 |
1.9. Исполнительные устройства
|
|
|
|
1. 9. Исполнительные устройства
Исполнительные устройства предназначены для непосредственного воздействия на управляемый объект или его органы управления.
Исполнительные устройства, применяемые в системах автоматики, очень разнообразны. По физической природе они делятся на электрические, гидравлические, пневматические, механические и комбинированные [6].
По конструкции различают электродвигательные, электронные, электромагнитные, поршневые, мембранные и комбинированные исполнительные устройства.
Управление исполнительными устройствами осуществляется, как правило, через усилители мощности. Помимо того, непосредственно к исполнительному устройству может подводиться энергия от дополнительного источника.
Исполнительные устройства должны удовлетворять следующим требованиям:
- их мощность должна превосходить мощность, необходимую для приведения в движение объекта управления или его органов во всех режимах работы;
- статические характеристики исполнительных устройств должны быть, по возможности, линейными и иметь минимальную зону нечувствительности, т. е. такую зону, в пределах которой изменения управляющего сигнала не вызывают перемещение управляемого органа;
- достаточное быстродействие;
- простота и экономичность регулирования выходной величины;
- малая потребляемая мощность.
В качестве исполнительных устройств в системах автоматики в основном применяются электромагнитные реле, электромагниты, электродвигатели постоянного тока, двухфазные электродвигатели переменного тока, электромагнитные муфты, мембранные и поршневые, гидравлические и пневматические двигатели.
Широкое распространение получили электрические исполнительные устройства, т. е. устройства, преобразующие энергию электрического тока в механическую энергию с целью воздействия на объект управления.
|
|
|
Электрические исполнительные устройства делятся на электромагнитные и электродвигательные. К электромагнитным устройствам относятся реле, контакторы, электромагниты, электромагнитные вентили и клапаны, электромагнитные муфты, а к электродвигательным – двигатели постоянного и переменного тока и шаговые (импульсные).
Электромагнитные исполнительные устройства, основным элементом которых является электромагнитный привод, как правило, используются для поступательного перемещения органов управления, а электрические двигатели – для поворотного [6].
Электрические исполнительные устройства.
Электромагниты предназначены для выполнения быстрых перемещений рабочего органа на небольшие расстояния и в основном для управления гидравлическими или пневматическими вентилями, кранами, задвижками, золотниками.
В зависимости от величины хода якоря электромагниты могут быть длинно-ходовыми и короткоходовыми. Один из видов исполнительного устройства – простой электромагнитный вентиль (соленоидное исполнительное устройство) – приводит в действие клапан, открывающий и закрывающий доступ рабочей жидкости или сжатого воздуха в привод машины (рис. 1. 24, а). При прохождении по катушке 1 электрического тока стальной якорь 2 втягивается внутрь соленоида и открывает клапан 3.
Рис. 1. 24. Электромагнитные исполнительные устройства: а – вентиль; б – муфта
На принципе электромагнитного притяжения основаны устройства и действие электромагнитных муфт (рис. 1. 24, б), получивших широкое применение в автоматизированных станках и других машинах, где при их помощи производятся различные переключения в кинематических цепях без прерывания движения. На ведущем валу 4 жестко закреплен корпус 5 электромагнита. Якорь 2 расположен на ведомом валу 9. Между корпусом 5 и якорем 2 помещен фрикционный диск 6. В корпусе 5 находится катушка 7, которая питается постоянным током через контактные кольца и щетки. При прохождении через обмотку катушки электрического тока в корпусе возникает магнитный поток, пронизывающий фрикционный диск и замыкающийся через якорь. Якорь притягивается к корпусу, и движение ведущего вала 4 передается ведомому валу 9. При прекращении подачи тока в катушке пружина 8 отталкивает якорь 2 от корпуса 5 и движение ведомого вала прекращается.
|
|
|
В случае, когда необходимо реверсивное вращение ведомого вала при неизменном вращении ведущего вала, применяют реверсивные сдвоенные муфты.
Реле. Одним из наиболее pacпростpaненных элементов автоматики является реле – устройство, реагирующее на изменение тех или иных факторов замыканием или размыканием своих контактов под воздействием электрического тока, световой энергии, давления жидкости или газов, уровня жидкости, температуры и т. п.
По принципу действия реле подразделяют на электромеханические (электромагнитные, магнитоэлектрические, электродинамические и индукционные), электронные, тепловые, механические и ряд других.
Электромагнитные реле получили наибольшее распространение в системах электроавтоматики и служат в основном для коммутации электрических цепей. Действие реле (рис. 1. 25) заключается в притяжении стального якоря 2 к сердечнику 3 электромагнита, по обмотке 4 которого пропускается управляющий ток. При отсутствии тока якорь оттягивается от сердечника возвратной пружиной 1. Якорь замыкает или размыкает контакты 5. Электромагнитные реле по роду используемого тока подразделяются на реле постоянного и переменного тока.
Рис. 1. 25. Схема электромагнитного реле
Тепловое реле срабатывает в результате изменения температуры. Основной частью большинства тепловых реле является биметаллическая пластина, состоящая из двух спаянных пластинок из различных металлов, имеющих разные коэффициенты температурного расширения. При пропускании тока по обмотке биметаллическая пластина, нагреваясь, изгибается и замыкает рабочие контакты. Тепловые реле находят широкое применение в различных схемах защиты, например в схеме защиты электродвигателей от перегрузки. В схемах автоматики применяют тепловые реле типов ТРВ –113, ВПУ, РВТ – 150, РТ и другие.
|
|
|
Реле времени – это специальное устройство, предназначенное для получения заданной выдержки времени при включении или выключении электрических цепей. Увеличение времени срабатывания или отпускания реле достигается магнитным, электрическим или механическим способом. Магнитный способ замедления действия реле предусматривает увеличение времени изменения магнитного потока. В этом случае на магнитопровод реле надевают медный короткозамкнутый виток, в котором при подаче напряжения на обмотку реле возникает электрический ток, создающий размагничивающий магнитный поток. Промежуток времени от момента включения обмотки реле до момента его срабатывания увеличивается. Отечественной промышленностью выпускаются электромагнитные реле серии ЭРЭ – 100 с выдержкой времени от 0, 25 до 16 с и более.
Гидравлические исполнительные устройства. Устройствами с гидравлическим принципом действия являются прежде всего гидравлические двигатели с поступательным или вращательным движением. К первому виду относятся двигатели поршневые и мембранные, а ко второму – ротационные (лопастные и поршневые). Чаще других в качестве исполнительных механизмов используются поршневые гидродвигатели поступательного движения. Основной частью такого двигателя служит гидроцилиндр с поршнем, закрепленным на штоке, который в свою очередь жестко соединяется с рабочим органом машины.
Для получения вращательного движения в гидравлических системах применяют гидродвигатели с осевым расположением поршней мощностью 0, 6; 1, 2; 2, 5; 5 и 10 кВт. Достоинство гидропривода – высокое давление рабочей жидкости при сравнительно малых габаритных размерах, что позволяет получить на выходе большую мощность и осуществить плавное бесступенчатое регулирование скорости движения. В настоящее время строительные машины, в большинстве своем, оборудуются гидроприводом [2].
|
|
|
Пневматические исполнительные устройства. Эти устройства (рис. 1. 26), в основном поршневые и мембранные, по своей конструкции аналогичны гидравлическим и применяются для приведения в действие дроссельных клапанов, зажимных приспособлений, тормозных колодок и т. п.
Поршневые устройства, которые наиболее часто применяются в транспортных системах и манипулятарах, имеют стандартные диаметры от 75 до 300 мм. У мембранныx устройств диаметры от 175 до 230 мм.
Пневматические устройства дешевле гидравлических, более просты в изготовлении и эксплуатации. Они не требуют высокого качества уплотнения, не реагируют на изменение температуры и имеют более простые пусковые приспособления. Однако при больших рабочих усилиях пневматические устройства должны иметь значительные габаритные размеры. Кроме того, такие устройства не могут обеспечить высокой точности перемещений и плавности подачи.
Рис. 1. 26. Пневматические исполнительные механизмы: а) поршневой двустороннего действия;
б) мембранный; I и II – полости цилиндра; 1 – штуцер; 2 – канал для подачи воздуха; 3 – цилиндр;
4 – шток; 5 – поршень; 6 – отверстие для подачи воздуха; 7 – резиновая мембрана; 8 – крышки;
9 – диск; 10 – пружина; 11 – втулка; 12 – гайка; 13 – шток привода; 14 – шкала положения регулирующего органа
Гидро– и пневмоавтоматикa и элементы их управления находят широкое применение при автоматизации технологических процессов бетоносмесительных узлов, арматурных работ на заводах железобетонных конструкций, а также в системах автоматического управления путевыми и строительными машинами [2].
|
|
|
