Электропневллатические и электрогидравлические ИМ

Электропневматические и электрогидравлические ИМ в основном состоят соответственно из элсктропнсвматических и электрогидравлических преобразователей и собственно исполнительных механизмов. Пневматические и гидравлические исполнительные механизмы по принципу действия и конструктивному оформлению не имеют существенных различий. Однако отдельные узлы из-за различных свойств рабочих сред (жидкости и газа) имеют некоторые конструктивные особенности. В зависимости от рабочей среды выбирают материалы для деталей приводов (корпусов, поршней, штоков и т. д.), а также конструктивное оформление уплотнений движущихся деталей. В тех гидравлических исполнительных механизмах, где рабочей средой служит масло, уплотнение достигается притиркой сопрягаемых деталей (плунжера и цилиндра), а в пневматических, ввиду малой вязкости воздуха, используются резиновые кольца или манжеты (однако последние могут использоваться и в гидравлических приводах).

Поршневой исполнительный механизм двойного действия показан на рис. 4.46, а. Здесь движение поршня 1 в цилиндре 2 производится в обе стороны под действием результирующей силы давления рабочей жидкости, приложенной к поршню. Двигаясь, поршень перемещает шток 3, который, в свою очередь, подключают к внешней нагрузке.

Исполнительный механизм одностороннего действия (рис. 4.46, б) отличается от двойного наличием пружины 4.

Мембранные исполнительные механизмы (рис. 4.46, в) применяют при небольших рабочих перемещениях штока. В гидравлических и пневматических приводах используются в основном мембраны 1 с жестким центром 2.

Рис. 4.46. Прямоходные исполнительные механизмы

Если силы трения на штоке мембранного исполнительного механизма велики, то качество его работы значительно ухудшается. В этом случае в систему управления вводится позиционер (рис. 4.47).

Рис. 4.47. Позиционер

Управляющий сигнал р_вх поступает в сильфон /, связанный штоком 2 с рычагом обратной связи 3. Последний связан также с золотником 4 клапанного управляющего устройства 5 и со штоком 7 мембранного исполнительного механизма 8. В камеру управляющего устройства 5 подастся воздух под давлением. Давление, устанавливающееся в камере управляющего устройства 5 и зависящее от положения золотника.

4, подается на мембрану 6 исполнительного механизма. Каждому значению давления р_вх соответствует строго определенное положение штока 7; давление же в камере 5 в переходных режимах меняется. Таким образом, позиционер создает дополнительные импульсы, повышающие или понижающие давление воздуха над мембраной б.

В исполнительных механизмах вращательного действия кривошипно-шатунного типа (рис. 4.48, а) линейное перемещение поршня 1 в цилиндре 2 преобразуется при помощи шатуна 3 и кривошипа 4 в угол поворота выходного вала 5, равный 90°. Штуцер 6 служит для удаления воздуха из гидросистемы. В лопастном исполнительном механизме (рис. 4.48, б) в цилиндре 1 расположена прямоугольная лопасть 2, жестко закрепленная на валу 3. К валу примыкает перегородка 4, внутри которой находится уплотняющая планка б, поджимаемая к валу пружиной.

5. Таким образом, внутреннее пространство цилиндра 1 разделено на две камеры. Разность давлений р_] и /?₂, действуя на боковую поверхность лопасти 2, создает крутящий момент.

Угол поворота лопастных гидравлических исполнительных механизмов равен 300°.

Рис. 4.48. Исполнительные механизмы вращательного действия

Изменение давления рабочих сред в пневматических и гидравлических исполнительных механизмах осуществляется с помощью электропневматических и элекгрогидравлических преобразователей.

Пример пневматического ИМ с электропневматическим преобразователем представлен на рис. 4.49. Преобразователь состоит из разветвленного магнитопровода 1 и постоянного магнита 2, введенного в сердечник магнитопровода и обеспечивающего начальную поляризацию. На плоской пружине к магниту 2 прикреплена заслонка 2, перемещение которой пропорционально току /_вх, протекающему через обмотку 4. В качестве полюсных наконечников использованы сопла 5 и б, так же как и остальной магнитопровод, выполненные из магнитно-мягкого материала. Сопла соединены с источником давления Р> через дроссели 7 и 8.

В зависимости от направления тока /, протекающего через обмотку, происходит прикрытие одного сопла и открытие другого. Вследствие этого изменяется выходной сигнал преобразователя — перепад давления АР между междроссельными камерами. Так как рабочий ход заслонки невелик, то зависимость между током / и перепадом АР с достаточной точностью можно считать пропорциональной

Рис. 4.49. Электропневматический ИМ

Пример гидравлического ИМ с электрогидравлическим преобразователем представлен на рис. 4.50. При подаче напряжения на соленоидное устройство происходит перемещение золотника и рабочая среда под давлением поступает в ту или иную полость исполнительного механизма в зависимости от направления перемещения золотника.

Рис. 4.50. Электрогидравлический исполнительный механизм Шаговые двигатели К шаговым двигателям (ШД) относятся электромеханические устройства, в которых осуществляется преобразование электрических сигналов в дискретные (шаговые) угловые перемещения выходного вала. Принцип работы ШД заключается в следующем. На обмотки управления, расположенные на статоре ШД, с помощью электронного коммутатора подаются импульсы напряжения. При поступлении этих импульсов напряжения на обмотки управления происходит дискретное изменение магнитного поля в рабочем зазоре ШД. Последовательность возбуждения обмоток управления определяет угловое перемещение оси магнитного поля обмоток управления, а следовательно и ротора ШД, который будет дискретно поворачиваться, следуя за магнитным полем.

Характеристики поворота ротора зависят от частоты следования управляющих импульсов, их скважности и последовательности, а также определяются конструктивными параметрами и типом ШД.

Для пояснения сказанного рассмотрим работу m-фазного ШД с невозбужденным (пассивным) двухполюсным ротором (рис. 4.51), при управлении ШД однополярными импульсами. При подаче импульса на фазу 1 ось ротора займет такое же положение, что и ось этой фазы (рис. 4.51, а). Если снять напряжение с фазы 1 и подать импульс на фазу 2, то ротор повернется и займет положение, при котором ось ротора совпадет с осью фазы 2. Поворот (шаг) ротора при этом произойдет на угол 0 = 2-п/т. Следовательно, w-фазный ШД с пассивным ротором будет иметь т устойчивых состояний при подаче однополярных импульсов отдельно на каждую его фазную обмотку.

Рис. 4.51. К принципу действия ШД с пассивным ротором

Если одновременно подать импульсы на группу, состоящую из четного количества фаз, то ось ротора займет положение, совпадающее с линией, проходящей между осями средних для группы фаз. Так, например, если одновременно подать импульсы на фазы / и 2, то ротор займет положение, показанное на рис. 4.51, б. При одновременном снятии напряжения с фазы 1 и подаче импульса на фазу 3 ротор сделает шаг с углом поворота 0_Ш =2 -п/т. При таком управлении ШД число устойчивых положений ротора, как и в предыдущем случае, равно т.

В рассмотренных вариантах управления ШД осуществлялось поочередное включение одинакового количества фаз. Такое управление называют симметричным. Существует и несимметричное управление, при котором поочередно включается неравное в группе число фаз. В этом случае число устойчивых состояний ШД будет составлять 2 т. Поясним сказанное на примере. Пусть коммутатор подает импульсы напряжения на фазы ШД в следующей последовательности: 1; 1−2; 2; 2−3; 3; …. Тогда, в первый момент, ротор ШД займет положение рис. 4.51, а, а потом, делая шаг, повернется на угол 0_Ш = 2-п/т и займет положение рис. 4.51,6. Дальнейшее перемещение ротора двигатель будет совершать в прежнем направлении и с тем же шагом.