Исполнительные механизмы

3. Гидравлические исполнительные  механизмы

3.1 Общие сведения

 

Энергию движения жидкости используют для приведения в движении механизмов машин, перемещение выходного звена (вала, штока), перемещение орудий в дорожных и строительных машинах, В машинах легкой промышленности, при регулировании газовых, гидравлических и паровых турбин и др.

Гидравлические исполнительные устройства преобразуют энергию давления жидкости в механическую энергию перемещения  или вращения.

Рабочим телом в гидравлических системах является жидкость.

Основными и наиболее распространенными  параметрами, характеризующими состояние жидкости, является давление, температура и удельный объем (плотность). К основным параметрам гидравлических устройств относятся рабочий объем, максимальная скорость вращения вала, номинальное давление. Вращающий момент при номинальном давлении, общий к. п. д., объемный к. п. д., момент инерции вращающихся частей, вес без жидкости.

3.2 Классификация

 

Гидравлические исполнительные механизмы  входят в состав гидроприводов и  состоят из двух основных частей: гидродвигателя и управляющего устройства. В зависимости от вида последнего, они разделяются на три типа: с дроссельным, с объемным (гидростатическим) и со струйным управлением.

3.4 Конструкции гидравлических исполнительных механизмов

 

Исполнительные механизмы с  дроссельным управлением.

Гидравлические исполнительные механизмы с дроссельным регулированием работают при постоянном давлении рабочей жидкости.

В качестве управляющих устройств  используются главным образом золотниковые пары, в некоторых случаях, преимущественно  в маломощных механизмах, - дроссели "сопло - заслонка". В зависимости от числа управляющих дросселей гидравлические исполнительные механизмы разделяются на одно-, двух - и четырехщелевые (рисунок 3.1).

 

Рисунок 3.1 - Схемы устройства гидравлических исполнительных механизмов с дроссельным управлением: а -однокромочный; б - двухкромочный; в - четырехкромочный; ро - давление в напорной магистрали; рсл - давление слива; х - перемещение золотника; v - скорость перемещения поршня силового цилиндра

Основным преимуществом гидравлических исполнительных механизмов с дроссельным управлением является высокое быстродействие, обусловленное малым перемещением золотника и большим коэффициентом усиления по давлению. Их применение целесообразно в тех случаях, когда поток жидкости, поступающий в золотник, должен развивать мощность 0,2…10 КВт.

Гидравлические исполнительные механизмы  со струйным управлением.

 

Рисунок 3.2 - Схема устройства гидравлического механизма со струйным управлением: х - перемещение конической насадки струйной трубки; ω -угловая скорость поворота (реверсируемого) выходного вала

 

При симметричном расположении насадки  струйной трубки относительно приемных отверстий количество поступающей  в них жидкости одинаково. Поэтому  поршень находится в покое. При  повороте трубки соотношение количества жидкости изменится, а вместе с тем начнется движение поршня.

Недостатком механизмов со струйным управлением является постоянный расход жидкости через насадку трубки. Поэтому  их к. п. д. ниже, чем у механизмов с дроссельным управлением. Применение гидравлических исполнительных механизмов со струйным управлением целесообразно в сравнительно маломощных системах. Часто такие механизмы используются в качестве управляющих устройств более мощных механизмов дроссельного или объемного управления.

Преимуществом гидравлических механизмов со струйным управлением является их высокая надежность, обусловленная отсутствием малых зазоров во всем гидравлическом тракте.

Гидравлические исполнительные механизмы  с объемным управлением.

Гидравлические исполнительные механизмы с объемным регулированием управляются за счет изменения производительности насоса, подающего рабочую жидкость в гидравлический двигатель с вращательным движением. В качестве рабочей жидкости применяют нефтяные масла, синтетические жидкости, спирто-глицериновая смесь и др.

Управляющими устройствами в этих механизмах (рисунок 3.3) служат насосы переменной производительности, имеющие возможность реверса потока жидкости.

 

Рисунок 3.3 - устройства гидравлического исполнительного механизма с объемным управлением.

 

Наибольшее распространение нашли  насосы с аксиальным и радиальным расположением цилиндров. В обоих  случаях регулирование производительности осуществляется за счет изменения рабочего хода поршней.

Для надежной работы исполнительных механизмов, имеющих замкнутую цепь циркуляции рабочей жидкости, обычно используют дополнительные насосы подкачки. Эти насосы необходимы для предупреждения возникновения кавитационных режимов в гидравлических магистралях при реверсах выходного вала гидромотора.

Особенностью гидравлических механизмов с объемным управлением является то, что большая часть потребляемой ими энергии расходуется на преодоление внешней нагрузки. Поэтому они имеют высокий к. п. д. и жесткие внешние характеристики (рисунок 3.4).

 

Рисунок 3.4 - Характеристика гидравлического исполнительного механизма с объемным управлением: а - скоростная в безразмерных координатах; б - силовая; в – внешняя

Недостатком механизмов с объемным управлением является сравнительно низкое быстродействие, обусловленное  значительным временем полного изменения производительности насоса. Применение таких механизмов целесообразно в тех случаях, когда потребная выходная мощность превышает 2 КВт. Верхний предел выходной мощности практически не ограничен.

4. Пневматические исполнительные механизмы

4.1Общие сведения

 

Рабочим телом в пневматических устройств является сжатый воздух представляющий собой смесь азота, кислород (по объему примерно 78 и

21%соответственно) и других газов,  содержащихся в небольшом количестве (аргон, углекислый газ и др.), а также водяного пара.

Пневматические исполнительные механизмы  работают на сжатом воздухе, газе низкого  давления 1 - 1,5 МПа. В качестве последнего могут быть использованы отработанные газы реактивного двигателя или специального газогенератора.

Отличие пневматических устройств  от гидравлических обусловлены различиями в свойствах газа и рабочей  жидкости. Сжимаемость газа оказывает  значительное влияние на быстродействие системы, особенно при значительной нагрузке или при значительных ускорениях.

К основным параметрам пневматических устройств относятся условный проход, лиапазон давления, расходная характеристика, параметры управляющего воздействия, параметры выхода, утечки, время  срабатывания, допускаемая частота  включений, показатели надежности, размер, масса.

Исполнительный механизм в пневматической системе автоматического регулирования  должен отвечать следующим основным требованиям:

развивать переустановочное усилие, достаточное для преодоления  реакции (сопротивления) рабочих частей регулирующего органа на всем диапазоне перемещения при наихудших допустимых условиях эксплуатации;

обладать детектирующим действием, т.е. передавать воздействие только в одном направлении - от регулятора (регулирующего устройства) к регулирующему органу и регулируемому объекту;

чувствительность, гистерезис и люфт исполнительного механизма должны быть соизмеримы со значениями аналогичных  показателей других звеньев контура  регулирования (датчика, регулирующего устройства и др.);

скорость перемещения выходного  звена исполнительного механизма при номинальной нагрузке должна соответствовать (быть равной или больше) скорости разгона регулируемого объекта;

конструкция должна содержать дополнительные устройства, такие как ручной привод местного управления регулирующим органом, местный указатель положения рабочих частей регулирующего органа, тормоз, стопорящий выходное звено в достигнутом положении при исчезновении давления питающего воздуха.

В пневмодвигателях энергия сжатого  воздуха преобразуется в энергию  движения выходного звена. Они предназначены для приведения в движение рабочих органов машин, выполнения различных вспомогательных операций и пр.

4.2 Классификация

 

В пневмодвигателях энергия сжатого  воздуха преобразуется в энергию  движения выходного звена. Они предназначены  для приведения в движение рабочих органов машин, выполнения различных вспомогательных операций и пр.

Различают пневмодвигатели с поступательным движением выходного звена; пневмодвигатели  с неограниченным углом поворота выходного звена; пневмодвигатели  с неограниченным вращательным движением выходного звена (пневмомоторы). К первым относятся поршневые, сильфонные, камерные, шланговые и мембранные пневмодвигатели различных конструкций, ко вторым - такие же, но с лопастным рабочим элементом. Наибольшее распространение получили поршневые пневмодвигатели, которые называют также пневдоцилиндрами.

4.3 Конструкции пневматических исполнительных механизмов

 

Поршневые пневмодвигатели.

В пневмоцилиндрах происходит преобразование потенциальной энергии сжатого  воздуха в механическую энергию поршня.

В пневмоцилиндрах одностороннего действия давление сжатого воздуха  действует на поршень только в  одном направлении, в другую сторону  поршень со штоком перемещается под  действием внешних сил или  пружины (рисунок). Такие пневмоцилиндры с пружинным возвратом обычно используют для выполнения небольших перемещений (0,8-1,5) D, так как встроенная пружина, сжимаясь, значительно снижает усилие, развиваемое поршнем.

 

Рисунок - 4.1 Пневмоцилиндры одностороннего действия

 

В пневмоцилиндрах двустороннего действия перемещение поршня со штоком под действием сжатого воздуха происходит в двух противоположных направлениях. Пневмоцилиндры этого типа нашли наибольшее применение в промышленности. В зависимости от предъявляемых требований их различают по конструктивным размерам и по схемам соединения с пневматической системой и атмосферой (рисунок).

Рисунок 4.2 - Пневмоцилидры двустороннего действия:

а) без торможения4 б) с торможением

в) с двусторонним штоком; г) сдвоенный

 

Сдвоенные пневмоцилиндры используют в том случае, когда диаметр пневмоцилиндра ограничен из-за недостатка места (используют два цилиндра или более последовательно соединенных между собой и работающих на один шток - в результате этого усилия сжатого воздуха, действующего на поршни, складывается) (рисунок г). Недостатком сдвоенных пневмоцилиндров является увеличение длины цилиндра приблизительно в таком же соотношении, в каком увеличивается усилие.

 

Пневмоцилиндры с гибким штоком применяются для перемещения, хонингования, шлифования, полирования и прочее (рисунок).

 

Рисунок 4.3 - Пневмоцилиндры с гибким штоком

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Литература

 

1. Арменский Е.В. Электрические микромашины: учебное пособие / Е.В. Аверин, Г.Б. Фалк. - М.: Высшая школа, 1985.
2. Астахов Н.В. Испытание электрических микромашин: учебное пособие для электротехнических специальностей спец. вузов / Н.В. Астахов, Е.М. Лопухина, В.Т. Медведев и др. - М.: Высшая школа, 1984.
3. Герц Е.В. Пневматические устройства и системы в машиностроении. / Е.В. Герц, А.И. Кудрявцев, О.В. Ложкин. - М.: Машиностроение, 1981.

Раковский М.Е. Приборостроение и средства автоматики: справочник. /М.Е. Раковский. - М.: Машиностроение, 1965.

4. Хрущев В.В. Электрические микромашины автоматических устройств. \ В.В. Хрущев. - Ленинград: Просвещение. 1976.
5. Чеваскин А.Н. основы автоматики. \ А.Н. Чеваскин, В.Н. Семин, И.Я. Стародуб и др. - Москва: Энергия, 1977.