По виду используемой энергии различают исполнитель­ ные устройства: механические, электрические, электромеха­ нические, гидравлические и пневматические.

Вкачестве электрических исполнительных устройств ис­ пользуют электродвигатели (асинхронные с короткозамкну­ тым ротором с двумя скоростями: рабочей и «ползучей», и шаговые), электромагниты и электромагнитные муфты (дис­ ковые, асинхронные и порошковые).

Вкачестве гидравлических приводов используют гидро­ цилиндры (поступательное движение выходного звена), гидро­ моторы (вращательное движение выходного звена), поворот­ ные гидродвигатели (ограниченный угол поворота выходного звена).

Вкачестве пневматических двигателей используют порш­ невые и диафрагменные.

16.2. Циклограмма системы механизмов

Большинство механизмов используется в машинах и уст­ ройствах, имеющих цикловой характер работы. За период цикла осуществляется определенная совокупность работ и про­ цессов, в результате которой система приходит в точно такое же состояние, в котором она находилась в начале цикла.

Различают разные виды циклов. Периодическое совпаде­ ние положений и направления движения точек всех звеньев ме­ ханизма или системы механизмов называют кинематическим циклом. Периодически повторяющееся изменение мощности действующих сил и моментов сил характеризует энергетиче­ ский цикл.

Периодически повторяющаяся совокупность операций тех­ нологической машины называется рабочим циклом. По истече­ нии технологического цикла заканчивается изготовление дета­ ли или изделия. Период времени с момента подачи сырья или материала на первую операцию до получения готового изделия называют производственным циклом.

Графическое изображение последовательности движения перемещений исполнительных звеньев механизма или согласо­ ванности перемещений исполнительных органов за цикл назы­ вают графиком цикличности или циклограммой.

В основу разработки циклограмм принимают синхронные во времени графики перемещений исполнительных органов ме­ ханизмов или устройств. Для примера на рис. 16.5, показаны: а — изменение угла поворота коленчатого вала; б, в — пере­ мещение поршня, впускного и выпускного клапанов одного из цилиндров ДВС и соответствующие д — линейные, г — пря­ моугольные и е — круговые циклограммы.

На линейной циклограмме графики перемещений исполни­ тельных органов условно изображают наклонными прямыми, а периоды остановки («вы стой») — горизонтальными прямы­ ми.

На прямоугольной и круговой циклограммах графики пе­ ремещений не изображают, а интервалы отдельных этапов движения или операций выделяют штриховкой или толстыми линиями (прямая или дуга окружности), протяженность ко­ торых соответствует определенным этапам движения. Такие циклограммы обычно дополняют названиями отдельных эта­ пов движения или операций.

Циклограммы используют для анализа требуемой синхро­ низации перемещений исполнительных звеньев и последова­ тельности относительных положений звеньев внутри цикла, при этом определяют время отдельных интервалов движения (рабочих и вспомогательных), оценивают возможности совме­ щения технологических и транспортных операций, сокращения времени некоторых операций, разбивки операций на менее про­ должительные переходы и т.п. Такой анализ часто позволяет уплотнить циклограмму, т.е. уменьшить время цикла и повы­ сить производительность технологических машин.

Согласование перемещений исполнительных звеньев меха­ низма проводят в зависимости или от времени, или от положе­ ния звеньев. В первом случае используют систему управления по времени, во втором случае — систему управления по пути. Промежуток времени, по истечении которого повторяется по­ следовательность перемещения всех исполнительных звеньев механизма, называют временем цикла. На циклограммах ино­ гда указывают не время движения, а угол поворота главного вала основного механизма. Условно считают, что этот вал вращается равномерно. За цикл установившегося движения

Рис. 16.5

принимают период изменения обобщенной скорости механизма в функции времени. Например, для кривошипно-ползунного механизма двухтактного или четырехтактного ДВС цикловые углы поворота будут разными: в двухтактном ДВС соответ­

ствует повороту коленчатого вала на один оборот, а в четы­ рехтактном — повороту на два оборота.

В пределах каждого цикла различают такты или фазы, ко­ торые позволяют выделить основное состояние механизма или машины. Например, можно выделить такты движения и так­ ты покоя исполнительных звеньев, такты впуска, сжатия, рас­ ширения воздуха или рабочей смеси и выпуска отработавших газов в четырехтактном карбюраторном ДВС, такт продувки и сжатия и такт рабочего хода и выпуска в двухтактном дизе­ ле (см. рис. 16.5, г). В течение такта движения состояние ни одного из исполнительных механизмов не изменяется, т.е. со­ стояние движения звеньев либо сохраняется, либо отсутствует.

Схему согласованности перемещений исполнительных ор­ ганов в зависимости от их положений называют тактограммой. Например, на циклограмме или тактограмме кулачкового механизма выделяют четыре основные фазы: удаления, даль­ него покоя, сближения и ближнего покоя толкателя.

Фазовые углы назначают на основе анализа рабочих цик­ лов машины. Например, в ДВС интервалы тактов принимают по положению поршня в предельных положениях: в верхней и нижней «мертвых точках» (ВМТ и НМТ), т.е. угол поворо­ та коленчатого вала за время одного такта равен 180°. Мо­ менты открытия и закрытия клапанов в ДВС называют фаза­ ми газораспределения. Они обеспечиваются кулачками на рас­ пределительном валу. Впускной клапан должен открываться до прихода поршня в ВМТ, т.е. с опережением на некоторый угол а, а закрываться с некоторым запаздыванием на угол 6 (см. рис. 16.5, е). Выпускной клапан открывается до прихода поршня в НМТ, т.е. с опережением на угол 7 , а закрывается с запаздыванием на угол (3. Конкретные значения углов опере­ жения и запаздывания зависят от марки двигателя. Например, для ВАЗ-2106 а = 1 2 °; 6 = 40°; 7 = 42°; (3 = 1 0 °; для ЗИЛ-130 а = 31°; 6 = 83°; 7 = 67°; /3 = 47°

Кулачковый распределительный вал представляет собой совокупность кулачков, установленных на общем валу, но предназначенных для передачи движения или команд на дви­ жение разным исполнительным органам. Один из радиусвекторов на распределительном валу принимают за начало

Рис. 16.6

отсчета (базовый), относительно которого определяют углы установки отдельных кулачков. Эти углы достаточно просто определяют аналитически или графически с использованием метода обращения движения. Для примера на рис. 1 6 .6 пока­ зано определение угла установки £21 кулачка К 2 относительно кулачка К 1 при заданном смещении фаз начала движения тол­ кателей по углу поворота (р2\ распределительного вала.

Вначале определяют углы ^01 и -002? характеризующие начальное положение толкателей В1 О21 и В2 О22 относительно межосевой линии 0 10 2 1 0 2 2 -

Угол установки £21 кулачка К2 относительно кулачка К\ определяют по соотношению

^21 = ^ 2 1 + Ф 01 + V>0 2 -

В этом соотношении учтено, что оси В\ и В2 располо­ жены до разным сторонам относительно линии 0\ O2 1 Q22 (см. рис. 16.6).

Для выяснения особенностей основ управления системой механизмов с несколькими двигателями на рис. 16.7 приведены

из обрабатываемого отверстия; при поломке инструмента вы­ ключаются вращение и подача силовой головки; после выпол­ нения операции все механизмы (за исключением планшайбы, поворачивающейся в заданном направлении) занимают исход­ ные положения.

Иногда используют видоизмененные циклограммы рабо­ ты системы механизмов, в которых не учитывается масштаб времени. Такая циклограмма отражает только последователь­ ность включений тех или иных механизмов и управляющих устройств и ее принято называть тактограммой или таблицей включений.

Тактом работы системы механизмов и устройств называ­ ется промежуток времени между двумя соседними изменения­ ми его полного состояния. Такты обозначают числами 1 , 2 , 3, 4,

Положение исполнительных звеньев механизмов и уст­ ройств фиксирует в определенных положениях. Обычно вы­ бирают два положения: включено — выключено, движется — заторможено, намагничено — размагничено и т. п.

Переход от одного положения к другому происходит за очень короткие промежутки времени, на тактограммах (рис. 16.9) он изображается толстой вертикальной линией в пределах строки. Эти линии являются границами тактов. Фиксированным положениям исполнительных звеньев соответ­ ствуют горизонтальные линии в соответствующих строках: толстая линия — для одного положения (единичный входной сигнал), штриховая (или тонкая) — для другого положения (нулевой входной сигнал).

В ряде случаев для одного исполнительного звена необ­ ходимо различать несколько положений, например: включено на быстрый подвод вперед, включено на ход вперед с рабочей скоростью, включено на быстрый обратный ход, выключено.

Устройства, имеющие два состояния, относятся к классу релейных устройств. Они характеризуются входными кана­ лами ai, а2 , аз, и выходными каналами /ь / 2 , /з, По каждому каналу могут подаваться дискретные сигналы, при­ нимающие значения 0 и 1. Комбинации значений сигналов в один и тот же момент времени во входных каналах релейного

устройства называют входом, а в выходных каналах — выхо­ дом. Операции над дискретными сигналами выполняются по правилам алгебры логики.

Для полного описания состояния дискретных многотакт­ ных систем включают также элемент памяти (например, триг­ геры).

Для каждого такта необходимо иметь разные значения входа, которые оцениваются десятичными эквивалентами. С этой целью каждый входной канал имеет определенный вес: 2 °, 2 1, 2 2, 2 3 и т.д. Для определения веса такта умножают вес входного канала на значение сигнала (0 или 1 ) и полученные значения суммируют.

Например, на рис. 16.9 разным состояниям целевых меха­ низмов присвоены веса 1, 2, 4, 8 , 16, 32 и определена сумма весов для всех состояний, различаемых тактами в пределах от 1 до 14: 41, 33, 59,17,1 и т.д. Для 7 и 10 тактов, а также тактов 8 и 9, 11 и 12 эквивалентные суммы весов оказались одинако­ выми (соответственно равными 8 , 10 и 1 2 ). В таких случаях для реализации системы управления вводят дополнительный входной канал — элемент памяти П1 , которому присваивают соответствующий вес (на рис. 16.9 вес элемента памяти равен 64). Такие элементы памяти вводят до тех пор, пока каж­ дому входному сигналу не будет соответствовать отличный от предшествующих суммарный вес. Оказалось достаточным включить один элемент памяти, чтобы в строке «сумма ве­ сов с учетом памяти» появились для всех 14 тактов разные значения десятичного эквивалента.

Контрольные вопросы

1.Как осуществляется управление движением системы функционально взаимосвязанных механизмов?

2.Как влияет вид начальной информации об управляемом движении механизмов на выбор системы программного управления совокупно­ стью механизмов?