24. Пневматические серводвигатели

Пневматические серводвигатели предназначены для преобразо­вания энергии сжатого газа (воздуха) в механическую энергию поступательного или вращательного движения. Конструктивно пневмодвигатели подобны гидродвигателям, рассмотренным выше. Пневмоустройства менее инерционны вследствие малых вязкости и удельного веса газа по сравнению с маслом, но в силу сравни­тельно невысокого давления газа эти устройства не развивают боль­ших усилий.

Пневмодвигатели не способны точно воспроизвести заданный закон движения при больших рабочих усилиях из-за сжимаемости газа (сильной зависимости объема газа от давления). Например, увеличение нагрузки на поршень со стороны рабочего органа вы­зовет дополнительное сжатие газа для увеличения давления под поршнем, что внесет погрешность в кинематику движения поршня.

Типичным исполнительным устройством этого типа являет­ся пневмоцилиндр общепромышленного назначения. Скорость перемещения поршня составляет 1...10 м/с, диаметр цилиндра колеблется от 0,01 до 0,3 м, ход поршня составляет от нескольких миллиметров до 2... 3 м, срок службы - до 10 млн ходов. Давле­ние питания в исполнительных устройствах обычно равно давле­нию воздуха в заводской сети (4...10 бар) (атмосферное давление Рд~,, = 1 бар = 100 кПа = 100 000 Па = 105 Н/м2 = 10' кгс/мz = 1 ктс/смг, однако в некоторых случаях (например, в авиатехнике) оно дохо­дит до 60 ...100 бар). Скорость течения газа в трубопроводах дости­гает 40 м/с.

Наряду с поршневыми широко применяются пневмодвигатели с упругими элементами в виде металлических или неметалличе­ских мембран и сильфонов.

На рис. 3.50 изображен односторонний пневмодвигатель с та­рельчатой резинотканевой мембраной. При подаче сжатого возду­ха из магистрали по трубо­проводу 4 мембрана 6 прогибается вправо; шток 2, жестко связанный с метал­лическим центром мембра­ны 5, перемещается на за­данный рабочий ход S (до упора 3 ). Обратный ход мембраны совершается под дей­ствием пружины 1.

Наряду с односторонни­ми существуют двусторон­ние мембранные двигатели, в которых обратный ход со­вершается также под действием сжатого воздуха. Мембранные двигатели по сравнению с поршневыми имеют ограниченный рабочий ход, в случае применения неметаллических мембран требуется редуктор для уменьшения давления сжатого воздуха. Однако эти устройства просты в изготовлении, герметичны, долговечны.

25. Исполнительные механизмы

Исполнительные механизмы, или сервоприводы, состоят из цепи усилителя, переключателя и исполнительного устройства и пред­назначены для усиления слабого управляющего сигнала от регуля­тора или блока сравнения (доли ватт) до мощности, необходи­мой для воздействия на объект управления (до нескольких киловатт), возможно, с преобразованием сигнала в другую форму и передачи его на исполнительное устройство, воздействующее чере­з рабочий орган на объект управления. Хотя для анализа систе­мы управления удобно представлять привод совокупностью типо­вых элементов, однако конструктивно это, как правило, еди­~~ое устройство, для которого указан вид и уровень входного и тчосодного параметров.

''~ Приводы по виду выходного параметра делятся на силовые и ~д~раметрические.

Силовые приводы создают на выходе силу или момент, кото­

_

е обычно фиксируют положение рабочего органа (РО): Сило­е приводы строят на базе электромагнитов, электромеханичес­муфт и различного вида двигателей.

~~-, Параметрические приводы предназначены для изменения со­ояния РО:

у, параметров самого РО (положения, скорости, температуры, ~~пектрического сопротивления);

параметров энергии, подводимой к РО (напряжения, тока, частоты, фазы в случае электрических устройств, давления газа или масла в пневмо- или гидросистемах).

Например, в системе управления температурой электропечи регулируемым параметром является температура в печи, испол­нительным механизмом - усилитель, с выхода которого элект роэнергия подается на регулирующий орган - нагревательный элемент печи. Температура в печи сравнивается с заданной. По результату сравнения в регуляторе вычисляется требуемое изме­нение напряжения на нагревательном элементе, которое и вос­производится усилителем.

Основными техническими показателями приводов являются: • быстродействие;

• точность;

• дйапазон линейного или углового перемещения рабочего органа;

• частота вращения;

• максимальная полезная мощность;

• максимальная и номинальная нагрузка; • коэффициент усиления по мощности; • мощность управления;

• КПД (приводы являются основным потребителем энергии в системе управления);

• ресурс работы и т. д.

В конкретных случаях разные факторы играют определяющую роль при выборе исполнительного механизма.

Сервоприводы делят на приводы с поступательным и враща­тельным движением. Приводы с вращательным движением в свою очередь делят на приводы с постоянной и с пропорциональной скоростью. В последнем случае скорость вращения двигателя про­порциональна входному параметру.

Сервопривод использует один или несколько сторонних ис­точников питания (электросеть, пневмосеть). Обычно стремят­ся построить привод на элементах, использующих сигналы од­

ной формы: электропривод, гидропривод, пневмопривод. Одна­ко это не всегда удается, поэтому широко распространены ком­бинированные приводы - электрогидравлические, электропнев­матические и пневмогидравлические. Примером комбинирован­ного привода является электрогидравлический привод станка с ЧПУ.

В состав привода входят:

электронный цифровой блок управления обмотками шагового двигателя для обеспечения заданных направления и скорости вра­щения;

маломощный шаговый электродвигатель, преобразующий уп­равляющие импульсы в угол поворота ротора;

(

гидроусилитель (следящий гидропривод), воспроизводящий ,угол поворота, но с мощностью, достаточной для перемещения ~уппорта.

Примером электропневмопривода является привод, в состав ~ Которого входит усилитель постоянного тока, усиливающий сиг­`нал с регулятора до мощности, достаточной для срабатывания

;', электромагнита, управляющего переключателем золотникового или ,rСтруйного типа, и рабочего цилиндра с поршнем, вызывающим ~';~геремещение рабочего органа.

Примером пневмогидравлического привода служит привод, в ' хотором используется быстродействующее пневматическое уст­~ройство управления; а силовая часть является гидравлической.

Существуют пневмогидросистемы, в которых быстрое переме­~;~tдение рабочего органа вьшолняется за счет пневмопривода. При ^~риближении РО к конечной точке включается гидропривод, осу­;ществляющий точное позиционирование РО.