6.4. Гидравлические и пневматические исполнительные

устройства

Гидравлические ИУ обладают отличными динамическими свойствами и массогабаритными показателями. К их недостаткам следует отнести необходимость гидростанции (это большие габариты и шум), очистки и термостабилизации рабочей жидкости.

В системах автоматики широкое применение получили гидроприводы, использующие в качестве исполнительного элемента гидроцилиндры, а в качестве управляющего элемента – электрогидрораспределители (рис. 6.8). В рассматриваемой схеме ГИУ можно использовать как интегрирующий, так и позиционный способ управления движением регулирующего или рабочего органа.

На схеме (см. рис. 6.8) приняты следующие обозначения: ГС – гидростанция (насос, регулятор давления, фильтры); ЭГР – электрогидрораспределитель потоков рабочей жидкости с центрирующими пружинами П1, П2 и электромагнитами ЭМ1, ЭМ2, перемещающими золотник ЭГР в рабочие позиции в соответствии с командами управляющего устройства системы (сигналом Uу); ГЦ – гидроцилиндр с поршнем двойного действия.

Рис. 6.8. Гидравлическое ИУ с постоянной скоростью перемещения РО

Чтобы понять принцип действия гидравлического ИУ, представленного на рис. 6.8, поясним правила изображения и чтения ЭГР:

 Гидрораспределитель изображают прямоугольником, разделенным на квадраты, число которых равно числу позиций золотника;

 Подключение внешних трубных проводок показывают для исходной (базовой позиции), когда U_у = 0;

 Направление потоков жидкости для рабочих позиций показывают стрелками внутри соответствующих квадратов;

 Для понимания работы ИУ следует мысленно переместить соответствующую рабочую позицию в исходную позицию золотника.

В соответствии с вышеуказанными правилами при подаче сигнала U_y на ЭМ1 поршень ГЦ будет перемещаться справа налево, а при подключении U_y к ЭМ2 – слева направо. В обоих случаях скорость перемещения РО будет постоянной, т.е. .

Пневмоприводы широко используются для автоматизации вспомогательных движений в рабочих машинах, в первую очередь в условиях, когда требуется взрывобезопасность, а также плавность и мягкость движений. Их недостатком является значительная инерционность.

Пневмоприводы могут обеспечивать как позиционное, так и пропорциональное управление движением регулирующих или рабочих органов. В обоих вариантах необходим источник энергии сжатого воздуха.

Позиционные пневматические исполнительные устройства включают в свой состав пневмораспределители золотникового типа с электромагнитным приводом и пневмоцилиндры одно- или двухстороннего действия. Устройство и принцип их действия аналогичны подобным гидравлическим ИУ (см. рис. 6.8).

Пневматические ИУ с пропорциональным управлением (позиционеры) используются для управления положением регулирующего органа (клапана) и, тем самым, изменения потока вещества в трубопроводе в соответствии с заданием управляющего устройства системы автоматизации.

В качестве примера на рис. 6.9 представлена принципиальная схема пропорционального пневматического ИУ с мембранным исполнительным элементом и нормально закрытым клапаном (РО).

На положение точки «б» рычага 4, а следовательно, и на положение золотника УК, оказывают влияние перемещение точки «а» под действием сигнала управления на сильфон и перемещение точки «c» штока 3 под воздействием мембраны 1, т.е. перемещение точки «с» определяет сигнал обратной связи по положению μ клапана потока вещества.

С ростом Р_у точки «а» и «б» рычага перемещаются вверх (рычаг поворачивается относительно точки «с»). При этом выход воздуха с УК в атмосферу уменьшается, а давление в мембранной камере привода возрастет, что приводит к перемещению штока 3, приоткрыванию клапана и увеличению потока F вещества через трубопровод. При перемещении точки «c» вниз в том же направлении будет перемещаться и точка «б» и золотник УК, вызывая увеличение выброса воздуха в атмосферу через УК. Движение клапана потока прекращается при достижении равенства сигналов управления (заданного потока) и обратной связи (фактического потока вещества). Таким образом осуществляется пропорциональное управление перемещением клапана по закону μ = К_сР_у.

Рис. 6.9. Пневматическое ИУ с пропорциональным управлением клапаном (позиционер): 1 – мембрана; 2 – пружина; 3 – шток; 4 – рычаг обратной связи по положению клапана; УК – управляющий клапан; F – поток вещества; Р_у – давление входное (сигнал управления); Р_пит – давление источника питания

Статическая характеристика позиционера представлена на рис. 6.10. Гистерезис характеристики обусловлен наличием трения в подвижных элементах привода.

Рис. 6.10. Характеристика управления пропорционального пневматического ИУ (позиционера)