Исполнительные механизмы автоматических систем

Управляющий гидравлический (пневматический сигнал подается на входное устройство (мембранный чувствительный элемент) 4, нажимная игла которого предается на рычаг 3 усилие, пропорциональное входному сигналу. На рычаге производится сравнение этого усилия с усилием. Развиваемой пружиной обратной связи 2, и в случае неравенства этих усилий перемещаются рычаг 3 и заслонка 7 управляющей пары сопл блока управления, создавая перепад давлений в междроссельных камерах а и б. Под действием этого перепада перемещается золотник 5, соединяя одну из полостей гидроцилиндра 1 с напорной, а другую - со сливной магистралью. Одновременно смещается заслонка 6 сопл обратной связи, выравнивая давления в в междроссельных камерах и таким образом ограничивая перемещение золотника, определяющее скорость движения поршня гидроцилиндра. При перемещении поршня гидроцилиндра изменяется натяжение пружины обратной связи 2, благодаря чему уравновешивается усилие, развиваемое чувствительным элементом. При этом заслонки 7 и 6, а также золотник 5 устанавливаются в средние положения и перемещение поршня всегда устанавливается в положение, пропорциональное входному сигналу.

Схематически изображенное на рис.18 блокировочное устройство 9 состоит из двух конусных клапанов с эластичными уплотнениями и не изображенной на схеме системы настройки падения давления в системе управления блокировочным устройством, при которой происходит закрытие этих клапанов.

Рисунок 3.13 - Схема исполнительного механизма, комплектованного гидравлическим (пневматическим) позиционером, блокировочным устройством и блоком концевых выключателей

Переключающее устройство 8 систему ручного управления представляет собой пять конусных клапанов, управляемых вручную кулачковым валиком. При положении А рукоятки управления переключающего устройства (автоматическое управление) все клапаны этого устройства закрыты и при наличии нормального давления в напорной магистрали рпит это давление поступая через постоянный дроссель в систему управления блокировочного устройства, обеспечивает открытие его клапанов и, следовательно, нормальное управление гидроцилиндром при помощи золотника 5, т.е. работу исполнительного механизма в описанном выше автоматическом режиме.

Если в силу каких-либо причин давление в напорной магистрали рпит опустится ниже установленного (например, при аварийном отключении маслонасоса), то упадет давление в системе блокировочного управления и его клапаны плотно закроются, зафиксировав находящиеся в полостях гидроцилиндра объемы масла и осуществив, таким образом, гидравлическую фиксацию его положения.

Совершенно аналогично будет обеспечена гидравлическая фиксация положения исполнительного механизма и при переводе рукоятки управления переключающего устройства в положение С (ручное управление - стоп), когда система управления блокировочного устройства соединится через соответствующий клапан переключающего устройства со сливной магистралью. Необходимо отметить, что при этом обеспечивается фиксация механизма независимо от положения золотника 5, т.е. независимо от входного сигнала.

При установке рукоятки управления переключающего устройства в положение Б (ручное управление - больше) или М (ручное управление - меньше) клапаны блокировочного устройства остаются закрытыми и одновременно обеспечивается возможность перемещения поршня исполнительного механизма в ту или другую сторону независимо от подводимого к позиционеру входного сигнала путем подвода к полостям механизма масла через соответствующие клапаны переключающегося устройства. При этом источником энергии, осуществляющей перемещение исполнительного механизма, является подводимое к переключающему устройству масло под давлением рручн (это давление может создаваться любым специальным насосом с ручным или механическим приводом либо отбираться от основной напорной магистрали).

Блок концевых выключателей 10 представляет собой смонтированные в одном корпусе два микропереключателя, срабатывающие от воздействия соответствующих подвижных элементов механизма при достижении его поршнем одного или другого крайних положений.

Внешний вид описанного исполнительного механизма со вторым вариантом крепления изображен на рисунке 3.14.

Рисунок 3.14 - Внешний вид исполнительного механизма, укомплектованного гидравлическим (пневмогидравлическим) позиционером, блокировочным устройством и блоком концевых выключателей

На гидроцилиндре 3 с соответствующими узлами крепления 6 и 7 установлен кинематический узел 4, включающий в себя две телескопически соединенные трубы, внутри которых расположена пружина обратной связи. На кинематическом узле закреплено блокировочное устройство 2 (а в случае отсутствия этого устройства в комплекте механизма - имеющая те же габаритные и присоединительные размеры промежуточная плата) на котором установлен закрытый кожухом 1 узел гидроусилителя со входным устройством. На передней крышке гидроцилиндра установлении блок концевых выключателей 5. Все внутренние гидравлические соединения гидроусилителя и входного устройства с блокировочным устройством (промежуточной платой) выполнены методом стыкового монтажа, все штуцеры внешних соединений размещены на блокировочном устройстве (промежуточной плате).

Переключающее устройство системы ручного управления монтируется отдельно от механизма в удобном для доступа месте и соединяется с механизмом гидравлическими линиями.

Схема исполнительного механизма с электрогидравлическим позиционером изображена на рисунке 3.15.

Рисунок 3.15 - Схема исполнительного механизма, укомплектованного электрогидравлическим позиционером

На смонтированном на гидроцилиндре 3 кинематическом узле 4 установлен датчик положения 5 выходного звена механизма. Датчик положения 5 выполнен на базе серийного индуктивного датчика типа ПД - 5. якорь которого кинематически связан с пружинным делителем перемещений, образованным пружиной обратной связи кинематического узла 4 и специальной жесткой пружиной. Входящей в состав датчика положения. Таким образом, с датчика положения. Таким образом. с датчика 5 снимается электрический сигнал в виде переменного напряжении, пропорциональной положению исполнительного механизма. Этот сигнал преобразуется преобразователем напряжения 7 типа ПН-2 в нормированный токовый сигнал, который подается в качестве электрического сигнала обратной связи на электронный усилитель 6 типа УН-М-2, где сравнивается с входным токовым сигналом. Выработанный усилителем УН-М-2 электрический сигнал небаланса поступает на вход электрогидравлического усилителя 2 типа ПЭГ-ПМ, который, осуществляя подачу масла в соответствующую полость гидроцилиндра 3, обеспечивает его установку в положение, пропорциональное входному электрическому сигналу.

Электронные блоки ПН-2 и УН-М-2, а также электрогидроусилитель ПЭГ-ПМ устанавливаются отдельно от гидроцилиндра, причем электрогидроусилитель в зависимости от условий заказа может быть смонтирован на монтажной плате 1 либо на блокировочном устройстве, аналогичном описанному выше. При необходимости исполнительный механизм может быть укомплектован не изображенными на рисунке датчиком концевых положений и переключающим устройством системы ручного управления.

Рабочей жидкостью механизмов типа МГП являются минеральные масла вязкостью 7-70 ммІ/с в рабочем диапазоне температур (от 5 до 70єС). Тонкость фильтрации масла должна быть не хуже 40 мкм для механизмов без позиционеров и 0 мкм для механизмов с позиционерами. Давление питания (рабочее давление) - не более 16 и не менее 1 МПа для механизмов с позиционерами и 0,4 МПА для механизмов без позиционеров (предназначенных для управления органами типа открыто-закрыто). Давление питания системы управления механизмов с позиционерами - от 1 до 6,3 МПа при этом если рабочее давление превышает 6,3 МПа, то давление питания системы управления должно быть 6,3 МПа.

Технические данные механизмов, зависящие от диаметра поршня, приведены в таблице 9.

Таблица 9 - технические данные механизмов, зависящие от диаметра поршня

У механизмов, оснащенных гидравлическими и пневмогидравлическими позиционерами, пределы изменения гидравлического входного сигнала 0,1 - 0,3 МПа и пневматического 0,02 - 0,1 МПа, порог чувствительности - не более 1%, основная допускаемая погрешность ± 1,5%, максимальная скорость перемещения штока ненагруженного механизма (при максимальном давлении) не мене 100 мм/с, перерегулирование ненагруженного механизма при 50% -ном скачкообразном изменении входного сигнала - не более 10%.

У механизмов, оснащенных электрогидравлическими позиционерами, пределы изменения входного токового сигнала постоянного тока минус 5-0 - плюс или минус 10-0-плюс 10 или 0-10 В при входном сопротивлении 8,2 ± 0,2 Мом. Количество регулируемых электрических входов - два, нерегулируемых - один. Порог чувствительности - не более 0,5%, основная допускаемая погрешность ± 2,5%, максимальная скорость перемещения штока ненагруженного механизма - не менее 100мм/с, частота синусоидального входного сигнала с амплитудой 5% максимальной, соответствующая сдвигу фаз на 90є, - не менее 3 ГЦ.

У установленного на механизме датчика положения пределы изменения входного сигнала 1ч0ч1 В, порог чувствительности - не более 0,5%, основная допускаемая погрешность ±1,5%.

У блока концевых выключателей номинальное напряжение коммутируемой цепи (при омической нагрузке) для цепей переменного тока 3 - 30 В и для цепей переменного тока (частотой 50 Гц) 3 - 250 В, разрывная мощность контактов - соответственно не более 70 и 300 Вт.

Время срабатывания (закрытия клапанов) блокировочного устройства при снятии гидравлического управляющего сигнала - не более 0,2 с.

В отдельных случаях для систем автоматизации технологических процессов в качестве гидравлических исполнительных механизмов используют гидроцилиндры и гидромоторы, выпускаемые промышленностью для систем силового привода.

Силовые гидроцилиндры.

Силовые цилиндры по своим схемам и конструкциям очень разнообразны. В зависимости от выполняемых операций они могут быть одностороннего и двустороннего действия, т.е. совершать работу под действием жидкости при движении поршня или плунжера только в одном или в двух направлениях. В первом случае поршень возвращается в исходное положение благодаря собственному весу или под действием пружины.

Гидроцилиндры могут быть с выходом штока или плунжера только в одну сторону - цилиндры с односторонним штоком, или в обе стороны - цилиндры с двусторонним штоком. Гидроцилиндры могут также иметь несколько штоков или плунжеров, расположенных один в другом так, что общий ход их будет больше длины корпуса - это телескопические цилиндры.

На рисунке 3.16 приведены схемы некоторых цилиндров, а на рисунке 3.17 показан пример конструкции цилиндра.

Рисунок 3.16 - Схема силовых цилиндров

Рисунок 3.17 - Пример конструкции силового гидроцилиндра

Уплотнение поршня чаще всего выполняется поршневыми кольцами, но может быть выполнено и с применением различных манжет. Шток уплотняется манжетами, сальниковой набивкой или круглыми резиновыми кольцами.

Усилие R, получаемое на штоке цилиндра, в общем виде

R = p1f1 - p2f2 - Rmp,

где p1 и p2 - давление в напорной и сливной полостях цилиндра;

f1 и f2 - эффективные (рабочие) площади поршня;

Rmp - суммарное усилие трения поршня и штока в местах уплотнения.

Скорость v перемещения поршня определяется количеством жидкости Q, поступающей в цилиндр в единицу времени (при отсутствии объемных потерь - утечек через уплотнения и перетечек между полостями):

.

Так как в цилиндрах с односторонним штоком справа и слева от поршня эффективные площади неодинаковы, то скорости поршня в эти стороны, при одинаковых подачах жидкости, будут различны. Для получения равных скоростей перемещения поршня в обоих направлениях при одной и той же подаче жидкости применяются цилиндры с односторонним штоком, площадь сечения которого в 2 раза меньше площади поперечного сечения поршня (DІ = 2dІ). Такие цилиндры иногда называют дифференциальными. Для перемещения поршня вправо (рисунок 3.18) обе полости цилиндра соединяют между собой и подключают к насосу. Жидкость из штоковой полости возвращается обратно в цилиндр.

Рисунок 3.18 - Включение дифференциального силового цилиндра

Скорость перемещения поршня при этом в обе стороны будет определяться выражением

,

где v в м/мин; Q в л/мин; d в см.

Создаваемое усилие (без учета трения) , т.е. меньшее, чем можно получить. Если подавать жидкость в поршневую полость. В последнем случае

.

При небольших перемещениях широко применяются мембранные или диафрагменные силовые цилиндры (рисунок 3.19).

Рисунок 3.19 - Диафрагменный силовой цилиндр

Их положительным свойством является практическое отсутствие перетечек между полостями, дешевизна, простота изготовления и малый вес. Величина развиваемого усилия у этих цилиндров уменьшается по ходу штока (прогибу диафрагмы) и зависит от материала и конструкции диафрагмы. В связи с этим в зависимости от материала и формы диафрагмы ход штока практически колеблется в пределах 0,15-0,25 диаметра диафрагмы.

Моментные гидроцилиндры.

Схемы моментных гидроцилиндров показаны на рисунке 3.20.

Рисунок 3.20 - Схемы моментных гидроцилиндров

Эти цилиндры применяются для периодических возвратно-поворотных движений на углы практически меньшие 300є. Уплотнение поворотной лопасти по торцу и радиусу значительно сложнее уплотнения цилиндров. Это затрудняет применение таких конструкций для работы при высоких давлениях.

Рабочий объем моментных гидроцилиндров с лопастью

,

где r2 и r1 - наибольший и наименьший радиусы лопасти;

z - число лопастей;

b - ширина лопасти;

ц - полный угол поворота лопасти (вала).

Вращающий момент на валу цилиндра

.

Угловая скорость щ лопасти при постоянной подаче Qи отсутствии утечек:

.

Для высоких давлений применяются моментные гидроцилиндры с кривошипно-шатунным механизмом. Они имеют большие габариты по сравнению с лопастными, но уплотнение поршня у них может быть выполнено более надежно. Угол поворота вала связан с подачей в него рабочей жидкости более сложной зависимостью. В крайних положениях поршня скорость поворота вала уменьшается при неизменной подачи жидкости. Наличие рычага на валу за счет радиуса его крепления.

4. Пневматические исполнительные механизмы

4.1Общие сведения

Рабочим телом в пневматических устройств является сжатый воздух представляющий собой смесь азота, кислород (по объему примерно 78 и

21%соответственно) и других газов, содержащихся в небольшом количестве (аргон, углекислый газ и др.), а также водяного пара.

Пневматические исполнительные механизмы работают на сжатом воздухе, газе низкого давления 1 - 1,5 МПа. В качестве последнего могут быть использованы отработанные газы реактивного двигателя или специального газогенератора.

Отличие пневматических устройств от гидравлических обусловлены различиями в свойствах газа и рабочей жидкости. Сжимаемость газа оказывает значительное влияние на быстродействие системы, особенно при значительной нагрузке или при значительных ускорениях.

К основным параметрам пневматических устройств относятся условный проход, лиапазон давления, расходная характеристика, параметры управляющего воздействия, параметры выхода, утечки, время срабатывания, допускаемая частота включений, показатели надежности, размер, масса.

Исполнительный механизм в пневматической системе автоматического регулирования должен отвечать следующим основным требованиям:

развивать переустановочное усилие, достаточное для преодоления реакции (сопротивления) рабочих частей регулирующего органа на всем диапазоне перемещения при наихудших допустимых условиях эксплуатации;

обладать детектирующим действием, т.е. передавать воздействие только в одном направлении - от регулятора (регулирующего устройства) к регулирующему органу и регулируемому объекту;

чувствительность, гистерезис и люфт исполнительного механизма должны быть соизмеримы со значениями аналогичных показателей других звеньев контура регулирования (датчика, регулирующего устройства и др.);

скорость перемещения выходного звена исполнительного механизма при номинальной нагрузке должна соответствовать (быть равной или больше) скорости разгона регулируемого объекта;

конструкция должна содержать дополнительные устройства, такие как ручной привод местного управления регулирующим органом, местный указатель положения рабочих частей регулирующего органа, тормоз, стопорящий выходное звено в достигнутом положении при исчезновении давления питающего воздуха.

В пневмодвигателях энергия сжатого воздуха преобразуется в энергию движения выходного звена. Они предназначены для приведения в движение рабочих органов машин, выполнения различных вспомогательных операций и пр.

4.2 Классификация

В пневмодвигателях энергия сжатого воздуха преобразуется в энергию движения выходного звена. Они предназначены для приведения в движение рабочих органов машин, выполнения различных вспомогательных операций и пр.

Различают пневмодвигатели с поступательным движением выходного звена; пневмодвигатели с неограниченным углом поворота выходного звена; пневмодвигатели с неограниченным вращательным движением выходного звена (пневмомоторы). К первым относятся поршневые, сильфонные, камерные, шланговые и мембранные пневмодвигатели различных конструкций, ко вторым - такие же, но с лопастным рабочим элементом. Наибольшее распространение получили поршневые пневмодвигатели, которые называют также пневдоцилиндрами.

Различают двухпозиционные и многопозиционные двигатели.

Поворотные пневмодвигатели могут быть поршневыми и пластинчатыми.

Пневмомоторы по конструктивным признакам разделяют на поршневые, мембранные, пластинчатые, винтовые и турбинные.

Поршневые пневматические исполнительные механизмы так же, как и гидравлические, имеют силовой цилиндр с поршнем и дроссельное устройство.

Мембранные пневматические исполнительные устройства могут быть одностороннего и двойного действия. В устройствах одностороннего действия движение мембраны в одном направлении производится усилием возрастающего давления газа, а в противоположном - усилием пружины. В устройствах двойного действия движение мембраны в обе стороны осуществляется усилием возрастающего давления газа.

Таблица 10 - Основные типы пневмодвигателей, их назначение и области применения

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8