Задающие и исполнительные устройства

Задающие устройства служат для задания требуемого (регулируемого) параметра. Они могут быть аналоговыми или дискретными (цифровыми). По роду энергии вырабатываемых сигналов, задающие устройства делятся на электрические, пневматические, гидравлические, механические.

Задающее устройство состоит из носителя программы, привода и элемента настройки. В некоторых конструкциях задающих устройств эти элементы могут быть объединены.

В качестве носителей программы используют:

- механические устройства – кулачки (рис.57, с.8) и функциональные потенциометры (рис. 59, с.8);

- рычажные механизмы;

- перфокарты;

- магнитные ленты;

- оптические носители (фотопленка).

- в качестве постоянных носителей программы используют шаговые искатели, бесконтактные устройства и т.п.

В качестве приводов задающих устройств используют синхронные электродвигатели, часовые механизмы, шаговые двигатели.

Шаговый двигатель (рис. 61, с.9). Представляет собой электромеханическое устройство, преобразующее импульсные электрические сигналы в дискретные угловые перемещения. Статор электродвигателя имеет три пары полюсов с тремя обмотками (1ф., 2ф., 3ф.). При подаче питания например, на обмотку 1ф возникает магнитное поле и, если ось ротора не совпадает с направлением силовых линий в возбужденных полюсах статора, то на ротор действуют тангенциальные силы F_т, которые заставляют ротор поворачиваться до тех пор, пока ось ротора не совпадает с направлением магнитных силовых линий. При подаче питания на обмотку 2ф, ротор опять повернется. При последовательной подаче импульсов тока на 1ф, 2ф, 3ф, ротор будет вращаться по часовой стрелке. При подаче тока в обратном порядке, ротор поворачивается в обратном направлении. При подаче питания сразу на две соседние обмотки, ротор повернется на половину угла (т.е на 45/2) и встанет посередине между соседними полюсами.

Исполнительные механизмы предназначены для воздействия на объект управления через регулирующий орган или непосредственно. В исполнительный механизм входят двигатель и передаточное устройство.

В зависимости от управляющего воздействия на выходе различают силовые и параметрические исполнительные механизмы. Если исполнительный механизм создает управляющее воздействие на регулирующий орган в виде силы или момента, то исполнительный механизм называют силовым. К ним относятся электрические магниты, электрические муфты, электрические двигатели. Если изменение состояния регулирующего органа связано с изменением его параметров (электрического сопротивления, температуры, объема и т.п.) или параметров подводимой энергии (электрического напряжения, электрического тока, частоты, давления и т.п.), то они называются параметрическими. К ним относится, например, термостат (при отклонении от заданной температуры объекта управления изменяется электрическое сопротивление нагревательного элемента).

В зависимости от вида потребляемой энергии различают электрические, пневматические, механические и гидравлические исполнительные механизмы.

Электромагниты (рис.56, с.8). При подаче тока в катушку (2), подвижный сердечник (3) перемещается и тянет за собой шток (4). Это перемещение передается регулирующему органу (например, задвижка на трубопроводе).

Электромагнитные муфты. Являются связующим звеном между приводом и регулирующим органом. По принципу действия муфты делятся на фрикционные, порошковые и муфты скольжения.

Электромагнитная фрикционная муфта (рис.54, с.8). Муфта состоит из двух полумуфт – ведущей (1) и ведомой (6), посаженных соответственно на ведущий (3) и ведомый (9) валы. В корпусе ведущей полумуфты имеется электрическая обмотка (5), которая питается электрическим током через кольца (4) и щетки (2). При подаче электрического тока на обмотку возникает магнитный поток, который по шлицам (8) притягивает к себе ведомую полумуфту. Последняя, преодолевая усилие пружины (7), притягивается к ведущей полумуфте. Силы трения между полумуфтами позволяют передать крутящий момент с ведущего вала на ведомый. При выключении электрического тока магнитное поле исчезает, и пружина разъединяет полумуфты друг от друга, прерывая вращение ведомого вала. Для предотвращения прилипания диска и обеспечения необходимого трения к ведущей полумуфте крепится немагнитная прокладка из кожи, пластмассы или чугуна.

Достоинство фрикционных электромагнитных муфт – малая мощность управляющего сигнала.

Недостаток – неплавный характер изменения частоты вращения ведомого вала.

Электромагнитная порошковая муфта (рис.55, с.8). В другой технической литературе их называют еще ферропорошковыми, муфтами вязкого трения. В стальном корпусе находятся диски ведущего (1) и ведомого (2) валов и катушка управления (3). Внутренняя полость (4) заполнена ферромагнитной массой (смесь минерального масла, порошка графита, талька и карбонильного железа). При отсутствии магнитного поля вязкость наполнителя невелика и вращающий момент с ведущего вала на ведомый не передается.

При наличии магнитного поля, создаваемого током катушки управления, вязкость наполнителя изменяется пропорционально изменению магнитного потока. Плавное изменение тока в катушке управления позволяет в широких пределах изменять вращающий момент, а также угловую скорость вращения ведомого вала.

Ферропорошковые муфты по сравнению с муфтами сухого трения имеют высокое быстродействие (до 0,005с.) и плавное регулирование частоты вращения.

Электромагнитная муфта скольжения (рис. 58, с.8). На ведущем валу (1) устанавливают полумуфту с индуктором (3) в виде электромагнита постоянного тока с катушкой возбуждения (6) и полюсами (7). Ток в катушку подается через контактные кольца и щетки (2). На ведомый вал (5) закрепляют полумуфту с якорем (4) в виде короткозамкнутой обмотки (беличьего колеса) или полого ротора – стакана. При вращении индуктора, его магнитное поле будет вращаться относительно якоря. В якоре будут наводиться токи, которые взаимодействуя с полем индуктора, создают вращающий момент, увлекающий якорь и ведомый вал.

Достоинства муфты скольжения – высокая надежность и возможность плавного регулирования передаваемого момента за счет плавного изменения напряжения питания.

Гидравлический струйный усилитель (рис.47, с. 7). Если регулируемый параметр соответствует заданному значению, то струйная трубка (2) с сопловой насадкой (6) находится в нейтральном положении. Струя рабочей жидкости из канала вспомогательного источника питания – масла (9) , одинаково перекрывает оба приемных сопла (5), поршень цилиндра (10) не перемещается и в обеих полостях цилиндра создается одинаковое давление. При отклонении регулируемого параметра, толкатель датчика (7) перемещает струйную трубку в сторону одного из приемных сопел. Давление в соответствующей полости цилиндра повышается и вызывает перемещение поршня цилиндра. Все устройство находится в корпусе (1). Для задания первоначального положения струйной трубки (задатчик) служат регулирующий винт (3) и пружина (4).

Достоинствами струйного усилителя являются: простая конструкция; высокая надежность; отсутствие повышенных требований к очистке масла.

К недостаткам относятся: низкий коэффициент полезного действия, т.к. часть рабочей жидкости вытекает в трубку слива (8); наличие насоса.