Пневматические и гидравлические исполнительные механизмы

В качестве пневматических и гидравлических исполнительных механизмов (ИМ) используются мембранные и поршневые исполнительные элементы. Исполнительные механизмы бывают одностороннего действия (с противодействующей пружиной) и двустороннего действия (беспружинные).

Мембранный ИМ (рис.5.7) состоит из камеры (5) с эластичной мембраной (1). В центре эластичная мембрана зажата между двумя металлическими дисками (2), образующими жесткий центр мембраны. В механизмах одностороннего действия (рис.5.7, а) мембрана (1) снизу поджимается пружиной (3). Жесткий центр мембраны соединен выходным штоком (4) исполнительного механизма. В верхнюю часть камеры (5) под давлением Р_вх подводится рабочая жидкость в гидравлических ИМ или сжатый воздух (пневматических ИМ).

Входной величиной ИМ является Р_вх, а выходной величиной - перемещение l_вых штока ИМ. При Р_вх равным 0 мембрана ИМ находится в некотором среднем положении. При увеличении Р_вх сверху на мембрану воздействует усилие

,

где q_эфф - эффективная площадь мембраны.

Под действием этой силы жесткий центр (2) мембраны перемещается вместе со штоком (4) вниз, сжимая пружину (3).

Противодействующая сила пружины

где С - коэффициент жесткости пружины.

При уменьшении Р_вх под действием пружины мембрана перемещается вверх. Выражение статической характеристики мембранного ИМ:

,

где K - q_эфф / С - постоянный коэффициент.

Статическая характеристика имеет линейную зависимость.

а) б)

Рис.5.7.: гидравлические и пневматические исполнительные механизмы.

В мембранном ИМ двустороннего действия противодействующее усилие формируется за счет давления (Р_о.с.) обратной связи. При перемещении шток воздействует на редуктор давления, на выходе которого значение давления Р_о.с. пропорционально перемещению штока:

Давление обратной связи на мембрану

Выражение статической характеристики ИМ

Мембранные ИМ находят широкое применение в системах пневмоавтоматики. Мембранные ИМ имеют относительно небольшое перемещение выходного штока. Если необходимо большое перемещение выходного штока, то применяют поршневые ИМ одностороннего (рис.5.7, а) или двустороннего (рис.5.7, б) действия.

Принцип действия поршневых ИМ аналогичен принципу действия мембранных. В пневматических ИМ при изменении входного давления усилие на мембрану нарастает постепенно по экспонтенциальному закону.

Соединения выходного элемента ИМ с входным элементом РО могут быть непосредственными, жесткими или тросовыми.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Нагорный В.С., Данилов А.А. Устройства гидро- и пневмосистем: Учебное пособие технических вузов. - М.: Высшая школа, 1991.

2. Клюев А.С. Автоматическое регулирование. Учебное пособие. - М.: Высшая школа, 1986.

3. Клюев А.С. Наладка средств автоматизации и автоматических систем регулирования: Справочное пособие. - М.: Энергоатомиздат, 1989.

4. Лапшенков Г.И., Полоцкий Л.М. Автоматизация производственных процессов в химической промышленности. Учебное пособие. - М.: Химия, 1988.

5. Михайловский Е.А. Автоматизация производственных процессов. Методическое руководство. - Кемерово, 1981.

6. Петров И.К. и др. Приборы и средства автоматизации для пищевой промышленности: Справочное пособие. - М.: Легкая и пищевая промышленность, 1981.

7. Петров И.К. Технологические измерения и приборы в пищевой промышленности. Учебное пособие. - М.: Агропромиздат, 1985.

8. Прусенко В.С. Пневматические системы автоматического регулирования технологических процессов. - М.: Машиностроение, 1987.

9. Ефремова Т.К. и др. Пневматические комплексы технических средств автоматизации. - М.: Машиностроение, 1987.