Гидравлические исполнительные механизмы
27.03.2020 г.
Предмет: Электрооборудование и электропривод .
Тема: Классификация исполнительных механизмов: пропорциональные, релейные (2 часа).
Цель: Ознакомиться с назначением, устройством и принципом работы регулирующих устройств.
Задание: Ознакомиться с лекционным материалом, законспектировать, зачертить рис.1 , посмотреть фильм по ссылке https://www.youtube.com/watch?v=P6S7VBFnDnY#action=share
Лекция – 2 часа.
Используемые в настоящее время для промышленных целей автоматические регуляторы по тому закону регулирования, который они обеспечивают в системах регулирования, подразделяются на:
- релейный позиционный Рп;
- релейный постоянной скорости Рс;
- пропорциональный (статический) П;
- интегральный (астатическии) И;
- пропорционально-интегральный (изодромный) ПИ;
- пропорционально-интегральный с производной (изодромный с производной) ПИД.
В релейных системах позиционного регулирования регулирующее воздействие на объект, определяемое положением регулирующего органа, может иметь только два заранее установленные при наладке значения, т. е. такая система работает по принципу «да — нет» или «открыто — закрыто» и практически не имеет параметров настройки.
В идеализированной системе позиционного регулирования регулирующий орган меняет положение мгновенно. Однако качество работы реальной позиционной системы регулирования в значительной мере зависит от времени перемещения регулирующего органа из одного конечного положения в другое.
В системах автоматического регулирования с Рс-регуляторами управляющее воздействие на объект определяется скоростью перемещения регулирующего органа.
В системах автоматического регулирования с Рс-регуляторами управляющее воздействие на объект определяется скоростью перемещения регулирующего органа.
Регулирующие устройства пропорционального действия (П-регуляторы) осуществляют регулирующее воздействие на объект, пропорциональное отклонению регулируемого параметра от заданного значения. Для обеспечения такой пропорциональности от датчика обратной связи по положению исполнительного механизма полается сигнал, образующий совместно с сигналом отклонения регулируемой величины от заданного значения суммарный сигнал, который поступает на вход регулирующего устройства.
В зависимости от типа применяемого исполнительного механизма П-регуляторы могут быть регуляторами постоянной и переменной скорости. Для П - регуляторов с переменной скоростью исполнительного механизма при наличии стабилизирующей обратной связи по скорости электропривода, обеспечивающей уменьшение скорости при подходе к положению равновесия, допустимы значительно меньшие значения коэффициента пропорциональности КР.
Релейные – это системы, где в контуре регулирования стоит релейный элемент (реле), т.е. контур обратной связи замыкается тогда, когда ошибка d становится больше некоторой допустимой величины a(a – зона нечувствительности реле – заранее заданная величина),т.е. когда½d½³a и размыкается, когда ошибка ½δ½£b (отключение реле), где a>b. Отсюда следует, что в релейных системах производится квантование по уровню d0 (рис. 1, а), при котором в произвольные моменты времени выделяются значения непрерывного сигнала, достигшие одного из допустимых дискретных уровней. Отметим, что релейные системы существенно нелинейны и их нельзя заменять линейными математическими моделями. Отметим, что для построения систем оптимальных по быстродействию (важный класс систем управления!) в большинстве случаев используют системы с релейными элементами.
В импульсных системах производится квантование сигнала по времени, при котором в дискретные моменты времени выделяются значения непрерывного сигнала (рис. 1, б). Эти моменты отстоят друг от друга на постоянную величину Т, называемую шагом квантования.
Рис 1.Квантование сигнала: а – по уровню, б – по времени,
в – по уровню и по времени
В релейно-импульсных системах производится одновременно квантование по уровню и дискретизация по времени, т.е. в равноотстоящие моменты времени непрерывный сигнал заменяется одним из фиксированных (допустимых) дискретных значений (рис. 1, в).
Существуют также дискретные системы, в которых информация кодируется частотой импульсов.
В релейно-импульсных системах производится одновременно квантование по уровню и дискретизация по времени, т.е. в равноотстоящие моменты времени непрерывный сигнал заменяется одним из фиксированных (допустимых) дискретных значений .
−пропорционально-дифференциальный (ПД-закон), при котором управляющее воздействие определяется суммарным влиянием величины ошибки и скорости ее изменения:
− пропорционально-интегрально-дифференциальный (ПИД-закон и ПИД-регулятор), формирующий управляющее воздействие с учетом величины, суммарного текущего значения величины ошибки, ее накопления за определенное время и скорости изменения ошибки.
27.03.2020 г.
Предмет: Электрооборудование и электропривод .
Тема: Устройство и принцип действия электрогидравлических исполнительных механизмов (2 часа).
Цель: Ознакомиться с назначением, устройством и принципом работы электрогидравлических исполнительных механизмов.
Задание: Ознакомиться с лекционным материалом, законспектировать, зачертить рис.1 , посмотреть фильм по ссылке https://www.youtube.com/watch?v=jrOSIboJSds#action=share
Лекция – 2 часа.
Исполнительные механизмы
Исполнительные механизмы систем автоматического регулирования могут иметь различные типы входных сигналов. Так, некоторые управляются унифицированным сигналом 4—20 мА (0—10 В), некоторые для регулирования используют один дискретный вход (например, регулятор температуры в печи), а некоторые — два дискретных входа (например, регулятор давления пара в аппарате управляет задвижкой: используются два сигнала — один на открытие, а другой — на закрытие задвижки).
В регуляторах прямого действия силовой частью является чувствительный элемент исполнительного механизма. При изменении регулируемой величины он развивает усилие, используемое для изменения степени открытия регулирующего органа. В регуляторах непрямого действия это усилие создается приводом, использующим вспомогательную энергию — энергию сжатого воздуха, жидкости и электрическую. Соответственно с этим приводы бывают пневматическими, электрическими и гидравлическими.
Электрические исполнительные механизмы можно разделить на две основные группы: соленоидные (электромагнитные) и электро- двигательные. Особенность соленоидных исполнительных механизмов состоит в том, что необходимое для перестановки рабочего органа усилие создается за счет электромагнита, обеспечивающего поступательное движение выходного звена. Такие механизмы применяются в основном в схемах двухпозиционного регулирования (открыто — закрыто), так как регулирующий орган может находиться в двух крайних положениях. Кроме того, у клапанов с таким приводом существует возможность гидравлического удара за счет практически мгновенного перекрытия потока жидкости. Они применяются только для клапанов малого диаметра, не требующих больших перестановочных усилий. Соленоидный привод применяется для различных вспомогательных переключений в системах автоматического регулирования и управления, а также для блокировки в производственных процессах путем открытия или закрытия технологических линий.
Электропневматический позиционер VP200
Электро-пневматический позиционер VP200 предназначен для преобразования электрических сигналов 4—20 мА постоянного тока в пневматический сигнал управления клапанами, цилиндрами и исполнительными механизмами. Позиционер обладает устройством обратной связи, что обеспечивает точность позиционирования.
Основные характеристики
Совместим с клапанами как одностороннего, так и двустороннего действия.
Измеряемый ход 10—100 мм.
Входные сигналы:
4—20 мА;
10-50 мА.
Режим работы: ручной/автоматический.
Гидравлические исполнительные механизмы
Гидравлические исполнительные механизмы входят в состав гидроприводов и состоят из двух основных частей: гидродвигателя и управляющего устройства. В зависимости от вида последнего, они разделяются на три типа: с дроссельным, с объемным (гидростатическим) и со струйным управлением.
Конструкции гидравлических исполнительных механизмов
Исполнительные механизмы с дроссельным управлением.
Гидравлические исполнительные механизмы с дроссельным регулированием работают при постоянном давлении рабочей жидкости.
В качестве управляющих устройств используются главным образом золотниковые пары, в некоторых случаях, преимущественно в маломощных механизмах, - дроссели "сопло - заслонка". В зависимости от числа управляющих дросселей гидравлические исполнительные механизмы разделяются на одно-, двух - и четырехщелевые (рисунок 1).
Рисунок 1 - Схемы устройства гидравлических исполнительных механизмов с дроссельным управлением: а -однокромочный; б- двухкромочный; в - четырехкромочный; ро - давление в напорной магистрали; рсл - давление слива; х - перемещение золотника; v - скорость перемещения поршня силового цилиндра
Перемещение поршня каждого из представленных на рисунке механизмов происходит за счет изменения площади поперечного сечения окон золотника, определяемого его смещением со среднего (нейтрального) положения.
Существуют три варианта конструктивного выполнения золотниковых пар. В первом варианте ширина рабочего пояска золотника превышает ширину канавки или отверстия во втулке, так что при среднем положении золотниковой пары отсутствует проток рабочей жидкости (золотник с перекрытием), во втором - перекрытие равно нулю, так что рабочие кромки золотника, находящегося в среднем положении, совпадают с рабочими кромками втулки (идеальный золотник); в третьем варианте золотниковая пара имеет начальные осевые зазоры, а вместе с тем и проток рабочей жидкости.
Применение золотников с перекрытием понижает чувствительность исполнительного механизма. Однако перекрытия могут быть полезны, если необходимо отфильтровать случайные колебания золотника или когда для уменьшения силы сухого трения золотник подвергается принудительной продольной вибрации (осциллированию) в пределах осевых перекрытий.
Золотники с небольшим начальным осевым зазором, не превышающим радиального, существенно повышают чувствительность механизма. При увеличении начального осевого зазора чувствительность падает. Одновременно возрастает позиционная ошибка при движении нагруженного поршня и непроизводительно увеличивает расход жидкости.
Особенность исполнительных гидравлических механизмов с дроссельным управлением заключается в том, что вся энергия жидкости при отсутствии внешней нагрузки расходуется на преодоление гидравлических сопротивлениях в окнах золотника и, следовательно, превращается в тепло. В связи с этим гидравлические исполнительные механизмы с дроссельным управлением имеют низкий к. п. д.
Преодоление механизмом внешней нагрузки осуществляется за счет уменьшения энергии гидравлических потерь, а следовательно, и перепада давлений на окнах золотника. При этом скорость движения исполнительного двигателя уменьшается.
Исполнительные механизмы с дроссельным управлением работают, как правило, от насоса постоянной производительности и при постоянном давлении питания, поддерживаемого переливными клапанами. В ряде случаев для повышения общего к. п. д. механизмы питаются от насоса регулируемой производительности, работающих совместно с гидравлическими аккумуляторами.
Основным преимуществом гидравлических исполнительных механизмов с дроссельным управлением является высокое быстродействие, обусловленное малым перемещением золотника и большим коэффициентом усиления по давлению. Их применение целесообразно в тех случаях, когда поток жидкости, поступающий в золотник, должен развивать мощность 0,2…10 КВт.
Гидравлические исполнительные механизмы со струйным управлением.
Рисунок 3 - Схема устройства гидравлического механизма со струйным управлением: х - перемещение конической насадки струйной трубки; щ -угловая скорость поворота (реверсируемого) выходного вала
При симметричном расположении насадки струйной трубки относительно приемных отверстий количество поступающей в них жидкости одинаково. Поэтому поршень находится в покое. При повороте трубки соотношение количества жидкости изменится, а вместе с тем начнется движение поршня.
Недостатком механизмов со струйным управлением является постоянный расход жидкости через насадку трубки. Поэтому их к. п. д. ниже, чем у механизмов с дроссельным управлением. Применение гидравлических исполнительных механизмов со струйным управлением целесообразно в сравнительно маломощных системах. Часто такие механизмы используются в качестве управляющих устройств более мощных механизмов дроссельного или объемного управления.
Преимуществом гидравлических механизмов со струйным управлением является их высокая надежность, обусловленная отсутствием малых зазоров во всем гидравлическом тракте.
Гидравлические исполнительные механизмы с объемным управлением.
Гидравлические исполнительные механизмы с объемным регулированием управляются за счет изменения производительности насоса, подающего рабочую жидкость в гидравлический двигатель с вращательным движением. В качестве рабочей жидкости применяют нефтяные масла, синтетические жидкости, спирто-глицериновая смесь и др.
Управляющими устройствами в этих механизмах (рисунок 4) служат насосы переменной производительности, имеющие возможность реверса потока жидкости.
Рисунок 4 - устройства гидравлического исполнительного механизма с объемным управлением.
Наибольшее распространение нашли насосы с аксиальным и радиальным расположением цилиндров. В обоих случаях регулирование производительности осуществляется за счет изменения рабочего хода поршней.
Для надежной работы исполнительных механизмов, имеющих замкнутую цепь циркуляции рабочей жидкости, обычно используют дополнительные насосы подкачки. Эти насосы необходимы для предупреждения возникновения кавитационных режимов в гидравлических магистралях при реверсах выходного вала гидромотора.
Известны две конструктивные разновидности гидравлических исполнительных механизмов с объемным управлением:
1) совмещенный вариант, в котором управляющий насос, гидромотор, насос подкачки и вспомогательные клапаны выполняются в виде единого агрегата, и 2) раздельный, в котором гидромотор представляет самостоятельную конструкцию, расположенную на некотором расстоянии от насоса.
Особенностью гидравлических механизмов с объемным управлением является то, что большая часть потребляемой ими энергии расходуется на преодоление внешней нагрузки.
Недостатком механизмов с объемным управлением является сравнительно низкое быстродействие, обусловленное значительным временем полного изменения производительности насоса. Применение таких механизмов целесообразно в тех случаях, когда потребная выходная мощность превышает 2 КВт. Верхний предел выходной мощности практически не ограничен.
По движению выходного вала гидродвигатели делятся на гидродвигатели возвратно-поступательного движения (поршневые двигатели) и гидродвигатели вращательного движения или гидромоторы (применяются в гидравлических исполнительных устройствах с объемным регулированием).
Основные конструктивные схемы поршневых двигателей показаны на рисунке 6
Рисунок 6 - Схемы поршневых двигателей. а - простого действия; б - двойного действия
В поршневом двигателе простого действия (рисунок 3.6, а) движение поршня 2 вправо производится усилием давления Р рабочей жидкости, подводимой в полость силового цилиндра 3 через штуцер 1. Движение поршня влево осуществляется за счет усилия пружины 4. При этом жидкость из полости силового цилиндра 3 отводится через штуцер 1. Шток 5 с одной стороны жестко связан с поршнем 2, а с другой стороны - объектом управления или с его органами.