При управлінні з об'ємним регулюванням керуючими пристроями є насоси змінної продуктивності, що виконують і функції підсилювально-виконавчого механізму. Вхідним сигналом є подача насоса. Великого поширення в якості гідравлічного виконавчого механізму мають аксіально-поршневі двигуни, що забезпечують плавне зміна кутової швидкості вихідного вала і кількості рідини, що подається.

Поряд з розглянутими вище поршневими пристроями пневматичні виконавчі механізми виконують мембранними, сильфони і лопатевими.

Мембранні пристрої ділять на безпружинні і пружинні. Безпружинні мембранні пристрої (рис. 10.25, а) складаються з робочої порожнини А, в яку надходить керуючий повітря під тиском Ру, і еластичною гумовою мембрани, з'єднаної за допомогою жорстких центрів зі штоком. Зворотно-поступальний рух штока здійснюється шляхом подачі в подмембранную порожнину Б стисненого повітря з тиском Ро і за рахунок переміщення мембрани. Найбільш поширеними є мембранно-пружинні пристрої (рис. 10.25, б), в яких результуюча сила Рр врівноважується тиском на мембрану керуючого повітря Ру і силою пружної деформації пружини 4-Fn. При необхідності здійснювати поворотні руху в прямоходовій виконавчих механізмах шток з'єднується з шарнірно-важеля передачею, показаної на рис. 10.25, б штриховий лінією.

Мембранні виконавчі механізми застосовують для управління регулюючими органами з переміщенням штока до 100 мм і допустимим тиском в робочій порожнині до 400 кПа.

Сильфонні пристрої (рис. 10.25, в) застосовують рідко. Вони складаються з подпружиненного штока, що переміщається разом з герметичною гофрованої камерою за рахунок тиску керуючого повітря Ру. Їх використовують в регулюючих органах з переміщеннями до 6 мм.

Мал. 10.25. Пневматичні виконавчі механізми

У лопатевих виконавчих пристроях (рис. 10.25, г) прямокутна лопата переміщається всередині камери за рахунок тиску керуючого повітря Ру, що надходить по черзі в одну або іншу порожнину камери. Ці пристрої використовують в виконавчих органах з кутом повороту затвора на 60 ° або 90 °.

У зв'язку з тим, що практично жоден з наведених приводів автоматичних систем керування не застосовують в даний час без ряду інших елементів, що служать для регулювання приводу, то в основному використовують комбіновані виконавчі механізми (електромагнітні золотникові розподільники пневмо- і гідроприводу, електромагнітні муфти з електродвигунами і т.д.).

При виборі виконавчих пристроїв враховують вимоги, що пред'являються до них умовами експлуатації. Основними з них є: вид застосовуваної допоміжної енергії, величина і характер необхідного вихідного сигналу, що допускається інерційність, залежність робочих характеристик від зовнішніх впливів, надійність роботи, габарити, маса і т. П.

До атегорія: - Автоматизація будівельних машин