Главная страница
Навигация по странице:

  • Методическое пособие по исполнительным механизмам. Витебск2011ОГЛАВЛЕНИЕ ВВЕДЕНИЕ

  • ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЕ МЕХАНИЗМЫ

  • ПРОМЫШЛЕННЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЕ МЕХАНИЗМЫ

  • ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЕ МЕХАНИЗМЫ

  • СРАВНИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА РАЗЛИЧНЫХ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫХ ЕХАНИЗМОВ

  •  = f (M)

  • (2.3) где J

  • Исполнительные механизмы автоматики. Методическое пособие по исполнительным механизмам. Витебск 2011 оглавление введение


    Скачать 17.4 Mb.
    НазваниеМетодическое пособие по исполнительным механизмам. Витебск 2011 оглавление введение
    АнкорИсполнительные механизмы автоматики.docx
    Дата16.01.2018
    Размер17.4 Mb.
    Формат файлаdocx
    Имя файлаИсполнительные механизмы автоматики.docx
    ТипМетодическое пособие
    #14206
    страница1 из 10
      1   2   3   4   5   6   7   8   9   10

    МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

    Учреждение образования

    «Витебский государственный технологический университет»

    Технические средства автоматизации

    Методическое пособие по исполнительным механизмам.

    Витебск

    2011

    ОГЛАВЛЕНИЕ
    ВВЕДЕНИЕ . . . . . . . . . . 2


    1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫХ МЕХАНИЗМАХ . 3

    1.1. Основные понятия и определения . . . . . . 3

      1. Общие требования, предъявляемые к исполнительным механизмам 4

      2. Классификация исполнительных механизмов . . . . 5

    1. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЕ МЕХАНИЗМЫ . . 6

    2.1. Электрические исполнительные двигатели . . . . 6

    2.2. Исполнительные двигатели переменного тока . . . . 8

    2.3. Асинхронные тахогенераторы . . . . . . 12

    2.4. Исполнительные двигатели постоянного тока . . . . 14

      1. Передаточная функция двигателя постоянного тока независимого

    возбуждения . . . . . . . . . 20

    2.6. Тахогенераторы постоянного тока . . . . . . 22

    2.7. Шаговые исполнительные двигатели . . . . . 24

    2.8. Выбор типа исполнительного двигателя и редуктора . . 26

    2.9. Электромагнитные исполнительные элементы . . . 30

    2.10. Особенности расчётов электромагнитов переменного тока . 31

    2.11. Расчёт обмоток электромагнита постоянного тока . . . 32

    2.12. Электромагнитные муфты . . . . . . . 34

    1. ПРОМЫШЛЕННЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЕ

    МЕХАНИЗМЫ . . . . . . . . . . 40

    3.1. Исполнительные механизмы позиционного регулирования . 40

    3.2. Исполнительные механизмы пропорционального регулирования 42

    3.3. Исполнительные механизмы переменной скорости . . . 46

    1. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЕ МЕХАНИЗМЫ . 51

    2. ПНЕВМАТИЧЕСКИЕ И ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ

    ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЕ МЕХАНИЗМЫ . . . . . . 53

      1. Общая характеристика пневматических и гидравлических

    волнительных механизмов . . . . . . . 53

    5.2. Гидравлические и пневматические двигатели . . . . 54

    5.3. Исполнительные механизмы и двигатели поступательного и

    вращательного движения . . . . . . . 56

    1. СРАВНИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА РАЗЛИЧНЫХ

    ИСПОЛНИТЕЛЬНЫХ ЕХАНИЗМОВ . . . . . . 62

    1. ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЕ МЕХАНИЗМЫ В

    АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ ВВОДАХ ШВЕЙНЫХ МАШИН . . 65
    ЛИТЕРАТУРА . . . . . . . . . 69

    ВВЕДЕНИЕ
    Исполнительный механизм является одним из основных элементов в системах автоматизации производственных процессов.

    В настоящее время в отечественной и зарубежной практике появилось много разнообразных исполнительных механизмов, основанных на различных принципах действия. Однако материал по исполнительным механизмам в отечественной литературе недостаточно систематизирован, что создаёт определённые трудности при выборе оптимальных типов исполнительных механизмов для конкретных систем автоматического управления различными производственными процессами.

    Необходимость публикации методических указаний вызвана отсутствием учебника по курсу "Технические средства автоматизации", что затрудняет работу студентов при изучении предмета.

    В данном указании рассмотрены исполнительные механизмы, основанные на различных принципах действия (электрические, пневматические, гидравлические), приведены их схемы, описаны конструкции, приводятся материалы по расчёту, а также справочные материалы по исполнительным механизмам, серийно выпускаемым отечественной промышленностью.

    В целом материал методических указаний может быть использован для изучения курсов "Электрические машины", "Автоматизированный электропривод" и при курсовом и дипломном проектировании.

    1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫХ МЕХАНИЗМАХ




      1. Основные понятия и определения


    Под термином "исполнительный механизм" в системе автоматического регулирования и дистанционного управления понимается автоматическое устройство, осуществляющее перемещение конечного звена системы автоматики (регулирующего органа) в соответствии с сигналами, поступающими от чувствительного или управляющего элемента.

    В общем случае исполнительные механизмы состоят из совокупности следующих элементов:

    - исполнительного двигателя, служащего источником силового воздействия на регулирующий орган;

    - передаточного или преобразовательного устройства (различного рода редукторы, муфты, храповики и т.д.), располагающегося между исполнительным двигателем и регулирующим органом системы и служащего для получения определённой скорости, направления и характера его движения;

    - узла конечных выключателей, осуществляющего автоматический останов или переключение исполнительного механизма в конечных или промежуточных положениях;

    - системы управления, включающей аппаратуру пуска, реверсирования, останова, регулирования скорости, защиты и сигнализации.

    Элементы

    управления

    Передаточно–преобразовательное устройство
    Усилитель

    Исполнительный

    двигатель

    Муфта

    сцепления

    Элементы

    защиты

    Исполнительный

    двигатель

    Регулируемый

    орган

    Указатель

    положения

    Датчик о.с.

    по скорости

    Ручное

    управление

    Датчик о.с.

    по положению

    Управляющий сигнал

    Рис. 1

    В ряде случаев в функциональную схему исполнительного механизма может входить усилительный элемент, служащий для преобразования сигнала, передаваемого к исполнительному двигателю, и получения, в следствии этого, больших перестановочных усилий в нём; устройства обратной связи по положению и скорости выходного звена исполнительного механизма; указатель положения и др. Общая функциональная схема исполнительного механизма представлена на рис. 1.

    Часто электрические, пневматические и гидравлические исполнительные механизмы называют приводами. Для гидравлических механизмов, использующих в качестве энергоносителя масло, иногда в литературе употребляются термины "сервомеханизм", "сервопривод", "сервомотор". Сервомеханизмом, или сервомотором называется совокупность устройств, использующих для усиления энергию от постороннего источника и воспроизводящих с возможно меньшей ошибкой на выходе маломощные управляющие сигналы, поданные на его вход.



      1. Общие требования, предъявляемые к исполнительным механизмам


    Исполнительный механизм, работающий в системе автоматического регулирования, должен не только совершать работу по перемещению регулирующего органа, но и обеспечивать это перемещение с возможно меньшими искажениями законов регулирования, формируемых регулирующим устройством. Поэтому одним из основных требований, предъявляемых ко многим исполнительным механизмам, является обеспечение быстродействия и необходимой точности. К исполнительным механизмам предъявляется также ряд требований конструктивного, эксплуатационного и экономического характера. Они выражаются в следующем:

    - исполнительный механизм должен иметь минимальные габариты и вес, быть конструктивно простым, обладать высокой надёжностью, а также обеспечивать плавность и равномерность движения приводного механизма;

    - исполнительный механизм должен быть безопасен в эксплуатации, устойчив в работе, обеспечивать постоянство скорости перемещения регулирующего органа, а также возможность регулирования скорости и крутящего момента;

    - исполнительный механизм должен иметь устройство защиты для предохранения регулирующего органа от перегрузок и поломок, а также систему ручного управления на случай возможных отказов в схеме управления приводом при нарушении энергоснабжения.

    Основными показателями исполнительных механизмов являются:

    - номинальные значения вращающего момента на выходном валу исполнительного механизма или усилия на его выходном штоке;

    - максимальное значение вращающего значения на выходном валу исполнительного механизма или усилия на выходном штоке. Эти значения определяют наибольшие нагрузки, которые данный исполнительный механизм вообще может преодолеть;

    - к. п. д. - отношение максимально полезной мощности на выходе исполнительного механизма к мощности, отбираемой от источника энергии;

    - постоянная времени - параметр, характеризующий инерционность исполнительного механизма. Этот показатель определяет величину быстродействия исполнительного механизма в системе автоматического регулирования;

    - время оборота выходного вала исполнительного механизма или хода его штока.

    Помимо вышеперечисленных показателей, для всех исполнительных механизмов одними из важнейших показателей являются их различные динамические и статические характеристики. Знание этих показателей позволяет осуществить правильный выбор исполнительного механизма для конкретных систем регулирования и управления.


      1. Классификация исполнительных механизмов


    Внастоящее время разработано и применяется большое количество разнообразных исполнительных механизмов, основанных на различных принципах действия и выполняющих различные функции в зависимости от характера технологического процесса и получения заданного закона изменения положения регулирующего органа.

    Поэтому возникает необходимость классификации исполнительных механизмов как по виду потребляемой энергии, по их устройству, конструкции и принципу действия, так и по назначению и характеру их использования в автоматических системах.

    По виду потребляемой энергии все исполнительные механизмы можно разделить на следующие группы:

    - электрические, использующие для своего действия электрическую энергию;

    - пневматические, использующие энергию сжатого воздуха или газа;

    - гидравлические, использующие энергию жидкости.

    Каждый из перечисленных типов исполнительных механизмов, в свою очередь, можно классифицировать по типу, конструкции и принципу действия исполнительного двигателя.

    По характеру и назначению работы в автоматических системах исполнительные механизмы разделяются:

    - работающие по дискретному принципу "открыто" - закрыто";

    - работающие по закону непрерывной функции. К ним относятся исполнительные механизмы позиционного и пропорционального действия;

    - исполнительные механизмы следящего и программного действия.

    По скорости вращения или движения:

    - тихоходные и быстроходные.

    Однако классификация по этому признаку является чисто условной, так как для разных процессов одни и те же исполнительные механизмы при одной и той же скорости их выходных звеньев могут быть и быстроходными, и тихоходными.

    По времени работы исполнительные механизмы могут быть разбиты на три основные группы:

    - с продолжительным режимом работы;

    - с кратковременным режимом работы;

    - с повторно-кратковременным режимом работы.

    Этот признак имеет существенное значение для электрических исполнительных механизмов, где режимы работы определяют их тепловые нагрузки.

    По способу управления исполнительные механизмы можно разделить на механизмы:

    - местного действия;

    - дистанционного действия;

    - телеуправляемые.

    Классификацию исполнительных механизмов можно также вести по другим признакам.

    1. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЕ МЕХАНИЗМЫ


    Электрические исполнительные механизмы получили большое распространение в различных системах автоматики.

    Преимущества электрических исполнительных механизмов по сравнению с исполнительными механизмами, использующими для своей работы другие виды энергии, выражаются в следующем:

    - неограниченный радиус действия и управления;

    - возможность применения при отрицательной температуре;

    - простота в эксплуатации;

    - отсутствие сложной системы трубопроводов.

    В зависимости от применяемого исполнительного двигателя электрические исполнительные механизмы можно разделить на две группы: электродвигательные и электромагнитные.

    В электродвигательных исполнительных механизмах, которые иногда называют электрическими приводами, силовым элементом является электродвигатель постоянного или переменного тока.

    В электромагнитных исполнительных механизмах силовым элементом является электромагнит постоянного или переменного тока.

    2.1. Электрические исполнительные двигатели
    Как указывалось выше, основным элементом электрических механизмов является электродвигатель.

    В современных системах электроавтоматики нашли широкое применение всевозможные электродвигатели малой мощности постоянного и переменного тока в диапазоне мощности от единиц до сотен ватт.

    Требования, предъявляемые к исполнительным электродвигателям, определяются спецификой их эксплуатации, из числа которых в качестве общих можно выделить следующие:

    - высокую надёжность;

    - максимальное быстродействие;

    - высокую точность отработки управляющего сигнала;

    - широкий диапазон допустимых нагрузок;

    - регулирование скорости в широком диапазоне;

    - высокий коэффициент полезного действия;

    - минимальные габариты и вес.

    Приведённым требованием удовлетворяют двигатели постоянного тока с независимым или самовозбуждением и асинхронные двигатели. Последние в свою очередь, делятся на:

    - двигатели с полным немагнитным ротором;

    - двигатели с полным ферромагнитным ротором;

    - двигатели с ротором в виде беличьей клетки;

    - двухфазные.

    Асинхронные трёхфазные электродвигатели с короткозамкнутым ротором в качестве исполнительных в системах автоматики не используются, априменяются в основном в качестве приводных. Причины этого видны из анализа механических характеристик (рис.2).

    Здесь на рис 2а - характеристика трёхфазного асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором; рис.2б - характеристика асинхронного двухфазного электродвигателя с полным ротором; рис.2в - характеристика двигателя постоянного тока с независимым возбуждением.

    а) б) в)

    Рис. 2

    1







    М

    М

    М

    2

    Следует обратить внимание на участок характеристики на рис.2а, на котором зависимость  = f (M) неоднозначна, особенно на отрезке 1-2 с положительной крутизной.

    Уравнение механической характеристики можно представить в виде:

    Мдв = Мп ± F · , (2.1)

    где Мдв - вращающий момент на валу двигателя, Н·м;

    Мп - пусковой момент, Н·м;

    - величина, обратная коэффициенту крутизны механической характеристики, ;

     -угловая скорость вращения.

    В свою очередь, пусковой момент можно выразить:

    Мп = C·U (2.2)

    где - коэффициент пропорциональности,

    Дифференциальное уравнение вращения ротора двигателя:

    , (2.3)

    где J - момент инерции, приведённый к валу двигателя, кг·м2;

    Мс - приведённый момент сопротивления, Н·м.

    Решая совместно уравнения (2.1), (2.2), (2.3), получим:

    (2.4)

    Знак минус соответствует участку 1-2 механической характеристики асинхронного трёхфазного электродвигателя с короткозамкнутым ротором. На этом участке работа двигателя неустойчива, самовыравнивание отрицательное. Такое явление отсутствует у остальных приведённых типов электродвигателей, работа которых устойчива на всём протяжении механических характеристик.

    Таким образом, трёхфазные электродвигатели с короткозамкнутым ротором не удовлетворяют ряду пунктов перечисленных требований. Кроме того, для этих двигателей характерна большая кратность пускового тока по отношению к номинальному, что отрицательно сказывается на надёжности работы как двигателя, так и аппаратуры управления. Приведённое выше уравнение (2.4) может быть записано в виде:

    , (2.5)

    - постоянная времени, с;

    - коэффициент передачи, .

    Отсюда очевидна возможность получения коэффициентов дифференциального уравнения двигателя при заданном моменте инерции ротора и параметрах нагрузки с помощью экспериментально снятых механических характеристик.

    2.2. Исполнительные двигатели переменного тока.
    Рис. 3

    Асинхронные двухфазные электродвигатели в настоящее время являются наиболее распространёнными исполнительными двигателями переменного тока. Принципиальная схема двигателя схематично представлена на рис.3. Электродвигатель имеет две общие обмотки, расположенные в пазах статора. Обмотка 1 называется главной (обмоткой возбуждения) и постоянно находится под напряжением. На другую обмотку 2 (обмотка управления) напряжение через управляющий усилитель 3 подаётся лишь тогда, когда требуется привести вал 4 двигателя во вращение. От величины напряжения на обмотке управления зависит скорость вращения и механическая мощность, развиваемая электродвигателем.

    Для создания вращающегося магнитного поля главная и управляющая обмотки сдвинуты относительно друг друга на 90°. Обе обмотки обычно выполняются с одинаковым количеством витков. Но в тех случаях, когда необходимо уменьшить потребляемую мощность на управление двигателем, число витков управляющей обмотки по сравнению с обмоткой возбуждения увеличивается в 2–3 раза.

    Различают два вида исполнения двухфазных асинхронных двигателей: с короткозамкнутым ротором типа "беличья клетка" и полым немагнитным ротором.

    Асинхронные двухфазные исполнительные двигатели с ротором типа "беличья клетка" имеют такую же конструкцию и принцип действия, как и трёхфазные асинхронные двигатели с аналогичным ротором. Современная технология позволяет изготовить такие двигатели с очень небольшим воздушным зазором 0,03 – 0,05 мм и высокими энергетическими показателями. Однако у таких двигателей большой момент инерции ротора. Технические характеристики некоторых асинхронных двигателей с ротором типа "беличьей клетки" приведены в табл.2.1.

    Если ротор разделить на магнитопроводящую и электропроводящую части и первую сделать неподвижной, а вторую - в виде вращающегося полого цилиндра, получим асинхронный двухфазный двигатель с полым немагнитным ротором (АДП).

    Рис. 4
    Конструктивное устройство такого двигателя схематично показано на рис.4. Магнитопровод внешнего статора 1, закрепленный в корпусе 8,набирают из листов электротехнической стали. В пазах статора располагаются две обмотки (возбуждения и управления), сдвинутые на 90°.
    Таблица 2.1.

    Тип


    двигателя

    f, Гц

    Uв, В

    Uy, В

    nx.x.,

    об/мин

    Тм, мс

    Млн

    Pн, Вт

    Масса, г

    ДКМО, 16 –12

    ДКМО, 4 –12

    ДКМ1 –12

    ДКМ2, 5 –12

    ДКМ6 –12

    ДКМ16 –12

    ДКМ25 –12

    ДКМ100 –12

    АД –20

    АД –25

    АД –32

    АД –40

    АД –50

    АДИ –20

    АДИ –25

    АДИ –32

    АДИ –50

    2АСМ –50

    2АСМ –100

    2АСМ –200

    2АСМ –400

    РД –0911

    ДКИ –1,6–ЗАТ

    ДКИ –4,0–ЗАТ

    ДКИР –0,4 –0ТВ

    ДКИР –0,4 –50ТВ

    400

    400

    400

    400

    400

    400

    400

    400

    400

    400

    400

    400

    400

    400

    400

    400

    400

    50

    50

    50

    50

    50

    50

    50

    50

    50

    36

    36

    115

    115

    115

    115

    115

    115

    24

    40

    40

    40

    40

    24

    40

    40

    40

    20

    110

    110

    110

    127

    220

    220

    127

    127

    36

    36

    36

    36

    36

    80

    80

    80

    24

    24

    24/40

    24/40

    24/40

    24

    24

    24

    24

    20

    110

    110

    110

    24

    127

    127

    24

    24

    4000

    5000

    5000

    5500

    5500

    5000

    6100

    8000

    6000

    6500

    7000

    8000

    5000









    1300'

    1280'

    1180'

    1120'

    750'

    1800'

    1800'





    15

    20

    25

    30

    40

    50

    60

    350

    13

    30

    20

    25

    22

    13

    30

    20

    25

    45

    45



    88

    20

    10

    12





    1,4

    1,36

    1,8

    1,61

    1,48

    1,5

    1,4

    1,17



















    4,5

    1,0

    2,8

    2,0

    1,69

    1,84

    1,7





    0,16

    0,4

    1,0

    2,5

    6

    16

    25

    100

    0,3

    0,9

    1,7

    2,5

    3,5

    0,3

    0,8

    1,7

    2,2

    0,67

    1,32

    2,4

    4,6

    1,28

    2,4

    5,0

    0,4

    0.4

    40

    80

    130

    250

    470

    880



    4000

    30

    74

    130

    240

    450









    720

    1115

    1250

    1200

    580

    500

    850

    300

    300

    Примечание: n' - номинальная частота вращения ротора.

      1   2   3   4   5   6   7   8   9   10


    написать администратору сайта