Строительные машины лекции / ГЛАВА4

ГЛАВА 4. ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА АВТОМАТИКИ И ОСНОВЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ - СРС

4.1. Общие сведения о системах автоматики

Автоматизация строительных машин заключается в применении технических средств и систем управления, освобождающих человека-оператора (полностью или ча­стично) от непосредственного участия в процессах управления работой машины или комплектов машин. Развитие автоматических систем управления обусловлено необхо­димостью более высоких скоростей и усилий управления развивающейся техникой, зна­чительно превышающих физические возможности человека; повышения технико-эко­номических показателей и обеспечения наилучших (оптимальных) режимов работы; снижения утомляемости операторов и, как следствие, повышения надежности их рабо­ты и снижения аварийности; создания новых средств управления рабочими процессами в условиях, опасных для жизни и здоровья человека или недоступных для него.

Управление любым техническим объектом (машиной, ее частью, комплектом ма­шин, технологическим процессом и т. п.) состоит из контроля его фактического состоя­ния и регулирования. В системе автоматического управления (САУ) все эти процессы выполняются без участия человека (оператора) по специальным программам. Управле­ние заключается в формировании управляющих воздействий, обеспечивающих требуе­мое состояние или режим работы объекта управления, а также в их реализации. Авто­матический контроль заключается в автоматическом получении информации о состоя­нии объекта или характере протекания технологического процесса, либо о наступлении их предельных значений, установленных нормативно-технической документацией. Ав­томатическое регулирование является разновидностью автоматического управления. Оно заключается в поддержании постоянства или изменения по требуемому закону некоторой физической величины, характеризующей управляемый процесс. Регулирование обеспечивается системой автоматического регулирования (САР).

4.2. Датчики контроля и регулирования

Датчиком или измерительным преобразователем называют средство измерения, преобразующее измеряемую физическую величину в сигнал для передачи, обработки или регистрации. Датчик преобразует одну физическую величину (давление, темпера­туру, перемещение и т. п.) в другую, обычно в электрическую на основе пропорциональ­ной связи собственных единиц измерения. Преобразователь, непосредственно воспри­нимающий параметр состояния, называют чувствительным элементом датчика. В про­стейшем случае датчик может состоять только из одного преобразователя, воспринима­ющего и преобразующего параметры состояния как, например, термометр сопротивления, термопар. Более сложные датчики могут состоять из нескольких преобразующих элементов. Параметр состояния, воспринимаемый чувствительным элементом датчика, называют входной величиной датчика, а сигнал последнего преобразующего элемента - выходной величиной.

Устройства, служащие для получения информации о положении элементов машин, механизмов или их частей путем преобразования линейных или угловых переме­щений в электрические или другие величины, называют датчиками перемещения или положения. Они бывают контактными и бесконтактными. Простейшим контактным ус­тройством двухпозиционного (релейного) типа для контроля положения механизмов или их частей является концевой или путевой выключатель (рис. 4.5). Для ограниче­ния линейного перемещения применяют рычажные выключатели (рис. 4.5, а). При достижении механизмом или его частью крайнего положения этот механизм нажима­ет на рычаг 1 концевого выключателя, который переключает контактную группу 2.

Для ограничения углового перемещения механизма применяют шпиндельные выключатели (рис. 4.5, б). Шпиндельный выключатель представляет собой пару винт-гайка. При этом винт 3 соединен с контролируемым механизмом с помощью механиче­ской передачи (зубчатой, цепной и т. п.) 5. При его вращении гайка (кулачок) 4 переме­щается в направляющих 6 до наезда на левый 7 или правый 8 выключатели, переключа­ющие контактную группу.

Рис. 4.5. Концевые выключатели

В слаботочных САУ применяют микропереключатели (рис. 4.6) с двумя (замы­кающим и размыкающим) контактами.

Рис. 4.6. Микропереключатель

Датчики углового положения (рис. 4.7) предназначены для контроля углового положения рабочего органа или рамы машины. Они бывают поплавковыми, маятниковыми и реостатными.

рис 4.7. Датчики углового положения

Группу датчиков силового воздействия составляют датчики давления жидкос­тей и газов, датчики деформации твердых тел и датчики колебаний. Для измерения давления применяют первичные преобразователи силы, связан­ные с изменением столба жид­кости, перемещением упругих элементов, электрическим сопротивлением или электродви­жущей силой.

При большой частоте колебаний давлений упругие чувствительные элемен­ты из-за своей инерционности применять нецелесообразно. Для этого, а также для измерения деформаций применяют тензометрические и пьезоэлектрические датчики.

Для измерения уровня жидкости или сыпучих материа­лов применяют различные поплавковые и буйковые прибо­ры, чувствительным элементом которых является плавающий или полностью погруженный в измеряемую жидкость поплавок (буек).

Для измерения и ре­гулирования скорости вра­щения валов в машинах и механизмах применяют датчики угловой скорости (тахометры). Наиболее рас­пространены механические и электрические тахометры. В механических тахометрах центробежного типа (рис. 4.16, а) за счет центробеж­ных сил, возникающих при вращении чашки 1, шарики 2 отбрасываются на периферию, воздействуя на тарелку 3, поджимаемую к чашке пружиной 4. По осевому перемещению тарелки судят о скорости вращения измеряемого вала.

Рис. 4.16. Датчики угловой скорости

Для измерения скорости ветра при работе строительных кранов используют анемометры, датчиком которых является трехлопастная вертушка, вращающаяся со скоро­стью, пропорциональной скорости ветрового потока. Вертушка механически соединена с тахогенератором, сигнал от которого поступает на измерительный пульт. На передней панели пульта установлены: указатель скорости ветра, кнопка разблокирования выход­ного реле и три сигнальных лампы - белая, желтая и красная. Белая лампа загорается при включении анемометра в сеть, желтая - при увеличении скорости ветра до предель­но допустимого значения, красная - при длительных порывах ветра предельно допусти­мой скорости. При этом выходное реле самоблокируется. После уменьшения скорости ветра кнопкой разблокирования реле схему измерительного пульта возвращают в исход­ное (рабочее) состояние.

4.3. Усилительные и переключающие устройства

В последние годы широкое распространение в тех­нике получили герметизированные магнитоуправляемые контакты, называемые герконами (рис. 4.19). Простейший геркон (рис. 4.19, а) представляет собой стеклянную запаянную ампулу 1, заполненную инертным газом (азо­том, аргоном, водородом или азотно-водородной смесью). Внутри ампулы размещены две тонкие пермалоевые пла­стины 2 с токоотводами. Концы пермалоевых пластин, контактирующих при замыкании, покрыты защитным слоем золота, родия или палладия.

Рис. 4.19 . Геркон

Работой геркона уп­равляют постоянные магниты 3 или электромагниты 4 (рис. 4.19, б). При воздействии на геркон магнитного по­ля достаточной напряженности магнитные силовые линии замыкают контакты. При ослаблении магнитного поля контакты размыкаются от действия сил упругости. Один или несколько герконов, помещенных в управляемое магнитное поле, образуют безъякорное реле. Герконы просты по устройству и в управлении их работой, надежны и не требуют регулировки. Они могут работать в широком ди­апазоне температур от -100 до +200°С, обладают достаточной для применения в автоматических устройствах строительных машин вибро- и удароустойчивостью.

Принцип действия электронных усилителей основан на явлении электронной эмиссии - испускании электронов твердыми телами при внешнем энергетическом воз­действии. Основными частями ламповых усилителей являются триоды, тетроды и пентоды.