исполнительные механизмы 2

ВВЕДЕНИЕ

Исполнительные устройства состоят из исполнительного ме­ханизма и регулирующего органа. Исполнительный механизм осуществляет перемещение регулирующего органа в соответст­вии с сигналами, поступающими от регулятора или управляю­щего устройства. В зависимости от вида используемой энергии различают электрические, пневматические, гидравлические и комбинированные (электрогидравлические, электропневматиче­ские) исполнительные механизмы.

1. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЕ МЕХАНИЗМЫ

Они работают в комплекте с электрическими регуляторами и подразделяются на электродвигательные и электромагнитные (соленоидные).

Электродвигательные исполнительные меха­низмы. Они делятся на многооборотные и однооборотные и со­стоят из электродвигателя, понижающего механического редук­тора, узлов блокировки и дистанционной передачи сигнала по­ложения регулирующего органа.

Схема дистанционного управления исполнительным механиз­мом включает кнопки дистанционного управления КО
и КЗ
, которыми отключаются и включаются обмотки катушек МП1
и МП2
реверсивного магнитного пускателя.

Для блокировки кнопок и электродвигателя служат контак­ты МП1-1
и МП2-1
. Отключение электродвигателя в крайних положениях «Открыто» и «Закрыто» осуществляется кольцевыми выключателями с кон­тактами КВ1
и КВ2
. Кноп­ка КС
предназначена для остановки регулирующего органа в промежуточном положении в случае ложно­го срабатывания электро­двигателя. Сигнализация крайних положений регули­рующего органа осуществ­ляется лампами Л1
и Л2
. При движении регулирую­щего органа обе лампочки горят.

Для защиты электродви­гателя от перегрузок в промежуточном и закрытом положениях регулирующего органа на исполнительном механизме устанав­ливают муфту крутящего момента с отключающим контактом КМ
. Контакты МП 1-2
и МП 2-2
служат для включения электро­двигателя исполнительного механизма.

1.1 Схема дистанционного управления исполнительным механизмом

Выключателем В
схема подключается к сети трехфазного тока. При нажатии кнопки КО
электрический ток проходит через катушку магнитного пускателя МП1
, которая, втягивая якорь, замыкает контакты МП1-3
и размыкает контакты блокировки МП1-1
, электродви­гатель ЭД
открывает регулирующий орган (клапан).

При полностью открытом клапане срабатывает концевой выключатель и размыкает контакт КВ1
, отключая МП1
и лам­почку Л
, электродвигатель ЭД
останавливается. При нажатии кнопки КЗ
электрический ток проходит через катушку МП2
, ко­торая втягивает якорь и замыкает контакты МП2
и размыкает контакты блокировки МП2-1
. Электродвигатель ЭД
закрывает клапан. В случае перегрузки электрическая цепь питания ка­тушки МП2
размыкается отключающим контактом КМ
, а при полностью закрытом клапане катушку МП2
отключает конце­вой выключатель контактами КВ2
, лампочка Л2
гаснет.

Однооборотные исполнительные механизмы, имеющие угол поворота от 15 до 360°, выпускаются с контактным или бескон­тактным управлением. Контактное управление осуществляется с помощью релейных схем и ограничивает длительность работы исполнительного механизма. Бесконтактное управление обес­печивает работу исполнительного механизма в любом режиме, независимо от длительности и частоты включения.

2. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЕ МЕХАНИЗМЫ.

Они работают в схемах двухпозиционного регулирова­ния и дистанционного управления, широко используются при автоматизации холодильных установок в качестве электромаг­нитных вентилей прямого действия с диаметром условного про­хода не более 10 мм и непрямого действия с диаметром услов­ного прохода 25—65 мм. Они состоят из электромагнита (соленоида) с возвратной пружиной, якорь которого управляет от­крытием и закрытием регулирующего органа.

Тяговое усилие, развиваемое электромагнитом соленоида, оп­ределяют по изменению энергии магнитной системы во время движения якоря.

Для увеличения тя­гового усилия необходимо увеличить сечение магнитопровода или число витков в обмотке электромагнита.

Электромагнитный исполнительный механизм с регулирую­щим органом называют электромагнитным вентилем. По конст­рукции электромагнитные вентили бывают прямого и непрямого действия. В электромагнитном вентиле прямого действия (рис. 1.2, а) при подаче напряжения Un питания в обмотку элек­тромагнита якорь втягивается, открывая клапан. Нормальная работа при открытии клапана обеспечивается.

В электромагнитном вентиле непрямого действия (рис. 1.2 ,б) электромагнитом открывается вспомогательный клапан.

a) б)

1.1 Схемы электромагнитных вентилей:

а — прямого действия; б — непрямого действия;

1 — якорь;

2 — электромагнитная катуш­ка;

3 — корпус;

4 — основной клапан;

5 — вспомогательный клапан;

6 —канал подвода среды к вспомогательному клапану;

7 — седло клапана;

8 — калибровочное отверстие;

9 — пружина;

10 — мембрана.

При отсутствии напряжения якорь под действием собствен­ного веса опущен вниз и закрывает вспомогательный клапан. Основной клапан закрыт под действием пружины. При этом давление над мембраной равно входному, что обеспечивает­ся калиброванным отверстием в основном клапане. При подаче напряжения якорь втягивается в катушку, открывая вспомога­тельный клапан, и надмембранная полость через него соединя­ется с выходом.

Под действием силы при открытом вспомогательном клапане основной клапан открывается. При снятии напряжения Un ос­новной клапан закрывается.

3. ПНЕВМАТИЧЕСКИЕИГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЕ МЕХАНИЗМЫ.

Они подразделяются на поршневые и мембранные. ­

3.1 Пневматические (гидравлические) исполнительные механизмы:

а — поршневой: 1 — цилиндр; 2 — поршень; 3 — уплотнительные кольца; 4 — шток; 5 — возвратная пружина- 6 — крышки; 7 — уплотнения; 8 — шпильки; 9 — полость;

б — мем­бранный: 7 —фланцы; 2 —мембрана; 3 — возвратная пружина; 4 — шток; 5 — втулка с натяжной гайкой.

Поршневые в отличие от мембранных применяются при больших пе­ремещениях регулирующего органа.

Поршневой исполнительный механизм.
Он состоит из цилиндра, поршня с уплотнительными кольцами и штоком, возвратной пружины и крышек с уплотнениями, стяну­тыми шпильками (

рис. 3.1, а). Исполнительный механизм, не имеющий возвратной пружины, где возврат поршня в исходное положение осуществляется подачей среды в противоположную полость называется двуходовым.

Мембранный исполнительный механизм.
Он состоит из фланцев, мембраны, возвратной пружины, штока и натяжной гайки со втулкой (рис. 3.1, 6). При подаче давления в надмембранную полость мембрана прогибается, перемещая шток вниз, возврат штока в исходное положение осуществляет­ся под действием пружины.

Исполнительные механизмы постоянно совершенствуются на основе использования новых высокопрочных материалов, совре­менной технологии изготовления отдельных элементов, в резуль­тате уменьшаются их масса, габариты и повышается надеж­ность.

Регулирующие органы исполнительных устройств. Регули­рующий орган предназначен для изменения расхода среды, энер­гии или каких-либо других параметров, обеспечивающих задан­ный режим работы объекта.

Наиболее широко в технологиче­ских процессах используют дроссельные регулирующие органы, которые управляют расходом среды путем изменения диаметра проходного сечения. К ним относятся регулирующие клапаны, заслонки и шиберы.

Условная пропускная способность жидкости в кубических метрах в час при максимальном (условном) хо­де затвора, который определяется типом регулирующего органа и диаметром присоединительных патрубков (условный про­ход). Зависимость пропускной способности регулирующего ор­гана от перемещения затвора при постоянном перепаде давле­ний называется пропускной характеристикой. В про­цессе работы перепад давлений на клапане меняется.

Регулирующие клапаны. Они предназначены для ре­гулирования расхода жидких пищевых продуктов, воды, пара, газа. Регулирующие клапаны выпускаются серийно. В зависимости от диаметра условного прохода и пе­репада давления на клапане используют одно- или двухседель-ные клапаны.

Односедельные клапаны требуют более мощный исполнительный механизм, так как на шток воздействует сила давления среды.

В двухседельном клапане сила, развиваемая ис­полнительным механизмом, затрачивается только на перемеще­ние регулирующего органа, независимо от давления и скорости протекания регулируемой среды. Однако они менее герметичны, чем односедельные.

Основным требованием к регулирующему клапану является соответствие его пропускной характеристики расчетному значе­нию расхода регулируемой среды. Правильно подобранным счи­тается такой клапан, при открытии которого на 40—60% обес­печивается предусмотренный проектом номинальный расход сре­ды. При открытии клапана от 15 до 85% он должен обеспечить расход среды во всем диапазоне от минимального до максималь­ного значения. Если выбрать клапан с максимальной пропуск­ной способностью значительно больше номинального расхода среды, то даже небольшое перемещение клапана приведет к резким изменениям расхода, не соответствующим величине уп­равляющего сигнала. Например, согласно управляющему сиг­налу регулятора исполнительный механизм перемещает регулирующий клапан. При этом через пра­вильно подобранный клапан расход среды соответст­венно изменится. При неправильно выбранном клапане это ус­ловие соблюдено не будет. В этом случае даже при высокой точности работы регулятора невозможно обеспечить устойчивый режим управления, что не позволит воздействовать на процесс посредством увеличения расхода среды как в автомати­ческом, так и ручном режиме управления.

Регулирующий орган характеризуется коэффициентом пере­дачи, который зависит от положения клапана (расхода среды).

Система регулирования работает устойчиво. Поскольку на коэффициент передачи аппарата воздействовать сложно, т. к. его величина определяется нерегулируемыми параметрами (загрузка аппарата и т. д.). Чтобы при разных расходах среды коэффи­циент передачи регулирующего органа также был постоянным.

Регулирующие органы имеют линейные или равнопроцентные пропускные характеристики. Из этого можно сделать вывод, что при уменьшении давле­ния среды в трубопроводе коэффициент передачи регулирующе­го органа существенно меняется и практически остается постоянным при равнопроцентной пропускной характеристике. Таким образом, если в системе автоматического регулирова­ния основными являются внешние возмущения (изменение за­грузки аппарата и пр.), то необходимо использовать регулирую­щий орган с линейной пропускной характеристикой, если же основные возмущения поступают по каналу регулирования, то следует применять регулирующий орган с равнопроцентной про­пускной характеристикой. Расходные и пропускные характери­стики регулирующих органов приводятся в их паспортных дан­ных, а также в специальной литературе.

Регулирование расходов воздуха и газов при небольших статических давлениях, например, в системах вентиляции и кон­диционирования воздуха осуществляют с помощью шиберов или заслонок.

При подборе шиберов кроме пропускной характеристики оп­ределяют силу, под действием которой происходит его переме­щение.

Регулирующее воздействие, вырабатываемое системой авто­матического управления, должно передаваться на регулирую­щий орган с минимальным искажением, поэтому выходной эле­мент исполнительного механизма и входной элемент регулирую­щего органа должны быть соединены соответствующим образом. Способы их сочленения зависят от конструкций исполнительно­го механизма и регулирующего органа, а также условий их работы. Сочленение бывает непосредственным, жестким или тро­совым. Непосредственное сочленение штока исполнительного ме­ханизма со штоком регулирующего органа широко применяется во всех исполнительных устройствах. Жесткое соединение осу­ществляется с помощью рычагов; оно позволяет менять масштаб перемещения регулирующего органа относительно хода испол­нительного механизма.

Тросовое соединение используется при больших расстояниях между исполнительным механизмом и регулирующим органом.

Министерство образования и науки Российской Федерации

«Северо-Кавказский государственный технический университет»

РЕФЕРАТ

По дисциплине: Управление техническими системами.

Тема: Исполнительные механизмы.

Выполнил: студент 4-го курса гр.МАП-051

Бондарь Д. В.

Проверил: Ларионов Ю. А.

Ставрополь 2009 г.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение 3

1. Электрические исполнительные механизмы 4

2. Электромагнитные исполнительные механизмы 7

3. Пневматические и гидравлические исполнительные механизмы 9