книги из ГПНТБ / Бергер И.И. Токарное дело учебник

Однако для многих реальных процессов пассивного управления недостаточно. Необходимы еще сведения о фактическом состоянии или положении управляемого объекта, то есть иметь от него обрат­ ную связь с цепью корректировки управляющего сигнала. Эти дан­ ные должны быть поданы в промежуточный элемент автоматики, где они сопоставляются, сравниваются и в исполнительный элемент должна быть подана команда, корректирующая работу управляемо­ го механизма. В данном случае получается как бы замкнутый круг; система управления ставится в зависимость от результатов ее рабо­ ты. Такой принцип, основанный на использовании информации о результатах управления, называется принципом обратной связи, а автоматическая система, построенная на нем, называется замкну­

той.

В замкнутой системе управления устанавливается чувствитель­ ный или измерительный элемент обратной связи, изображенный на структурной схеме (рис. 274) штриховой линией.

Вопросы и задания для повторения

1.В чем состоит особенность автоматической машины?

2.Укажите элементы автоматики и их функции.

3.В чем состоит подобие элементов автоматики с элементами живого орга­

низма?

4. Изобразите структурные схемы разомкнутой и замкнутой автоматических систем.

5. Укажите принципиальное отличие различных автоматических систем.

§ 4. Чувствительные элементы автоматики

Чувствительные элементы — датчики — воспринимают измене­ ние заданного или контролируемого параметра и преобразуют его в выходной сигнал, удобный для дальнейшей обработки и передачи.

По характеру входного сигнала датчики делятся па путевые, размерные, силовые и скоростные.

1. Путевые датчики предназначены для приема сигналов уп равления по пути следования подвижных частей механизма или станка. По принципу действия они бывают электроконтактные, ин­ дуктивные, гидравлические и др.

К электрокоитактным датчикам относятся путевые переключа­ тели, которые могут быть простые, моментные и микропереключа­ тели.

Переключатель простого действия (рис. 275, а) имеет две пары контактов: нормально закрытые 4 и нормально открытые 3. При нажиме движущейся части станка на шток 1 планки 2 с подвижны­ ми контактами отходят вниз, верхние контакты 4 размыкаются, а нижние 3 замыкаются. Как только воздействие на шток прекраща­ ется, контактные планки 2 под действием пружины 5 возвращаются

висходное положение.

Вмоментной переключателе (рис. 275, б) при воздействии на ролик 1 поворачивается на оси рычаг 2 и поводок 3, который своим

роликом 9 отводит защелку 5 и поворачивает планку 8 вокруг оси, вызывая мгновенное размыкание контактов 6 и замыкание контак­ тов 7. Возврат переключателя в исходное положение после прекра­ щения действия на ролик 1 производится пружиной 4.

Если требуется получить срабатывание путевого датчика, при очень малом перемещении штока и небольшом давлении на него, используются микропереключатели (рис. 275, в). При воздействии иа колпачок 1 он утапливается и через пружину 2 перемещает

Рис. 275. Электроконтактные путевые датчики:

а — простой; б — моментный; в — микропереключатель.

штырь 3 с колодкой 4. При этом прогибаются плоские пружины 5, которые размыкают жонтакт 7 и замыкают контакт 6. После пре­ кращения действия на колпачок 1 пружины 5 возвращаются в ис­ ходное положение.

При большой частоте переключений электроконтактные датчи­ ки постепенно теряют точность и выходят из строя. Чтобы устранить указанные недостатки, применяют бесконтактные датчики, в част­ ности индуктивные.

Индуктивный датчик (рис. 276) имеет две катушки / и 3 с об­ мотками, между которыми расположен якорь 2, находящийся под действием штока 4. Первичные обмотки катушек соединены после­ довательно и питаются переменным током, вторичные — встречно. Когда якорь занимает среднее положение, результирующая напря­ жения на зажимах вторичных катушек (на выходе датчика) равна пулю. Отклонение якоря под воздействием штока от среднего поло^ жения изменяет воздушные зазоры около катушек и вызывает по­ явление электрических сигналов, направляемых в промежуточный элемент для усиления.

Гидравлический датчик (рнс. 277) предназначен для изменения направления потока рабочей жидкости. В верхнем положении плун­ жера / поток жидкости Поступает от насоса через отверстия 7 и 2 к цилиндру, а отработанная жидкость сливается в бак через отвер­ стия 3 и 5 или по каналу 6 и отверстие 8. При нажиме на плунжер он, преодолевая давление пружины 4, опустится. В этом положении рабочая жидкость, поступающая в отверстие 7, направится в дру­ гую полость гидроцилиндра через отверстие 3, а обратный ее поток будет сливаться в бак через отверстие 2, канал 9 и отверстие 5.

2. Р а з м е р н ы е д а т ч и к и. Действие таких датчиков в ав томатических системах управления основано на подаче сигнала или команды исполнительному звену для корректировки положения ре-

жущего инструмента, когда размер обрабатываемой поверхности выходит за пределы поля допуска. Для этой цеЛи наиболее часто употребляют электроконтактные и индуктивные датчики, обладаю­ щие высокой чувствительностью.

В двухпредельном электроконтактном датчике (измерительной головке) (рис. 278) индикатор 6 наконечником упирается в верх­ ний торец измерительного штока 1, который в свою очередь пру­ жиной 4 отжимается вниз для создания контактного усилия. На Штоке закреплены два хомутика 5 и 3. Первый имеет твердосплавный наконечник, который в процессе измерения воздействует на корун­

довый штифт 11 двуплечего рычага 12, второй — прорезыо надет на штифт 15 и препятствует повороту штока. Рычаг 12 подвешен к ко­

руемым контактом является винт 14. Контакты датчика имеют вы­ воды, которые присоединены к розетке 10.

При уменьшении диаметра измеряемой детали шток 1 опус­ кается, размыкая верхний контакт. Когда шток опустится на опре­ деленный размер, замыкается нижний контакт. Кроме того, инди­

к и. Назна-чение таких датчиков — дать электрический сигнал в том случае, когда скорость вращения вала станка станет выше задан­ ного значения. Для этой цели часто применяют тахогенераторы, схема которых приведена на рис. 280.

Тахогенератор представляет собой машину постоянного тока. Его вал присоединяется к валу станка, скорость которого контроли­ руется. Во внешнюю цепь тахогенератора включается реле Р. Так как электродвижущая сила тахогенератора пропорциональна ско-

рост» вращения якоря Я, то реле срабатывает при определенной скорости вращения контролируемого вала. Изменяя сопротивление R, можно менять величину скорости якоря, при которой срабатыва­ ет реле.

Р и с . 2 7 9 . Э л е к т р о г и д р а п л п ч еск и й с и л о в о й д а т ч и к .

Вопросы для повторения

1. П р Л в ед п т е к л а сси ф и к а ц и ю д а т ч и к о в .

§ 5. Промежуточные элементы автоматики

Промежуточные элементы автоматических устройств предназ­ начены для усиления, замедления или преобразования сигнала, по­ ступающего от датчиков, и направления его к исполнительным ме­ ханизмам. Для этой цели применяют различные реле, усилители и преобразователи.

.1. Р е л е называются приборы, воспринимающие контролиру­ емый сигнал и при достижении им заданного значения приводя­ щие в действие исполнительные механизмы. Они являются наиболее распространенными промежуточными элементами автоматики и могут выполнять почти все их функции.

По принципу действия реле делятся па электрические, электро­ магнитные, фотоэлектрические и комбинированные (например, пневмоэлектрические).

В главе VII частично рассматривались некоторые типы реле, используемые для управления электродвигателем токарного станка (см. рис. 168 и 169): контакторы, плавкие предохранители, тепловые реле и реле времени.

Контакторы являются характерными представителями электро­ магнитных реле, которые замыкают силовую цепь исполнительного

механизма (двигателя) при получении слабого электрического сиг­ нала. Они используются в качестве усилителен и действуют на прин­ ципе втягивания в катушку железного сердечника, на конце которо­ го закреплены контактные пластины. Применяются также контак­ торы с поворотным якорем, работающие на таком же принципе.

Плавкие предохранители являются электрическими реле, кото­ рые разрывают цепь при достижении силой тока заранее предусмот­ ренной величины.

Тепловые реле отключают исполнительный механизм, когда температура его нагрева становится выше допустимой.

Реле времени являются за­ медлителями входного сигнала. Они срабатывают по истечении заранее установленного вре­ мени.

В. автоматических систе­ мах, где необходима высокая скорость преобразования или усиления входного сигнала, применяются электронные реле.

Воснове действия элект­ ронного реле использована

баллона /, внутри которого расположены цилиндрический анод 2, сетка 3 и нить накала — катод 4. При подключении анода к поло­ жительному полюсу источника тока, а катода — к отрицательному в лампе возникает ток, сила которого увеличивается с увеличением подведенного напряжения.

Если управляющей сетке сообщить отрицательный заряд, то опа, отталкивая электроны, будет снижать анодный ток и при оп­ ределенном значении заряда лампа окажется «запертой» — анод­ ный ток станет равным нулю. Таким образом, регулируя заряд сетки или изменяя его по знаку, можно увеличивать или уменьшатьанодный ток, проходящий через лампу.

Принцип действия быстродействующего электронного реле можно выяснить из схемы, приведенной на рис. 281, б. Нить накала (катод) и анод присоединены к первичной обмотке трансформато­ ра, а управляющая сетка — ко вторичной. В цепь анода включено промежуточное электромагнитное реле Р, а в цепь сетки — нор­ мально разомкнутые контакты К и сопротивления R\ и R2. При ра­ зомкнутых контактах К сетка в один полупернод получает отрица­ тельный заряд, в другой — положительный. Когда сеткаимеет отрицательный заряд, лампа заперта, когда же сетка получит поло­ жительный заряд, анод в это вермя получит отрицательный и лам­ па снова окажется запертой.

Как только включаются контакты К, сетка может получить по­ ложительный заряд в тот полупериод, когда анод имеет тоже поло­

жительный заряд (если правильно подобрать соотношение сопро­ тивлений R 1 и Яг). В эти полупериоды будет возникать анодный ток, который, пройдя катушку реле, вызовет замыкание пли размы­ кание контактов, управляемых этим реле. Анодный ток получается здесь пульсирующим, так как во второй полупериод лампа не рабо­ тает. Для сглаживания анодного тока параллельно реле включается конденсатор С.

2. У с и л и т е л и. Эти функции, в частности, выполняют неко­ торые реле. Кроме того, применяются специально предназначенные для этой цели электромагнитные, электромашинные п гидравличе­ ские усилители.

Электромагнитный усилитель (рис. 282, а) позволяет значи­ тельно повышать силу тока в нагрузочной цепи 2, в которую вклю­ чены потребитель 1 н обмотка 4. Величина тока в этой цепи зависит от ее общего сопротивления, основной частью которого является индуктивная составляющая.

Индуктивное сопротивление изменяют за счет изменения маг­ нитной проницаемости сердечника 3 путем подмапшчнвапия его постоянным током, подаваемым в обмотку 5. Чем больше сила тока в обмотке 5, тем больше ток в нагрузочной цепи.

Электромашинный усилитель (ЭМУ) (рис. 282, б) представля­ ет собой генератор постоянного тока, приводимый в действие вспо­ могательным асинхронным двигателем переменного тока. Такие ге­

ми АА, включенными в нагрузочную цепь, и поперечными ВВ, зам­ кнутыми накоротко. Входное напряжение UBX подается в обмотку управления.

При вращении якоря ЭМУ продольный магнитный поток Ф\ индуктирует в его обмотке электродвижущую силу, которая в ко­ роткозамкнутой цепи поперечных щеток ВВ создает большую силу тока. Этот ток в свою очередь создает большой поперечный маг­ нитный поток 0 2 , который, пересекая обмотку якоря, вызывает появление между щетками АА значительного выходного напряже­ ния Uвых-

ЭМУ с поперечным магнитным потоком называются ампдиди- ' нами. Они имеют коэффициент усиления до 10 000.

Гидроусилитель крутящих моментов (рис. 282, в) состоит из аксиально-плунжерного гидродвигателя й следящего золотника.

На валу 1 гидродвигателя свободно установлен ротор 4 с плун­ жерами 6, которые во время работы воздействуют на толкатели 5, размещенные в барабане 3. Последний закреплен на валу и соеди­ нен поводковыми пальцами с ротором 4. При поступлении масла от насоса через штуцер 8 и следящий золотник 9 в полости плунжеров толкатели 5, взаимодействуя сферическими поверхностями с нак­

ляющая усиливать слабые командные сигналы в виде угловых по­

воротов, подводимых к золотнику.

Рассмотренный гидроусилитель получил широкое применение для усиления крутящего момента маломощных шаговых электро­ двигателей (см. рис. 285, б) в автоматизированных системах управ­ ления металлорежущих станков.

3. П р е о б р а з о в а т е л и: В некоторых схемах автоматич ского управления возникает необходимость изменять поступающий от датчика или усилителя сигнал из одного вида в другой, напри-

Р и с . 28 3 . Э л е к т р о г и д р а в л и ч е е к п й п р е о б р а зо в а т е л ь .

мер электрический в гидравлический. Для этого применяют раз­ личные преобразователи.

На рис. 283 показан преобразователь электрического сигнала, поступающего от датчика, в гидравлический для подачи в испол­ нительный механизм усиленного потока рабочей жидкости. Золот­ ником 2 управляют электромагниты / и 4. При подаче сигнала в соответствующий электромагнит сердечник его, втягиваясь в ка­ тушку, перемещает золотник в крайнее левое или правое положение. При этом поток жидкости 3 от насоса подается в гидравлический исполнительный механизм через канал 5 или 6.

В о п р о сы и з а д а н и я д л я п о в т о р ен и я

1. У к а ж и т е н а зн а ч е н и е и виды п р о м е ж у т о ч н ы х эл е м е н т о в а в т о м а т и к и .

2 . К а к и е эл ем ен т ы а в т о м а т и к и о т н о с я т с я к г р у п п е р ел е? У к а ж и т е их р а з н о ­

в и д н о ст и .

3 . О б ъ я с н и т е н а зн а ч е н и е н п р ин ц ип д е й с т в и я р е л е , и сп о л ь зу е м ы х д л я у п р а в ­

л ен и я эл е к т р о д в и г а т е л е м т о к а р н о г о ст а н к а .

5 . И з о б р а з и т е - с х е м ы эл е к т р о м а гн и т н о г о и эл е к т р о м а ш п ш ю го у си л и т ел е й (р и с . 2 8 2 , а, 6) и о б ѣ я с н и т е п р и н ц и п и х д е й с т в и я .

6 . О б ъ я с н и т е у с т р о й с т в о н п р и н ц и п д е й с т в и я г и д р о у с и л и т е л я к р у тя щ и х м о ­ м е н т о в (р и с . 2 8 2 , в). В к ак и х с л у ч а я х ом п р и м ен я ет ся ?

7 . К а к о е н а зн а ч е н и е п р е о б р а зо в а т е л е й ? О б ъ я с н и т е п р и н ц и п д е й с т в и я эл ек - т р о ги д р а в л м ч еск о г о п р е о б р а з о в а т е л я (р и с . 2 8 3 ) .

§ 6. Исполнительные элементы автоматики

Непосредственное воздействие на управляемый объект осу­ ществляется исполнительными элементами автоматики: электро­

катушку 1 возникает магнитный поток, замыкающийся через магиитопровод 2 и якорь 3, который при этом втягивается в катушку. По мере втягивания якоря и уменьшения зазора X сила тяги F воз­ растает и в конце хода в 1,5—2 ра­ за превышает ее первоначальное значение.

Электромагниты преимущест­ венно используются для включения и переключения сцепных муфт, ос­ новные типы которых были рассмот­ рены в гл. VII по рис. 153. Из этой группы муфт следует выделить элек­ тромагнитные муфты, способные са­ мостоятельно выполнять команды управления.

К исполнительным элементам также относятся предохранительные муфты и механизмы падающего чер­ вяка (см. гл. VII, рис. 154 и 155). При достижении расчетного усилия

они автоматически срабатывают, выключая подачу суппорта то­ карного станка.

2. Д в и г а т е л и. В автоматических схемах применяются гид­ ро- и электродвигатели.

Гидродвигатели бывают вращательного и поступательного движения. В качестве первых наиболее широкое применение полу­ чили аксиально-плунжерные двигатели, принцип действия которых был рассмотрен по рис. 282, в. Основу конструкции гидродвигате­

станка (стола, суппорта). При поступлении рабочей жидкости в ту или иную полость цилиндра поршень получает соответствующее поступательное движение и приводит в действие объект управления.

Главным достоинством гидродвигателей является возмож­ ность плавного и бесступенчатого изменения скорости и направле­ ния движения.

Наряду с известными электродвигателями непрерывного вращения особое место в системах автоматического управления занимают импульсные двигатели, способные выполнять последо­ вательно поступающие электрические командные сигналы.

На рис. 285, а схематично изображен импульсный двигатель постоянного тока, состоящий из электромагнита 1, храпового ко-