розділ2

Дисципліна «Автоматика»

VI Залежно від характеру руху вихідного валу.

1З лінійним рухом.

2Поворотні (кут повороту менше 3600).

3Обертальні (кут повороту більше 3600).

2 Основними параметрами, що характеризують роботу виконавчого механізму, є: зусилля на виході механізму, коефіцієнт посилення за потужністю, лінійне і кутове переміщення, частота обертання, швидкодія і т.п.

Виконавчі механізми повинні задовольняти наступним вимогам:

-потужність повинна перевершувати потужність необхідну для приведення в рух об'єкту керування або його органів в усіх режимах роботи;

-статичні характеристики повинні бути за можливістю лінійними і мати мінімальні зони нечутливості;

-повинні володіти достатньою швидкодією, як наймогутніші функціональні ланки АСР;

-регулювання вихідної величини повинне бути за можливістю простим і економічним;

-повинні мати малу потужність керування.

3 Електричні виконавчі механізми служать для перетворення електричного струму в механічне переміщення з метою дії на регулюючий орган об'єкту керування. Вони застосовуються:

-для включення і відключення механічних, пневматичних і гідравлічних кіл;

-зчеплення і розчіплення валів, що обертаються;

-відкриття і закриття клапанів, вентилів, засувок;

-плавного переміщення або повороту різних рухомих деталей на кути, залежні від величини струму, що підводиться.

Електричні виконавчі механізми залежно від принципу дії ділять на електромагнітні і електродвигунні.

4. Електромагнітні виконавчі механізми є найпростішими, надійними і швидкодійними з електричних виконавчих механізмів. Їх використовують для керування різного роду регулюючими і затворами клапанами, вентилями, золотниками і т.п.

За видом руху виконавчого (регулюючого) органу (шток, вихідний вал) електромагнітні механізми підрозділяють на електромагніти з прямолінійним рухом і електромагнітні муфти з обертальним рухом.

А) Залежно від вимог електромагніти можуть відрізняться один від одного конструктивно. Проте вони мають загальні елементи (рис.2.6.1): котушку 2, рухомий сердечник 3, поворотну пружину 1. За допомогою рухомого сердечника енергія магнітного поля перетвориться в механічну і через шток 4 передається замикаючому клапану. Переміщення сердечника, при якому відбувається рух замикаючого елемента, називається робочим ходом .

Розділ 2. «Елементи автоматики»

Електромагнітні виконавчі механізми класифікують за такими ознаками.

1.За характером руху сердечника і пов'язаного з ним регулюючого органу

1)що тягнуть – переміщення сердечника направлено від точки прикладення протидіючих сил;

2)штовхаючі переміщення направлено до точки прикладення протидіючої сили;

3)поворотні – при подачі напруги на обмотку котушки силовий елемент повертається на певний кут. Застосування поворотних механізмів обмежується унаслідок малих моментів і громіздкості конструкції, що крутять;

4)реверсивні – забезпечують зміну переміщення силового елемента залежно від характеру електричного сигналу. Реверсивний механізм звичайно містить два електромагніти, сердечники яких механічно пов'язані із закріплюючим елементом.

5)утримуючі.

2.За кількістю позицій вихідного силового елемента (регулюючого органу)

1)однопозиційні – при подачі струму на обмотку котушки сердечник займає одне певне положення;

2)двопозиційні – силовий елемент займає одне з двох положень залежно від того, на обмотку якого електромагніту подається електричний струм. Після знеструмлення він зберігає зайняте положення;

3)трипозиційні – вихідний силовий елемент за відсутності струму в обмотці займає нейтральне положення.

3.Залежно від виду живлячої напруги

1)змінного струму;

2)постійного струму;

3)із змінними котушками змінного і постійного струму.

Б) Електромагнітні муфти є зв'язуючою ланкою між приводом і регулюючим органом. Електромагнітні муфти володіють високою швидкодією, плавним пуском і регулюванням швидкості, простоти в управлінні і мають потужність від декількох ватів до сотень кіловатів.

За принципом дії електромагнітні муфти розділяють на:

-фрикційні;

-порошкові;

-муфти ковзання.

Фрикційна муфта (рис. 2.6.2) складається з двох напівмуфт: ведучою 1 і відомою 6, посаджені на вали 3 і 9. В корпусі ведучої напівмуфти є обмотка 5, живлена електричним струмом через кільця 4 і щітки 2. При подачі постійного електричного струму на обмотку виникає магнітний потік, який притягає по шліцах 8 до себе відому напівмуфту. Остання, долаючи зусилля пружини 7, притягується до відучої напівмуфти. Сили тертя між напівмуфтами дозволяють передати момент, що крутить, з провідного валу на відомий. При відключенні

Дисципліна «Автоматика»

струму магнітне поле зникає, і пружини 7 роз'єднують напівмуфти одну від одної, перериваючи тим самим обертання валу 9. Однодискові муфти не дозволяють передавати великі моменти, що крутять. Для цього використовують багатодискові муфти, що мають велике число поверхонь тертя.

Порошкові муфти (феропорошкові або магнітоемульсійні) працюють за принципом намагнічення феромагнітного середовища, що заповнює простір між напівмуфтами 1 і 2 (рис. 2.6.3). Феромагнітне середовище 4 є звичайно сумішшю порошку карбонільного або крем'янистого заліза і речовини, що змазує (тальк, графить, мастило), покращуючого прослизання напівмуфт при холостому ходу і зменшуючого стирання феропорошку. При подачі струму в обмотку 3 ведучої напівмуфти 1 виникає магнітне поле, що намагнічує окремі частинки залізного порошку, які злипаються між собою, збільшуючи в'язкість феромагнітного середовища. Відома напівмуфта 2 починає обертатися, передаючи обертання на об'єкт управління. В'язкість феромагнітного середовища залежить від сили струму в обмотці, отже можна при зростанні струму збільшувати передаваний момент, що крутить. Таким чином, муфти в'язкого тертя є керованими, тобто дозволяють плавно регулювати обертаючий передаваний момент, а отже і частоту обертання відомого валу.

Електромагнітні муфти ковзання складаються з двох основних частин напівмуфт (рис. 2.6.4). На провідному валу 1 встановлюють напівмуфту з індуктором 3 у вигляді електромагніту постійного струму з котушкою збудження 6 і полюсами 7. На відомому валу закріплена напівмуфта з якорем 4 у вигляді роторної клітки асинхронного двигуна. Струм до котушки 6 подається через щітки і контактні кільця 2. При обертанні провідного валу магнітне поле індуктора 3 обертається щодо якоря 4, навівши в ньому струми, які, взаємодіючи з магнітним полем індуктора, створюють момент, що крутить. Якір і вал 5 починають обертатися. При відключенні струму обертання якоря припиняється. Є конструкції не тільки із зовнішнім, але і з внутрішнім розташуванням якоря. Перевагою розглянутої конструкції є її висока надійність, а також можливість плавно регулювати передаваний момент за рахунок зміни напруги живлення.

5 Електродвигунний механізм складається з виконавчого двигуна, редуктора і гальма. Сигнал керування одночасно подається на двигун і гальмо, при цьому гальмо розгальмовується і двигун приводить в рух регулюючий орган. При знятті сигналу двигун вимикається, а гальмо зупиняє рух регулюючого органу.

За допомогою електродвигунів, вживаних у виконавчих механізмах автоматичних систем, електрична енергія перетворюється у механічну. Розрізняють електродвигуни постійного і змінного струму. Залежно від цільового призначення їх можна розділити на дві великі групи: двигуни для нерегульованого приводу і двигуни для регульованого приводу. Двигуни першої групи повинні забезпечувати приблизно постійну швидкість обертання і у разі потреби змінювати напрям обертання на зворотне. До двигунів другої групи пред'являють більш високі вимоги: вони повинні швидко і плавно запускатися, гальмуватися, змінювати напрям обертання і мати широкий діапазон регулювання швидкості. Крім того, оскільки управління двигуном в

Розділ 2. «Елементи автоматики»

регульованому приводі звичайно здійснюється зміною напруги, що підводиться до обмоток, необхідно, щоб швидкість і напрям обертання відповідали величині і знаку напруги.

Оскільки виконавчі двигуни працюють в схемах управління, то для них в основному характерні пуски, зупинки або реверси. Час їх обертання звичайно невеликий, тому ці двигуни не забезпечуються вентиляторами. У колах сполучення перехідних процесів виконавчі двигуни прагнуть виконати малоінерційними і малогабаритними. В даний час у якості виконавчих двигунів використовують двофазні асинхронні, синхронні, крокові двигуни і двигуни постійного струму.

2.6.2. ПНЕВМАТИЧНІ І ГІДРАВЛІЧНІ ВИКОНАВЧІ МЕХАНІЗМИ.

1.Загальна характеристика пневматичних і гідравлічних виконавчих механізмів (ВМ).

2.Принцип дії мембранних ВМ.

3.Принцип дії поршневих ВМ.

4.Принцип дії лопатевих ВМ.

1Гідравлічні і пневматичні виконавчі двигуни перетворюють енергію робочого середовища, що знаходиться під тиском, в механічну енергію поступального або обертального руху.

Як робоче середовище в гідродвигунах частіше всього використовується мінеральне мастило, що зберігає свої властивості при дії на нього тиску. В пневмодвигунах робочим середовищем служить стисле повітря.

У пристроях автоматичного керування гідро- і пневмодвигунах використовують значно рідше, ніж електричні. Проте у ряді випадків вони виявляються єдино прийнятними у технічному відношенні.

Гиідро- і пневмодвигуни здатні розвивати дуже великі зусилля (0,03 – 0,3 МН) при малих габаритних розмірах. По цих параметрах вони перевершують всю решту двигунів. Вони прості за конструкцією, надійно працюють і не потребують редукторах для узгодження з регулюючим органом. Гідравлічні і пневматичні двигуни мають однаковий принцип дії, їх відмінність лише у швидкодії.

Розрізняють два основні різновиди гідро- і пневмодвигунів: з поступальним рухом (мембранні і поршневі) і з обертальним рухом (шестерні, лопасні, плунжерні і турбинні).

2В мембранному виконавчому механізмі (рис 2.6.5) переміщення вихідного штока 4 здійснюється силою, створюваної тиском робочого середовища на мембрану 2. При цьому поворотна пружина 3 стискається. Чим більше діаметр мембрани, тим більше зусилля може бути передано на регулюючий орган.

Порожнина під мембраною сполучена з атмосферою. При знятті тиску мембрана і, отже, шток повертається поворотною пружиною у початкове положення. Диски 1 забезпечують жорсткість мембрани, виготовленої з прогумованої тканини.

Дисципліна «Автоматика»

В деяких виконавчих механізмах застосовуються також складніші мембрани – сильфони, що є порожнистою коробкою з гармонікоподібною поверхнею.

3 Значно рідше застосовують поршневі виконавчі механізми. Їх використовують в тих випадках, коли шток необхідно переміщати на відстань більше 300 мм

У циліндрі 1 виконавчого механізму (рис.2.6.6) переміщається поршень 2 з штоком 3. Поршень буде нерухомий при рівності тисків Р1 і Р2. Якщо тиск в лівій порожнині більше, то на поршень діятиме сила, рівна різниці тисків Р1 і Р2, помноженій на площу поверхні поршня. Під дією цієї сили поршень почне переміщатися вправо. Шток 3 проходить через сальник ущільнювача 4.

За способом керування гідро- і пневмоциліндри можуть бути дросельними і з об'ємним керуванням. Під дросельним керуванням як управляючий пристрій використовують золотники, пристрої типу сопло-заслінка або струменеві трубки. При об'ємному керуванні як джерело енергії використовуються насоси або компресори змінної продуктивності.

4 Виконавчі механізми лопатевого типу (рис 2.6.7) відразу забезпечують на виході обертальний рух валу при тиску Р1 > Р2 (кут повороту досягає 3000). Такий механізм є циліндром 1, усередині якого обертається лопасть 2. Робоча рідина поступає через канали, розташовані по обидві сторони від лопаті.

Розділ 2. «Елементи автоматики»