Исполнительные механизмы автоматики. Методическое пособие по исполнительным механизмам. Витебск 2011 оглавление введение
 Скачать 17.4 Mb.
|
|
Управление ИМ серии МЭО осуществляется на бесконтактных элементах с помощью магнитных усилителей и контактное – при помощи реверсивных магнитных пускателей. Для привода исполнительных механизмов используют малоинерционные двухфазные асинхронные двигатели типа ДАУ или асинхронные трёхфазные типа 4А. Для осуществления обратной связи и дистанционного указания выходного вала служат следующие узлы: 1. Блок БСПИ-10, состоящий из двух индуктивных датчиков, четырёх микропереключателей, кулачков, рычагов и элементов настройки. Блок БСПИ применяется с бесконтактными регулирующими приборами. 2. Блок БСПР-10, состоящий из двух реостатных датчиков (по 120 Ом) и четырёх микропереключателей. 3. Блок БСПТ-10, состоящий из токового датчика и четырёх микропереключателей. Принципиальная схема механизма показана на рис.24. В связи с большим количеством модификаций исполнительных механизмов типа МЭО их технические характеристики в данном пособии не приводятся.  Рис.243.3. Исполните механизмы переменной скорости Электрические исполнительные механизмы переменной скорости используют в системах автоматики непрерывного действия. Сигнал управления через управляющее устройство непрерывного действия плавно изменяет скорость перестановки исполнительного органа механизма. Сейчас широко применяют исполнительные механизмы с бесконтактным управлением (БИМ, МЭК и др.), так как они наиболее полно отвечают современным требованиям. В таких исполнительных механизмах используют двух– и трёхфазные асинхронные двигатели, частота вращения которых изменяется регулированием подведенного напряжения переменного тока; в качестве бесконтактных управляющих устройств – магнитные усилители. В системах автоматического регулирования исполнительные механизмы типа БИМ применяются с бесконтактными регуляторами типа БР-11 и БР-21, а также измерительными устройствами, имеющими реостатные датчики с R=120300 Ом. Рассмотрим схему бесконтактного управления исполнительными механизмами переменной скорости с двухфазным асинхронным двигателем (рис.25).  Рис.25В управляющую часть схемы входят фазочувствительный управляемый выпрямитель ФЧУВ, магнитные усилители МУ1 и МУ2 и цепь обратной связи по частоте вращения вала исполнительного двигателя, использующая косвенный метод измерения вращения путём введения положительной обратной связи по току от трансформатора тока ТА и отрицательной обратной связи по напряжению от трансформатора напряжения TV. Рабочие обмотки усилителей включают последовательно с обмотками двухфазного асинхронного двигателя. Вращение двигателя через редуктор передаётся к регулирующему органу. В зависимости от значения и фазы управляющего сигнала переменного тока UВХ изменяются токи в выходных цепях ФЧУВ, а следовательно, сопротивление рабочих обмоток МУ. Если при одной фазе управляющего сигнала открывается МУ1 и запирается МУ2, то при изменении фазы сигнала на 180° запирается МУ1 и открывается МУ2. При этом асинхронный двигатель реверсируется. Если UBX = 0, то МУ1 и МУ2 не подмагничены и двигатель неподвижен. Для расширения диапазона пропорциональной зависимости между частотой вращения двигателя и управляющим сигналом используют отрицательную обратную связь. Коэффициент пропорциональности определяется значением обратной связи в зависимости от положения движка делителя напряжения сопротивления Ro.cю. Конечные выключатели SQ1 и SQ2 , включённые в цепях управления магнитных усилителей, обеспечивают остановку двигателя при подходе регулирующего органа к крайним положениям. Основные характеристики исполнительных механизмов типа БИМ Таблица 3.7.
Исполнительные механизмы типов МЭК-К и МЭК-Б, предназначены для использования в автоматических системах с контактным и бесконтактным управлением, Принципиальная электрическая схема механизма МЭК-К представлена на рис.26. В механизме используются малоинерционный двухфазный асинхронный двигатель с полым ротором типа АДП. Наличие двух обмоток позволяет изменением напряжения на обмотке управления плавно изменять скорость вращения выходного вала исполнительного механизма. Автотрансформаторы TV1 и TV2  Рис.26применяются для понижения сетевого напряжения до напряжения 110 ± 10 В на обмотке возбуждения и 115 ± 10 В на обмотке управления. Конечные выключатели SQ1 и SQ2 предназначены для остановки двигателя в крайних положениях. R1 предназначен для указания положения вала исполнительного механизма; R2 - для обратной связи с регулятором. С целью уменьшения выбега выходного вала в механизме применён электромагнитный тормоз, питаемый от выпрямителя. Управление двигателем осуществляется магнитным пускателем типа ПКР. В исполнительных механизмах типа МЭК-Б используется двухфазный асинхронный двигатель, который получает питание от двухтактных магнитных усилителей с внутренней положительной обратной связью. В схему исполнительного механизма (рис.27) входят: двухтактный дифференциальный магнитный усилитель с выходом на переменном токе; дистанционное УД или автоматическое УА управление через командо–аппарат SA ; конечные выключатели SQ1 и SQ2 - для ограничения угла поворота выходного вала двигателя; индуктивный датчик указателя ДУП; индуктивный датчик обратной связи с регулятором; электромагнитный тормоз УА.  Рис.27Технические данные исполнительных механизмов типа МЭК-К и МЭК-Б Таблица 3.8.
Многооборотные электрические исполнительные механизмы постоянной скорости типа МЭМ предназначены для привода запорной и регулирующей аппаратуры в системах автоматического регулирования и дистанционного управления. Механизм состоит из исполнительного двигателя; муфты предельного момента, отключающей электродвигатель при перегрузках; конечных выключателей, ограничивающих перемещение механизма в крайних положениях; потенциометров для дистанционного указания и обратной связи с регулятором. Схема дистанционного управления исполнительным механизмом запорного устройства показана на рис.28. В момент подачи командного импульса от кнопок дистанционного управления SB2 и SB3 подаётся питание на соответствующую катушку реверсивного магнитного пускателя. Пускатель остаётся включённым через собственный блокировочный контакт (КМ1.КМ2) и контакт конечного выключателя SQ1 и SQ2. При достижении запорным органом положения полного открытия или закрытия, соответствующий конечный выключатель разрывает цепь питания катушки магнитного пускателя, Для предотвращения одновременного включения катушек предусмотрена электрическая блокировка. При случайном заклинивании запорного органа в промежуточном положении отключение электродвигателя осуществляется контактом SQ3 муфты пре  Рис.28дельного момента. Технические данные исполнительных механизмов типа МЭМ Таблица 3.9.
4. Электромагнитные исполнительные механизмы Электромагнитные исполнительные механизмы по сравнению с электродвигательными обладают небольшой мощностью, но при этом отличаются простотой конструкции, несложными схемами управления, высокой надёжностью. Характерная особенность таких механизмов заключается в том, что они могут быть применены только в схемах двухпозиционного управления, т.е. когда регулирующий орган может находится в двух конечных положениях. Электромагнитные механизмы способны работать как на постоянном, так и на переменном токе, но у электромагнитов постоянного тока лучше характеристики, поскольку при одинаковых размерах они развивают большее тяговое усилие. В настоящее время наибольшее распространение получили электромагнитные приводы серии ЭВ, предназначенные для управления различными клапанами, вентилями .задвижками. Электромагнитные приводы серии ЭВ по принципу действия можно разделить на две группы: 1) электромагнитные приводы ЭВ-1 и ЭВ-2, рассчитанные на длительное обтекание их катушек током. При подаче напряжения на катушку электромагнита его якорь втягивается, открывая вентиль. К недостаткам следует отнести постоянное потребление энергии при открытом положении РО и возможность произвольного переключения РО при исчезновении напряжения. Электромагнитные приводы этой серии работают от сети постоянного тока напряжением 110 и 220 В и от сети переменного тока напряжением 127, 220 и 380 В; 2) электромагнитные приводы типа ЭВ-3, рассчитаны на кратковременный режим работы. Они состоят из двух электромагнитов: главного, служащего для открытия РО, и электромагнита защёлки, удерживающей РО в открытом положении. Катушки обоих электромагнитов находятся под током только в момент переключения РО. При подаче питания на катушку главного электромагнита его якорь втягивается, РО открывается и удерживается в открытом положении защёлкой, что даёт возможность при достижении РО положения полного открытия разрывать цепь питания катушки главного электро магнита конечным выключателем. Для закрытия РО следует подать питание на катушку электромагнита защёлки, который сработав, уберёт защёлку, освободив РО; последний под действием собственной массы или возвратной пружины закроется и с помощью конечных выключателей отключит электромагнит защёлки. Катушки главного электромагнита и электромагнита защёлки привода ЭВ-3 состоят из двух секций, рассчитанных на питание от сети постоянного тока напряжением 110 В, а при последовательном соединении - 220 В. При работе от сети переменного тока в цепи питания привода включают выпрямители. На рис.29 показана схема позиционного автоматического регулирования с использованием выпрямителя с электромагнитным приводом и защёлкой. Позиционный регулирующий прибор в зависимости от действительного значения регулируемого параметра даёт команды на открытие или закрытие соленоидного вентиля. При замыкании контакта SM ("меньше") через выпрямитель VD и блокировочный контакт S включается реле времени КТ, которое своим контактом КТ замыкает цепь питания от выпрямителя катушку главного тягового электромагнита УА, При этом якорь главного электромагнита, жёстко связанный со штоком вентиля, перемещается и вентиль открывается. Однако размыкающиеся с замедлением контакты реле времени КТ разрывают цепь питания катушки главного электромагнита только через некоторое время. Этого замедления вполне достаточно, чтобы привод вентиля в открытом положении встал на защёлку и не приводил к перегреву катушек главного электромагнита. При замыкании контакта Sб ("больше") регулирующего устройства через блокировочный контакт S2 получает питание катушка электромагнита защёлки УА1, и вентиль закрывается.  Рис. 295. Пневматические и гидравлические исполнительные механизмы. 5.1. Общая характеристика пневматических и гидравлических исполнительных механизмов. Пневматические и гидравлические ИМ, также как и электрические, широко применяются в системах автоматизации технологических процессов. Особенно большое применение пневматические и гидравлические ИМ в настоящее время получили в пожаро–взрывоопасных производствах. Пневматические исполнительные механизмы используют энергию сжатого воздуха или газа. Основные достоинства их следующие:
Недостатками пневматических исполнительных меха низмов являются:
Средний КПД пневмодвигателей 0,30,35, а при нарушении нормального режима падает до 0,1. Гидравлические ИМ, использующие в качестве рабочей среды масло, имеют следующие достоинства:
К недостаткам масляных систем относят:
В зависимости от характера использования в ИМ энергии рабочей среды пневматические и гидравлические исполнительные механизмы разделяются на две категории: 1. Объёмные исполнительные механизмы, в которых используется давление рабочей среды. 2. Динамические исполнительные механизмы, в которых используется кинематическая энергия движущегося воздуха, газа или жидкости. В зависимости от характера движения, которое осуществляет выходной вал двигателя исполнительного механизма, пневматические и гидравлические исполнительные механизмы можно разделить на две большие группы: 1. Исполнительные механизмы с двигателями поступательного движения (мембранные, сильфонные, плунжерные и поршневые). 2. Исполнительные механизмы с двигателями вращательного движения. 5.2, Гидравлические и пневматические двигатели Гидравлические и пневматические двигатели преобразуют энергию рабочей среды, находящейся под давлением, в механическую энергию поступательного или вращательного движения. По конструкции и принципу действия между гидравлическими и пневматическими двигателями нет существенного различия. Отличаются они главным образом по быстродействию: жидкости, использующиеся в гидродвигателях, несжимаемы, а воздух или газ в пневмодвигателях - сжимаем, По конструкции гидро– и пневмодвигатели делятся на двигатели с поступательным движением и двигатели с вращательным движением. По способу управления гидро– и пневмодвигатели могут быть с дроссельным и объёмным управлением. При дроссельном управлении в качестве управляющих устройств используются золотники, струйные трубки, устройства типа "сопло–заслонка". При объёмном управлении в качестве источников энергии рабочей среды используют насосы или компрессоры.  НасосР УУ ОУ хВХ 1 2 3 4 5 6 7 8 Рис.30 На рис.30 показан поршневой исполнительный двигатель с золотниковым управлением. Вспомогательной энергией в этом устройстве является воздух или жидкость, нагнетаемая в трубопровод насосом 1 под давлением Р. Это давление поддерживается постоянным стабилизатором давления 2. Входным воздействием привода служит перемещение золотника 3 управляющим устройством 4. Выходным – перемещение штока поршня 5 силового цилиндра 6. Усилие от штока непосредственно передаётся на объект управления. Поршень перемещается в силовом цилиндре, имеющем две полости 7 и 8. Если каналы перекрыты поясками золотника 3, то поршень двигателя (силового цилиндра) неподвижен. При перемещении золотника на величину Хвх в одну камеру двигателя начинает поступать под давлением рабочая среда, а вторая камера соединяется с трубопроводом, которому рабочая среда возвращается к насосу. Давление в камерах двигателя будет различным, и поршень под действием разности давлений начнёт перемещаться. Скорость движения поршня зависит от объёма рабочей среды, поступающей в одну и вытекающем из другой в единицу времени. Этот объём зависит от размера отверстий, через которые протекает рабочая среда при перемещении золотника. Двигатель с двумя камерами развивает практически одинаковое усилие при подаче давления в одну или другую камеру, но направление движения изменяется на противоположное. Существуют однокамерные двигатели, у которых обратное движение осуществляется под действием возвратной пружины, т.е. рабочий ход у этих двигателей односторонний. Такой двигатель можно рассматривать как усилитель мощности или усилия.  Рис.31На рис.31 показан лопастной двигатель с управляющим устройством "сопло–заслонка". Подвижной частью двигателя является выходной вал 3 с лопастью 5, разде ляющий корпус двигателя на две камеры 4 и 6. Давление в камерах одинаковое при нейтральном положении заслонки 7 по отношению к соплам 8 и 9, через которые происходит частичное истечение рабочей среды в атмосферу (рабочая среда – воздух) либо в магистраль слива (рабочая среда – жидкость).  Рис.32Усилия, действующие со стороны сопел на заслонку, взаимно компенсируются, и для перемещения заслонки не требуется большего усилия, При одинаковом давлении P1 = P2 рабочей среды в камерах 4 и 6 лопасть и выходной вал двигателя неподвижны. Перемещение заслонки от управляющего устройства 1 на величину хВХ вызовет нарушение равенства давлений в камерах двигателями лопасть вместе с выходным валом двигателя начнут поворачиваться со скоростью, пропорциональной разности давлений в камерах, а следовательно, смещению заслонки. Угол поворота выходного вала такого двигателя меньше 360°. На рис.32 показан поршневой поворотный двигатель с управлением от струйной трубки. Двигатель имеет один поршень, но конструктивно разделенный на две части 2 и 5, связанные между собой жёстко с помощью зубчатой рейки 3. С рейкой находится в зацеплении зубчатое колесо 4, вал которого и является выходным валом двигателя. Из струйной трубки 7 рабочая среда выходит под давлением, причём сила реакции струи направлена по оси вращения трубки и для поворота последней не требуется больших усилий. Если трубка 7 расположена симметрично относительно приёмных сопел 6 и 8, то в обеих камерах силового цилиндра 1 устанавливаются одинаковые давления, и поршень с рейкой и зубчатое колесо будут неподвижны. При повороте трубки струя будет по разному располагаться по отношению к соплам, давление в камерах двигателя станет различным, поршень начнёт перемещаться и поворачивать выходное зубчатое колесо и вал, Угол поворота выходного вала у этого двигателя больше 360°, если рейка имеет достаточную длину. На рис.33.1 показан мембранный двигатель с управлением от игольчатого клапана. Такие двигатели применяют в тех случаях, когда требуется небольшая выходная мощность и небольшое перемещение (до 50 мм).  Рис.33.1Упругая мембрана 1 под действием рабочей среды, поступающей в камеру 2, прогибается и передаёт движение на шток 3, связанный с объектом управления. Управление двигателем осуществляется от игольчатого клапана. Изменение положения головки иглы 4 изменяет количество рабочей среды, поступающей из магистрали 6 в отводную 5. При этом изменяется давление в камере двигателя и происходит прогиб мембраны, Для управления перемещением золотников, заслонок, струйных трубок в устройствах гидро– пневмопровода часто используют силовые электромагниты, электродвигатели малой мощности, которые являются исполнительными элементами электрических устройств автоматического управления, Такой привод называется комбинированным – электрогидравлическим или электропневматическим – и сочетает в себе достоинства как электрических, так и гидравлических пневматических устройств автоматики. 5.3. Исполнительные механизмы с двигателями поступа тельного и вращательного движения.  Рис.33.2В мембранном исполнительном механизме (рис.33.2) силовым элементом является резино–тканевая мембрана. Эти механизмы просты в устройстве, изготовлении и эксплуатации. Обладают сравнительно высоким быстродействием и применяются для привода регулирующих и смесительных клапанов для жидкости и газов, когда для работы регулирующего органа не требуется больших перемещений. Недостатки мембранных ИМ:
Мембранные исполнительные механизмы разделяются: по количеству силовых органов – на одномембранные, двухмембранные и четырёхмембранные; по особенностям схемы – на исполнительные механизмы одностороннего (рис.33.2.а) и двухстороннего действия (рис.33.2.б); по виду движения выходного вала – на исполнительные механизмы поступательного и вращательного движения. В исполнительных механизмах в большинстве случаев применяются мембраны с жёстким центром, причём диаметр обжимных дисков выбирается равным d=0,8D, где D - рабочий диаметр мембраны. Усилие, развиваемое мембранным исполнительным механизмом с плоской мембраной равно: а) для беспружинных мембранных исполнительных механизмов |