Исполнительные механизмы в системах управления

     2.4. Датчики обратной связи

     В качестве датчиков обратной связи по положению выходного органа в бесконтактных исполнительных механизмах используются бесконтактные индукционные датчики. Сигнал величиной до 1 В изменяется пропорционально углу поворота выходного органа исполнительного механизма.

     Чаще всего в исполнительном механизме устанавливают два одинаковых датчика, из которых один используется для осуществления обратной связи по положении. Выходного органа с регулирующим прибором, второй – для дистанционного указания положения выходного органа. Класс точности самих датчиков-преобразователей обычно бывает в пределах 0,5-1,5. Однако наличие дополнительных кинематических устройств понижает точность показаний датчиков обратной связи в целом до 1,5-3 %.

     Указанные дополнительные кинематические устройства конструктивно выполняются различно, но целью их является:

1. Преобразование вращательного или поступательного движения выходного органа механизма в поступательное или вращательное движение чувствительного элемента датчика.
2. Возможность получения достаточного значения сигнала датчика при работе механизма в любом допустимом диапазоне настроек.
3. Защита датчика от поломки в случае перемещения выходного органа механизма за пределы предварительной настройки на величину, допускаемую конструкцией механизма.

     В бесконтактных механизмах для выполнения различных функций устанавливаются конечные или путевые электрические выключатели и переключатели. Нередко датчики обратной связи и электрические выключатели конструктивно объединяются в один узел, унифицированный для различных механизмов. Таким унифицированным узлом, применяемым почти во всех типах бесконтактных исполнительных механизмов, является блок БДИ-6, представленный на рисунке.

     2.5. Редукторы

     Конструкция редуктора имеет большое значение для получения высоких технических и особенно эксплуатационных характеристик исполнительного механизма. Все типы электродвигательных исполнительных механизмов имеют редуктор, который должен удовлетворять следующим требованиям:

1. Большое передаточное отношение, обеспечивающее получение необходимых скоростей перемещения выходного органа.
2. Редуктор должен обеспечивать самоторможение, т.е. быть устойчивым к воздействию активной нагрузки со стороны выходного вала.
3. Высокий КПД, что даёт возможность использовать в исполнительном механизме электродвигатель, усилитель и тормоз меньшей мощности, а следовательно, и улучшить динамические свойства механизма.
4. Высокая надёжность и долговечность.
5. Малая инертность передачи.
6. Минимальные люфты выходного вала и датчика обратной связи по положению.
7. Удобство осуществления ручного привода, минимальный вес и габариты, удобство монтажа и настройки.
8. Высокая технологичность конструкции и малая себестоимость.

     Ни один из известных типов исполнительных механизмов не имеет редуктора, в полной мере отвечающего указанным требованиям. Исходя из характерных особенностей используемых зубчатых передач, все редукторы можно разделить на две группы: а) с кинематическим самоторможением и низким КПД и б) с несамотормозящейся передачей и высоким КПД.

В первом случае редуктор содержит одну или две червячные  ступени, в некоторых случаях  с добавлением цилиндрической передачи. В механизмах с выходным штоком обычно применяется винтовая самотормозящаяся передача в комбинации с цилиндрическими  ступенями. До последнего времени редукторы  такого типа имели преимущественное распространение, особенно в механизмах средней и большой мощности, так  как они относительно просты, компактны  и менее требовательны к тормозу. Необходимость установки двигателей большой мощности, а так же ограниченная долговечность передачи, чувствительность её КПД изменяем температуры и ухудшённые пусковые свойства ограничивали возможность применения самотормозящихся редукторов в бесконтактных механизмах, способных работать на упор.

     В связи с этим бесконтактные исполнительные механизмы развивались преимущественно на базе несамотормозящихся редукторов, образованных из цилиндрических и планетарных передач. Цилиндрическая зубчатая передача проста в изготовлении и обеспечивает получение высокого и устойчивого КПД, а также необходимую прочность и долговечность. Недостатком простой зубчатой передачи является малая величина передаточного отношения, практически осуществляемого в одной ступени, и отсутствие самоторможения от действия обратного момента.

     Применение цилиндрических передач явилось более целесообразным в первых ступенях редуктора, где другие виды передач более чувствительны к качеству изготовления и сборки. На выходных ступенях редуктора, где особенно остро стоит опрос о прочности передачи и уменьшения люфтов, также используются цилиндрические зубчатые колёса.

Характерным преимуществом планетарных передач  является и то, что они позволяют  просто осуществить независимый  постоянно-замкнутый ручной привод механизма. В связи с этим почти  во всех типах бесконтактных исполнительных механизмов применена планетарная  ступень типа 2К-Н.

     Следует отметить, что кинематика бесконтактных исполнительных механизмов ещё не получила удовлетворительного решения в промышленном масштабе. Выпускаемые исполнительные механизмы с цилиндрическим редуктором весьма чувствительны к действию активной нагрузки, требуют применения мощных тормозов, долговечность которых пока ещё не обеспечена, и вместе с тем не гарантируют удержания редуктором нагрузки при различных сочетаниях неблагоприятных факторов.

       2.6. Ручные приводы

     Электрические исполнительные механизмы всех типов обычно снабжаются устройством местного ручного механического управления. В настоящее время сложилась такая практика, что только самые маломощные однооборотные механизмы с несамотормозящимся редуктором и без тормоза не имеют ручного привода. В этих случаях возможен поворот регулирующего органа вручную вместе с выходным валом механизма. Однако, возможности применения таких упрощённых механизмов весьма ограничены.

     Применяемые в исполнительных механизмах ручные приводы по способу ввода их в работу можно разделить на следующие виды:  1) зависимый постоянно замкнутый,  2) независимый постоянно замкнутый,  3) зависимый, замыкаемый с помощью кулачковой муфты,  4) независимый, замыкаемый с помощью кулачковой муфты, 5) зависимый с обгонной муфтой,  6) зависимый с автоматической муфтой,  7) независимый постоянно замкнутый на тормозную муфту.

     В выпускаемых промышленностью типах исполнительных механизмов пока применялись устройства ручного управления только первых пяти видов, причём ручной привод первого вида, когда маховик ручного привода жёстко сочленен с зубчатой передачей редуктора и вращается при её работе, в настоящее время у нас уже не применяется. Разновидность его можно встретить в некоторых типах зарубежных механизмов, где вращается выведенный наружу конец оси ручного привода, а сама рукоятка снята и закреплена на корпусе механизма.

      Наиболее часто в новых типах исполнительных механизмов можно встретить конструкцию ручного привода второго типа, осуществляемую дифференциально с помощью червячного или винтового привода на неподвижное колесо планетарной ступени редуктора. Её достоинство в удобстве пользования и надёжности работы. Но такая конструкция имеет и такие недостатки, как необходимость обеспечения самоторможения в приводе, а следовательно, и малый КПД, вынужденное большое передаточное отношение от вала ручного привода до выходного вала и необходимость в наличии специального тормоза в кинематике редуктора между двигателем и местом ввода ручного привода. В некоторых случаях такая конструкция ручного привода приводит к усложнению конструкции всего механизма.

      Третий тип ручного привода, замыкающего на зубчатую передачу и вращающего её всю вместе и двигателем, наиболее прост,  но может применяться только в маломощных механизмах при отсутствии кинематического самоторможения между двигателем и местом ввода ручного привода. При наличии электромагнитного тормоза необходимо устройство для обжатия тормозной колодки, что требует использования обеих рук при работе ручным приводом. При этом требуется определённый навык обращения, так как при активной нагрузке на выходном органе механизма с несамотормозящимся редуктором возможет удар по рукам ручкой маховика.

      В ручном приводе четвёртого типа имеется муфта, которая при замыкании отсоединяет от выходного органа передачу, идущую от ручного привода в сторону двигателя. Такая система лишена недостатков предыдущего вида ручного привода, но её применение желательно только в механизмах с кинематическим самоторможением на участке от ручного привода до выходного органа, иначе возможны те же удары да ещё потеря управляемости механизмов из-за разрыва кинематической цепи.

      Ручной привод пятого типа при обеспечении гарантированного заклинивания и автоматического расклинивания муфты вполне надёжен и безопасен в эксплуатации. Но его применение возможно только при отсутствии самоторможения в кинематике редуктора на участке между ручным приводом и электродвигателем, а при наличии электромагнитного тормоза необходимо устройство для его отжима.

      Место введения в передачу ручного привода для каждого типа исполнительного механизма во многом определяется изложенными выше условиями. Однако во всех случаях желательно обеспечить меньшую длительность работы ручным приводом для перемещения выходного органа механизма из одного крайнего положения в другое. При этом надо учитывать, что наибольшая мощность, которая может быть развита человеком при работе одной рукой с охватом ручки или маховика всей ладонью, не должна превышать 0,1 л.с., а величина усилия – 20 кг/с. При охвате ручки только с помощью пальцев развиваемая мощность значительно уменьшается. Кроме того, специфика применения однооборотных механизмов допускает для них некоторое увеличение времени работы ручным приводом.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

        Заключение

     В настоящее время невозможно представить не один промышленный процесс без участия в нём исполнительных механизмов. Исполнительные механизмы получили огромное распространение в промышленности. По мере технологического развития производства развиваются и исполнительные механизмы. Они становятся более простыми в эксплуатации, более надёжны и безопасны, более компактны и т.п. Исполнительные механизмы нашего времени по сравнению с исполнительными механизмами прошлого имеют более высокий срок гарантийной работы, время безостановочной работы и т.п. Исполнительные механизмы могут выполнять как самые простые, так и самые сложные функции. Решение о создании исполнительных механизмов, выполняющих различные функции, позволит снизить себестоимость исполнительного механизма, а также удовлетворит требования потребителя.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

     Список используемой литературы:

Шегал Г.Л. Электрические исполнительные механизмы  в системах управления / Г.Л. Шегал. –  Москва: Энергия, 1968 – 162 с.