Классификация исполнительных двигателей
Исполнительные механизмы служат для того, чтобы напрямую воздействовать на объект управления или регулирования и изменять его состояние. С их помощью осуществляется корректировка параметров оборудования или технологического процесса – в нужном направлении или в пределах заданных значений.
Такое воздействие осуществляется через управляющее устройство, которое изменяет параметры потока вещества или энергии. Это позволяет влиять на состояние управляемого объекта.
Регулирующий орган – это элемент системы, с помощью которого происходит изменение потока среды (жидкости, газа, энергии и т.д.), влияющее на работу технологического процесса. Он может быть выполнен как в виде простых устройств – например, клапанов, задвижек или заслонок, – так и в виде более сложных агрегатов: питателей, насосов, вентиляторов, дозаторов, компрессоров, транспортеров, а также высокотехнологичных систем вроде промышленных манипуляторов или роботов.
Рис. ZSK.7.1. Структурная схема системы управления
На рис. ZSK.7.1. представлена структурная схема управления исполнительным механизмом.
Управляющее устройство подает команду на исполнительный механизм (например электромагнит), который воздействует на регулирующий орган (клапан), в результате изменяется состояние объекта управления (уменьшается подача горячей воды для полива в теплице).
На рисунке ZSK.7.2 представлена классификация исполнительных механизмов.
По источникам энергии исполнительные механизмы бывают следующих типов:
- электрические - преобразующие электрическую энергию в механическую;
- гидравлические, в которых давление жидкости преобразуется в механическую энергию;
- пневматические, в которых энергия сжатого газа преобразуется в механическую энергию;
- комбинированные, использующие комбинации названных типов исполнительных устройств.
Рис ZSK.7.2. Классификация исполнительных механизмов
Гидравлические и пневматические двигатели предназначены для преобразования энергии рабочей среды, находящейся под давлением, в механическое движение – либо поступательное, либо вращательное. В пневматике в качестве рабочей среды применяют сжатый воздух или газ, а в гидравлических установках используют минеральные масла, синтетические жидкости и другие типы рабочей жидкости.
С точки зрения конструкции и принципа работы, существенных отличий между пневматическими и гидравлическими двигателями нет. В зависимости от типа движения, приводы делятся на поступательные (например, поршневые, сильфонные или мембранные) и вращательные (такие как шестерённые, лопастные и плунжерные).
Главное преимущество таких двигателей – способность развивать значительное усилие при сравнительно компактных размерах. По этому показателю они превосходят многие другие типы приводных устройств. Кроме того, они способны эффективно работать даже в сложных эксплуатационных условиях. Благодаря этим свойствам гидро- и пневмодвигатели широко используются в силовых приводах промышленного оборудования, подъёмной техники, роботизированных манипуляторах, а также в транспортных средствах – от автомобилей и тракторов до зерноуборочной техники.
Пневматические сервомеханизмы
Пневматические сервомеханизмы выполняют функцию преобразования энергии сжатого газа в механическое воздействие на объект управления. По устройству и принципу работы они схожи с гидравлическими аналогами.
В состав пневматического сервомеханизма входят: источник энергии (компрессор и система очистки воздуха или газовый генератор), управляющий модуль и сам приводной двигатель. Хранение сжатого газа обычно осуществляется в герметичном баллоне – ресивере, выполняющем роль аккумулятора давления. Управляющие устройства в пневматических сервомеханизмах строятся по тем же принципам дроссельного, объемного или струйного управления, что и в гидравлических сервомеханизмах.
Пневматические двигатели (ПД), используемые в САУ, разделяются на следующие шесть типов:
- 1) поршневые ПД (силовой цилиндр);
- 2) диафрагменные ПД (мембранные, сильфонные);
- 3) газомоторные ПД (поршеньковые газомоторы);
- 4) турбинные ПД;
- 5) струйно-реактивные ПД;
- 6) комбинированные ПД.
Гидравлические сервомеханизмы
Гидравлические сервомеханизмы состоят из гидронасоса, гидродвигателя и управляющего устройства.
Гидронасосы преобразуют механическую энергию первичного двигателя в энергию сжатой рабочей жидкости (масла). Гидронасосы и гидродвигатели имеют одинаковое устройство и являются гидравлическими машинами, обладающими свойством обратимости.
Шестеренчатые гидронасосы применяют при давлении до 25 кг/см² и производительности до 5–140 л/мин.
Лопастные гидронасосы центробежного типа и типа винта применяют при давлениях от 25 до 65 кг/см² и производительности до 200 л/мин.
Поршневые и диафрагменные (плунжерные) гидронасосы применяют при давлении от 65 до 200 кг/см² и производительности до 400 л/мин.
Гидравлические двигатели применяются для преобразования энергии жидкости в механическое движение – как возвратно-поступательное, так и вращательное. Для возвратно-поступательных движений используют силовые гидроцилиндры, а для вращения – ротационные гидромоторы.
Силовые гидроцилиндры находят широкое применение в автоматизированных системах, где обеспечивают движение исполнительных элементов, например, в станках, прессах, промышленных роботах и также в мобильной технике – экскаваторах, погрузчиках и других машинах. Они способны развивать значительные усилия при сравнительно небольшой массе подвижных частей, что позволяет свести к минимуму влияние инерции на объект управления.
Ротационные гидромоторы делятся на два основных типа: гидромоторы с непрерывным вращением выходного вала и поворотные устройства с ограниченным углом поворота.
Гидромоторы с постоянным вращением применяются в системах автоматического управления, где необходимо плавное изменение скорости вращения в широком диапазоне, вплоть до 1:1300.
Среди различных конструкций ротационных гидродвигателей в регулируемых гидроприводах наиболее часто используются аксиально‑поршневые, радиально‑поршневые и лопастные модели. Например, аксиально‑поршневой гидромотор с наклонной шайбой имеет несколько рабочих цилиндров, расположенных аксиально по окружности в неподвижном блоке. Поршни, перемещаясь под давлением жидкости, воздействуют на наклонную шайбу, создавая усилие, которое преобразуется в вращающий момент. Это усилие через подшипник и шарнирную связь передаётся на вал, вызывая его вращение.
Такой принцип обеспечивает надёжную передачу энергии от гидравлической системы к вращающемуся элементу исполнительного механизма.