 |
Теоретическая часть. Практическая часть. В пневматических ИМ усилие перемещения создается за счет давления сжатого воздуха на мембрану, поршень или сильфон; давление обычно не превышает 103 кПа
|
|
|
|
Теоретическая часть
Классификация исполнительных механизмов (рис. 1. 1) производится в первую очередь по виду энергии, создающей усилие (момент) перемещения регулирующего органа. Соответственно, ИМ бывают пневматические, гидравлические и электрические.
В пневматических ИМ усилие перемещения создается за счет давления сжатого воздуха на мембрану, поршень или сильфон; давление обычно не превышает 103 кПа.
В гидравлических ИМ усилие перемещения создается за счет давления жидкости на мембрану, поршень или лопасть; давление жидкости в них обычно находится в пределах (2, 5-20)103 кПа. Отдельный подкласс гидравлических ИМ составляют ИМ с гидромуфтами.
Пневматические и гидравлические мембранные и поршневые ИМ подразделяются на пружинные и беспружинные. В пружинных ИМ усилие перемещения в одном направлении создается давлением в рабочей полости ИМ, а в обратном направлении – силой упругости сжатой пружины. В беспружинных ИМ усилие перемещения в обоих направлениях создается перепадом давления на рабочем органе механизма.
Электрические ИМ по принципу действия подразделяются на электродвигательные (электромашинные) и электромагнитные.
По характеру движения выходного элемента большинство ИМ подразделяются на: прямоходные с поступательным движением выходного элемента, поворотные с вращательным движением до 360° ( однооборотные ) и с вращательным движением на угол более 360° ( многооборотные ).
Существуют ИМ, в которых используются одновременно два вида энергии: электропневматические, электрогидравлические и пневмогидравлические. Вид энергии управляющего сигнала может отличаться от вида энергии, создающей усилие перемещения.
|
|
|
В электрических системах автоматизации и управления наиболее широко применяются электромашинные и электромагнитные исполнительные механизмы.
Основным элементом электромашинного ИМ является электрический двигатель постоянного или переменного тока. Такие исполнительные механизмы обычно называют электроприводами, т. к. согласно ГОСТ электропривод - это электромеханическая система, состоящая из электродвигательного, электрического преобразовательного, механического передаточного, управляющего и измерительного устройств, предназначенная для приведения в движение исполнительных органов рабочей машины и управления этим движением.
Электромагнитные ИМ дискретного действия выполняются в основном на базе электромагнитов постоянного и переменного тока и постоянных магнитов. Жесткое и упругое соединение узлов систем осуществляют различного рода электромагнитные муфты.
Множество регулирующих органов также многообразно, как многообразны объекты управления. В качестве примера можно привести основные типы РО, применяемых в системах подачи и перемещения жидких, газообразных и сыпучих материалов. По виду воздействия на объект их можно подразделить на два основных типа: дросселирующие и дозирующие.
Дросселирующие РО изменяют сопротивление (гидравлическое, аэродинамическое) в системе путем изменения своего проходного сечения, воздействуя на расход вещества. Примерами таких РО являются заслонки, диафрагмы, задвижки, краны, клапаны.
Дозирующие РО выполняют заданное дозирование поступающего вещества или энергии за счет изменения производительности определенных агрегатов: дозаторов, насосов, компрессоров, питателей, электрических усилителей мощности.
Практическая часть
Ответить на контрольные вопросы:
1. Дайте классификацию ИМ.
2. Достоинства и недостатки электрических, гидравлических и пневматических ИМ.
|
|
|
Практическая работа №5. Типы, конструкции и принцип действия пневматических ИМ.
Цель работы – Ознакомление с пневматическими исполнительными механизмами.
Теоретическая часть
Пневматические исполнительные механизмы просты, надежны к удобны в эксплуатации, пожаробезопасны. Поэтому они широко применяются в пожаро- и взрывоопасных производствах (окрасочные и промывочные отделения, производство легковоспламеняющихся веществ). Пневматические механизмы имеют высокое быстродействие и точность позиционирования при умеренных перестановочных усилиях.
Общие технические требования к ИУ определяются ГОСТ 14770—69. В соответствии с этим стандартом исполнительные устройства строятся на основе базовых конструкций с блочным принципом построения, обеспечивающим повышенный уровень унификации и общую технологическую базу для производства, а также взаимокомплектуемость и взаимозаменяемость при использовании.
Стандартом предусмотрены следующие классы точности ИУ: 1, 5; 2, 5; 4, 0; 6, 0.
Вероятность безотказной работы исполнительных устройств. должна быть не ниже 0, 98 за 2000 ч работы при доверительной вероятности Р = 0, 8.
ИУ характеризуются тремя группами параметров:
параметрами, которые определяют работоспособность ИУ в конкретных условиях эксплуатации;
параметрами, необходимыми для расчета статической характеристики регулирующего органа;
параметрами, определяющими статические и метрологические характеристики исполнительного механизма и исполнительного устройства на холостом ходу (при отсутствии в регулирующем органе регулируемой среды).
Пневматические исполнительные механизмы (ПИМ) отличаются простотой, высокой надежностью, низкой стоимостью, малыми расходами на эксплуатацию, а также пожаро- и взрывобезопасностью. Последнее качество пневматических ПИМ — одно из самых важных для производства, связанного с пожаро- и взрывоопасными средами.
В зависимости от вида чувствительного элемента, воспринимающего энергию сжатого воздуха и преобразующего ее в перестановочное усилие выходного элемента, ПИМ делятся на мембранные, поршневые, сильфонные, лопастные.
|
|
|
В зависимости от наличия возвратной пружины, обеспечивающей перемещение штока, различают ПИМ пружинные и беспружинные. В пружинных ПИМ перестановочное усилие создается в одном направлении за счет действия сжатого воздуха, а в противоположном направлении — силой упругости пружины. В беспружинных ПИМ перестановочные усилия в обоих направлениях создаются за счет действия сжатого воздуха на обе стороны элемента, воспринимающего давление воздуха.
По характеру движения выходного элемента ПИМ делятся на прямоходные и поворотные.
Схемы основных типов пневматических ИМ показаны на рис.
Наиболее распространены мембранные и, в особенности, мембранно-пружинные ПИМ. Они просты по конструкции, надежны, ремонтопригодны, дешевы. Могут работать как в комплекте с дополнительными блоками (позиционер, ручной дублер и др. ), так и без них. Мембранные ИМ развивают перестановочные усилия до 4000 кг. Различные типоразмеры мембранных ИМ обеспечивают величину максимального перемещения выходного элемента от 4 до 100 мм. Мембранные ИМ широко используются в системах управления в качестве приводов одно- и двухседельных, трехходовых, шланговых и диафрагмовых регулирующих органов, регулирующих заслонок.
Для управления регулирующими органами, требующими больших перемещений штока, используются поршневые ПИМ. Основными элементами поршневых ПИМ являются цилиндр и поршень с уплотнительными деталями (в основном, резиновые манжеты или кольца). Как правило, поршневые ПИМ работают с позиционером, поскольку перестановочные усилия в обоих направлениях создаются энергией сжатого воздуха.
Поршневые ИМ обеспечивают величину перемещения выходного элемента до 400 мм, а перестановочное усилие до 10000 кг.
Сильфонные ИМ (см. рис. 6, д) в системах управления используются редко. Они применяются в основном в ИУ с малыми перемещениями затвора (от 1 до 6 мм).
В последнее время резко возросло применение шаровых и заслоночных ИУ. В связи с этим ведутся работы по усовершенствованию имеющихся и созданию новых видов ПИМ с поворотным выходным элементом, например, лопастного исполнительного механизма.
|
|
|
Первичным силовым элементом ИМ является лопасть, помещенная в камеру квадратного сечения. Лопастные ИМ могут использоваться в ИУ с углом поворота затвора 60 и 90° и находят применение в системах двухпозиционного регулирования.
Схемы основных типов пневматических исполнительных механизмов
В режиме непрерывного регулирования такие ИМ пока не применяются из-за того, что форма лопасти неудобна для уплотнения. В лопастных ИМ весьма трудно обеспечить герметизации рабочих полостей, не создавая больших вредных усилий трения, которые обусловливают трудности при работе в непрерывном режиме регулирования и не имеют большого значения при двухпозиционном управлении. Для ИМ такого типа характерна большая утечка воздуха, что ограничивает их применение, поскольку сжатый воздух, и в особенности предназначенный для приборов, достаточно дорог.
Среди новых разработок ПИМ в первую очередь. необходимо отметить ИМ с формованной чулочной мембраной, помещенной в камеру тороидальной формы. Такая мембрана дороже, чем лопасть, однако она позволяет значительно уменьшить трение и использовать такие ИМ в непрерывном режиме регулирования.
Рассмотрим принцип действия и основные характеристики мембранно-пружинных ПИМ, получивших наибольшее распространение в отечественном приборостроении.
Мембранно-пружинные исполнительные механизмы работают по принципу уравновешивания давления управляющего воздуха на мембрану и силы пружины. Они содержат резиновую мембрану, опирающуюся на жесткий центр, поджимаемый пружиной. Входной пневматический сигнал от управляющего устройства поступает в рабочую мембранную плоскость. Усилию, создаваемому давлением сжатого воздуха на мембрану, противодействует усилие сжатой пружины. Таким образом, мембранно-пружинный ПИМ является пропорциональным динамическим звеном, в котором перемещение штока пропорционально управляющему давлению. Это позволяет использовать величину управляющего давления ПИМ в качестве сигнала, определяющего положение регулирующего органа. Статическая характеристика, связывающая величину управляющего давления с положением штока во всем диапазоне его перемещения, называется ходовой характеристикой ПИМ.
В зависимости от развиваемого перестановочного усилия мембранно-пружинные механизмы разделяются на механизмы, развивающие нормальные перестановочные усилия (МИМ), и механизмы, развивающие повышенные перестановочные усилия (МИМП).
В зависимости от направления движения выходного элемента (штока) мембранно-пружинные механизмы разделяются на механизмы прямого действия (при повышении давления в рабочей полости присоединительный элемент штока удаляется от плоскости заделки мембраны. ) и механизмы обратного действия (при повышении давления в рабочей полости присоединительный элемент штока приближается к плоскости заделки мембраны).
|
|
|
Конструкции поворотных механизмов созданы на базе механизмов прямого действия и отличаются от них тем, что к их выходному элементу (штоку) присоединяется рычаг, имеющий опору на кронштейне механизма. При поступательном перемещении штока рычаг совершает поворотное движение.
|
|
|
