книги из ГПНТБ / Ретман А.А. Автоматика и автоматизация портовых перегрузочных работ учебник

сигнала, снимаемого с нагрузочного сопротивления, включенного

вцепь коллектора.

Воднокаскадном усилителе на полупроводниковом триоде

ка, поступающего на коллектор. Так как это сопротивление сни­ жает усиление, то для уменьшения его воздействия параллельно подключается конденсатор Сб.

Однокаскадный усилитель на полупроводниковом приборе не может обеспечить достаточное усиление, поэтому в схемах ав-

непосредственной (через активные сопротивления). Для полупро­ водниковых усилителей мощности чаще используют двухтактную схему (рис. 30).

Усилители на полупроводниковых приборах (диодах и трио­ дах) имеют небольшие размеры и массу, сами потребляют незна­ чительную мощность, но и развивают относительно малую выход­ ную мощность. Они обладают большой механической прочностью, не боятся вибрации, надежны, не требуют накала и потому гото­ вы к работе сразу же после включения. Все эти преимущества позволяют использовать такие усилители в малогабаритной пере­ носной аппаратуре управления.

Гидравлические и пневматические усилители. Эти усилители отличаются большим коэффициентом усиления. Наиболее распро­ странены гидравлические и пневматические усилители с золотни­ ком, соплом, с дроссельной заслонкой, или иглой и со струйной трубкой.

На рис. 31 представлена упрощенная принципиальная схема золотникового гидроусилителя рулевого управления погрузчика. Ее назначение состоит в том, чтобы при небольшой величине сиг­ нала получить значительное усиление для разворота колес управ­

40

ляемого моста машины. Гидроусилитель состоит из цилиндра 3, внутри которого находится поршень 4\ его шток 5 жестко крепит­ ся к раме машины (рис. 31, а). К цилиндру примыкает золотни­ ковая камера. Внутри нее помещена гильза 6 с прорезями, кото­ рые посредством каналов а или трубок сообщаются с поршневой и штоковой полостями цилиндра. В гильзе помещается золотник 7, представляющий собой цилиндрической формы деталь, снаб-

Рис. 31. Принципиальная схема золотникового гидроусилителя рулевого управ­ ления погрузчика

женную двумя ребордами и шейкой между ними меньшего диамет­ ра, чем реборды. В нейтральном положении золотник удержива­ ется пружиной 8. Шток 9 золотника связан с шаровым пальцем 10, присоединенным к продольной рулевой тяге 1 системы рулевого управления машиной. К золотниковой камере подведены трубопро­ вод высокого давления, по которому нагнетается насосом рабочая жидкость, и трубопровод низкого давления, идущий к маслобаку.

Когда машина движется по дороге прямолинейно, золотник находится в нейтральном положении. Его реборды располагают­ ся над прорезями гильзы, что разобщает золотниковую камеру с обеими полостями гидроцилиндра. Поэтому рабочая жидкость проходит через золотниковую камеру и идет на слив в маслобак

(см. рис. 31,а).

Когда машину требуется направить по закруглению дороги, поступит сигнал и золотник переместится влево (рис. 31, б) или вправо (рис. 31, в). Тем самым реборды золотника сойдут с про­

41

резей гильзы, причем одна прорезь окажется между ребордами и через нее будет рабочая жидкость нагнетаться в ту или иную полость гидроцилиндра, а вторая прорезь окажется за пределами золотника, будучи изолированной от первой ребордами, и по ней рабочая жидкость будет вытесняться из той или иной полости цилиндра и по соответствующим каналам направляться в масло­ бак. Путь потоков жидкости на рисунках показан стрелками.

При поступлении жидкости в ту или другую полость цилиндра из-за того, что поршень закреплен неподвижно, давление жидко­ сти начинает перемещать цилиндр вместе с золотниковой камерой (по­ этому из одной полости цилиндра жидкость вытесняется). Поскольку к цилиндру крепится тяга (не показан­ ная на рисунке), связанная обычно с рулевой трапецией колес, ее переме­ щение с цилиндром и вызывает по­ ворот колес. Таким образом, мощ­ ность сигнала должна быть достаточ­ ной только для перемещения золот­ ника, а усиление этого сигнала вы­

полняет гидравлический усилитель. Как холько сигнал перестал посту-

пать, золотник останавливается, но в своем движении цилиндр догоняет его, и наступит момент, когда прорези гильзы перекроются ребор­

дами золотника, чем прервется ток жидкости в цилиндр и жид­ кость направится в маслобак. Очевидно, что поворот колес пре­ кратится. Таким образом, цилиндр «следит» за движением золот­ ника и повторяет его, т. е. осуществляется автоматическое сле­ жение.

Для управления без гидроусилителя предусмотрен обратный клапан 2, через который жидкость вытесняется из одной полости

вдругую (см. рис. 31, а).

Вусилителе типа сопло с дроссельной заслонкой рабочим те­ лом может быть как жидкость, так и воздух. На рис. 32 дана

схема этого устройства. Воздух под давлением подается в трубку с соплом 1 и, поступая к мембране 2, выгибает ее вниз. В резуль­ тате клапан 3 в большей или меньшей степени перекрывает сед­ ло 4, через которое проходит транспортируемый материал .(на­ пример, в пневматических трубопроводах). Таким образом, посредством датчика изменяя в малых пределах величину зазора а между соплом / и заслонкой 5, можно в широких пределах ре­ гулировать давление воздуха на мембрану 2. Так, при изменении зазора а от 0,1 до 0 мм давление воздуха возрастает от 0,05 до

1,1 кгс/см2.

В усилителях такого типа входным параметром является пе­ ремещение заслонки 5 (изменение зазора а), а выходным — дав­ ление воздуха на мембрану. Коэффициент усиления при этом до­

42

стигает 106. Такие усилители иногда называют кратко сопло — за­ слонка, или дросселями переменного сечения, если проходное се­ чение регулируется иглой.

§ 5. ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЕ МЕХАНИЗМЫ

Исполнительные механизмы являются конечным элементом в автоматических устройствах, и их устанавливают для осуществ­ ления непосредственного воздействия на механизмы и машины. В исполнительных механизмах может происходить преобразова­ ние энергии от предыдущих элементов системы в вид энергии, удобный для дальнейшего воздействия на органы управления объекта. В зависимости от характера работы объекта воздействие исполнительного механизма на него может быть по времени не­ прерывным или дискретным, т. е. импульсным.

Как и в ранее рассмотренных элементах автоматики, исполни­ тельные механизмы имеют «вход» и «выход». Под «входом» по­ нимают воздействие, получаемое от предыдущего звена автома­ тической цепи, а под «выходом» — воздействие на управляемый объект. Эти воздействия могут быть электромеханическими, меха­ ническими, пневматическими и гидравлическими. Классификация исполнительных механизмов по выходному воздействию приведе­ на ниже.

Электрические и электромеханические исполнительные меха­ низмы. Это группа исполнительных механизмов наиболее сложна

устройствах подъемно-транспортных машин применяются относи­

двигатели с короткозамкнутым ротором. При больших мощно­ стях— трехфазные с короткозамкнутым или массивным ротором.

А с и н х р о н н ы й д в у х ф а з н ы й э л е к т р о д в и г а т е л ь с короткозамкнутым ротором является основным в качестве испол­ нительного механизма. У такого двигателя имеются две обмотки, сдвинутые на 90 электрических градусов (рис. 33, а). Обмотка ОУ называется обмоткой управления, и на нее подается сигнал от усилителя У системы автоматики. Обмотка ОВ называется об­ моткой возбуждения, она питается от сети и имеет постоянное напряжение. Для того чтобы сдвинуть магнитные потоки обеих обмоток по времени, в цепь двигателя включают конденсатор, емкость которого специально подбирают. Возможно включение конденсатора в обмотку ОУ параллельно. При подаче сигнала от усилителя на обмотку ОУ в двигателе создается вращающееся магнитное поле, в результате чего ротор получает вращение.

В электродвигателе с полым ротором имеются внешний 4 и внутренний 3 статоры (рис. 33, б). Обмотка управления 2 уложе*

43

на на внешнем статоре. Роль внутреннего статора сводится к то­ му, чтобы уменьшить сопротивление магнитному потоку. Полый ротор 1 представляет собой тонкостенный стакан, выполненный из алюминиевых сплавов, который, будучи легким, обладает не­ значительным моментом инерции. Таким образом, если в преды­ дущем двигателе ротор выполнен в виде «беличьего колеса», т. е. представляет собой магнитопроводящий цилиндр, набранный из изолированных стальных листов с проводниками, заложенными в продольные пазы, то в двигателе с полым ротором токоведущие

торном и трансформаторном режимах, причем последний приме­ няется более широко, особенно в следящих системах, например для синхронного вращения двух валов, которые между собой не имеют жесткой механической связи. При этом используются два одинаковых сельсина (рис. 34). Ротор '1 сельсина-датчика СД механически связан с задающим элементом ЗЭ, а ротор 2 сель­ сина-приемника СП — с выходным валом. Их статорные обмот­ ки соединены между собой, как показано на схеме, и питающее напряжение U подается только на один из роторов, как правило

сельсина СД переменный ток, протекая по его однофазной обмот­

Этот ток, протекая по обмоткам сельсина СП, создает свой маг­ нитный поток, в результате чего с однофазной обмотки этого сельсина можно снять выходное напряжение UBblx. Если ось рото­ ра сельсина-приемника СП повернута относительно оси ротора

44

сельсина-датчика СД на угол 90°, магнитный поток не пересекает витки обмотки ротора сельсина-приемника СП и выходное напря­ жение равно нулю. Такое взаимное расположение осей роторов обоих сельсинов принимается за исходное, нулевое, положение. При рассогласовании на выходе появляется напряжение, в резуль­ тате чего обеспечивается синхронный поворот роторов.

на какой-то угол, называемый шагом, и останавливается, не воз­ вращаясь в исходное положение. При подаче следующего им-

Рис. 35. Шаговый элек­ тродвигатель с ротором из постоянного магнита

пульса происходит поворот на такой же шаг и т. д. Таким обра­ зом, двигатель имеет прерывисто-непрерывное вращение. Шаго­ вые двигатели удобно использовать, когда импульсные сигналы должны преобразоваться в неограниченные углы поворота, как это имеет место, например, в счетчиках.

Наибольшие преимущества имеют шаговые двигатели, у кото­ рых ротор представляет собой постоянный магнит, ибо он при прекращении подачи напряжения остается в устойчивом положе­ нии (рис. 35). Его статор состоит из трех полюсов с обмотками, соединенными в звезду. Питание обмоток осуществляется по трем проводам. При этом по одному проводу подается напряжение од­ ной полярности, а по двум другим— противоположной. Чтобы ро­ тор мог повернуться, необходимо изменить полярность одного из полюсов с помощью реле или переключателя. Ротор двигателя реверсируют посредством изменения коммутации. При трехполюс­ ном двигателе поворот, т. е. шаг ротора, составляет 60°, но если статор выполнить из шести полюсов; шаг составит 30°. При от­ ключении питания ротор устойчиво останавливается, так как он притягивается к полюсам статора.

На рис. 36 представлена конструкция шагового электромеха­ нического нереверсивного двигателя. Храповое колесо 5 жестко сидит на валу двигателя. В зацеплении с зубьями находится со­ бачка 4, выполненная на одном из плеч двуплечего рычага 2. При подаче напряжения на катушку 3 второе плечо рычага притяги­ вается, и тем самым собачка поворачивает храповое колесо на один зуб. В этом положении храповое колесо фиксируется другой

45

ет храповое колесо в одном направлении, а при включении второй

томатизации изменения тормозного момента в механизме поворо­ та кранов в зависимости от нагрузки. На рис. 37 приведена схе­ ма центробежного оттормаживателя. Он состоит из электродви­

ется вместе с диском. Это позволяет валу беспрепятственно вра­ щать четырехзвенник. Под действием центробежных сил грузики расходятся в стороны, шарнир 6 и тяга 7 перемещаются вверх, что приводит через рычаг к растормаживанию механизма. При выключении механизма, а следовательно, и двигателя конусный

сближаются, рычаг 8 опускается, и происходит торможение. Плав­ ность торможения определяется временем проскальзывания дисков, что можно регулировать винтами, установленными на двигателе, которые воздействуют на пружинную подвеску 9 ротора электро­ двигателя, т. е, на силу прижатия дисков.

Действие электромагнитных исполнительных механизмов ос­ новано на принципе соленоида, и их применяют, когда какое-ли-

46

бо устройство должно находиться только в двух конечных поло­ жениях, например в тормозах (расторможенное и заторможен­ ное), в вентилях (открытое и закрытое положение клапана). По сравнению с электродвигателями они имеют значительно мень­ шую мощность, зато их конструкция проста, надежна, небольших размеров и невысокой стоимости.

э л е к т р о м а г н и т ы п о с т о я н н о г о и п е р е м е н н о г о т о к а , а также различные муфт ы. В автоматических системах широко используются электрические муфты, которые позволяют в кине­ матических цепях механизмов останавливать ведомые звенья при продолжающейся работе ведущих. Эти муфты подразделяются на электромагнитные сухого трения, вязкого трения и индукционные.

Муфта сухого трения состоит из полумуфты 1, жестко закреп­ ленной на ведущем валу 3, и полумуфты 7, посаженной на ведо­ мом валу 8 подвижно на скользящей шпонке или шлицах (рис. 38, а). В полумуфте ведущего вала размещены катушки 5. Подачу напряжения в них осуществляют через скользящие кон­ такты, состоящие из вращающихся колец 2 и упирающихся в них неподвижных щеток 4.

47

При прохождении тока по катушкам возникает магнитый по­ ток, в результате чего полумуфта ведомого вала притягивается, и этот вал получает вращение. При этом пружина 9 сжимается. Чтобы увеличить трение и величину передаваемого вращающего момента, полумуфты могут иметь фрикционные обкладки 6. При прекращении подачи тока в катушки пружина отталкивает полумуфту 7, и ведомый вал останавливается.

Рассмотренная муфта как отдельный узел не является ревер­ сивной, в то время как в ряде механизмов, имеющих, например, привод от двигателя внутреннего сгорания, возникает необходи­ мость реверсировать ведомый вал посредством муфты. В таких случаях можно использовать реверсивную муфту сухого трения, упрощенная схема которой приведена на рис. 38, б.

Силовой агрегат 1 вала зубчатой пары 2 вращается всегда в одном направлении. Имеются две катушки 5 с сердечниками 6, каждый из которых связан с фрикционным диском 3 и поджима­ ется пружиной 4. Если ведомый вал 7 должен оставаться непод­ вижным, то между фрикционными дисками и зубчатой парой су­ ществует зазор и эта пара вращается вхолостую. Если необходи­ мо ведомому валу сообщить вращение, включают одну из кату­ шек муфты. При этом ее сердечник втягивается, фрикционный диск прижимается к шестерне, между ними возникает трение, и через передачу 8 ведомый вал получает вращение. В зависимости от того, какая из катушек получит питание, ведомый вал получит правое илй левое вращение.

Основным недостатком муфт сухого трения является то, что практически невозможно изменять скорость вращения ведомого вала при постоянной скорости ведущего вала, хотя, если периоди­ чески, т. е. импульсами, питать катушку муфты, можно добиться получения промежуточных скоростей. Однако такой способ тре­ бует усложнения конструкции и ведет к интенсивному износу трущихся поверхностей.

Этих недостатков лишены муфты вязкого трения, называемые также порошковыми. Они позволяют плавно изменять скорость вращения ведомого вала. Такая муфта состоит из втулки 1 с ка­ тушкой 2, которая сидит на ведущем валу 8 (рис. 38,в). Ток в катушке подводится посредством колец 9 и щеток 7. Стакан 6 выполнен из магнитного материала и скреплен с дисками 5, из­ готовленными из немагнитного материала, которые связаны с ве­ домым валом 4. Такой подбор материалов в муфте устраняет появление осевых электромагнитных сил. Пространство между внутренней поверхностью стакана и втулкой заполнено ферро­ магнитным порошком 3. Он состоит из электротехнического или карбонильного железа, смешанного с машинным маслом, графи­ том или тальком. Вытеканию такой ферромагнитной массы пре­ пятствуют уплотнения 10.

Если к катушке ток не подводится, то муфта передает малый вращающий момент, определяемый густотой ферромагнитной массы, т. е. ее так называемым вязким трением. При подаче тока

48

в катушку под действием магнитного поля порошок намагничи­ вается. Между его частицами, а также между порошком и по­ верхностями втулки и стакана появляются силы сцепления, в ре­ зультате чего создается значительный момент трения и вращение ведущего вала сообщается ведомому. Величина момента трения примерно пропорциональна току в катушке, что позволяет изме­ нять скорость вращения ведомого вала.

Рассмотренная муфта является нереверсивной. Для реверси­ рования в устройстве применяют две муфты, которые получают вращение от одного силового агрегата в противоположных на­ правлениях по такой же схеме, какая приведена на рис. 38, б.

тактные кольца 4. При вращении индуктора в якоре наводится

Электромагнитные муфты скольжения используются для ди­ станционного управления и автоматического регулирования ско­ рости различных механизмов изменением тока возбуждения муфты.

В некоторых портовых трюмных машинах, в частности типа ПСГ, для управления потоком рабочей жидкости в гидроцилинд­ рах, изменения угла наклона и поворота ленточных конвейеров применяют э л е к т р о м а г н и т н о е п е р е м е щ е н и е з о л о т ­