Исполнительные устройства (ИУ). Назначение, классификация и область применения.

ИУ предназначены для воздействия на процесс в соответствии с командной информацией от управляющего устройства. Выходным параметром ИМ является расход вещества или энергии, поступающих на объект регулирования, а входным — сигнал управляющего устройства.

ИУ можно разделить на две большие группы: электромоторного типа и электромагнитного типа.

Место ИУ в типовой структурной схеме системы регулирования показано на рис. 1. Правильный выбор и расчет исполнительных устройств имеет первостепенное значение, поскольку эти устройства являются конечными в цепях автоматического регулирования любой сложности, вследствие чего погрешности в работе ИУ непосредственно влияют на качество протекания автоматизируемого процесса.

Вещество или энергия

Возмущения

Исполнительное

устройство

Регули-рующий орган

Испол-ните-льный меха-низм

Сумматор

Объект управления

Управляющее устройство

Задатчик

Датчик

Рис. 1. Исполнительное устройство в типовой системе управления.

ИУ обычно содержат следующие функциональные блоки: блок усиления или позиционер, исполнительный механизм, регулирующий (рабочий) орган, блок ручного управления (дублер), датчик положения, блок обратной связи, блок сигнализации конечных положений. В зависимости от конкретных условий структура и конструкция ИУ могут существенно различаться. Так, например, при управлении некоторыми электрическими аппаратами (крупными электродвигателями, электрическими ваннами и т. д.) регулируемым параметром является поток электрической энергии. В этом случае необходимость в исполнительном механизме и регулирующем органе отпадает. Роль исполнительного устройства выполняет блок усиления. В ряде устройств регулирующий орган является частью технологической оборудования. Например, при регулировании толщины проката в качестве регулирующего органа выступают валки, которые являются частью прокатного стана. Такого рода устройства не являются продукцией приборостроения и здесь не рассматриваются.

Приборостроительной промышленностью выпускаются универсальные исполнительные устройства, которые можно использован для управления различными технологическими процессами. Схем классификации исполнительных устройств приведена на рис. 2.

Основными функциональными блоками ИУ являются исполнительные механизмы и регулирующие органы. По виду потребляемой энергии исполнительные механизмы делятся на электрические, гидравлические и пневматические. Для указанных видов исполнительных механизмов имеются наборы вспомогательных устройств, усилителей мощности и пускорегулирующей аппаратуры.

Электрические исполнительные механизмы получили наибольшее распространение, поскольку для них не требуется промежуточных преобразователей энергии — компрессоров и насосов. Они позволяют получить довольно большие перестановочные усилия при ограниченном быстродействии и высокой точности позиционирования.

Исполнительные устройства
Исполнительные механизмы		Регулирующие органы		Комплектные ИУ и системы		Вспомогательные устройства
Электрические		Дроссепирующие		С электроприводом		Усилители мощности
Пневматические		Дозирующие		С пневмоприводом		Пускатели
Гидравлические		Манипулирующие		С гидроприводом		Позиционеры
						Сигнализаторы положения
						Устройства управления

Рис. 2. Схема классификации исполнительных устройств.

Пневматические исполнительные механизмы просты, надежны к удобны в эксплуатации, пожаробезопасны. Поэтому они широко применяются в пожаро- и взрывоопасных производствах (окрасочные и промывочные отделения, производство легковоспламеняющихся веществ). Пневматические механизмы имеют высокое быстродействие и точность позиционирования при умеренных перестановочных усилиях.

Гидравлические ИМ применяются в тех случаях, когда необходимо обеспечить большие перестановочные усилия при высоком быстродействии и точности позиционирования. Гидравлические ИМ сложны в изготовлении и требуют специальных источников рабочей жидкости — масляных насосов высокого давления.

В особую группу выделяются комплектные исполнительные устройства. Они представляют целостную конструкцию из исполнительного механизма и регулирующего органа. В состав этих изделий входят электрогидроклапаны и электропневмоклапаны, предназначенные для коммутации небольших расходов жидких и газообразных веществ. По функциональному назначению ИУ этой группы делятся на регулирующие и запорнорегулирующие.

ИУ делятся на группы по: виду пропускной характеристики ИУ, допустимой температуре регулируемой среды, материалу основных деталей.

По способу уплотнения выходного штока регулирующего орга­на ИУ делятся на сальниковые, бессальниковые (например с сильфонным уплотнением штока). В зависимости от вида подсоеди­нения к трубопроводу — на фланцевые, муфтовые, линзовые, цапфовые, приварные.

По виду действия ИУ делятся на нормально открытые (НО), в которых при прекращении подвода энергии, создающей перестановочные усилия, проходное сечение полностью открывается, и нормально закрытые (НЗ), в которых при прекращении подвода энергии, создающей перестановочные усилия, проходное сечение полностью перекрывается.

В зависимости от взаимного расположения входного и выходного патрубков ИУ делятся на проходные и угловые.

Основные характеристики ИУ.

Общие технические требования к ИУ определяются ГОСТ 14770—69. В соответствии с этим стандартом исполнительные устройства строятся на основе базовых конструкций с блочным принципом построения, обеспечивающим повышенный уровень унификации и общую технологическую базу для производства, а также взаимокомплектуемость и взаимозаменяемость при использовании.

Диапазон изменения входных сигналов и величина перемещения штока (или вала) исполнительного устройства соответствуют требованиям стандартов, указанных в табл. 1.

Исполнительные устройства выпускаются в вибропрочном исполнении, противостоящем разрушающему действию вибрации с ускорением 2,5 м/с² в диапазоне частот от 5 до 80 Гц. При этом значение амплитуды должно быть не более 1,5 мм.

По защищенности от воздействия окружающей среды исполнительные устройства изготовляются в обыкновенном и взрывозащищенном исполнениях. Исполнительные устройства в обыкновенном исполнении могут работать в условиях воздействия окружающей среды, в которой допускается наличие загрязняющих соединений в концентрациях, ограниченных «Нормами Главной государственной санитарной инспекции» № 272—59 от 10.01.59 г.

Взрывозащищенное исполнение характеризуется защищенностью исполнительных механизмов и дополнительных блоков. Категории защиты указываются в технической документации на исполнительные механизмы и дополнительные блоки.

В зависимости от устойчивости к воздействию температуры и влажности окружающего воздуха при эксплуатации исполнительные устройства делят на группы, указанные в табл. 2.

Таблица 1

Стандарты на входные сигналы и величины перемещений исполнительных устройств

Типы исполнительных устройств	Разновидности исполнительных устройств	Диапазон изменения входных сигналов	Величина перемещения штока (вала)
Пневматические	Мембранные	ГОСТ 9468—75	ГОСТ 9687—70
	Поршневые		ГОСТ 6540—68
	Мембранные	Определяется в техни­ческой документации, утвержден­ной в уста­новлен­ном порядке	ГОСТ 9887—70
Гидравлические	Поршневые	ГОСТ 6540—68
Электрические	Прямоходные, пово­ротные	ГОСТ 9896—69	ГОСТ 7192—74

Стандартом предусмотрены следующие классы точности ИУ: 1,5; 2,5; 4,0; 6,0.

Вероятность безотказной работы исполнительных устройств. должна быть не ниже 0,98 за 2000 ч работы при доверительной вероятности Р = 0,8.

ИУ характеризуются тремя группами параметров:

параметрами, которые определяют работоспособность ИУ в конкретных условиях эксплуатации;

параметрами, необходимыми для расчета статической характеристики регулирующего органа;

параметрами, определяющими статические и метрологические характеристики исполнительного механизма и исполнительного устройства на холостом ходу (при отсутствии в регулирующем органе регулируемой среды).

Автоматизациясвайных работ: назначение САУ,принцип работы,схема.

В настоящее время большегрузные строительные автосамосвалы, работающие совместно с загружающими их экскаваторами и погрузчиками, также оснащают современными бортовыми электронными системами. Эти системы предназначены для управления работой автосамосвала в наиболее экономичном режиме, а также для получения импульсов от датчиков, обработки их микрокомпьютером и выдачи на дисплей оперативных данных по использованию, техническому обслуживанию и ремонту машины.

Экономичная работа автомобиля достигается за счет оптимального режима работы двигателя при правильно выбранной скорости, обеспечиваемой в некоторых моделях автоматической коробкой передач. При этом в компьютер заложены программы на режим раннего переключения скоростей для различных условий работы автосамосвала в зависимости от его массы, рельефа и вида дороги, а также свойств ее покрытия. В то же время автоматическое переключение передач снижает износ дисков сцепления и само время переключения передач.

Максимальное использование мощности двигателя, обеспечение высокой проходимости, отказ от применения дифференциала, что позволяет снизить износ покрышек колес, обеспечиваются разработанными системами для предотвращения блокировки ведущих колес при торможении, а также для регулирования проскальзывания в приводе и обеспечения минимальной пробуксовки колес при движении.

Наряду с информацией о состоянии узлов и машины в целом на дисплей в цифровой и текстовой форме выводятся сведения о малейших отклонениях от нормальной работы автомобиля, что позволяет еще на ранней стадии их возникновения определить возможность устранения неисправностей. При этом с помощью командной клавиатуры на дисплей вызываются различные варианты устранения неисправностей. Одновременно с устранением неисправностей компьютер позволяет обнаружить и более серьезные неполадки, а также заказать необходимые для замены при ремонте запасные части.

Для того чтобы обратить внимание водителя на возникновение нештатных ситуаций в работе самосвала, одновременно с выводом на дисплей текста срабатывает световая и звуковая сигнализация.

Использование микроэлектроники в строительных грузовых автосамосвалах позволяет облегчить управление и обслуживание, обеспечить надежность, безопасность эксплуатации машины и снижение ее эксплуатационных расходов, а также значительно улучшить тягово-скоростные и топливно-экономические свойства автомобилей-самосвалов.

Автоматическое управление дизель-молотами обеспечивает повышение их надежности и стабильности в работе. Рассмотрим рабочий процесс дизель-молота на схеме (рис. 10.43).

Рис. 10.43. Электросхема автоматического управления работой дизель-молота

Увеличение высоты подскока поршня оказывает воздействие на датчик номинального подскока. При этом контакт Рном замыкается, включается реле РЗ и открывается контакт IP3, выключая привод Я регулировочной иглы топливного насоса.

Подскок поршня до уровня максимального датчика вызывает замыкание контакта Ртах и включение реле Р2, замыкающее цепь питания электродвигателя. При этом вращение вала электродвигателя обеспечивает такое направление и расстояние перемещения иглы, которое уменьшает подачу топлива. Это происходит до окончания воздействия поршня на датчик максимального подскока или до снятия усилия с ограничителя хода КВМ. После приведения регулировочной иглы топливного насоса в нормальное положение вновь продолжается работа дизель-молота в оптимальном режиме. Для контроля вертикального и высотного положения сваи при ее погружении используются лазерные приборы, оборудованные специальными устройствами. Эти устройства обеспечивают разделение выходящего лазерного пучка на горизонтальный и наклонный, которые направляются соответственно к нижней и верхней рискам, расположенным на свае (рис. 10.44). При этом прибор устанавливается по высоте так, чтобы горизонтальный пучок находился на уровне проектной отметки оголовка сваи, т. е. совпал с риской при полном ее погружении. В процессе погружения сваи проекции лазерных пучков должны находиться на ее геометрической оси. При этом угол наклона пучка уменьшается и при достижении горизонтального положения погружение сваи прекращается.

Рис. 10.44. Контроль точности погружения свай по двум лазерным лучам

Современные вибропогружатели оборудуют автоматическими системами изменения таких параметров, как моменты дебаланса и частота. Это, в свою очередь, изменяет вынуждающую силу и позволяет более эффективно использовать мощность двигателей при работе в постоянно изменяющихся грунтовых условиях.

В автомат управления поступают сигналы от датчика мощности о ее величине в процессе погружения свай и от переключателей и концевых выключателей, фиксирующих крайние положения регулятора скорости погружения и положения подвижных частей дебалан-сов. На исполнительные устройства автомат управления выдает командные сигналы о включении и реверсе сервомотора регулятора скорости и включении электромагнитов реверсивного золотника, предназначенного для управления перемещением дебалансов.

В автоматике управления расположен задатчих мощности, устанавливающий необходимые пределы ее потребления. Здесь происходит сравнение потребляемой мощности с ее заданным уровнем. В соответствии с алгоритмом управления погружением сваи уменьшается скорость вращения и статический момент дебалансов. При этом происходит так называемый сброс частоты, т. е. уменьшение скорости вращения рабочего органа за счет подачи на сервопривод регулятора скорости требуемого напряжения.

В буровых установках для устройства набивных свай используют регулятор подачи винтовых рабочих органов. Этот регулятор состоит из электронного блока с устройством рассогласования и формирователем, блока управления приводом подачи и блока привода.

Рис. 10.45. Схема автоматического регулирования мощности привода в буровых установках

Он обеспечивает автоматическое поддержание мощности привода вращателя при изменяющемся соротивлении бурению. При работе установки (рис. 10.45) величина потребляемой мощности поступает через трансформатор тока ТТ в устройство рассогласования Р. Здесь оно сравнивается с заданным номинальным режимом работы двигателя и поступает в блок формирования Ф. В зависимости

от величины поступающего сигнала формирователь вырабатывает по принципу релейного трехпозиционного устройства одну из требуемых команд: «меньше», «равно», «больше».

Поступающие команды отрабатываются электрогидравлическим исполнительным механизмом ИМ, который управляет приводом подачи рабочего органа на забой, включающим гидростанцию ГС, гидроцилиндр ГЦ, лебедку Л.