Исполнительные устройства

1. Общие сведения.

Исполнительные устройства автоматических регуляторов в виде различных сервомоторов предназначены для преобразования вспомогательной энергии, подводимой от усилительного устройства, в работу по перестановке регулирующего устройства.

Сервомоторы могут быть гидравлические, пневматические и электрические.

По виду движения, совершаемого сервомоторами, они делятся на сервомоторы поступательного (рис. 36, а-г) и вращательного (рис. 36, д-з) движения. По действию рабочей среды на подвижные элементы гидравлические и пневматические сервомоторы бывают одностороннего (рис. 36 а, б, г) и двустороннего (рис. 36, а, в, д-з) действия. В сервомоторах одностороннего действия обратное движение осуществляется пружинами.

По конструкции сервомоторы делятся на поршневые (рис. 36, а, б, д), мембранные (рис. 36, в, г), лопастные (рис. 36, е, ж), шестеренные (рис. 36, з) и коловратные.

Рис. Основные типы сервомоторов: а) – поршневой двустороннего действия; б) - поршневой одностороннего действия; в) – мембранный двустороннего действия; д) – шатунно-кривошипный; е) – лопастной; ж) – лопастной многооборотный; з) – шестеренный.

1.1. Гидравлические поршневые сервомоторы обеспечивают большие перестановочные усилия при малом габарите, имеют высокий к. п. д. и большую надежность, отличаются плавностью и могут иметь большую величину хода, чем мембранные сервомоторы.

Поршневые моторы широко применяются в гидравлических регуляторах. Лопастные, шестеренные и коловратные сервомоторы характеризуются линейной зависимостью скорости вращения от количества подаваемой рабочей жидкости и применяются для перемещения регулирующих устройств, имеющих винтовой привод.

1.2. В пневматических регуляторах обычно применяют мембранные подпружиненные сервомоторы и поршневые сервомоторы с воздухораспределителями, имеющие конструктивную связь между поршнем сервомотора и воздухораспределителем. Такая конструкция обеспечивает определенное положение (позицию) поршня в зависимости от величины подаваемого к воздухораспределителю командного сигнала. Поэтому такие конструкции и получили название позиционеров. Позиционеры могут быть как пневматические, так и гидравлические.

1.3. В качестве электрических сервомоторов с поступательным движением применяются электромагниты, которые управляют регулирующим устройством по двухпозиционному принципу: «открыто- закрыто». В электрических регуляторах в качестве сервомоторов используются двухфазные асинхронные двигатели переменного тока, у которых одна фаза обмотки статора сдвинута конденсатором по отношению к другой. Скорость и направление вращения такого двигателя определяются величиной и знаком напряжения, поступающего от магнитного усилителя.

При необходимости получить большую выходную мощность в качестве сервомоторов используют трехфазные электродвигатели. Реверсирование этих двигателей осуществляется путем переключения двух фаз. Такие двигатели имеют постоянную скорость вращения, и для уменьшения влияния инерции их ротора необходимы специальные тормозные устройства.

2. Статические характеристики.

2.1. Статические характеристики гидравлических сервомоторов двустороннего действия строятся в координатах скорость сервомотора - перепад давлений на поршне . Перепад давлений, при котором начинается движение поршня, называется страгивающим перепадом Его величина определяет нечувствительность сервомотора и зависит от неуравновешенных усилий и усилий, которые тратятся на преодоление сил трения, : ….(11).

Так как при разном направлении движения неуравновешенные усилия действуют в разные стороны, то перед стоит знак ±, а страгивающие перепады на статической характеристике, изображенной на рис. 38, а, будут различными. Страгивающий перепад регулирующего клапана с гидравлическим двухполостным сервомотором не превышает 0,4 кгс/см². Скорость движения поршня сервомотора - переменна, она зависит от расхода рабочей среды в сервомотор и его площади и определяется по формуле ….(12).

Рис. Статические характеристики сервомоторов: а) – двустороннего действия с переменной скоростью; б) – электрического с постоянной скоростью; в) - одностороннего действия.

2.2. Статическая характеристика электрического асинхронного двигателя приведена на рис. 38, б. Страгивающий перепад такого сервомотора с постоянной скоростью движения определяется величиной нечувствительности измерительного и усилительного устройств.

2.3. Для пневматических и гидравлических сервомоторов одностороннего действия и пневматических позиционеров статические характеристики строятся в координатах давление на входе - перемещение штока или (рис. 38, в). Страгивающий перепад этих сервомоторов, как и для гидравлических сервомоторов двустороннего действия, зависит от неуравновешенных усилий и сил трения. Уравнение равновесия для сервомотора одностороннего действия имеет вид ….(13), где с - жесткость пружины; - предварительное натяжение пружины.

Отсюда получим ….(14). При и , т. е. равном минимальному давлению на входе, уравновешивающему предварительное натяжение пружины, уравнение (14) примет вид …(15).

Время движения поршня или мембраны сервомотора из одного конечного положения в другое при максимальном расходе рабочей среды от усилителя называется временем сервомотора . Оно определяется по формуле ….(16), где V - объем сервомотора.

Диаметр поршня или активную площадь мембраны сервомотора определяют исходя из давления рабочей среды и усилия, необходимого для перемещения регулирующего устройства.