Исполнительные механизмы в системах управления

                   Белорусский национальный технический университет

                                Приборостроительный факультет

                  Кафедра «Конструирование и производство приборов»

 

 

                                                                                                             Гр.113211

 

 

 

 

 

                                                        РЕФЕРАТ

          на тему «Исполнительные механизмы в системах управления»

                 по дисциплине «Введение в инженерное образование»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                                    Разработал  Коктыш А.В.

 

 

                                                                                    Проверил  Габец В.Л.

 

 

 

 

                                                    Минск, 2011

 

Оглавление

Введение 3

Глава первая: Общие представления об электрических исполнительных механизмах. 4

1. Исполнительные механизмы как силовое устройство перемещения рабочего органа. 4

2. Исполнительный механизм как элемент системы автоматического регулирования 4

3. Статистические и динамические свойства исполнительных механизмов 5

4. Надёжность электрических исполнительных механизмов 5

5. Классификация электрических исполнительных механизмов 6

Глава вторая: Исполнительные механизмы с контактным управлением. 7

1.Электромагнитные исполнительные механизмы 7

2.Многооборотные исполнительные механизмы 7

3.Схемы управления многооборотными исполнительными механизмами 8

4. Колонки дистанционного управления 10

Глава третья: Бесконтактные исполнительные механизмы постоянной скорости 11

1. Общие сведения 11

2. Элементы бесконтактных исполнительных механизмов 13

2.1. Электродвигатели 13

2.2. Усилители 15

2.3. Тормозные устройства 16

2.4. Датчики обратной связи 19

2.5. Редукторы 19

2.6. Ручные приводы 21

Заключение 23

Список используемой литературы: 24

 

 

 

     Введение

     Технический прогресс народного хозяйства и темпы развития общественного производства в значительной мере определяются уровнем развития автоматизации производственных процессов. Э то явилось причиной широкого развития в последние годы средств автоматического регулирования и управления.

     Вместе с тем до сего времени ещё продолжается выпуск ряда изделий, в целом уже не соответствующих полностью современным требованиям и имеющих индивидуальные технические и эксплуатационные свойства и конструктивные особенности.

     В настоящее время в технике автоматизации используется довольно большое количество разнообразных исполнительных механизмов, предназначенных для управления рабочими органами в системах автоматического регулирования или дистанционного управления. Все исполнительные механизмы, отличающиеся друг от друга принципом действия, техническими и эксплуатационными качествами и конструктивными особенностями, по роду используемой энергии делятся на электрические, гидравлические, пневматические и комбинированные.

     Современная тенденция в развитии электрических исполнительных механизмов состоит в создании и более широком внедрении в практику автоматизации производственных процессов бесконтактных исполнительных механизмов, наиболее полно отвечающих возрастающим требованиям улучшения качества работы систем автоматического управления и, главное, повышения надёжности систем управления.

     Целями и задачами данной работы является:

1. Дать определения исполнительных механизмов.
2. Описать их конструкцию.
3. Описать основные комплектующие исполнительных механизмов.
4. Описать принцип работы исполнительных механизмах в системах управления.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

     Глава первая: Общие представления об электрических исполнительных механизмах.

     1. Исполнительные механизмы как силовое устройство перемещения рабочего органа.

      Исполнительным механизмом в системах управления обычно называют устройство, предназначенное для перемещения рабочего органа в соответствии с сигналами, поступающими от управляющего устройства. Рабочими органами могут быть различного рода дроссельные заслонки, клапана, задвижки, шиберы, направляющие аппараты и другие, регулирующие и запорные органы, способные производить изменение количества энергии или рабочего вещества, поступающего в объект управления. При этом перемещение рабочих органов может быть как поступательным, так и вращательным в пределах одного или нескольких оборотов.     Следовательно, исполнительный механизм с помощью рабочего органа осуществляет непосредственное взаимодействие на управляемый объект. В общем случае исполнительный механизм состоит из электропривода, редуктора, узла обратной связи, датчика указателя положения выходного элемента и конечных выключателей.

      Основные показатели, характеризующие исполнительные механизмы как силовые устройства перемещения рабочих органов: номинальный момент и пусковой момент.    Номинальный момент – это величина момента сопротивления или усилия, которые исполнительный механизм может преодолевать при номинальном значении управляющего сигнала. Пусковой момент – это максимальное значение крутящего момента или усилия, развиваемого исполнительным механизмом в момент включения под действием номинальной величины управляющего сигнала.  Для уменьшения времени разгона пусковой момент  исполнительного механизма обычно в 2 – 2,5 раза превышает номинальный момент. Характеристикой исполнительного механизма как усилителя мощности может служить коэффициент усиления мощности, представляющий отношение максимальной полезной мощности на его выходном устройстве к мощности управляющего сигнала. Сравнительная оценка исполнительных механизмов с точки зрения работоспособности может производиться по следующим показателям, определяющим их эксплуатационную пригодность: безотказность, полный технический ресурс, гарантированный срок службы, ремонтопригодность, общая надёжность и коэффициент технического использования. К числу экономических показателей исполнительного механизма относятся: стоимость исполнительного механизма и его запасных частей, коммерческий гарантийный срок, металлоёмкость. Следует отметить, что в технических характеристиках исполнительных механизмов, сообщаемых заводами-изготовителями потребителям, крайне редко приводятся количественные данные показателей, характеризующих эксплуатационные качества исполнительных механизмов различных типов.

     2. Исполнительный механизм как элемент системы автоматического регулирования

     Система автоматического регулирования (САР), предназначенная для поддержания на определённом уровне или изменения по определённой программе какой-либо физической величины, представляет собой цепь взаимосвязанных звеньев, соединенных с регулируемым объектом. В общем случае САР состоит из собственно регулируемого объекта и задающего, регулирующего и исполнительного устройства, каждое из которых выполняет самостоятельные функции. В задающем устройстве, состоящем из измерительного элемента, задатчика и элемента сравнения, происходят сравнение регулируемой величины с её заданным значением и выработку сигнала, пропорционального их разности. В регулирующем устройстве этот сигнал преобразуется по заданному закону и за счёт энергии внешнего источника усиливается по мощности до уровня, необходимого для управления исполнительным устройством.

     Исполнительный механизм, работающий в системе автоматического регулирования, должен обеспечивать перемещение регулирующего органа с возможно меньшими искажениями законов регулирования, формируемых им совместно с регулирующим устройством.

     3. Статистические и динамические свойства исполнительных механизмов

     Для решения вопроса о возможности использования электрического исполнительного механизма того или иного типа в конкретной системе автоматического регулирования, к которой предъявлены определённые требования по обеспечению необходимого качества регулирования, помимо оценки энергетических, конструктивных и эксплуатационных качеств исполнительных механизмов, производится также анализ их статистических и динамических свойств. В качестве основных показателей для укреплённой оценки статистических и динамических свойств исполнительного механизма принято рассматривать их точность и быстродействие.

     Точностью называют величину, обратную максимально возможной ошибки установления исполнительного механизма в новое состояние равновесия. Ошибки установления состоит из методической составляющей, являющейся результатом выбора принципа действия исполнительного механизма, и инструментальной составляющей. Следует отметить, что, несмотря на вполне очевидную важность учёта точности исполнительного механизма при расчёте САР, вопросы нормирования показателей, определяющих точность, ещё мало отражены в литературе и технической документации на исполнительные механизмы. Первой попыткой введения каких-то норм явилось установление допустимых величин отклонения на ряд параметров электрических исполнительных механизмов, принятых ГОСТ 7192-62. Стандарт устанавливает нормы допустимых отклонений на установившуюся скорость выходного органа для механизмов постоянной скорости в номинальном режиме, а также при колебаниях напряжения питания, нагрузки и температуры окружающей среды в определённых пределах.

     Быстродействием называют величину, обратную времени перехода исполнительного механизма из одного установившегося состояния в другое под воздействие управляющего сигнала в виде ступенчатой функции времени. При этом за одно установившееся состояние можно принять среднее положение исполнительного механизма, а за другое – максимально отклонение.

     4. Надёжность электрических исполнительных механизмов

      Вопросам надёжности при проектировании и эксплуатации оборудования в последние годы уделяется всё большее внимание. Среди прочих характеристик электрических исполнительных механизмов их надёжность занимает особое положение. Надёжность является свойством, характеризующим способность механизма непрерывно сохранять работоспособность в определённых режимах и условиях эксплуатации.

     Количественно надёжность оценивается вероятностью безотказной работы, т.е. вероятностью того, что в пределах заданной продолжительности работы исполнительного механизма отказ не возникает. Продолжительность работы определяется обычно полным техническим ресурсом или межрегламентным периодом работы с сохранением основных параметров в пределах, принятых за допустимые. Полный технический ресурс электрических исполнительных механизмов различных типов составляет от 3 до 10 лет.

     Отказом называется полная или частичная утрата механизмом работоспособности. Отказы могут быть как внезапные, так и постепенные. Первые возникают в результате скачкообразного отклонения от допустимых пределов одного или нескольких основных параметров и обычно влекут за собой полную потерю работоспособности механизма. Второй вид отказов возникает в результате постепенного выхода за пределы нормы одного или нескольких основных параметров.

Электрические исполнительные механизмы  можно рассматривать как электромеханическое  изделие, восстанавливаемое в процессе эксплуатации. Практика эксплуатации и испытания показали, что основным фактором, вызывающим появление отказов  в исполнительных механизмах, является не длительность непрерывной работы или общая длительность работы, а  число пусков и остановок или  изменений величины и знака управляющего сигнала.

     Обобщение опыта практической эксплуатации показало, что основными видами отказов электрических исполнительных механизмов являются внезапные отказы, при этом интенсивность их распределения носит экспоненциальный характер.

     Дополнительными параметрами, характеризующими эксплуатационную надёжность исполнительного механизма, являются среднее время восстановления и коэффициенты готовности и стоимости эксплуатации.

     Однако электрический исполнительный механизм с точки зрения надёжности не может рассматриваться без учёта устройства управления. В настоящее время в качестве устройств управления исполнительным механизмом в релейно-контактных схемах управления обычно применяются контакторы или магнитные пускатели, а в бесконтактных – магнитные усилители.

Таким образом, сочетание бесконтактного управляющего устройства с бесконтактным  исполнительным механизмом при возможном  сокращении числа его элементов, участвующих в формировании регулирующего  воздействия, даёт значительное повышение  надёжности систем регулирования.

     5. Классификация электрических исполнительных механизмов

     Все электрические исполнительные механизмы, нашедшие широкое применение в самых различных отраслях современной техники автоматизации производственных процессов, можно разделить на две основные группы: электромагнитные и электродвигательные.

     К первой группе относятся, прежде всего, соленоидные электроприводы, предназначенные для управления различного рода регулирующими и запорными клапанами, вентилями, золотниками и т.п. Сюда же можно отнести исполнительные механизмы с различными видами электромагнитных муфт. Характерная особенность электрических исполнительных механизмов этой группы состоит в том, что необходимое для перестановки рабочего органа усилие создаётся за счёт электромагнита, являющегося неотъемлемой частью исполнительного механизма.

     Ко второй, наиболее распространённо группе относятся электрические исполнительные механизмы с электродвигателями, типа, основные параметры, технические характеристики и методы испытаний которых определены ГОСТ 7192-62. Электродвигательные исполнительные механизмы обычно состоят из двигателя, редуктора и тормоза. Сигнал управления поступает одновременно к двигателю и тормозу, механизм растормаживается и двигатель приводит в движение выходной орган. Существуют, хотя и не получили широкого распространения. Исполнительные механизмы с неуправляемыми двигателями, которые содержат управляемую электрическим сигналом механическую, электрическую либо гидравлическую муфту.   Исполнительные механизмы с управляемыми двигателями можно разделить по способу построения системы управления на механизмы с контактным и бесконтактным управлением.

     Глава вторая: Исполнительные механизмы с контактным управлением.

     1. Электромагнитные исполнительные механизмы

      В системах автоматического регулирования и управления позиционного действия довольно широкое распространение в качестве исполнительного механизма получили электромагнитные приводы, преобразующие энергию электрического тока в поступательное движение рабочего органа. Такие приводы, представляющие собой прямоходовой электромагнит с втягивающимся якорем, называют ещё соленоидные.

      Характерной особенностью соленоидных исполнительных устройств является их способность работать в системах позиционного регулирования или управления. Это объясняется тем, что регулирующий орган может находиться только в двух конечных положениях, соответствующих двум возможным положениям сердечника электромагнита.