6.2.5 Механогидравлические преобразователи

Д ля построения гидросистем и пневмосистем используются механогидравлические преобразователи, которые преобразуют механический сигнал в гидравлический. При этом чаще всего имеет место усиление энергии сигнала за счет энергии гидронасоса, что позволяет относить такие устройства к классу усилителей. Примером такого устройства может служить мостовая схема с соплом и заслонкой (рис.6.10). Преобразователь содержит два постоянных дросселя D₁, D₂ и два регулируемых типа сопло-заслонка D₃, D₄. В каждом плече входное давление распределяется между постоянным и регулируемым дросселем. При смещении заслонки влево сопротивление дросселя D₃ растет, а сопротивление D₄ падает. При этом давление Р₁ в левой выходной магистрали растет, а в правой Р₂ – падает.

Другим примером может служить золотниковый преобразователь (рис. 6.11.), преобразующий поступательное перемещение золотника в гидравлическую величину расхода среды или в перепад давления. Преобразователь представляет в общем случае мостовую схему соединения 4 одновременно управляемых щелевых дросселей.

Дроссельные преобразователи имеют существенный недостаток, заключающийся в обратном влиянии потоков жидкости на подвижные элементы, что усложняет работу управляющих устройств.

П реобразователь со струйной трубкой лишен этого недостатка. Он состоит из струйной трубки, способной смещаться относительно сопловой головки с двумя близко расположенными приемными соплами. В нейтральном положении сопло трубки в точности расположено посредине между приемными соплами на небольшом расстоянии. Рабочая жидкость поступает в трубку от насоса. Струйная трубка формирует свободную струю жидкости, которая обладает большой кинетической энергией и ударяет в приемные сопла. При этом кинетическая энергия струи переходит в потенциальную энергию давления, одинаковую в обоих каналах в нейтральном положении сопла. При небольшом смещении сопла от нейтрального положения давление в одном сопле увеличивается, а в другом уменьшается. В зависимости от направления смещения трубки изменяется знак перепада давления и, следовательно, направление движения подключенного к соплам исполнительного механизма. Преобразователь со струйной трубкой в отличие от предыдущих не имеет недостатков дроссельных преобразователей, в которых имеется обратное влияние потока жидкости на подвижные элементы, что может привести к автогенерации .

6.3. Пневматические и гидравлические исполнительные механизмы

В системах дистанционного и автоматического управления для перемещения регулирующих органов применяют пневматические и электропневматические исполнительные механизмы, а для непосредственного воздействия на потоки жидких и газообразных сред - запорную и регулирующую трубопроводную арматуру с пневмоприводом.

Пневматические исполнительные механизмы различаются по виду чувствительного элемента, преобразующего энергию командного сигнала в перемещение выходного звена, и по характеру перемещения.

Пневматические ИМ подразделяются на мембранные, поршневые и лопастные. Лопастные механизмы обеспечивают поворотное движение выходного вала, остальные - возвратно-поступательное движение штока, которое может быть преобразовано в поворотное.

Пневматические мембранные и поршневые ИМ подразделяются на пружинные и беспружинные. В пружинных механизмах давление в рабочей полости создает перестановочное усилие в одном направлении. Обратный ход обеспечивается за счет силы упругости пружины. В беспружинных конструкциях давление на чувствительном элементе обеспечивает перестановочное усилие в обоих направлениях. В пружинных ИМ при аварийном прекращении подачи энергии пружина устанавливает затвор в одно из крайних положений.

Мембранно-пружинные пневматические ИМ типа МИМ имеют одну рабочую полость, образуемую мембраной и крышкой. Шток, связанный с мембраной, совершает возвратно-поступательное движение. Перестановочное усилие в одном направлении создается за счет давления сжатого воздуха в рабочей полости на мембрану, в противоположном - за счет усилия сжатой пружины. МИМ бывают прямого и обратного действия, нормально открытые и нормально закрытые. При повышении давления в МИМ прямого действия свободный конец штока удаляется от плоскости заделки мембраны. МИМ могут поставляться с ручным дублером и позиционером. Диаметры заделки мембраны 160-500мм. При давлении 0.25Мпа в рабочей полости развиваемое усилие равно 0.2-35Кн, а рабочий хорд 6-100мм.

К поршневым ИМ относятся прямоходные пневмоцилиндры. В зависимости от модификации обеспечивают ход поршня до 320мм и усилие до 28Кн. Исполнительный механизм ПСП-Г-1 имеет встроенный позиционер, ход поршня 320мм и усилие до 6 Кн. Позиционер – является устройством, обеспечивающим перемещение ИМ на величину пропорциональную давлению.

Пневмопривод ПРП предназначен для управления запорной и регулирующей арматурой и имеет в составе длок конечных выключателей. Давление воздуха цепи питания 0.4-6.3 Мпа; цепи управления 0-10Кпа и логической "1" -110-140Кпа.Имеет дистанционный указатель положения ИМ. В приводе имеется два пневмодвигателя одностороннего действия. Возвратно-поступательное движение штока преобразуется в прерывистое вращательное движение выходного вала с помощью системы клапанов и золотников.

Принцип действия лопастного пневмопривода основан на создании вращательного момента на валу поворотной заслонки (лопасти) перемещающейся внутри полого корпуса под действием сжатого воздуха.

Пневмоприводы могут комплектоваться пневматическими сигнализаторами крайних положений, устройствами возврата, предназначенными для перевода привода в одно из крайних положений при падении ниже заданного предела давления в сети, позиционером.

Позиционер представляет собой усилитель с обратной связью по положению выходного звена исполнительного устройства. Устройство представлено на рис.6.13. Работа позиционера основана на методе компенсации моментов на подвижном рычаге, развиваемых чувствительным элементом (сильфоном) и пружиной обратной связи. Рычаг связан с заслонкой сопла усилительного реле. Входной сигнал поступает в сильфон, который воздействует на рычаг. Перемещение рычага вызывает изменение давления в линии сопла. Это давление поступает на усилитель-реле. На выходе формируется усиленный по мощности сигнал, который поступает в камеру мембранно-пружинного механизма и вызывает перемещение штока, котор ый связан через рычаг с пружиной обратной связи. Перемещение рычага будет происходить до тех пор, пока он не придет в равновесие. Каждому значению входного сигнала соответствует определенное положение выходного вала звена МИМ.

Гидравлические ИМ отличаются высоким быстродействием и жесткостью. По конструктивному исполнению они могут быть поршневыми и роторными. Поршневые ИМ служат для получения поступательного движения штока. В гидравлических ИМ при повышенных требованиях к габаритам и ограниченном сроке службы используются рабочие давления 1530 Мпа, в стационарных системах – 2.56Мпа, при пониженных требованиях к скорости перемещения используются давления менее 2.5Мпа.

Роторные гидромоторы применяются для получения вращательного движения выходного вала. Они делятся на радиальные, аксиальные и лопастные.

В радиальном гидромоторе внутренний ротор смещен от центра кожуха (рис. 6.14.). В роторе имеются проточки по которым движутся поршни под действием давления жидкости, поступающей через торец ротора. В торец входит неподвижная перегородка, разделяющая внутреннюю полость ротора на две части. В одну половину с торца подается давление, а с другой половины производится слив. Под действием давления половина поршней выдвигается и упирается в кожух под острым углом. Это приводит к появлению вращающего момента, под действием которого ротор вращается. Другая половина поршней вдвигается в ротор и их них происходит слив.

В лопастном гидромоторе (рис.6.15) ротор помещен в кожух эллиптического сечения. В роторе имеются проточки, в которых находятся подвижные лопасти. Лопасти прижимаются давлением жидкости к стенкам статора. Кожух имеет 4 патрубка для подвода и отвода рабочей жидкости. При подаче рабочей жидкости в правую верхнюю и левую нижнюю части статора ротор начинает вращаться по часовой стрелке под действием суммы сил давления, приложенных к лопастям.

В аксиальном гидромоторе ротор расположен в кожухе и связан с выходным валом. Ротор содержит цилиндры с поршнями, которые связаны с поворотным диском, повернутым под углом к валу ротора. Подача и слив рабочей жидкости производится через кожух. При вращении ротора происходит переключение питания цилиндров с рабочего хода на слив. При подаче жидкости в цилиндр последний выдвигается и, упираясь в поворотный диск под острым углом, поворачивает ротор. При этом из цилиндров с вдвигаемыми поршнями производится слив.