 |
Практическая часть. Практическая работа №7. 7.Типы, конструкции и принцип действия пневматических ИМ. Цель работы – Ознакомление с пневматическими исполнительными механизмами.
|
|
|
|
Практическая часть
Ответить на контрольные вопросы:
1. Дайте классификацию ИМ.
2. Достоинства и недостатки электрических, гидравлических и пневматических ИМ.
.
Практическая работа №7
7. 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.
Практическая часть
Ответить на контрольные вопросы:
1. Каковы основные характеристики регулирующего органа дроссельного типа?
2. Поясните принцип действия пневматических мембранных исполнительных механизмов на примерах нормально открытого и закрытого регулирующих клапанов.
|
|
|
