Автоматизация производственных процессов (лекции) - часть 11

       Привод представляет собой двигательную систему, которая состоит из: 

-  силового двигателя (цилиндр, мотор); 

-  передаточного  механизма; 

-  исполнительного механизма. 

Кроме того, в комплект входят: 

-  делительно-преобразующие механизмы; 

-  датчики перемещений исполнит. звеньев. 

       Выбор типа привода зависит от назначения и условий эксплуатации оборудо-
вания, от вида системы управления, динамических характеристик, конструкций и 
т.д. 

       К любому виду приводов предъявляются конструктивные и эксплуатацион-
ные требования, например: 

-  минимальные габариты и масса; 

-  высокие энергетические показатели (мощность к массе); 

-  высокую удельную мощность и КПД; 

-  широкий диапазон регулирования скоростей; 

-  обеспечение безопасности; 

-  низкий шум; 

-  экономичность расхода энергоносителя; 

-  и т.д. 

       Приводы в зависимости от используемых энергоносителей, могут быть пнев-
мо, гидро, электрические комбинированные, а в зависимости от используемого 
вида движения: 

-  возвратно-поступательные; 

-  вращательными; 

-  возвратно-вращательными. 

       При реализации поступательно-вращательного движения используются гидро 
пневмоцилиндры редко линейные эл. двигатели.  

       При реализации вращательного движения используют в качестве двигателей: 
эл. двигатели или гидромоторы, а в качестве передаточного механизма: кулисные, 

кривошипно-шатунные, цепные, ремённые, зубчатые редукторные механизмы. 

       При реализации возвратно-вращательного движения используют любые виды 
двигателей, а в качестве передаточного механизма: пластинчатые, реечные, кри-
вошипные, и т.п. устройства. 

11.15.2. Пневмо-гидроцилиндры. 

       Пневмо-гидроцилиндры обычно применяют, когда требуется автоматически 
осуществить прямолинейное возвратно-поступательное движение. Наиболее рас-
пространены пневмоцилиндры. Управление пневмоцилиндрами осуществляется 
клапанами, приводимыми в действие электрическими импульсами или пневмати-
ческими логическими устройствами. 

       Когда процесс требует приложение сил свыше 890 Н предпочтение отдаётся  

гидроцилиндрам. Преимуществами гидроцилиндра, кроме большой мощности, 
можно отнести удобство управления ходом. Недостатки – высокая стоимость, 
сложность обслуживания, и устранение утечек из цилиндров. 

       При выборе пневмо или гидроцилиндра необходимо учитывать одновременно 
требование к давлению и расходу рабочего тела (жидкость, воздух). Системы, 
способные обеспечить давление, достаточное для приведения в действие цилинд-
ров или других исполнительных механизмов, может оказаться не в состоянии 
поддерживать это давление постоянным во время быстрых переключений. 

11.15.3. Электромагниты. 

       Они применяются, когда требуется осуществить небольшое, ненагруженное, 
быстрое линейное перемещение. Принцип действия основан на втягивании ме-
таллического сердечника в катушку при прохождении в ней электрического тока. 
При отсутствии тока в катушке сердечник может автоматически возвращаться в 
исходное положение под действием пружин. Однако движение сердечника в от-
личии от штока цилиндра плохо поддаётся контролю. Как правило можно реали-
зовать дискретное перемещение, а не медленный контролируемый ход. Исполь-
зуются как правило для включения приводов. 

11.15.4. Двигатели. 

       К эл. двигателям относятся не только эл. двигатели, но и пневмо и гидромо-
торы, являющимися обратными по действию насоса. 

       Шаговые эл. двигатели – управляются дискретно подаваемыми импульсами 
напряжения постоянного тока. Эти импульсы являются обычным выходом циф-
ровых ЭВМ и других систем управления.  

       Шаговый двигатель идеален для осуществления точных угловых перемеще-
ний. Они хорошо зарекомендовали себя в устройствах без обратной связи, где 
система управл. только выдаёт команду, не проверяя её отработки. Они применя-
ются в приводах ПР и станков с ЧПУ. В большинстве случаев эти приводы не 
имеют обратной связи, однако, она может быть осуществлена путём контроля по-
ложения приводимого узла. 

       Устройство в цепи обратной связи сравнивает действительное положение уз-
ла с заданным, определяет рассогласование. Устройство управления выдаёт им-
пульсы на шаговый двигатель до тех пор, пока рассогласование не будет сведено 
к нулю.  

       Серводвигатели постоянного тока – применение, что и шаговые эл.  двигате-
ли. Имеется контур обратной связи. Когда рассогласование сведено к нулю, на-
пряжение также снижается до нуля. Более развитые сервопривода могут регули-
ровать напряжение пропорционально скорости изменения рассогласования или 
результатом суммирования накопленного рассогласования по времени. 

       Важной особенностью серводвигателей постоянного тока и шаговых эл. дви-
гателей является способность сохранять вращающий момент в неподвижном со-
стоянии. 

11.16. Исполнительные механизмы. 

11.16.1. Кинематические цепи. 

       Иногда, для автоматизации какого либо элемента процесса принимается ре-
шение использовать отдельный двигатель, и упускается из вида возможность ис-
пользовать для этого отводную кинемат. цепь от привода главного движения. 
Вместе с этим упускается из вида явное преимущество последнего решения, за-
ключающегося в синхронизации основных и вспомогательных движений. 

       Зубчатые колёса, кулачки, рычаги, храповые механизмы являются компонен-
тами отводных кинематических цепей. Важно, чтобы погрузочно-разгрузочные и 
транспортные операции были скоординированы с работой установки, т.е. с при-
водом главного движения. 

11.16.2. Мальтийские механизмы. 

       Они могут служить для осуществления прерывистого поворота делительных 
столов. На рисунке изображён этот механизм, обычно устанавливаемый снизу 
стола. Он состоит из двух дисков: ведущего (кривошипа) и ведомого (креста). Пе-
редача движения осуществляется штифтом кривошипа, входящим в радиальные 
прорези креста имеющими форму арок. 

       Кривошип вращается, постоянно передавая вращение кресту во время прохо-
ждения угла 

β. Всю оставшуюся часть поворота кривошипа стол остаётся непод-

вижным. Этот период – период выстоя – используется для выполнения работы на 
позициях делительного стола. 

       Следует обратить внимание на то, что при входе и выходе штифта из прорези 
вектор скорости выдвижения направлен строго по радиусу. Это необходимо для 
обеспечения плавного начала поворота и полной неподвижности стола во время 
выстоя. Фактически любое смещение стола по инерции во время выполнения ра-
бот (фаза выстоя) приведёт к тому, что штифт кривошипа не войдёт в следующий 

паз. Время индексации и время выстоя зависит от частоты вращения кривошипа и 
не меняется от такта к такту. 

 
           Количество позиций тактовых столов с мальтийскими механизмами меня-
ются от 3 до 8. Схема рисунка В8 поясняет расчёт соотношений между числом 
позиций, времени выстоя, время индексации, частотой вращения кривошипа. 
       Из построения следует, что сумма углов 

α+β  равна 180

0

, сумма 

β+с=360

0

. 

                                           
где T

U 

– время индексации (сек.); 

       T

B 

– время выстоя (сек.);

 

       T

T 

– время такта(сек.);

 

       n – частота вращения кривошипа мин 

–1

; 

;

360

60

⋅

=

β

U

T

;

360

60

⋅

=

c

T

B

,

60

n

T

T

T

B

U

T

=

+

=

1

3

2

Рис. В7 Мальтийский механизм:

1. ведущий диск

2. ведомый диск

3. ось стола.

A

C

B

1

2

Рис. В8 К расчёту мальтийского механизма:

1. ведущий диск

2. делительный диск

.