Исполнительные устройства. Исполнительное устройство– силовое устройство, которое изменяет величину регулируемого параметра в соответствии с ком___ сигналом, подающимся от регулирующего устройства.

Исполнительное устройство состоит из блоков:

1. исполнительного механизма

2. регулирующего органа

Исполнительный механизм и регулирующий орган связаны гибкой связью, т.е. с помощью тяг, рычагов, тросов и других соединений или могут иметь монолитную конструкцию (жесткая связь), т.е. исполнительный механизм и регулирующий орган собраны в одном корпусе.

Схема исполнительного устройства:

Исполнительное устройство должно иметь вспомогательные средства управления. На входе исполнительного устройства ставят блоки усиления (БУ), которые усиливают командный сигнал для передачи от регулирующего устройства к исполнительному. Исполнительные устройства снабжаются блоками дистанционного (БДУ) и ручного (БРУ) управления. Блок сигнализации конечных положений (БСКП) вала исполнительного механизма. Фиксаторы конечных положений регулирующего органа (ФП). Исполнительные устройства снабжаются блоками обратной связи (БОС).

Исполнительный механизм – блок исполнительного устройства, который преобразует входной командный сигнал от регулирующего устройства в управляющий сигнал и, через соответствующую связь, передает этот сигнал регулирующему органу или непосредственно на объект управления.

Регулирующий орган – блок исполнительного устройства, с помощью которого производится непосредственное воздействие на объект управления или регулируемый параметр.

Одной из основных характеристик исполнительного устройства является величина перестановочного усилия, передаваемого выходным органом исполнительного механизма на регулирующий орган. Эта величина обычно указывается в паспорте, является основной при энергетическом расчете и выборе исполнительного механизма.

Классификация исполнительных устройств.

По виду энергии, создающей перестановочное усилие:

1. Гидравлические.

2. Пневматические.

3. Электрические.

По конструкции:

1. а) Мембранные

б) Поршневые

в) Лопастные

г) Гидромуфты

2. а) Мембранные

б) Поршневые

в) Сильфонные

3. а) ЭД

б) ЭМ

в) Позиционного типа

г) Постоянной скорости

д) Переменной скорости

Мембранные и поршневые:

1. пружинные

2. безпружинные

Все исполнительные механизмы:

1. прямоходные

2. однооборотные

3. многооборотные

Исполнительные устройства должны обеспечивать работу регулирующих органов. Для дросселирующих РО требуется определенное силовое воздействие для его перестановки. Для дозирующих РО необходимо изменение режима их работы или некоторых параметров. Исходя из этого ИУ подразделяют на силовые и параметрические. Силовые ИУ создают управляющее воздействие в виде силы (момента) или перемещения, параметрические – изменяют состояние РО. Силовые ИУ содержат в своем составе механические передачи, а также различного рода двигатели и часто называются силовыми приводами.

Двигатели – это устройства, преобразующие какой-либо вид энергии в механическую для выполнения механической работы.

В зависимости от вида двигателя различают электрические, механические, гидравлические и пневматические исполнительные механизмы. Конструктивно ИМ часто выполняются как многокаскадные усилительные преобразователи. По характеру перемещения выходного элемента они бывают непрерывного и дискретного действия, а также поступательного и вращательного движения. Различают ИМ реверсивные и нереверсивные. Основными характеристиками исполнительных механизмов являются коэффициент усиления по мощности, скорость (постоянная или переменная) и усилие (перемещение) на выходе.

Преобразователи, предназначенные для увеличения значения выходной величины или мощности, называют усилителями. В этом случае коэффициент преобразования называют коэффициентом усиления (он больше единицы).

Встречаются простые усилительные элементы, не требующие дополнительной энергии. Они могут использоваться для усиления входных величин без усиления мощности. К ним относятся механические рычаги, увеличивающие перемещение или силу, гидравлический пресс, электрический трансформатор.

В общем случае усилительный преобразователь увеличивает выходную величину по мощности за счет использования энергии внешнего источника. Усилитель мощности можно рассматривать как систему управления внешним источником энергии, в котором модулированный входной сигнал вызывает изменение параметров внешнего источника в соответствии с входным сигналом, направляется на выход усилителя.

Усилительные преобразователи могут встречаться в любых функциональных узлах системы управления. Однако необходимость их использования наиболее часто возникает в устройствах воздействия. Для передачи информационных сигналов требуется небольшая мощность, которая определяется уровнем помех и шумов. Для передачи и формирования управляющих воздействий требуются значительные мощности.

Наибольшее распространение в современных системах автоматики получили электрические преобразователи. Для усиления электрических сигналов в измерительных устройствах используются электронные усилители на базе транзисторов и интегральных схем. В качестве электромеханических усилителей применяют реле, контакторы. В ряде случаев используют бесконтактные магнитные усилители, представляющие собой электромагнитные устройства.

В пневматических и гидравлических усилителях увеличение передаваемого механического воздействия осуществляется за счет потенциальной энергии рабочей среды (жидкости или газа под давлением, создаваемым внешним источником). Схемы таких усилителей практически ничем не отличаются. В гидравлических усилителях в качестве энергоносителя внешнего источника используются жидкости, не изменяющие своих физико-химических свойств в процессе эксплуатации: минеральные масла, синтетические смеси, реже вода. Жидкость подается в усилитель насосом. В пневматических усилителях в качестве энергоносителя используются газы (чаще воздух, нагнетаемый компрессором).

Различают два типа усилителей: джроссельные и струйные. Конструктивно дроссельные усилители могут быть выполнены в виде задвижек, заслонок, игл, сопел с заслонками и т.д.

В дроссельных усилителях рабочая жидкость или газ под постоянным давлением Р₁ подается от внешнего источника через входной дроссель 1. Пройдя через дроссель, образуемый цилиндром (золотником) 2 или заслонкой 3, давление среды становится равным Р₂. Давление на выходе Р_y зависит от величины x перемещения цилиндра или заслонки. Такие усилители могут реализовать два вида функций преобразования: P_y=(x) и F_y=(x). Если в качестве заслонки использовать мембрану датчика давления, то такие преобразователи становятся однородными по входной и выходной величинам.

Преобразователи типа сопло-заслонка могут быть обратимыми, т.е. у них можно менять вход с выходом.

Рис. Схемы дроссельных усилителей:

а – золотникового; б – типа сопло-заслонка; 1 – входной дроссель; 2 – золотник; 3 – заслонка.

В струйных усилителях основным элементом является струйная трубка, состоящая из поворотной трубки 2, которая воспринимает сигнал управления x, и приемника 1 с двумя соплами. Принцип работы струйного усилителя основан на преобразовании кинетической энергии жидкости, направляемой под давлением Р в поворотную трубку 2, в потенциальную энергию давлений Р₁ и Р₂ на выходе двух сопел. Если трубка расположена в среднем положении, то давление Р₁ = Р₂. Если под действием сигнала х трубка отклоняется, например в сторону сопла Р₁ , то давления Р₁ и Р₂ изменятся: одно возрастет, другое уменьшится. В зависимости от положения трубки 2 разность давлений в соплах изменяется от Р до 0.

Рис. Схема струйного усилителя. 1- приемник, 2 – поворотная трубка.