Усилители и исполнительные механизмы

Содержание 
 

Введение………………………………………………………………………………………5 стр 

Раздел I. Общий 

       1.1. Характеристика проектируемого  объекта……………………………………...….7 стр 

Раздел II. Специальный 

2.1. Механические  усилители……………………………………………………….8 стр

2.2. Гидравлические  и пневматические усилители………………………….……10 стр

2.3. Электрические  усилители………………………………………………..…….12 стр

2.4. Исполнительные  механизмы………………………………………………..…14 стр

2.5. Надежность  элементов систем автоматического  управления……………….17 стр

2.6. Охрана  труда и техника безопасности на предприятиях…………………….18 стр

2.7. Пожарная  безопасность на предприятиях…………………………………….20 стр 

Раздел III. Ремонт приборов автоматики 

     3.1. Электрические исполнительные механизмы…………………………...…….21 стр 

Раздел IV. Заключение……………………………………………………………………...24 стр 

Раздел V. Приложение 

     А. Схема магнитного усилителя 

     Литература…………………………………………………………………………...25 стр 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение 

     Автоматика  – это передний край научно- технического прогресса. В области автоматики изменения происходят очень быстро. Элементы автоматики непрерывно совершенствуются. Существуют элементы автоматики, работающие на других принципах (например, полупроводниковые усилители, тирристорные реле и контакторы, гидравлические исполнительные устройства, пневматические датчики и преобразователи).

     Системы автоматически предназначены для  получения информации о ходе управляемого процесса, ее обработки и использования  при формировании воздействии на процесс. В зависимости от назначения различают следующее автоматические системы.

     Система автоматической  сигнализации предназначены для извещения обслуживающего персонала о  состояния той или иной технической установки о протекании  того или иного процесса. Системы автоматической блокировки и защиты служат для предотвращения возникновения аварийных ситуаций в технических агрегатах и  установках.

     Системы автоматических контроля осуществляют без участия человека контроль различных  параметров и величин, характеризующих  работу какого- либо технического агрегата или протекании какого либо процесса.

     Системы автоматического пуска и остановки  обеспечивают включение остановок  различных двигателей и приводов по заранее заданной программе.

     Системы автоматического управления предназначены  для управление работой тех или  иных технических  агрегатов либо теми или иными процессами.

     Важнейшими  и наиболее сложными являются системы  автоматического управления. Управлением  в широком смысле слова называется организация какого-либо процесса, обеспечивающая достижение поставленной цели. Общие законы получения хранение передачи и преобразование информаций в управляющих системах изучает кибернетика. Таким образом, изучение систем автоматики также являются одной из задач которых построенный автоматические системы называются элементами автоматики. По своему назначению элементы  входящие на чувствительные; усилительные и исполнительные.

     Дачки являются чувствительными элементами. Они измеряют регулируемую величину объекта регулирования и вырабатывают на выходе сигнал, пропорциональной этой величине.

     Системы автоматики могут быть построенный с использованием сигналов различной физической  природы: электрических, механических, пневматических, гидравлических. Наибольшее  распространение получил электрический сигнал его удобно передавать на расстояние, обрабатывать и запоминать, преобразовать в другие виды сигналов. Поэтому электрические элементы автоматики получили самое широкое распространение.

     Одним из основных и важнейших видов  электрических элементов являются электромеханические и магнитные  элементы, использующие электрические и магнитные явление.

     В качестве исполнительных элементов  наибольшее распространение получили электромагнитные и электродвигатели.

     Для различных переключений в системах автоматики широко применяют коммутационные   электромеханические элементы.

     Наибольший интерес представляет зависимость выходной величины элемента автоматики от чего  входной величины. При соединений элементов в систему автоматики выходная величина одного элемента поддается на вход последующего элемента. Входную величину обычного называют входным сигналом.

     Режим работы, при котором входной и  выходной сигналы постоянны (Х=Х_уст; У=У_уст), называют статическим или установившимся режимом. Характеристики, определяемые в этом режиме, называются статическими.

     Следует отметить, что для многих электромеханических и магнитных устройств автоматики сигналом является напряжения или сила переменного тока. В статическом режиме постоянным является действующее значения напряжения или тока, хотя мгновенное значение при этом, естественно, изменяется по синусоидальному закону. Основной характеристикой всех элементов автоматики является статическим коэффициент преобразования К=У_уст/Х_уст. Коэффициент преобразования может быть определен.

     Связь между центральным процессором (ЦП), запоминающими устройствами и внешними устройствами осуществляется через общий системный канал.

     Пользователь  может подключать к каналу как  собственные устройства  ввода-вывода, так и дополнительные устройства, соблюдая при этом требования и условия  работы интерфейса системного канала.

     Связь между двумя устройствами, подключенными к каналу, осуществляется по принципу «управляющий – управляемый». В каждый момент времени только одно устройство является активным. Активное устройство управляет циклами обращения к каналу, при необходимости удовлетворяет требованиям прерываний от внешних устройств, контролирует предоставление прямого доступа.

     Пассивное устройство является  исполнительным. Оно может принимать и передавать информацию только под управлением  активного устройства. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Раздел  I. Общий

1.1. Характеристика проектируемого  объекта 

      Исполнительные  устройства предназначены для преобразования управляющих (командных) сигналов в  регулирующие воздействия на объект управления. Практически все виды воздействий сводятся к механическому, т.е. к изменению величины перемещения, усилия к скорости возвратно-поступательного или вращательного движения. Исполнительные устройства являются последним звеном цепи автоматического регулирования и в общем случае состоят из блоков усиления, исполнительного механизма, регулирующего и дополнительных (обратной связи, сигнализации конечных положений и т. п.) органов. В зависимости от условий применения рассматриваемые устройства могут существенно различаться между собой. К основным блокам исполнительных устройств относят исполнительные механизмы и регулирующие органы.

      Исполнительные  механизмы классифицируют по ряду признаков:

      - по виду используемой энергии 

      - электрические, пневматические, гидравлические  и комбинированные; 

      - по конструктивному исполнению

      - мембранные и поршневые; 

      - по характеру обратной связи 

      - периодического и непрерывного  действия.

      Электрические исполнительные механизмы являются наиболее распространенными и включают в себя электродвигатели и электромагнитный привод. В общем случае эти механизмы состоят из электродвигателя, редуктора, тормоза, соединительных муфт, контрольно-пусковой аппаратуры и специальных устройств для перемещения рабочих органов.

      В исполнительных механизмах применяют  электродвигатели переменного (в основном асинхронные с короткозамкнутым ротором) и постоянного тока. Наряду с электродвигателями массового изготовления используют и специальные конструкции позиционного и пропорционального действия, с контактным и бесконтактным управлением.

      По  характеру изменения положения выходного органа электродвигательные исполнительные механизмы могут быть постоянной и переменной скорости, а также шаговыми. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Раздел  II. Специальный

2.1. Механические усилители

     Усилители по типу привода можно разделить  на гидравлические, пневматичекие и электрические. Если встретить машину с пневмоусилителем невозможно, то гидроусилители установлены практически на каждой второй. ГУР состоит из гидравлического насоса, работающего от двигателя и создающего давление в гидравлическом цилиндре. Действительно, конструкция довольно проста. Может быть, чуть менее популярна разновидность ГУРа – электрогидравлический усилитель. Здесь насос приводится в движение не мотором автомобиля, а отдельным электродвигателем, питающимся от бортовой сети. Главное преимущество ЭГУРа – возможность работы при выключенном двигателе, от аккумулятора. Плюс экономия топлива. Наконец, третий, электрический тип привода усилителя руля, не так давно появившись, становится с каждым годом все более популярным. ЭУР имеет много преимуществ по сравнению с гидравликой. Во-первых, экономия топлива: усилитель включается в работу только в том случае, когда водителю требуется помощь в повороте руля. Во-вторых, надежность. Как ни крути, но в текущем обслуживании электроусилители куда менее прихотливы ГУРов. В-третьих, адаптивность: ЭУР легче настроить так, чтобы усиление зависело от скорости авто, усилия на руле и угла поворота. Большие возможности компоновок, что, согласитесь, для производителя немаловажно. Электродвигатель может передавать усилие на вал рулевого колеса, вал шестерни рейки, саму рейку. Словом, четвертый плюс электроусилителя – вариативность его установки. Они, в основном, потребительского толка. Владельцу такого автомобиля следует помнить, что грамотно продиагностировать ЭУР собственными силами невозможно. Любые вопросы следует решать в авторизованном сервисе. Электроусилитель – деталь неремонтопригодная. Меняется единым сборным узлом. Отсюда логично следует дороговизна ремонта

     Предельный  регулятор расположен в корпусе  привода распределительного вала и состоит из трех узлов: центробежного чувствительного элемента, механического усилителя и механизма взвода. Центробежный чувствительный элемент смонтирован на шестерне распределительного вала. Он имеет два центробежных груза, каждый из которых представляет собой неравноплечий рычаг, поворачивающийся на оси. Осями служат специальные болты, используемые одновременно для крепления шестерни к фланцу хвостовика распределительного вала. Конец болта расклепан, что предотвращает продольное смещение груза. Короткие плечи грузов оттянуты пружинами, натяжение которых можно менять при помощи регулировочных болтов с квадратными хвостовиками. Болты ввернуты в специальные держатели, укрепленные гайками на шестерне. Один конец пружины надет на головку болта, а другой соединен с пальцем, запрессованным в отверстие короткого плеча груза. Пружины отрегулированы таким образом, что они не могут помешать расхождению фузов при достижении коленчатым валом частоты вращения 835±10 об/мин.

     Расхождение грузов на одинаковый угол обеспечивается муфтой, представляющей собой разъемную обойму, свободно установленную на валу и стянутую двумя болтами. Муфта имеет пазы а, в которые заведены стержни, укрепленные на грузах. Поворот одного из грузов через стержень и муфту передается стержню другого груза, который, поворачиваясь на тот же угол, включает в работу вторую пружину. Если частота вращения коленчатого вала дизеля не превышает номинальной, то длинные плечи грузов усилием пружин прижаты к валу.

     Механический  усилитель предназначен для поворота вала управления топливными насосами в положение нулевой подачи топлива по сигналу центробежного элемента. Усилитель собран в сварном стальном корпусе, прикрепленном тремя болтами к торцовой стенке блока дизеля. В корпусе установлены два вала с укрепленными на них рычагами. На валу при помощи штифтов жестко укреплены рычаги, а четвертый рычаг установлен на этом же валу с небольшим зазором. Одноплечий рычаг расположен над центробежными грузами. Рычаг имеет на конце вилку и шарнирно соединен с промежуточным рычагом, а рычаг является упорным, так как при работающем дизеле он упирается в регулировочный болт, ввернутый в перегородку корпуса и закрепленный гайкой.

     Упорный и храповой рычаги имеют выступы  для взаимодействия при взводе регулятора по принципу зубчатой муфты.

     На  валу жестко укреплены рычаги. Рычаг  шарнирно соединен с промежуточным  рычагом рычаги осуществляют связь  валов. На одноплечий рычаг, заканчивающийся  крюком, постоянно действует пружина, работающая на растяжение. Второй конец пружины соединен с корпусом.

     Рычаги  расположены относительно друг друга  с обратным прогибом 1 мм, и усилие от пружины, передаваемое через рычаги, стремится вызвать поворот вала против часовой стрелки, чему препятствует регулировочный болт, в который упирается рычаг.

     Рычаг шарнирно соединен тягой с зубчатой полумуфтой, свободно установленной  на валу управления топливными насосами. Вторая зубчатая полумуфта жестко укреплена  на валу с помощью штифта. Зазор  между выступами полумуфт позволяет  валу поворачиваться под действием объединенного регулятора.

     Механизм  взвода служит для ручного управления механическим усилителем после автоматического  срабатывания регулятора. К механизму  взвода относится вал, проходящий через  отверстие кронштейна, прикрепленного четырьмя болтами к торцу блока цилиндров. На валу укреплен рычаг, соединенный при помощи тросика с плечом храпового рычага, имеющего на конце крюк. Другое плечо рычага соединено с пружиной, второй конец которой укреплен на выступе кронштейна.

     Работа  регулятора. При возрастании частоты вращения коленчатого вала центробежная сила грузов преодолевает сопротивление пружин, и длинные плечи грузов отходят от вала, ударяя по рычажной лапе.

     Поворот рычажной лапы вместе с валом ликвидирует  обратный прогиб между рычагами, вследствие чего пружина поворачивает валы механического усилителя. При этом вал, поворачиваясь по часовой стрелке, не встречает препятствия, а вал поворачивается до упора рычагом в регулировочный винт, ввернутый в перегородку корпуса. Вместе с валом поворачивается рычаг и через тягу воздействует на зубчатую полумуфту, которая выступом захватывает вторую полумуфту и вместе с ней поворачивает вал управления топливными насосами. Последний переводит рейки в положение нулевой подачи топлива независимо от объединенного регулятора, так как в этом случае сжимается проскальзывающая тяга регулятора. Дизель останавливается.

     Чтобы пустить дизель после его автоматической остановки, надо взвести предельный регулятор, освободить от его воздействия  вал управления топливными насосами. Для этого машинист поворачивает рукоятку, надетую на конец вала, против часовой стрелки и затем отпускает ее. Вместе с валом поворачивается рычаг. При этом через тросик поворот передается храповому рычагу, который своим выступом воздействует на выступ упорного рычага, заставляя его поворачиваться вместе с валом. Рычаг толкает промежуточный рычаг, а тот в свою очередь — рычаг. Вал поворачивается, а пружина натягивается. Рычаг тягой поворачивает зубчатую полумуфту, освобождая вал и подготавливая его к работе совместно с объединенным регулятором.

     Поворот валов механического усилителя  ограничивается упором рычага в болт, который отрегулирован так, что  рычаги устанавливаются со стрелой  обратного прогиба 1 мм. При отпускании рукоятки пружина поворачивает храповой рычаг. Через тросик поворот передается на вал, в результате чего рукоятка возвращается в исходное положение.  

2.2. Гидравлические и  пневматические усилители

     Гидравлический  усилитель - устройство для перемещения  управляющих органов гидравлических исполнительных механизмов с одновременным усилением мощности управляющего воздействия наряду с механическими, пневматическими и электрическими усилителями является одной из разновидностей усилителей – устройств, в которых осуществляется увеличение энергетических параметров сигнала за счёт использования энергии вспомогательного источника. Используются гидравлические усилители с дроссельным и со струйным управлением. Они состоят из управляющего устройства и исполнительного устройства. В гидравлическом усилителе рабочая жидкость из напорной магистрали поступает в систему управления через постоянные дроссели к переменным дросселям и рабочим камерам. Входной электрический сигнал через электромеханический преобразователь управляет положением заслонки. При её смещении изменяются соотношения проходных сечений рабочих окон гидравлического усилителя, изменяются давления в рабочих камерах, что вызывает перемещение золотника. Гидравлические усилители применяют для управления рулями на самолётах, тяжёлых грузовиках, автобусах, промышленных роботах.

     Центральным узлом различных гидравлических систем и электрогидравлических  сервомеханизмов являются гидравлические усилители, выполняющие усиление сигналов и управление гидравлическими исполнительными механизмами. В настоящее время существует большое число схемных и конструктивных разновидностей гидравлических усилителей. Однако все наиболее распространенные гидравлические усилители представляют собой так называемые дроссельные усилители, в которых при перемещении тех или иных частей происходит дросселирование потока рабочей жидкости, изменение сопротивления истечению путем деформации потока. В результате дросселирования изменяются расход и давление рабочей жидкости на выходе усилителей.

     Несмотря  на большое разнообразие гидравлических усилителей, в них можно подметить некоторые общие черты, которые и могут быть положены в основу классификации.

     Пневматический  усилитель предназначен для увеличения давления воздуха до величины, нужной для управления исполнительным механизмом. В корпусе этого усилителя имеются две камеры.

Пневматический  усилитель в регуляторах типа построен на базе звена сопло-заслонка. 
Пневматические усилители со струйной трубкой по своей конструкции аналогичны такого же типа гидравлическим усилителям и предназначены для преобразования незначительных усилий, образуемых датчиком, в сравнительно мощные потоки воздуха, направляемые в полости пневматического поршневого исполнительного механизма. Коэффициент усиления по мощности устройства можно значительно повысить, если к усилителю со струйной трубкой присоединить второй каскад усиления, выполненный, например, в виде золотника.

     Схема пневматического усилителя. Пневматический усилитель представляет собой устройство, преобразующее слабые усилия в пропорциональные им, но более сильные импульсы давления воздуха.

     Пневматический  усилитель с открытым соплом состоит  из двух блоков. 
Пневматический усилитель в приводе сцепления применяют на грузовых автомобилях, чтобы уменьшить усилие нажима на педаль при выключении сцепления. 
Пневматические усилители применяют для усиления мощности выходных сигналов регуляторов. Они входят в состав регуляторов или выполняются в виде отдельного элемента. Пневматический усилитель представляет собой механизм, в котором достаточно мощный поток энергии, предназначенный для приведения в действие регулирующего органа, управляется тем небольшим потоком энергии, который поступает в управляющий элемент и изменяется там по величине.

     Пневматические  усилители предназначены для  усиления сигналов по мощности и по давлению. Пневмоусилители делятся на два класса: дроссельные и струйные. Из дроссельных пневматических усилителей наиболее распространены усилители типа сопло - заслонка и золотники. Усилитель типа сопло - заслонка является частным случаем междроссельной камеры. К струйным усилителям относится струйная трубка. 
Пневматические усилители имеют высокий коэффициент усиления по мощности, они просты и надежны в действии.

     Пневматические  усилители - устройства, предназначенные  для усиления пневматических сигналов по давлению и расходу. Поэтому в пневмоавтоматике, так же как и электронике, принято разделять усилители на усилители давления и усилители мощности. Под мощностью пневматического сигнала понимают произведение массового расхода воздуха на давление.

     Золотниковые пневматические усилители по своей конструкции и принципу действия практически не отличаются от аналогичных гидравлических золотниковых усилителей.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2.3. Электрические усилители

     Электрический усилитель – это: устройство, построенное на полупроводниковых управляющих элементах и обеспечивающее совместно с источником питания усиление мощности входных сигналов.

Еи и Rн –   ЭДС и сопротивление источника сигнала.

ИП – источник питания.

Rн – сопротивление  нагрузки.

Говоря об усилении сигнала нельзя рассматривать это  как непосредственное преобразование мощности входного сигнала в мощный выходной, можно говорить только о том что маломощный входной сигнал, воздействуя на элементы усилителя управляет потреблением энергии в нагрузку от источника питания значительно большей мощности.

 - потребление 

коэффициент усиления

     По  назначению различают: усилители напряжения и мощности. Для усилителей напряжения характерно: входное сопротивление  во много раз больше выходного  сопротивления источника сигнала, а выходное сопротивление во много раз меньше сопротивления нагрузки.

     Для усилителей тока характерно: входное  сопротивление во много раз меньше входного источника сигнала. Выходное сопротивление во много раз больше сопротивления нагрузки. Для усилителей мощности характерно равенство сопротивления нагрузки выходному сопротивлению.

     По  форме усиливаемых сигналов различают: усилители гармонического сигнала  и импульсные усилители, по характеру  изменения во времени усиливаемого сигнала различают усилители  постоянного и переменного тока. По ширине полосы пропускания различают:

1) избирательные  усилители для них характерно  отношение: 

, где  верхние и нижние частоты пропускания

1)  широкополосные

Основные характеристики:

1. входное выходное  сопротивление 

     Входное сопротивление – это сопротивление  между входными зажимами усилителя, выходное сопротивление измеряется при отключенной нагрузке и при  нулевом входном сигнале.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2.4. Исполнительные механизмы

1. Электродвигательные исполнительные механизмы

Исполнительные  механизмы 

     по  виду энергии для питания  данных устройств применяются:

1. электрические исполнительные механизмы;
2. пневматические исполнительные механизмы.

2. Электромагнитные  исполнительные механизмы 

     По  виду питающего напряжения бывают:

1. электромагнитные исполнительные механизмы переменного тока;
2. электромагнитные исполнительные механизмы постоянного тока.

     По  величине перемещения исполнительной части:

2. короткоходовые (рис2.4.1);
3. длинноходовые (рис2.4.2).

     1 – сердечник, на котором  - катушка  3; 2 – якорь (подвижная часть).

     Принцип действия:

     При подаче напряжения в катушку возникает  магнитодвижущая сила, которая создает  тяговое усилие между 2 и 1. Следовательно  якорь притягивается к сердечнику. Величина тягового усилия  определяется по формуле:

,

     где I – ток в катушке

     W – число витков

     G – магнитная проводимость в зазоре между 2 и 1

     Х – расстояние между 2 и 1.

     Для короткоходовых (рис1) х =3 5мм.

     Для рис 2 х =50 150мм.