Раздел 5. Исполнительные устройства.

Тема 5.1. Общие сведения.

Исполнительным органом или механизмом называет­ся устройство, преобразующее командные сигналы в исполнительные воздействия (перемещение, вращение).

Исполнительные органы систем регулирования являют­ся последним звеном цепи автоматического регулирова­ния.

В зависимости от вида используемой энергии и кон­структивных особенностей исполнительные механизмы классифицируются на: электрические, пневматические, гидравлические, электропневматические, электрогидрав­лические, пневмогидравлические, мембранные, поршне­вые.

По характеру обратной связи исполнительные меха­низмы могут быть непрерывного или релейного действия.

Исполнительные механизмы в робототехнике отли­чаются более сложным устройством, так как должны обеспечивать перемещение рабочего органа в простран­стве, для чего требуется несколько степеней свободы. В простейшем случае это может быть обеспечено приме­нением (одновременным или последовательным) несколь­ких исполнительных механизмов с одной степенью сво­боды. Однако в этом случае масса и габариты промыш­ленного робота (манипулятора) возрастают.

Электрические исполнительные устройства в зависимости от принципа действия делят на электромагнитные и электродвигательные.

Тема 5.2. Электромагнитные исполнительные устройства.

 Электромагнитные исполнительные устройства являются наиболее простыми, надежными и быстродействующими из электрических испол­нительных механизмов. Их используют для управления различного рода регулирующими и затворными клапанами, вентилями, золотниками и т. п. По виду движения исполнительного (регулирующего) органа (шток, выходной вал) электромагнитные механизмы подразделяют на электро­магниты с прямолинейным движением и электромагнитные муфты с вращательным движением.

 

Электромагниты.

Создателем электромагнита считается Уильям Стерджен.

Именно он в 1825 году сделал первый подобный магнит. Конструктивно устройство представляло собой цилиндрический кусок железа, вокруг которого был намотан толстый заизолированный медный провод.

Рис. 74. Электромагнит Стерджена.

В момент, когда по нему пускали электрический ток, стержень из металла приобретал свойства магнита. А когда течение тока прерывалось, весь магнетизм устройство сразу же теряло. Именно такое качество - включение и отключение при необходимости - и позволяет применять электромагниты в ряде технологических и промышленных сфер.

Применение электромагнитов:

 

Рис. 73. Электромагнит

1 - электромагнитные замки;

2 - электромагнитные муфты сцепления и торможения;

3 - тормозные электромагниты;

4 - электромагниты, приводящие в действие контактные устройства в реле, контакторах, пускателях, автоматических выключателях;

5 - подъемные электромагниты,

6 - электромагниты вибраторов и т. п.

 

В зависимости от требований электромагниты могут отличаться друг от друга конструктивно. Однако они имеют общие элементы (рис. 73).

Элементы электромагнита:

1 – возвратная пружина,

2 –катушка электромагнита,

3 – подвижный сердечник.

 

На подвижный сердечник электромагнита действует электромагнитная сила Fэм.

Где I –ток в обмотке электромагнита,

w – число витков обмотки,

R м – магнитное сопротивление магнитопровода.

 

Если пропустить через катушку электромагнита ток, то электромагнитная сила Fэм втянет сердечник, преодолевая сопротивление возвратной пружины. Перемещение сердечника, называют рабочим ходом δ.

По характеру движения сердечника (рис. 75) электромагнитные механизмы подразделяют на:

тянущие, толкаю­щие, поворотные, удерживающие и реверсивные.

Рис 75. Электромагниты. а и ж) поворотный, б) прямоходовой, в) удерживающий, е) геркон, д) реверсивный.

В зависимости от вида питающего напряже­ния электромагнитные механизмы могут быть переменного и постоянного токов.

В настоящее время получили широкое распространение электромагнитные приборы серии ЭВ. Приводы ЭВ-1 и ЭВ-2 рассчитаны на длительный режим работы, а привод ЭВ-3 рассчитан на кратковременный режим работы (в течение 1 мин) при усилии 100 Н.

В заключение следует отметить, что электромагниты широко применяются в электропневматических и элек­трогидравлических исполнительных устройствах, в кото­рых электромагнит перемещает распределительный зо­лотник, подключая ту или иную полость рабочего ци­линдра к источнику высокого давления, либо открывает вспомогательные клапаны с той же целью.

Рис. Применение электромагнита в пункте приёма металлома.

5.2.2.Элетромагнитные вен­ тили.

2

1

3

4

7

6

5

жидкость

1- клапан, 2- седло, 3- труба, 4- сердечник, 5- катушка, 6- пружина возврата, 7- корпус электромагнита

Рис. 76. Электромагнитный вентиль.

Электромагнитные вен­ тили служат для преобразования электрическо­го импульса в двухпозиционное перемещение клапана: при наличии напряжения в электромагнитной катушке клапан открыт, при отсутствии напряжения — закрыт.

 

По принципу действия различают поршневые, мем­ бранные и соленоидные вентили.

Электромагнитные вентили широко применяются для дистанционного или автоматического управления дозированием жидкостей как на производстве так и в быту, например в стиральных машинах

Принцип действия простейшего электромагнитного вентиля показан на рис.76.

В исходном состоянии вентиль закрыт, т.е. клапан 1 прижат к седлу 2 пружиной 6 и жидкость не проходит. При подаче эл. тока на катушку 5 сердечник 4 электромагнита втянется вверх и вентиль откроется и будет пропускать воду.

 

Внешний вид электромагнитного клапана.

 

Промышленные электромагнитные вентили устроены несколько сложнее, см. рис.77.

На рис. 77а приведена схема поршневого соленоидного вентиля.

При отсутст­вии тока управляющий клапан 5 перекрывает централь­ное отверстие в поршне-клапане 6. Поступающая жид­кость через калиброванное отверстие в поршне-клапа­не 6 или по специальной канавке, имеющейся на его наружной поверхности, попадает в полость над поршнем 6. Давление жидкости и вес клапана обеспечивают его полное закрытие.

При появлении тока в катушке 1 сердечник 2 втяги­вается в катушку, поднимая при этом разгрузочный (уп­равляющий) клапан 5. Жидкость из верхней полости поршня 6 стекает через центральное отверстие и дав­ление ее падает. Под действием силы электромагнита и давления жидкости, поступающей снизу (поскольку пло­щадь поршня больше площади перекрываемого отвер­стия), поршень перемещается вверх до полного откры­вания вентиля.

Катушка 1 отделена от жидкостной полости труб­кой 3 из немагнитного материала.

Винт 8 служит для принудительного открытия клапана.

Для лучшего уп­лотнения в основном клапане предусмотрена резиновая прокладка, которая прилегает к латунному седлу. Центральное отверстие в поршне не должно быть на­много больше калиброванного отверстия(или площади сечения продольной канавки), иначе клапан будет бы­стро закрываться и произойдет недопустимое повыше­ние давления в трубопроводе до вентиля, что может вызвать гидравлический удар и разрыв трубопровода.

а                                                              б Рис. 77 а. Поршневой соленоидный вентиль. 1 - катушка; 2 - сердечник; 3 -трубка; 4 -гайка;   5 - управляющий кла­пан; 6 -поршень; 7 - основной клапан; 8 –винт. Рис.77 б. Мембранный соленоидный вентиль. 1 - мембрана; 2 - щель; 3 - пружина; 4 - основной клапан; 5 - направ­ляющая клапана; 6 - канал.

 В мембранном соленоидном вентиле (рис.77б) камера над основным клапаном 4 отделена от напорной линиимембраной1из прорезиненной ткани.

Поступающая жидкость, проходя через щель 2 и отверстие в направ­ляющей клапана 5, заполняет полость над мембраной, Её давление закрывает основной клапан 4. При вклю­чении катушки соленоида управляющий клапан подни­мается, преодолевая силу пружины 3. При этом жид­кость вытекает из полости над мембраной по каналу 6 и давление над ней падает. Тогда давление жидкости на мембрану снизу и сила пружины 3 открывают основной клапан 4.

.