В.И. Сидоров
АВТОМАТИЗАЦИЯ
РАБОТЫ
СТРОИТЕЛЬНЫХ
МАШИН
вающая
<ратиза-
стройки
1ЛВСК0М
вопрос
f>ix уча-
ft ново-
^но,что
Р чедо-
ктором,
1турой;
ie зна-
'-З4 Допущено Министерством
Д строительства в районах Урала и
Д Западной Сибири СССР в качестве
<3 учебника для учащихся техникумов,
^обучающихся по специальности 0561
j „Строительные машины и
оборудование"
?ельст-
Ьльны.
7ИКВИ-
I зоне
конст-
дорог.
to не-
|авле-
киме
роров
teBos-
7ЬНО-
>ЩИХ
УШИ
хп.
. М.
кОс-
кно-
ре-
чеб-
Москва
Стройиздат1989
ВВЕДЕНИЕ
I Ipiiirri ые XXVII съездом КПСС Основные направ-
ления экономического и социального развития СССР на
1986- 1990 годы и на период до 2000 года определили
пути научно-технического прогресса в стране. Главными
из них, наряду с широким освоением передовых техно-
логий и массовым применением эффективных видов про-
грессивных материалов, являются механизация и авто-
матизация производства, широкая электронизация ма-
шин и оборудования. Так, например, на двенадцатую
пятилетку предусмотрена интенсификация производства
прогрессивной техники: роботов, гибких автоматизиро-
ванных систем, микропроцессорных и других средств,
выпуск которых возрастает в 2—10 раз.
Цель преподавания (а следовательно, и учебника)
основ автоматизации работы строительных машин: дать
учащимся знания о принципах действия изучаемых эле-
ментов автоматики, а также методах проектирования си-
стем автоматики, и умения обеспечивать технически пра-
вильную их эксплуатацию в соответствии с нормативно-
технической документацией.
Ниже приведены общие понятия автоматики и авто-
матизации производственных процессов.
Автомат — устройство или совокупность устройств,
выполняющее по заданной программе без непосредст-
венного участия человека все операции в процессах по-
лучения, преобразования, передачи или использования
энергии, материалов, информации. Программа автомата
задается либо в его конструкции, либо извне — посред-
ством перфокарт, магнитных лент или других носителей
информации, а также копировальными или другими мо-
делирующими устройствами.
Автоматизация — применение технических средств,
экономико-математических методов и систем управле-
ния, освобождающих человека (частично или полностью)
от непосредственного участия в процессах получения,
преобразования, передачи и использования энергии, ма-
териалов или информации.
Бурное развитие автоматических систем управления
во всех отраслях народного хозяйства обусловлено:
необходимостью более высоких скоростей и усилий
управления развивающейся техникой, значительно пре-
вышающих физические возможности человека;
4
необходимостью повышения технико-э «-экономических
показателей и обеспечения наилучших (о) (оптимальных)
режимов работы;	1
снижением утомляемости операторов, c.j следовательно
повышением надежности их работы, снижеэ^ением аварий-
ности;
потребностью в новых средствах управ.д^ления процес-
сами В УСЛОВИЯХ, ОПаСНЫХ ДЛЯ ЖИЗНИ И ЗДЫ,™™™	_ ирттп.
века, или недоступных для последнего.
Техническая кибернетика — это научная^ основа авто-
матизации производства или отрасль науки,которая изу-
чает технические системы управления, исх„’
и методы кибернетики как науки об общи^х законах по-
лучения, переработки и передачи информ^ации в систе.
мах, независимо от их материальной приро0оды /и в жи_
вом организме, и в машине). Только в киС^бернетических
системах потенциальная информация npeBp;toau,aeTC51 в ак_
туальную и становится фактором функц^ЦЖ5НИрования
этих систем как систем управления объект)--
j £	шами или тех-
нологическими процессами, как систем для>,„
1	’	ля автоматиза-
ции умственного труда.
Автоматизация производства работ в ^строительстве
сама работа строительных и дорожных мамашин (СЛМ)
развиваются в следующих основных напр^,авлени;.х 7
Автоматический контроль—автоматиче^еское получе-
ние информации о состоянии объекта (и^-лн характере
протекания технологического процесса) лц^^ 0 наступ-
лении их предельных значений, установлю
1 о	j	^снных норма-
тивно-технической документацией.
Автоматическое регулирование — разнсуовидность ав_
тематического управления, заключающееся.™ „
жании постоянства или изменения по тРеб'оуемоМу закр_
ну некоторой физической величины, xapaKTejs„H3VJOU,eg уп-
равляемый процесс. Устройство, обеспечив^ающее такое
регулирование, называется системой авт\оматического
регулирования (САР).
Более сложным видом автоматического^ регулирова-
ния является изменение какой-либо физи^ческой вели_
чины по требуемому закону, например, осуществление
максимально возможной подачи рабочей ^жидкости ре-
гулируемым аксиально-поршневым насосоцм экскавато-
ра при изменении давления в его гидросиД,РА1иА Q„ ™„
с i	Ахиеме за ра-
бочий цикл от близкого к нулю до 25—30 лмПа или по-
зиционирование рабочего органа дреноукл -адЧИКа

ВВЕДЕНИЕ
Принятые XXVII съездом КПСС Основные направ-
ления экономического и социального развития СССР на
1986—1990 годы и на период до 2000 года определили
пути научно-технического прогресса в стране. Главными
из них, наряду с широким освоением передовых техно-
логий и массовым применением эффективных видов про-
грессивных материалов, являются механизация и авто-
матизация производства, широкая электронизация ма-
шин и оборудования. Так, например, на двенадцатую
пятилетку предусмотрена интенсификация производства
прогрессивной техники: роботов, гибких автоматизиро-
ванных систем, микропроцессорных и других средств,
выпуск которых возрастает в 2—10 раз.
Цель преподавания (а следовательно, и учебника)
основ автоматизации работы строительных машин: дать
учащимся знания о принципах действия изучаемых эле-
ментов автоматики, а также методах проектирования си-
стем автоматики, и умения обеспечивать технически пра-
вильную их эксплуатацию в соответствии с нормативно-
технической документацией.
Ниже приведены общие понятия автоматики и авто-
матизации производственных процессов.
Автомат—устройство или совокупность устройств,
выполняющее по заданной программе без непосредст-
венного участия человека все операции в процессах по-
лучения, преобразования, передачи или использования
энергии, материалов, информации. Программа автомата
задается либо в его конструкции, либо извне — посред-
ством перфокарт, магнитных лент или других носителей
информации, а также копировальными или другими мо-
делирующими устройствами.
Автоматизация — применение технических средств,
экономико-математических методов и систем управле-
ния, освобождающих человека (частично или полностью)
от непосредственного участия в процессах получения,
преобразования, передачи и использования энергии, ма-
териалов или информации.
Бурное развитие автоматических систем управления
во всех отраслях народного хозяйства обусловлено:
необходимостью более высоких скоростей и усилий
управления развивающейся техникой, значительно пре-
вышающих физические возможности человека;
необходимостью повышения технико-экономических
показателей и обеспечения наилучших (оптимальных)
режимов работы;
снижением утомляемости операторов, следовательно,
повышением надежности их работы, снижением аварий-
ности;
потребностью в новых средствах управления процес-
сами в условиях, опасных для жизни и здоровья чело-
века, или недоступных для последнего.
Техническая кибернетика — это научная основа авто-
матизации производства или отрасль науки, которая изу-
чает технические системы управления, используя идеи
и методы кибернетики как науки об общих законах по-
лучения, переработки и передачи информации в систе-
мах, независимо от их материальной природы (и в жи-
вом организме, и в машине). Только в кибернетических
системах потенциальная информация превращается в ак-
туальную и становится фактором функционирования
этих систем как систем управления объектами или тех-
нологическими процессами, как систем для автоматиза-
ции умственного труда.
Автоматизация производства работ в строительстве,
сама работа строительных и дорожных машин (СДМ)
развиваются в следующих основных направленшщ.
Автоматический контроль—автоматическое получе-
ние информации о состоянии объекта (или характере
протекания технологического процесса) либо о наступ-
лении их предельных значений, установленных норма-
тивно-технической документацией.
Автоматическое регулирование — разновидность ав-
томатического управления, заключающееся в поддер-
жании постоянства или изменения по требуемому зако-
ну некоторой физической величины, характеризующей уп-
равляемый процесс. Устройство, обеспечивающее такое
регулирование, называется системой автоматического
регулирования (САР).
Болес сложным видом автоматического регулирова-
ния является изменение какой-либо физической вели-
чины по требуемому закону, например, осуществление
максимально возможной подачи рабочей жидкости ре-
гулируемым аксиально-поршневым насосом экскавато-
ра при изменении давления в его гидросистеме за ра-
бочий цикл от близкого к нулю до 25—30 МПа или по-
зиционирование рабочего органа дреноукладчика.
Автоматическое управление — это осуществление всех
процессов управления машинами, механизмами и тех-
нологическими процессами без непосредственного уча-
стия человека. Такое управление осуществляется систе-
мой автоматического управления (САУ), которая пред-
ставляет собой один или несколько объектов управления
и устройств измерения, управления и защиты, где об-
работка информации, формирование команд и их пре-
образование в воздействия на управляемый объект осу-
ществляются без участия технического оператора.
На практике иногда трудно определить четкую гра-
ницу между САУ и САР.
При комплексной автоматизации большое распрост-
ранение получают роботы и различные манипуляторы.
Робот — это машина с антропоморфными (человеко-
подобными) действиями, предназначенная для автома-
тизации ручного физически тяжелого, вредного и мо-
нотонного труда, а также для выполнения работ в не-
доступных, труднодоступных или небезопасных для лю-
дей местах. Роботы второго поколения могут не только
выполнять простейшие операции, но также распозна-
вать и анализировать возникающие в процессе работы
сложные производственные ситуации и выполнять эф-
фективные действия в конкретных, заранее предусмот-
ренных обстоятельствах.
Манипулятор — это механизм, осуществляющий под
управлением оператора действия, аналогичные дейст-
виям руки человека.
Современные промышленные роботы представляют
собой автоматические программно управляемые манипу-
ляторы, выполняющие рабочие операции со сложным
пространственным перемещением на основе восприятия
различной информации о внешней среде. Управление и
связь между отдельными подсистемами такого робота
осуществляется при помощи многоуровневого взаимо-
действия с помощью управляющих ЭВМ, главной частью
которых является микропроцессор. Для управления ме-
ханической рукой используют телевизионные устройства
(система «глаз — рука» — техническое зрение), различ-
ные микрофоны (система «уши — рука» — технический
слух) и т. д.
Из сказанного вытекает, что целью применения ав-
томатизации является повышение производительности и
эффективности труда, улучшение качества продукции
6
в условиях оптимального управления процессами пре-
образования вещества, энергии и информации.
Однако, как отметил академик К. В. Фролов, тре-
буется постоянно повышать надежность автоматизиро-
ванного оборудования. Современное производство на-
сыщается сложнейшими машинами и агрегатами, кото-
рые, естественно, требуют дополнительных затрат труда
на их ремонт и обслуживание. Если безотказность и
долговечность техники останутся на нынешнем уровне,
в дальнейшем эти затраты возрастут. В результате ни-
какой экономии людских ресурсов получить не удаст-
ся: рабочая сила будет просто перекачиваться из сферы
производства в сферу технического обслуживания и ре-
монта. Важную роль в повышении надежности автома-
тизированного оборудования призвана играть диагнос-
тика, построенная преимущественно на принципах ав-
томатического контроля и прогнозирования его техни-
ческого состояния в период эксплуатации.
Началом зарождения промышленной автоматики при-
нято считать появление автоматического регулятора
уровня воды в паровом котле, изобретенного И. И. Пол-
зуновым в 1765 г. Спустя почти 20 лет Дж. Уатт разра-
ботал центробежный регулятор частоты вращения вала
паровой машины. Затем автоматика развивалась в на-
правлении создания новых простейших регуляторов и
совершенствования существующих.
С появлением работ Дж. К. Максвелла (1868), И. А.
Вышнеградского (1876) и А. Стодолы (1893) родилась
теория автоматического регулирования, а благодаря
трудам Норберта Винера (1948) появилась новая от-
расль науки об управлении — кибернетика.
ГЛАВА I
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О СИСТЕМАХ АВТОМАТИКИ
§ 1. АВТОМАТИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ,
РЕГУЛИРОВАНИЕ И УПРАВЛЕНИЕ
Система управления обычно включает в себя как
контроль фактического состояния объекта (системы)
управления, так и поддержание состояния этой системы
на заданном уровне (регулирование). В системе авто-
матического управления (САУ) все эти процессы выпол-
няются без оператора по специальной программе. Од-
нако автоматические контроль и регулирование могут
рассматриваться и как самостоятельные процессы (си-
стемы) .
Объектом управления (объектом регулирования) мо-
жет быть устройство, требуемый режим работы кото-
рого должен поддерживаться извне специально органи-
зованными управляющими воздействиями, формируе-
мыми управляющим устройством, или технологический
процесс с заданным режимом его протекания.
Управление — это процесс формирования управляю-
щих воздействий, обеспечивающих требуемое состояние
или режим работы объекта управления, а также их ре-
ализацию.
Регулирование — частный вид управления, когда за-
дачей является обеспечение постоянства какой-либо
физической величины либо ее изменение по заданному
закону.
Управляющее устройство (автоматическое управля-
ющее устройство)—устройство, обрабатывающее дан-
ные протекания процесса и при помощи исполнительно-
го органа воздействующее на объект управления с це-
лью обеспечения требуемого режима его работы или
состояния.
Внешнее воздействие — это не зависящее от системы
воздействие внешней среды на автоматическую систему.
Внутреннее воздействие — воздействие одной части
автоматической системы на другую.
Управляющее воздействие — целенаправленное воз-
действие управляющего устройства на объект управ-
ления.
8
1. Управление по разомкнутому циклу
уу _ управляющее устройство; ОУ— объект управления; X — задающее воз-
действие; УВ — управляющее воздействие; F — помехи; У — выходные ко-
ординаты
2. Управление по замкнутому циклу. Знаки « + » или «—» характеризуют по-
ложительное или отрицательное значение задающего воздействия
3. САУ с комбинированным управ-
лением
Контрольное воздействие — воздействие объекта уп-
равления на управляющее устройство.
Задающее воздействие —воздействие на входе авто-
матической системы от программного устройства.
Алгоритм управления — набор правил, по которым
изменяется управляющее воздействие.
Выходные (управляемые, регулируемые) координа-
ты— величины, характеризующие текущее состояние
объекта управления.
Возмущающие воздействия (помехи)—воздействия,
возникающие в результате взаимодействия автоматиче-
ской системы с внешней средой и вызывающие непла-
нируемые изменения выходных координат.
Предписанное значение выходной координаты — зна-
чение величины, определяемое требуемым режимом ра-
боты.
Действительное значение выходной координаты —
значение выходной величины, соответствующее факти-
ческому состоянию объекта управления.
Ошибка управления — разность между предписан-
ным и действительным значением выходной координаты
автоматической системы.
Функциональный элемент {функциональный блок) —
конструктивно обособленная часть автоматической си-
стемы (АС), выполняющая определенную функцию.
Воспринимающий элемент (блок) — функциональ-
9
пый элемент АС, принимающий внешние воздействия и
(или) контрольные воздействия.
Измерительный элемент (блок) — функциональный
элемент, предназначенный для измерения величин воз-
действий, поступающих на АС, а также для исправле-
ния ошибок управления.
Усилительно-преобразовательный элемент (блок) —
функциональный элемент АС, воспринимающий сигналы
измерительного элемента, усиливающий их и преоб-
разующий в вид, приемлемый для исполнительного ме-
ханизма.
Исполнительный элемент (блок)—функциональный
элемент АС, перерабатывающий управляющие воздей-
ствия и непосредственно воздействующий на объект уп-
равления.
Корректирующий элемент — устройство в АС, улуч-
шающее устойчивость и динамические свойства.
Динамическое звено — элементарное звено, которое
изменяет функциональную зависимость воздействия, по-
даваемого на его вход, от времени.
Логическое звено — элементарное звено, осуществля-
ющее логическую операцию И, ИЛИ, НЕ по отношению
к воздействиям, поступающим на его входы.
САУ (САР) имеют следующую классификацию.
По характеру алгоритма управления различают:
системы управления по разомкнутому циклу (рис. 1),
характеризуемые отсутствием обратной связи;
системы управления по замкнутому циклу (рис. 2),
т. е. с обратной связью, при наличии которой на управ-
ляющее устройство УУ поступает информация об откло-
нении выходной величины У от заданного значения, что
позволяет сформировать управляющее воздействие УВ,
возвращающее У в заданное положение;
комбинированные системы управления (рис. 3).
По назначению: системы автоматической стабилиза-
ции; системы программного управления; следящие си-
стемы.
По принципу управления, в том числе:
по характеру используемых для управления сигна-
лов: непрерывные, дискретные (импульсные, релейные);
по характеру используемой информации об условиях
работы: системы с жесткими законами управления и
структурой; системы с изменяемыми структурой и за-
коном управления, к которым относятся системы авто-
10
магической настройки, самообучающиеся и самооргани-
зующиеся системы;
по характеру математических соотношений: линей-
ные и нелинейные.
По количеству выходных координат объекта управ-
ления-. одномерные и многомерные. Последние делятся
на системы связанного и несвязанного управления. В
системах связанного управления отдельные управляю-
щие устройства связаны друг с другом внешними связя-
ми. Входящая в состав многомерной системы отдельная
система управления называется автономной, если управ-
ляемая ею выходная величина не зависит от значений
остальных управляемых величин.
Элементы САУ (САР) имеют следующую классифи-
кацию.
По функциональному назначению: измерительные;
усилительно-преобразовательные; исполнительные; кор-
ректирующие.
По виду энергии, используемой для работы: элект-
рические, механические, гидравлические, пневматические,
комбинированные.
По наличию или отсутствию вспомогательного источ-
ника энергии: активные, пассивные.
По поведению в статическом режиме: статические,
астатические.
По способу воздействия: прямого действия, непрямо-
го действия.
Все это многообразие условий и сами элементы (бло-
ки) САУ (САР) связаны между собой по определенным
схемам: структурным, функциональным, принципиаль-
ным и др.
Структурная схема (блок-схема) определяет
основные функциональные части АС, их взаимосвязи и
служит для общего ознакомления с системой.
Функциональная схема раскрывает назна-
чение элементов АС, связи между ними и объектом уп-
равления, а также построение АС. Для этих схем при-
меняются условные графические обозначения, главные
из которых даны в прил. 1.
Принципиальной схемой называется изо-
бражение АС с помощью условных графических обо-
значений всех элементов системы и связей между ними
(прил. 2). В СССР принят разнесенный способ изобра-
жения принципиальных схем, при котором различные
11
элементы одного и того же устройства размещают в
разных местах схемы так, чтобы число пересечений про-
водов и их длина были минимальными.
§ 2, ОБОБЩЕННАЯ СТРУКТУРНАЯ СХЕМА
СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ
Всякое автоматическое устройство представляет со-
бой достаточно сложную систему, где каждый элемент
имеет определенное назначение. Система автоматиче-
ского измерения включает датчик (чувствительный эле-
мент и элемент преобразования), усилители, линию свя-
зи и измерительный прибор. Для системы автоматиче-
ского контроля необходимо наличие задающего элемен-
та и элемента сравнения.
Принцип измерения заключается в сравнении изме-
ряемой величины с другой величиной, условно принятой
за единицу.
С точки зрения метрологии — науки об измерениях —
различают два вида измерений:
прямые измерения — измерения, при которых опре-
деляемую величину находят путем непосредственного
сравнения этой величины с единицей измерения. На-
пример, измерение длины с помощью линейки;
косвенные измерения — определение измеряемой ве-
личины путем вычисления по результатам прямых изме-
рений одной или нескольких величин, связанных, с ис-
комой функциональной зависимостью" При изучении
некоторых физических явлений приходится исследовать
зависимость одной какой-либо величины от ряда дру-
гих, связанных определенными функциональными зави-
симостями между собой. Такие измерения называются
совокупными.
Важную роль в устройствах автоматики играют за-
дающие элементы. Они устанавливают требуемый пара-
метр процесса, закон его изменения или порядок воз-
действия сигналов в ходе технологического процесса. В
зависимости от назначения задающие элементы бывают
стабилизирующие, программные, следящие и самона-
страивающиеся.
Элемент сравнения (нуль-орган) сравнивает воспри-
нятую величину с заданной и выдает их разность, т. е.
рассогласование двух сигналов.
Каждый из названных элементов может быть дис-
кретного действия, т. е. сигнал на выходе элемента от-
12
сутствует или присутствует (принцип «да» — «нет»), и
аналогового (пропорционального) действия, т. е. вели-
чина сигнала на выходе элемента пропорциональна ве-
личине сигнала на входе (сигнал может изменяться по-
степенно от нуля до максимума).
Автоматический контроль — это автоматическое по-
лучение и обработка информации о параметре и внеш-
них условиях с целью обнаружения событий (изменяю-
щихся по произвольному закону), определяющих уп-
равляющее воздействие. Событием может быть любой
качественный результат процесса, например, отклонение
температуры от нормы в пропарочной камере, или ко-
личественный результат работы устройства, например,
достижение грузом верхней точки (стрелы крана).
Система автоматического контроля может быть пред-
ставлена следующим образом: восприятие информации
(температура в пропарочной камере, положение башен-
ного крана по отношению к упорам и пр.), преобразо-
вание этой информации в удобный для дальнейшего ис-
пользования сигнал (электрический, гидравлический
и пр.), промежуточное преобразование сигнала (усиле-
ние, модуляция и пр.), измерительное преобразование
(преобразование в сигнал, удобный для получения ре-
зультата,— запись, световой или звуковой сигнал и пр.),
обнаружение признаков контролируемого параметра
(температура выше нормы, механизм достиг определен-
ного положения) по заданному закону.
В соответствии с этой последовательностью прохож-
дения сигнала система автоматического контроля будет
иметь следующую структурную схему (рис. 4): ЧЭ —
чувствительный элемент — восприятие состояния объек-
та; ПЭ — преобразовательный элемент — преобразова-
ние состояния в сигнал; Д — датчик (первичный при-
бор)— восприятие и преобразование; У— усилитель,
модуляр н пр. — промежуточное преобразование;
ЛС — линия связи — передача и восприятие сигнала на
расстоянии; ИП — измерительный прибор (вторичный
прибор)—преобразование в сигнал, удобный для по-
лучения окончательного результата; ЭС — элемент срав-
нения— обнаружение признаков контролируемого пара-
метра; ЗЭ—задающий элемент. Элемент сравнения, за-
дающие элементы и приемник сигнала могут быть как
в самом измерительном приборе (пунктир на схеме),
так и вне его;
4. Структурная схема автоматического контроля
С точки зрения метрологии важной частью автома-
тического контроля является оценка достоверности
(точности) измерений. Достоверность измерений коли-
чественно оценивается величиной погрешности.
Абсолютная погрешность измерения —
это положительная или отрицательная разность между
показанием измерительного прибора хи и действитель-
ным значением измеряемой величины хд: ±Дх=хп— хд.
Относительная погрешность измере-
ния бГ[ — это отношение абсолютной погрешности к
действительному значению измеряемой величины, выра-
женная в процентах: бп= (| Дх|/хд) 100. Например, если
действительное значение температуры равно 108 °C, а
измерительное устройство показывает 105°C, то абсо-
лютная погрешность показаний равна 3°С, а относи-
тельная погрешность (3/108)100—2,8 %.
Поправкой называют величину, которая должна быть
алгебраически прибавлена к показаниям прибора, что-
бы получить действительное значение. Поправка равна
погрешности показаний, взятой с обратным знаком. По-
правки вводят только в показания более совершенных
лабораторных приборов. В показания технических при-
боров поправки нс вводятся. Здесь существуют два
критерия оценки качества приборов: либо технический
прибор обладает погрешностью меньше допустимой и
тогда он годен к последующей эксплуатации, либо по-
грешность получается больше допустимой и тогда при-
бор не пригоден к применению.
Погрешности измерения подразделяются на систе-
матические и случайные.
Систематической погрешностью на-
зывают составляющую погрешности, которая остается
постоянной или изменяется по определенному закону
при повторных измерениях. Систематические погрешно-
14
сти могут быть изучены, их значения определены, а ре-
зультаты измерения уточнены путем внесения попра-
вок. Постоянные систематические погрешности имеют
определенный знак — « + » или «—».
Случайной погрешностью называют со-
ставляющую погрешности измерений, изменяющуюся
случайным образом при повторных измерениях одной
и той же величины.
Кроме того, в процессе измерения могут быть до-
пущены грубые ошибки, существенно превышающие си-
стематические или случайные погрешности, оправдыва-
емые объективными условиями измерения. В возникно-
вении таких ошибок чаще всего виновны сами наблю-
датели и неисправности измерительной аппаратуры.
Измерительные приборы чаще оценивают не по аб-
солютной, а по приведенной погрешности или по классу
точности.
Приведенной погрешностью уи называют
относительную погрешность показаний, выраженную в
процентах от верхнего предела измерения прибора (ди-
апазона измерений или длины шкалы, так называемого
нормируемого значения хп) : уп= (| A-v|/хп) 100.
Для приборов, имеющих двустороннюю шкалу, по-
грешность относят ко всей шкале (например, для ртут-
ного термометра со шкалой от —35 до +50°С — к зна-
чению 85°C), а для приборов, не имеющих пуля,
погрешность определяют по отношению к значению, рав-
ному разности между верхним и нижним пределами из-
мерения по шкале (например, для потенциометра со
шкалой от 400 до 900°C — к значению 500°C).
Погрешности измерения могут быть основными и до-
полнительными.
Основная п о г р е ш и о с т ь соответствует нор-
мальным условиям работы прибора, в частности, опре-
деленной температуре окружающей среды, установлен-
ному значению напряжения источника питания, нор-
мальному рабочему положению прибор / и др.
Дополнительная погрешность вызыва-
ется воздействием внешних условий на прибор при раз-
личных отклонениях от нормальных условий работы.
Класс точности прибора в большинстве случаев чис-
ленно равен сумме допустимых основной и дополнитель-
ной приведенных погрешностей, выраженной в процен-
тах.
15
Вариацией называют наибольшую разность между
повторными показаниями приборов, соответствующими
одному и тому же действительному значению измеряе-
мой величины при неизменных внешних условиях. На-
пример, если трехкратное измерение температуры кипя-
щей воды при постоянном атмосферном давлении тер-
мометр показывает в первый раз 100,2°C, во второй
раз — 99,6°C, в третий — 99,8°C, то вариация показаний
термометра будет равна 0,6°C. Так же, как и погреш-
ность, вариацию часто оценивают в процентах от верх-
него предела измерений прибора (или от алгебраиче-
ской разности верхнего и нижнего пределов измерений).
Существуют два близких по наименованию, но раз-
личных по смыслу термина: чувствительность и порог
чувствительности.
Чувствительностью измерительного прибора
называют отношение линейного или углового перемеще-
ния стрелки или пера прибора к единице измеряемой
величины, вызвавшей это перемещение. Например, ес-
ли у одного манометра перемещение стрелки равно 6 уг-
ловым делениям на единицу давления, а у второго —
10 делениям, то второй более чувствителен, чем первый.
Порогом чувствительности измерительного прибора
называют наименьшее изменение измеряемой величины,
способное вызвать малейшее перемещение стрелки или
пера прибора. Порог чувствительности у измерительных
приборов возникает прежде всего за счет трения в ки-
нематических звеньях. Поэтому при определении порога
чувствительности требуется предварительно исключить
влияние вариаций, возникающих по другим причинам.
Погрешности, вариации и порог чувствительности по
сравнению с измеряемыми величинами относительно не-
велики, и в обычных условиях их принято оценивать
величинами с двумя значащими цифрами. Например,
приведенная погрешность 0,83'%, а не 0,826 %.
Совокупность действий, производимых с целью оцен-
ки погрешностей приборов, называют поверкой.
§ 3. ПОЛУАВТОМАТИЧЕСКОЕ
И АВТОМАТИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ
Для пояснения принципа действия всякой автомати-
ческой системы управления рассмотрим регулирование
скорости движения (подачи) роторного экскаватора в
зависимости, например, от прочности грунта.
16
На рис. 5 показана блок-схема электропривода ра-
бочего органа роторного экскаватора с ручным управле-
нием. Нагрузка В на валу электропривода роторного
5. Принцип действия системы регулирования скорости движения роторного
экскаватора
экскаватора зависит от прочности грунта. В свою оче-
редь ток якоря электропривода I является функцией
нагрузки на рабочем органе. Шкалу прибора, измеря-
ющего ток /, можно проградуировать в величине на-
грузки В. Человек, обслуживающий экскаватор, следя
за углом поворота <р стрелки прибора, читает на его
шкале значение нагрузки В. В зависимости от того, в
какую сторону она отклонилась от требуемого значения,
человек производит перемещение S движка реостата,
изменяющего частоту вращения электродвигателя и ско-
рость движения экскаватора в соответствующую сто-
рону.
Автоматизируя этот процесс,, прежде всего надо про-
анализировать функции человека в нем. Человек здесь
осуществляет перемещение движка реостата в зависи-
мости от наблюдаемого им отклонения нагрузки.
Такой простейшей зависимостью является пропорци-
ональность между перемещением движка реостата и ве-
личиной отклонения с учетом направления (знака) это-
го перемещения (рис. 6):
AS = /САВ,
где ДВ — нежелательное отклонение нагрузки от некоторого тре-
буемого заданного программой ее значения Во; К — коэффициент
пропорциональности, который показывает, сколько, например, сан-
тиметров перемещения ДВ движка реостата приходится на каж-
дую единицу отклонения.
6. Зависимость перемещения движка реостата
от единицы отклонения
7. Принцип действия полуавтоматической систе-
мы регулирования скорости движения роторного
экскаватора
ОБРАТНАЯ СВЯЗЬ
Требуемую зависимость можно осуществить, напри-
мер, если изъять указательный прибор со стрелкой и за-
ставить непосредственно движок реостата перемещаться
под действием тока I, для чего надо поставить неболь-
шой привод (сервопривод), как показано на рис. 7. Тог-
да прибор и связанный с ним привод реостата будут
совместно осуществлять заданную зависимость, которая
называется законом регулирования.
На этом примере ясно видно, что для полной авто-
матизации процесса регулирования по определенной
программе нужно вместо разомкнутой системы (см.
рис. 5) создать замкнутую систему (рис. 7), осуществ-
ляющую заданный закон регулирования автоматиче-
ски— без помощи человека. В замкнутой системе вход-
ное воздействие (величина тока /) непосредственно
зависит от значения выходной величины В. Эта непо-
средственная связь от выхода системы к ее входу на-
зывается обратной связью. Наличие обратной
связи и создаст замкнутый контур передачи воздействий
в системе автоматического регулирования.
Обратная связь осуществляется с помощью устрой-
ства, которое служит не просто для регулирования ве-
личины В. Оно является, во-первых, чувствительным
элементом, реагирующим па отклонение нагрузки от тре-
буемого значения и, во-вторых, само передает соответ-
ствующее воздействие на привод регулирующего рео-
стата. Однако оператор должен установить величину
скорости движения экскаватора, которая затем и будет
поддерживаться с помощью полуавтоматической систе-
мы управления, приведенной на рис. 7.
Характерной чертой большинства систем автомати-
ческого регулирования, кроме обязательного наличия
обратной связи, является то, что слабые управляющие
сигналы на входе, идущие от измерительного устройст-
ва, преобразуются в достаточно мощные воздействия на
регулируемый объект. Здесь необходимо также предус-
мотреть задание системе любого желаемого режима ра-
боты (программы). Для этого на входе системы перед
усилителем вводится «эталонная» величина (рис. 8),.
которая соответствует требуемой нагрузке. Во. Эта вели-
чина Д сравнивается с Д прибора, которая отвечает
фактической нагрузке. Разность /=Д— /0 называется
рассогласованием (ошибкой управления). Оно пропор-
ционально отклонению В от требуемого значения Во, т. е.
ошибке системы регулирования. Эта разность I и пода-
ется на усилитель, питающий привод движка регули-
рующего реостата.
Как видно из примера, автоматическая система ре-
гулирования (управления) состоит из двух основных ча-
стей: объекта и регулятора (управляющего устройства).
В рассмотренной системе регулирования управляю-
щее устройство автоматической системы состоит из сле-
дующих элементов: воспринимающего, устанавливаемо-
го непосредственно на выходе объекта для обнаруже-
ния выходной координаты (тока якоря электродвигате-
ля рабочего органа), измерительного элемента, ряда
усилительно-преобразовательных элементов и исполни-
тельного устройства (реостата с его приводом), в кото-
рый входит исполнительный элемент (реостат).
Все функциональные элементы управляющего уст-
ройства в той или иной форме последовательно преоб-
разуют сигнал. Сигнал выхода системы (ток якоря элек-
тродвигателя рабочего органа) преобразуется воспри-
нимающим элементом в сигнал, удобный для сравнения
его с эталоном (измерением его величины). Величина
контрольного воздействия должна быть постоянной, но
она изменяется в зависимости от внешних воздействий
(например, изменение нагрузки, связанное с прочно-
стью грунта) и внутренних воздействий. Воздействия на
нашу систему могут носить как заранее планируемый-
характер, так и непланируемый (помехи).
19
/ ЗАДАТЧИК \
' регулируемой'
\ ВЕЛИЧИНЫ I
8. Автоматическая система регулирования с задатчиком
регулируемой величины (скорости движения роторного
экскаватора)
С измерительного элемента сигнал (ток /1) поступа-
ет на элемент сравнения, где происходит сравнение дей-
ствительного значения выходной координации и пред-
писанного значения (алгебраическое сложение /0 и Л),
т. е. определяется ошибка управления (величина /(.За-
тем соответствующий элемент вырабатывает управляю-
щее воздействие, которое поступает на исполнительное
устройство. Таким образом, в нашей системе осуществ-
ляется регулирование — обеспечение постоянства выход-
ной координаты (тока якоря или потребляемой мощно-
сти электродвигателя рабочего органа) объекта управ-
ления, состоящего из рабочего органа (режущего инст-
румента) и электропривода к нему (электродвигателя).
§ 4.	ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ
АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ
Принципы, положенные в основу автоматического
управления, существенно различаются в зависимости
от задач, поставленных перед системой, наличия харак-
теристик объекта и характера получаемой информации.
Задачи, поставленные перед системой управления,
можно разбить па несколько групп.
1.	Стабилизация какой-либо управляемой величины.
В этом случае необходимо с заданной точностью под-
держивать постоянными те или иные значения управля-
емой величины. .
2.	Программное управление одной из управля-
емых величии. При этом закон изменения управляемой
величины может быть как заранее известным и зада-
20
ваться оператором, обслуживающим систему управле-
ния (программное регулирование), так и автоматически
соответствовать изменению какой-либо заранее неизвест-
ной измеряемой величины (следящая система).
а)
yftl
l'). Формирование управляемой
величины по программному зада-
нию
а — по возмущению; б — по откло-
нению
9. Пути решения задачи стабилизации
а — управление по возмущению; б — управление по отклонению; в — управ-
ление по возмущению и отклонению
3.	Самонастройка системы на оптимум какого-либо
из показателей объекта или системы. Это может быть
обеспечение экстремального значения управляемой ве-
личины или поддержание режима работы объекта, оп-
тимального в определенных условиях его использования
по назначению. Самонастройка .может сочетаться и со
стабилизацией, и с программным управлением.
Как указывалось выше, системы управления разде-
ляются на разомкнутые и замкнутые (см. рис. 1, 2).
В разомкнутых системах управляющее воздействие
задается без учета действительного значения управля-
емой вличины на основании цели управления, харак-
теристик объекта и известных внешних воздействий.
Такое управление называется жестким, без обрат-
ной связи.
В замкнутых системах управляющее воздействие
формируется в непосредственной зависимости от управ-
ляемой величины, значение которой контролируется.
21
Разомкнутые системы управления применяют при от-
сутствии влияния неконтролируемых возмущений. Они
служат для стабилизации программного управления, а
также для дистанционного управления (управления на
расстоянии), но без применения корректирующих воз-
действий.
Задача стабилизации может решаться путем управ-
ления на основании результатов заранее измеренных
(контролируемых) внешних воздействий, если все они
могут быть определены, а характеристики и свойства
объекта известны. В этом случае управление называется
управлением по возмущению или системой
компенсации контролируемых внешних воздействий (рве.
9, а). Здесь неконтролируемые воздействия отсутству-
ют (Е=0), а задача управления решается путем нахож-
дения функции X—X(Z), при которой соблюдается ус-
ловие у=уо~const, где у0— заданное значение управ-
ляемой величины.
При наличии неконтролируемых возмущений F при-
меняется принцип управления по отклонению,
реализуемый в замкнутой системе управления (рис. 9,6),
или комбинированная система по отклоне-
нию и возмущению (рис. 9, в). При управлении по от-
клонению воздействие на управляющую величину за-
висит от разности между управляемой величиной и за-
данной и направлено в сторону уменьшения этой разно-
сти.
Программное управление также может осуществ-
ляться разомкнутыми и замкнутыми системами.
Если существует точное математическое описание
объекта, а все внешние воздействия контролируются, н
путем регулирования по возмущению их влияние может
быть сведено до нуля, то программное управление объ-
ектом может вестись по разомкнутой системе жесткого
управления. При этом управлении задается такой закон
изменения управляющей величины X(t), который обес-
печивает требуемый закон изменения управляемой ве-
личины y(t) (рис. 10, а).
В системах, реализующих принцип программного уп-
равления по отклонению, на регулятор поступают две ве-
личины-— требуемый закон изменения y0(t) и фактиче-
ское значение управляемой величины y(i). В регуля-
торе сравнивается программное задание и регулируемая
величина и вырабатывается управляющее воздей-
22
ствие Х(/), обеспечивающее минимальное значение рас-
согласования (рис. 10,6).
Самонастраивающиеся системы управления решают
.задачи значительно более сложные и разнообразные,
чем задачи, решаемые программными системами.
Первая задача таких систем — поддержание экстре-
мума управляемой величины. Для этой цели на объект
подают пробные воздействия со стороны управления,
анализируют знак изменения управляемой величины и
производят управляющее воздействие, приближающее
режим к точке экстремума. Устройства, обеспечиваю-
щие режим работы управляемого объекта, близкий к
оптимальному, называются автоматическими оптимиза-
торами или экстремальными регуляторами.
Вторая задача самонастройки — поддержание опти-
мальной работы системы регулирования по критерию
максимального ее быстродействия. В этом случае пока-
зателем экстремума является время, в течение которого
система приходит в соответствие с изменением условия
регулирования. Это время может анализироваться с
помощью специального устройства самонастройки. На
основании анализа это устройство изменяет параметры
регулятора таким образом, чтобы время регулирования
было минимальным.
В сложных, не имеющих математического описания
системах с многими неконтролируемыми воздействиями
для нахождения оптимального условия работы необхо-
димо запоминать различные режимы управления, учить-
ся управлять. Это осуществляется самообучаю-
щимися системами автоматического управле-
ния, в которых с помощью специальных устройств
запоминаются различные ситуации управления. В зави-
симости от входных и выходных величин автомат мо-
жет выбирать из памяти системы соответствующие зна-
чения управляющих воздействий и соответственно воз-
действовать на объект. При этом могут реализоваться
принципы воздействия как по возмущению, так и по от-
клонению.
§ 5.	ОБРАТНЫЕ СВЯЗИ
Главным элементом замкнутой системы управления,
(регулирования) является звено обратной связи, с по-
мощью которого на основании информации о значении
23
11. Структурная схема звена,
охваченного обратной связью
1 — элемент сравнения; 2 — управ-
ляемое звено; 3 — звено обратной
СВЯВИ
управляемого параметра таким образом формируется
управляющее воздействие, что объект управления на-
ходится в состоянии, отвечающем поставленной цели
управления. Связь, с помощью которой соединяется вы-
ход всей системы с ее входом, называется главной или
внешней обратной связью. Связь, с помощью которой
передается воздействие от выхода какого-либо звена на
его вход или па вход одного из предыдущих звеньев,
т. е. обратная связь, охватывающая лишь часть звень-
ев системы, называется местной или внутренней связью.
Все звенья основной цепи, охваченные главной об-
ратной связью, образуют основной замкнутый контур
САР, содержащие только одну главную обратную связь,
называются одноконтурными. Автоматические системы,
содержащие дополнительные обратные или дополнитель-
ные прямые связи, называются многоконтурными..
При помощи главной обратной связи измеряется в
каждый момент времени действительное значение ре-
гулируемой величины и передается на вход системы к
элементу сравнения. Последний сравнивает действитель-
ное и заданное значения регулируемого параметра, оп-
ределяет величину рассогласования и в соответствии с
этим воздействует на управляющее устройство с целью
устранения рассогласования.
На рис. 11 показано звено 2, охваченное обратной
связью 3 с коэффициентом передачи (усиления) К0.с-
Коэффициентом передачи называется от-
ношение приращения выходного сигнала ДУ к входно-
му ААб K0.c = At//AX.
Входной сигнал через обратную связь 3 поступает
к элементу сравнения 1, в которой происходит алгебра-
ическое сложение входного сигнала X с сигналом об-
ратной связи А0.с.. Если сигнал обратной связи Ао с
складывается с входным сигналом X, такая обратная
связь называется положительной, а если вычитается—•
отрицательной. Значит,
24

X, = х + х0.с.
Для звена без обратной связи
с обратной
Х0.е = До.сУ.
Решая совместно уравнения для звена с обратной
связью, получаем
у = 0/(1 ± Ж0.с) = КрезХ,
где Д'рез — результирующей коэффициент усиления звена с обрат-
ной связью;
знак «—» в знаменателе действителен для положительной об-
ратной связи, « + » — для отрицательной.
У жестких безынерционных связей выходной сигнал
Хо.с зависит только от у, т. е. они могут быть представ-
лены алгебраической функцией с обратной связью.
Рассмотрим обратную связь на примере автомати-
ческого регулятора. Все строительные и дорожные ма-
шины, оснащенные дизельными двигателями внутренне-
го сгорания ДВС, имеют центробежные регуляторы. Их
назначение — увеличивать подачу топлива в цилиндры
ДВС (например, у бульдозеров в момент резания грун-
та ножом) и уменьшать ее при холостом ходе. Упрощен-
ная схема такого регулятора показана на рис. 12. Ис-
полнительным органом регулятора па данной схеме яв-
ляется игла 4, изменяющая подачу топлива в двигатель
(в действительности у дизеля перемещается не игла, а
рейка топливного насоса высокого давления). Если буль-
дозер выполняет переход от резания грунта к его транс-
портировке, то сопротивление перемещению уменьша-
ется и создается избыточный крутящий момент, а ско-
рость вращения вала двигателя начинает расти. Под
действием возросшей центробежной силы расходятся
грузики 2, преодолевая силу пружины 3 чувствитель-
ного элемента регулятора, муфта 1 регулятора подни-
мается кверху и игла 4 опускается вниз. Уменьшается
подача топлива в двигатель, и уменьшается скорость
вращения вала двигателя. Таким образом регулятор
противодействует изменению регулируемой величины —
скорости вращения, стремится стабилизировать ее зна-
чение.
25
12. Регулятор частоты враще-
ния дизельного ДВС
7 — муфта; 2 — грузики; 3 —
пружина; 4 — игла (дозатор
топлива)
Па рис. 13 показана структурная схема рассматри-
ваемого регулятора. Здесь объект регулирования О
(дизельный двигатель) подвергается как изменению на-
грузки (пунктирная стрелка), так и управляющему воз-
действию регулятора Р (сплошная стрелка). Это вызы-
вает изменение скорости вращения двигателя Асо, ока-
зывающее обратное, воздействие па регулятор (показа-
но жирной линией со стрелкой). Следовательно, такой
регулятор обладает отрицательной обратной связью,
т. е. уменьшение скорости вращения вала двигателя вы-
зывает увеличение подачи топлива и наоборот.
§ 6. КЛАССИФИКАЦИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ
СРЕДСТВ АВТОМАТИЗАЦИИ
В пашей стране разработана Государственная систе-
ма приборов (ГСП), в рамках которой начат выпуск
датчиков, преобразователей, приборов, исполнительных
механизмов и других средств и устройств автоматиза-
ции с унифицированными входными и выходными сиг-
налами. Конструкции устройств, охваченных ГСП, так-
же унифицированы. Введение такой системы способст-
вует широкому внедрению стандартных элементов и
модулей в средствах автоматизации и сокращению не-
оправданного увеличения их номенклатуры.
Рассмотрим некоторые положения ГСП. Так, для
26

унификации блоков, приборов и устройств электриче-
ской ветви ГСП для сигналов тока желательны диа-
пазоны: 0—5 мА; 0—20 мА; а для сигналов напряжения:
О—10 мВ; 0—100 мВ; 0—1 В; 0—10 В; частотные ха-
рактеристики ограничены диапазоном 1500—2500 Гц.
Для пневматической ветви, согласно ГСП, выделен ди-
апазон давления сжатого воздуха 20... 100 кПа.
По функциональному признаку все изделия ГСП раз-
деляются на четыре группы устройств (средств авто-
матики) .
1.	Средства для получения информации о парамет-
рах состояния объектов контроля, регулирования или
управления, называемые измерительными элементами
или датчиками. В эту группу входят первичные измери-
тельные преобразователи (переводят контролируемый
параметр в выходную физическую величину: напряже-
ние, ток, усилие и т. д.) и нормирующие преобразова-
тели, переводящие выходной сигнал в унифицирован-
ный.
2.	Средства для приема, передачи и переработки из-
мерительной информации, а также для преобразования
и передачи управляющих команд, включающие усили-
тели сигналов, каналы связи, преобразователи и срав-
нивающие устройства, называемые преобразующими
элементами. В эту группу входят устройства телемеха-
ники, телесигнализации, телеуправления, устройства со-
гласования и др.
3.	Средства для получения информации о задачах
автоматического контроля, регулирования или управ-
ления, включающие запоминающие и программные
устройства, преимущественно на базе микропроцессов
и мпкроЭВМ, которые называются задающими эле-
ментами.
4.	Средства для регулирования параметров контро-
лируемых процессов, называемые исполнительными эле-
ментами. Они состоят из усилителей входных сигналов
и исполнительных механизмов, преобразующих эти
сигналы в энергию механических перемещений.
В некоторых автоматических системах присутствуют
не все перечисленные элементы, однако отдельные эле-
менты могут выполнять сразу несколько функций. На-
пример, центробежный регулятор частоты вращения ва-
ла двигателя прямого действия является как измери-
тельным элементом, так и исполнительным устройством.
27
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1.	Что такое автоматизация процессов?
2.	Что такое объект управления, управляющее устройство?
3.	Как классифицируются системы автоматического управле-
ния по назначению — задачам, стоящим перед системами?
4.	Каковы основные функциональные элементы системы авто-
матического измерения?
5,	Основные виды погрешностей.
6.	Что понимается под классом точности прибора?
7.	Что такое управление по отклонению, по возмущению?
8.	Что понимается под экстремальным управлением?
9.	Что такое кибернетика?
,10. Каково главное назначение обратной связи в системах уп«
равления и регулирования?
ГЛАВА II
ДАТЧИКИ КОНТРОЛЯ И РЕГУЛИРОВАНИЯ
§ 7. ОПРЕДЕЛЕНИЕ
И КЛАССИФИКАЦИЯ ДАТЧИКОВ
Датчик (измерительный преобразователь) — средство
измерения, которое преобразует измеряемую физиче-
скую величину в сигнал для передачи, обработки или
регистрации.
Основные функции датчиков — преобразование од-
ной физической величины (давления, температуры, пе-
ремещения и т. д.) в другую, обычно электрическую.
Первый преобразователь, непосредственно воспринима-
ющий параметр состояния (например, температуру, дав-
ление, перемещение машин и их частей), называется
чувствительным элементом датчика. Параметр состоя-
ния как физическая величина может быть представлен
в единицах ее измерения (например, давление — в Па)
или в косвенных показателях (например, то же давле-
ние— пропорционально величине электрического сопро-
тивления). После основного (воспринимающего) эле-
мента в системе датчика может устанавливаться другой
преобразователь, служащий для получения в удобной
форме сигнала о параметре. Вид выходного сигнала за-
висит от условий дальнейшего его использования.
В простейшем случае датчик состоит из одного пре-
образующего элемента, выполняющего две функции:,
восприятия и преобразования. К таким датчикам отно-
сятся, например, термометр сопротивления, термопара..
Сложные датчики могут состоять из большего числа
преобразующих элементов, каждый из которых в дру-
гих устройствах может использоваться как самостоя-
тельный датчик. Параметр состояния, воспринимаемый,
чувствительным элементом, называется входной вели-
чиной датчика, а сигнал последнего преобразующего-
элемента —выходной величиной.
Датчики классифицируют по характеру входного и
выходного сигналов, а также по принципу действия. По
входному сигналу (по назначению) различают
датчики температуры, перемещения (скорости), давле-
ния и др. По выходному сигналу датчики делят
на неэлектрические и электрические, а последние — на
параметрические и генераторные. По принципу
действия различают датчики активного сопротивле-
ния, емкостные, электромагнитные, термоэлектрические
и др. В параметрических датчиках под действием вход-
ного сигнала изменяется какой-либо параметр датчика
(сопротивление, емкость, индуктивность) и соответст-
венно его выходная величина. Для работы параметри-
ческих датчиков требуется внешний источник энергии.
Генераторные датчики под действием входного сигнала
генерируют ЭДС и не требуют дополнительного источ-
ника энергии. Такие датчики включают термопары, фо-
тоэлементы, генераторы напряжения.
Свойства датчиков определяются их статическими,,
динамическими и частотными характеристиками и оце-
ниваются рядом показателей.
Чувствительность датчика определяют исходя из его
статической характеристики. Чувствительность Л равна
отношению изменения выходного сигнала А У к измене-
нию входного сигнала ДА7 (/\ = ЛУ/ЛД) и является раз-
мерной величиной. У линейных датчиков чувствитель-
ность во всем рабочем диапазоне измерений одинакова,,
а уравнение статики имеет вид: Y=KX + X0.
Инерционность датчика заключается в запаздыва-
нии появления или исчезновении сигнала на выходе по
сравнению с моментом появления или исчезновения сиг-
нала на входе.
Минимальное значение входного сигнала, которое
29
можно обнаружить с помощью данного датчика, состав-
ляет его порог чувствительности, а максимальное зна-
чение входного сигнала, которое может быть восприня-
то датчиком без искажения и повреждения, — предел
преобразования. Разница между пределом преобразова-
ния и порогом чувствительности составляет динамиче-
ский диапазон измерения.
На СДМ устанавливают электрические и неэлектри-
ческие датчики. Полученные с их помощью данные в
дальнейшем используют для информирования машини-
ста о состоянии узлов и агрегатов машины и для авто-
матического регулирования контролируемых процессов.
В первом случае на приборном щитке устанавливают
вторичные датчики (указатели), преобразующие сигнал
первичного датчика в сигнал, удобный для визуаль-
ного наблюдения (световая и стрелочная индикация).
Во втором случае датчик является частью системы ав-
томатического регулирования.
§ 8. ДАТЧИКИ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ
Устройства, служащие для получения информации
о положении элементов, устройств, механизмов или их
частей путем преобразования линейных или угловых
перемещений в электрические или другие величины, на-
зываются датчиками перемещения или положения.
Простейшее устройство двухпозиционного (релейно-
го) типа для контроля положения механизмов или их
частей — концевой или путевой выключатель.
_К.о и т а к г н ы й_ к о н ц е в о й (к о и с ч н ы й) в ы-
к л ю ч а т е л ь рычажного'типа, ограничивающий линей-
ное перемещение (рис. 14, а) работает следующим об-
разом. При достижении механизмом или его частью ка-
кого-либо крайнего положения этот механизм нажимает
на рычаг / концевого выключателя, который переклю-
чает контактную группу 2.
Для ограничения углового перемещения механизма
служит, например, шпиндельный выключатель (рис.
14,6). Он имеет винт, соединенный с валом механизма
через зубчатую или цепную передачу, при вращении
которого гайка (кулачок) перемещается до наезда на
левый пли правый выключатель. В редукторных выклю-
чателях вращение от вала механизма передается ры-
чагу выключателя через червячный редуктор, а также
30
14. Концевые выключатели
а— рычажный; б — шпиндельный; Z —рычаг; 2 —контактная группа
замыкающие и размыкающие кулачковые шайбы, смон-
тированные на его выходном валу.
В слаботочных системах автоматического управле-
ния распространены так называемые микропереключа-
тели (рис. 15). Они имеют один замыкающий 1 и один
размыкающий 2 контакты, расположенные в корпусе 3.
С помощью пружины 4 и толкателя 7 приводится в
действие подвижный контакт 5. Толкатель приводится
в движение рабочим органом машины, положение кото-
рого контролируется. В приведенной схеме концевой вы-
ключатель выключает привод рабочего органа, когда по-
следний достигает крайнего положения. Второй контакт
концевого выключателя может быть использован для
включения, например, механизма реверса.
Л_Д а тч и к и у г ло в о г о по лож ен и я	(ДУП)
предназначены для автономного контроля углового ко-
15. Микропереключатель
1, 2 — замыкающий и размыкающий контакты; 3— корпус; 4 — фигурная
пружина; 5 — подвижный контакт; 6 — возвратная пружина толкателя; 7 —
толкатель
13. Поплавковый датчик для измерения углового положения машины
18. Бесконтактный концевой (пу-
тевой) выключатель
17. Реостатный датчик
t— пружина (электропроводная); 2 — перемещающийся контакт; 3— обмотка
на каркасе; 4, 5, 7 — выводы обмотки 3; 6 — ось
ложения рабочего органа или рамы СДМ. Они бывают
маятниковые или поплавковые (рис. 16). Отклонение
машины от горизонтали вызывает поворот корпуса дат-
чика и перемещение штока, с которым связан золотник
распределителя.
На рис. 17 показан реостатный датчик сопротивле-
ния непрерывного действия, представляющий собой рео-
стат с перемещающимся контактом 2. Подвижный кон-
такт жестко укреплен на оси, которая связана с поло-
жением механизма. Каждому угловому положению оси
соответствует определенная величина сопротивления ре-
остата.
В схемах автоматики помимо контактных датчиков
положения применяют индуктивные, емкостные, магнит-
ные, полупроводниковые и другие бесконтактные дат-
32
HL Преобразователи величины перемещения в индуктивное и емкостное
сопротивление
и, б — индуктивные элементы; в, г —емкостные элементы
чики, а также фотоэлементы и гамма-электронные реле.
Применение указанных датчиков имеет ряд преимуществ
по сравнению с механическими датчиками вследствие
отсутствия непосредственного механического контакта
между контролируемым движущимся объектом и чувст-
вительным элементом.
На рис. 18 показана функциональная схема бес-
контактного концевого выключателя.
Преобразователь выключателя представляет собой по-
лупроводниковый генератор. Возникновение или отсут-
ствие в цепи ЭДС U1 зависит от наличия металличе-
ского экрана между его обмотками Т. Металлическим
экраном может служить выступающий язычок (зубец)
на тонком вращающемся диске (для измерения угло-
вых перемещений) или на рейке (для линейных пере-
мещений). С целью повышения разрешающей способно-
сти выключателей, уменьшения габаритов чувствитель-
ного элемента и обратного воздействия его на контро-
лируемый элемент, а также для получения большей
2-азо?
33
мощности сигнала на выходе выключателя U3 схема
последнего содержит двухкаскадный релейный усилитель,,
который выполняет также роль преобразователя высо-
кочастотных колебаний в сигнал постоянного тока U2.
Индуктивные и емкостные датчики (рис. 19) рабо-
тают на принципе изменения реактивного сопротивле-
ния в зависимости от величины зазора между подвиж-
ной и неподвижной частями. Для индуктивного датчика
величина сопротивления, Ом, пропорциональна индук-
тивности L, Гн:
L
где 1Г— число витков; <!>—магнитный поток, Вб; I — ток, Л.
Для емкостного датчика величина сопротивления об-
ратно пропорциональна емкости, определяемой но фор-
муле
С з(Д/8,
где С --емкость, Ф; S --площадь, м2; 6 — зазор, м; е — относи-
тельная диэлектрическая ирошщаемость; Ю — электрическая по-
стоянная, Ф/м.
Для измерения углов рассогласования механически
нс связанных валов, например при дистанционном уп-
равлении объектами, могут использоваться специальные
электрические машины—сельсины. Сельсин имеет две
обмотки: однофазную и трехфазпую, которая состоит из
соединенных в звезду трех однофазных обмоток, маг-
нитные осн которых сдвинуты па 120 °C относительно
друг друга. Одна из обмоток располагается па статоре,
другая — па роторе.
Сельсинная связь состоит из двух сельсинов: сель-
сина-датчика СД п сельсина-приемника СП. Концы
трехфазпых обмоток СД и СП соединяются, однофаз-
ная обмотка СД подключается к источнику переменно-
го напряжения. Если однофазная обмотка СП также
подключается к тому же источнику питания, сельсинная
связь работает в индикаторном (силовом) режиме
(рис. 20, а'). При повороте ротора СД па некоторый
угол а в обмотке статора возникают токи, создающие
в пей магнитный поток. При взаимодействии этого по-
тока с магнитным потоком ротора СП, повернутого на
угол Д возникает синхронизирующий момент, который
стремится устранить рассогласование. Вследствие тре-
,34
аия при вращении роторов и момента нагрузки слеже-
ние осуществляется с некоторой ошибкой, т. с. ат^Р-
Этот режим работы сельсинной связи используется для
дистанционного управления работой объекта (индуктив-
ная схема).
Однофазная обмотка СП может не подключаться к
источнику питания (рис. 20,6). В этом случае сельсин-
ная связь работает в трансформаторном режиме и ис-
пользуется как датчик, входным сигналом которого яв-
ляется усол поворота СД (угол рассогласования у), а
выходным — напряжение в однофазной обмотке СП,
близкое к Иск—По cos у. Синхронизирующий момент при
лом незначителен.
Цифровые датчики углов носорога — основные эле-
менты измерительных систем с цифровым отсчетом. Они
являются датчиками дискретного- действия. Наиболее
широкое применение получили датчики с кодирующим
дщ ком (рис. 21).
Кодирующие диски КД наиболее часто выполняются
либо контактными, либо с фотоэлектрическим считыва-
ющим устройством. В первом случае рисунок кода на-
носится на диск токопроводящим материалом, считыва-
ние производится при помощи щеток, во втором — име-
ются прозрачные участки (рис. 21, а) кодовой маски.
Диск КД просвечивается источником света—лампой Л,
расположенной по одну сторону (рис. 21, б), по дру-
гую сторону диска располагаются фотоэлементы или
фотодиоды. Угол считывается при помощи закодирован-

35
21. Цифровой датчик углов
поворота
22. Фотоэлектрические датчики
а —- схема фотоэлемента; и — схема фоторезистора; в — схема фотодиода; г —
схема фотоумножителя; 1 — катод; 2— анод; 3 — слой полупроводника
пого сигнала. Обычно для записи применяют систему
двоичного счисления.
Фотоэлектрические датчики применяют
для дистанционного измерения перемещений. Принцип ра-
боты этих датчиков основан на фотоэлектрическом эф-
фекте. Различают следующие фотоэлектрические дат-
чики: фотоэлементы, фоторезисторы, фотодиоды и фо-
тотриоды.
Фотоэлемент — это устройство, в котором под дейст-
вием падающего па пего света возникает фототок. Они
бывают электровакуумными и полупроводниковыми.
Электровакуумный фотоэлемент представляет собой
стеклянную вакуумную колбу с нанесенным внутри с
одной стороны слоем катода и с центральным анодом
(рис. 22, а). В этом устройстве фотоэлектрический ток
насыщения прямо пропорционален величине светового
потока J, поглощаемого катодом.
Фоторезисторы — это устройства, имеющие светочув-
ствительный слой однородного полупроводника (селен,
сурьма и др.) (рис. 22, б).
36

Работа фоторезистора основана на изменении со-
противления полупроводникового слоя при его освеще-
нии. Следует отметить, что у фоторезисторов изменяет-
ся характеристика (величина силы тока) при измене-
нии температуры окружающей среды. Чувствительность
фоторезисторов выше, чем фотоэлементов. Однако фо-
тоэлементы являются безынерционными элементами, в
то время как фоторезисторам свойственна инерцион-
ность процесса нарастания фототока при его освещении.
Вентильные фотоэлементы (фотодиоды) генерируют
собственную ЭДС при освещении их световым потоком.
Принципиально они представляют полупроводниковый
диод, область р— «-перехода которого может быть об-
лучена светом (рис. 22, в). Возникновение ЭДС объяс-
няется тем, что в результате поглощения кванта света
в области р— «-перехода (или вблизи перехода) от-
дельные электроны увеличивают свою энергию и раз-
рывают межатомные связи в кристалле. В результате
этого с обеих сторон перехода или с одной стороны об-
разуются свободные электроны и дырки. Следователь-
но, область п заряжается отрицательно, область р —
положительно.
Электровакуумные фотоэлементы в последнее время
заменяются более эффективными полупроводниковыми
фотоэлементами и электровакуумными фотоэлектронны-
ми умножителями (рис. 22, г). В последних за счет ис-
пользования явлений вторичной эмиссии промежуточ-
ных эмиттеров (Э| — Э5), расположенных между като-
дом К и анодом А, поток электронов, испускаемый ка-
тодом, может быть усилен в 105—106 раз. Это позволяет
применять фотоумножители без последующего усиле-
ния сигнала.
С точки зрения динамики фотодиоды безынерци-
онны, однако их характеристики изменяются под воз-
действием температуры.
§ 9. ДАТЧИКИ СИЛОВОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ
Любые перемещения тел в пространстве происходят
только под силовым воздействием на них других тел
или полей. Чтобы выявить эти силы и разумно управ-
лять ими, применяют различные силовые датчики. Их
условно можно разделить на следующие группы: датчи-
ки усилий (давления), непосредственно воспринимаю-
37
Ь 23. Чувствительные элементы давления
а— U образна;; запаянная трубка; б — U-образная незапаяппая трубка;
з — сильфон; г — мембрана; д, с — трубчатые пружины: ж, з — дифференци-
альные датчики; и, к— контактный н тепловой датчики давления
щие давление жидкостей п газов; датчики деформации
твердых тел; датчики колебаний.
Давление — сила, приходящаяся на единицу площа-
ди. При определении давления применяют в основном
первичные преобразователи силы, связанные: с изме-
нением высоты столба жидкости, перемещением упру-
гих элементов, электрическим сопротивлением или элек-
тродвижущей силой.
38
В табл. 1 приведены основные чувствительные эле-
менты датчиков силового воздействия, показанные на
рис. 23—28.
Как показано на рис. 23, действие механических чув-
ствительных элементов давления сводится к зависимо-
сти (кроме жидкостных элементов)
А/р = kAp,
где Д6 — величина перемещения элемента, мм;
k — коэффициент, обусловливающий геометрические размеры
и механические свойства элемента;
Др — изменение давления, Па.
Для жидкостного U-образного элемента уровень
жидкости равен:
(р-ра)/7,
где р — давление в сосуде (давление рабочей среды), Па;
ра—атмосферное давление, Па;
у — удельный вес жидкости, Н/м3.
1. Классификация и принцип действия чувствительных
элементов датчика силового воздействия
Параметр	Чу вс т ви т ел ьн ый элемент?	Преобразуемый пара- метр	Схема на рис. №
Давление	Жидкостный	Высота столба жидко- сти от давления	23, а, б
»	Сильфон	Перемещение сво- бодного конца герме- тичной гофрирован- ной трубки	23, в
»	Мембрана	Перемещение плоско- сти гофрированной пластины	2.3. г, и, к
»	Трубчатая пру- жина	Угол раскручивания пружины	23, д, с
Деформация (давление)	Тензометр	Электрическое сопро- тивление	24, 25
Колебания (упругая де- формация)	Пьезоэлектри- ческий кри- ст алл	Эл с ктр пч ее ни й заряд элемента (пьезоэлек- трический эффект)	27, 28
Все рассмотренные элементы, кроме жидкостного с
запаянной трубкой, являются дифференциальными, так
как элементы находятся под действием разности давле-
ний р— рц.
При необходимости измерять разность давлений в
двух точках pi и р2 удобнее применять специальные
39
• 24. Тензометрические чувствительные элементы
а — тензолит; б — проволочный элемент; в — схема включения датчика; г —
фольговый элемент
дифференциальные чувствительные элементы, используя
те же сильфоны или мембраны (рис. 23, ж, з).
При частых колебаниях давлений упругие чувстви-
тельные элементы вследствие их инерционности приме-
нять нецелесообразно, а иногда и невозможно. В этих
случаях, а также в случае определения деформации
(результат воздействия давления па тело) применяют
специальные тензометрические или пьезоэлектрические
датчики.
Принцип действия тензометрических датчиков
(рис. 24) основан на тензометрическом эффекте — за-
висимости электрического сопротивления чувствительно-
го элемента (уголь, графит, металл, полупроводник) от
его деформации.
Элементы, Выполненные в виде стержня из порошка
угля, сажи или графита, наклеенного на полоску бу-
маги (рис. 24, а), называются тензолитами.
Более широкое распространение получили датчики
с проволочными чувствительными элементами (рис. 24, б).
На полоску бумаги наклеивают зигзагообразную тон-
кую константановую или нихромовую проволоку с мед-
ными выводами.
Схема включения датчика изображена на рис. 24, в.
При изменении силы Р изменяются размеры тела (дета-
ли), на которые наклеен тензодатчик. Это вызывает
изменение его длины и, следовательно, его электриче-
ского сопротивления, регистрируемого прибором РА.
Датчики, в которых проволочная решетка заменена
40
25. Тензодатчик с двумя нена-
йденными резисторами, соединен-
ными в полумост
1 — выводы; 2 — чувствительная ре-
шетка; 3 — плоская пружина; 4—
опоры; 5 — штифты из изоляционно-
го материала (фарфора)
26. Датчик ДСТБ-С-016
1 — упругий элемент; 2— опорный шарикоподшипник; 3— корпус; 4—опора
тензорезисторов; 5 — каркас компенсационных резисторов; 6 — проходной изо-
лятор; 7 — плата контактная; 8 — нижняя крышка; Р—-резистор температур-
ной компенсации; 10 — тензорезистор; // — верхняя крышка
решеткой из тонкой фольги, обладают значительно мень-
шей чувствительностью к поперечным деформациям, так
как на закруглениях решетка имеет значительно боль-
шее сечение, в связи с чем чувствительность этого дат-
чика к поперечным деформациям ничтожна.
В практике испытаний конструкций применяют дат-
чики с непетлевой решеткой, которые практически нс
имеют поперечной чувствительности. Решетка в этйх
датчиках образуется пучком параллельных тонких про-
волок, которые располагаются один от другого на рас-
стоянии 0,2—0,6 мм и последовательно соединяются
низкоомными перемычками из топкой фольги. Эти дат-
чики, как ц фольговые, обеспечивают высокую стабиль-
ность измерений.
Деформации при высоких температурах измеряют
датчиками с термокомпенсированной решеткой, состоя-
щей из двух материалов с различными температурными
коэффициентами сопротивления, например из констан-
тана и меди.
В последние годы более широко применяются полу-
проводниковые тензорезисторы, которые обладают зна-
41
• 27. Пьезоэлектрический датчик усилий
/ — корпус; 2 — пьезоэлектрические пластины; 3— опорная плита
28. Пьезоэлектрический вибродатчик
/ — токоприемник; 2— пружина; 3 — корпус; 4— инерционный элемент; 5
основание корпуса; 6 — пьезоэлектрические шайбы; 7 — электрод
Чителыю большей тепзочувствнтслыюетью, чем констан-
тановые проволочные п фольговые. Коэффициент тсп-
зочувствнтелыюстн полупроводниковых теп зорез! кторов
достигает 100 и даже 200, тогда как у константановых
равен 2. По температурные характеристики полупровод-
ников теизорезпегоров значительно хуже константано-
вых.
Кроме наклеиваемых тепзорсзисторов в системах ав-
томатического управления применяют ненаклеиваемые
проволочные тепзорезисторы. Опп обладают рядом цен-
ных качеств, основное из которых — высокая стабиль-
ность пулевой точки. Но ненаклеиваемые тензорезпсте-
ры имеют сложную конструкцию (рис. 25), что затруд-
няет их изготовление и повышает стоимость. Однако в
ря./гс случаев это оправдано. Так в конструкции датчика
ДСТБС 016 (рис. 26), предназначенного для измерения
сжимающих усилий, применены ненаклеиваемые тспзо-
резисторы. Датчик используется в системах автоматиче-
ского взвешивания материалов, хранящихся в бункерах
и закрытых емкостях (см. гл. XI).
Принцип действия пьезометрических датчиков осно-
ван на преобразовании механической энергии в элект-
рическую в соответствии с пьезоэлектрическим эффек-
том— возникновением электрических зарядов на по-
42
29. Датчики расширения
а — дилатометрический; б — жидкостный стеклянный; в — биметаллический;
г — спиральный; 1 — внутренний стержень; 2— наружный стержень; 3 — до-
нышко
верхностях некоторых кристаллов, например, титаната
бария при механическом воздействии на них (рис. 27).
С точки зрения динамики эти датчики являются бе-
зынерционными элементами, поэтому их наиболее эф-
фективно использовать в быстро протекающих динами-
ческих процессах. Для измерения упругих колебаний
частей машин применяют вибродатчики (рис. 28). Здесь
пьезоэлектрические шайбы 6 находятся между подпру-
жиненной массой 4 и основанием корпуса 5 с резьбо-
вым отверстием для крепления па вибрирующую по-
верхность. Благодаря инерции масса 4 оказывает на
пьезокристаллы периодическое силовое воздействие с
частотой колебаний контролируемого тела. Диапазон из-
мерения колебаний от 15 до 30000 Гц. Вибродатчики
такого типа широко применяются для оценки техниче-
ского состояния агрегатов СДЛА, например топлпвопо-
дающей аппаратуры дизельного ДВС. В этом случае
вибродатчики крепятся на форсунки.
Датчики давления в системе смазки ДВС работают
следующим образом. В контактных датчиках давления
(см. рис. 23, и) при снижении давления ниже допусти-
мого уровня мембрана перемещается и соединенный с
ней подвижной контакт замыкает электрическую цепь,
в которой установлена сигнальная лампа.
Датчики давления электротеплового типа, устанав-
ливаемые в масляном канале блока цилиндров (см.
43
рис. 23, к), содержат в качестве чувствительного эле-
мента биметаллическую пластину с обмоткой из изоли-
рованной проволоки. Биметаллическая пластина состо-
ит из двух скрепленных полос из металлов с разными
коэффициентами линейного расширения (например, ла-
туни и инвара, у которых эти коэффициенты отличают-
ся почти в 20 раз). Под действием протекающего тока
биметаллическая пластина нагревается, что вызывает ее
изгиб в сторону металла с меньшим коэффициентом ли-
нейного расширения (инвара — сплава железа 64% и
никеля 36%) и размыкание контактов. При охлажде-
нии контакты вновь замыкаются, и процесс циклически
повторяется. Время протекания тока в электрической
цепи зависит от силы сжатия контактов. При малом
давлении масла контакты сжаты слабо, и они замыка-
ются редко.
С увеличением давления мембрана выгибается влево;
соответственно увеличивается прогиб биметаллической
пластины и время протекания электрического тока по
цепи, которая соединяет датчик давления с указатель-
ным прибором на щитке в кабине машиниста.
§ 10. ДАТЧИКИ ТЕМПЕРАТУРЫ
Для контроля и регулирования температуры различ-
ных процессов используют методы, основанные на явле-
ниях теплового расширения тел (с различными коэф-
фициентами расширения), изменения давления газа
внутри замкнутого объема пли электрического сопро-
тивления проводников н полупроводников при измене-
нии температуры, па термоэлектрических явлениях.
Датчики расширения преобразуют изменение темпе-
ратуры в перемещение конца стержня или уровня жид-
кости. Их принцип действия заключается в следующем.
Дилатометрический элемент — простей-
ший элемент расширения (рис. 29, а) состоит из двух
стержней — внутреннего 1 и наружного 2. Оба стержня
жестко укреплены па донышке 3. Коэффициент линей-
ного расширения наружного стержня, имеющего форму
трубки, в 10—20 раз больше коэффициента расширения
внутреннего стержня, изготовленного из инвара или ке-
рамики. Активный стержень, имеющий больший коэф-
фициент линейного расширения, делают из цветных ме-
таллов (меди, латуни) или стали.
44
При одинаковой степени нагрева обоих стержней их
относительное удлинение будет пропорционально раз-
ности коэффициентов линейного расширения стержней,
приращению температуры С первоначальной их длине,
принятой равной длине стержня с большим коэффици-
ентом расширения.
Жидкостные элементы расширения
являются разновидностью дилатометрических. Пассив-
ный элемент, имеющий малый коэффициент линейного
расширения, представляет собой стеклянную трубку
(рис. 29, б), заполненную жидкостью (например, эти-
ловым спиртом). Эта жидкость является активным эле-
ментом, обладающим большим коэффициентом линей-
ного расширения.
Биметаллический чувствительный эле-
мент представляет собой две металлические пласти-
ны с различными коэффициентами линейного расшире-
ния, сваренные между, собой (рис. 29, в). При измене-
нии температуры свободный конец биметаллической пла-
стины перемещается в сторону металла с меньшим
коэффициентом линейного расширения, а изменение угла
изгиба пропорционально изменению температуры.
Датчик температуры электротеплового типа с биме-
таллической пластиной аналогичен электротепловому
датчику давления (см. рис. 23, к) и представляет собой
герметический патрон с наружной резьбой для ввинчи-
вания в головку блока цилиндров ДВС. С увеличением
температуры охлаждающей жидкости деформация плас-
тины увеличивается, что приводит к уменьшению сред-
ней силы тока в цепи. Это изменение и воспринимается
указателем температуры в кабине машиниста СДМ.
В ряде случаев чувствительность датчиков с биме-
таллической пластиной можно повысить за счет длины
элемента, в частности, путем применения спиральных
элементов (рис. 29, г).
Манометрические чувствительные эле-
менты (рис. 30) представляют собой герметичную
систему, состоящую из термобаллона ] и упругого эле-
мента 3, соединенных между собой капиллярной труб-
кой 2. Система заполнена газом или жидкостью. В ка-
честве упругих элементов могут быть использованы как
сильфоны, так и мембраны, пружины и др.
Измеряемая температура ta воспринимается термо-
баллоном 1. Нагревание его приводит к повышению
45
* 30. Манометрический чувствительный элемент
1 — термобаллон; 2 — капиллярная трубка; 3 — упругий элемент; — из-
меряемая температура; /о — температура среды термобаллона
3J. Термостат для регулирования температуры охлаждающей жидкости дви-
гателя
давления газа или жидкости, находящихся в практпчс-
ски постоянном объеме. В упругом элементе изменение
давления преобразуется в перемещение.
С целью уменьшения влияния атмосферного давления
термоэлементы часто заполняют азотом или другим га-
зом под давлением. Относительное изменение давления
в них пропорционально изменению температуры.
Некоторые датчики расширения широко использу-
ются на всех СДМ с двигателями внутреннего сгорания.
Так, датчиком температуры в системе охлаждения дви-
гателя служит термостат (рис. 31). Он представляет
собой гофрированный баллон (сильфон), внутри которо-
го находится легкоиспаряющаяся жидкость или твер-
дый наполнитель с большим коэффициентом линейного
расширения (например, церезин). При повышении тем-
пературы баллон удлиняется, а при понижении — со-
кращается. При этом закрепленный па баллоне клапан
включает и отключает радиатор, поддерживая таким
образом необходимую температуру.
Чувствительные элементы термоме т-
ров сопротивления (рис. 32) представляют собой тон-
кую металлическую проволоку, намотанную на каркас
(терморезистор), или полупроводниковый термисторный
элемент, защищенные кожухом. Электрические элемен-
ты сопротивления и термисторы предназначены для оп-
ределения температуры путем измерения величины со-
противления металла или полупроводника, которое из-
меняется при их нагреве.
Для проводниковых терморезисторов используют чис-
тые металлы? медь, никель, платину. Их статическая ха-
43
32.*Чувствительные элементы термометров сопротивления
.j: — проводниковый; б — полупроводниковый; в — статические характеристики
33. Схемы включения тер-
мопар
рактеристика в диапазоне 0—100 °C практически линей-
на (рис. 32, в):
Д (1 + С) ,
где Ru -- сопротивление при 0 °C, Ом;
t— температура, °C;
а — температурный коэффициент электрического сопротивле-
ния, а= (4—6)10—3 1/°С.
Для никелевых терморезисторов характерно высокое
удельное электрическое сопротивление и большие зна-
чение а, что позволяет выполнять датчики малых раз-
меров.
Полупроводниковые элементы (термисторы) изго-
товляют из смеси окислов никеля, марганца, кобальта,
магния, титана, спрессованных и спеченных при высо-
кой температуре в виде стержней, шайб, дисков и бу-
синок. Они имеют экспоненциальную характеристику
(рис. 32, в):
R RM exp [В (293 - Т)/2937’],
47
где Rm — сопротивление термистора при 20 °C;
В— коэффициент, зависящий от свойств материала, В—-
=2000—5000;
Т — термодинамическая температура.
Температурный коэффициент а термисторов отрица-
телен и в большой степени зависит от температуры а=
Достоинство термисторов — их высокая чувствитель-
ность, примерно в 10 раз большая, чем у проводнико-
вых терморезисторов.
Термоэлектрические преобразовате-
ли-термопары относятся к устройствам генератор-
ного типа. Они работают на принципе возникновения
термоэлектродвижущей силы (термо-ЭДС) в двух сва-
ренных друг с другом разнородных металлах А и В при
нагреве места спая (рис. 33). Величина ЭДС пропорци-
ональна разности температур At между спаем и свобод-
ными концами e=KAt (К — термоэлектрический коэф-
фициент, зависящий от свойств материалов термопары).
Величина термо-ЭДС не зависит от формы и геометри-
ческих размеров электродов. ЭДС на свободных концах
термопары объясняется тем, что энергия свободных элек-
тронов в разных материалах неодинакова и по-разному
зависит от температуры. Однако с ее увеличением энер-
гия свободных электронов возрастает. Это вызывает их
поток к холодному концу термопары, где накапливает-
ся отрицательный заряд. Разное число свободных элек-
тронов и вызывает разность потенциалов е на их сво-
бодных концах. При замыкании свободных концов поте-
чет электрический ток, величина которого пропорцио-
нальна разности tt —t2.
В практике измерений температуры место соедине-
ния электродов термопары с более высокой температу-
рой называют горячим или рабочим спаем, а с более
низкой — холодным или свободным. С помощью термо-
пар точно измеряется лишь разность температур рабо-
чего и свободного спаев, поэтому температура последне-
го должна поддерживаться постоянной.
Конструктивное исполнение термопар зависит от на-
значения. Чаще всего электроды термопары с рабочим
спаем помещают в герметизированной трубке из нержа-
веющей стали или фарфора, предохраняющих электро-
ды от механических и других повреждений.
Материалом термопар обынно являются: хромель-
34. Упрощенная схема пирометров
а — радиационного; б— фотоэлектрического цветового; J — окуляр; 2 — сфо*>
рическое зеркало-объектив; 3— зеркало; 4 — термопара; 5 —- регистрирую*
щая аппаратура; 6 — фотоэлемент; 7 — светофильтр иа вращающемся диске
копель, хромель-алюмель, платино-платинородий и др.
Генерируемая ими ЭДС составляет 0,01—0,07 мВ/°С.
Для повышения чувствительности термопар (до
1 мВ/°С) их изготовляют из полупроводников.
В качестве вторичных приборов к термопарам под-
ключают пирометрические милливольтметры, потенцио-
метры и электронные усилители.
Пирометрами называют приборы, предназна-
ченные для измерения температуры по тепловому излу-
чению. Это бесконтактные измерители температуры, т.е.
приборы не нуждаются в непосредственном контакте с
объектом измерения. Необходимо только обеспечить та-
кие условия, чтобы тепловое излучение объекта, темпе-
ратура которого измеряется, попадало в объектив пи-
рометра.
По принципу действия различают пирометры:
радиационные (суммарного излучения), в которых
используется энергия излучения широкой спектральной
области;
яркостные (монохроматические), работающие в до-
статочно узкой области длин волн;
цветовые, которыми регистрируется отношение спект-
ральных яркостей при двух длинах волн.
Кроме классификации по1 принципу действия, пиро-
метры различают по назначению (промышленные, ла-
бораторные, прецизионные), измеряемой температуре
(низкотемпературные, высокотемпературные, многопре-
дельные), области длины волн (инфракрасные, световые,
ультрафиолетовые)
49
• 35. Воспринимающие элементы расходов жидкостей и газов
а — скоростной; б — объемный; в — переменного перепада; г — постоянного
перепада
Автоматические пирометры, в которых приемником
теплового излучения является фотоэлемент, фотодиод
или фотосопротивление, называются фотопирометрами.
В системах автоматического регулирования широкое
распространение получили пирометры суммарного излу-
чения (радиационные), отличающиеся простотой и на-
дежностью датчика. У таких пирометров выходной сиг-
нал датчика, кроме низкотемпературных, достаточен
для использования показывающего прибора без усили-
теля. Основной недостаток радиационных пирометров —
большая методическая погрешность измерения.
Радиационный" инромеТр^ рефлекторного типа (рис.
34, о.) состоит из сферического зеркала 2, которым теп-
ловые лучи фокусируются па чувствительный элемент 4.
Сигнал от чувствительного элемента регистрируется из-
мерительным прибором 5. С помощью сферического зер-
кала 2, зеркал 3 и окуляра 1 пирометр визуально на-
водится на исследуемый объект.
В фотоэлектрическом цветовом пирометре (рис. 34, б)
тепловые лучи проходят через фильтры 7, закреплен-
ные на вращающемся с постоянной угловой скоростью
диске, п объективом 2 фокусируются на чувствитель-
ном элементе 6. Чувствительным элементом может быть
фотоэлемент или фотосопротивление. Сигнал с выхода
чувствительного элемента подастся па регистрирующее
устройство 5, которое состоит из усилителей, детектора,
работающего синхронно с диском со светофильтрами, и
догометра.
§ 11. ДАТЧИКИ РАСХОДА И УРОВНЯ
Различают следующие воспринимающие элементы
расхода: скоростные, объемные, переменного и постоян-
ного перепадов.
36. Поплавковый датчик уровня
37. Датчики угловой скорости
а — механический центробежный;
тахогенераторный; в— индукционный;
г — магнитоицдукционный
а) -
Скоростной воспринимающий элемент (рис. 35, о)
представляет собой крыльчатку 1, устанавливаемую в
потоке жидкости (газов). Вал крыльчатки передает
вращение на датчик системы регулятора.
Объемный воспринимающий элемент может
иметь различное конструктивное исполнение. Например,
в виде шестеренчатого насоса (рис. 35, б), в котором
овальные шестерни 1 при вращении за каждый оборот
пропускают строго определенный объем жидкости. В
качестве датчика расхода может применяться также ак-
сиально-поршневой гидравлический двигатель, к валу
которого и подключают измеритель.	J
Датчик с элементом переменного перепада
(рис. 35, в) работает по принципу разности давления
до и.после дросселя 1, которое регистрируется мано-
метром 2.
Да j чик постоянного перепада — ро т а -
м е т р (рис. 35, г) имеет в коническом корпусе 1 по-
56
плавок 2 с линейкой 3. Изменение расхода жидкости
или газа вызывает изменение положения поплавка и,
следовательно, проходного сечения между ним и кор-
пусом. Равновесие поплавка наступает при выравнива-
нии давления на входе и выходе среды из ротаметра.
Уровень жидкости или сыпучих материалов в отли-
чие, например, от температуры, давления можно непо-
средственно наблюдать. Однако если это невозможно,
то по.принципу измерения различают приборы:
1)	поплавковые и буйковые — чувствительным эле-
ментом является плавающий (рис. 36) или полностью
погруженный в измеряемую жидкость поплавок (буек);
2)	емкостные — используется изменение, электриче-
ской емкости датчика при изменении уровня измеряемой
среды;
3)	радиоактивные —основаны на изменении проте-
кающего через объект потока излучения при изменении
уровня;
4)	мембранные — чувствительным элементом являет-
ся мембрана, давление столба измеряемой жидкости
уравновешивается упругой деформацией мембраны или
пружины;
5)	давления (поплавковые, сильфонные, мембран-
ные)— основаны на измерении давления столба рабо-
чей жидкости.
§ 12. ДАТЧИКИ СКОРОСТИ И УСКОРЕНИЯ
Датчики угловой скорости (тахометры)
предназначены для измерения и регулирования скорости
вращения валов. Наиболее распространены механиче-
ские и электрические тахометры (рис. 37).
Статическая характеристика механических тахомет-
ров получается из равенства усилий со стороны грузов
и пружины. Например, для варианта, показанного на
рис. 37, a, CY=mruPtg Р; Y—mrePlgfi/C.
Отсюда	К == Л Y/Ао> = 2/гагш0 tg р/С,
где т — масса шариков;
г — радиус расположения центра тяжести шариков;
Р — угол наклона чашки;
очи—установившаяся скорость вала тахометра;
С — жесткость пружины.
Электрические тахометры (тахогенераторы) пред-
ставляют собой малогабаритные генераторы постоянно-
го или переменного тока.
52
Тахогенераторы постоянного тока (рис. 37, б) вы-
полняют с независимым (стабилизированным) возбуж-
дением или возбуждением в виде постоянных магнитов.
Напряжение генератора ПВЬ1Х пропорционально скоро-
сти вращения его ротора [7ВЬ1Х = Л'со. Статическая, ха-
рактеристика промышленных тахогенераторов линейна,
погрешность измерений составляет 2—3 %.
Синхронные тахогенераторы (трехфазные) перемен-
ного тока имеют ротор в виде постоянного магнита. При
его вращении в обмотках статора наводится ЭДС с ча-
стотой и амплитудой, пропорциональными частоте
вращения, которая и является выходным сигналом. По-
скольку этот сигнал в качестве управляющего непосред-
ственно использован быть не может, применяют пре-
образователи частоты ЭДС в ток (электронные часто-
томеры). Их погрешность 0,1—0,5 %.
Для измерения угловой скорости широко применяют
индукционные датчики (импульсные генераторы). Их
работа основана на явлении электромагнитной индук-
ции, заключающемся в наведении ЭДС в электрическом
контуре за счет изменения магнитного потока.
Индукционный датчик (рис. 37, в) состоит из вра-
щающегося зубчатого ротора 1 и неподвижного посто-
янного магнита 2 с обмоткой 3. При вращении ротора
к полюсам магнита попеременно подходят то два вы-
ступа, то две впадины. Это приводит к изменению маг-
нитного потока.в сердечнике и появлению в обмотке
электрического тока, амплитуда и частота которого про-
порциональны частоте вращения колеса.
Магнитоиндукционпые тахометры (спидометры) име-
ют цилиндрический или дисковый токопроводящий эле-
мент (рис. 37, г). При вращении магнита 1 с угловой
скоростью со в этом элементе наводится ЭДС, вызываю-
щая появление тока в его теле. В результате взаимодей-
ствия тока с магнитным полем магнита возникает кру-
тящий момент, стремящийся повернуть цилиндр 2- в
направлении вращения магнита. Этому препятствует пру-
жина 3, в связи с чем подвижная система 4 поворачи-
вается на угол, пропорциональный угловой скорости со.
Для измерения линейных ускорений машины или ее
-частей могут применяться десселерометры (рис.
38) — устройства, у которых отклонение инерционного
элемента (массы) от равновесного состояния пропорци-
онально изменению скорости контролируемого объекта.
53
• 38. Датчик ускорений
1—корпус; 2—груз {инерционная
масса); 3 — пружина; 4 — рычаг
потенциометра
Конструкции различных десселерометров даны на
рис. 141.
Для измерения угловых ускорений валов могут при-
меняться тахогенераторные или индукционные датчики
со вторичным прибором, реагирующие на изменение ча-
стоты вращения.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1.	Назначение чувствительных элементов датчиков.
2.	Что называется входом элемента?
3.	Основные различия датчиков но принципу действия.
4.	Где применяются концевые выключатели?
5.	Основные режимы, в которых может работать сельсинная
связь.
6.	Основные чувствительные элементы для измерения темпера-
туры.
7.	Что такое тензометр?
8.	Какие Вы знаете чувствительные элементы для измерения
давления?
9.	В чем заключается различно чувствительных элементов рас-
хода по переменному перепаду и по постоянному перепаду?
10.	В какие величины можно преобразовать изменение уровня?'
11.	Где применяются тахогенераторы?
12.	Каков принцип действия магпнтоипдукциоппого датчика?
ГЛАВА III
УСИЛИТЕЛЬНЫЕ И ПЕРЕКЛЮЧАЮЩИЕ
УСТРОЙСТВА
§ 13. НАЗНАЧЕНИЕ И КЛАССИФИКАЦИЯ
УСИЛИТЕЛЕЙ И ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЕЙ
В большинстве случаев мощность выходного сигна-
ла воспринимающего или преобразующего элемента
недостаточна для управления исполнительным элемен--
54
a — блок-схема
39. Усилители
усилителя; б — обратные связи; 1 — управляющий поток
энергии; 2 — управляемый поток энергии
том. Для количественного изменения этой мощности
(энергии) применяют усилительные элементы.
Усилителем (рис. 39, а) называется устройство, ко-
торое увеличивает энергию входного (управляющего)
сигнала за счет энергии вспомогательного источника
питания ИЭ. Управляющий поток энергии 1, действуя
на регулирующий орган, изменяет величину управляе-
мого потока 2.
В системах автоматики широко используют усилите-
ли- преобразователи, которые помимо усиления осущест-
вляют преобразование входного сигнала Хвх в другой
вид выходного, сигнала УПых, например, постоянного то-
ка — в переменный.
Основной показатель усилителя — коэффициент уси-
ления. Различают коэффициенты усиления по току, на-
пряжению и мощности:
Л/ Д 1>ыхУДх> Дм - -	Др Д|их/Д|Х>
где /»Н1, /«к — выходная п входная величины тока, А;
tAax, Ubx — выходная п входная величины напряжения, В;
Апых, Prx — выходная и входная мощность, Вт.
Иногда для значительного увеличения входного сиг-
нала усилители или их каскады соединяют последова-
тельно, тогда общий коэффициент усиления определя-
ется как
Дю = Д1Д2    Д»>
где Кпи — общий коэффициент усиления системы;
Кп—коэффициент усиления отдельного каскада усилителя.
55
В схемах усилителей могут использоваться различ-
ные виды обратных связей. Например, цепь обратной
связи может охватывать все каскады усилителя (общая
ОС) или отдельные каскады (местная ОС), как это по-
казано на рис. 39, б.
В зависимости от вида усиливаемого сигнала разли-
чают усилители электрические, магнитные, пневматиче-
ские и гидравлические. Кроме того, усилители класси-
фицируют по принципу действия на усилители аналого-
вого действия и дискретного, т. е. релейного (переклю-
чатели) .
Выбор типа усилителя для той или иной системы оп-
ределяется конкретными условиями применения.
Электромагнитные (электромеханике
с к и е) у с и л ит ели - мехапотр он ы применя-
ют в системах, где необходимо иметь скачкообразную
(релейную) статическую характеристику. Эти усилители
отличаются простой конструкцией, сравнительно малыми
размерами, высокой стабильностью характеристик, ма-
лой стоимостью. Недостаток релейных усилителей — на-
личие подвижных частей и некоторая инерционность.
Электронные усилители (ламповые и по-
лупроводниковые) характеризуются возможностью уси-
ления слабых электрических сигналов, высоким коэф-
фициентом усиления, бсзыперциоппостью, отсутствием,
подвижных частей, большим диапазоном усиливаемых
частот. Недостатки усилителей па электровакуумных
лампах — невысокая механическая прочность (сопро-
тивление ударам, вибрации), малый срок службы. В
этом отношении от них положительно отличаются уси-
лители па металлокерамических лампах.
Полупроводниковые усилители отличаются большой
надежностью и долговечностью в работе, малыми раз-
мерами и весом, экономичностью, мгновенной готовно-
стью к работе, высоким коэффициентом усиления, виб-
ро- и ударостойкостью, способностью усиления слабых
сигналов, большим диапазоном усиливаемых частот.
Недостатки — зависимость характеристик усилителя от
температуры, а также большой разброс параметров.
Магнитные усилители характеризуются боль-
шой надежностью, долговечностью, высокими эксплуа-
тационными качествами, высоким коэффициентом уси-
ления и перегрузочной способностью. Недостатки маг-
нитных усилителей — сравнительно высокая инерцион-
56
ность, сложность в осуществлении больших входных
сопротивлений, повышенная чувствительность к темпера-
турным изменениям, большие габариты и вес.
Электромашинные усилители применяют
в качестве усилителей мощности для управления объ-
единенными с ними исполнительными элементами по-
стоянного тока. Целесообразно использовать эти усили-
тели в системах мощностью более 100 Вт. Достоинство
этих усилителей — возможность управления большими
мощностями, высокий коэффициент усиления, сравни-
тельно малая инерционность; недостатки — наличие кол-
лектора и щеток, которые требуют тщательного ухода,
непостоянство параметров, склонность к колебанию при
перекомпснсации.
Гидравлические и пневматические
усилители применяют в системах гидро- и пневмо-
автоматики. Достоинства этих усилителей — высокая
помехоустойчивость, большой коэффициент усиления,
возможность управления исполнительными элементами
большой мощности. Обычно эти усилители выполнены
с исполнительными элементами как единый механизм
(см. гл. V). Недостаток этих усилителей — трудность
эксплуатации ври отрицательных температурах.
§ 14. ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ РЕЛЕ
Электромагнитное реле представляет собой электро-
механическое устройство, в котором входная электриче-
ская величина (ток), достигнув некоторого значения,
преобразуется в перемещение якоря, механически замы-
кающего контакты более мощной электрической цепи
управления. JПонятие реле-усилителя вводится потому,
что подводимая мощность составляет доли ватта, а мощ-
ность цепи управления — сотни и даже тысячи ватт.
( Электромеханическое реле относится к усилителям дис-
'крстпого действия. Различают нейтральное реле (по-
стоянного тока), реле переменного тока и поляризован-
ное реле постоянного и переменного тока.»
По конструктивному исполнению различают реле с
якорем клапанного типа, с втяжным и поворотным яко-
рем.
JH-ег'й'тр а л ь н о е реле (рис. 40, а) является
-"Электромагнитным реле постоянного тока клапанного
'.типа. Магнитопровод состоит из ярма с сердечником 2
40. Упрощенные схемы конструкции электромагнитных реле
а — нейтральное реле постоянного тока; б—реле переменного тока; в — по-
ляризованное реле; / — каркас, с катушкой; ярмо с сердечником; 3 — -
якорь; 4 --штифт отлипания; 5— возвратная пружина; 6 — подвижные кон-
такты; 7 — толкатель контактов; 8 неподвижные контакты; 9 — выводы об-
мотки; 10 — короткозамкнутый виток; 11 — постоянный магнит; пунктиром
обозначен магнитный поток Ф.р создаваемый током обмотки, сплошной ли-
нией - • магнитный поток Ф(|, создаваемый постоянным магнитом
и якоря о, изготовленных из мягкой стали. На сердеч-
нике 2 находится обмотка 1, с помощью которой осуще-
ствляется управление работой реле. При помощи тол-
кателя 7, изготовленного из пластмассы, якорь связав;
с подвижными контактами 6'.
При обесточенной обмотке, якорь максимально уда-
лен от сердечника за счет усилия, развиваемого возврат-
ной пружиной 5 и подвижными контактами. Если но
обмотке реле пропустить электрический ток достаточной
величины, то якорь притянется к сердечнику за счет
возникшего магнитного поля. При этом размыкающий
контакт разомкнется, а замыкающий — замкнется.
Сила притяжения якоря к сердечнику обратно про-
порциональна квадрату расстояния между ними, т. е.
эта сила становится наибольшей, когда якорь притянут
к сердечнику. Так как в мапштопроводс всегда име-
ется остаточное магнитное поле, то существует опас-
ность так называемого «залипания» якоря. Для предот-
вращения «залипания» па якоре приклепан штифт от-
липания 4 из немагнитного материала (медь, латунь
или пластмасса).
Основные характеристики реле: ток срабатывания.,
ток отпускания, время срабатывания и время отпуска-
ния.
58
Током срабатывания реле называют ток в обмотке,
под действием которого якорь начинает притягиваться
к сердечнику. Током отпускания называют ток в обмот-
ке, при котором якорь начинает возвращаться в исход-
ное состояние.
Время срабатывания реле складывается из двух со-
ставляющих:
Драб == Др Дв>
где гТр — время трогания, т. е. промежуток времени с момента
включения тока до момента начала движения якоря;
фв— время движения якоря от одного крайнего положения до'
другого.
Время отпускания также складывается из двух ана-
логичных составляющих.
По временным параметрам реле можно разделить па
быстродействующие (/И1;,г> = 10 мс), нормальные (ДРаб —
— 30—50 мс) п замедленные пли реле времени, у кото-
рых специальными методами время срабатывания или
отпускания увеличено от десятых долей секунды до ми-
нуты и более.
Если электромагнитное реле предназначено для ра-
боты па переменном токе, то для снижения потерь па
вихревые токи п гистерезис мапштопровод набирают
из листовой трансформаторной стали толщиной 0,3—
0,5 мм. При питании обмотки реле переменным током
усилие притяжения якоря постоянно изменяется с час-
тотой, вдвое больше частоты питающего тока (соответ-
ствие пулевым значениям синусоидального1 тока). Это
вызывает вибрацию якоря п приводит к быстрому изно-
су реле. Вибрация предотвращается короткозамкнутым
витком, охватывающим одну половину расщепленного
сердечника (рис. 40,6).
Существует много разновидностей электромагнитных
реле постоянного н переменного тока в зависимости от
назначения и условий эксплуатации. Реле, предназначен-
ное для включения н переключения электрических цепей
напряжением до 650 В при токах, достигающих десят-
ков н сотен ампер (до 600 Л), называют контактором.
В системах автоматики часто требуется такое устрой-
ство, которое реагировало бы как па величину, так н па
знак тока па ого входе. Для этой цели разработаны л о-
л я р п з о в а п и ы е ре л е. Поляризация реле осуще-
ствляется при помощи постоянных магнитов (рис. 40, в}.
Якорь поляризованного реле закреплен в точке ка-
59
41 Устройство геркона
а -- включающего типа; б
переключающего типа; 7
стеклянный баллон; 2 -*>
контакты-пружины из пер-
малон; 3 — контакт-пружин»
из немагнитного материалам
4, 5 -—магниты
чапия О при помощи упругого элемента (например, пло-
ской пружины). Реле констатируется так, чтобы его>
якорь находился, например, в крайнем левом положе-
нии при отсутствии тока в обмотке 1 реле. Поэтому маг-
нитный поток постоянного магнита Фо в левой части
ярма 2 больше, чем в правой. В результате постоянным
магнитным полем якорь сильнее притягивается влево,,
чем вправо. Когда но обмотке 1 реле начинают пропус-
кать ток такого напряжения, при котором создаваемый
им магнитный поток Фэ в левой части ярма 2 направ-
лен навстречу потоку Фо, а в правой — направления по-
токов совпадают, сила притяжения якоря левой частью
уменьшается. В результате наступает момент, когда при
определенном значении тока в обмотке 1 якорь 3 реле
переместится в правое положение. При изменении на-
правления тока в обмотке 1 или его отключении якорь
возвращается в левое положение.
Герконы (герметизированные, магнитоуправляе-
мые контакты) получили за последние годы широкое
распространение в технике. Основные области примене-
ния герконов: реле, логические элементы, счетно-реша-
ющие устройства, коммутаторы, искатели, суммирую-
щие, кодирующие и декодирующие устройства.
Простейший геркон представляет собой стеклянную'
60
запаянную ампулу 1 (рис. 41), заполненную инертным
газом (азотом, аргоном, водородом или азотно-водород-
ной смесью). Внутри ампулы размещены две тонкие
пермалоевые пластины с токоотводами 2 диаметром
0,6—1,3 мм. Концы пермалоевых пластин, контактиру-
ющие при замыкании, покрыты защитным слоем из бла-
городного металла (золота, родия, палладия). Для уп-
равления работой геркона могут быть применены посто-
янные магниты 4 или электромагниты 5.
При воздействии на геркон магнитного поля доста-
точной напряженности1 магнитные силовые линии, замы-
кающиеся через пермалоевые пружины-контакты, стре-
мятся сократиться, создавая между концами пружин-
контактов силу притяжения. Пермалоевые пластинки
деформируются, притягиваются друг к другу и образу-
ют контакт. При уменьшении магнитного поля до оп-
ределенной величины пружины-контакты под воздейст-
вием упругих сил возвращаются в исходное положение
и контакт размыкается. Один или несколько герконов,
помещенные в управляемое магнитное поле, образуют
безъякорное (язычковое) реле.
В отличие от. обычных реле, в которых при срабаты-
вании перемещается массивный якорь, механически свя-
занный с мощной контактной группой, в герконах ме-
ханическое движение сведено до минимума и заключа-
ется в упругом смещении конца легкой консольной фер-
ромагнитной пружины па расстояние от десятков до
сотен микрометров. Важное преимущество герконов —
простота конструкции, несложность управления их ра-
ботой, надежность и отсутствие необходимости регули-
ровки. Герконы могут работать в любом положении,
практически в любой атмосфере в диапазоне температур
от -100 до +200°C.’Простота конструкции и возмож-
ность автоматизации процесса их изготовления обеспе-
чивают низкую стоимость герконов.
Основной недостаток герконов — малая сила управ-
ляемых токов. Герконы надежно работают при малых
токах, равных десяткам миллиампер. Максимально до-
пустимая сила тока для геркона с длиной стеклянного
баллона 50 мм не превышает 1 А. Имеются герконы на
рабочие токи до 5 А с ампулой, заполненной водородом.
Число срабатываний герконов — до 10° в зависимо-
сти от силы коммутируемого тока: с увеличением силы
коммутируемого тока число срабатываний уменьшается,
6!
а при токах, превышающих максимально допустимые,
герконы быстро выходят из строя.
Обычно длина герконов колеблется в пределах 18—
50 мм, а диаметр — 3—7 мм. Габариты герконов опре-
деляют предельные токи коммутации. Герконы облада-
ют достаточной для применения на строительных и до-
рожных машинах вибро- и удароустойчивостью. Они вы-
держивают виброускорения до 20g в диапазоне частот
от 10 до 2000 Гц и ударные нагрузки до 50g (g— уско-
рение свободного падения).
§ 15. ЭЛЕКТРОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ И РЕЛЕ
Принцип действия этих усилителей основан на яв-
лении электронной эмиссии. Под электронной эмиссией
понимают физическое явление испускания электронов
твердыми телами при внешнем энергетическом воздей-
ствии. Так, при нагревании вольфрамовой проволоки до
2000 °C с ('с поверхности испускаются электроны, кото-
рые образуют электронное облако. Сам электрон пред-
ставляет собой отрицательно заряженную элементарную
частицу.
Трех:-иект)Ю()ная лампа (триод) представляет ваку-
умную стеклянную или металлическую колбу с тремя
электродами: /1 --анод, К - катод, С — сетка (рис. 42, а).
Если к катоду п аноду приложить соответственно отри-
цательный н положительный потенциалы, то электроны
от катода начнут перемещаться па анод, замыкая элек-
трическую цены Управление этими электронами произ-
води! ся сеткой лампы. Если сетка лампы имст отрица-
тельный потенциал относительно катода, то она оттал-
кивает электроны катода, ток анода отсутствует, и лампа
является запертой; если на сетку подать положитель-
ный потенциал, то лампа откроется и в анодной цепи
появится ток. Триоды или более сложные лампы — тет-
роды, пентоды (рис. 42, б, в) являются основными частя-
ми ламповых усилителей. Их основными харак-
теристиками являются коэффициент усиления, частотная
и фазовая характеристики.
Коэффициент усиления К~	— величина, по-
казывающая, во сколько раз напряжение (или мощ-
ность) па выходе и!ШХ больше напряжения (или мощ-
ности) на входе усилителя.
Частотная характеристика усилителя показывает, как
62
изменяется коэффициент усиления от частоты усилива-
емого напряжения. Идеальной частотной характеристи-
кой является такая, при которой в определенном час-
тотном диапазоне коэффициент усиления /\ не изменя-
ется. Фазовая характеристика показывает сдвиг фаз
усиливаемого сигнала в зависимости от его частоты.
Идеальная фазовая характеристика близка к прямой
линии с постоянным углом наклона.
Простейший однокаскадпый усилитель показан на
рис. 42, г. В цени сетки действуют два напряжения: по-
стоянное отрицательное сеточное смещение и напря-
жение управляющего сигнала НВх. Сопротивление /?вх
служит для того, чтобы электроны, случайно попавшие
на сетку, могли стекать с псе в цепь источника питания.
Совместно с входным сопротивлением усилителя оно
служит для ограничения сеточных токов. Работа уси-
лителя сводится к следующему. При отсутствии сигнала
управления (Нвх—0) за счет отрицательного смещения
управляющей сотки лампы се анодный ток устанавли-
вается определенной средней величины. При подаче уп-
равляющего сигнала (f/nx¥=0) и в зависимости от его
полярности результирующее напряжение на управляю-
щей сетке лампы изменяется. Это приводит к измене-
нию п анодного тока лампы. Если отрицательное смеще-
ние па сетке очень велико, то при отсутствии сигнала
^управления (Нпх—0) лампа заперта отрицательным се-
точным напряжением смещения (Пс). При подаче уп-
равляющего сигнала на сетку (НВх>0) лампа открыва-
63
ется, в анодной цепи появляется ток, величина которого
определяется потоком электронов. Такой режим работы
электронной лампы называется релейным.
Полупроводниковые усилители рабо-
тают по следующему принципу. Известно, что электри-
ческий ток создается свободными электронами, т. е. не
связанными с атомами. В проводниках таких свобод-
ных электронов очень много. Когда к проводнику при-
кладывают электрическое напряжение, свободные элек-
троны проводника образуют электрический ток. Поэтому
электрическое сопротивление проводника мало. В диэлек-
триках же, наоборот, свободных электронов почти нет,
все электроны жестко связаны с атомами и, чтобы вы-
рвать их у атомов и создать движение электронов, тре-
буется приложить очень большое электрическое напря-
жение. Именно поэтому электрическое сопротивление
диэлектриков велико.
Некоторые вещества, например германий и кремний,
не похожи пи на проводники, ни на диэлектрики. Они
одновременно являются и тем и другим. Их называют
полупроводниками. Большинство электронов в полупро-
водниках жестко связано с атомами, но все же в них
есть электроны, которые при некотором внешнем воз-
действии тепла, света или электрического напряжения
высвобождаются. Причем характерно1, что высвобожда-
ются носители не только отрицательного (электроны),
по и положительного электричества (так называемые
дырки). Если к полупроводнику приложено электриче-
ское напряжение, то электроны начинают двигаться к
положительному полюсу, а дырки — к отрицательному.
В полупроводнике образуются электронный и дырочный
токи. Нс надо думать, что дырочный ток — это движу-
щиеся атомы, потерявшие электроны. В полупроводни-
ках атомы неподвижны. Они образуют кристаллическую
решетку и очень прочно держатся на своих местах. Но
атом, потерявший электрон, захватывает электрон со-
седнего атома и перестает быть дыркой. Соседний атом,
отдавший ему свой электрон и превратившийся в дыр-
ку, захватывает электрон у другого атома и т. д. Поэто-
му, хотя атомы и остаются па своих местах, дырки пе-
ремещаются, причем в направлении, противоположном
движению электронов. Если к полупроводнику не при-
ложено электрическое напряжение, то свободные элек-
троны и дырки перемещаются беспорядочно и они стре-
64
мятся равномерно распределиться по объему проводника.
Это стремление, характерное вообще для всех частиц
материи, носит название диффузии. Так как в проводни-
ке имеются носители отрицательного (электроны) и по-
ложительного (дырки) электричества, то они не могут
долго существовать. Действительно, достаточно свобод-
ному электрону наткнуться на нуждающийся в элект-
роне атом (дырку), как он будет «захвачен». При этом
одновременно исчезнут свободный электрон и дырка. Та-
кую встречу называют рекомбинацией.
Используя все эти особенности полупроводникового
кристалла, оказалось возможным создать кристалличе-
ский прибор, способный усиливать электрические коле-
бания.
Триод-транзистор (рис. 43, а) состоит из трех слоев
полупроводников с различной проводимостью: край-
ние— с дырочной, а между ними (так называемая ба-
за)— с электронной. Такая схема записывается следу-
ющим образом: р— п — р. Значит, транзистор имеет два
перехода: р — п и п — р. Первый переход р— п включен
в прямом направлении, т. е. минус — к /г-области, а
плюс — к p-области. Через этот переход проходит пря-
мой ток. Второй переход п— р включен в обратном на-
правлении, т. е. плюс — к /г-области (базе), а минус — к
р-области.
Полупроводники, из которых изготовлены эмиттер
и база, подобраны с различной концентрацией основ-
ных носителей, т. с. концентрация дырок в эмиттере зна-
чительно выше концентрации электронов в базе. По-
этому, когда в' результате протекания тока через эмит-
терный переход в базу попадают дырки, то их оказыва-
ется там так много, что только малая часть из них
находит необходимые для рекомбинации электроны. Эмит-
тер как бы насыщает базу дырками. Благодаря диф-
фузии пришедшие дырки начинают перемещаться в
области базы, прилегающие к коллектору. К коллек-
торному переходу приложено обратное напряжение, до-
вольно значительное по величине (в десятки раз боль-
ше напряжения, приложенного к эмиттерному переходу),
причем полярность коллекторного напряжения такова
(на коллекторе — минус), что положительные дырки,
подойдя к коллекторному переходу, испытывают дейст-
вие сильного ускоряющего поля, переходят в коллектор
и рекомбинируют с электронами, приходящими в кол-
3 -3307
63
43. Полупроводниковые усилители
а — схема транзистора; б — схема простейшего однокаскадного полупро-
водникового усилителя с общей базой; в — с общим эмиттером; г —с общим
коллектором; д—схема тиристора
лектор из отрицательного полюса источника питания. В
результате через коллекторный переход проходит элек-
трический ток, несмотря на то, что к нему приложено
обратное напряжение.
Величина коллекторного тока зависит от величины
тока эмиттера. Действительно, чем больше ток через
эмиттерный переход, т. е. чем больше дырок «впрыски-
вает» эмиттер в базу, тем больше ток коллектора, ко-
торый зависит от числа этих дырок. Поэтому, управляя
эмиттерным током, можно управлять и коллекторным то-
ком.
Схема простейшего полупроводникового усилителя
изображена на рис. 43,6. В цепь коллектора (на выхо-
де триода) включена нагрузка Дп. Источник питания U9
подсоединяется в прямом направлении и поэтому эмит-
терный р — «-переход обладает малым сопротивлением.
Источник питания в цепи коллектора подсоединяется в
обратном направлении, в связи с чем сопротивление кол-
лекторного п — р-перехода имеет значительную величину.
Сопротивление нагрузки Дп при соответствующем
подборе напряжения источника питания U3 может быть
достаточно большим по сравнению с сопротивлением на
входе усилителя.
Полупроводниковый триод будет усиливать мощность
подаваемого сигнала, так как мощность, подводимая к
66
его входу D, меньше полезной мощности сигнала на вы-
ходе.
Ввиду того, что база рассмотренного триода явля-
ется общей для цепи эмиттера и коллектора, такая схе-
ма включения называется схемой с общей базой. Основ-
ные параметры, характеризующие усилители с общей
базой, показывают, что имеет место усиление по току
с коэффициентом менее единицы и усиление по напря-
жению с коэффициентом значительно больше единицы.
Входное сопротивление мало, выходное сопротивление
очень велико, а напряжение входного и выходного сиг-
налов синфазны.
Чаще применяется другая схема включения полупро-
водникового триода — схема с общим эмиттером, при
которой, кроме усиления мощности, имеет место также
усиление тока (см. рис. 43, в).
На рис. 43, г приведена схема включения транзисто-
ра с общим коллектором. Эта схема позволяет получить
коэффициент усиления по току и мощности в несколько
десятков единиц, а по напряжению — около единицы.
Тиристор — управляемый полупроводниковый вен-
тиль имеет четырехслойную кремниевую структуру типа
р — п — р— п (рис. 43, (?) с двумя крайними и двумя
внутренними областями. Внешние выводы присоединя-
ются к двум крайним и одной базовой области. Если на
анод (внешний p-слой) подан потенциал положитель-
ный относительно катода (внешний n-слой), то при при-
ложении между анодом и катодом тиристора положи-
тельного напряжения через прибор начинает протекать
слабый ток. При подаче на цепь управляющего элект-
рода положительного потенциала общий ток, проходя-
щий через управляемый полупроводниковый вентиль,
возрастает вследствие эффекта транзисторного усиле-
ния и небольшая мощность, затраченная в цепи «управ-
ляющий электрод — катод» во много раз увеличивает
мощность в цепи анода.
Свойства и характеристики управляемых кремниевых
вентилей-тиристоров позволяют создавать качественно
новые системы управления электрическим приводом по-
стоянного и переменного тока. Тиристорный привод име-
ет следующие преимущества: бесступенчатое регулиро-
вание, незначительную мощность управления, постоян-
ную готовность к включению, возможность работать при
вибрации, тряске, ударах. Применение тиристорных пре-
3*
67
образователей-усилителей обеспечивает плавность пус-
ковых режимов, улучшение работы механической части,
повышение к. п.д., снижение массы и габаритов аппа-
ратуры, что имеет существенное значение для самоход-
ных машин. Используя тиристорный привод, можно осу-
ществить быстрый переход от автономного источника
питания к питанию от сети строительной площадки.
§ 16. МАГНИТНЫЕ И ЭЛЕКТРОМАШИННЫЕ
УСИЛИТЕЛИ
Магнитным усилителем называется элект-
ромагнитное устройство, использующее зависимость из-
менения магнитной проницаемости ферромагнитного ма-
териала от изменения напряженности магнитного поля.
Достоинство магнитных усилителей — отсутствие кон-
тактов, высокая чувствительность и долговечность.
Простейший магнитный усилитель или дроссель на-
сыщения (рис. 44, а) работает следующим образом:
при питании рабочей обмотки усилителя Wp переменным
током напряжением Up ток, протекающий по1 нагрузке
Zn, будет мал ввиду того, что индуктивное сопротивле-
ние катушки велико:
/н = ф'/Я„2 + («>/.)'.
где /?(( — активное сопротивление катушки и нагрузки, Ом;
— индуктивное сопротивление, Ом (ю — угловая частота,
рад/с; L—индуктивность катушки, Ги).
Индуктивность же катушки зависит от магнитной
индукции сердечника, а следовательно, и магнитной про-
ницаемости:
L == (4kS®2/10-71) р,
где S — сечение магнитопровода, м2;
w — число витков катушки;
I — длина мапштопровода, м;
н.— магнитная проницаемость материала сердечника, Ги/м.
Управление магнитной проницаемостью ц, а точнее
управление напряженностью магнитного поля, произво-
дится обмоткой управления Wy, в которую подается по-
стоянный ток. При подаче сигнала управления Uy маг-
нитная индукция сердечника магнитного усилителя уве-
личивается, а магнитная проницаемость его уменьша-
ется. Изменяется индуктивность катушки, уменьшается
индуктивное сопротивление рабочей катушки, и ток на-
грузки возрастает (эффект усиления).
G8
44. Усилители магнитные
а — простейший магнитный; б —
магнитный с обратной связью; в —
характеристики магнитных усили-
телей; г — электромашинный уси-
литель
Для увеличения коэффициента усиления в магнит-
ных усилителях применяется положительная обратная
связь. Работа усилителя с положительной обратной
связью (рис. 44, б) сводится к следующему. Часть энер-
гии переменного тока рабочей цепи подается на выпря-
митель, а затем в обмотку обратной связи Wzo c. Таким
образом сердечник усилителя дополнительно подмагни-
чивается постоянным током. Поэтому для полного насы-
щения сердечника потребуется меньший ток сигнала уп-
равления /у, вследствие чего возрастает коэффициент
усиления.
На рис. 44, в показана статическая (плавная) ха-
рактеристика магнитного усилителя. Точка 1 соответст-
вует току, протекающему по нагрузке ZH при сигнале
управления /у = 0, а точка 2—максимальному насыще-
нию сердечника. Характеристика магнитного усилителя
с положительной обратной связью показана кривой 3—4.
69
Как видно из рисунка, при плавном изменении тока уп-
равления /у ток в нагрузке возрастает скачкообразно,
т. е. характеристика такого усилителя релейная.
Когда необходим усилитель, реагирующий на поляр-
ность подаваемого сигнала (фазочувствительпые магнит-
ные. усилители), применяют мостовые и дифференциаль-
ные схемы.
Магнитные усилители имеют несколько обмоток уп-
равления, поэтому их можно использовать в тех систе-
мах, где требуется суммирование сигналов управления.
Недостатки магнитных усилителей: значительная инер-
ционность, которая в некоторых мощных усилителях до-
стигает целых секунд, повышенная чувствительность к
изменению температуры и относительно большие масса
и габариты.
Электромашинные усилители (ЭМУ)
представляют собой генераторы постоянного тока с ре-
гулируемым возбуждением. ЭМУ получили широкое рас-
пространение в технике, в частности в системах авто-
матизированного электропривода. Объясняется это тем,
что они имеют значительную мощность на выходе, вы-
сокие коэффициенты усиления по мощности и напряже-
нию, обладают большим быстродействием и благодаря
наличию нескольких обмоток управления позволяют
суммировать магнитные потоки сигналов управления.
ЭМУ используют обычно при автоматизации электро-
приводов постоянного тока для регулирования частоты
вращения. Возможно применение их и в качестве элек-
тродвигателей.
ЭМУ бывают продольного (с регулируемым самовоз-
буждением) и поперечного полей.
ЭМУ продольного поля — обычные генераторы посто-
янного тока, имеющие одну или несколько обмоток воз-
буждения. Недостатками являются нестабильность ко-
эффициента усиления, значительная инерционность и
малый коэффициент усиления (50—100). Поэтому наибо-
лее широкое распространение получили ЭМУ попереч-
ного поля (рис. 44, а), в котором для возбуждения вто-
рого (выходного) каскада используется магнитный по-
ток поперечной реакции якоря.
ЭМ.У с поперечным магнитным полем работает сле-
дующим образом. При принудительном вращении якоря
усилителя в магнитном потоке сигнала управления Фу
в его обмотках индуктируется ЭДС. Эта ЭДС, замыка-
70
ясь накоротко щетками 1—1, создает большой по вели-
чине ток короткого замыкания /к, который вызывает
появление мощного поперечного магнитного потока Ф.
При вращении якоря в этом потоке в его обмотке ин-
дуктируется значительная ЭДС, которая снимается щет-
ками 2—2 и подается в цепь нагрузки Дн. Компенсаци-
онная обмотка ТГК с регулируемым резистором слу-
жит для создания компенсационного магнитного пото-
ка Фк, который направлен навстречу магнитному потоку
реакции якоря Фя, размагничивающему машину.
Величина магнитного потока Фк регулируется резисто-
ром 1?Ш.
Коэффициент усиления ЭМУ по мощности можно оп-
ределить по формуле
k = cn,4RnRy,
где с — постоянная усилителя;
п — частота вращения якоря ЭМУ, с-1;
Ли — сопротивление нагрузки, Ом;
Лу — сопротивление обмотки управления СУ, Ом.
Анализируя формулу, видно, что для увеличения ко-
эффициента усиления необходимо увеличивать скорость
вращения якоря ЭМУ. Поэтому в современных ЭМУ
частота вращения составляет 50—100 с-1.
На холостом ходу ЭДС усилителя прямо пропорцио-
нальна току управления, т. е. £'=А<а2(/щу).
При выборе электромашинного усилителя руковод-
ствуются следующими данными исполнительного эле-
мента: номинальное напряжение ЭМУ должно соответ-
ствовать номинальному напряжению исполнительного
элемента, а отношение токов /эму//дп>1- Чем выше тре-
бование к быстродействию систем, тем больше должно
быть это отношение. Сопротивление обмоток управле-
ния ЭМУ выбирают в зависимости от типа предвари-
тельного усилителя. При использовании электронного
предварительного усилителя берут обмотки с большим
сопротивлением, при использовании магнитного — с мень-
шим.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1.	Назначение усилителей и их основные характеристики.
2.	Почему поляризованное реле реагирует па полярность сиг-
нала управления?
3.	Объясните принцип работы электронных и полупроводнико-
вых усилителей.
71
4.	Чем достигается повышенный коэффициент усиления у маг-
нитных усилителей?
5.	Почему электромашинный усилитель с поперечным полем
считается двухкаскадным?
6.	Перечислите основные характеристики реле.
ГЛАВА IV
СЧЕТНО-РЕШАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА
§ 17. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ
И ЭЛЕКТРОННЫЕ СЧЕТЧИКИ ИМПУЛЬСОВ
Счетчики импульсов — это устройства для
отсчета и запоминания количества электрических им-
пульсов, пришедших на его вход за некоторый интервал
времени. Они могут применяться для оценки частоты
вращения (частотомеры) как датчики интервалов вре-
мени, декодирующие элементы, а также в качестве уз-
лов различных синхронизирующих и управляющих уст-
ройств.
Различают два направления использования счетчи-
ков импульсов? 1) в качестве измерительного устройст-
ва, обеспечивающего снятие (чтение) показаний в лю-
бой нужный момент; 2) в качестве делителя частоты
импульсов, т. е. устройства, на выходе которого появ-
ляется сигнал по прошествии определенного1 числа К
импульсов на входе. Число К в этом случае называется
коэффициентом пересчета.
Простейшим счетчиком импульсов (регистром сдви-
га) может быть обычный шаговый искатель (рис. 45).
При замыкании ключа К цепи электромагнита 1 якорь
2 на оси 3 притягивается к сердечнику, а защелка 7 вхо-
дит в зацепление с очередным зубцом храповика 4. Пос-
ле обесточивания катушки защелка 7 с осью 8 подни-
мается под действием пружины и поворачивает храпо-
вик 4 вместе с подвижным контактом 5, укрепленным на
оси 6, который переходит на неподвижный контакт 9.
При повторном замыкании и размыкании цепи электро-
магнита подвижный контакт 5 через определенное чис-
ло шагов замыкает очередной неподвижный контакт.
Недостаток такого регистра сдвига — наличие контакт-
ной пары.
К ОБЪЕКТАМ
45. Шаговый искатель
1— электромагнит; 2— якорь; 3, 6, <8 — оси; 4 — храповик; 5, 9 —подвиж-
ный и неподвижный контакты; 7 — защелка
Электромагнитные и электронные счетчики импуль-
сов имеют в своей схеме запоминающие элементы, ко-
торые служат для хранения записанной в них инфор-
мации и выдачи ее при необходимости. Обычно инфор-
мация записывается определенным двоичным числом.
Это обусловлено тем, что любая информация формаль-
но находится в двух предельных состояниях: нет инфор-
мации и есть информация. Используя это, можно создать
элемент памяти, который может запомнить информа-
цию своим состоянием, например, включено или отклю-
чено. Таким образом, в качестве запоминающего1 эле-
мента можно использовать любой прибор, который мо-
жет находиться в двух состояниях или изменять эти
свои состояния. Для запоминания большой информации
собираются сложные системы, которые состоят из эле-
ментарных запоминающих элементов.
Наиболее широкое применение в качестве запомина-
ющих элементов (ЗЭ) получили элементы на феррито-
вых кольцах (рис. 46, а), электронные и полупроводни-
ковые приборы. Работа ЗЭ сводится к следующему. При
подаче импульса тока записи /3 по соответствующей
шине ферритовое кольцо намагничивается, положим, по
часовой стрелке (до индукции насыщения 4 В). Это со-
стояние будем считать за 1. При подаче импульса тока
опроса /о феррит перемагничивается против часовой
73
46. Кратковременные запоминаю-
щие элементы
а — ферритовое кольцо и его маг-
нитная характеристика; б — элемент
с магнитной пленкой; в —симмет*
ричный триггер
47. Счетчики импульсов
а — счетчик импульсов на ферри-
товых кольцах; б — блок-схема
счетчика па триггерах
стрелки (до индукции насыщения —В). В считываю-
щей шине индуктируется сигнал /и, который и является
выходной информацией. Если бы информация не была
записана, то при подаче импульса тока опроса /о,изме-
нение магнитной индукции было бы чрезвычайно ^мало
74
АВ. В результате этого в считывающей шине импульс
тока 1а равнялся бы нулю.
Вместо ферритовых колец широко применяют маг-
нитные пленки, в результате чего значительно упроща-
ется технология изготовления ячейки памяти, так как
при этом используется печатный монтаж ячеек на про-
водниках в виде, магнитного слоя, напыляемого на за-
писывающую и считывающую шины (рис. 46, б). Такое
устройство пленочного элемента обладает всеми качест-
вами ферритового кольца: запись информации произво-
дится по шине записи ^зап, считывание — обмоткой WT,
вывод информации — на шину 1^ЕЫх. Существенный не-
достаток магнитных запоминающих элементов — их от-
носительная инерционность. Поэтому более широкое при-
менение находят полупроводниковые запоминающие
элементы, отличающиеся высоким быстродействием. Их
основу составляют триггеры.
Триггером называется переключающее устрой-
ство, которое сколь угодно сохраняет одно из двух сво-
их состояний устойчивого равновесия и скачкообразно
переключается из одного состояния в другое по сигналу
извне. Триггеры выполняются на электронных лампах,
газоразрядных или полупроводниковых приборах.
На рис. 46, в показан симметричный триггер. В его
схеме имеются два одинаковых полупроводниковых три-
ода VT1 и VT2, включенных по1 схеме с общим эмитте-
ром. Оба триода соединены перекрестно цепями поло-
жительной обратной связи: коллектор триода VT1 свя-
зан через резистор связи RrA и емкость с базой трио-
да VT2, а коллектор триода VT2 через резистор связи
Rc.2 и емкость С2 с базой триода VT1. На базы обоих
триодов через резистор 7?см подается положительный
потенциал Нсм от источника смещения GB. Напряжение
смещения /7СМ при отсутствии управляющего сигнала
обеспечивает надежное запирание одного из триодов.
Питающее напряжение подается на коллекторы и
эмиттеры обоих триодов, при этом в коллекторные цепи
триодов VT1 и VT2 включены резисторы RKl и RKZ.
Триггер имеет два входа а и b (базы триодов) и два
выхода 1 и 2 (коллекторы триодов). Он может зани-
мать два устойчивых состояния, при которых выходное
напряжение подается на одно из двух подключенных к
его выходам нагрузочных резисторов #Н1 или R^..
При открытии и закрытии каждого триода напряже-
75
ние на его коллекторе скачкообразно меняется. Эти из-
менения используются в качестве выходных импульсов,
подаваемых на нагрузочные сопротивления. При вклю-
чении триггера в работу и подаче на него питающего
напряжения U он самостоятельно принимает одно из
устойчивых состояний и находится в нем до тех пор, по-
ка на один из его- выходов а или b не будет подан уп-
равляющий сигнал.
Регистр сдвига (счетчик импульсов) на ферритовых
кольцах (рис. 47, доработает следующим образом. В
начальном состоянии все ферритовые кольца намагни-
чены, например, против часовой стрелки, что соответст-
вует отсутствию информации, т. е. 0. При подаче им-
пульса записи на обмотку П3 кольцевой сердечник (фер-
рит) КС3 перемагничивается по часовой стрелке, при
этом диод D2 закрыт и возникающая при этом ЭДС в
обмотке В3 не создает тока. При подаче импульса спро-
са в сдвигающую обмотку СдЗ сердечник перемагничи-
вается против часовой стрелки, в обмотке возникает
ЭДС, диод VD2 открывается и ток заряжает конденса-
тор С2- Разряд конденсатора на обмотку П2 второго
кольцевого сердечника намагничивает его по часовой
стрелке. При подаче следующего сдвигающего импульса
произойдет перемагничивание другого кольцевого сер-
дечника и т. д. Таким образом записанная информация
«бежит» по регистру сдвига по мере подачи импульсов
в сдвигающую обмотку.
Недостатком таких счетчиков является их значитель-
ная инерционность.
Счетчик импульсов с триггерными запоминающими
элементами (см. рис. 46, в) можно собрать по схеме,
показанной па рис. 47, б, которая представляет цепочку
триггеров Л, Т2, ТЪ,...,ТП. Запись сигнала Х3 подается
на вход первого триггера Тi, при этом j а его входе воз-
никает положительный потенциал, который не воздей-
ствует на ?2. Таким образом, в счетчике зафиксируется
двоичное число 100—0. После этого поступает сдвигаю-
щий импульс хсд, который перебрасывает Л в исходное
состояние и, вследствие возникающего при этом отрица-
тельного потенциала, перебрасывает Т2 в состояние по-
ложительного потенциала па его выходе. Произошел
сдвиг числа 010—0. Следующий сдвигающий импульс
переместит сигнал далее, в другой триггер (ячейку),
и т. д. После п сдвигающих импульсов на выходе счет-
76
чика появится выходной сигнал уп. Здесь имеет место
последовательное считывание информации. Такой счет-
чик можно использовать и при параллельном считыва-
нии информации.
§ 18. ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ
ЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ
В области автоматического управления часто возни-
кают сложные задачи, требующие учета многих ситуа-
ций и нахождения наилучших решений, которые выпол-
няется с помощью логических устройств. При этом
сложные логические устройства, решающие такие за-
дачи, могут строиться с использованием логических эле-
ментов всего лишь нескольких типов, таких как элемен-
ты ИЛИ, И, НЕ, ИЛИ — НЕ и И — НЕ. Такой элемент
или его части находятся в одном из двух состояний.
Принцип действия некоторых типов логических эле-
ментов для лучшего восприятия в виде релейных
эквивалентов условно показан на рис. 48. Эле-
мент, выполняющий логическую операцию отрицания, —
это элемент НЕ (рис. 48, а). При пропускании электри-
ческого тока через обмотку 1 электромагнита 2 к нему
притягивается контакт 3 и ток в проводнике 4 преры-
вается. Здесь х — наличие или отсутствие тока в об-
мотке 1, а у-—в проводнике 4. Если ток протекает, то
х и у равняются единице, а если нет, то нулю. Эта за-
висимость показана в таблице под рис. 48, а. Она услов-
но записывается в виде у= 'х. Величина у является
функцией от х. Это значит, что сигнал у на выходе эле-
мента имеется только при отсутствии сигнала на входе
х, и наоборот. Такие переменные величины называются
булевыми переменными; функции такого рода тоже на-
зываются булевыми функциями. Название дано в честь
создателя булевой алгебры—английского математика
Дж. Буля, отца известной писательницы Э. Л. Войнич,
автора романа «Овод».
Двумя другими элементами, изображенными на
рис. 48, реализуются функции от двух других булевых
переменных. Элемент, показанный на рис. 48, б, отли-
чается от ранее рассмотренного тем, что здесь имеются
два электромагнита 2 и два замыкающих контакта 3,
размыкающих проводник 4, когда ток не пропускается
через обмотки 1 одного и другого электромагнита. Если
77 '
Xr Ыу
7|7 o'
0 1 0
t 0 (J
1.11
48. Релейные логические элементы
a- HE; б- -И; в — ИЛИ; 1 — обмотка; 2 — электромаг-
нит; о' — контакт; 4 — проводник
ток протекает по обмоткам 7 и в проводнике 4,' то это
обозначается соответственно как Xi=l, Xz= 1, у—I, а
если тока пет, как Xi = 0, х2 = 0, г/=0. Функциональная
зависимость между у и х, и х2 определяется так, как
указано в таблице, расположенной справа от схемы.
Данная функция, для которой принято обозначение у =
==-Х|&х2 (логическое, умножение), имеет специальное
название: конъюнкция. Так как z/= 1 только в том слу
чае, если xj = 1 и х2=1, то элементы этого типа называ-
ются элементами И.
ГЙа рис. 48, в показан элемент, при работе которого
у=1,если х( = 1 или Х2—1 либо обе эти переменные раи-
ны 1. Он называется элементом ИЛИ. Выполняемая им
логическая функция (логическое сложение), обознача-
емая y=Xi\/x2, тоже имеет особое название: дизъюнкция.,
В качестве логических элементов в системах авто-
матики применяются также различные реле в pc-
м. е и и.
В качестве простейшего реле времени можно исполь-
зовать двухобмоточное электромеханическое реле (рис.
49, а). При подаче сигнала записи, информации х3 кон-
такт реле К срабатывает с некоторым запаздыванием,
так как в короткозамкнутой обмотке К" находится про-
тивоэлектродвижущая сила, которая «сдерживает» на-
78

49. Реле времени
<я — двухобмоточпое; б — пневматическое; / — дроссель; 2~ мембрана; 3 —
обратный клапан; 4 — электромагнит; 5 — микровыключатель; в — электрон-
ное
растание тока в катушке К'. Время задержки составля-
ет 1,5—2 с. При отключении катушки реле от источника
питания Ua наблюдается обратная картина, и контакт
реле с некоторым запаздыванием (5—8 с) обесточивает
цепь управления Y(t).
Работа пневматического реле времени сводится к
следующему. При записи информации подается импульс
тока в электромагнит, который срабатывает и штангой
прогибает мембрану (рис. 49, б). Воздух из камеры вы-
брасывается через обратный клапан. По окончании дей-
ствия электромагнита мембрана стремится занять ус-
тойчивое положение. В камере создается разрежение и
воздух засасывается через дросселируемое отверстие.
Скорость движения мембраны в исходное положение за-
висит от количества воздуха, поступающего через это
дросселируемое отверстие. Как только мембрана со
штангой займет нижнее положение, срабатывает микро-
выключатель (замыкает цепь), и на выходе (через оп-
ределенное время с начала подачи сигнала записи) по-
является сигнал информации. Регулировка времени сра-
батывания таких реле составляет 0,5—180 с.
Электронное реле времени (рис. 49, в) состоит из
электронной лампы VL, конденсатора С, резистора R,
электромеханического реле К и ключа SB. Работа реле
сводится к следующему: при замыкании контактов клю-
ча (положение 1) лампа заперта отрицательным потен-
циалом опорного напряжения Uo. Этим же потенциалом
79
50. Основные логические элементы
заряжен и конденсатор С. Для записи информации кон-
такт ключа перебрасывается в положение 2. При этом
конденсатор начинает разряжаться на резистор R. По-
тенциал сотки лампы повышается до 0, и лампа отпи-
рается. В се анодной цепи начинает протекать ток, и
реле срабатывает. Время с начала подачи сигнала за-
писи (переброс ключа) до срабатывания реле опреде-
ляется емкостью конденсатора С, резистором R, а также
опорным напряжением По.
Перечисленные логические элементы и их условные
обозначения показаны па рис. 50. Они могут быть со-
зданы с помощью контактных электромагнитных реле
(см. рис. 48 и 49) или на полупроводниках.
Бесконтактные полупроводниковые логические эле-
менты показаны на рис. 51. При подаче сигнала на лю-
бой из входов Xi, %2, х3, схемы ИЛИ на выходе появ-
ляется сигнал у. Для получения сигнала на выходе эле-
мента И (его диоды включены противоположным обра-
зом) необходимо подать «запирающий» сигнал на все
входы схемы.
Транзисторный элемент ИЛИ — НЕ (рис. 51, в)
представляет собой инвертор с тремя входами, выпол-
80
входы
„	1X1 Vfl/
Х1О -К] —
,. voi
Хго—К-----
.XI V05
Z3O—KJ----<
1X1 W
tyo—Kr-—
o)
входы
X-fO---
X2Q----
Xj O* '
51. Логические элементы иа полупроводника-
а — диодный элемент ИЛИ; б — диодный элемент И; в — транзисторный эле*
мент ИЛИ —НЕ
ценными на сопротивлениях. При сигнале 0 на всех вхо-
дах транзистор закрыт, а на выходе имеется отрица-
тельный потенциал (сигнал 1). При подаче хотя бы на
один из входов сигнала 1 транзистор открывается и сиг-
нал на выходе становится равным 0. Коллекторный
резистор используют при работе с другими элементами,.
Пневматические логические элементы можно выпол-
нить с помощью струйной техники. Они имеют преиму-
щества перед электронной и поэтому применяются в
объектах, имеющих высокую тепловую напряженность
либо агрессивную или токопроводящую сроду.
§ 19. МИКРОПРОЦЕССОРЫ В СИСТЕМАХ
АВТОМАТИКИ
При изготовлении элементов и устройств логическо-
го действия способом интегральных схем в миниатюр-
ной пластинке (кристалле) размещается множество тран-
зисторов, диодов и резисторов. С их помощью выпол-
няют различные логические функции. Эти же составные
компоненты интегральных схем используют и для запо-
минания сигналов.
Микроэлектронные интегральные схемы являются ба-
зой для современных электронно-вычислительных ма-
шин (ЭВМ), которые благодаря им стали более деше-
выми, надежными и малогабаритными. В основном это
достигнуто за счет освоения технологии создания боль-
ших микроэлектронных интегральных схем (БИС).
Каждая БИС представляет собой кристалл размером
всего в несколько квадратных миллиметров, в котором
сосредоточены десятки тысяч полупроводниковых эле-
81
•ментов. Это позволило создать микропроцессоры и мик-
роЭВМ.
Микропроцессор (МП)—это программно-управляе-
мое устройство, осуществляющее процесс обработки
цифровой информации и управления им, построенное на
основе одной или нескольких БИС.
В каждой БИС микроэлементы соединены между со-
бой внутренними связями, благодаря которым можно
выполнить нужные операции. Имеется лишь небольшое
число контактов (20—40) для присоединения отводов,
служащих для ввода и вывода информации и внешнего
управления работой БИС. Вместе с контактами БИС
монтируют в корпусе, и в таком виде МП пригоден для
использования в вычислительной системе или системе
автоматического управления. В некоторых из выполнен-
ных образцов объем корпуса МП менее 2 см3.
С созданием микропроцессорной техники появилась
возможность массового применения ЭВМ, в частности,
в области автоматического управления. Большие, сред-
ние по производительности да и малые ЭВМ, которые
и в дальнейшем будут необходимы для обработки бо.г
значительных массивов информации, по техничен
причинам и в силу экономических соображений раш
могли использоваться для управления такими объ<
ми, как относительно несложные промышленные
новки, СДМ, автотракторная и другая техника.
Большое значение имеет и то, что МПимикрс
требуют очень мало электроэнергии и значительн
дежиее обычных ЭВМ, так как у БИС отпадает 1
ходимость в соединительных проводах, кроме неб
шого числа внешних выводов кристалла.
Устройство управления МП (на примере микропр<
цессора серии МП 580) показано на рис. 52. Здесь име-
ются следующие функциональные узлы (блоки). Ариф-
метические и логические операции выполняются ариф-
метически-логическим устройством 1. В его работе уча-
ствуют регистры 2—5, каждый из которых содержит
несколько ячеек памяти. Блок 16 используется при вы-
полнении действий с двоично-кодированными десятич-
ными числами. В основном наборе регистров 11 имеют-
ся общие и оперативные регистры, счетчик команд, ад-
ресный регистр и указатель стека (магазина регистров),
хранящий в памяти адрес ячейки стека. Здесь же име-
ются устройства 10 и 18, используемые при управлении
S2
52. Схема микропроцессора серии МП 580
шетическп-логическое устройство; 2—5— регистры памяти; 6, 17 —
и дешифратор команд; 7 — буферный регистр; 8, 9, 13 — внешняя,
яя и адресная шипы; 10, 18 — управляющие устройства; 11 — общие,
54 чые и адресный регистры; 12 — выходной буфер; 14, 15 --каналы и
блок внешнего управления; 16 — блок кодарования
грат j набора регистров и обменом данными между
обт внутренней шиной 9 микропроцессора (шина—
нит «канальная линия передачи сигналов). Набор ре-
ров соединен через выходной буфер 12 с адресной
ильной 13. В МП имеются также регистр команд 6 и де-
'• ифратор команд 17. Через буферный регистр 7 осуще-
ствляется обмен информацией с внешней шиной 8. Блок
управления 15 имеет ряд каналов 14, по которым пере-
даются сигналы внешнего управления. Стрелками пока-
заны направления передачи сигналов.
МикроЭВМ, или микрокалькулятор (рис. 53) рабо-
тает следующим образом. Микропроцессор непосредст-
венно сопряжен с операционными регистрами X и У,
которые являются запоминающими устройствами для
хранения двух чисел (операндов). Результат вычисле-
ний, поступающих в регистр X, одновременно индици-
руется в десятичной форме с помощью индикатора (дис-
плея) .
83
53. МикроЭВМ (микрокалькулятор)
В современных микрокалькуляторах с операцией
ми регистрами X и Y объединены еще несколько pei
стров (Z, Т и т. д.), образуя стек. Перемещение чис
стека вверх (X—>-У, У-э-Z, Z-э-Т и т. д.) или вниз
(Х-^-У, Y+-Z, Z^—T и т. д.) напоминает перемещение
патронов в магазине пистолета.
К МП подключаются также постоянное запоминаю-
щее устройство (ПЗУ) и оперативные запоминающие
устройства (ОЗУ) данных и программ. ОЗУ данных —
это от одного до нескольких сотен регистров памяти, по-
добных регистрам X и У. Пользователь может обратить-
ся к любому из них, задав его номер (адрес). ОЗУ про-
грамм хранит команды, задаваемые программой, кото-
рую вводит пользователь. В ПЗУ хранятся команды
(микропрограммы) для выполнения основных операций.
У непрограммируемых микрокалькуляторов ОЗУ про-
84
54. Основные компоненты микропроцессорной программы управления строи-
тельными н дорожными машинами
грамм отсутствует. Иногда ОЗУ данных и программ
объединяются, т. е. часть ОЗУ используется для хране-
ния данных, остальная часть — для храпения программ.
Управление всеми блоками от клавишного пульта
или автоматически по программе осуществляется уст-
ройством управления. Через него к МП могут подклю-
чаться некоторые дополнительные устройства: модуль с
программами пользователя (МПП), накопитель инфор-
мации на магнитной карте (НМК), печатающее устрой-
ство — принтер и др.
Рассмотренная микроЭВМ построена на нескольких
кристаллах БИС и является основой, например, для
микрокалькуляторов Электроника БЗ-19М и Электрони-
ка БЗ-34 с обратной бесскобочной логикой вычисления.
В настоящее время идет подготовка к массовому ис-
пользованию1 МП на СДМ, для управления их ДВС.
трансмиссией и приводом рабочего органа. Центральное
звено такой микропроцессорной системы (рис. 54) — мо-
8'5
дель реально' протекающего процесса. Она включает три
компоненту: модельное состояние, описывающее реаль-
ный процесс во времени; функцию модификации состо-
яний, описываемых по сигналам от датчиков, и функ-
цию предсказания определенного модельного состояния,
на основании чего и формируется набор машинных
команд.
§ 20. ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ
КАК СЧЕТНО-РЕШАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА
Полученная с первичных преобразователей (датчи-
ков) информация должна быть соответствующим обра-
зом переработана. Одна из задач переработки — опре-
деление величины полученного сигнала — измерение его,
т. е. сравнение с эталоном. Роль таких элементов вы-
полняют измерительные схемы.
Существуют два метода преобразования информации
о состоянии объекта.
Метод прямого преобразования характеризуется тем,
что все преобразования информации производятся толь-
ко в одном, прямом направлении. Аналогом такого пре-
образования может служить управление по разомкну-
тому циклу (см. рис. 1), где управляющим устройством
является датчик, например, температуры (термопара),
а объектом управления — милливольтметр (см. рис. 33,
верхняя или средняя схемы).
Метод прямого преобразования отличается сравни-
тельно низкой точностью, однако имеет и ряд преиму-
ществ: простота конструкции (значит, высокая надеж-
ность), меныпая масса и стоимость, высокое быстро-
действие.
Метод уравновешивания предусматривает использова-
ние двух цепей преобразователей: прямого и обратного
преобразования. Аналогом, реализующим метод уравно-
вешивания, может быть управление по замкнутому цик-
лу (см. рис. 2). Здесь благодаря обратной связи па вход
объекта управления (измерительного прибора) поступа-
ет только небольшая часть входной преобразуемой ве-
личины со знаками « + » или «—», характеризующей
степень неравновесия. Метод уравновешивания приме-
няется в ряде приборов (систем) с мостовыми равновес-
ными и компенсационными измерительными схемами.
Мостовая схема постоянного тока
86
56. Дифференциальная измерительная схема
имеет в своей основе схему моста Уитсона (рис. 55).
Принцип действия моста основан на том, что при равен-
стве отношений сопротивлений в плечах моста RiIR^—
— Rz/Ra в диагонали моста нет тока. На этом принципе
основаны мостовые измерения, которые названы нуле-
вым методом. Такой метод достаточно точен (ошибка
может быть менее 0,5%). Мосты подобного типа назы-
ваются равновесными или балансными.
При непосредственном методе отсчета измеряемая
величина определяется по показанию прибора, вклю-
ченного в измерительную цепь. Однако в этом случае
ток в цепи зависит от напряжения источника питания.
Это вызывает необходимость в обеспечении постоянства
напряжения либо использовании в качестве измеритель-
ного прибора логометр (устройство магнитоэлектриче-
ской системы, малочувствительное к изменению напря-
жения питания).
Мостовая схема переменного тока
аналогична мосту постоянного тока, но отличается от
него тем, что плечи состоят из сопротивлений, имеющих
как активные составляющие, так и реактивные.
Дифференциальная измерительная
схема состоит из двух смежных контуров (рис. 56),
в каждом из которых Действует своя ЭДС (Дц . Из-
мерительный прибор с сопротивлением ZITp включен в
ветвь, общую для обоих контуров. Такая схема удобна
при использовании индуктивных датчиков. В этом слу-
чае Z4 и Да являются их сопротивлениями. Дифферен-
циальная схема проще мостовой и в ряде случаев име-
ет более высокую чувствительность.
87
57. Принципиальная ком-
пенсационная схема изме-
рения ЭДС термопары
Ях — сопротивление источ-
ника термоэлектродвижущей
силы; 1у — ток в цепи при-
бора-указателя равновесия;
^—определяемая электро-
движущая сила; — сопро-
тивление прибора-указателя;
7?к—сопротивление реохорда;
Лп— сопротивление проводов;
Е— источник питания;
7?к—сопротивление цепи пита-
ния; /0—ток источника пи-
тания; /р — ток расбалансэ
Измерительный прибор, включенный в общую ветвь,
показывает разность контурных токов. Эта разность по-
является в результате изменения одной (обеих) ЭДС
или одного (обоих) сопротивлений (например, у дат-
чиков-тензорезисторов).
Компенсационные схемы применяются для
измерения сигналов, полученных с преобразователей в
виде изменения напряжения. В основе работы компен-
сационных схем лежит метод сравнения. Характерная
черта этих схем — высокая точность измерения.
Применяемые в автоматических системах компенса-
ционные устройства выполняются с автоматическим
уравновешиванием. Эти устройства называются автома-
тическими потенциометрами (компенсаторами) постоян-
ного и переменного тока.
На рис. 57 изображена принципиальная электриче-
ская компенсационная схема, на вход которой для из-
мерения подается электродвижущая сила Ех, создавае-
мая, например, термопарой.
Измеряемая ЭДС Ех прикладывается к зажимам ре-
зистора Ду прибора-указателя и к последовательно со-
единенным резисторам (Дк+Дп). . Чтобы скомпенсиро-
88
вать падение напряжения на этих участках из условии
/у=0, необходимо передвинуть реохорд потенциометра
7?к таким образом, чтобы разность потенциалов между
точками 1 и 2 была равна нулю. Это возможно при ус-
ловии, что на части сопротивления потенциометра Дк
падение напряжения UK=I0RK скомпенсировало изме-
ряемую ЭДС Ех.
Доказано, что линейное перемещение реохорда потен-
циометра пропорционально измеряемой ЭДС, что и фор-
мирует управляющее воздействие.
Компенсационные измерительные схемы постоянного
тока питаются от сухих гальванических элементов, тре-
бующих периодического контроля и регулирования ве-
личины тока /о с помощью реостата R'.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1.	Направления использования счетчиков импульсов.
2.	Основные логические операции и способы их реализации.
3.	Что такое триггер?
4.	Что представляет собой микропроцессор?
5.	Основные виды измерительных схем.
6.	Назовите измерительную схему, в которой измеряемая ве-
личина преобразуется в изменение активного или реактивного со-
противления.
ГЛАВА V
ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЕ МЕХАНИЗМЫ
§ 21. КЛАССИФИКАЦИЯ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫХ
МЕХАНИЗМОВ
Исполнительным органом или механизмом называет-
ся устройство, преобразующее командные сигналы в
регулирующие воздействия (перемещение, вращение).
Исполнительные органы систем регулирования являют-
ся последним звеном цепи автоматического регулирова-
ния. Они воздействуют на процесс в соответствии с по-
лучаемой командной информацией. Эти устройства, со-
стоящие из блоков, включающих исполнительный ме-
ханизм и. регулирующий орган, могут снабжаться
дополнительными вспомогательными блоками.
89
В системах автоматического регулирования (напри-
мер, количества вещества) исполнительный механизм
предназначен для перемещения затвора регулирующего
органа, который воздействует на процесс путем измене-
ния пропускной способности.
В зависимости от вида используемой энергии и кон-
структивных особенностей исполнительные механизмы
классифицируются на: электрические, пневматические,
гидравлические, электропневматические, электрогидрав-
лические, пневмогидравлические, мембранные, поршне-
вые, мембранные гидравлические, поршневые гидравли-
ческие.
В зависимости от конструктивных особенностей регу-
лирующих органов исполнительные устройства класси-
фицируются на: заслоночные, односедельные, двухсе-
дельные, трехходовые, шланговые.
По характеру обратной связи исполнительные меха-
низмы могут быть непрерывного (см., например, рис. 12,
13 и др.) или релейного действия.
Исполнительные механизмы в робототехнике отли-
чаются более сложным устройством, так как должны
обеспечивать перемещение рабочего органа в простран-
стве, для чего требуется несколько степеней свободы. В
простейшем случае это может быть обеспечено приме-
нением (одновременным или последовательным) несколь-
ких исполнительных механизмов с одной степенью сво-
боды. Однако в этом случае масса и габариты промыш-
ленного робота (манипулятора) возрастают.
§ 22. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЕ
МЕХАНИЗМЫ
К наиболее широко распространенным электрическим
исполнительным механизмам относятся электродвига-
тель и соленоидный исполнительный механизм.
Двухпозиционный двигатель ДР (двух-
позиционное регулирование) —это устройство (рис.
58), состоящее из однофазного асинхронного элект-
родвигателя 5 и шестеренчатого редуктора /, находя-
щихся в общем литом кожухе. Выходной вал редуктора
через шайбу 2 может обеспечить поворот регулирующе-
го органа (например, секторной задвижки) на 180°, а
через шток 3 кулачкового механизма можно одновре-
менно осуществить возвратно-поступательное движение
90
’220В
58. Исполнительный двухпозиционный двигатель ДР
я — редуктор; 2— выходной вал с шайбой; 3— шток; 4 — выключатель;
5 — электродвигатель
59. Схема включения двухпозиционного двигателя
I, 4 — концевые выключатели; 2 — наружное контактное кольцо; 3 — внут-
реннее контактное кольцо; 5 — электродвигатель; 6, 7 — контакты; 8 — движок
другого рабочего органа. Частота вращения выходного
вала зависит от сочетания шестерен в редукторе, кото-
рое выбирают при наладке системы. Выключатель 4,
расположенный на конце выходного вала, позволяет
осуществить двухпозиционное регулирование.
Схема включения двухпозиционного двигателя пока-
зана на рис. 59. Когда значение регулируемой величины
находится в заданных пределах, контакты 6 и 7 управ-
ляющего прибора (например, реле) разомкнуты. Пока
движок 8 замыкает внутреннее контактное кольцо 3, к
которому подключена обмотка статора, и наружное кон-
тактное кольцо 2, двигатель и движок 8 вращаются (на-
пример, по часовой стрелке). Достигнув концевого вы-
ключателя 1, движок 8 соскакивает с наружного коль-
ца и размыкает цепь. Двигатель останавливается. Изме-
нение регулируемого параметра приводит к замыканию
контакта 7. Двигатель включается, движок поворачива-
ется и снова входит в контакт с наружным кольцом, но
уже с нижней его половиной. Регулирующий орган пе-
91
60. Пропорциональный исполнительный механизм ПР
с-—конструкция в разрезе; б — схема включения; 1—зубчатые пары; 2—
муфта; 3 — зубчатая рейка; 4, 7 — потенциометры; 5 — двигатели Л'-вый и1
правый; 6, 18— реохорды; 8 — якорь; 9, 10 — обмотки реле; 11, 12, //—кон-
такты; 13—кулачок концевого выключателя; 15, 17 — обмотки двкга iелей;
16— ротор; 19, 20—-клеммы
ремещается, пока движок 8 не дойдет до другого кон-
цевого выключателя 4. Теперь включение двигателя
произойдет только при замыкании контакта 6, т. с. ког-
да регулируемый параметр достигнет своего нижнего
предела. Таким образом, выходной вал делает по пол-
оборота и останавливается, а рабочий орган замыкает
при этом то одно, то другое крайнее положение регу-
лятора. Скорость выходного вала зависит от передаточ-
ного числа редуктора.
Исполнительный механизм с двигате-
лем ПР (пропорциональное регулирование) по конст-
рукции (рис. 60, а) близок к двигателю ДР. Возмож-
ность пропорционального регулирования достигается ус-
тановкой на одном валу двух электродвигателей. Один
из них вращает вал в одном направлении, другой —'в1
противоположном. Исполнительный механизм состоит из
92
зубчатых пар 1, муфты 2 и зубчатой рейки 3. На выход-
ном валу наряду с концевым выключателем имеется по-
тенциометр 4, который используется для создания об-
ратной связи в схеме, обеспечивающей пропорциональ-
ное регулирование (рис. 60, б). В этой схеме, кроме
двигателя ПР, имеется поляризованное реле с обмотка-
ми 9 и 10, якорем 8 и контактами 11 и 12, а также уп-
равляющий прибор, который перемещает реохорд 6 по
потенциометру 7 пропорционально изменению регулиру-
емого параметра.
Пропорциональное регулирование, например, газово-
го вентиля, осуществляется следующим образом. В на-
чальном состоянии вентиль находится в среднем поло-
жении. Реохорд 18 находится посередине потенциомет-
ра 4, а управляющий прибор настраивают на заданное
значение регулируемого параметра, и реохорд 6 оказы-
вается посередине потенциометра 7. Электрическая цепь
между клеммами 19 и 20 делится реохордом 6 на парал-
лельные ветви. Поскольку сопротивление в левой ветви
равно сопротивлению в правой, сила тока в обмотках 9
и 10 поляризованного реле одинакова. Якорь 8 реле при
этом находится в нейтральном положении, а контакты
11 и 12 разомкнуты, и двигатель не работает.
При изменении регулируемого параметра реохорд 6
перемещается по потенциометру 7 (предположим, вле-
во). Тогда сила тока в обмотке 9 возрастает, а в обмот-
ке 10 уменьшается. Якорь реле замыкает левый контакт
12, и ток с узла потечет по обмотке 17 статора левого
двигателя 5. Вращение ротора 16 двигателя будет из-
менять положение регулирующего органа и одновремен-
но перемещать реохорд 18 потенциометра обратной свя-
зи вправо. Когда сопротивление в левой части потенци-
ометра 4 увеличится настолько, что компенсирует умень-
шение сопротивления в левой части потенциометра 7,
токи в катушках 9 и 10 поляризованного реле снова ста-
нут одинаковыми, и якорь 8 реле, размокнув контакт 12,
займет нейтральное положение.
Двигатель остановится, но его выходной вал с муф-
той 2 будет уже повернут на определенный угол и
регулирующий орган займет новое положение, отклонив-
шись от среднего пропорционально изменению регули-
руемой величины. При отклонении регулируемой вели-
чины в другую сторону реохорд переместится по потен-
циометру 7 вправо, обмотка 10 поляризованного реле
93
вызовет перемещение якоря 8 и контакт 11 замкнется.
Двигатель будет вращаться в противоположном направ-
лении. При повороте вала на угол, превышающий 180°,
приводится в действие концевой выключатель с кулач-
ком 13 и контактами 14, что вызовет остановку двига-
теля.
Выпускают также электромеханические
сервомоторы для автоматического, дистанционно-
го, а при необходимости и ручного управления. Они со-
стоят из трехфазного асинхронного двигателя и одного
или двух редукторов. Вал редуктора соединяется с ре-
гулирующим органом. Для управления этими сервомо-
торами применяют колонки дистанционного управления
(КДУ), в которых смонтированы путевые и конечные
выключатели, а также реостатный датчик, показываю-
щий степень открытия регулирующего органа.
Соленоидные (электромагнитные) вен-
тили (СВ) служат для преобразования электрическо-
го импульса в двухпозиционное перемещение клапана:
при наличии напряжения в электромагнитной катушке
клапан открыт, при отсутствии напряжения — закрыт.
Для открытия клапанов большого диаметра требу-
ется сравнительно большое усилие. Чтобы уменьшить
мощность (и, соответственно, габарит) электромагнита,
в конструкции СВ имеется гидравлический усилитель.
По принципу действия различают поршневые и мем-
бранные соленоидные вентили. На рис. 61 приведена
схема поршневого соленоидного вентиля. При отсутст-
вии тока управляющий клапан 5 перекрывает централь-
ное отверстие в поршне-клапане 6. Поступающая жид-
кость через калиброванное отверстие в поршне-клапа-
не 6 или по специальной канавке, имеющейся па его
наружной поверхности, попадает в полость над порш-
нем 6'. Давление жидкости и вес клапана обеспечивают
его полное закрытие.
При появлении тока в катушке 1 сердечник 2 втяги-
вается в катушку, поднимая при этом разгрузочный (уп-
равляющий) клапан 5. Жидкость из верхней полости
поршня 6 стекает через центральное отверстие и дав-
ление ее падает. Под действием силы электромагнита и
давления жидкости, поступающей снизу (поскольку пло-
щадь поршня больше площади перекрываемого отвер-
стия), поршень перемещаете,, вверх до полного откры-
вания вентиля.
'94
61 Поршневой соленоидный вентиль
1 — катушка; 2 — сердечник; 3— трубка; 4— гайка; 5 — управляющий кла-г
пан; 6 — поршень; / --основной клапан; 8 — винт
62. Мембранный соленоидный вентиль
1 — мембрана; 2— щель; 3— пружина; 4— основной клапан; 5 — направ-
ляющая клапана; 6 — канал
Катушка 1 отделена от жидкостной полости труб-
кой 5 из немагнитного материала. Винт 8 служит для.
принудительного открытия клапана. Для лучшего уп-
лотнения в основном клапане предусмотрена резиновая,
прокладка, которая прилегает к латунному седлу.
Центральное отверстие в поршне не должно быть на-
много больше калиброванного отверстия (или площади
сечения продольной канавки), иначе клапан будет бы-
стро закрываться и произойдет недопустимое повыше-
ние давления в трубопроводе до вентиля, что .может
вызвать гидравлический удар и разрыв трубопровода.
В мембранном соленоидном вентиле- (рис. 62) камера
над основным клапаном 4 отделена от напорной линии
мембраной 1 из прорезиненной ткани. Поступающая
жидкость, проходя через щель 2 и отверстие в направ-
ляющей клапана 5, заполняет полость над мембраной..
Ее. давление закрывает основной клапан 4. При вклю-
чении катушки соленоида управляющий клапан подни-
мается, преодолевая силу пружины 5. При этом жид-
кость вытекает из полости над мембраной по каналу 6-
и давление над ней падает. Тогда давление жидкости на
95.
63. Электромашииный толкатель
а — принципиальная схема толкателя; 1 — статор; 2 — ротор-гайка; 3 —
ось-винт; 4 — шток; 5 — направляющие; б — схема управления толкателем
мембрану снизу и сила пружины 5 открывают основной
клапан 4.,
Электромашииный толкатель (рис. 63,а)
применяется в тех случаях, когда требуются большие
перемещения при значительном усилии. При включе-
нии трехфазной статорной обмотки в цепь ротор начи-
нает вращаться; винт совершает поступательное движе-
ние в ту или иную сторону вместе с толкателем. Его
скорость перемещения определяется так: v = nt м/с (и —
частота вращения ротора, с1; I — шаг винта, м).
Усилие, развиваемое толкателем, определяется по
формуле
где М— крутящий момент двигателя;
ц — к. и. д. винт-гайки;
/\п — коэффициент пропорциональности, учитывающий размер-
ности Л-1 и t.
В тех случаях, когда требуется развивать очень боль-
:шис усилия, па электромашииный толкатель устанавли-
вают редуктор; при этом скорость перемещения толка-
теля естественно уменьшается.
Схема автоматического управления толкателем при-
ведена на рис. 63, б. При нажатии оператором кнопки
«пуск» SB1 срабатывает контактор КМ1, который вклю-
чает статор толкателя; начинается вращение ротора и
выдвижение толкателя. Заняв крайнее правое положе-
ние, толкатель начинает механически воздействовать на
конечный выключатель SQ2, который размыкает верх-
нюю цепь управления (обесточивается КМ1, выдвиже-
ние толкателя прекращается) и включает контактор
КМ2. Последний, в свою очередь, включает статорную
96
обмотку на противоположное вращение ротора. Толка-
тель начинает движение влево, и при достижении край-
него левого положения происходит (механически) воз-
действие на конечный выключатель SQ1, который обес-
точивает контактор КМ2. Кнопка «стоп» SB2 является
аварийной и служит для остановки толкателя.
§ 23. ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ
И ПНЕВМАТИЧЕСКИЕ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЕ
МЕХАНИЗМЫ
Исполнительные механизмы, использующие энергию
жидкости или газа, могут быть как самостоятельными
механизмами (цилиндр и поршень со штоком), так и
устройствами, объединенными с усилителями.
Например, на рис. 64, а приведена схема управления
силовым цилиндром с помощью золотника, а
сам золотник приводится в действие диафрагменным
элементом.
Управление цилиндром может производиться при по-
мощи усилителя сопло-заслонка (рис. 64, б).
При расчете и подборе гидроцилиндров определяет-
ся мощность, развиваемая поршнем. При перемещении
поршня вниз (рис. 64, а) расход рабочей жидкости оп-
ределяется так: Qi=7?iUi, а при перемещении вверх
Q2=Fnv2 (Fi и. Fu — полезная площадь поршня; щ и
v2—скорость перемещения поршня). Откуда скорости
перемещения поршня соответственно будут равны: щ =
= Qji'Fi п v2=Qz/Fu. Усилия, развиваемые поршнем, бу-
дут P<.=piFi иР2=Рп-^п (Pi и рп — удельное давление в
левой и правой частях цилиндра).
Зная усилие и скорость поршня, мощность такого
привода можно определить как Af1=p1Q1 и АЗ.-—P11Q2.
Время хода поршня в одном направлении составит It—
— l!Vi И t2 = llv2 {I — ход поршня).
Главное в автоматике гидропривода — регулирова-
ние скорости движения штока. Существуют два способа
регулирования поступательного движения: регулирование
производительностью насоса и дросс льное регулирова-
ние.
В пневматическом приводе источником энергии явля-
ется сжатый воздух. По принципу действия и конструк-
ции пневмоприводы можно разделить на поршневые и
диафрагменные. Наиболее широкое применение получил
4—3307
97
G4. Гидравлические и пневматические исполнительные элементы с усилителями
а — с золотниковым усилительным элементом: 1 — шток золотника; 2 —«.
каналы; 3 — цилиндр: 4— поршень; 5 — диафрагменный привод золотчика;
б — с усилительным элементом «сопло—заслонка»: 1 — шток заголовки; 2 —
капал; •'< —_цилиндр;. 4 — поршень; 5 — дроссель гюстошитого- -^хжротпълс'пия:
'6 — дроссель переменного сопротивления; в — однолопастчый поворотный дви-
гатель: 1 — шток золотника; 2 — канал; 3— корпус; 4— лопасть; 5,	—уп«
лотпитсли; г --диафрагменный исполнительный элемент: / —корпус; 2 —
крышка; 3- диафрагма; 4— грибок; 5—шток
i
поршневой пневмопривод (рис. 64,6). По конструкции
он аналогичен гидроцилиндру.
Усилие на штоке поршня пневмоцилиндра определя-
ется по формуле
P^Fp- (Т + д),
65. Аксиально-поршневой двигатель
J — корпус; 2— ротор; 3 — поршень; 4 — шток; 5 — подшипники; 6 — вал дви»
птма
где F — полезная площадь поршня;
р — удельное давление сжатого воздуха;
Т — потери па трение в уплотнениях;
q — усилие возвратной пружины (если она есть).
Однолопастный поворотный двигатель
(рис. 64, в) служит для преобразования возвратно-по-
ступательного движения штока золотника 1 (с входным
сигналом X) в угловое выходное перемещение У.
Крутящий момент на выходном валу М определяет-
ся так;
М -= RFAp/2,
где 7? — радиус цилиндра;
F--рабочая площадь лопасти;
Др — перепад давления на лопасти.
В тех случаях, когда требуется незначительное пере-
мещение штока при больших развиваемых усилиях, ши-
роко применяют диафрагменные исполни-
т е. л г. г ы е элемент ы (рис. 64, г), в которых воздух
подается в верхнюю или нижнюю полости. В зависимо-
сти от величины давления диафрагма перемещает шток
на определенную величину.
Усилие, развиваемое диафрагменным механизмом,
может быть приближенно определено по формуле
Р = К (кО2/4) р — д,
где Д — коэффициент активности диафрагмы (характеризует со-
отношение диаметров грибка и диафрагмы);
D — диаметр диафрагмы;
р — давление в камере диафрагмы;
<7— усилие возвратной пружины.
Широкое применение в качестве гидравлического ис-
полнительного механизма получили аксиально-
поршневые двигатели (рис. 65) с торцевым
распределением рабочей жидкости. В корпусе 1 поме-
щается ротор 2, в котором находятся поршни 3 с паль-
цами-штоками 4. Усилие от поршня передается через
штоки упорному наклонному подшипнику 5, при этом
развивается вращающий момент на валу 6. Двигатели
такой конструкции обеспечивают плавное изменение уг-
ловой скорости выходного вала с изменением количест-
ва подаваемой к нему жидкости.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1.	Что понимается под исполнительным устройством?
2.	По каким признакам классифицируются исполнительные
у стройства?
3.	Назовите электрические исполнительные механизмы.
4.	Как работает электромашипный толкатель?
5.	Данте классификацию пневматических и гидравлических ис-
полнительных механизмов.
6.	Каков принцип работы аксиально-поршневого двигателя?
ГЛАВА VI
СТАТИЧЕСКИЕ И ДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
ЭЛЕМЕНТОВ АВТОМАТИКИ И ОБЪЕКТОВ
УПРАВЛЕНИЯ
§ 24. ЛИНЕЙНЫЕ И НЕЛИНЕЙНЫЕ
ЭЛЕМЕНТЫ В ОБЪЕКТАХ УПРАВЛЕНИЯ
В § 1 была дана полная классификация систем ав-
томатического контроля, управления и регулирования.
Теперь более подробно рассмотрим ее отдельные состав-
ляющие.
Непрерывная автоматическая система
состоит только из звеньев непрерывного действия, т. е.
таких, у которых выходная величина изменяется плавно
при плавном изменении входной величины.
100
Дискретная система содержит хотя бы одно
звено дискретного действия, выходная величина которо-
го изменяется скачкообразно (дискретно) при плавном
изменении входной величины. В качестве примеров та-
ких систем можно привести системы, содержащие реле
(релейные системы) или импульсные элементы (им-
пульсные системы).
В свою очередь, все автоматические системы, как бы
они ни подразделялись по другим признакам, бывают
линейными и нелинейными.
Чаще всего статические характеристики отдельных
элементов системы автоматического управления нели-
нейные, т. е. не изображаются в виде одного отрезка
прямой линии. Например, характеристикой чувствитель-
ного элемента в регуляторе ДВС (см. рис. 12) являет-
ся приведенная на рис. 66 характеристика зависимости
перемещения Z муфты регулятора от скорости враще-
ния со. Эта характеристика, показанная на рисунке жир-
ной линией, нелинейна. Пусть основной рабочей точкой
характеристики является точка Л. Если при использо-
вании данной характеристики для анализа поведения
системы в целом будет достаточным рассмотреть лишь
малые отклонения скорости вращения со от ее поминаль-
ного значения сод, то можно заменить в окрестности
точки А кривую Z==f(w) касательной к пей в этой точ-
ке. Это называется линеаризацией нелинейной характе-
ристики. Теоретически кривая может быть заменена от-
резком касательной только при бесконечно малом уда-
лении от точки, через которую она проведена. Однако
практически чаще всего, не допуская значительных по-
грешностей, можно считать малыми и достаточно боль-
шие отклонения. Например, показанная на рис. 66 кри-
вая практически может быть заменена отрезком каса-
тельной на всем участке от точки В до точки С, когда
величина изменяется от со в до сое.
Линейными системами называются такие, в которых
все элементы имеют либо линейные характеристики, ли-
бо нелинейные, но линеаризуемые вышеуказанным спо-
собом.
Нелинейной системой называют такую, в которой хо-
тя бы для одного се элемента линеаризация не пред-
ставляется возможной. В этих случаях прибегают к
приближенным методам исследования нелинейных си-
стем с учетом их нелинейностей или к частным точным
101
66. Характеристика регулятора
67. Переходные процессы в системах
автоматического регулирования
а — апериодический сходящийся; б —
колебательный затухающий; в — апе-
риодический расходящийся; г — коле-
бательный расходящийся; д— колеба-
тельный гармонический
SJ
методам решения нелинейных уравнений невысокого
порядка (чаще всего 2-го).
По способности к самоприспосабливаншо, т. е. спо-
собности автоматически изменять закон регулирования
и параметры регулятора в зависимости от изменения
внешних условий работы, системы регулирования де-
лятся на адаптивные (самоприспосабливающисся) и
обыкновенные, которые такой способностью не обла-
дают.
Частным случаем адаптивных систем являются оп-
тимальные системы, цель которых — нахождение и под-
держание наилучшего в некотором смысле режима ра-
W2
боты системы регулирования, а также системы с пере-
менной структурой.
Общей характеристикой процессов, происходящих в
системах автоматического регулирования, как и во вся-
ких динамических системах, являются установившиеся
и переходные фазы (процессы).
Установившийся процесс характеризуется постоянст-
вом внешних возмущений, т. е. управляющих и возму-
щающих воздействий.
Изменения управляющих и возмущающих воздейст-
вий являются причиной возникновения в системе пере-
ходных процессов. Время, в течение которого регулиру-
емая величина принимает новое постоянное значение
после отклонения его от установившегося значения под
влиянием внешних возмущений, называется временем
переходного процесса. При рассмотрении процессов в
системе регулирования важное значение имеют три по-
нятия: устойчивость системы, качество регулирования
и точность регулирования.
Устойчивость — это свойство системы возвра-
щаться в установившееся состояние после того, как она
была выведена из этого состояния каким-либо возму-
щением. Например, переходные процессы, показанные
на рис. 67, а, б, соответствуют устойчивым системам ре-
гулирования и называются соответственно апериодиче-
ским и колебательным. В неустойчивых системах могут
протекать переходные процессы (рис. 67, в, г).
Процесс, показанный на рис. 67, д, соответствует
устойчивым колебаниям в замкнутой системе регулиро-
вания (или автоколебаниям). Такие процессы чаще все-
го возникают в релейных системах, которые широко
применяются на практике, если амплитуда и период ав-
токолебаний достаточно малы и не запрещены техниче-
скими условиями на работу системы регулирования.
Качество процесса регулирования зависит от того,
насколько этот процесс близок к желаемому.
В общем виде динамические свойства системы авто-
матического регулирования описываются дифференци-
альным неоднородным уравнением в операторной форме
(аорп 4-	. + a„_.i р + ап) х -
= (bopm + b1pm~A + ... + bm~ip + bm) f (/),
где Co,.... ba,..., bm — постоянные коэффициенты;
x — отклонения регулируемой величины;
f (t) — возмущающее воздействие.
ЮЗ
Характеристическое уравнение системы aopn+alpn~i +
-Г ... -f- ctn—ip + cin 0.
Система будет устойчива, т. е. переходный процесс
будет затухающим при отрицательных значениях веще-
ственных корней. Если корни уравнения комплексные
(Pn=Mn + iNn), то для устойчивой системы веществен-
ные части этих корней также должны быть отрицатель-
ными.
Для математического анализа системы автоматиче-
ского регулирования пользуются критериями устойчиво-
сти, которые определяют условия, необходимые и до-
статочные для того, чтобы корни характеристического
уравнения системы имели отрицательную вещественную
часть. Такне критерии, которые позволяют проверить
устойчивость системы, не прибегая к графическим по-
строениям, а ограничиваясь лишь алгебраическими вы-
числениями над коэффициентами характеристического
уравнения, называются алгебраическими критериями. К
ним относятся критерии Рауса, Гурвица и Вышнеград-
ского.
К графоаналитическим критериям устойчивости от-
носятся критерии Михайлова и Найквиста.
§ 25. ТИПОВЫЕ ДИНАМИЧЕСКИЕ ЗВЕНЬЯ
При изучении динамических свойств систем автома-
тического регулирования рассматривают зависимости,
связывающие входные и выходные величины звеньев во
время переходных процессов, отвлекаясь от физической
природы и структурных особенностей этих элементов.
Допуская упрощение в дифференциальных уравнениях,
можно е достаточной степенью приближения описать
поведение в переходном процессе различных по своей
физической природе элементов одинаковыми дифферен-
циальными уравнениями. В результате, получается срав-
нительно ограниченное число уравнений, описывающих
типичные элементы систем регулирования. Общность
динамических свойств звеньев одного типа позволяет на
основе одних и тех же методов исследовать различные
процессы в системах автоматического регулирования с
точки зрения динамики систем.
Основными типовыми зве.ньями систем автоматиче-
ского регулирования являются: пропорциопальйые (бе-
ги
БЕЗЫНЕРЦИОННОЕ
ЗВЕНО
*
ВХОД
выход
i
S)

68. Безынерционное звено
а — переходная характеристика;
б — аналог звена
зынерционные), инерционные, интегрирующие, диффе-
ренцирующие и колебательные.
Рассмотрим уравнения и основные особенности этих
звеньев. Под входными и выходными величинами X и Г
будем понимать отклонение входной и выходной вели-
чин от состояния равновесия, а также будем предпола-
гать, что переходный процесс в звеньях вызывается из-
менением входной величины X скачком, т. е. при
величина X—О, а при t = t0 величина X мгновенно из-
меняется до некоторого значения и остается такой в
дальнейшем.
Уравнения звеньев имеют правую и левую части.
Правая часть уравнения показывает, какое воздействие
поступает на данное звено и с каким коэффициентом
усиления входная величина передается на выход. При
идеальной передаче воздействия звеном в левой части
его уравнения производные отсутствуют. Наличие про-
изводных в левой части означает немгновенную переда-
чу воздействия с искажением характера его в начале
процесса.
Пропорциональное (безынерционное) звено (рис.68)
называется также идеальным или безъемкостным. В нем
выходная величина в любой момент времени пропорци-
ональна входной. Уравнение этого звена имеет вид Y=
= КХ, где Л' — передаточный коэффициент звена (ко-
10Н
ИНЕРЦИОННОЕ.
ЗВЕНО Г
5)
X I
о
69. Инерционное звено
а—переходная характери-
стика; б—аналоги звена
эффициент усиления). Конструктивным примером тако-
го звена, как показано па рис. 68, б, является делитель
напряжения. Другими примерами могут быть; элект-
рический усилитель, рычаг, зубчатый редуктор и др.
Необходимо отметить, что, принимая эти устройст-
ва за безынерционные элементы, их идеализируют, так
как даже электронный усилитель обладает инерцией..
Однако в системах, где прочие звенья имеют несравнен-
но большую инерционность, перечисленные устройства
могут приниматься за безынерционные звенья. В систе-
мах же, состоящих из малоинерциопных звеньев, эти
звенья нельзя считать безынерционными.
Инерционное или апериодическое звено (рис. 69) —
это такое, в котором при подаче на вход скачкообраз-
ного сигнала его выходная величина запаздывает отно-
сительно входной и изменяется апериодически по экс-
поненциальной кривой с постоянной времени Т по урав-
нению
TdYldt + У - ; о,
где 1\ — передаточный коэффициент (коэффициент усиления);
Т — постоянная времени звена.
Решение этого дифференциального уравнения может
быть получено в виде (переходная характеристика зве-
на)
У. Уо (1
S)	.	
О—------------------
x=I(t) -- ti'-Ull)
о—--------—©--------о
шж
70. Интегрирующее звено
где Уо— установившееся значение выходной величины, определяе-
мое по статической характеристике;
Уо=КХек (Хек — скачкообразное изменение входной величи-
ны).
Величина Т определяется по экспериментальной кри-
вой как проекция касательной на ось времени. Так как
кривая является экспонентой, то касательная в любой
ее точке, как показано на рис. 69, а, дает одинаковую
величину времени Т. В действительности переходный
процесс по экспоненте заканчивается только яри време-
ни t~ со. Однако практически принимают, что равно-
весие наступает при 1—4Т.
Пример инерционного звена (рис. 69, б) —электри-
ческая цепь, состоящая из емкости и активного сопро-
тивления, или резервуар с самовыравниванием. Цртгие
примеры: магнитные усилители (см. рис. 44, а), гене-
раторы постоянного тока, электрические цепи, содержа-
щие индуктивность и сопротивление.
Интегрирующее звено (рис. 70) называют также
.(статическим пли звеном первого порядка. Интегриру-
ющее звено описывается уравнением dY!dt=KX-
В таком звене отсутствует жесткая связь между
сходной и выходной величинами. Уравнение можно пе-
реписать: Y=K. J X(i)dt+ Yo, т. е. выходная величина
О
Н)7
ИДЕАЛЬНОЕ
В) С
РЕАЛЬНОЕ
\y=IU)
!,_______________________
y=RI(i)
71. Дифференцирующее звено
а—переходная характеристика идеального звена; б — переходная характе-
ристика реального звена; в — аналоги идеального и реального звеньев
пропорциональная интегралу по времени от входной ве-
личины.
Примерами интегрирующих звеньев (рис. 70, б) яв-
ляются: цепи с конденсатором (емкостью), где Х=/(/),
a	демпфер с подпружиненным штоком, испы-
тывающим скачкообразное воздействие X, но имеющим
постепенное перемещение У за счет перетекания жид-
кости из полости Б в полость А через дроссельное от-
верстие в поршне, находящемся внутри закрепленного
цилиндра; а также электродвигатель, у которого выход-
ной величиной У является угол поворота вала.
Дифференцирующим звеном (рис. 71) называется та-
кое, в котором в идеальном случае выходная величина
пропорциональна скорости изменения входной величи-
ны, т. е. она пропорциональна производной от входной
величины. Уравнение звена имеет вид Y=KdX/dt. При
единичном скачкообразном воздействии такое звено да-
ет на выходе мгновенный импульс (рис. 71, а).
Примером идеального дифференцирующего звена
может служить электрическая цепь с одной емкостью С.
При скачкообразном приложении напряжения X=U(t)
переходной характеристикой звена является мгновен-
ный импульс тока до полной зарядки электроемкости,
Т. е. У=/(0.
Реальное дифференцирующее звено отличается от
идеального тем, что последовательно с емкостью С вклю-
чается резистор R. При этом от скачкообразного воздей-
ствия на входе звена на его выходе будет составляющая,
108
а)
х
72. Колебательное звено
•а — переходные характеристики;
1 — сходящийся процесс; 2 —
расходящийся; б — аналог зве-
не
ГКОЛЕБАТЕЛЬ- У
JНОЕ ЗВЕНО ;	-
пропорциональная величине входного воздействия
(дХсК), изменяющаяся гот закону убывающей экспонен-
ты (рис. 71, в). Переходный процесс реального звена
описывается уравнением Y— КХе~Чт. к этим звеньям
можно отнести, например, элементы, состоящие из ем-
кости и активного сопротивления (рис. 71, б).
Колебательное звено (рис. 72) —это такое, в кото-
ром при скачкообразном изменении величины на входе
выходная величина стремится к новому установившему-
ся значению, совершая относительно него колебания с
амплитудой, затухающей по закону экспоненты. Связь
между входом и выходом звена определяется дифферен-
циальным уравнением {d2Y Idt2) -}-I\(dY/dt) + Y=KX.
Соотношение между постоянными времени Т\ и Tz
влияет на свойства звена.
Если Ti>2T2, то демпфирующие свойства звена бу-
дут преобладать над свойствами, характеризующими
способность звена к раскачке. В этом случае в системе
будет происходить апериодический переходный процесс.
Если же Т\<2Т\, то переходный процесс будет колеба-
тельным. При этом он будет тем ярче выражен, чем мень-
ше Tt по сравнению с 2TZ.
На рис. 72, а приведены графики переходного про-
цесса для случая, когда Ту>2Т2 (кривая 1) и когда
Т1<0 (кривая 2). Во втором случае звено становится
неустойчивым, на выходе могут иметь место возрастаю-
щие колебания, когда энергия, идущая на колебания,
пополняется за счет дополнительного источника.

При 7’1=0 дифференциальное уравнение имеет вид
Тi2-(d?Yj di?) + Y—KX, т. е. такое звено не обладает
демпфирующими свойствами и будет находиться в со-
стоянии незатухающего гармонического колебания.
§ 26. ПЕРЕХОДНЫЕ И ЧАСТОТНЫЕ
ХАРАКТЕРИСТИКИ В СИСТЕМАХ
УПРАВЛЕНИЯ
В реальных системах автоматического регулирования/
и управления часто входная величина представляет со-
бой гармоническую функцию. Исследование систем при1
таких воздействиях с помощью временных характерис-
тик представляет определенные трудности. Вследствие
этого при анализе систем широкое применение получил
частотный метод.
Если на вход устойчивого линейного звена (или си-
стемы) подать гармонический сигнал с постоянной ам-
плитудой и заданной круговой частотой иХ(/) =
=AiSin®(0 (рис. 73, а), на выходе звена (системы) в
установившемся режиме будет гармонический сигнал
(рис. 73, б) с той же частотой, но в общем случае сдви-
нутый по фазе па ф относительно входного сигнала и с
другой амплитудой А2, т. е. Y (I) =Д2 sin [со (/) +ср]. Зна-
чения А2 и ф выходного сигнала зависят от изменения
частоты входного сигнала. Эти изменения обусловлены
динамическими свойствами звена (системы).
Основные частотные характеристики такой системы
приведены на рис. 74. Зависимость отношения амплитуд
колебаний на выходе и входе звена от частоты А(ш) =
—A-JAi (рис. 74, а) называется амплитудной частотной
характеристикой (АЧХ).
Зависимость разности фаз (сдвига по фазе) выход-
ных и входных колебаний от частоты qp (со) (рис. 74, б)
называется фазовой частотной характеристикой (ФЧХ)..
На комплексной плоскости (см. рис. 74, в. где
о' (со) —вещественная частотная характеристика;
/6'((б)—мнимая частотная характеристика; /=^у7~Л),
частотная передаточная функция для каждого фиксиро-
ванного значения ® = может быть изображена векто-
ром А(сщ), который отклоняется от положительного на-
правления оси абсцисс на угол ф(сог-). Кривую, которую
описывает конец этого вектора при изменении частоты
-73. Гармонические сигналы линей-
ного звена
а — входной; б — выходной
74. Частотные характеристики звена
а — АЧХ; б — ФЧХ: в — АФЧХ; г —
•годограф Найквиста для устойчи-
вой системы
от 0 до оо, называют амплитудно-фазовой частотной ха-
рактеристикой (АФЧХ).
Частотные характеристики могут определяться тре-
мя методами: 1) аналитическим по передаточной функ-
ции; 2) аналитическим по имеющейся математической
модели звена (системы); 3) экспериментальным. На
примере колебательного звена можно легче, чем на дру-
гих динамических звеньях, представить себе применение
графоаналитического критерия, устойчивости, положим,
Найквиста. Частотный критерий Найквиста сформули-
рован в следующем виде: условие устойчивости замкну-
той системы регулирования или ее нахождение на пре-
деле устойчивости сводится к требованию, чтобы АФЧХ
разомкнутой системы при изменении ю от 0 до + оо не
охватывала точку с координатами (—-1; /0) на комп-
лексной плоскости. Годограф Найквиста для устойчи-
вой системы показан на рис. 74, г.
Для оценки качества процесса регулирования важно
знать характеристики переходного процесса. Рассмот-
рим их основные показатели на примере регулятора ча-
стоты вращения дизельного ДВС (рис. 75).
Способность устойчивой системы регулирования дви-
гателя поддерживать постоянную угловую скорость при
111
равновесном режиме оценивается степенью нестабиль-
ности регулируемой величины (грЕ):
== Д(»е/«г,
где А(йв — фактическое изменение угловой скорости при равновес-
ном режиме;
W; — угловая скорость при заданном равновесном режиме
(Ином, ®х.х и т. д.).
Запас устойчивости системы характеризуется пере-
регулированием о:
О' = (<®шах — ' ®уст) IWyCT>
где со1иах и Иуст — соответственно максимальное отклонение и ус-
тановившееся значение регулируемой величины.
Время регулирования определяет быстродействие си-
стемы и равно промежутку времени, в течение которого
с начала переходного процесса выполняется неравенст-
во | (В (0 — Шуст |	А«)е/2.
Показателем качества регулирования является так-
же число колебаний Np регулируемой величины в тече-
ние времени переходного процесса.
В системах автоматического регулирования возмож-
ны различные по характеру протекания переходные про-
цесеы: колебательный, характеризуемый несколькими
значениями перерегулирования (кривая 1 на рис. 75),
колебательный затухающий, т. е. переходный процесс
с одним перерегулированием (кривая 2); апериодиче-
ский (без перерегулирования), когда со(О<®уст с точ-
ностью до Асйе/2 при любом t (кривая 3); монотонный
(кривая 4), когда скорость изменения регулируемой ве-
личины не меняет знака в течение всего времени tp:
(daIdt^Q при
Влияние изменения параметров ряда устройств авто-
матических регуляторов на характер переходных про-
цессов рассмотрено в последующих параграфах.
§ 27. СТАТИЧЕСКАЯ И ДИНАМИЧЕСКАЯ
ТОЧНОСТЬ В СИСТЕМАХ
АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ
Качество работы автоматических устройств в значи-
тельной степени зависит от их конструктивных особен-
ностей. Рассмотрим некоторые из них на примере все-
режимного регулятора дизельного ДВС, являющегося
силовой установкой подавляющего большинства мобиль-
ных строительных машин.
Ранее была приведена принципиальная схема (см.
рис. 12) и дано краткое описание его работы при изме-
нении внешнего сопротивления на различных операциях
рабочего цикла бульдозера. Регулятор стремится под-
держивать постоянную частоту вращения вала двига-
теля, однако сделать этого не может, так как каждому
положению муфты на рис. 12. соответствует своя ско-
рость вращения вала регулятора (вала двигателя). Как
показано на рис. 76, при изменении нагрузки от макси-
мальной All до минимальной М2 скорость вращения
вала, поддерживаемая регулятором, изменится на вели-
чину бел, которую называют статической ошиб-
кой (статической погрешностью) регулирования. На-
звание статической она получила потому, что рассмат-
риваются хотя и различные, но установившиеся режимы
работы. В свою очередь, изменение нагрузки на двига-
тель требует различного количества топлива для его ра-
боты, что обусловлено положением рейки топливного
насоса. Однако подвижные грузики центробежного ре-
гулятора и маховик двигателя обладают определенной
инерцией. По этой причине всякое изменение скорости
ИЗ
76. Схема появления статической ошибки регуля-
тора
вращения вала бы сопровождается рассогласованием
между изменением количества подаваемого топлива и
скоростью вращения вала двигателя, наблюдаемом в
переходном процессе (например, кривая 1 на рис. 75).
Это так называемая динамическая погреш-
н о с т ь регулирования.
У центробежного регулятора (см. рис. 12) статиче-
ская н динамическая погрешности взаимосвязаны. Умень-
шение статической погрешности, например, перемеще-
нием влево точки опоры В рычага АВС, вызывают уве-
личение динамической погрешности регулирования (не-
возможность стабилизировать частоту вращения вала
двигателя).
Такое отрицательное влияние на динамические свой-
ства системы регулирования оказывает большая инерци-
онность чувствительного элемента регулятора. Это вы-
звано тем, что грузики 2 в рассмотренном регуляторе
обязательно должны иметь большую массу и, следова-
тельно, являются весьма инерционными, так как энер-
гия. которой располагает чувствительный элемент, прямо
используется для перемещения исполнительного ор-
гана — иглы. Регуляторы, в которых таким образом чув-
ствительный элемент непосредственно1 связан с исполни-
тельным органом, называются регуляторами прямого
действия. С тем, чтобы устранить указанный выше не-
достаток, были созданы регуляторы непрямого действия.
Это регуляторы, в которых между чувствительным эле-
ментом и исполнительным органом включается усили-
тель. работающий вместе с независимым от чувстви-
тельного элемента источником энергии.
Один из таких усилителей — гидравлический (рис.
77. а] сначала применен самостоятельно,, а потом—"Ь
регуляторах. В усилителе имеются рычаг 1 и золотник
2. который может перемещаться в неподвижной втулке
3, а гакже имеется жестко посаженный на штоке 4 пор-
шень 5, который может перемещаться в цилиндре 6. Во
BTVci.e 3 имеются центральный канал 9, по которому
77. Конструктивная схема уменьшения динамической погрешности регулятора
а — включение гидроусилителя; б — регулятор непрямого действия; 1—ры-
чаг; 2 — золотник; 3 — втулка; 4 — шток; 5 — поршень; 6 — цилиндр; 7— 9 —*
каналы
подводится масло под давлением, и каналы 7 и 8, кото-
рые при показанном. на рисунке равновесном положе-
нии золотника перекрыты. Если левый конец рычага 1
перемещается в направлении, показанном стрелкой, при-
чем точка А переходит в положение А', то сначала ры-
чаг поворачивается относительно точки С и занимает
положение А'В'С. Пр,й этом золотник 2 смещается от-
носительно своего исходного положения во втулке 8.
начинает двигаться поршень 5, который, будучи связан-
ным рычагом 1 с золотником 2, возвращает послецвий
в исходное нейтральное положение. Происходит асе зто
следующим образом. Когда золотник первоначально
смещается вверх, открываются проходные сечения с ка-
налах 7 и 8. По первому из них масло начинает посту-
пать в полость цилиндра 6' над поршнем 5, а канал 8
соединяет полость в цилиндре под поршнем со отивот.
Поршень 5 перемещается вниз до такого положения чот
пояски золотника 2 снова перекроют каналы 7 и К При
этом рычаг, который первоначально занимал поло,отчие
А'В'С, переходит в положение А'ВС. Для перемеще-
ния конца А рычага 1 нужно очень небольшое уототие;
при перестановке же поршня 5 со1 штоком 4 можот раз-
виваться очень большая сила, тем большая, чем б-:  вше
площадь поршня и больше давление масла в канале 9.
При смещении конца А рычага 1 в другую сторону ана-
логичным образом поршень 5 со штоком 4 перемеща-
ются в противоположном направлении.
Принципиальная конструкция центробежного регуля-
тора непрямого действия показана на рис. 77, б.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1.	Особенности линейных и нелинейных элементов САР.
2.	Что такое устойчивость системы регулирования?
3.	Основные типовые звенья и их характеристики.
4.	Каковы графики частотных характеристик линейного звена?
5.	Что такое переходный процесс?
6	Причины статической и динамической погрешностей.
ГЛАВА VII
ЗАКОНЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ.
СТАТИЧЕСКИЕ И АСТАТИЧЕСКИЕ РЕГУЛЯТОРЫ.
ПРОМЫШЛЕННЫЕ РЕГУЛЯТОРЫ
§ 28.	ПРОПОРЦИОНАЛЬНЫЙ ЗАКОН
РЕГУЛИРОВАНИЯ
При рассмотрении типовых динамических звеньев в
САР упоминалось безынерционное звено (см. рис. 68).
Такое звено характеризуется пропорциональным зако-
ном регулирования, так как значение выходного сигна-
ла Y будет всегда пропорционально входному значению
сигнала X. Такой регулятор сокращенно называют П-
регулятором. К нему условно можно отнести регулятор,
показанный на. рис. 12.
В качестве примера .пропорционального закона ре-
гулирования можно рассматривать линеаризованный
участок перемещения муфты центробежного регулято-
ра Z от скорости его вращения ю (см. точки А, В, С на
рис. 66), величину перемещения одного из концов не-
равноплечего рычага или угол поворота выходного ва-
ла редуктора.
116
§ 29.	ИНТЕГРАЛЬНЫЙ ЗАКОН
РЕГУЛИРОВАНИЯ
Регулятор, в котором скорость изменения величины
яа выходе пропорциональна величине на входе, реали-
зует интегральный закон регулирования. Такой закон
регулирования задается интегрирующим звеном (см.
рис. 70). Если на вход интегрирующего звена подать
постоянное возмущение (XBx=const), то на выходе зве-
на получим выходную величину, возрастающую линейно
с течением времени.
Интегральный закон регулирования получается, на-
пример, при работе гидравлического, двигателя, у кото-
рого массой подвижных частей и силами'трения можно
пренебречь и входом считать скорость подачи жидкости
в цилиндр, а выходом — величину перемещения поршня
за тот или иной интервал времени. В качестве другого
примера можно привести"электродвигатель, у которого
можно пренебречь слишком малой электромеханической
постоянной времени и входной величиной считать на-
пряжение питания, а выходной — угол поворота вала
двигателя.
§ 30.	ИЗОДРОМНЫЙ ЗАКОН РЕГУЛИРОВАНИЯ.
СТАТИЧЕСКИЕ И АСТАТИЧЕСКИЕ РЕГУЛЯТОРЫ
Изодромный закон регулирования характеризуется
тем, что па одном участке регулирования он подчиняет-
ся пропорциональному закону (П-регулятор), а на дру-
гом— интегральному. По этой причине изодромные ре-
гуляторы называются, пропорционально-интегральными
или ПИ-регуляторами.
На рис. 77, б изображен статический регулятор не-
прямого действия. У этого регулятора значительно луч-
ше динамические свойства, чем у регулятора прямого
действия (см. рис. 12). Однако статическая ошибка ре-
гулирования у него не устранена. Так, на любом уста-
новившемся режиме работы (см. рис. 77, б) золотник 2
занимает одно и то же нейтральное положение, следо-
вательно, фиксированным является и положение точки
В рычага 1. Таким образом, относительное перемеще-
ние точек С и А рычага 1 не будет отличаться от регу-
лятора прямого действия (см. рис. 12) и статическая
ошибка регулирования сохранится.
117
78, Астатический регулятор не-
прямого действия
79.	Изодромный регулятор (ПИ-регулятор) центробежного типа
у —пружина; 2, 3 — вспомогательные поршень и цилиндр; 4 — калиброванное
отверстие; 5 — поршень; 6 — золотник
Мощно полностью устранить статическую погреш-
ность регулятора, если изменить его конструкцию, как
это показано на рис. 78. Шток поршня усилителя отсо-
единен от рычага ЛВС и конец С рычага шарнирно за-
креплен. При этом независимо от нагрузки объекта ре-
гулирования точка А рычага АВС всегда на любом ус-
тановившемся режиме займет строго определенное
положение. При равновесном положении золотника оп-
ределенным будет и положение точки В. Однако при
такой схеме построения регулятора ухудшаются дина-
мические качества системы. Это обусловлено тем, что
отсутствует обратная связь в самом регуляторе. Ма-
лейшее отклонение золотника вызовет перемещение
поршня усилителя. Остановиться он может только в том
случае, если золотник снова придет в положение равно-
весия. Но это возможно лишь при условии точного со-
ответствия подачи топлива данному нагрузочному режи-
му. В такой же сложной динамической системе (как,
например, бульдозер при выполнении им земляных ра-
бот, когда сопротивление его перемещению нестабильно.
да еще сопровождается колебаниями подмоторной ра-
мы и некоторым несоответствием в точности подачи топ-
лива из-за инертности маховика и других подвижных
частей двигателя) безусловно будет и большая динами-
ческая погрешность регулирования.
Подобные регуляторы по названным причинам име-
ют очень ограниченное применение. Но, как отмечено,
в них отсутствует статическая погрешность. По этой
причине они названы астатическими.
Положительные качества двух регуляторов непрямо-
го действия (см. рис. 77, б и 78) и были использованы
в изодромном типе регулятора. Этот регулятор в начале
переходного процесса, вызываемого изменением нагруз-
ки, работает как регулятор с жесткой обратной связью,
что благоприятно для динамических свойств системы. А
затем, в ходе переходного процесса, действие обратной
связи ослабевает и, наконец, совсем устраняется, что по-
зволяет работать без статической погрешности. Такая
обратная связь называется гибкой обратной связью.
Принцип построения изодромного регулятора пока-
зан на рис. 79. Конец С рычага АВС соединен с пружи-
ной I, второй конец которой закреплен, а также со што-
ком поршня гидравлического усилителя. Однако это
соединение выполнено через поршень 2 в корпусе, имею-
щем цилиндрическую часть 3 и боковой капал с калиб-
рованным отверстием 4. В свою очередь, корпус соеди-
нен со штоком поршня 5 усилителя.
ПИ-регулятор работает следующим образом. Если
скорость вращения вала не соответствует заданному
значению, то изменяется положение, грузиков регулятора
и меняется положение конца А рычага АВС. Например,
он переместится вверх, как показано стрелкой. При этом
положение точки С рычага будет неизменным, а точка
В сместится кверху. Золотник 6 выходит из положения
равновесия, и начинает двигаться вниз поршень 5 вмес-
те с цилиндром 3. Сначала, как одно целое с ним, дви-
жется и поршенек 2, так как малое отверстие 4 препят-
ствует быстрому перетеканию жидкости из одной части
цилиндрика 3 в другую. Регулятор работает при этом
как регулятор с жесткой обратной связью. При пере-
движении книзу конца С рычага пружина 1 натягива-
ется С течением времени под действием силы натяже-
ния пружины 1 поршенек 2 смещается кверху; это про-
исходит по мере того, как жидкость перетекает через
,2
80.	Принципиальная схема пневматического изодромного регулятора
81.	Гидравлический струйный изодромный регулятор давления
/ — сервомотор; 2— дроссель; 3, 9 — пружины; 4 — изодромный элемент; 5<—>
тяга обратной связи; 6 —струйная трубка; 7 —мембрана; 8 — задатчик (винт>
отверстие 4 из верхней в нижнюю камеру цилиндрика 3.
Положение равновесия в системе устанавливается, ког-
да пружина 1 возвращается в исходное состояние и ког-
да золотник находится в нейтральном положении. При
этом в строго определенном положении будут точки С
и В рычага ЛВС, а значит, и точка Л. Таким образом,
как бы не изменялась нагрузка, скорость вращения ва-
ла двигателя будет неизменной.
Принципиальная схема пневматического изодромно-
го регулятора приведена на рис. 80. Упругая обратная
связь выполнена в виде двух сильфонов, соединенных
трубкой, имеющей ответвление с дросселем, который со-
общается с атмосферой. Когда стрелка чувствительного
элемента смещается (например, вправо), заслонка от-
клоняется от сопла, давление в сильфоне шарикового
клапана уменьшается, шарик поднимается. Вследствие
этого давление воздуха в трубопроводе к сервомотору
увеличивается. Это давление девствует на один из силь-
фонов изодромного элемента. Этот сильфон несколько
сжимается, а другой — растягивается и передвигает за-
слонку к соплу. При деформации сильфонов изодромно-
го элемента давление заполняющего их воздуха увели-
чивается. Вследствие этого часть воздуха вытекает из
сильфонов через дроссель в атмосферу, а заслонка плав-
но отходит от сопла к исходному положению.
Пример изодромного гидравлического регулятора
давления со струйной трубкой показан на схеме рис. 81.
120
Давление действует на мембрану 7, которая связана со
струйной трубкой 6. При увеличении давления струйная
трубка отклоняется влево, рабочая жидкость перетека-
ет в правую полость изодромного элемента 4. При этом
его поршень движется влево, растягивая пружину 3. Ра-
бочая жидкость из левой полости изодромного элемен-
та перетекает в сервомотор 1. При этом задвижка, ре-
гулирующая давление, прикрывается. Тяга обратной
связи 5 отклоняет струйную трубку вправо к среднему
положению. По мере вытекания жидкости через дрос-
сель 2 под влиянием пружины 3 поршень сервомотора
совершает дополнительное перемещение, в результате
которого регулируемый параметр возвращается к задан-
ному значению. Постепенно смещаясь вправо, мембра-
на, а с ней и струйная трубка приходят вновь к средне-
му положению. Последнее соответствует новому равно-
весному состоянию системы при заданном значении
регулируемого параметра. Заданное значение давления
устанавливается поворотом задатчика (винта) 8, изме-
няющего натяжение пружины 9.
§ 31. ПРОМЫШЛЕННЫЕ РЕГУЛЯТОРЫ
Для строительных и дорожных машин, а также для
автоматизации различного оборудования промышлен-
ность выпускает большое количество регуляторов. Рас-
смотрим в качестве примеров некоторые из них.
Регулятор РНК-4 применяется для регулирования
шестицилиндровых дизельных двигателей типа ' УД-6,
устанавливаемых на экскаваторах, автогрейдерах, ди-
зель-генераторных установках. Он также устанавлива-
ется на 12-цилиндровом дизеле Д15-375А самосвалов
БелАЗ. По классификации — это механический центро-
бежный всережимный регулятор прямого действия с
переменным натяжением пружины.
Кинематическая схема регулятора показана на рис.
82. На конце кулачкового вала топливного насоса ус-
танавливается крестовина 3. В радиальных пазах крес-
товины установлены шесть шаров 2, являющихся гру-
зами регулятора. С одной стороны шары удерживаются
в пазах крестовины неподвижной конусной тарелкой 1,
с другой — подвижной плоской тарелкой 4, которая мо-
жет перемещаться вместе с муфтой 5 по хвостовику кре-
стовины. Переводной рычаг 6 через тягу 8 связан с
121
82.	Кинематическая схема всережими®^
го регулятора РНК-4 повышенной то*
чностн
1 — конусная тарелка; 2—шары-грузи*
ки; 3— крестовина; 4— плоская та-
релка; 5 — подвижная муфта; S— ры<-
чаг переводной; 7—механизм регули-
рования; 8 — тяга; 9— пружина; 10 —
рычаг управления; 11— рейка топлив»
ного насоса; 12— винт регулировоч*
ный; 13 — отверстие переменного сече*
ния; 14 — поршенек катаракта; 15, 16*-°
винты ограничения максимальной в
минимальной частоты вращения валя-
двигателя; А — полость атмосферного?
давления; В — подпоршиевая полость
рейкой 11. Через комплект пружин 9 переводной рычаг
связан с рычагом управления 10, поворот которого ог-
раничивается винтом ограничения максимальной часто-
ты вращения 15 и винтом ограничения минимальной,
частоты вращения 16.
В процессе работы двигателя при увеличении скоро-
сти вращения под действием центробежных сил шары
начинают перемещаться по радиусу от оси вращения.
Перемещаясь по конусной тарелке, шары через подвиж-
ную тарелку и муфту толкают переводной рычаг, кото-
рый переводит рейку в сторону уменьшения подачи топ-
лива. При этом преодолевается усилие двух пружин 9.
Сила пружин перемещает рейку при уменьшении часто-
ты вращения. В установившемся режиме работы двига-
теля центробежные силы шаров уравновешиваются си-
лами растянутых пружин. Скоростной режим двигателя
задается положением рычага управления 10.
На дизелях, предназначенных для привода электро-
генераторов, устанавливают топливный насос с регуля-
тором повышенной точности. Такой регулятор имеет ме-
ханизм 7 регулирования степени неравномерности п ка-
таракт или пневматический амортизатор.
Механизм изменения степени неравномерности рабо-
ты двигателя позволяет изменять положение подвижной
опоры комплекта пружин. В результате этого меняют-
ся усилия, необходимые для растяжения пружин, что
равносильно изменению их жесткости, а уменьшение
жесткости пружин способствует снижению степени не-
равномерности. Ввертывание винта поднимает опору пру-
жин, и последние становятся как бы жестче; степень,
неравномерности увеличивается. При ввертывании винта-
122
степень неравномерности уменьшается; путем регулиро-
вания можно изменять ее в пределах 2—6%.
При мягких пружинах регулятора может возникнуть
неустойчивость скорости дизеля. Для обеспечения ус-
тойчивой работы двигателя на всех регуляторах при-
меняют катаракт, который обеспечивает плавное пере-
движение зубчатой рейки. Поршенек катаракта 14 свя-
зан с рейкой топливного насоса И пружиной. Воздуш-
ная подушка, образующаяся в полости В, при движении
поршня замедляет движение рейки насоса. Это замед-
ление регулируется винтом 12, перекрывающим отвер-
стие 13, соединяющее полости В и А и изменяющее со-
противление воздуха при его входе или выходе из под-
поршневой полости.
На двигателях СМД-14 (экскаваторы ЭО-3322, буль-
дозеры на тракторе ДТ-75) и А-01 (ЭО-4121 и бульдо-
зеры тягового класса 10) применяют центробежные ре-
гуляторы РВ-650. Это механический центробежный всс-
режимный регулятор прямого действия с постоянной
предварительной затяжкой пружины.
Для автоматических устройств различного назначе-
ния промышленность выпускает несколько типов пнев-
матических регуляторов. Для этого создана пневмати-
ческая агрегатная унифицированная система (АУС) и
универсальная система элементов промышленной пнев-
матической автоматики (УСЭППА). Элементы УСЭППА
отличаются конструктивной простотой, малыми разме-
рами и высокой надежностью. Стоимость собираемых из
таких элементов регуляторов снижается до 30 %. На ба-
зе элементов УСЭППА построена система приборов
«Старт». На рис. 83 приведен регулирующий блок
4РБ-32А агрегатной унифицированной системы.
Блоки системы АУС выполнены в виде цилиндров,
представляющих собой набор шайб, отделенных друг
от друга гибкими мембранами из резинового полотна и
стянутых вместе резьбовыми шпильками. В шайбах
имеются отверстия диаметром 4 мм. Внутренние поло-
сти шайб вместе с мембраной образуют камеры блоков.
Регулирующий блок состоит из следующих секций:^ уси-
лительное реле (камеры А, Б, В, Г)-, элементы сравне-
ния и обратной связи (камеры Д, Е, Ж, Д'); изодромное
устройство (камеры Л, М, Н); задатчик (камеры О, П).
Кроме блока 4РБ-32А, в агрегатную систему входят
и другие элементы, например, регулирующие блоки
123
ДАВЛЕНИЕ К ВЫКЛЮЧАЮЩЕМУ РЕЛЕ
83.	Регулирующий блок
4РБ-32А системы АУС
а — схема устройства; б —
общий вид
84.	Гидравлический изодром-
иый регулирующий блок на
мембранных агрегатных эле-
ментах
а — принципиальная схемам
б — общий вид
124
4РБ-32Б и ЗРБ-1. Блок 4РБ-32Б отличается от блока
4РБ-32А наличием в нем ручного пневматического за-
датчика, который установлен непосредственно на блоке
над камерами изодрома.
Регулирующий блок ЗРБ-1 представляет собой про-
порциональный регулятор. Ряд других элементов АУС
выполнен таким образом, что все они позволяют легко
собрать из них необходимую систему регулирования.
Имеется также гидравлическая агрегатная унифици-
рованная система автоматического регулирования. Даль-
нейшее ее развитие в ГСП — это создание модульной
системы элементов гидравлической регулирующей авто-
матики (СЭГРА).
В состав гидравлической АУС входят регулирующие
блоки воздействия по производной, интегрирующая при-
ставка, задатчик, преобразующие и измерительные уст-
ройства, исполнительные механизмы и записывающие
приборы. На рис. 84 показан малогабаритный изодром-
ный гидравлический регулирующий блок, аналогичный
описанному ранее регулирующему блоку 4РБ-32А пнев-
матической АУС.
На основе элементов гидравлической АУС создана
гидравлическая регулирующая колонка ГРД-1.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1.	Перечислите основные законы регулирования.
2.	Особенности пропорционального и интегрального, законов-
регулирования.
3.	Особенность изодромного закона регулирования.
4.	Статические и астатические регуляторы.
5.	Примеры промышленных регуляторов.
ГЛАВА VIII
АНАЛИЗ СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО
УПРАВЛЕНИЯ
§ 32. КЛАССИФИКАЦИЯ СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО
УПРАВЛЕНИЯ, ПРИМЕНЯЕМЫХ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ
Подробная классификация систем автоматического
управления и регулирования дана в § 1. Здесь же будет
рассмотрена специфическая ее часть, относящаяся к
строительным и дорожным машинам, к некоторым тех-
125
ЭЛЕМЕНТЫ САУ
ПУТИ АВТОМАТИЗАЦИИ
МАШИНА
(О
ТРАНСМИССИЯ
ПОКАЗАТЕЛЬ
ПРОЦЕССА
УПРАВЛЯЕМАЯ
ЙЕПИ'ЧИНА
УПРАВЛЯЮЩЕЕ
устройство
исполни -
ТЕЛЬНЫЙ
ОТТ АН
УПРАВЛЯЮЩАЯ
ВЕЛИЧИНА
85. Пути автоматизации рабочих органов ЗТМ
нологическим процессам и оборудованию, применяемым
в строительстве.
Системы автоматического управления процессом ко-
пания и транспортировки грунта являются очень рас-
пространенными объектами в любом строительстве. Это
объясняется тем, что земляные работы представляют
начальный этап каждого из них, а очистные работы на
стройплощадках, прокладка коммуникаций, подъездных
путей и другие работы сопровождают весь строительный
цикл объектов.
На рис. 85 показаны пути автоматизации рабочих
органов землеройно-транспортных машин (ЗТМ), сгруп-
пированные по показателям процесса их функциониро-
вания.
t2(i
Ниже приведены этапы автоматизации основных
ЗТМ.
Бульдозеры:
1)	стабилизация углового положения толкающей ра-
мы для повышения планирующих свойств;
2)	стабилизация углового положения отвала в попе-
речной плоскости (для бульдозеров-планировщиков);
3)	групповое управление по лазерной направляющей.
Скреперы:
1)	стабилизация положения режущей кромки ковша
для повышения планирующих свойств;
2)	управление задней стенкой ковша для подсыпки
грунта при планировании;
3)	групповое управление по лазерной направляющей.
Автогрейдеры:
1)	стабилизация углового положения отвала в попе-
речной плоскости длН повышения точности профилиро-
вания;
2)	управление высотой положения отвала для повы-
шения планирующих свойств;
3)	управление траекторией движения при работе не
копиру.
Системы автоматизации для грузоподъемных строи-
тельных машин и оборудования обеспечивают безопас-
ную и экономичную работу, повышают их надежность,
сокращают трудозатряты на управление ими.
Системы автоматизации процессов и оборудования
приготовления бетоне!- и его применения решают заддчи
дозирования компонентов смесей, управления топливны-
ми процессами, автоматизации изготовления стройдета-
лей и т. д.
§ 33.	СИСТЕМЫ СЛЕЖЕНИЯ И СТАБИЛИЗАЦИИ
В этом параграфе более подробно рассмотрены от-
дельные системы автоматизации, классификация кото-
рых приведена в § 1.
Системы слежения и стабилизации относятся к САР.
у которых управляющее (регулирующее) воздействие
формируется в результате сравнения действительного
значения регулируемой величины с заданным (предпи-
санным) алгоритмом. Эти системы обычно состоят из
системы автоматического измерения, которая может
быть частью систему! автоматического контроля (см.,
127'
86. Функиионалъная схема САР
например, рис. 4), и внутризамкиутой САУ.
Схема рассматриваемой САР показана на рис. 86.
Как видно из этой схемы, состояние объекта ОУ, выра-
женное признаком или параметром а, воспринимается
датчиком Д1 и, преобразованное в удобную форму од,
подается на промежуточный элемент ПР1 для усиления
и преобразования в легко регистрируемый сигнал и'з-
Этот сигнал о состоянии объекта подается па блок срав-
нения СР. Одновременно с ним от задатчика ЗУ пода-
стся сигнал сравнения а2, соответствующий заданному
состоянию объекта. В результате этого на выходе из
блока сравнения формируется сигнал рассогласования:
С— ±Аа=«2 — а'г. Он подается в свой промежуточ-
ный элемент ПР2, который формирует сигнал С1 для
исполнительного элемента ИУ. Непосредственное воз-
действие последнего, имеющего значение или влияние
С2, является управляющим воздействием на объект ре-
гулирования, не позволяющий ему выйти за допусти-
мые пределы в результате внешнего воздействия ВВ.
Сигналы С1 и С2 имеют такие знаки воздействия, чтобы
устранить нарушение равновесия, т. е. выровнять значе-
ние сигнала а'2 до уровня а2 (а'2=—а2). Так, рассматри-
ваемая САР работает в стабилизирующем режиме, под-
держивая неизменным состояние объекта согласно за-
данному значению а2.
При работе САР по следящей системе (следящему ре-
жиму) совместно с задатчиком ЗУ устанавливают дат-
чик закона Д2, который непрерывно измеряет перемен-
ную величину а"2, и в соответствии с ее значением про-
порционально изменяет величину а, воспринимаемую Д1.
128
§ 34.	СИСТЕМЫ ПРОГРАММНОГО УПРАВЛЕНИЯ
В качестве системы программного управления зам-
кнутого вида можно считать упрощенную схему, пред-
ставленную на рис. 87. В отличие от рассмотренной схе-
мы (рис. 86) задатчик программы 377 подает сигнал Сп
на блок сравнения по определенной программе, которая
должна обеспечить (с учетом влияния внешней среды ВС
на объект ОУ) заданную траекторию протекания вы-
ходного процесса ВП. Для этого информация о состоя-
нии ВС и траектории протекания ВП по линии обратной
связи (ОС) поступает на блок сравнения СР, который
и обеспечивает формирование управляющих воздейст-
вий по известной схеме.
§ 35.	ПОЗИЦИОННЫЕ
И ЭКСТРЕМАЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ
САР и САУ могут обеспечить какой-то паилучший
режим регулирования или управления. Если этот про-
цесс выполняется ступенчато, например, путем включе-
ния в систему шагового искателя (см. рис. 45), то си-
стему можно отнести к позиционным. У этой системы
вручную или автоматически выбирается такое положе-
ние искателя, при котором ее работа имеет наилучшие
результаты.
В других, более сложных САУ, управление может
осуществляться плавно, обеспечивая максимальное или
минимальное (в зависимости от задач управления) зна-
чение регулируемого параметра. Такие системы назы-
ваются автоматическими оптимизаторами или экстре
мальными регуляторами. САУ такого типа называют
самонастраивающимися или поисковыми, так как про-
изводится автоматический поиск точки экстремума ха-
рактеристики & = f(u), показанной на рис. 88.
Работу самонастраивающейся системы можно про-
иллюстрировать на графике, приведенном на рис. 88, а.
Пусть первоначально рабочей точкой характеристики
<i>=f(u) являются точка А или точка В, не совпадаю-
щие с точкой максимума С, и неизвестно, на какой из
этих точек характеристики работает объект управления.
5"3307	129
87. Функциональная схема программной САУ с обратной связью»
Это автоматически определяется следующим образом.
Величина и изменяется немного, на Ли, и специальным
датчиком определяется знак приращения ®. Величина
со возрастает с увеличением и, если рабочей точкой ха-
рактеристики ®=/(и) является точка А; если же рабо-
чей точкой является точка В, то со уменьшается с уве-
личением и. В зависимости от результата автоматически
проведенного таким образом исследования знака прира-
щения Дсо величины со формируется команда на следу-
ющее, уже большее (не пробное, а рабочее) изменение
входной величины и. Если при увеличении и выходная
величина со растет, то формируется сигнал, по которому
происходит дальнейшее увеличение и и, следовательно,
перемещение по характеристике <£>=f(u) от точки А в
сторону точки ее максимума. Если же при пробном уве-
личении и значение со уменьшилось, то формируется
сигнал, по которому происходит последующее уменьше-
ние и и перемещение по характеристике w—f(w) от
точки В опять-таки в сторону точки максимума С.
Для обеспечения поиска точки максимума С соот-
ветствующие элементы САУ анализируют сочетания зна-
ков приращения. Совпадение знаков Ли и Дсо ( + -ъ или
-----) указывает, что рабочая точка находится на. ле-
вой ветви характеристики со==/(ы). Несовпадение же их
(Н---или------1-) указывает, что она находится на пра-
вой ее ветви. В зависимости от того, какое получается
сочетание знаков Ли и Д® при поисковом пробном не-
большом изменении величины и, осуществляется затем
более значительное изменение данной величины в нуж-
ном направлении.
Аналогичным образом решается и задача нахожде-
ния минимального значения величины, характеризую-
щей рабочий процесс.
§ 36.	АДАПТИВНЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ
Принцип реализации самонастраивающейся САУмо-
жно рассматривать как адаптивную систему (изменя-
ющуюся в зависимости от внешнего воздействия на
объект управления).
Например, необходимо поддерживать максимальную
температуру в топочном устройстве при заданном рас-
ходе воздуха. Это можно обеспечить только при стро-
гой дозировке подаваемого топлива.
Как это делается, покажем на примере самонастраи-
вающейся системы, в которой величина и (в данном
случае это количество подаваемого топлива) изменяет-
ся с. помощью заслонки, приводимой в движение элект-
родвигателем (рис. 88, б). При вращении вала элект-
родвигателя по часовой стрелке величина и растет, а
при вращении его в противоположном направлении —
уменьшается. То или другое направление вращения ва-
ла электродвигателя (в зависимости от сочетания зна-
ков Ли и Ди) обеспечивается контактным преобразова-
нием. В зависимости от того, каковы знаки Ли и Д®,
каждый из штоков 1 контактного преобразователя сме-
щается в направлении, показанном стрелками. При со-
четаниях знаков ++ или-------благодаря замыканию
участков / и II электрической цепи ток течет в направ-
лении, показанном сплошными стрелками, и вал элект-
родвигателя 2 вращается по часовой стрелке. При соче-
88.	Элементы экстремальных систем
а — условная характеристика рабочего процесса; б — пример реализации
принципа самонастраивающейся системы; 1— штоки контактного преобразо-
вателя; 2 — электродвигатель
130
131
таниях знаков Ч-----или-------h замыкаются участки III
и IV цепи. Направление тока меняется, и он течет так,
как показано пунктирными стрелками. Вал электродви-
гателя при этом вращается в другую сторону.
Таким образом обеспечивается отыскание точки мак-
симума характеристики co=f(«). При этом происходят
малые колебания около точки максимума даже в том'
случае, если положение точки максимума изменится (на-
пример, при изменении количества подаваемого возду-
ха или его температуры).
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1.	Каковы задачи систем автоматизации, применяемых в стро-
ительстве?
2.	Схема системы слежения и стабилизации.
3.	Особенности системы программного управления.
4.	Экстремальные САУ.
5.	Принцип работы адаптивных систем.
ГЛАВА IX
АВТОМАТИЗАЦИЯ ПОДЪЕМНО-ТРАНСПОРТНЫХ
СТРОИТЕЛЬНЫХ МАШИН И ОБОРУДОВАНИЯ
§ 37.	ЗАДАЧИ АВТОМАТИЗАЦИИ
ПОДЪЕМНО-ТРАНСПОРТНЫХ СТРОИТЕЛЬНЫХ
МАШИН И ОБОРУДОВАНИЯ
С помощью грузоподъемных машин осуществляется
подъем строительных материалов и деталей, установка
и монтаж блоков, колонн, плит, технологического обору-
дования и другие виды работ.
Отметим особенности применения и задачи автома-
тизации таких грузоподъемных машин, как строительный
подъемник и кран.
Специальные подъемники применяют при производ-
стве строительно-монтажных или ремонтных работ, ког-
да использование подмостей и кранов нецелесообразно
или затруднительно. Подъемники бывают грузовые и
грузопассажирские; мачтовые, шахтные и скиповые.
Мачтовый грузопассажирский подъемник используют
132
для подъема строительных грузов и рабочих при строи-
тельстве зданий повышенной этажности. Шахтные подъ-
емники применяют, главным образом, для перемещения
бетонной смеси, растворов и сыпучих материалов. Ски-
повые подъемники устанавливают на машинах, исполь-
зуемых для приготовления бетонных смесей и раство-
ров.
Системы автоматического управления работой стро-
ительных подъемников относительно просты и преду-
сматривают, в основном, автоматизацию отдельных опе-
раций. Применяют системы автоматического управле-
ния работой строительных подъемников с автоматиче-
ским адресованием грузов.
Автоматизация работы строительных подъемников
решает задачи повышения производительности указан-
ных видов строительных работ, улучшения условий тру-
да обслуживающего персонала и сокращения его чис-
ленности.
К машинам с вертикальным перемещением грузов
относятся также лифты, что обусловливает аналогию в
принципах построения систем автоматического управ-
R ления работой указанных машин.
Кран — наиболее распространенная машина, приме-
няемая на строительстве. С помощью кранов выполняют
основные вертикальные и горизонтальные перемещения
грузов и наиболее ответственные установочно-монтажные
операции. На объектах строительства большое распро-
странение получили башенные и самоходные стреловые
краны, а па складах и в цехах производственных пред-
приятий — мостовые и козловые краны.
Кран как объект автоматизации состоит из комплек-
са механизмов, отличающихся по назначению, мощности
и конструктивному исполнению. К приводу этих меха-
низмов предъявляется ряд требований: реверсивность,
возможность большого диапазона изменения нагрузки
и регулирования скорости движения, надежное и плав-
ное торможение, специфические механические характе-
ристики.
Степень автоматизации работы кранов может быть
также различной. Широкое применение для кранов по-
лучили системы с частичной автоматизацией управле-
ния, когда автоматизация работы крана ограничивается
выполнением отдельных операций после подачи ком ан-
s. ды машинистом. Таковы, например, операции по пла-
133
новому автоматическому уменьшению скорости перед ос-
тановкой и по обеспечению точной посадки груза.
При выполнении операций по управлению машинист
быстро утомляется, в результате чего производитель-
ность крана снижается. Так как человек может полу-
чить и переработать только определенное количество
информации, важнейшей задачей, стоящей перед авто-
матическими системами управления краном, является
снижение интенсивности потока информации, поступаю-
щей к машинисту.
§ 38.	ПРОГРАММНОЕ УПРАВЛЕНИЕ
ПЕРЕМЕЩЕНИЕМ ГРУЗОВ
И УЧЕТ РАБОТЫ
Одним из методов решения задачи снижения потока
информации, поступающей к машинисту, является раз-
работка систем автоматического управления по задан-
ной программе. Современные технологические процессы
нуждаются в таких автоматических системах управле-
ния, которые могут изменять свою программу в соот-
ветствии с условиями работы и требованиями техноло-
гии. При этом программа должна задаваться не только
в функции времени (так как при этом происходит неиз-
бежное накопление ошибок), по и в функции положения
рабочих элементов крапа. Для осуществления програм-
много управления применимы различные способы, про-
стейшим из которых является введение программы пу-
тем установки электромеханических выключателей, дей-
ствующих по мерс выполнения тех. или иных технологи-
ческих операций. Этот способ программирования доста-
точно прост и надежен; однако, если условия работы и
программа должны изменяться, этот способ неудовле-
творителен.
При другом способе программирования программа
задается записью на магнитную ленту. Данный способ
обеспечивает относительную простоту перестройки про-
граммы, по не лишен недостатков, таких, например, как
необходимость коррекции появляющейся нарастающей
ошибки.
При наличии типовых программ целесообразен спо-
соб задания программы с помощью перфокарт и путем
применения различных способов считывания. Отметим
134
особенности задач автоматизации применительно к от-
дельным типам кранов.
В автоматических системах управления башенными
кранами, с помощью которых монтируют полносборные
сооружения, применяют системы программного управ-
ления с автоматическим адресованием транспортируе-
мых грузов к месту назначения. Применение таких си-
стем с дистанционным управлением значительно ускоря-
ет процесс строительства.
Рассмотрим систему радиодистанционного програм-
много управления башенным краном РПУ-2Г. Она по-
зволяет управлять краном непосредственно с места про-
изводства работ и обеспечивает перемещение груза по
заданной траектории с учетом опасных (запретных) зон.
Система может работать в режиме дистанционного и
программного управления. Объектом управления явля-
ется крюк башенного крана, положение которого харак-
теризуется координатами X, Н, У, ср, где X — положение
крапа на подкрановых путях; Я, У, ср — координаты
крюка крана соответственно по высоте, вылету крюка
и повороту стрелы.
Для отработки заданных координат крап имеет при-
воды: передвижение крана, подъема крюка, вылета
крюка и поворота стрелы. Каждый привод имеет по 5
скоростей работы.
При использовании данной системы строительная
площадка делится подкрановыми путями на две зоны:
«Здание» и «Склад». Зона «Здание» делится, в свою
очередь, на 8 участков (рис. 89, а), зона «Склад» — на
4. В результате этого в системе может быть задано 12
адресов доставки груза.
Система обеспечивает передачу и прием 37 команд
управления с расстояния 100 м. Для передачи команд
от пульта к крану используют радиоканал.
Информация о координатах положения крюка крана
поступает от бесконтактных датчиков БК-К, располо-
женных в различных точках крана и строительной пло-
щадки. Структурная схема системы представлена на
рис. 89, б. В систему входят: два пульта управления —
ПМ и ПТ с переносными радиостанциями, обеспечива-
ющими формирование управляющих команд; приемное
устройство с двумя радиостанциями, обеспечивающими
декодирование команд управления и связь системы с ис-
полнительными механизмами крана; программное уст-
135
a)
89.	Дистанционно-программное управление башенным краном
а — зоны и участки, обслуживаемые краном; б — структурная схема системы
управления; в — блок-схема программного управления механизмом поворота
в режиме записи; а—блок-схема воспроизведения; <рп — программируемая
координата; ~ эталонный сигнал
ройство, обеспечивающее перемещение груза по задан-
ной программе; первичные преобразователи (датчики),
определяющие местонахождение крюка и запретные зо-
ны; два световых табло для индикации номера задан-
ного участка, куда должен быть доставлен груз при про-
граммном управлении.
136
Система обеспечивает двухпостовое управление кра-
ном. При этом передача команд с пульта управления
ПМ возможна только из зоны «Здание», а с пульта ПТ-
из зоны «Склад». Однако при необходимости можно обес-
печить работу системы с одного пульта ПМ.
Команды управления формируются на пульте управ-
ления с помощью ключей управления. Чтобы исключить
ошибки оператора в последовательности выполнения
технологических операций, сформированные команды за-
писываются в память и только оттуда поступают в не-
обходимой последовательности на отработку системой.
В состав приемного устройства, декодирующего ко-
манды управления, входит блок разгона, который обес-
печивает плавный разгон механизмов при управлении
краном по программе, и выходной блок (блок реле),
коммутирующий электрические цепи крана.
Программное устройство обеспечивает автоматиче-
ское перемещение груза из зоны в зону на любой задан-
ный на пульте участок с учетом запретных зон, над ко-
торыми груз не должен перемещаться. Это обеспечивает
соответствующее устройство, позволяющее выбирать
путь обхода запретных зон. Оно состоит из блоков па-
мяти запретных зон, блоков контроля и сравнения.
Световое табло системы помимо индикации «Адреса
назначения» индицирует включение двигателей крана:
передвижение «Вперед — назад», поворот «Влево — впра-
во», подъем «Вверх — вниз».
Система в режиме программного управления отра-
батывает 10 различных циклов работы. Применение
системы повышает безопасность работ в сложных кли-
матических условиях.
Типовой пример предварительной записи образцовых
циклов работы крана методом фазовой модуляции при-
веден ниже.
Устройство программного управления для механиз-
мов поворота и вылета крюка состоит из стенда управ-
ления с магнитной лентой, квантователя рассогласова-
ния, релейного блока и датчика положения. Исполни-
тельные механизмы оборудованы тормозом и стендом
с контакторами и реле ускорения.
Командным сигналом в таких системах управления
служат сигналы рассогласования, возникающие при по-
явлении фазового угла между сигналом, считываемым с
137
магнитной ленты, и сигналом обратной связи, поступа-
ющим от сельсин-датчика.
Блок-схема программного управления в режиме за-
писи приведена на рис. 89, в. В этом режиме кран уп-
равляется контроллером. На сельсин-датчик 4 поступает
эталонный сигнал от генератора 1, предварительно пре-
образованный и усиленный фазоделителем 2 и усилите-
лем 3. С роторной обмотки сельсина 4 снимаются рабо-
чие сигналы <рп, промодулированные с помощью блоков
5—8 в соответствии с законом движения механизма.
Рабочие сигналы одновременно с эталонными записыва-
ются на магнитную ленту.
В режиме воспроизведения (рис. 89, г) рабочие и
эталонные сигналы усиливаются. Эталонный сигнал от
генератора преобразуется фазоделителем 2, усиливается
в усилителе 3 и передается на датчик положения 4. С
датчика сигнал поступает па один вход дискриминато-
ра 6. На другой вход дискриминатора через усилитель
5 подаются рабочие сигналы с магнитной ленты. В дис-
криминаторе сигналы сравниваются, и при наличии рас-
согласования, на выходе дискриминатора появляется
непрерывный сигнал, который квантуется на несколько
уровней квантователем рассогласования. В зависимости
от уровня рассогласования релейный блок производит
те или иные переключения для движения груза или
включает тормоз.
Системы автоматического управления работой кра-
нов позволяют также определять их загрузку, произво-
дительность и оперативно выявлять неисправности. Та-
кие самостоятельные системы для учета работы машин
способствуют снижению себестоимости работ, стимули-
руют повышение производительности труда.
Построение систем учета обладает рядом особенно-
стей, главная из которых — то, что информация, полу-
ченная от них, лежит в основе расчетов на оплату труда.
Ввиду этого системы должны обладать повышенной на-
дежностью. Такие системы, как правило, должны давать
одновременно информацию об изменении нескольких па-
раметров, определяющих работу машины.
Отделом автоматики ВНИИстройдормаш разработан
работомер РК-ЗС. Он позволяет учитывать число подъ-
емов крюка башенного крана и общее время (машинное
время) его работы. Принципиальная электрическая схе-
ма РК-ЗС представлена на рис. 90, а. За общее время
138
РЕЛЕ МА-
ШИННОГО
ВРЕМЕНИ
ПИ।АНИЕ
РЕЛЕ
ВРЕМЕНИ
СЧЕТЧИК МА
ШИННОГО
ВРЕМЕНИ
~СЧЕТЧИК
циклов
РАБОТЫ
90. Принципиальная схема работомера
а — электрическая схема РК-ЗС; б — схема блока, учитывающего массу пе-
реработанного груза
работы крана принимают время, когда работает хотя
бы один электродвигатель М крана. Подъемом крюка
считается его движение вверх не менее чем на 1,5 м.
Моменты включения электродвигателей определяют-
ся по току I, потребляемому ими из сети. Для этого в
общую цепь питания двигателей включен трансформа-
тор тока ТА, во вторичной обмотке которого стоит элек-
тромагнитное реле К1. При включении в работу любого
электродвигателя крана реле срабатывает и, замыкая
139
контакты 1К1, включает счетчик машинного времени
счв.
Число циклов работы фиксируется электромагнит-
ным счетчиком СЧЦ, срабатывающим при замыкании
контакта реле времени КТ, работающего от контакта
1РЦ, который размыкается при работе электродвига-
теля на подъем груза, остальное время он замкнут. Ре-
ле времени имеет выдержку времени на отключение по-
рядка 5 с, что обеспечивает срабатывание счетчика при
условии поднятия груза на высоту не менее 1,5 м. Бла-
годаря этому все случайные или маневровые подъемы
крюка счетчиком не учитываются. Электродвигатели
включаются в работу, с помощью реверсивных магнит-
ных пускателей КМ, имеющих тепловую защиту КК.
Работомер во многих случаях дополняют блоком,
учитывающим массу переработанного груза. В основу
работы этого блока положена следящая система. Прин-
ципиальная схема работы блока представлена на рис.
90, б. Блок имеет узел взвешивания, состоящий из транс-
форматорных датчиков ДТ1 и ДТ2, включенных в диф-
ференциальную схему. Сердечник ДТ1 соединен с уп-
ругим элементом (канатом), сердечник ДТ2 с помощью
кинематических связей и редуктора связан с ротором
реверсивного двигателя РД-09. Двигатель питается от
трансформатора напряжения TV, который подключается
к сети выключателем ЗЛ.
При подъеме груза упругий элемент деформируется,
а следовательно, сердечник 1 трансформаторного дат-
чика смещается из нулевого положения, что приводит
к разбалансу дифференциальной схемы. Напряжение
разбаланса Лы, усиленное усилителем У, приводит во
вращение ротор двигателя РД-09. При этом сердечник2
датчика ДТ2 начинает перемещаться и восстанавливает
баланс в дифференциальной схеме. При Лы=0 двига-
тель остановится, а стрелка, связанная с его осью, по-
кажет на шкале массу поднятого груза. Одновременно
с этим счетчик переработанного груза ССМ зафиксиру-
ет эту массу.
При снятии груза сердечник 1 датчика ДТ1 возвра-
щается в нулевое положение, что приводит к новому
разбалансу в схеме. Однако в этом случае напряжение
разбаланса имеет противоположную фазу, что застав-
ляет вращаться двигатель РД-09 в обратную сторону.
Стрелка указателя массы возвращается в нулевое по-
140
ложение, а счетчик ССМ, работающий нарастающим
-итогом, не изменяет своих показаний.
Учет работы крана по трем параметрам одновремен-
но позволяет с большей достоверностью судить о выпол-
ненном объеме работы.
§ 39. УПРАВЛЕНИЕ ЛИФТОВЫМИ ПОДЪЕМНИКАМИ
Системы автоматического управления работой стро-
ительных подъемников создаются с учетом опыта авто-
матизации пассажирских лифтов, применяемых в пери-
од эксплуатации зданий. Однако, как правило, подъем-
ники дополнительно снабжаются наружным управле-
нием.
На рис. 91 (с. 142, 143) показана принципиальная
электрическая схема грузового лифта с внутренним и
наружным управлением и с числом остановок больше
двух. В этой схеме предусмотрены три режима: нормаль-
ной работы, ревизии и управления из машинного поме-
щения.
Режим нормальной работы имеет следующее исход-
ное состояние: вводное устройство ВУ, автоматический
выключатель ВА1, выключатель ВР1 включены; двери
шахты и кабины закрыты; предохранительные устрой-
ства исправны; переключатель режимов работы ВР2 в
положении «нормальная работа»; кабина лифта на пер-
вом этаже. Элементы электросхемы при движении ка-
бины вверх работают следующим образом. При нажа-
тии кнопки приказа ПКиП по цепи: питающий зажим
Л41, выключатель ВР1 (01—1), контакты дверей шах-
ты (1—10), предохранительных устройств (10—27), кон-
такты реле РКЦ (реле включено), предохранителя
ВГ2-5 (28—29), реле РВ1, контактора К.М, реле РВ5
(29—32), реле РВ1 (32—34), переключателя ВР2-2
(34—37), контакт кнопки ПКиП (37—36и) —включа-
ется этажное реле ПРЭ.
По этой же цепи от зажима Збп через замкнувшие-
ся контакты реле ПРЭ (Збп— 33) включается контак-
тор большой скорости КБ. Его силовые контакты, за-
мыкаясь, подготавливают включение двигателя, а кон-
такт КБ (28—60) включает электромагнитную отводку,
91. Электрические схемы грузового лифта с наружным управлением
л — схема управления; б—схема главного привода; в — схема сигнализации
аварийного освещения и ремонтного напряжения
141
£tl
гм
установленную на кабине. Втягиваясь, отводка освобож-
дает ролик замка шахтной двери, контакт 1ДЗ замы-
кается, включается реле контроля замков РКЗ— замы-
каются его замыкающие контакты.
Через контакт РКЗ (32—43), контакты ПРЭ (43—
44п) и этажных переключателей ПЭП и ВЭП (44п —
46) включается контактор КВ, силовые контакты кото-
рого, замыкаясь, подключают к сети электродвигатель
Ml лебедки, а контакт КВ (28—62) включает реле дви-
жения РД. Контакт РД включает электромагнит ЭмТ,
снимается действие тормоза, электродвигатель набира-
ет поминальную скорость, кабина тяговыми канатами
перемещается вверх. Через контакты реле РД (28—63)
и ПРЭ (63—64) включается реле РВ1; его контакты
РВ1 (29—30) и РВ1 (32—34) размыкаются, предостав-
ляя возможность для принятия нового приказа, а кон-
такт РВ1 (53—54) замыкается, обеспечивая в дальней-
шем непрерывность питания контактора КВ при пере-
ходе кабины па малую скорость в момент переключе-
ния контакторов КБ и КМ.
После размыкания контактов РВ1 питание этажно-
го реле и контакторов КБ и КВ происходит по следу-
ющим пеням: а) контактора КВ— от зажима Л41 че-
рез контакты дверей шахты ДШ (Л41 — 10), контакты
предохранительных устройств (10—27), реле РКД (27—-
28), переключателя ВР2-5 (28—29), реле РКЗ (29---53),
контакторов КБ н КВ (53—46); б) контактора КБ — от
зажима 46 через контакты этажных переключателей
ВЭН-2 н ПЭИ-2, реле ПРЭ (46—43), реле РКЗ (43—
32), этажного реле ПРЭ (32—33); в) этажного реле
ПРЭ — от зажима 32 контакт ПРЭ (32—36).
При движении кабины лифта вверх комбинирован-
ная отводка, установленная па кабине, последовательно
переключает этажные переключатели из правого поло-
жения в левое. При подходе ко второму этажу размыка-
ется второй контакт этажного переключателя ПЭП, раз-
рывается цепь питания катушек контактора КБ и этаж-
ного реле ПРЭ, замыкается контакт КБ (63—67),
питание получает катушка контактора М, который, вклю-
чаясь через контакты Л51-24С1 и JJ13-24C3, подаст на-
пряжение па обмотку малой скорости электродвигателя
лебедки. Движение кабины переходит с большой ско-
рости па малую. При отключении контактора КБ раз-
мыкается его контакт (28—60) и обесточиваются ка-
144
тушки электромагнитов подвижных отводок. При отклю-
чении этажного реле ПЭР размыкаются его контакты,
что приводит к обесточиванию катушки реле РВ1, вы-
держка времени на отключение которого достаточна
для включения контактора КМ и замыкания его контак-
та (55—54).
После перехода на малую скорость питание катушки
контактора КВ будет поддерживаться через собствен-
ный контакт КВ (46—56), контакты реле точной оста-
новки РТО (56—54), контактор М (54—53), реле РКЗ
(53—29) и далее к зажиму Л41. Сигнал на остановку
кабины на этаже поступает от датчика точной останов-
ки ДчТО, установленного на кабине, при входе в рабо-
чую прорезь датчика шунта, установленного в шахте.
Контакт, встроенный в датчик, размыкается и отклю-
чает реле РТО. Контакты реле РТО (54—56) размыка-
ет цепь питания контактора КВ, главные контакты ко-
торого разрывают цепь питания обмоток электродвига-
теля и тормозного электромагнита, и кабина останав-
ливается.
Вызов кабины осуществляется нажатием на кнопку
«Вызов», при этом включаются соответствующие сиг-
нальные реле РСВ и сигнальный звонок. Сигнальное
реле РСВ после прекращения нажатия на кнопку «Вы-
зов» получает питание через свой замыкающий контакт,
а через другой его контакт включается сигнальная лам-
па ЛС того этажа, с которого поступил вызов. Сигналь-
ное реле РВС и лампы встроены в кнопочную панель.
Продолжительность действия звонка определяется вре-
менем нажатия на кнопку «Вызов». Сигнальная лампа
горит до тех пор, пока не нажмут на кнопку приказа
того этажа, с которого поступил вызов.
При наружном управлении предусматривается сиг-
нализация о положении кабины. Сигнальные лампы раз-
мещаются в табло, установленном на этаже, с которого
производится управление, лампы включаются через кон-
такты 3 и 4 этажных переключателей. В том же табло
расположена лампа «Занято», загорающаяся при от-
крытии дверей шахты, во время движения кабины, при
управлении лифтом из машинного помещения и в ре-
жиме ревизии.
Режим ревизии. Переключатель ВР2 в этом режиме
ставится в положение «Ревизия». Контактом ВР2-8
включается электромагнитная отводка, контактом
!45
ВР2-4 — контактор малой скорости, замкнут также кон-
такт ВР2-6. Специальный ключ, имеющийся в двухкно-
почном посту на крыше кабины, вынимается, в резуль-
тате чего размыкается контакт КНР в цепи катушки
реле РКД. При нажатии кнопки К— К «Вниз» (К— К
«Вверх») по цепи Л41 (10—27) через контакты ВР2-6
(27—28), КМ (28—57), РКЗ (57—58), РКД (58—59)
включаются контактор КН (КВ) и электродвигатель
лебедки, снимается тормоз, и кабина лифта движется
на пониженной скорости и только при нажатой кнопке.
Управление из машинного отделения предусматрива-
ет постановку переключателя ВР2 в соответствующее
положение. Управление осуществляется кнопками
М — К «Вверх», М — К «Вниз», М — К «Стоп». После-
довательность действия элементов системы такая же,
как и при работе по приказам, с той лишь разницей,
что кабина автоматически останавливается только на
крайних этажах.
§ 40. АВТОМАТИЗАЦИЯ ЗАЩИТЫ
ПОДЪЕМНЫХ МЕХАНИЗМОВ
Сложность управления крапами объясняется в зна-
чительной степени требованиями техники безопасности
и защиты технологического оборудования. С этой целью
все грузоподъемные механизмы оснащаются специаль-
ными приборами и устройствами защиты. В первую
очередь к этим устройствам следует отнести ограничи-
тели различного назначения. Наиболее распространен-
ным ограничителем является концевой (путевой) выклю-
чатель, который применяется для ограничения хода
крана или его механизмов: тележки, стрелы и т. д. Кон-
цевой выключатель устанавливается таким образом,
чтобы он срабатывал при определенном положении ме-
ханизма: максимальном вылете крюка, заданном числе
оборотов вала редуктора и т. д. (см., например, рис. 14).
Контакты концевого выключателя находятся в цепях
управления соответствующего механизма.
На рис. 92 дана схема защитного устройства от ава-
рийных ветровых нагрузок, предназначенного для ус-
тановки на башенных и портальных кранах. В состав
устройства входятр датчик 1 скорости ветра анемомет-
рического типа М-95 и блок управления БУ, который
состоит из измерительного модуля 2, модуля индикации
146
ПРОТИВОУГОННОЕ
УСТРОЙСТВО
92. Схема защитного устройства от ветро-
вых нагрузок
1 — датчик; 2 — измерительный модуль
3 — модуль индикации; 4— модуль за
дсржки времени; 5 — исполнительное уст
ройство
93. Схема противоугонного захвата
1 — ось; 2 — пружина; 3 — пневмоцилипдр" j
4— связки; 5— рычаги	;
3, м'одуля задержки времени 4 и исполнительного уст-
ройства 5.
Датчик скорости ветра имеет крыльчатку и тахоге-
нератор, с входа которого напряжение ДТг, пропорцио-
нальное скорости ветра, подастся в измерительный мо-
дуль с измерительным прибором. Шкала последнего
проградуирована в метрах в секунду. Сигнал Uz из из-
мерительного модуля подается в модуль индикации 3,
имеющий реле К1 и сигнальную лампу HL1. При опас-
ных порывах ветра реле К1 включает лампу HL1 и пе-
редает сигнал в модуль задержки времени 4, имеющий
реле времени КТ и сигнальную лампу HL2. Если время
действия опасной ветровой нагрузки превышает выдерж-
ку времени реле КТ, то оно включает сигнальную, лам-
пу HL2 и подает напряжение СК на промежуточное ре-
ле К2 в блоке 5, которое включает противоугонное уст-
ройство (механизм захвата) и отключает двигатель пе-
редвижения крана М.
147
94. Электрическая схема креномера
Схема механизма захвата показана на рис. 93. Ры-
чаг 5 механизма захвата поворачивается вокруг оси 1.
При работе крана длинные плечи рычагов сводятся при
помощи пневмоцилиндра 3. При выключении пневмоци-
линдра (с помощью золотникового устройства с элект-
росоленоидом) рабочие поверхности коротких плеч ры-
чагов прижимаются к рельсам пружиной 2.	,
С целью защиты стреловых автомобильных кранов
от опасной величины их наклона применяют креномеры.
Креномер состоит из маятникового датчика и релей-
ного блока управления, который устанавливается в ка-
бине крана. На панели блока установлены два стрелоч-
ных прибора, указывающих величину крена в разных |
плоскостях, а также две сигнальные лампы. Зеленая
лампа HL2 (рис. 94) горит при углах крена, пе превы-
шающих допустимые значения, красная лампа HL1 сиг-
нализирует о превышении допустимого угла крена в
одной из плоскостей.
Датчик крена состоит из маятника, подвешенного на
кардановом подвесе, и потенциометров-датчиков П1
и П2.	i
Эти датчики совместно с резисторами Rl, R2, R31,
R32 образуют две мостовые схемы I и II. В измеритель-
ные диагонали этих схем ab и cd включены диодные
148
мосты 1-2-3-4 и 5-6-7S, выходы из которых 3-4 и 7-8
соединены параллельно с катушкой поляризованного
реле КР. Диодные мосты предназначены для питания
катушки реле КР постоянным напряжением.
При наклоне крана щетки потенциометров-датчиков,
соединенные с маятником, перемещаются, нарушая ба-
ланс мостовых схем. Это приводит к включению реле
КР, которое контактом 1КР зажигает красную лампу
HL1, а контактом 2КР отключает зеленую HL2. Вели-
чину крена и его характер определяют по приборам
PV1 и PV2, включенным в диагонали питания диодных
мостов 1-2 и 5-К_
На' саМбходных строительных машинах используют-
ся приборы для определения опасной зоны при прибли-
жении к линиям электропередачи ЛЭП. Устройства со-
стоят из приемной антенны, усилительно-исполнитель-
ного блока и блока сигнализации. Принцип действия
основан на наведении ЭДС в катушке при пересечении
ее с переменным магнитным полем ЛЭП (генераторные
датчики).
Кроме рассмотренных устройств защиты для кра-
нов, работающих на одном участке подкрановых путей,
применяют электромеханические и оптико-электронные
устройства, предупреждающие их столкновение. Для
поддержания минимального расстояния между кранами
используют, например, радиоэлектронное устройство, со-
стоящее из передатчика, приемника и выходного блока.
Приемник и передатчик устанавливают таким образом,
чтобы их антенны были ориентированы в направлении
перемещения крана. При сближении кранов на рассто-
яние менее допустимого срабатывает реле выходного
•блока и кран останавливается.
§ 41. АВТОМАТИЗАЦИЯ ОГРАНИЧЕНИЯ
ГРУЗОПОДЪЕМНОСТИ
Для подъемных механизмов небольшой мощности в
качестве ограничителя грузоподъемности может исполь-
зоваться концевой выключатель. В этом случае огра-
ничитель (рис. 95) подвешивается с помощью каната 1.
Ограничитель имеет две оси 2 и 3, устанавливаемые в
шарикоподшипниках, и эксцентрик 4. Рычаг 5 одним кон-
цом прикреплен к эксцентрику, а другим опирается на
ролик толкателя 6. Толкатель перемещается в корпусе 7
149
95. Схема ограничителя гру-
зоподъемности с концевым
выключателем
1, 8 — канат; 2, -У — оси;
4 — эксцентрик; 5 — рычаг;
6 — толкатель; 7 — корпус;
9— пружина; 10 -- блок пре-
образования; 11 — З/ТёКТрИ-
ческая цепь
и под действием пружины 9 всегда находится в верх-
нем положении. Нижний конец толкателя имеет скос,
который входит в контакт с концевым выключателем.
Конец грузового каната 8 охватывает эксцентрик, сво-
бодно вращающийся вместе с осью. При подъеме груза
на плече возникает момент силы Р. Этому моменту про-
тиводействует момент силы упругости пружины. При
перегрузке па Б—10 % по сравнению с допустимой на-
грузкой толкатель 6 под действием рычага 5 перемеща-
ется вниз и, нажимая на шток выключателя, размыкает
электрическую цепь 11, включенную в схему управления
двигателем механизма подъема.
Для стреловых кранов безаварийная работа обус-
ловлена требованием не превышать допустимой грузо-
вой момент Л1гд. Он зависит как от конструкции крана,
так и от условий его эксплуатации (расстояния до гру-
за, горизонтальности базы крана). Однако в любых
условиях должно выполняться требование устойчивости
крана: Л1г^Л1гд=0,75Л1опр (Л10Пр — опрокидывающий
момент при максимальном вылете крюка).
Грузовой момент определяется выражением
7ИГ = Pl cos а,
где Р — вес поднимаемого груза;
I — длина стрелы;
а — угол наклона стрелы крана к горизонту.
96. Электрическая схема ограничителя
ПИТАНИЕ	
ДАТЧИК УСИЛИЙ	ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ 1
НУЛЬ ОРГАН С ИНДИКАТОРОМ	
ДАТЧИК ВЫЛЕТА КРЮКА	
ЗАДАТЧИК РЕЖИМА РАБОТЫ	
ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬ	
реле Времениi РЕЛЕ ВРЕМЕНИ 2 ПРОМЕЖУТОЧНОЕ РЕЛЕ	~ ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ Л I
СИГНАЛЬНАЯ ЗЕЛЕНАЯ ЛАМПА	
СИГНАЛЬНАЯ КРАСНАЯ ЛАМЛА	
СИГНАЛ "СИРЕНА" С ВЫКЛЮЧАТЕЛЕМ	
ПИТАНИЕ ДВИГАТЕЛЯ ВЫЛЕТА КРЮКА	
грузоподъемности крана
При нарушении требования устойчивости крана
ЛДг^Л1гд у крановщика имеется только одна возмож-
ность сохранения условия устойчивости (при заданной
массе груза)—уменьшить вылет крюка. Для принятия
такого решения и его реализации крановщику требует-
ся достаточно большой опыт. Однако риск опрокидыва-
ния остается, особенно при расположении груза со сто-
роны меньшей базы крана. По этой причине в настоя-
151
щее время на большинстве кранов операция уменьше-
ния риска опрокидывания выполняется автоматической
системой ограничения грузоподъемности крана (рис. 96).
Условие работы крана (УРК), которое должна вы-
держивать автоматическая система, получается на ос-
новании зависимостей Л1Г<2Л1ГД и Л1г=Р/соза:
YРК = (МГДI cos а) — Р 0.
Это условие контролируется системой при работе
крана непрерывно. Структурная схема системы контро-
ля показана на рис. 97, а.
В рассматриваемом устройстве в качестве датчика
усилия ДУС (рис. 97, б) используется динамометриче-
ское кольцо 1, связанное с потенциометрическим преоб-
разователем 2. Оно устанавливается на канатных от-
тяжках 3 стрелового полиспаста и реализует зависи-
мость Uc=f(P). Для измерений вылета крюка исполь-
зуется кулачковый датчик ДУГ, кинематическая схема
которого представлена на рис. 97, в. Датчик реагирует
на изменение угла наклона стрелы 1 крана и с помо-
щью иоводка 2 и кулачка 3 поворачивает рычаг 4 (по-
движный контакт потенциометра 5). Выходным пара-
метром датчика является Ra. К ДУГ переключателя
SAI подключаются резисторы R1...R8 задатчика ЗД,
что позволяет задавать необходимый режим работы
крапа (см. рис. 96).
Датчики ДУС, ДУГ и резисторы задатчика для про-
верки УРК включены в мостовую схему, к выходу ко-
торой подключено поляризованное реле КР, выполняю-
щее в схеме роль пуль-органа и усилителя сигналов.
Датчики ДУС, ДУГ, задатчик и нуль-орган образуют
функциональный преобразователь Пр1 (рис. 97, а), фор-
мирующий сигнал Uc. Этот сигнал характеризует вы-
полнение условия УРК.
При работе крана в режиме, удовлетворяющем УРК,
на поляризованное реле ДР подается сигнал достаточ-
ной величины и необходимой полярности, что создает
условие для подачи напряжения UR на двигатель выле-
та крюка. Это происходит в такой последовательности:
контакт 1ДР подает питание на катушку реле времени
ДТ1, которое с заданной выдержкой времени контактом
1ДТ1 отключает реле времени ДТ2. Последнее с вы-
держкой времени контактом 1ДТ2 подает напряжение
на катушку промежуточного реле Д, которое, включив
152
97. Схема автоматической системы контроля устойчивости крана
а — структурная схема; б — датчики усилия крюка; / — динамометрическое
кольцо; 2 — потенциометрический преобразователь; 3 — канатные оттяжки;
в — датчик вылета крюка: / — стрела; 2—Поводок; 3 — кулачок; 4— рычаг;
5 — неподвижный контакт потенциометра; ОУ — объект управления; со — управ-
ляемый параметр; Р— поднимаемый груз; РО — регулирующий орган; ИМ —
исполнительный механизм; Пр1, /7р2 — функциональные преобразователи;
У — усилитель; СУ — сравнивающее устройство (нуль-орган); ЗД — задатчик;
ДУС — датчик усилий; ДУГ — датчик углового положения стрелы
свои контакты IK, 2К, ЗК, через штепсельный разъем
подает напряжение 11я в цепь питания двигателя выле-
та крюка. Одновременно с этим загорается зеленая лам-
па HL1, сигнализирующая о нормальной работе крана.
При невыполнении УРК выходное напряжение мос-
та меняет свою полярность, в результате чего реле К.Р
размыкает свои замыкающие контакты 1КР. Это при-
водит к отключению двигателя вылета крюка. При этом
153
гаснет зеленая лампа HL1 и загорается красная HL2,
включается звуковая сигнализация ЗВ.
Степень приближения рабочего режима к предель-
ному контролируется микроамперметром мкА, включен-
ным параллельно катушке реле КР.
Функциональный преобразователь Пр2 собран на
реле времени, что обеспечивает устойчивую работу схе-
мы при кратковременных нарушениях УРК.
В последнее время большое распространение полу-
чили подъемные краны с телескопическими выдвижны-
ми стрелами. У таких кранов длина стрелы — величина
переменная, и поэтому системы ограничения грузоподъ-
емности должны дополнительно иметь еще датчик дли-
ны стрелы.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1.	Основные задачи автоматизации грузоподъемных машин.
2.	Основные средства технологической защиты кранов.
3.	Как осуществляется дистанционно-программное управление
крапами?
4.	Каков принцип действия работомсра башенного крана?
5.	Как работает креномер?
6.	Принципы работы типовых ограничителен грузоподъемности.
ГЛАВА X
АВТОМАТИЗАЦИЯ ЗЕМЛЕРОЙНО-ТРАНСПОРТНЫХ
СТРОИТЕЛЬНЫХ МАШИН
§ 42. ЗАДАЧИ АВТОМАТИЗАЦИИ
УПРАВЛЕНИЯ РАБОЧИМИ ОРГАНАМИ
ЗЕМЛЕРОЙНО-ТРАНСПОРТНЫХ МАШИН
Землеройно-транспортные машины (ЗТМ) осуще-
ствляют резание и перемещение грунта при одновре-
менном поступательном движении самой машины. По
характеру технологического процесса они могут быть
разделены на машины непрерывного и циклического
действия.
К ЗТМ непрерывного действия относятся грейдеры
(автогрейдсры), применяемые, например, для планиро-
вочных работ, и грейдер-элеваторы, предназначенные
для резания грунта и его одновременного перемещения
в отвал или в транспортные средства.
К ЗТМ циклического действия относятся скреперы
и бульдозеры, рабочий процесс которых характеризу-
ется периодической повторяемостью операций.
Пути автоматизации ЗТМ показаны на рис. 85.
Экскаваторы — это землеройные машины, осуществ-
ляющие копание и перемещение грунта. По технологи-
ческим и конструктивным особенностям экскаваторы де-
лятся также на две группы: непрерывного действия и
одноковшовые.
Экскаваторы непрерывного действия
позволяют производить копание и перемещение грунта
одновременно. В процессе работы, например, многоков-
шового экскаватора следующие друг за другом ковши
рабочего органа разрушают, забирают, перемещают и
разгружают грунт.
Одноковшовые экскаваторы циклическо-
го действия выполняют опускание ковша в забой, копа-
ние (отделение грунта от массива, наполнение ковша и
его подъем вверх), поворот платформы, открывание ков-
ша, разгрузку, возвращение в забой с закрыванием ков-
ша. Универсальные одноковшовые экскаваторы, приме-
няемые па строительных работах, имеют сменное обо-
рудование и могут работать как лопата (прямая или
обратная), драглайн или кран.
Многообразные машины для земляных работ имеют
общие особенности работы, которые следует учитывать
в первую очередь при автоматизации: возможность рез-
ких изменений нагрузки, как предполагаемых заранее,
так и неожиданных для обслуживающего персонала; тя-
желый характер динамических режимов; зависимость
условий работы от характеристик разрабатываемого
грунта.
Особенности технологических процессов и специфика
работы ЗТМ и экскаваторов затрудняют создание си-
стем автоматического управления, которые полностью
исключили бы участие машиниста в управлении. Это
обусловливает автоматизацию управления теми процес-
сами, которые в большей мере определяют производи-
тельность труда машиниста и эффективность использо-
вания машины.
Для автоматизации ЗТМ целесообразно применять
дискретные электронные системы и строить аппаратуру
155
на основе полупроводниковых элементов, так как этим
достигается надежность, большой срок службы, малы»
габарит, небольшое потребление энергии, а также воз-
можность использования простых источников питания..
В тех случаях, когда не удается построить аппара-
туру полностью на дискретных элементах, отдают пред-
почтение уравновешенным мостовым схемам, малочувст-
вительным к колебаниям окружающей температуры и
напряжению источников питания.
Надежность систем автоматики повышается приме-
нением бесконтактных элементов, которые положены в
основу ряда унифицированных приборов и элементов,
нашедших практическое применение в автоматизации-
дорожно-строительных машин и установок.
Для расширения выпуска автоматизированных ма-
шин Минстройдормашем совместно с Минприбором раз-
работан ряд агрегатированных комплектов аппаратуры
АКА. К ним относятся, например, АКА-Дормаш (рис..
98) для автоматизации дорожно-строительных и других
машин. Системы управления машинами и установками
различных типов и моделей составляются из минималь-
ного набора унифицированных приборов, что обеспечи-
вает высокую серийность производства и удобство экс-
плуатации.
Комплект аппаратуры позволяет строить:
автономные системы управления, у которых положе-
ние рабочего органа контролируется с помощью маят-
никового датчика, установленного на борту машины;
копирные системы с контролем положения по внеш-
нему копиру (проволоке, бордюру и т. п.);
комбинированные системы, в которых для контроля
углового положения служит автономный датчик, а для
определения положения по высоте используется копир.
Все эти системы для машин разного назначения стро-
ятся на базе двух разновидностей маятникового (в си-
стемах первого поколения) датчика 1 и 1' (отличаю-
щихся друг от друга типом установочного приспособле-
ния и разрешающей способностью преобразователя),
щупового (копирного) датчика 2, подъемного устрой-
ства 3, двух разновидностей электрогидрозолотников 4
и 4' (золотник 4 является составным элементом золот-
ника 4'), унифицированных пультов дистанционного уп-
равления 5 и 5' и вспомогательных блоков 6 и 6'.
Создание агрегатированных комплектов позволяет
98. Схема комплекта АКА-Дормаш
1, Г—маятниковый датчик; 2— щуповый датчик; 3 — подъемное устройство;
4, 4' — электрогидрозолотники; 5, 5' — пульт дистанционного управления; 6,
6' — вспомогательный блок; 7 — согласующее устройство; 8 — лазерный излу-
чатель; Р, 9' — фотоэлектрический приемник
планомерно, без нарушения унификации, осуществлять
развитие аппаратуры и систем автоматики. Более слож-
ные комплексные системы строятся путем добавления'
к простейшим комплектам аппаратуры дополнительных
приборов и блоков.
На рис. 98 показано также унифицированное согла-
сующее устройство 7 к выпускаемым в настоящее вре-
мя комплектам аппаратуры, в которых вместо щупово-
го или маятникового датчика может быть подключен-
фотоэлектрический приемник 9 и 9' для управления ма-
шинами по лучу лазерного излучателя 8.
157'
§ 42. СТАБИЛИЗАЦИЯ ПОЛОЖЕНИЯ
ОТВАЛА БУЛЬДОЗЕРА
Системы автоматического управления профилирова-
нием выполнены на базе аппаратуры АКА-Дормаш. К
ним относятся Автоплан-1, выполняющий функции ста-
билизации углового положения толкающего бруса буль-
дозера с целью повышения планирующих свойств, и
-более совершенный по конструкции Автоплан-2, кото-
рый дополнительно обеспечивает защиту двигателя от
перегрузки. Обе системы электрогидравлические и мо-
гут быть использованы для машин с гидравлическим
приводом рабочего органа.
Система Автоплан-2 (рис. 99) состоит из следую-
щих устройств:
автоматической стабилизации угла наклона толка-
ющего бруса а отвала в широком диапазоне рабочих
уклонов;
контроля режима двигателя по нагрузке (частоте
вращения).
Оба эти устройства связаны между собой таким об-
разом, что при работе двигателя трактора в зоне опти-
мальных (по производительности) частот вращения (ре-
гистрируется тахогенератором) работает автомат ста-
билизации, обеспечивающий планирование продольного
профиля обрабатываемой поверхности.
При возрастании усилия па рабочем органе до ве-
личины, вызывающей недопустимое снижение частоты
вращения двигателя, прибор контроля отключает авто-
мат стабилизации, одновременно подавая сигнал на ав-
томатическое выглубление отвала. Работа автомата ста-
билизации восстанавливается после увеличения часто-
ты вращения двигателя до оптимальной.
В систему входит также задатчик частоты вращения,
при которой должен выглубляться отвал независимо от
команды автомата стабилизации.
В систему (рис. 100) входят: реверсивный гидрозо-
лотник с электромагнитным управлением 1	(ЗСУ-5);
обратный клапан с дросселем 2 (КО-36/70) и предо-
хранительным клапаном (КП-70); тахогенератор 3
(ДУС-ТГ); датчик углового положения 4 (ДУП — с
преобразователем контактного типа у первого поколе-
ния или ДКБ — бесконтактный преобразователь); пулы
управления 5 (ДБ-П); блок перегрузки 6 (БП); блок
управления 7 (БУП-1); аккумулятор 8.
158
99. Структурная схема системы Автоплаи-2
СЛИВ В БАК
100.	Электрогидравлическая схема си-
стемы Автоплан-2
j — реверсивный золотник с электро
магнитным управлением; 2 — обратный
клапан с дросселем; 3— тахогенера-
тор; 4 — датчик ДУП; 5—агульт уп-
равления; 6 — блок перегрузки; 7 —
блок управления; 8 ~ аккумулятор
101.	Маятниковый датчик ДКБ
102.	Дискретный датчик Д1Ц
/ — экран; 2 — бесконтактный датчик; 3 — щуп
103.	Принципиальная схема преобразователя перемещения в электрический'
сигнал
Маятниковый датчик ДКБ (рис. 101) представляет
• собой закрепленный на валу тонкостенный полуцилиндр,
центр тяжести которого смещен относительно оси вра-
щения. При повороте корпуса датчика экран, связанный
с чувствительным элементом, изменяет свое положение
•относительно катушек, закрепленных на корпусе, вызы-
вая этим изменение выходного сигнала преобразователя.
При работе САУ по внешнему копиру применяется
датчик-щуп ДШ, (рис. 102). Его основанием является
щуп 3, скользящий по копиру (проволоке, бордюру или
иной направляющей), и бесконтактный датчик (БК) 2,
который при повороте щупа и связанного с ним экра-
на 1 на угол, превышающий допустимое значение, вы-
дает дискретный сигнал, используемый для управления
рабочим органом.
В датчике второго поколения ДЩБ использован уни-
фицированный преобразователь аналогового типа. Его
выходной сигнал используется как для индикации от-
клонения, так и в качестве управляющего сигнала.
Преобразователь перемещения в электрический сиг-
нал (рис. 103) является унифицированным и применя-
ется в датчиках ДКБ и ДЩБ. Его схема включает ге-
нератор синусоидальных колебаний высокой частоты
(50 кГц), собранный на транзисторе VT1, и эмиттерный
повторитель на транзисторе VT2. Трансформаторный
преобразователь состоит из двух катушек.: LI, L2, вклю-
ченных в колебательный контур генератора (первичная
 обмотка трансформатора), и L3, L4 (вторичная обмот-
ка) . Катушки расположены таким образом, что между
160
сердечниками первичной и вторичной обмоток имеется
воздушный зазор. При введении в него экрана, механи-
чески связанного с чувствительным элементом датчика
(щуповым маятником), изменяется коэффициент взаи-
моиндукции, а следовательно, и напряжение на вторич-
ной обмотке трансформатора. Как видно из схемы, со-
ответственно изменяется напряжение на базе транзис-
тора VT2 и выходное напряжение.
Сравнивающее устройство СУ служит для выдачи
управляющего сигнала в случае, если отклонение кон-
тролируемого параметра превышает допустимое значе-
ние. Устройство позволяет регулировать зону нечувст-
вительности в соответствии с конкретными технически-
ми требованиями. Особенность СУ — наличие двух ка-
налов, соответствующих различным знакам отклонения.
САУ с механическим копиром, использующим ДЩ
или ДЩБ, имеет высокую точность, но и высокую тру-
доемкость установки и регулировки копира. В связи с
этим получили распространение копиры лучевого типа,
в которых используется излучение в оптическом инфра-
красном или радиодиапазоне. Источник излучения, ус-
танавливаемый на некотором расстоянии от начала
планируемого участка, служит для задания линии, со-
ставляющей требуемый угол наклона с линией гори-
зонта. На рабочем органе машины устанавливают фо-
топриемники, которые перемещаются вместе с ним в
вертикальной плоскости. При отклонении рабочего ор-
гана от заданного уровня возникает сигнал рассогласо-
вания, используемый для корректировки его положения.
В последние годы широкое распространение получи-
ли лазерные направляющие устройства, в которых в
качестве излучателя используются гелий-неоновые ла-
зеры (см. рис. 98).
В некоторых устройствах с помощью специальной
системы осуществляется развертка луча лазера в пло-
Г скости с целью управления несколькими машинами, а
также при установке фотоприемника на обоих концах
рабочего органа для управления его положением по вы-
соте и поперечному уклону. Радиус действия лазерных
устройств в зависимости от требуемой точности состав-
ляет до 1500 м.
6-3307
161
§ 44. АВТОМАТИЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ
НОЖОМ АВТОГРЕЙДЕРА
На строительстве дорог и других сооружений боль-
шой объем работ составляют планировочные и отде-
лочные работы по устройству земляного полотна опре-
деленного профиля или грунтовых оснований, выполня-
емые с помощью автогрейдера.
Отклонение поперечных профилей от заданных, в
результате чего приходится применять дополнительный
ручной труд для окончательной доводки поперечного
профиля, определяет одну из задач автоматизации ра-
боты автогрейдера — автоматическое управление поло-
жением рабочего органа в поперечной плоскости. При
этом система автоматического управления должна из-
мерять величину наклона отвала ио отношению к гори-
зонту и после ее сравнения с заданной величиной попе-
речного уклона подавать управляющий сигнал на при-
вод управления. Базой для отсчета в такой системе яв-
ляется горизонт.
Системы управления Профиль-1, Профиль-2 и заме-
няющие их системы второго поколения Профиль-10,
Профпль-20 предназначены для автоматизации авто-
грейдеров с гидравлическим управлением.
Системы Профиль-1 и Профиль-10 предназначены
для стабилизации отвалов в поперечной плоскости. Про-
филь-2 и Профиль-20, помимо стабилизации углового
положения отвала, осуществляют также автоматическое
управление положением отвала по высоте, т. е. сочета-
ют в себе системы стабилизации продольного и попе-
речного профиля.
На рис. 104 изображена блок-схема системы Про-
филь-10. При работе автогрейдера в автоматическом ре-
жиме выходной сигнал датчика 6, соответствующий
истинному положению отвала 7, сравнивается в полупро-
водниковом сравнивающем устройстве блока управле-
ния 1 с сигналом задатчика, соответствующим требуе-
мому положению отвала. Если эта разница превышает
зону нечувствительности системы, усилитель включает
исполнительный механизм 2 (золотник), который пере-
мещает отвал 7 в направлении устранения рассогласо-
вания сигналов датчика и задатчика. Принципиальная
электрическая схема системы Профиль-10 (рис. 105)
содержит электрическую схему датчика ДКБ, сравни-
162
Y 104, Блок-схема системы Профиль-10
1 — блок управлениям--'’^— электрогидрозолотник ЗСУ-8 с гидроблоком; 3 —
гидравлическая магистраль; 4 — управляемый гидроцилиндр; 5 —рама авто-
грейдера; 6 — датчик ДКБ; 7 — отвал автогрейдера; 8 — электропроводка
вающего устройства СУ, осуществляющего сравнение
сигналов блока управления («задание») и датчика ДКБ
(«истинный уклон»), усилитель сигналов сравнивающе-
го устройства и электромагниты золотника ЗСУ-8
(ЭМ1 и ЭМ2).
Для подключения схемы к бортовому аккумулятору
автогрейдера служит тумблер BI. Схема защищена пре-
дохранителем ПР.
Электрическая и гидравлическая схемы взаимодей-
ствуют следующим образом. При возникновении сигна-
ла разбаланса срабатывает электромагнит золотника.
Его плунжер перемещается в одно из крайних положе-
ний, н жидкость от делителя .потока проходит через об-
ратный клапан, а затем гидрозамок в соответствующую
полость гидроцилиндра, перемещая поршень и вытесняя
жидкость из другой ее полости. При отсутствии управ-
ляющего сигнала питание на электромагниты золотни-
ка ЗСУ-8 нс подается и его плунжер находится в сред-
нем положении; жидкость в гидроцнлиидре заперта об-
ратным клапаном, и поршень, а следовательно, и отвал
не перемещаются.
Конструктивное расположение элементов Профиль-20
на автогрейдере показано па рис. 106. Комбиниро-
ванная система автоматического управления Профиль-20
обеспечивает автоматическое управление положением
отвала автогрейдера для получения заданного попереч-
ного и продольного профилей обрабатываемой поверх-
ности при планировочных работах. Система включает
1 Принципиальная электрическая схема системы Профиль-10
В1 — туйолер питания; 82 — ту.мблер «нас,тройка — работа» ; ПР — предохрани -
тель; ЛС/ —лампа «питанйя»; ЛС2, ЛСЗ — индикаторные лампы срабатыва-
ния катушек золотников; R1—R4 — резисторы; ЭМ1, ЭМ2 — катушки элект-
ромагнитов ЗСУ-8
в себя два канала управления — канал стабилизации уг-
лового положения отвала в поперечной плоскости п ка-
нал стабилизации положения отвала по высоте относи-
тельно жесткой направляющей — копира. Принцип дей-
ствия системы заключается в следующем: датчик угло-
вого положения ДКБ, установленный на тяговой раме
автогрейдера, измеряет поперечный наклон отвала —
«истинный уклон».
Требуемый поперечный наклон отвала — «задание»
устанавливается задатчиком на пульте управления. Сиг-
налы, соответствующие «истинному уклону» и «зада-
нию», сравниваются в пульте управления (в сравнива-
ющем устройстве).
Если разница между сравниваемыми углами (сиг-
налами) превышает значение, установленное при регу-
лировке чувствительности системы, на выходе сравни-
вающего устройства формируется корректирующий ко-
мандосигиал, который, усилившись в усилителе, посту-
пает па электромагнит гидрораспределителя. В соот-
ветствии с сигналом коррекции поперечный уклон отва-
ла изменяется до такого положения, когда расхождение
между действительным и заданным положением стано-
вится меньше, установленного' значения чувствительно-
сти.
Высотное положение правой (по ходу) стороны от-
вала автогрейдера относительно копира (проволоки,
бордюра, готовой поверхности) измеряется щуповым
датчиком продольного профиля ДЩБ, установленным
164
106. Автогрейдер с системой Профиль-20
1 — пульт управления; 2 — датчик ДКБ; 3 — датчик ДЩБ; 4 — подъемное
устройство; 5 — реверсивные золотники с электрическим управлением типа
ЗСУ-8; 6 — бортовой аккумулятор автогрейдера
на конце отвала. Сигнал датчика ДЩБ («истинный»)
сравнивается в пульте управления с сигналом задатчи-
ка («задание»). Если сигналы не равны, то сигнал рас-
согласования, сформированный в пульте управления,
поступает на управляемый с помощью электромагнита
гидрораспределитель. Последний подает рабочую жид-
кость в гидроцилиндр, перемещающий правую сторону
отвала до такого положения, при котором значение сиг-
нала рассогласования близко к нулю.
Принципиальная электрическая схема системы Про-
филь-20 содержит два идентичных канала управления,
построенных на унифицированных электронных узлах и
элементах. Один из них полностью соответствует схе-
ме на рис. 105, а другой — аналогичный ей — содержит
датчик ДЩБ вместо ДКБ.
Новая система Профиль-30 имеет дополнительную
(по сравнению с Профиль-20) подсистему, которая обес-
печивает заданный (по копирной проволоке) курс дви-
жения автогрейдера путем воздействия па его рулевое
управление.
§ 45. УНИФИЦИРОВАННАЯ АППАРАТУРА
ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ПОЛОЖЕНИЕМ РАБОЧИХ
ОРГАНОВ ЗТМ
При работе ЗТМ, особенно циклического действия,
необходимо многократно включать и выключать привод
рабочего органа. Например, для бульдозера Д-29 на
165
тракторе Т-75 в среднем за 1 ч машинист 1200 раз из-
меняет положение отвала. Естественно, что- при таком
темпе невозможно хорошо регулировать загрузку ди-
зельного двигателя. Автоматизация этого процесса по-
зволяет стабилизировать нагрузку двигателя путем из-
менения толщины срезаемой стружки по мере набора
грунта рабочим органом бульдозера или скрепера.
Автоматическое регулирование ра-
боты двигателя имеет две системы: регулирова-
ние частоты вращения вала двигателя с помощью цен-
тробежного регулятора, увеличивающего подачу топли-
ва при снижении этой частоты, и регулирование часто-
ты вращения вала в функции изменения нагрузки. Эти
две параллельные и в то же время зависимые системы
приведены на рис. 107 в виде упрощенной блок-схемы.
Цепь регулирования частоты вращения включает
центробежный регулятор оборотов ЦР и топливный на-
сос TH, которые регулируют подачу топлива в цилинд-
ры двигателя.
Во вторую систему регулирования входят: датчик
(тахогенератор) Д, сигнал которого Р пропорционален
частоте вращения двигателя, задающий элемент 3, по-
дающий постоянный электрический сигнал iz, пропор-
циональный заданным номинальным частотам враще-
ния двигателя; сравнивающее устройство С, в котором
производится алгебраическое сложение сигналов от дат-
чика и задающего элемента, и полученная разность
представляет собой управляющий сигнал Д'; усилитель
У, усиливающий управляющий сигнал до величины I,
способный управлять механизмом подъема — опускания
рабочего органа; исполнительный механизм И, преоб-
разующий управляющее воздействие в механическое пе-
ремещение рабочего органа h и представляющий собой
два гидроцилиндра двойного действия с электрогидрав-
лическим золотниковым устройством.
Исполнительный механизм перемещает рабочий ор-
ган машины по вертикали и тем самым регулирует тол-
щину стружки, определяющую нагрузку на двигатель.
Приведенная система автоматического регулирова-
ния является стабилизирующей, так как требование к
нагрузке двигателя во время работы остается постоян-
ным.
Стабилизация тягового усилия ЗТМ
на примере прицепного скрепера может быть осуществ-
166
ГХ
i 107л Блок-схема системы стабилиза-
X/ ции загрузки двигателя
Схема стабилизации тягового
усилия скрепера
/ — динамометр; 2 — мерный гидро-
цилиндр; 3 — зубчатое колесо; 4 —
переключатель; 5 — контакты; 6~
электромагнит; 7 — золотник; 8 —
гидроцилиндр; 9 — реле
лена автоматически по схеме, показанной на рис. 108.
Она состоит из датчика тягового усилия I, регулятора
II и привода управления III. Система регулирует рабо-
чий орган машины — ковш. Его положение определяет
значение независимого параметра регулирования — тол-
167
щины срезаемой стружки. От этого параметра зависит
величина нагрузки.
Тяговое усилие с помощью гидравлического динамо-
метра 1 преобразуется в перемещение плунжера мер-
ного гидроцилиндра 2. Шток гидроцилиндра через зуб-
чато-реечную передачу 3 вращает вал переключателя.
Когда сопротивление грунта соответствует тяговому
усилию скрепера, переключатель 4 находится в сред-
нем (нейтральном) положении. В противном случае пе-
реключатель замыкает один из неподвижных контак-
тов 5, в результате чего срабатывает одно из реле 9, а
затем электромагнит 6, и через золотник 7 включается
гидроцилиндр 8 скрепера на подъем или опускание
ковша.
Однако эта схема не лишена недостатка, который
проявляется при работе скрепера на уклонах, так как
в этих случаях тяговые усилия не являются величиной
постоянной. В этих случаях затруднено поддержание
оптимального тягового усилия. Самоходный скрепер с
дизель-электрической трансмиссией более совершенен.
Дизель 1 (рис. 109) приводит во вращение тяговый
генератор постоянного тока 5. От тягового генератора
питаются электродвигатели 8 и 13, встроенные в колеса
передней оси, и электродвигатели 12 и 14, встроенные в
колеса задней оси. Генератор и двигатели имеют неза-
висимые обмотки возбуждения (соответственно 3 и 9,
10, 16, 17), питаемые от дополнительного синхронного
генератора 2 через управляемые тиристорные преобра-
зователи 4.
В тяговом режиме работы машины автоматически
регулируется напряжение генератора путем воздейст-
вия на цепь обмотки возбуждения 3 таким образом, что
с увеличением тока, потребляемого электродвигателями,
напряжение генератора уменьшается, так как произве-
дение B7=const и от дизеля отбирается постоянная
мощность.
Автоматизация работы цепного мно-
гоковшового траншеекопателя позволяет
регулировать глубину копания по проволочному (канат-
ному) копиру, направленному вдоль траншеи с задан-
ным углом, или оптическому лучу.
При работе автоматизированной системы с базовой
линией в виде копирного каната 1 (рис. НО) в качест-
ве датчиков положения рабочего органа используются
168
Упрощенная схема ди- 1
-электрической трансмис-
сии скрепера
1 — дизель; 2 — генератор
переменного тока; 3, 9, 10,
16, 17 — обмоткн возбужде-
ния; 4 — тиристорные преоб-
разователи; 5 — тяговый
генератор постоянного тока;
6, 7, 11, 15 — блокирующие
устройства; 8, 12, 13, 14 —
электродвигатели
два контактных датчика перемещения SQ1 и SQ2, ме-
ханически связанных с рамой ковшовой цепи, между
которыми проходит копирный канат 1. Если канат не
касается ни одного из датчиков, то дно траншеи нахо-
дится на проектной отметке.
В системе предусмотрены два режима работы: руч-
ной и автоматический, устанавливаемые переключате-
лем ЗД.
При ручном управлении (подготовка к автоматиче-
скому режиму) переключатель ЗД находится в положе-
нии р и для поднятия рабочего органа необходимо на-
жать кнопку SB1, а для заглубления — кнопку SB2.
Это приводит к срабатыванию реле KI {К2), которое
своими контактами 1К1 {1К2) включает электрозолот-
никовое устройство У. В результате этого гидроцилиндр
3 перемещает раму 4 рабочего органа Р. Отпускание
кнопки SB1 (SB2) отключает все перечисленные эле-
менты, и рабочий орган фиксируется в выбранном по-
ложении.
При автоматическом режиме переключатель ЗД ста-
вится в положение а, и система работает следующим
образом: при отклонении дна траншеи от заданной от-
метки копирный канат касается одного из датчиков, что
приводит к замыканию соответствующего контакта SQ;
контакт SQ1 (SQ2) включает реле KI {К2), которое
своими контактами ЗК1 {ЗК2) блокирует контакт SQ,
а контактами 1К1 {1К2) включает электрозолотнико-
вое устройство У.
Заглубление или подъем рабочего органа осуществ-
ляется прерывисто, шагами. Величина шага (работа
системы в одном направлении при разомкнутых кон-
тактах SQ) определяется выдержкой времени реле КТ,
включаемого контактами 2К1 {2К2). Контакты 1К1
169

ПИТАНИЕ
И Lt
ПОДЪЕМ РАБОЧЕГО
/Л7
ОРГАНА
ЗАГЛУБЛЕНИЕ
РАБОЧЕГО ОРГАНА
5Q2
РЕЛЕ ВРЕМЕНИ
ЭЛЕКТРО -
ЗОЛОТНИКОВОЕ
УСТРОЙСТВО
ж
Н1Л
линия
/\ ГОРИЗОНТА
r>A I/? I а
Ш '[

ИХ Система автоматического управления глубиной копания траншейпо.о эк-
скаватора
а — схема работы траншеекопателя; б — принципиальная схема автоматиче-
ского управления; 1—копиряый канат; 2— контактные датчики перемеще-
ния; 3 — гидроцилиндр; 4 — рама
(2КГ) с установленной выдержкой времени размыка-
ются и размыкают цепь питания реле KI (К2), что при-
водит к отключению электрозолотникового устройства
У и прекращению перемещения рабочего органа маши-
ны. Если за установленную выдержку времени рабочий
орган машины не попал в зону нечувствительности сле-
дящего устройства (один из контактов SQ замкнут),
170
то реле KI (К2) не отключится и движение рабочего
органа будет продолжаться.
Для защиты схемы от ошибок (одновременное на-
жатие на две кнопки SB) предусмотрены контакты 4К1
(4К2). Сигнальные лампы HL1 (HL2), установленные
на пульте управления, позволяют рабочему следить за
направлением движения рабочего органа.
Если в качестве базовой линии используется луч, то
применяют лазерную установку. Здесь лазерный излу-
чатель 8 (см. рис. 98) установлен на штативе, а фото-
приемное устройство 9 с механизмом перемещения 3—
на рабочем органо машины. При отклонении фотопри-
емного устройства от направления луча лазера сраба-
тывает исполнительный механизм, выводящий рабочий
орган на заданный уровень.
Автоматизация работы одноковшо-
вых экскаваторов должна обеспечить? опти-
мальность загрузки подъемного механизма; соответст-
вие величины заглубления ковша мощности подъемного
механизма, высоте забоя и свойствам грунта; хорошую
планировку плоскости подошвы забоя. На транспорт-
ных операциях должны быть обеспечены оптимальные
режимы разгона и торможения привода поворотного
механизма, остановка ковша в заданной точке и опти-
мальная высота разгрузки.
При производстве земляных работ необходимо про-
верять глубину разработки, что усложняет систему ав-
томатизации одноковшовых экскаваторов. На рис. 111
показана принципиальная схема глубиномера с потен-
циометрическими датчиками положения рабочего орга-
на. Принцип работы глубиномера основан на измерении
длины каната, вытравленного с барабана главной ле-
бедки, и угла подъема стрелы. Ползунки потенциомет-
ров RT и Rc связаны посредством передач с барабаном
главной лебедки и стрелой экскаватора. Перед нача-
лом работы переменными сопротивлениями и Rz
микроамперметр мкА, включенный в диагональ моста,
устанавливают на нуль. При этом загорается лампа HL.
Затем устанавливают глубину разработки с помощью
этих же сопротивлений. Сигнал, обусловленный разба-
лансом моста, подается на вибратор, усилитель и вы-
ходное реле PC. Когда в процессе работы экскаватора
будет достигнута заданная величина заглубления, со-
противления R.t и Rc примут такие значения, что мост
111. Принципиальная схема
глубиномера
будет сбалансирован и реле PC выдаст соответствую-
щий сигнал в систему управления и на сигнальную лам-
пу CIC.
§ 46. АВТОМАТИЧЕСКИЙ УЧЕТ ЭФФЕКТИВНОЙ
РАБОТЫ ЗЕМЛЕРОЙНО-ТРАНСПОРТНЫХ
МАШИН
Увеличение производительности строительного обо-
рудования зависит от наиболее полного использования
мощности двигателя и времени работы, что неразрывно
связано с более эффективным учетом работы машины.
Последнее обеспечивает: контроль за работой машин и
принятие соответствующих мер для их правильного ис-
пользования; возможность планирования ремонта не по
времени нахождения машин на строительной площадке,
а в зависимости от фактического времени работы и вы-
работки машин; уточнение и разработку норм времени
и расценок; возможность оплаты труда персонала в точ-
ном соответствии с фактически выполненной работой.
Рассмотрим систему автоматического учета работы
скрепера, которая заключается в регистрации числа рей-
сов, затраченных на перевозку грунта с места разра-
ботки к объекту выгрузки, учете числа Тюлногрузпых
рейсов скрепера и средней дальности перевозки-грунта.
Датчик веса 1 (рис. 112) предназначен для замыкания
электрической цепи при номинальной загрузке скрепе-
ра. Датчик угла наклона ковша (с логическим элемен-
том) 2 и служит для блокировки устройства с целью
его защиты от ложных и непреднамеренных срабаты-
ваний. Датчик электроспидометра и электроспидометр 5
фиксируют километраж, пройденный скрепером с но-
минальным грузом. Датчик угла подъема днища ков-
172
ма
11 >. Принципиальная схема
системы	а зч зматиче-ского
учета раш/ги сг.рсн<ра
/ — датчик веса; 2 — датчик
угла наклона: 3— датчик
угла подъема днища ковша;
4 — датчик электроспидомет-
ра; 5 — электроспидомсгр;
6 — датчик налолнепв.ч ков-
ша; 7 — счетчик рейсов;
8— 11 — реле; /2 — лампа
сигнальная; 13, 14 — элемен-
ты задержки
ша 3 предназначен для замыкания цепи счетчика рей-
сов 7, реле Ни элементов задержки 13, 14. Датчик за-
полнения ковша скрепера 6 сигнализирует о достаточ-
ном заполнении ковша загоранием лампы 12. Процесс
набора грунта закончен, после чего начинается подъем
ковша.
При соответствии веса ковша номинальному (задан-
ному) и определенном значении угла наклона ковша
сигналы с датчиков поступают на реле 8, 9 и 10, и дат-
чик электроспидометра 4 получает питание.
При транспортировке грунта к месту выгрузки дат-
чик 4 посылает в электроспидометр 5 сигналы в виде
импульсов для подсчета пройденного пути. Однако фик-
сация очередного рейса возможна лишь при условии
последовательного срабатывания датчиков: веса 1, угла
наклона ковша скрепера 2, электроспидометра 4 и угла
наклона днища 3.
Автоматический учет работы других строительных
машин может отличаться от рассмотренного в связи с
особенностями технологического процесса машин. На-
пример, система автоматического учета работы экскава-
тора может включать приборы для учета числа циклов,
суммарного времени и веса перемещенного грунта. По-
следнее осуществляется при помощи двух потенциомет-
рических датчиков усилия, параллельно используемых
в системах автоматической защиты технологического
оборудования, по результирующему сигналу, реличина
которого пропорциональна весу грунта в ковше. В боль-
шинстве случаев для автоматического учета использу-
ют средства автоматики, имеющие, кроме того, и дру-
гие задачи.
173
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1.	В чем заключается общий подход в постановке задач авто-
матизации, н принципах и способах их решения для машин непре-
рывного н циклического действия, применяемых для земляных ра-
бот?
2.	Основные задачи автоматизации автогрейдеров, грейдер-
элеваторов, скреперов и бульдозеров.
3.	Как осуществляется автоматическая стабилизация нагрузки
дизеля скрепера с дизель-электрической трансмиссией?
4.	Определите аналогию в системах автоматического управле-
ния положением рабочего органа автогрейдера, скрепера н буль-
дозера.
5.	Основные задачи автоматизации экскаваторов непрерывного
действия.
G. В чем заключаются особенности нагрузки рабочего органа
экскаватора непрерывного действия с точки зрения задач авто-
матизации процессов поддержания заданной нагрузки?
7.	Особенность системы Автоплан.
8.	Особенность системы автоматики Профиль.
9.	Задачи автоматизации работы одноковшовых экскаваторов.
10.	Задачи и средства автоматизации учета работы строи-
тельных машин.
ГЛАВА XI
АВТОМАТИЗАЦИЯ МАШИН И ОБОРУДОВАНИЯ
ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ БЕТОННЫХ СМЕСЕЙ
И РАСТВОРОВ
§ 47.	ЗАДАЧИ АВТОМАТИЗАЦИИ
СМЕСИТЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК
При приготовлении бетонных смесей и растворов
автоматизируются следующие операции: подача мате-
риалов в подготовительное отделение, дозирование ком-
понентов, перемешивание, выгрузка смеси и подача ее
к бетоносмесителям.
Для нормального хода технологического процесса
приготовления смесей необходимо соблюдать следующие
правила;:
1)	обеспечить определенную последовательность'за-
пуска двигателей звеньев транспортирующей цепи; во
избежание завала конвейера материалом пуск двига-
телей должен протекать в направлении, противополож-
ном грузопотоку;
174
2)	производить остановку двигателей в направлении
грузопотоков;
3)	отключать все двигатели, посредством которых
осуществляется подача материала к поврежденному
звену транспортирующей цепи;
4)	предусматривать возможность раздельного пуска
двигателей, необходимого для наладки и опробования
системы;
5)	предусматривать возможность аварийной оста-
нов ки конвейерной линии с любого места;
6)	подавать перед пуском предупредительный сиг-
н ал.
Включение электроприводов нескольких транспорт-
ных цепей в определенной последовательности — наибо-
лее. распространенный случай на предприятиях строи-
тельной индустрии. При этом для автоматизации ра-
боты системы нескольких конвейеров, последовательно
включенных в транспортный поток, существует ряд схем
управления с последовательным запуском их привод-
ных электродвигателей при помощи реле времени или
скорости, реле тока или напряжения, комбинированно-
го использования этих реле.
Дозирование сыпучих и жидких материалов авто-
матизируется по объемному или весовому принципу, пор-
ционному или непрерывному способу переработки по-
ступающих материалов.
§ 48.	МЕТОДЫ АВТОМАТИЗАЦИИ
ДОЗИРОВАНИЯ КОМПОНЕНТОВ
СМЕСИ И РАСТВОРОВ
Дозирование сыпучих материалов
по объему. На рис. 113, а дана схема размещения
бункеров-накопителей (питателей) и взаимосвязанной
с ними системы конвейеров.
Четыре питателя III — П4 и четыре конвейера Ml —
М4 обеспечивают приемку сыпучих материалов от же-
лезнодорожного или автомобильного транспорта и их
транспортировку в пять отсеков склада П5 — П9. Для
выполнения последней операции конвейер М4 оборудо-
ван сбрасывающей тележкой Т. Возможные транспорт-
ные пути при выдаче материала со склада включают
в себя питатели П5— П9, конвейер Л45, шибер Ш, в за-
висимости от положения которого материал поступает
175
О) ЗАГРУЗКА C	g}
ИЗ. Схема автоматического управления конвейерной линией
а — схема размещения бункеров-накопителей; б — схема логико-программно»
го управления конвейерами
либо „а конвейер Мб и далее в бетоносмесительное от-
деление, либо в расходный бункер БР с последующей
выгрузкой в автотранспорт.
В процессе управления дозированием компонентов
бетонной смеси система автоматизации должна устанав-
ливать тележку Т, шибер Ш в необходимое положение,
управлять последовательностью включения и выключе-
ния агрегатов. Например, если какой-либо агрегат транс-
портной цепи выйдет из строя, то система должна от-
ключить предшествующие по материальному потоку аг-
регаты.
На рис. ИЗ, б показана упрощенная схема логико-
программного управления конвейерами Ml — М4.
Основной принцип построения такой системы, включаю-
щей электромагнитное реле и другие контактные, эле-
менты автоматики, состоит в том, что логические усло-
вия для пуска (отключения) какого-либо агрегата реа-
лизуются путем включения ряда контактных устройств
определенным образом в цепь питания магнитного пус-
кателя управления двигателем этого агрегата.
Например, включение пускателя 1(М1 в режиме руч-
ного управления возможно только при выполнении сле-
дующих условий: переключатель SA1 установлен в
положение Г, кнопка выключения первого конвейера на-
жата (контакт SB7 замкнут); кнопка выключения это-
го конвейера не нажата (контакт SB8 замкнут); выклю-
чатель первого конвейера находится в исходном состо-
янии (контакт КК1 замкнут). Рассмотрим работу схе-
мы в целом. Двигатели конвейеров включаются при за-
мыкании контактов магнитных пускателей КМ1— КМ4.
Режим работы системы задается с помощью переклю-
чателя SA1. При установке его в первое положение
схема переводится в режим ручного управления, при
котором каждый из конвейеров может быть включен с
помощью кнопок SB1, SB3, SB4, SB7 независимо от со-
стояния других конвейеров.
При установке переключателя SA1 во второе поло-
жение реализуется автоматический режим управления
цепочкой конвейеров Ml, М3, М4 подачи материалов в
отсеки склада. Для автоматического пуска этой цепоч-
ки достаточно нажать на кнопку SB1, которая замыкает
цепь питания магнитного пускателя КМ4. Когда он сра-
батывает, замыкается его контакт, установленный в
цепи питания магнитного пускателя КМЗ, что приводит
к включению третьего конвейера. Аналогично срабаты-
вает магнитный пускатель КМЗ, что приводит к замы-
канию контакта, установленного в цепи питания пуска-
теля КМ1, и включению первого конвейера.
Согласно требованиям техники безопасности для ос-
тановки конвейеров из любого места по всей его длине
устанавливают выключатели. Размыкающие контакты
КК1— КК4 этих выключателей включены последова-
тельно в цепи питания пускателей КМ1 — КМ4. Если
в процессе загрузки склада выключится какой-либо из
конвейеров, то автоматически будут выключены пред-
шествующие по материальному потоку конвейеры. Про-
исходит это следующим образом. Пусть в процессе по-
дачи материала в отсеки склада по транспортной цепи,
включающей конвейеры Ml, М3, М4, срабатывает вы-
ключатель, установленный на третьем конвейере. Тогда
размыкающий контакт ККЗ разорвет цепь питания
магнитного пускателя КМЗ и выключит этот конвейер..
Одновременно будет разомкнут замыкающий контакт
КМЗ в цепи питания магнитного пускателя КМ1, что
приведет к отключению также первого конвейера. Так
как при работающем четвертом конвейере опасность
177
114. Контактный датчик наличия материа-
ла на ленте конвейера
1 — леита конвейера; 2 — материал; 3 —
резина; 4 — рычаг; 5 — шарнир;, б—кон-
цевой выключатель /
115. Схемы дозаторов с САР по массе с
питателями
а — бункерным; б — барабанным; в —виб-
ролотковым; г — ленточным; / — конвейер;
у _ питатель; 3— датчик массы; 4 — за-
датчик; 5 — элемент сравнения; 6 — регу-
лятор; 7 — привод ленты конвейера по-
стоянной скорости; 8 — привод питателя
завала материалом третьего конвейера в рассматрива-
емом случае не возникает, он нс выключается.
При установке переключателя SA1 в третье поло-
жение реализуется режим управления цепочкой конвей-
еров М2, М3, М4. Схема работает аналогично описан-
ному режиму с заменой первого конвейера на второй.
Установка переключателя SA1 в четвертое положение
приводит к выключению всех конвейеров.
Аналогичная схема используется и для конвейеров
Мб и Мб.
Дл^ контроля загрузки ленты конвейера применяют
178
датчик наличия материалов (рис. 114), устанавливае-
мый над конвейерной лентой. При отсутствии материа-
ла на ленте рычаг 4 становится в вертикальное поло-
жение, размыкая цепь концевого выключателя 6.
Для контроля целостности ленты также может быть
использован конечный выключатель, воспринимающий
натяжение ленты.
Дозирование с регулированием по
массе (рис. 115) имеют датчики 3, сигнал от кото-
рых пропорционален значению расхода сыпучего мате-
риала. Общим для всех вариантов управления являет-
ся наличие регулируемого привода питателя 8 и нере-
гулируемого привода скорости ленты конвейера 7. Прин-
цип действия таких САР ясен из рис. 115.
Дозаторы для жидких материалов сравнительно
просты по принципу действия; их конструктивные ре-
шения даны в § 50.
§ 49. ДОЗАТОРЫ ДЛЯ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ
Дозаторы по массе с постоянной скоростью конвей-
ера (см. рис. 115) имеют существенный недостаток —
колебания напряжения и частоты питающей сети, а так-
же нагрузочного момента привода ленты приводят к
значительной нестабильности скорости ленты и сущест-
венным ошибкам дозирования. Именно поэтому в на-
стоящее время создается все большее число систем до-
зирования, в которых регулирование осуществляется
непосредственно по расходу. Принцип действия таких
дозаторов основан на компенсации отклонения расхода
от заданного. Расход получается умножением сигналов,
пропорциональных массе материала и скорости ленты
конвейера. Управляющее воздействие осуществляется
путем изменения скорости ленты.
В качестве примера подобных систем управления мо-
жет быть рассмотрен дозатор С-781 (рис. 116), предна-
значенный для дозирования цемента и других пылевид-
ных материалов. Дозатор состоит из конвейера 8 маят-
никового типа, опирающегося на неподвижную опору,
двухбарабанного питателя 4 и регулируемого привода
питателя 3.
Контур управления дозатора состоит из: датчика
усилия 5 со встроенным индуктивным датчиком, изме-
179
116. Схема автоматического дозатора С-781
/— усилитель; 2 — исполнительные механизмы; 3 — вариаторы привода пи-
тателя и конвейера; 4 — двухбарабанный питатель; 5 — датчик усилия; 6 —
множительное устройство; 7 — задатчик и элемент сравнения; 8 — конвейер
маятникового типа; 9 — тахогенератор; 10 — регулятор; 11 — реверсивный
пускатель
ряющим массу материала на ленте; преобразующего и
множительного устройства 6, па вход которого подают-
ся напряжения Un и 12С/, соответственно пропорциональ-
ные массе материала и скорости ленты, измеряемой
тахогенератором 9 (с выхода устройства снимается на-
пряжение Ол, пропорциональное производительности
дозатора); задатчика и элемента сравнения 7; регуля-
тора 10, реверсивного пускателя 11, исполнительных
механизмов 2, вариаторов 3 и усилителя 1.
Дозатор работает следующим образом. Если но ка-
кой-либо причине масса материала на ленте изменяет-
ся, то соответственно изменяется усилие R на динами-
ческое кольцо и пропорциональное ему напряжение Дв
на выходе датчика. Если 12^=7=12», то появляется ошиб-
ка рассогласования АД на входе регулятора. Магнит-
ный пускатель включает исполнительный механизм ва-
риатора, изменяющий скорость ленты конвейера, а тем
самым и напряжение 12с>. Движение системы будет про-
исходить до тех пор, пока напряжение 12]Т не примет ус-
тановленного значения. Схема дозатора содержит до-
полнительную следящую систему. Она выравнивает пе-
редаточные отношения вариаторов приводов ленты и
питателя, что ликвидирует возможные колебания мас-
сы Q материала на ленте.
В случае стабильности напряжения и частоты элек-
тросети можно применять более простые дозаторы, вы-
180
117. Схема автоматического дозатора АВДЦ-425
3— питатель аэрационный; 2 — весовой ковш; 3 — рычажная система; 4 —
циферблатный указатель; <5, 6 — пневмоцилиндры впускного и выпускного
затворов
118. Функциональная схема дозатора циклического действия
полненные по схеме рис. 115, б — С-633 или выполнен-
ные по схеме рис. 115, в — С-313.
Автоматический весовой дозатор для цемента
АВДЦ-425 выполнен по схеме, показанной на рис. 117.
Он состоит из аэрационного питателя 1, весового ков-
ша 2, рычажной системы 3 и циферблатного указателя
4. При включении питания ковш заполняется и через
рычажную систему вращает стрелку циферблатной го-
ловки до замыкания соответствующего контакта на
указателе массы. При этом включаются пневмоцилинд-
ры закрытия впускного затвора и поступление матери-
ала в весовой бункер прекращается. Отдозированиая та-
ким образом порция материала выгружается из бун-
кера самотеком при включении пневмоцилиндра 6 от-
крытия выпускного затвора.
Функциональная схема АВДЦ-425 приведена на
рис. 118. Объектами управления в системе служат пита-
тели. Управляемый параметр — масса дозируемого ве-
щества G определяется взвешиванием бункера с рычаж-
ной подвеской и циферблатным указателем массы. Ци-
ферблатный указатель выполняет функцию сравнения
текущего значения массы с заданным G3. Исполнитель-
ный механизм с регулирующим органом включается в
работу кратковременно, отсекая подачу материала пи-
тателем; дозатор — с системой управления дискретного
действия, с кратковременным восстановлением контура
обратной связи, по которому передается воздействие на
изменение управляющего параметра — расхода пита-
теля.
181
§ 50. АВТОМАТИЗАЦИЯ КОНТРОЛЯ
ПРИГОТОВЛЕНИЯ БЕТОННОЙ
СМЕСИ И РАСТВОРОВ
Автоматизация асфальтобетонных и бетоносмеси-
тельных установок циклического действия всех типов и
назначений, а также ряда установок и машин для транс-
портировки цемента реализуется с помощью агрегати-
рованных комплектов аппаратуры АКА-Бетон. Техноло-
гическая схема работы этой автоматики показана на
рис. 119.
Согласно этой схеме, компоненты бетонной смеси —
песок и щебень необходимых фракций — подаются со
склада заполнителей наклонным ленточным конвейером и
при помощи поворотной воронки засыпаются в соответст-
вующие отсеки питающего бункера П1, П2, Щ1, Щ2.
Цемент со склада по пневмопроводу поступает в
циклон, оттуда посредством шнека через течки направ-
ляется в соответствующие отсеки бункера Ц. Заполне-
ние материалами отсеков питающих бункеров контро-
лируется уровнемерами типа УКМ. В весовые бункеры
дозаторов материалы поступают через соответствующие
впускные затворы 1—8. От дозированные компоненты
через выпускные затворы дозатора 9—12 подаются в
один из бетоносмесителей. Загрузка его производится
при помощи перекидного шибера для сухих компонен-
тов 16.
Технологической схемой предусмотрено весовое до-
зирование воды. Вода из расходных баков через впуск-
ной клапан 18 поступает в дозатор и далее через рас-
ходный вентиль 17 — в один из бетоносмесителей. Вы-
бранный бетоносмеситель загружают при помощи пере-
кидного шибера для воды 14, 15.
Схемой управления предусматривается одновремен-
ное переключение шиберов для сухих компонентов и
для воды.
Отдозированные компоненты перемешиваются в бе-
тоносмесителе в течение определенного времени конт-
ролируемым командным прибором, при помощи которо-
го задается очередность загрузки работающего бетоно-
смесителя отдозированными компонентами. По оконча-
нии цикла перемешивания готовая смесь поступает в
расходные бункеры.
Управление впускными и выпускными затворами до-
119. Технологическая схема с элементами автоматики приготовления бетонной
смеси
/ 8 и 9 12 впускные и выпускные затворы дозаторов: 13 — соленоидный
привод затворов накопителей бетонной смеси; 14-16 - приводы перекидных
шиберов для воды и сухих компонентов; 17, 18 - привддывьшускното и
впускного водяных вентилей; 19, 20 - приводы *впускны₽»-Хвороб^дозаторов
цемента
заторов, перекидными шиберами, опрокидывание бето-
носмесителя, открытие люков расходных бункеров осу-
ществляют посредством соленоидных пневмоприводов с
электромагнитными клапанами. Конечные положения
рабочих органов перечисленных механизмов фиксиру-
ются конечными выключателями, подающими соответ-
ствующие команды в схему управления.
183
120. Блок-схема управления
заводом от перфокарты
/ — электрическая	связь;
II — механическая	связь;
1 — перфокарта; 2 — дешиф-
ратор; 3 — релейный блок;
4 — усилитель; 5 — серводви-
гатель; 6 — реохорд обрат-
ной связи; 7 — задающая
стрелка с фотореле; 8—-
пневмопривод; И — впускной
затвор дозатора
Автоматизация дозирования материалов выполнена
на весовых циферблатных указателях, оснащенных бес-
контактными электронными датчиками. Предусмотрена
дистанционная передача показаний веса дозируемых
компонентов на центральный пульт оператора и дистан-
ционная задача рецептов бетонов. Для этой цели дис-
танционные циферблатные указатели всех дозаторов ус-
танавливают в пультовом помещении бетоносмеситель-
ного цеха. Оператор может по требованию лаборатории
устанавливать дозы перемешиваемых компонентов или
вносить необходимые коррективы в рецептуру, а также
контролировать процесс взвешивания непосредственно в
пультовом помещении.
Автоматизация управления операциями технологи-
ческого процесса в функции времени осуществляется
командным электропневматическим прибором КЭП-12У.
На бстонорастворных заводах-автоматах подача исход-
ных материалов, выбор марки бетона или раствора, до-
зирование, смешивание и выдача бетонных и раствор-
ных смесей осуществляется автоматически по програм-
ме, закодированной на перфокарте. Применение бес-
контактного программно-считывающего устройства на
полупроводниковых элементах обеспечивает получение
практически неограниченного числа составов бетонных,
растворных или сухих смесей.
На рис. 120 изображена блок-схема управления от
перфокарты с использованием порционных дозаторов.
В такой системе контакты сигнальных реле коммутиру-
ют резисторы измерительного многоплечевого моста, в
котором при этом происходит нарушение равновесного
распределения напряжений.
Сигнал появляется при разбалансе моста и подает-
ся на вход электронного усилителя. На выход усилите-
ля подключен серводвигатель, перемещающий стрелки
с фоторезисторами на угол, соответствующий заданной
184
величине дозируемого компонента. Со стрелкой сочле-
нен движок реохорда обратной связи, который при дви-
жении серводвигателя также получает угловое переме-
щение. Движение серводвигателя .будет продолжаться
до момента, пока не наступит равновесное состояние
измерительного моста.
После остановки стрелки с фотоприставкой в фикси-
рованном положении электрическая схема дозирования
получает сигнал на открытие впускного затвора и до-
затор начинает наполняться материалом.
Режимы «грубого» и «точного» взвешивания обеспе-
чиваются установкой на задающей стрелке двух фото-
реле. При пересечении флажком, укрепленным на по-
движной стрелке циферблатного устройства, луча света,
направленного на первый фотодатчик, привод впускно-
го затвора включается на импульсный режим работы
(досыпка материала).
При достижении номинальной массы флажок на
стрелке затемняет второй датчик, после чего закрыва-
ется впускной затвор и поступление материала в доза-
тор прекращается.
Аналогично дозируются другие компоненты.
Определение влажности строительных материалов в
заводских условиях является важной технологической
операцией, необходимой для правильной дозировки во-
ды при приготовлении бетонной смеси. Наибольшее зна-
чение имеет определение влажности песка.
Сведения о водоцементном отношении свежеприго-
товленного бетона позволяют корректировать процесс
тепловлажностной обработки для получения гаранти-
рованного качества железобетонных изделий.
В настоящее время широкое распространение полу-
чают СВЧ-методы измерения влажности строительных
материалов, которые основаны на зависимости погло-
щения СВЧ-энергии от количества воды в материале.
Эта зависимость линейна в широком диапазоне изме-
рения влагосодержания. Источниками электромагнитно-
го излучения являются клистроны, генерирующие в ди-
апазоне сверхвысоких частот.
СВЧ-влагомер состоит из пяти функциональных бло-
ков, смонтированных в общем каркасе: генератора
СВЧ, выпрямителей, преобразователя, аттенюатора и
узкополосного усилителя.
На рис. 121 показана принципиальная схема СВЧ-
185
125. Схема СВЧ-влагоме-
ра
/ — генератор СВЧ; 2—
блок питания; 3,	4 —
блоки преобразования;
5 — блок узкополосного
усилителя; 6 — оконеч-
ный усилитель; 7 — ис-
пытуемый материал;
АТ— блок аттенюаторов:
ИН — индикатор
влагомера. Генератор 1 собран на клистроне типа К-29.
Высокочастотная энергия возмущает волновод прямо-
угольного сечения с помощью петли связи. Модуляция
клистрона осуществляется путем подачи прямоугольно-
го импульса через разделительный конденсатор С с об-
мотки трансформатора блока 2. Блок питания 2 обес-
печивает подачу на клистрон постоянных стабилизиро-
ванных напряжений 350, 150 и 12 В.
Блок преобразования 3 обеспечивает преобразова-
ния постоянного напряжения 12 В, получаемого от ак-
кумуляторов, в переменное напряжение прямоугольной
формы частотой 1000 Гц, которое вырабатывается ге-
нератором, собранным по схеме мультивибратора, с па-
рафазпым усилителем на транзисторах. Мощный уси-
литель работает в ключевом режиме, что обеспечивает
хорошую прямоугольную форму сигнала. Принятые ме-
ры стабилизации позволяют получить стабильные на-
пряжения па выходе преобразователя.
Блок аттенюаторов АТ 112 состоит из двух секций, да-
ющих различное ослабление. Плавная регулировка ос-
лабления осуществляется перемещением поглотителей.
Блок узкополосного усилителя 5 на 1000 Гц собран
па трех транзисторах типа МП-42 и МП-103.
В зависимости от количества воды в материале ге-
нерируемая блоком 1 СВЧ-энергия поглощается в вол-
новоде в разной степени, что фиксируется прибором
ИП-1, являющимся нагрузкой последнего каскада уси-
лителя 6. В качестве прибора используется микроам-
перметр, включенный в диагональ моста.
Рассмотренная схема влагомера позволяет легко
включить его в соответствующую САУ приготовления
качественных смесей различного назначения, использу-
емых в стройиндустрии.
Не менее перспективны, чем СВЧ-влагомеры, прибо-
186
ры и устройства, основанные на нейтронном методе.
Принцип действия этих влагомеров построен на зави-
симости числа медленных нейтронов, прошедших через
толщу испытуемого материала, от влажности последне-
го. Нейтронные влагомеры состоят из источников нейт-
ронов (например, смеси полония и бериллия) и счетно-
запоминающего устройства. Эти приборы могут быть
применены как в лабораторных, так и в заводских ус-
ловиях.
Прибор для определения влажности при помощи
двух термометров — сухого и влажного, называется
психрометром. Влажный термометр отличается от су-
хого тем, что его термоприемник (например, резервуар
с ртутью у ртутного термометра) в процессе измерения
поддерживается увлажненным. По показаниям сухого
и влажного термометров с помощью психрометрических
таблиц, номограмм или счетных линеек, рассчитанных
по психрометрической формуле, определяется упругость
водяного пара в миллиметрах (миллибарах) или отно-
сительная влажность. Измерения при помощи психро-
метра производятся главным образом при положитель-
ных температурах воздуха, так как при отрицательных
(особенно ниже —5 °C) определение влажности по пси-
хрометру становится ненадежным.
Существует несколько типов психрометров: а) ас-
пирационные, состоящие из двух одинаковых ртутных
термометров и имеющие искусственную вентиляцию тер-
моприемников; б) стационарные, состоящие из двух
одинаковых ртутных или спиртовых термометров, поме-
щаемых на специальном штативе в метеорологическую
будку; в) дистанционные и самопишущие, в которых
вместо ртутных термометров используются два элект-
рических термометра сопротивления, термисторы и тер-
мопары. Некоторые из этих психрометров указывают
непосредственно влажность (относительную влажность)
в процентах.
Реле влажности психрометрическое (рис. 122) по-
зволяет получить сигнал о достижении влажности опре-
деленного значения (контролировать влажность). В этом
приборе в качестве чувствительного элемента использо-
ваны сухой 7 и влажный 1 манометрические термомет-
ры. Рычаг 5, переключающий контакты 10, находится
под действием разности усилий, возникающих при пе-
ремещении сильфонов 2 и 8. Настройка диапазона про-
187
122. Реле влажности психрометриче-
ское
/ — влажный термометр; 2, 8 —
сильфоны; 3— пружина; 4, 6 —
гайки; 5 — рычаг; 7—сухой термо-
метр; 9— магнит; 10 — контакты
изводится натяжением пружины 3 гайкой 4. Гайка 6 по-
зволяет регулировать дифференциал. Магнит 9 обеспе-
чивает четкость размыкания контактов.
Приготовление бетонных смесей и растворов в боль-
ших масштабах требует четкого дозирования воды.
Автоматический объемный дозатор
воды циклического действия турбин-
ного типа показан на рис. 123. У входной горло-
вины корпуса 1 дозатора помещен фильтр 2. Внутри
корпуса смонтирована камера 6, в которой размещена
крыльчатка. На ее оси закреплен счетный диск 5. В ка-
мере предусмотрены два касательных отверстия: впуск-
ное и выпускное.
При подаче воды в дозатор начинает вращаться ме-
ханизм крыльчатки, а с ним и счетный диск, который
проходит в паз электронного бесконтактного преобразо-
вателя 3. Частота вращения счетного диска пропорци-
ональна объему жидкости. Электрические импульсы
после усилителя 4 поступают на пульт управления, где
сравниваются с заданным числом импульсов. После от-
меривания заданной дозы подается сигнал на электро-
магнитный вентиль, который закрывает трубопровод
подачи воды в дозатор.
Автоматический дозатор воды н е-
188
123. Дозатор жидкости с автоматическим управлением циклического действия
7 — корпус; 2 — фильтр; 3 — бесконтактный преобразователь; 4 — усилитель;
5 — счетный диск; 6 — камера крыльчатки
прерывного действия разработан по принци-
пу дозирования за счет изменения сечения водопровода
или регулирования объемной подачи водяного плунжер-
ного насоса.
Плунжерный насос-дозатор (рис. 124) состоит из
двух вертикально расположенных гидроцилиндров 1
одинарного действия с приводом поршней от электро-
двигателя 5 через вариатор 4, червячного редуктора 3
и кулисно-рычажного механизма 2. В каждом цилиндре
имеется всасывающий и нагнетательный клапаны, раз-
мещенные в клапанных коробках с предохранительны-
ми клапанами, которые перепускают дозируемую воду
189
I
124. Плунжерный иасос-дозатор	j
— гидроцилиндр; 2—кулисно-рычажный механизм; 3— редуктор; 4— вариа- 1
тор; 5—электродвигатель	|
во всасывающую гидролинию в случае повышения дав- |
ления.	{
Пластинчатый вариатор обеспечивает бссступсича-	?
тое регулирование числа двойных ходов поршней, a	i
значит изменение производительности дозатора в пре-	s
делах 1,25—5 м3/ч. Система автоматического рсгулиро- j
вапия поддерживает заданное число ходов поршней	j
независимо от внешних условий.	1
,1
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1.	Назовите средства автоматизации оборудования по подго-
товке материалов при приготовлении бетонной смеси.
2.	Расскажите о средствах автоматики дозирования материа-
лов.
3.	Какие операции автоматизируются при приготовлении бе- 1
тонной смеси?
4.	Расскажите о средствах автоматизации на заводах строй-
индустрии.
Г '
190
ГЛАВА XII
НАДЕЖНОСТЬ ОБЪЕКТОВ И ЕЕ ПОКАЗАТЕЛИ
§ 51. НАДЕЖНОСТЬ КАК ВАЖНОЕ
КОМПЛЕКСНОЕ СВОЙСТВО
ОБЪЕКТОВ
Надежность объекта — это его свойство выполнять
требуемые функции, сохраняя во времени значения всех
параметров, характеризующих его работоспособное со-
стояние при заданных режимах и условиях применения,,
технического обслуживания, ремонта, хранения и транс-
портировки.
Надежность характеризуется такими свойствами, как
безотказность, долговечность, ремонтопригодность и
сохраняемость.
Безотказность — это свойство объекта непре-
рывно сохранять работоспособное состояние в течение
некоторого времени (часов или календарного времени)
или некоторой наработки (км, м3 и др.). Имеется шесть
единичных показателей безотказности, главными из ко-
торых являются: вероятность безотказной работы, т. е.
вероятность того, что в пределах заданной наработки
отказ объекта не наступит; средняя наработка до пер-
вого отказа; средняя наработка на отказ, характеризу-
ющая среднюю наработку между отказом объекта за
сравнительно большой период его эксплуатации, и дру-
гие показатели (гамма-процентная наработка до отка-
за, интенсивность и параметр потока отказов).
Безотказность объектов (элементов) любой системы,
а тем более автоматической, является очень важным
свойством, обусловливающим их работоспособность, а
значит, и эффективность применения. Кроме того, слож-
ные элементы автоматики, особенно электронные или
неразборные, своим отказом делают неработоспособной
всю САУ или САР. В этом случае наработка до отказа
отдельного элемента является его долговечностью.
Долговечность — свойство объекта сохранять
работоспособность до наступления предельного состоя-
ния при установленной системе технического обслужи-
вания и ремонта (СТОИР). САУ (САР) может быть
достаточно долговечной, если для нее разработана та-
кая СТОИР, при которой производятся поиск и замена
191
отказавших элементов с. их последующей регулировкой.
Такие САУ являются ремонтируемыми объектами, хо-
тя их отдельные элементы могут быть невосстанавли-
ваемыми.
Свойство долговечности оценивается также шестью
единичными показателями: средним ресурсом; гамма-
процентным ресурсом; назначенным ресурсом (нара-
боткой до определенного значения, по достижении ко-
торой эксплуатация объекта прекращается независимо
от его технического состояния); средним сроком служ-
бы, выраженным календарным временем до наступле-
ния предельного состояния; гамма-процентным и на-
значенным сроком службы.
Ремонтопригодность — приспособленность объ-
екта к сохранению работоспособности или ее быстро-
му восстановлению при техническом обслуживании и
ремонте. Главные показатели этого свойства объекта —
среднее время восстановления работоспособности и ве-
роятность восстановления работоспособности в задан-
ное время.
Сохраняемость —свойство объекта сохранять
значения показателей безотказности, долговечности и
ремонтопригодности в течение и после хранения или
транспортировки. Для строительных машин и оборудо-
вания, оснащенных САУ или САР, это свойство явля-
ется достаточно существенным, так как многие из них
используются лишь сезонно, имея продолжительные пе-
риоды хранения (консервации), а также подвергаются
частой транспортировке (экскаваторы, бульдозеры) в
сложных дорожных условиях. Показатели этого свойст-
ва объектов — средний срок сохраняемости и гамма-про-
центный срок сохраняемости.
Кроме единичных показателей отдельных свойств
надежности, существуют комплексные показатели. Так,
безотказность и ремонтопригодность оцениваются ко-
эффициентом технического использования, который вы-
ражен отношением времени пребывания объекта в
работоспособном состоянии (времени работы) за опреде-
ленный период времени (сутки, месяц, год) к суммар-
ному времени работы и простоям в техническом обслу-
живании и ремонте. А коэффициент оперативной готов-
ности отражает как сохранность объекта при хранении,
так и безотказность его работы после этого периода
(противопожарная система должна безотказно рабо-
192
тать с момента загорания объекта в случайный момент
времени).
Другими комплексными показателями надежности
являются коэффициенты готовности, планируемого при-
менения, сохранения эффективности.
Надежность любой автоматической системы опреде-
ляется ее сложностью, т. е. числом элементов и спосо-
бами их соединения Друг с другом. Например, САУ со-
стоит из нескольких сотен или тысяч элементов (полу-
проводников, емкостей, резисторов и т. д.), причем от-
каз любого из них приводит к неработоспособности всей
системы. Очевидно, что даже при высокой вероятности
безотказной работы Qi(t) каждого элемента (положим,
Qi(0 = Qztt) = • • • — 0,999) этот показатель для САУ
будет низким (так, для 1000 элементов Qi...iooo(O =
= 0,9991000=0,37, т. е. вероятность отказа САУ на за-
данном интервале времени будет равна F(t) = l —
— Qi...iooo(0 = 1 -- 0,37=0,63).
Для повышения надежности таких САУ применяют
резервирование, т. е. дополнительные элементы (сред-
ства или возможности), которые автоматически (напри-
мер, с помощью шагового искателя) могут подключать-
ся в случае выхода из строя основного элемента. Дру-
гой способ повышения надежности сложных САУ — их
блочное конструирование, которое позволяет быстро на-
ходить блок с неисправным элементом, при необходи-
мости заменяя его полностью.
Оба этих метода в настоящее время широко приме-
няются для робототехники, построения логических си-
стем (см. § 18), в ЭВМ различного назначения (см.
§ 19).
Оценка работоспособности сложных систем требует
информации о вероятности безотказной работы каждого
критического по надежности элемента или блока. Для
этого по каждому элементу составляют графики их
безотказной работы, по которым определяют среднюю
наработку до отказа, ресурс, коэффициент вариации и
другие показатели. Эта информация размещается на
листах, которые называются картами надежности и при-
меняются для оценки уровней работоспособности как
отдельных частей (блоков), так и САУ в целом.
%7-3307
193
§ 52. СИСТЕМЫ ТЕХНИЧЕСКОГО
ДИАГНОСТИРОВАНИЯ
Техническая диагностика сложных объектов являет-
ся существенным фактором повышения их надежности,,
так как позволяет своевременно обнаружить предотказ-
ное состояние объекта и предотвратить его (повыша-
ется безотказность), а если он наступил, то быстро най-
ти и устранить его причину (улучшается ремонтопри-
годность). Однако это может быть эффективным толь-
ко в том случае, когда при конструировании САУ или
САР ее контролепригодность (приспособленность к ди-
агностированию) достаточно высока.
Существует два вида технического диагностирова-
ния (рис. 125): тестовое, при котором от средства диаг-
ностирования (СД) на объект (ОД) подается тестовое
воздействие, а по «отклику» на пего дается заключение
о техническом состоянии ОД; функциональное диагно-
стирование, характеризуемое тем, что объект находится
в рабочем режиме, который регистрируется СД и срав-
нивается с допустимым при этом состоянием ОД, на
основании чего и ставится технический диагноз.
Одно из главных понятий диагностики — системотех-
нического диагностирования, которая представляет со-
бой совокупность средства и объекта диагностирования,,
подготовленных к процессу диагностирования, прово
днмому ио определенному заданному правилу (алгорит-
му диагностирования), а в случае необходимости, вклю-
чающая в себя и оператора-исполнителя. Такое опре-
деление системы диагностирования предусматривает,
что, как правило, опа должна быть автоматической (ав-
томатизированной). Сложность рассматриваемых памп
САУ (САР) строительных и дорожных машин и обору-
дования (СДМ) обусловлено тем, что с точки зрения
приспособленности к диагностированию н его проведе-
ния в качестве объекта приходится рассматривать всю
совокупность: и САУ, и САР, и технологию применения
СДМ по назначению.
Схема систем технического диагностирования, их
свойства и эффективность использования показаны на
рис. 126.
Существенными понятиями диагностики являются
также: параметр (признак) технического со-
стояния объекта —структурный параметр (за-
194
ТЕХНИЧЕСКИЙ
ДИАГНОЗ
а — тестовое; б — функциональное; СД, ОД — средство и объект диагности-
рования
вор в сопряжениях, натяг пружины, давление, напряже-
ние и т. д.), обусловливающий состояние объекта и по
этой причине называемый иногда прямым параметром,
и диагностический параметр (косвенный
параметр или признак), позволяющий определить струк-
турный параметр с определенной точностью.
Связи между структурными, и диагностическими па-
раметрами бывают следующих видов (рис. 127). Еди-
ничная связь (рис. 127, а) характеризуется тем, что с
изменением структурного параметра S изменяется толь-
ко один диагностический параметр D. Такая связь по-
зволяет почти безошибочно оценивать техническое со-
стояние объекта диагностирования по проверяемому
структурному параметру.
Множественные связи (рис. 127, б) проявляются на-
личием нескольких диагностических признаков при из-
менении какого-либо структурного параметра. Напри-
мер, увеличение зазоров в подшипниках коленчатого
вала ДВС сопровождается снижением давления в си-
стеме смазки, появлением характерных стуков при его
работе и повышением концентрации компонентов ве-
!/27*	195
СИСТЕМЫ ТЕХНИЧЕСКОГО ДИАГНОСТИРОВАНИЯ
ЭЛЕМЕНТЫ СИСТЕМЫ
Г)БЪ!
:редство и алгоритм диагностирования
ЦЕЛЬ ПРИМЕНЕНИЯ
СИСТЕМЫ
ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПРОЦЕССА ОПЕРАТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ
ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ НАДЕЖНОСТЬЮ ОБЪЕКТОВ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ
НАЗНАЧЕНИЕ
(ЗАДАЧИ) СИСТЕМ
ДИАГНОСТИРОВАНИЯ
ПРОВЕРКА
ИСПРАВНОСТИ
ПРОВЕРКА
РАьОТОСПО —
СОБНОСТИ
ПРОВЕРКА
ФУНКЦИОНИ-
РОВАНИЯ
ПОИСК ДЕФЕКТА
ВИДЫ СИСТЕМ
ДИАГНОСТИРОВАНИЯ:
ОЦЕНКА ТЕХНИЧЕСКОГО
СОСТОЯНИЯ ДЛЯ
ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ЕГО
ИЗМЕНЕНИЯ
а) ПО ХАРАКТЕРУ
ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ МЕЖДУ
ОБЪЕКТОМ И СРЕДСТВОМ
ДИАГНОСТИРОВАНИЯ
ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ
ДИАГНОСТИРОВАНИЕ
ТЕСТОВОЕ |
ДИАГНОСТИРОВАНИЕ |
-------------------J
б) ПО СТЕПЕНИ ОХВАТА
ИЗДЕЛИЯ
а) ПО СТЕПЕНИ
АВТОМАТИЗАЦИИ
ДИАГНОСТИРОВАНИЯ
___
РУЧНАЯ J
__________1
АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ
_______________
j АВТОМАТИЧЕСКАЯ

197
126. Схема систем технического диагностирования
127. Связь между структурными S и диагностическими D параметрами
а — единичная; б — множественная; в — неопределенная; г — комбинированная
ществ, входящих во вкладыши подшипников, в мотор-
ном масле. Каждая из этих связей может составить са-
мостоятельный метод диагностирования или дополнить
друг друга, повышая точность и достоверность диаг-
ноза.
Неопределенные связи (рис. 127, в) выражаются в
изменении одного диагностического параметра (при-
знака) с изменением ряда структурных параметров.
Так, уменьшение амплитуды звукового импульса выхло-
па из одного цилиндра ДВС может быть вызвано, на-
пример, разгерметизацией выпускного или впускного
клапанов газораспределения, увеличенными зазорами в
цилиидропоршнсвой группе, нарушением момента впры-
ска топлива в цилиндр (у дизеля), изменением затяж-
ки пружины форсунки, регулирующей давление впрыс-
ка или другими отклонениями структурных парамет-
ров ДВС, обеспечивающих протекание рабочего про-
цесса в цилиндре ДВС.
Диагностический признак (параметр), имеющий не-
определенные связи со структурными параметрами, яв-
ляется очень ценным, так как позволяет своевременно
обнаружить отклонение любого из них от нормы. Та-
кие диагностические признаки называются интеграль-
ными (комплексными). Они могут значительно сокра-
тить общее время диагностирования объекта.
Комбинированные связи (рис. 127, а) характеризу-
ются наличием любого сочетания названных связей.
К диагностическим параметрам, как функциям струк-
турных параметров и носителям информации о техни-
ческом состоянии объекта, предъявляют определенные
требования: однозначность, чувствительность, стабиль-
ность, информативность, а также скорость, стоимость,
полнота технического диагноза (контроля) и точность
диагностирования.
198
128. Графики характерных процессов
изнашивания (изменение структур-
ного параметра S ) в зависимости
от наработки t
Как показали многочисленные исследования, в про-
цессе эксплуатации части машин (сложных САУ) име-
ют определенное закономерное изнашивание (рис. 128).
По оси ординат откладывается величина износа — ве-
личина изменения структурного параметра И (S), а по
оси абсцисс — наработка объекта (время работы) t.
Кривая 1 отображает закономерность изнашивания
упругого сопряжения (пружины, рессоры, упругие амор-
тизаторы и т. д.). Здесь износ характеризуется величи-
ной остаточной деформации под влиянием закономер-
ностей знакопеременной нагрузки (явление гистерези-
са). По мере наработки упругого сопряжения величина
остаточной деформации за одинаковые промежутки вре-
мени (одинаковое число циклов нагружения) уменьша-
ется, и кривая 1 имеет выпуклый характер.
Кривая 2 показывает закономерность износа жест-
ких сопряжений (болтовых, заклепочных, сварных со-
единений). Такой характер кривой обусловлен тем, что
в начале эксплуатации жесткое сопряжение хорошо со-
противляется изнашиванию (относительному перемеще-
нию двух соединенных деталей), но по мере уменьше-
ния, например, предварительной затяжки болтов, это
сопротивление уменьшается. По этой причине кривая 2
вогнута.
Кривая 3 характерна для износа пары трения (кри-
вая Лоренца). На первом (начальном) этапе наработ-
ки, где происходит приработка друг к другу рабочих
поверхностей — 1^, постепенно уменьшается скорость
изнашивания до стабильной величины. По этим при-
чинам на интервале /нз кривая выпукла вверх, а дальше
имеет прямолинейный характер до тех пор, пока чрез-
мерное увеличение зазора в сопряжении не ухудшит
условия смазки и не увеличит ударные нагрузки в нем.
Величина такого зазора Snp называется предельной.
199
Дальнейшая работа вызывает ускоренный (аварийный)'
износ сопряжения, и надежность его падает.
Кривые 4 и 5 соответствуют закономерностям уста-
лостного или кавитационного износа и коррозионного
износа. Этот износ начинается только после наработки
^Н4,5 и характеризует задержку внешнего проявления
износа.
Кривые, представленные на графике (рис. 128), мо-
гут быть описаны следующей функцией (предложено
ГосНИТИ):
5 == vt1,
где S — значение параметра;
v — начальная скорость изменения параметра;
t — наработка;
а — показатель степени, определяющий характер реализации
(кривые 1 и 4 — а<1; кривая 3 — а=1 на участке нара-
ботки более /нз; кривые 2 и 5—а>1).
Для теоретических и практических задач диагности-
рования необходимы модели объектов, которые позво-
ляют создать алгоритмы оценки технического состояния-
реальных объектов. Существует несколько типов таких
моделей.
Структурная модель объекта может быть
представлена в виде иерархической системы «Объект
(машина, САУ) —механизмы, системы — сопряжения —
Детали». Однако в качестве моделей объектов диагно-
стирования такие схемы применяются очень ограничен-
но, так как не всегда существуют интегральные диагно-
стические параметры (признаки) для верхних иерархи-
ческих единиц.
Функциональная модель представляет со-
бой систему взаимосвязанных функциональных частей.
Такие модели применяют широко, особенно для слож-
ных САУ с электронными устройствами. Для решения
диагностических задач с применением функциональной
модели используют матричный метод математического
описания модели. Это вызывает значительные трудно-
сти в получении конечного результата. Например, функ-
циональная модель, состоящая всего из 9 взаимосвя-
занных блоков, имеет 16 тривиальных тестов для оцен-
ки работоспособности представленного ею объекта.
Функционально-структурная модель
объекта диагностирования имеет иерархическую струк-
туру, представленную граф-деревом. Его вершины (уз-
200
129. Функционально-структурная схема дизельного ДВС
лы) являются структурными (прямыми) параметрами
технического состояния объекта, а их иерархические
соединения отражают функциональные связи между
ними.
Особенностью такой диагностической модели явля-
ется то, что часть контролируемых элементов (струк-
турных параметров), непосредственно влияющих на
рабочую функцию всего объекта диагностирования, обо-
соблена в самостоятельную ветвь.
В качестве примера на рис. 129 показана функцио-
нально-структурная диагностическая модель дизельного
ДВС. С корневой вершиной граф-дерева сопоставлен
ДВС, а с вершинами I уровня (энергопреобразование) —
эффективная мощность двигателя 1 (кВт) и удельный
расход топлива 2 (г/кВт-ч). Системы ДВС: смазочная
3 (Mila), охлаждения 4 (°C), пуска 5 (с). Механизмы:
кривошипно-шатунный 6 и газораспределительный 7.
II уровень (обеспечение рабочего процесса ДВС) содер-
жит: топливоподачу в цилиндр 8 (да — 1, нет — 0), воз-
духоподачу 9 (1, 0), герметичность камеры сгорания 10
(1, 0), т. е. здесь присутствует минимальное число пря-
мых признаков, обусловливающих процесс сгорания в
201
цилиндре дизеля. Ill уровень (приборы и узлы): топ-
ливный насос высокого давления (ТНВД) И (1, 0),
форсунка 12 (1, 0); клапанная группа 13 (1, 0); цилин-
дропоршневая группа (ЦПГ) 14 (1, 0); подшипники
коленчатого вала 15; шатунно-поршневая группа 16.
IV уровень (единичные сопряжения, процессы): герме-
тичность плунжерной пары 17; угол опережения впрыс-
ка 18; параметры работы всережимного регулятора 19;
герметичность форсунки 20; давление впрыска 21; за-
зоры в коренных подшипниках 22; зазоры в шатунных
подшипниках 23; зазор «палец — поршень» 24; то же,
«палец — шатун» 25.
Построение модели может быть продолжено. Напри-
мер, параметры работы регулятора 19 обусловлены как
регулируемыми его частями (натяжение пружины, дли-
на тяги и др.), так и подвижными деталями (втулки
скольжения, оси грузиков и др.). Эти элементы могут
быть отнесены на V и VI уровни. Так же рассматрива-
ются позиции 22—25 многоцилиндрового ДВС.
Рассматриваемая функционально-структурная мо-
дель объекта диагностирования позволяет, во-первых,
применить положения теории информации для количе-
ственной оценки результатов различных задач диагно-
стирования, во-вторых, создать эффективные алгоритмы
диагностирования, легко реализуемые на практике.
На примере модели (рис. 129) рассмотрим сущест-
вующие три вида алгоритмов диагностирования.
Алгоритм проверки работоспособно-
сти ДВС (проверки правильности его функциониро-
вания) заключается в обязательной проверке всех эле-
ментов с 1 по 7. Такой алгоритм называется безуслов-
ным. Как видим, всего 7 проверок требуется для оценки
работоспособности такой сложной системы, как много-
цилиндровый ДВС. Например, шестицилиндровый ДВС
содержит более 100 независимых элементов, располо-
женных на последнем уровне и являющихся потенци-
альными причинами его неработоспособного состояния:
предельный зазор любого подшипника коленчатого ва-
ла ЦПГ, плунжерной пары ТНВД. Однако число про-
верок не превышает семи.
Алгоритм поиска дефекта является ус-
ловным и заключается в том, что* поиск дефекта ведется
на основе отклонения от допустимого значения резуль-
тата проверки вышестоящего (на иерархическом уров-
202
J30. Изменение параметра состояния 3 от наработки t (Зн, Зр Зпр —началь-
ное, текущее и предельное значение параметра)
131. Схема обеспечения безотказной работы
т'— периодичность диагностирования; ДЗ — интервал упреждения замены
элемента, по параметру S
не) элемента. Это позволяет решать задачу поиска де-
фекта до заданной глубины его детализации. Например,
в условиях строительного объекта отклонение в показа-
ниях штатного прибора-указателя давления в смазочной
системе ДВС нецелесообразно вести глубже, чем обна-
ружение неисправности в самом указателе, легко доступ-
ном предохранительном клапане или легко заменяемом
масляном насосе. Очевидно, что эти дефекты могут
быть устранены на месте, а остальные (предельные за-
зоры в подшипниках коленчатого вала, неисправности
внутренних маслопроводов, привода насоса и т. д.) —в
специальных ремонтных мастерских.
При неисправности всережимного регулятора алго-
ритм поиска дефекта в нем будет иметь такую последо-
вательность (по* узлам модели на рис. 129): /; 2—8—
11—19—... При этом возможными неисправностями
могут быть или разрегулировка, или заедание подвиж-
ных частей регулятора. Первая неисправность устраня-
ется на месте путем регулировки, а вторая — заменой
ТНВД в сборе.
Алгоритм прогнозирования безот-
казной работы включает в себя обязательную
проверку каждого из независимых элементов (парамет-
ров состояния) последнего уровня и прогнозирования
его изменения по мере наработки. Этот алгоритм явля-
ется безусловным и требует значительно больше вре-
мени, чем проверка работоспособности и поиск дефекта
203
с любой глубиной детализации. Например, у шестици-
линдрового ДВС число таких независимых проверок бо-
лее 100.
Для прогнозирования безотказной работы объекта
используется следующее формальное описание задачи
(рис. 130 и 128). Изменение структурного параметра S-
от наработки можно представить формулой
Si --- S„ + vtf,
а его предельное значение Snp == S„ 4- чД/.
Из этого выражения ресурс объекта по параметру S
будет	(Snp — SH)/"о , а остаточный ресурс
t0„ = tp- ti = ti (pr(s„p-sH)/(s/-sH7- i).
Для обеспечения безотказной работы объекта по
параметру S необходимо периодически следить за из-
менением его состояния. Если при очередном диагности-
ровании обнаружено, что его остаточный ресурс меньше,
чем установленная периодичность диагностирования или
ремонта, то необходимо осуществить предупредитель-
ную замену соответствующего конструктивного элемен-
та. Величина интервала упреждения ASy=Snp— Sy
(рис. 131) выбирается из условия, что все элементы.,
значения параметра S которых достигло величины Sy,_
заменяются па новые. Для случая, когда у —const иг
а=1, величина упреждающего значения параметра
Sy Snp ASy = Snp чД
(Д — периодичность диагностирования объекта).
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1.	Что такое надежность объекта и какими свойствами она?
обусловлена?
2.	Перечислить показатели безотказности, долговечности, ре-
монтопригодности и сохраняемости.
3.	Особенности комплексных показателей надежности.
4.	Цель и задачи применения систем технического диагности-
рования.
5.	Что такое структурные (прямые) и диагностические (кос-
венные) параметры, пх взаимосвязь?
6.	Каков принцип построения функционально-структурной мо-
дели объекта диагностирования?
7.	Дайте краткую характеристику алгоритмам диагностирова-
ния.
204
ГЛАВА XIII
АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССОВ ПОДДЕРЖАНИЯ
РАБОТОСПОСОБНОСТИ СТРОИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ
§ 53. РЕЗЕРВИРОВАНИЕ И БЛОЧНОСТЬ
В КОНСТРУКЦИИ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАШИН
Повышение надежности объекта за счет резервиро-
вания и блочности его элементов и частей вкратце было
рассмотрено в § 51. Остановимся на этом вопросе не-
сколько подробнее. Если ряд элементов системы соеди-
нены таким образом, что отказ любого из них вызывает
отказ всей системы, то такое соединение называется по-
следовательным в смысле надежности. Блок-схема си-
стемы с последовательным соединением элементов по-
казана на'рис. 132. Система с последовательным соеди-
нением элементов не может быть надежнее самого
ненадежного элемента. Если эти последовательности не-
зависимы, то такая система удовлетворяет требованиям
закона умножения вероятностей безотказной работы в
пределах заданной наработки / и определяется:
Q(/) Q (/) Q2(/) ... Q,( (0.
Эта формула утверждает, что вероятность безотказ-
ной работы системы, состоящей из независимых эле-
ментов, в течение некоторого периода времени равна
произведению значений безотказности каждого из «эле-
ментов. Таким образом, надежность системы быстро
уб'явает при увеличении числа последовательно соеди-
ненных элементов.
По-шюму ведет себя система с параллельным соеди-
нением элементов. Система с параллельным соединени-
ем элементов не достигает предельного состояния, пока
не отказали все ее элементы. Такое соединение элемен-
тов часто называют резервированием. Параллельные
элементы работают так, что если один отказывает, то
резервный или параллельный элемент будет продолжать
работу. Блок-схема для анализа надежности системы с
параллельным соединением элементов показана на
рис. 133. Вероятность отказа Е(/) для системы с парал-
лельным соединением элементов определяется как про-
изведение вероятности отказов каждого из элементов
205
132. Блок-схема системы с последова-
тельным соединением элементов
F (/) = ^(0^(0 •••ЛЛО.	J
Из теории вероятности известно, что сумма двух про-
тивоположных событий (вероятности безотказной ра-
боты и отказа объекта) равна единице:
Q (t) + F (/) = 1.	'
Тогда вероятность безотказной работы системы оп-
ределяется выражением
Q (/) - 1 - F (0 == 1 - II Ft (/).
i=l
Рассмотренное параллельное соединение называется
чисто параллельным включением. Оно не типично для
механических систем, а применяется лишь в электри- |
ческих и гидравлических системах. Для механических	]
систем чаще используется включение по схеме ненагру-	j
жепного резерва и параллельное соединение с распре- ।
делением нагрузки.	?
В системах с непагруженным резервом другой эле- |
мент не включается, пока не выйдет из строя нагружен- j
иый элемент. Этот случай показан на рис. 134, а его
примером является резервное включение электропита-
ния лифтов в домах повышенной этажности. При этом
резервное, электропитание лифтов автоматически вклю- ;
чается только тогда, когда выйдет из строя основная ли-
ния электропитания. Другим примером иеиагруженно- I
го резерва может служить запасное колесо транспорт-
лого средства или колесной СДМ.	)
В системах с распределением нагрузки по парал- ?
дельным элементам при появлении отказа одного из них
увеличивается вероятность отказов элементов, продол-
жающих работать. В качестве, примера могут служить !
различные фланцевые соединения, передающие боль- i
шие крутящие моменты знакопеременной величины (чер-
вячные колеса грузовых лебедок, полуоси и ступицы ве-
дущих мостов транспортных средств и т. д.).
Если один из соединительных болтов (шпилек) ос-
лабляется, то нагрузка на другие увеличивается, а на-
дежность всего соединения снижается.
I
20S	•	J
133. Блок-схема системы с параллельным соединением элементов
134. Система с ненагруженным резервом
135. Кривые безотказной работы систем с последовательным (а) и параллель-
ным (б) соединением элементов
На рис. 135 дано наглядное представление о состоя-
нии между надежностью и числом элементов N, соеди-
ненных последовательно (рис. 135, а) и параллельно
(рис. 135, б).
На рис. 135, а показана вероятность безотказной ра-
боты Р, выраженной в процентах, в функции наработ-
ки t и числе элементов 10—300. Как видно из представ-
ленных графиков, при одинаковой наработке вероят-
ность безотказной работы системы резко снижается с
ростом числа последовательно соединенных в ней эле-
ментов.
На рис. 135, б даны графики безотказной работы си-
стемы с параллельным соединением элементов в срав-
нении с безотказной работой одного элемента (W=l).
Здесь по оси абсцисс отложена максимальная наработ-
ка до отказа одного элемента, принятая за 100%.
Помимо рассмотренных последовательного и парал-
лельного соединений элементов имеются системы сосме-
207
136. Блок-схема системы со смешанным соединением элементов
а — с последовательно-параллельным; б — с параллельно-последовательным
шанным соединением элементов. На рис. 136, а приве-
дена блок-схема с последовательно-параллельным соеди-
нением элементов, а на рис. 136, б — с параллельно-по-
следовательным. Такие системы можно проанализировать
путем последовательного объединения подсистем в
группы (блоки) параллельно или последовательно со-
единенных элементов.
§ 54. СИГНАЛИЗАТОРЫ СНИЖЕНИЯ УРОВНЯ
РАБОТОСПОСОБНОСТИ МАШИН
Работоспособность СДМ зависит от наличия или от-
сутствия дефектов их частей. При этом работоспособ-
ность силовой установки (СУ) имеет особое значение.
Ее мощность прямо влияет на уровень производитель-
ности СДМ. Этот фактор обусловливает необходимость
своевременного обнаружения причин снижения мощно-
сти и повышения расхода топлива (см. рис. 129, поз. 1,
2, 8—14, 17—21).
Для определения засоренности воздухоочистителя
применяют специальный индикатор, например ММЗ-
ГосНИТИ (рис. 137), который расположен на всасыва-
ющем коллекторе дизельного ДВС.
Индикатор нормально не включен, по в конце каж-
дой смены перед остановкой двигателя его включают
путем нажатия на шток 3 обратного клапана 7, соеди-
няющего камеру 6 со всасывающим трубопроводом.
Из-за разницы давления в камерах 7 и 6' поршень 2 опус-
кается и сжимает пружину 4. На поршне имеется цвет-
ная отметка, которую можно наблюдать через прозрач-
ный корпус 5 при наступлении предельной засоренно-
сти. Своевременное обнаружение и устранение засорен-
ности воздухоочистителя повышает мощность СУ за счет
208
137. Индикатор засоренности возду-
хоочистителя ммз-госнити
1 — камера, соединенная с атмос-
ферой; поршень; 3 — шток; # —
пружина; 5 — прозрачный корпус;
6 — герметичная камера; 7 —обрат-
ный клапан
138. Блок-схема системы аварийно-
предупредительной сигнализации и
защиты дизельного ДВС
лучшего наполнения цилиндров воздухом и снижает
удельный расход топлива.
Некоторые СУ, кроме указателя температуры дви-
гателя, оборудованы сигнализатором перегрева, пред-
8—3307
209
a)
тель внутреннего сгорания; 2 — датчик
вибрации; 3 — электроиио-лучевой осцид,
лограф с встроенным микропроцессором; 4 —
счетно-избирательный блок; 5— формиро-
ватель импульсов; 6 — датчик синхронизи-
рующих импульсов; 7 — намагниченный
сердечник; 8 — катушка индуктивности;
9 — зубчатый венец маховика двигателя
ставляющим собой контрольную лампочку, которая
включается при температуре в герметичной системе ох-
лаждения более 100 °C. Это предотвращает перегрев и
снижение мощности СУ. Надежность системы смазыва-
ния многих ДВС, наряду с указателем давления, обес-
печивается включением сигнализатора (светового, зву-
кового) недопустимого снижения давления масла или
аварийной остановки двигателя. На рис. 138 показана
подобная система совместной защиты для дизелей Яро-
славского моторного завода.
Для быстрого поиска дефектов у всех типов ДВС,
имеющих зубчатый венец маховика, в Московском ав-
томобильно-дорожном институте разработано устройст-
во, в котором сигналы, идущие с датчика вибраций, и
дополнительные сигналы, снимаемые с датчика синхро-
низирующих импульсов через блок формирователя им-
пульсов, соединенным с входом счетно-избирательного
блока, поступают на вход дисплея, в качестве которого
выбрана электронно-лучевая катодная трубка осцилло-
графа. Сигналы с датчика синхронизирующих импуль-
сов запускают ждущую развертку электронно-лучевого
осциллографа. Ждущая развертка фиксируется на не-
210
обходимой фазе рабочего цикла двигателя установле-
нием коэффициента деления счетно-избирательного
блока.
Такое устройство для диагностирования всех типов
ДВС (рис. 139) содержит датчик вибрации, установ-
ливаемый на двигатель внутреннего сгорания. Датчик
вибрации имеет вход в электронно-лучевой осциллограф.
К осциллографу через счетно-избирательный блок и
формирователь импульсов подсоединен датчик синхро-
низирующих импульсов. Датчик синхронизирующих им-
пульсов (рис. 139, б) выполнен в виде катушки индук-
тивности с намагниченным сердечником. Датчик уста-
новлен над зубчатым венцом маховика ДВС. Электрон-
но-лучевой осциллограф оборудован вмонтированным
микропроцессором, который обеспечивает перестройку
режимов и калибровку осциллографа. При этом в счет-
но-избирательном блоке поворотом ручек регулировки
коэффициента деления фиксируется коэффициент де-
ления /(д, численное значение которого зависит от числа
зубьев на венце маховика и числа тактов за рабочий
цикл двигателя.
Численное значение коэффициента определяется по
формуле
Кл = ZV2,
где Z—число зубьев на венце маховика;
г — число тактов за рабочий цикл двигателя.
На экране электронно-лучевого осциллографа при
запущенной развертке воспроизводится также диагнос-
тический сигнал от вибро акустического датчика, уста-
новленного на двигателе. Причем на этом же экране
воспроизводятся диагностические сигналы в произволь-
ной фазе работы двигателя, а для воспроизведения на
экране необходимой фазы работы двигателя требуется
установить новое значение коэффициента деления Кд
путем увеличения или уменьшения ранее вычисленного
значения по приведенной формуле, например ±1. Жду-
щая развертка электронно-лучевого осциллографа за-
пускается в различные фазы рабочего цикла двигате-
ля, а при достижении необходимой фазы, что видно на
экране осциллографа, коэффициент деления восстанав-
ливается до ранее полученного расчетного значения. На
экране осциллографа остается зафиксированной необ-
ходимая фаза рабочего цикла двигателя.
8*
211
140. Блок-схема устройства для контроля работы ДВС
/—-диагностируемый двигатель; 2— звуковой датчик; 3— усилитель; 4—фа-
зоизбиратель; 5 — герконы; 6—магнит; 7— аттенюаторы; 8 — индикаторы;
9 — регистрирующий прибор; 10— блок управления индикацией; 11— часто-
томер; 12 — подблок включения индикаторов
Другой вариант устройства для быстрого поиска
дефектов у сложных ДВС показан на рис. 140. Устрой-
ство для четырехцилиндрового двигателя, представлен-
ное здесь в виде блок-схемы, работает следующим об-
разом. При контроле двигателя сигналы от датчика 2
усиливаются на избранной частоте звуковых колебаний
усилителем 3 и одновременно подаются на входные кон-
такты герконов 5. Герконы включаются только в мо-
мент прохождения около них магнита 6, чем обеспечи-
вается избирательность сигнала по фазе рабочего цик-
ла каждого цилиндра двигателя. С выходного контакта
геркона 5 сигнал подается  на аттенюатор 7, который
обеспечивает необходимое усиление для источника зву-
ка, находящегося дальше, чем другие одноименные
источники звука, от датчика 2, т. е. компенсируют зату-
хание звука при его прохождении по конструкции дви-
гателя. После этого сигналы подаются на соответству-
ющие индивидуальные индикаторы 8. При контроле дви-
гателя на постоянном режиме его работы блок 10 с по-
$
19
W-
/2
2Z7
16 17
L
2)
21

141. Деселерометры
а — маятниковый; б — с поступательна
движущейся массой; в — жидкостный;
г — механический; / — маятник; 2 —
зубчатый сектор; 3— шкала замедле-
ний; 4 — малая шестерня со стрелкой;
5— храповой механизм, фиксирующий
маятник; 6 — инерционная масса; 7 —
микровинт; 8— сигнальная лампа; 9—
пластинчатая пружина; 10 —- регулиро-
вочный винт; // — батарея; 12 — ртуть;
13—масло; 14 — измерительные труб-
ки; /5 —шкала; 16 — контргайка; 17—
поджимной винт; 18 — крышка корпу-
са; 19— сигнальная лампочка; 20 —
пластинчатая пружина; 21 — грузик;
22 — микрометрический винт; 23 — сто-
порный винт; 24 — корпус
мощью подблока 12 периодически и одновременно вклю-
чает индикаторы 8 и последние фиксируют работу
соответствующих цилиндров за ряд рабочих циклов. Про-
верка работы двигателя на переменном скоростном ре-
жиме, например, при резком открытии дросселя или уве-
личении количества подаваемого топлива в цилиндры,
облегчается включением частотомера И, включающего
в данном случае индикаторы регистрирующего прибо-
ра 9 на заданном интервале частоты вращения вала
двигателя.
Использование данного устройства снижает трудо-
емкость проведения контрольных операций и в то же
время повышает точность результатов измерения, осо-
бенно на переменных режимах проверки для многоци-
линдрового ДВС (например, 8- или 12-цилиндрового).
Безотказная работа СДМ на базе автомобиля в зна-
чительной степени зависит от состояния тормозной си-
стемы. Ее работоспособность проверяется с помощью
приборов типа десселерометров (рис. 141), регистри-
рующих величину максимального замедления при тор-
можении. Замедление определяется по величине пере-
212
213
142. Электрическое сигнальное устройство для определения опасной величины
износа тормозной накладки
а — тормозная колодка (накладка) с установленным датчиком; б — схема
устройства датчика износа; в — электрическая схема сигнального устройства;
1 — датчик; 2— тормозная колодка; 3— полоски фольги; 4 — провода (элект-
роды) датчика; 5 — сигнальная лампа; 6 — резистор; 7 — источник питания;
8 — выключатель
мещения подвижной инерционной массы прибора отно-
сительно неподвижного закрепленного на машине кор-
пуса. С этой целью машина разгоняется на ровном
горизонтальном участке дороги до скорости 10—20 км/ч,
затем выключается сцепление, и машина резко тормо-
зится. Нормальным считается замедление 4,2—5 м/с2,
а для ручного тормоза 1,5—2,5 м/с2.
Надежность тормозных устройств в грузовых лебед-
ках повышается за счет установки автоматического сиг-
нализатора износа тормозной накладки (рис. 142). Он
состоит из нескольких закладываемых на глубину пре-
дельного износа в тормозную колодку 2 датчиков 1. По-
следние представляют собой изготовленные из диэлек-
трика пробки, внутри которых проложены соединитель-
ные провода 4, соединенные между собой полосками
фольги 3. Датчики соединены между собой последова-
тельно и включены в электросхему сигнализатора па-
раллельно с сигнальной лампой 5. Датчики и сигналь-
ная лампочка соединены с источником питания 7 через
добавочный резистор 6 и выключатель 8, с помощью
которого цепь автоматически отключается при останов-
ке машины. Предельный износ тормозной накладки Со-
провождается истиранием фольги и разрывом шунти-
рующей цепи, что и вызывает загорание лампочки.
Ряд вопросов по теме данного параграфа был рас-
смотрен ранее в §§ 31, 33, 40—43.
214
§ 55. СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО
УПРАВЛЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ
ЭКСПЛУАТАЦИЕЙ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАШИН
Производственная эксплуатация СДМ и оборудова-
ния заключается в их использовании по прямому на-
значению, цель которого — получение от машин макси-
мальной производительности при заданном качестве
вырабатываемой продукции и в определенных внешних
условиях их работы. При этом поддержание работоспо-
собного состояния машин, их хранение и материально-
техническое обеспечение относятся к области техниче-
ской эксплуатации. Все текущие затраты на эксплуата-
цию машин, отнесенные к их производительности за оп-
ределенный календарный период, позволяют оценить
эффективность использования машин. Чем меньше бу-
дут все приведенные затраты на единицу выработанной
продукции, тем выше эффективность использования ма-
шин.
Автоматизация в области производственной эксплу-
атации имеет три уровня.
Начальный (первый) уровень авто-
матизации— автоматизация управления отдельными
рабочими операциями отдельных машин. К этому уров-
ню относятся системы автоматизации типа Автоплан,
Профиль, Стабилоплан (см. гл. X).
Второй уровень автоматизации ха-
рактеризуется тем, что автоматическое управление, осу-
ществляется комплексом рабочих операций—рабочим
процессом машины. При этом человек — машинист вме-
шивается в ход рабочего процесса при необходимости
его корректировки и при возникновении непредвиден-
ных ситуаций. В §§ 48 и 49 были рассмотрены вопросы
автоматизации на этом уровне для нескольких систем
конвейеров и дозаторов различных материалов.
К более сложным устройствам автоматизации этого
уровня относятся, например, САР для обеспечения суш-
ки различных минеральных материалов при подготовке
асфальтобетонных смесей. Они подвергаются сушке в
барабанах, где влага удаляется в процессе встречного
движения материала и теплоносителя, в качестве ко-
торого используют продукты сгорания жидкого или га-
зообразного топлива. Главная задача, преследуемая ав-
томатизацией этого процесса, — с наименьшими затра-
215
тами топлива обеспечить минимальную влажность ма-
териалов при заданной температуре.
САР состоит из трех контуров регулирования:
1)	температуры газов на выходе — расход топлива;
этот контур реализуется при помощи астатического ре-
гулятора;
2)	температуры материалов на выходе — подача пе-
ска в барабан; этот контур реализуется при помощи про-
порционального регулятора с жесткой обратной связью
по производительности дозатора песка;
3)	температуры материалов на выходе — подача
щебня на вход барабана; этот контур реализуется ана-
логично контуру «температура материалов — подача
песка».
Первый контур обеспечивает регулирование расхода
топлива в зависимости от температуры газов, так как
последняя является показателем расхода тепла, идуще-
го на испарение влаги и нагрев материала. Этот контур
состоит из следующих блоков: датчика температуры
дымовых газов ДДТ, усилителя-сумматора УСГ, задат-
чика температуры газов ЗТГ, релейного блока РТ, ис-
полнительного механизма ИМТ, регулирующего органа
ВТ.
Подача топлива регулируется следующим образом.
На вход суммирующего устройства усилителя УСГ по-
ступают сигналы, пропорциональные фактической тем-
пературе дымовых газов и заданному ее значению. При
равенстве их сигнал на выходе усилителя отсутствует,
управляющее реле блока РТ обесточено, исполнитель-
ный механизм ИМТ отключен и расход топлива оста-
ется неизменным.
При отклонении температуры газов от заданного
значения алгебраическая сумма указанных сигналов от-
личается от нуля, в результате чего на выходе усили-
теля появляется сигнал, знак которого зависит от знака
рассогласования. В зависимости от этого знака срабо-
тает одно из двух реле блока РТ, контакты которого
включают ИМТ для соответствующей коррекции расхо-
да топлива (увеличения или уменьшения). Это повлечет
за собой восстановление температуры дымовых газов и
отключение ИМТ.
Второй и третий контуры (температура материалов
на выходе — подача песка на вход барабана) по струк-
туре принципиально отличаются от первого. Значитель-
216
ное запаздывание изменения температуры материала на
выходе из барабана при изменении его подачи на входе
не позволяет использовать астатическое регулирование,
так как обратная связь, реализуемая через барабан,
приведет к значительному перерегулированию и автоко-
лебаниям. Наличие экспериментальной зависимости тем-
пературы материалов от их подачи на вход барабана
позволяет реализовать систему пропорционального ре-
гулирования с жесткой обратной связью, которая будет
обеспечивать функциональное соответствие между вы-
ходным и входным параметрами.
Третий уровень автоматизации дости-
гается при автоматизации управления технологическим
комплексом машин. При этом САУ рабочим процессом
отдельной машины является подсистемой автоматизи-
рованной системы управления технологическим процес-
сом. К этому уровню автоматизации можно отнести
АКА-Бетон, особенно при реализации агрегатирован-
ного комплекса аппаратуры для заводов-автоматов (см.
§ 50).
К третьему уровню автоматизации относятся также
и работа комплектов машин по строительству цементо-
бетонных покрытий при строительстве аэродромов, подъ-
ездных и магистральных автомобильных дорог. В
настоящее время такие системы развиваются в двух на-
правлениях: комплекты колесно-рельсовых машин (кран-
укладчик рельс-форм, профилировщик основания ДС-
502А(Б), бетопораспределитель ДС-503А(Б); машины:
бетоноотделочная ДС-504А(Б), пленкообразующая, для
нарезки швов в бетоне ДС-133, для их заливки ДС-67А)
и комплекты безрельсовых машин типа ДС-110, вклю-
чающие по 9—12 единичных машин для различных со-
четаний комплекта.
Комплекты безрельсовых машин являются более
перспективными, так как их производительность в 4—5
раз выше, чем у рельсовых. Для эффективного исполь-
зования ДС-110 их дополнительно оснащают общестро-
ительными машинами и оборудованием, а также авто-
транспортными средствами.
Например, цементобетонный завод (ЦБЗ) оснащают
двумя легкомонтируемыми автоматизированными бето-
носмесительными установками СБ-104 производительно-
стью 120 м3/ч каждая или одной установкой СБ-118 про-
изводительностью 240 м3/ч. Используя эти установки,
217
можно обеспечить в смену строительство 1500 м цемен-
тобетонного покрытия толщиной 22 см и шириной 7,5 м.
На ЦБЗ, кроме передвижных складов цемента вмести-
мостью 320 т, должны быть резервные склады на3000 т
цемента, что обеспечивает бесперебойную работу СБ в
течение недели при перебоях с поставкой цемента. Для
транспортно-складских операций с песком и щебнем на
территории ЦБЗ используют одноковшовые пневмоко-
лесные погрузчики ТО-18А, а для подачи цементобетон-
ной смеси к месту ее укладки — автомобили КрАЗ-256
или КамАЗ-5511. Их число зависит от объема и даль-
ности перевозок, а также уровня автоматизации работы
всего комплекта машин и оборудования.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1.	Чем обусловлено повышение надежности САУ (САР) при
параллельном и блочном соединении ее элементов?
2.	Каково назначение сигнализаторов снижения работоспособ-
ности СДМ и их частей?
3.	Характеристики уровней автоматизации строительной тех-
ники.
4.	Каковы особенности третьего уровня автоматизации работы
СДМ?
ГЛАВА XIV
ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ
АВТОМАТИЗАЦИИ
§ 56.	АВТОМАТИЗАЦИЯ УПРАВЛЕНИЯ
ЭФФЕКТИВНОСТЬЮ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
СТРОИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ
Рассматривая любую СДМ как объект автоматиза-
ции и диагностирования, можно отметить, что на эф-
фективность ее использования влияет несколько факто-
ров. Во-первых, автоматизация рабочих процессов спо-
собствует повышению производительности машины и
качеству получаемой продукции; во-вторых, диагностиро-
вание, в том числе с применением автоматических сиг-
нализаторов, повышает эксплуатационную надежность
машины при существующей системе технического об-
218
служивания и ремонта, снижая при этом затраты на
поддержание ее работоспособности; в-третьих, регуляр-
ный контроль удельного расхода топлива (г/кВт-ч, г/м3,
г/т-км) и поддержание его на допустимом уровне по-
зволяют экономить топливно-энергетические ресурсы.
Цель управления эффективностью использования
СДМ заключается в стремлении иметь минимальные
удельные приведенные затраты на ее продукцию 2УД
(руб/ед. прод.). Это может быть выражено формулой
2ул = Z/B3 = {[И + Зк (Р + £н) + ЕпК9\/В9} min,
где Z — приведенные затраты, руб/год;
Вэ— годовая производительность машины, ед.прод/год;
И — годовые текущие затраты, связанные с эксплуатацией ма-
шины, руб/год;
3„ — капитальные затраты на приобретение машины, руб.;
Р — доля отчислений на реновацию от капитальных затрат;
£и — нормативный коэффициент эффективности капитальных
вложений, равный 0,15;
/(а — сопутствующие капитальные вложения (здания, сооруже-
ния, средства автоматизации, диагностики и т. д.), руб.
Поставленная цель может быть достигнута в систе-
ме управления, схема (модель) которой показана на
рис. 143. Здесь приведены главные элементы, образу-
ющие систему управления с обратной связью: управ-
ляемая подсистема (объект управле-
ния— ОУ) включает в себя единичные системы «че-
ловек— машина — среда», производственную и техни-
ческие службы, средства диагностирования.
Управляющая подсистема (УП) на осно-
ве информации о состоянии элементов объекта управ-
ления и принятых критериев формирует управляющее
воздействие на ОУ, замыкая тем самым звено обратной
отрицательной связи в цепи регулирования.
ОУ при своем функционировании характеризуется
конечной продукцией от каждой из машин. При этом
главными показателями ее работы являются эксплуата-
ционная производительность в определенных внешних
условиях Вэ, часовой расход топлива GT, удельный рас-
ход топлива (энергии) на единицу продукции (gn=
= г/ед. пр., аг == кВт- ч/ед. прод.) или на единицу эффек-
тивной мощности двигателя (й'е=г/кВт-ч), техническое
состояние машины (выраженное, например, потерей
мощности из-за разрегулировок ДУе) и коэффициент ее
технического использования (Кти), приведенные и удель-
219
143. Система индивидуального управления эффективностью использования
машины
пые приведенные затраты на эксплуатацию машины Z
по™я₽^ат1ИНф0Р\а/пИЯ ВМеСТе С ДРУГИМИ сообщениями
упает на вход УП, где и формируется управляющее
воздействие на ОУ. Однако часть информации, напри-
мер, от встроенных средств диагностирования, остается
в подсистеме «человек — машина — среда», где вместе с
информацией о характере работы машины и состоянии
внешней среды воспринимается машинистом а также
нзхопитг! ВтпеРУ технических служб, когда машина
находится в ТО или ремонте.
эксплУатадионного предприятия (управление или
оаза механизации) в своем составе имеет- ЦУП —центв
управления производственной эксплуатацией машин
и, центр управления ремонтом и техническим об-
соеУ^ва^иеМПтАШппСТаЦИОНарНЬШИ И П0Движными
р д твами, ПТО, ПО — производственно-технический и
плановый отделы и т. д.
УпрэБляющие воздействия по вопросам использова-
ния машин формируются в ЦУПе и реализуются через
производственные участки, а по вопросам технической
эксплуатации — в ЦУРе и реализуются через комплек-
сы по ТО и ремонту.
§ 57.	ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ —
ВАЖНЫЙ КРИТЕРИЙ
АВТОМАТИЗАЦИИ
Научно-технический прогресс выдвигает на первый
план необходимость повышения экономической эффек-
тивности производства. Успех определяется масштаба-
ми внедрения новейшей техники, использования дан-
ных науки и передового опыта.
Основная задача автоматизации производственных
процессов — реализация совокупности мероприятий,
обеспечивающих создание автоматически действующих
средств производства на базе передовой технологии с
целью непрерывного роста производительности и каче-
ства результата труда при снижении себестоимости еди-
ницы выпускаемой продукции или производственной ра-
боты, т. е. снижения удельных приведенных затрат на
эксплуатацию машины.
Экономический расчет — необходимая и активная
часть разработки любых новых технических решений, в
том числе и систем, обеспечивающих автоматическую ра-
боту машин и механизмов. Без должного экономическо-
го обоснования при разработке автоматических (и лю-
бых других) систем нельзя быть застрахованным от
внедрения внешнеэффективных, «модных», но малоэф-
фективных для конкретной машины решений. Зачастую
такие тщательно проведенные расчеты позволяют пре-
дотвратить невозместимые убытки.
Общие методологические основы экономических рас-
четов установлены в СССР «Методикой (Основными по-
ложениями) определения экономической эффективности
использования в народном хозяйстве новой техники,
изобретений и рационализаторских предложений». На
ее основе Минстройдормаш разработал отраслевую ин-
струкцию по определению экономической эффективно-
сти своей продукции.
Цели расчета экономической эффективности авто-
матизации машин, механизмов, агрегатов, технологиче-
ских процессов:
©пределение машин, агрегатов, участков производст-
ва и т. д., на которых внедрение средств автоматизации
220
221
обеспечит наибольший экономический эффект для vc- ( 1
тановления очередности автоматизации этих объектов- ' i
выбор наиболее экономически эффективного вари- /
анта технических средств автоматизации;.	/
определение годовой экономии от внедрения наме-'
ченных мероприятий по автоматизации-
определение влияния осуществляемой автоматизаций
на показатели производственного плана.
Одна из задач определения экономической эффек-' !
тивности и обоснования очередности и объема автома-
тизации машин, оборудования, технологических процес-
сов решается при планировании мероприятий на основе
данных о числе работников, выполняющих определен-
ные операции па машине или с машиной, и установлен-
ных па основе изучения опыта данных о затратах на
автоматизацию определенного вида работ. Эти затра-
ты сопоставляются с возможной экономией.
Однако данные, характеризующие экономию трудо-
вых ресурсов эксплуатационного предприятия, не могут
служить единственным критерием объективной оценки
установления очередности автоматизации определенных
видов строительных работ. При планировании меропри-
я!ии но автоматизации работы машин и механизмов,
наряду с упрощением управления машинами, особенно
комплектами, и повышением их производительности
следует учитывать связанные с этим дополнительные
организационные и технические мероприятия.
§ 58.	ОРГАНИЗАЦИОННЫЕ И ТЕХНИЧЕСКИЕ
УСЛОВИЯ ПОВЫШЕНИЯ
ЭФФЕКТИВНОСТИ АВТОМАТИКИ
Основные организационные и технические меропри-
ятия по внедрению и успешному применению автомати-
зации:
приведение структуры эксплуатационного предприя-
тия ЭП (управление механизации УМ, базы механиза-
ции БМ, автодормехбазы АДМБ и т. д.) в соответствие
с целями и задачами третьего уровня автоматизации;
обеспечение разработанной оптимальной технологии
производства работ машиной, агрегатом и т. п.;
обеспечение достаточного уровня автоматизации ме-
ханизированных устройств, т. е. минимизации ручных
операций при производстве работ на машине агрегате
и т. п.;
009
обеспечение требуемого уровня надежности автома-
тизированных систем;
наличие, а в ряде случаев формирование сложных
критериев оптимальности и эффективности работы
предприятия, комплектов машин, отдельной машины
цли агрегата.
Соответствие структуры ЭП условиям управления
эффективностью использования парка машин заключа-
ется в централизации этих процессов в специальных
подразделениях предприятия (см. § 56 и рис. 143). 1 ак,
крупные ЭП, ЦУП должны иметь в своем составе груп-
пу оперативного управления и группу обработки и ана-
лиза информации. В их оперативном подчинении нахо-
дятся: производственные участки (например, 31М,
транспортный), проектно-сметная группа, секция опера-
тивного резерва центрального склада запасных частей,
фонд резервных машин, передвижные средства для Ю
и ремонта машин на строительных объектах.
ЦУР также должен иметь двухгрупповую структуру
для обработки информации и оперативного управления
комплексами по ремонту машин, подготовки производ-
ства, по ТО и диагностике, по восстановлению агрега-
тов, а также службы главного механика, метрологии и
технического контроля, центральный склад запасных
частей и материалов.
Разработка оптимальной технологии производства
строительных работ осуществляется проектно-сметной
группой, а ее реализация — производственными участ-
ками с использованием, в случае необходимости, резерв-
ных машин.
Обеспечение заданного уровня автоматизации меха-
нических устройств и надежность их работы достига-
ются, во-первых, создателями систем автоматизации; во-
вторых, людьми и организациями, занятыми их эксплу-
атацией. В данном случае связь (обмен информацией)
вторых с первыми — это то звено обратной связи, кото-
рое указывает пути совершенствования систем автома-
тизации.	„„„
Критерием эффективности применения систем авто-
матизации объектов является ряд требований и усло-
вий, выполнение которых обеспечит более низкую себе-
стоимость выработанной продукции при заданном ее
качестве, чем без автоматики.
Главный критерий эффективности —снижение удель-
223
ных приведенных затрат на конечную продукцию, выра-
ботанную автоматизированной (улучшенной) машиной
(см. § 56). Однако этот критерий настолько общий (ин-
тегральный), что автоматизация и регулярный конт-
роль за проведением отдельных технологических опера-/
ций или за изменением технического, состояния агрега^'
тов машины с целью своевременного восстановления
уровня их работоспособности может не получить долж-
ной оценки при большом разнообразии составляющих
приведенных затрат (разная стоимость рабочей гидро-
жидкости, топлива, материалов и т. д.), да еще в удель-
ном исчислении, т. е. отнесенная к производительности
машины (а она, как известно, зависит от категории раз-
рабатываемого грунта, вида рабочего оборудования
и т. д.). Другими критериями эффективности будут сле-
дующие.
Критерий минимальных суммарных издержек, вы-
званных как снижением производительности машины
вследствие появления неисправностей, так и обуслов-
ленных регулярным контролем за техническим состелл-
нием и своевременным устранением выявленных неис-
правностей, применим для частей (агрегатов) СДМ,
которые непосредственно влияют на ее техническую про-
изводительность. Для дизельного ДВС такими частя-
ми являются элементы топливоподачи, воздухоочистки,
а также обеспечивающие герметичность камеры сгора-
ния. От них зависит развиваемая двигателем мощность
и удельный расход топлива при этом. Для гидрофици-
роваппого экскаватора в дополнение к ДВС сюда будут
относиться элементы гидропривода, к. п.д. которых пря-
мо пропорционально влияет на производительность.
Критерий минимальных суммарных издержек по ус-
ловиям экстремальности позволяет получить ряд новых
критериев: допустимых затрат на контрольно-диагно-
стические операции и устранение выявленных неисправ-
ностей по интервалам наработки; допустимой скорости
изменения параметра технического состояния; допусти-
мой потери мощности СУ или к. п.д. привода рабочего
органа и движителя; резерва времени до устранения
выявленной неисправности, созданного переводом ма-
шины в облегченные условия работы; минимальной сто-
имости потерь от несвоевременной замены элемента из-
за ошибок диагностирования. Для элементов второго
множества (например, 3—7, 15, 16, 22—25 на рис. 129)
224
следует применять критерий максимального экономиче-
ского эффекта от замены любого из них в предотказ-
ном состоянии, определяемом с заданной точностью, и
критерий минимальной стоимости замен элемента за
срок службы машины.
Применение данного комплекса критериев позволяет
интенсифицировать использование машины в условиях
ее естественного износа в сравнении с машиной, кото-
рая не является объектом автоматизации или диагно-
стирования.
Критериями эффективности автоматизации техноло-
гических процессов строительного производства могут
быть локальные критерии, примеры которых приведены
в §§ 36, 43, 44, 45 и др.
§ 59.	ПРИМЕР РАСЧЕТА ЭКОНОМИЧЕСКОЙ
ЭФФЕКТИВНОСТИ АВТОМАТИЗАЦИИ ОБЪЕКТОВ
Рассмотрим эффективность оснащения гидросисте-
мы полноповоротных экскаваторов 3-й и 4-й размерных
групп автоматическими быстроразъемными соединени-
ями (БРС), предназначенными для подключения гид-
ротестера.
Исследования показали, что отбор полного потока
рабочей жидкости с помощью автоматических БРС, а
также измерение ее параметров (расхода, давления и
температуры) занимают всего несколько минут. Это,
во-первых, сокращает время регулярного контроля за
изменением параметров технического состояния, а во-
вторых, устраняет потери рабочей жидкости в моменты
подключения (отключения) гидротестера. Выявленные
при этом конкретные неисправности, имеющие разную
стоимость устранения, ликвидируются путем регулиров-
ки или замены элементов согласно критерию минималь-
ных суммарных издержек, а также производных от не-
го в условиях экстремальности. При этом практически
годовая производительность экскаватора повышается на
3-4%.
Годовая экономическая эффективность применения
автоматических БРС, гидротестера и процесса восста-
новления работоспособности элементов гидропривода
рассчитывалась по критерию снижения удельных при-
веденных затрат:
225

5r=(Z7B/-ZW') Вэ",
•где Z' nZ" — приведенные затраты на эксплуатацию гидросистемы
экскаватора до и после внедрения ее диагностирова-
ния, руб/год;
В', и В"а — производительность экскаватора до и после внедре-
ния диагностирования его гидросистемы (доля номи-
нального значения производительности), ед.прод/год.
Учитывая, что Z' и Z" незначительно отличаются
друг от друга (общая трудоемкость ТО и текущего ре-
монта с диагностированием увеличилась не более чем
на 1 % по нормативам ТО и ТР) и приняв их за еди-
ницу, получим следующее выражение:
Я = (ВЭ7В/ - 1) Д» ~ EJCJN,
где Д — стоимость машино-смены, руб/см;
п — число рабочих смен в году, см/г (Дп=И — годовые те-
кущие затраты);
£'п— нормативный коэффициент эффективности (£п=0,15);
Кд— стоимость средств диагностирования и под соединитель-
ных устройств, руб.;
N— число экскаваторов, обслуживаемых средствами диагно-
стирования, маш.
Примемй /1=250 см/год; стоимость гидротестера —
600 руб.; стоимость автоматических БРС — 50 руб/ком-
плект (2-25 руб.); У=300 маш.; В'о=0,9 ед.прод/год;
В"э=0,93 ед.прод/год.
Экскаватор ЭО-3322А (Д=58,6 руб/см):
Эг= (0,93/0,9—1) -58,6-250— (600/300 + 50) -0,15=
=480 руб/год.
Экскаватор ЭО-4121 (Д=49,2 руб/см):
Эг= (0,93/0,9—1) -49,2-250— (600/300 + 50) -0,15=
= 401,8 руб/год.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1.	Что понимается под эффективностью использования машин
и систем автоматизации?
2.	Назовите основные критерии эффективности использования
объекта.
3.	Каков принцип построения модели индивидуального управ-
ления эффективностью использования СДМ?
4.	Какова цель определения экономической эффективности ав-
томатизации машин?
5.	Перечислите организационные и технические условия повы-
шения эффективности автоматики.
6.	Назовите критерии эффективности.
7.	Приведите примеры расчета экономической эффективности
автоматики и новой техники.
226
ПРИЛОЖЕНИЕ 1
УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ ПРИБОРОВ
И СРЕДСТВ АВТОМАТИЗАЦИИ (ОСТ 3627—77)
Наименование
Первичный измерительный преобразова-
тель, прибор, установленный по месту
Прибор, установленный на щите
Исполнительный механизм. Положение
регулирующего органа при прекращении
подачи энергии или управляющего сиг-
нала не регламентируется
Исполнительный механизм, открываю-
щий регулирующий орган при прекраще-
нии подачи энергии или управляющего
сигнала
Исполнительный механизм, закрываю-
щий регулирующий орган при прекра-
щении подачи энергии пли управляю-
щего сигнала
Исполнительный механизм, который при
прекращении подачи энергии или управ-
ляющего сигнала оставляет регулирую-
щий орган в неизменном положении
Исполнительный механизм с дополни-
тельным ручным приводом
Функциональный преобразователь или
модулирующее устройство
Регулирующий орган
Обозначение
227
Продолжение прил. 1
Наименование
Обозначение
Линия связи
Пересечение линий связи:
без соединений
с соединением между собой
Измерительный преобразователь для из-
мерения температуры, установленный по
месту
Прибор для измерения температуры по-
казывающий, установленный по месту
(термометр ртутный, манометрический)
Прибор для измерения температуры с
автоматическим обегающим устройством
регистрирующий, установленный на щи-
те (многоточечный автоматический мост)
Комплект для измерения температуры
регистрирующий, снабженный станцией
управления, установленный на щите
Регулятор давления прямого действия
Прибор для измерения какой-либо элек-
трической величины
Вольтметр
Амперметр
228
Продолжение прил. 1
Наименование	Обозначение
Ваттметр	
Пуск®вая аппаратура для управления электродвигателем (например, магнитный пускатель)	Cl)
ПРИЛОЖЕНИЕ 2
УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ
В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СХЕМАХ
Наименование
Обозначение
ГОСТ 2.722—68 «Машины электрические»
Статор, обмотка статора — общие обо-
значения
Статор с трехфазной обмоткой, соеди-
ненный в звезду и треугольник
Машина электрическая — общее обозна-
чение
Машина постоянного тока
Двигатель трехфазный, соединенный в
звезду
Двигатель трехфазный асинхронный
229
Продолжение прил. 2
Наименование
Обозначай©
ГОСТ 2.723—68 «Катушки индуктивности, дроссели, трансформаторы,
автотрансформаторы и магнитные усилители»
Обмотка трансформатора, автотрансфор-
матора дросселя и магнитного усилителя
Трансформатор однофазный с ферромаг-
нитным сердечником
ГОСТ 2.727—68 «Разрядники, предохранители»
Предохранитель плавкий
FU
ГОСТ 2.728—74 «Резисторы, конденсаторы»
Резисторы:
постоянный
переменный
переменный с разрывом цепи (рео-
стат)
переменный без разрыва цепи (по-
тенциометр)
Тензорезистор
Терморезистор (термистор) прямого по-
догрева
230
Продолжение прил. 2
Наименование	Обозначение
Конденсаторы иостоянной и переменной емкости	
электролитический полярный и не- полярный	т	Т
ГОСТ 2.728—68 «Приборы электроизмерительные»
Прибор:
показывающий и регистрирующий
интегрирующий и комбинированный
ГОСТ 2.730—73 «Приборы полупроводниковые»
Диод, выпрямительный столб, блок
Триодный симметричный незапираемый
тиристор
Стабилитрон
Транзистор типов р — п — р и п — р — п
Полевой транзистор с каналом и-типа
и р-типа
231
Продолжение прил. 2
Наименование	Обозначение
Фоторезистор	
Фотодиод	
Фототрапзистор типа р — п — р	
ГОСТ 2.741—68 «Приборы акустические»
Звонок электрический постоянного и пе-
ременного тока

Гудок и ревун
ГОСТ 2.742—68 «Источники тока электрохимические»
Элемент гальванический или аккумуля-
торный
Батарея гальванических п аккумулятор-
ных элементов
68
ГОСТ 2.755—74 «Устройства коммутационные
и контактные соединения»
Контакт коммутационного устройства:
замыкающий, размыкающий, переключа-
ющий (реле)
SBi SB, ,
232
Продолжение прил. 2
Наименование	Обозначение
Контакт замыкающий с замедлителем, действующим при: срабатывании; воз- врате; срабатывании и возврате	
Контакт размыкающий с замедлителем, действующим при: срабатывании; воз- врате; срабатывании и возврате	
Контакт с механической связью: замы- кающий (а), размыкающий (б)	а!	6) 1	'i'
Контакт концевого выключателя с ро- ликом	
Контакт электротеплового реле при раз- несенном способе изображения реле	S
Выключатель трехполюсный	i 11
	гл
Выключатель трехполюсный с автома- тическим возвратом	' 1 1 тЬ
Выключатель трехполюсный автоматиче- ский максимального тока	
Выключатель кнопочный нажимной: с за- мыкающим контактом; с размыкающим контаком; кнопка вытягиваемая; кнопка поворачиваемая; кнопка с фиксатором	—
Переключатели: однополюсный многопозиционный, например на 6 позиций	1 1 ! 111 ЗА К	
233
Продолжение прил. 2
Наи основание
Обозначение
многополюсный миоголозиционный
Соединение контактное разъемное
ГОСТ 2.756—76 «Воспринимающая часть
электромеханических устройств»
Катушка электромеханического устрой-
ства:
сЗщее обозначение
с одной обмоткой; с двумя обмот-
ками
Катушка электромеханического устройст-
ва трехфазного тока
Воспринимающая часть электротеплово-
го реле
ГОСТ 2.750—68 «Род тока и напряжения,
виды соединения обмоток»
Ток постоянный
Ток переменный
Ток переменный с числом фаз 3, часто-
той 5(0 Гц и напряжением 220 В
— ндц —
3	22DB,
234
Продолжение прил. 2
Наименование	Обозначение
Полярность положительная и отрица- тельная	4-
Обмотка трехфазная, соединенная в звез- ду; в треугольник	А А
ГОСТ 2.751—73 «Электрические связи, и Линия электрической связи. Провод, ка- бель, шина	довода, кабели и шины»
Цепь из двух линий электрической связи	—--
Заземление Корпус машины, аппарата, прибора	,	1 —II1	1 1
Линия электрической связи экраниро- ванная	
Лампа сигнальная	—	
Лампа осветительная	
Герконовый датчик	
235
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Автоматика и автоматизация производственных процессоз/Под
ред. д-ра техн, наук, проф. Н. Ф. Метлюка,—Минск, Высшая
школа, 1985. — 302 с.
Автоматика н автоматизация производственных процессов/Под
общ. ред. проф. Г. К. Нечаева. — Киев, Вища шк. Головное изд-во,
1985. —270 с.
Автомобильные дороги: Автоматизация производственных про-
цессов в строительстве/Под ред. д-ра техн, наук, проф. Л. Я. Ци-
кермана. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Транспорт, 1986. — 288 с.
Богданов К. Л., Зеленое И. Б. Основы автоматизации строи-
тельных машин. — М.: Стройиздат, 1976.— 175 с.
Волков Д. П., Чутчиков П. И. Надежность лифтов и техноло-
гия их ремонта. — М.: Стройиздат, 1985.— 128 с.
Залманзон Л. А. Беседы об автоматике и кибернетике. — М.:
Наука, 1985. — 416 с.
Инструкция по определению экономической эффективности
новых строительных, дорожных, мелиоративных машин, противо-
пожарного оборудования, лифтов, изобретений и рационализатор-
ских предложений. Ч. 1. — М.: ЦНИТЭстроймаш, 1978. — 253 с.
Манычев Б. Е. Основы автоматизации технического обслужи-
вания и ремонта автомобилей. — М.: Транспорт, 1978. — 240 с.
Новиков А. Н. Машины для строительства цементобетонных:
дорожных покрытий. — 3-е изд. перераб. и доп. — М.: Высш, шк.,
1985, —302 с.
Петров И. В. Диагностирование дорожно-строительных ма-
шин.— М.: Транспорт, 1980.— 144 с.
Повышение эффективности использования дорожных машин/
/Под ред. д-ра техн, наук, проф. А. П. Крнвшипа. — М.: Транс-
порт, 1980. — 263 с.
Попкович Г. С., Гордеев М. А. Автоматизация систем водоснаб-
жения и водоотведения. — М.: Высш, шк., 1986. — 392 с.
Скловский А. А. Автоматизация дорожных машин. — 2-е изд.
перераб. и доп. — Рига: Автос, 1980. — 358 с.
Строганов Р. П. Управляющие машины и их применение. 2-е
изд., переработ. н доп. — М.: Высш, шк., 1986.—240 с.
Тарасов В. С., Скворцов Э. С. Бортовые микропроцессорные
системы на строительных и дорожных машинах. Обзорная инфор-
мация. Вып. 1.—М.: ЦНИТЭстроймаш, 1987. — 47 с.
Харитонов В. В. Основы автоматизации лесозаготовительного
производства, 2-е изд. — М.: Лесная промышленность, 1977. — 248 с.
Шейнин А. М., Крившин А. П., Филиппов Б. И. и др. Эксплуа-
тация дорожных машин. — М.: Машиностроение, 1980.—336 с.
236
ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ
Автоматизация 4, 6, 215, 217
производственных процессов 126,
174
технологического контроля 12,
172
Автоматические регуляторы 5, 18
гидравлические 120, 125
пневматические 120, 123
электрические 17
Автоматические системы 5, 6
регулирования 127, 129
управления 127, 129, 131
Адаптивные системы регулирования
131
Алгоритм 9, 10
диагностирования 196, 202, 206
Амплитудно-фазовая характеристи-
ка 110—112
Апериодическое звено 106
Биметаллическое реле 45
Блоки регулятора 9, 17, 20
Блокировка автоматическая 146
Величина входная 9
Воздействие управляющее 8
Возмущение 9, 21
Время переходного процесса 111,
112
Герконы 60
Гибкая обратная связь 117, 118
Гидравлические регуляторы 120, 125
Давление 38
измерение 39
перепад 38, 51
Датчики 30, 37, 44, 50, 52
емкостные 34
индуктивные 34
пьезоэлектрические 42
сопротивления 32, 40
фотоэлектрические 36
Диагностика 194
Динамические характеристики 9,
111—114
Динамическое звено 104—109
Дискретная система регулирования
100
Дифманометры 39
Дозаторы 179, 188
жидкостей 182, 188—190
сыпучих материалов 179—182
Единицы измерения давления 39
Емкостные датчики 34
Законы регулирования 116
Запаздывание объекта регулирова-
ния 106, ПО, 114
Зашита автоматическая 128, 146
Звенья систем регулирования 104
апериодическое 106
безынерционное 105
дифференцирующее 108
интегрирующее 107
колебательное 109
логическое 10, 77
Измерение 12—16
давления 39
расхода 50, 179, 182, 188
температуры 44
уровня 52
Измерительные элементы 86
Изодромный регулятор 117—119
Индуктивная схема (сельсины) 34
Интегрирующее звено 107
Интенсивность отказов 191
Исполнительный элемент 89, 90, 9?
Класс точности 15
Колебательное звено 109
Контур регулирования 24, 165
Коэффициент передачи звеиа 24
Критерий устойчивости 103, 104, 1И
оптимальности 223—225
Линеаризация уравнений 100, 101
Логометр 87
Манипулятор 6
Манометры 38, 39
дифференциальные 38, 39
жидкостные 38, 39
пружинные 38, 39
сильфонные 38, 39
Манометрический термометр 45
Мембранные дифманометры 38, 39
Микропроцессор 82
Модели объектов 200—202
Мостовая схема 86, 89, 148
Надежность 191
Настройка регуляторов 17—20
Обратная связь 23, 26
Объекты регулирования 8
Оптимизация 129, 131
Отказ, интенсивность отказов 191
Параметры управления 8, 20
Передаточная функция 24
Переходная характеристика 1И
Пирометры 49
Пневматические регуляторы 120, 128
Погрешность измерения 14, 15
Поплавковый уровнемер 51
Потенциометр автоматический 88
Преобразователи 28, 86
Пропорциональный регулятор 92
Расходомеры 50, 182, 188—190
Реле* 57—62, 79
биметаллическое 44
времени 72, 79
моторное 90
нейтральное электромагнитное
57
поляризованное электромагнит-
ное 59	*
счета импульсов 72
Регулирование 8
Регуляторы 5, 24, 113—116
астатические 119
гидравлические 97—99
изодромные 1201—122
пневматические 123—125
позиционные 73, 129
производительности насосов 25,
190
237
пропорциональные 105, 116
электрические 90—97
Реостатный датчик 32
Ротаметры 52
Самовыравиивание 131
СигналЙзация 13, 208, 209
•Система автоматического контроля
8, 12
регулирования 16
управления 20
технического диагностирования
194
Соединение звеньев 205
Термисторы 47
Термометры 44—46
дилатометрические 44
манометрические 45
расширения 46
сопротивления 46
термоэлектрические 46
Термопара 48
Тиристор 67
Триггер 75
Усилители 54—71
гидравлические 57, 97
магнитные 66
пневматические 57, 97
тиристорные 67
электрические 56, 57
Устойчивости критерии 103, 104, П1
Устойчивость регулирования 103
Уровнемеры 51
Ферритный элемент памяти 73—75
Фотоэлементы 36, 37
Функциональная схема II
Характеристика 110—112
амплитудно частотная 110, 111
временная 111, 112
систем автоматического регули-
рования 16—20
фазово-частотная 111
Централизованное управление 220
Цифровые вычислительные маши-
ны 81—85
Число-импульспая система измере-
ния 72—77
Чувствительность прибора 16
Шаговый искатель 72
Экономическая эффективность 221,
225
автоматизации 225
Язычковое реле 61
Якорь реле 57
Оглавление
Предисловие .............................................. 3
Введение...................................................4
Глава I. Общие сведения	о системах автоматики ....	8
§ 1.	Автоматический контроль, регулирование и управ-
ление .................................................8
§ 2.	Обобщенная структурная схема системы автомати-
ческого контроля....................................12
§ 3.	Полуавтоматическое и автоматическое регулирование 16
§ 4.	Основные задачи автоматического управления .	.	20
§ 5.	Обратные связи...................................23
§ 6.	Классификация технических средств автоматизации 26
Контрольные вопросы ................................. 28
Глава II. Датчики контроля и	регулирования...............28
§ 7.	Определение и классификация датчиков ...	28
§ 8.	Датчики перемещения.........................  .	30
§ 9.	Датчики	силового	воздействия..................37
§ 10.	Датчики	температуры...........................44
§ 11.	Датчики расхода и уровня........................50
§ 12.	Датчики	скорости	и ускорения..................52
Контрольные вопросы	 ..................54
Глава HI. Усилительные и переключающие устройства .	.	54
§ 13.	Назначение и классификация усилителей и пере-
ключателей ............................................54
§ 14.	Электромагнитное реле..........................57
§ 15.	Электронные усилители и реле..................
§ 16.	Магнитные и электромашинные усилители .
Контрольные вопросы ................................
Глава IV. Счетно-решающие устройства....................
§ 17.	Электромагнитные и электронные счетчики импуль-
сов ................................................
§ 18.	Принципы построения логических систем .
§ 19.	Микропроцессоры в системах автоматики .
§ 20.	Измерительные системы как счетно-решающие уст-
ройства ............................................
Контрольные вопросы.................................
Глава V. Исполнительные механизмы.......................
§"21.	Классификация исполнительных механизмов
§ 22.	Электрические исполнительные механизмы .
§ 23.	Гидравлические и пневматические исполнительные
механизмы............................................
Контрольные вопросы.................................
Глава VI. Статические и динамические характеристики эле-
ментов автоматики и объектов управления .
§ 24.	Линейные и нелинейные элементы в объектах уп-
р авления...........................................
§ 25.	Типовые динамические звенья...................
§ 26.	Переходные и частотные характеристики в систе-
мах управления .....................................
§ 27.	Статическая и динамическая точность в системах
автоматического регулирования ......................
Контрольные вопросы..............................  .
Глава VII. Законы регулирования. Статические и астатиче-
ские регуляторы. Промышленные регуляторы .
§ 28.	Пропорциональный закон регулирования .
§ 29.	Интегральный закон регулирования..............
§ 30.	Изодромный закон регулирования. Статические и
астатические регуляторы.............................
§ 31.	Промышленные регуляторы.......................
Контрольные вопросы ................................
• . Глава VIII. Анализ систем автоматического управления .
§ 32.	Классификация • систем автоматического управле-
ния, применяемых в строительстве....................
§ 33.	Системы слежения и стабилизации...............
§ 34.	Системы программного управления...............
§ 35.	Позиционные и экстремальные системы ....
§ 36.	Адаптивные системы управления .	.	.
Контрольные вопросы.................................
Глава IX. Автоматизация подъемно-транспортных строитель-
ных машин и оборудования................................
§ 37.	Задачи автоматизации подъемно-транспортных
строительных машин и оборудования ....
§ 38.	Программное управление перемещением грузов и
учет работы..........................................
§ 39.	Управление лифтовыми подъемниками ....
§ 40.	Автоматизация защиты подъемных механизмов .
62
68
71
72
72
77
81
86
89
89
89
90<
97
100
100
100
104
ПО-
113
116
116
116
117
117
121
125
125
125
127
129
129
131
132
132
132-
134
141
146
239 
238
§ 41.	Автоматизация ограничения грузоподъемности .	.149
Контрольные вопросы ................................ 154
Гдва X. Автоматизация землеройно-транспортных строи-
тельных машин...........................................154
§ 42.	Задачи автоматизации управления рабочими ор-
ганами землеройно-транспортных машин .	.	. 154
§ 43.	Стабилизация положения отвала бульдозера .	.158
§ 44.	_Автоматическое управление ножом автогрейдера 162
Унифицированная аппаратура для управления по-
ложением рабочих органов ЗТМ....................165
§ 46.	Автоматический учет эффективной работы земле-
ройно-транспортных машин..............................172
Контрольные вопросы..................................174
У Глава XI. Автоматизация машин и оборудования для при-
готовления бетонных смесей	и растворов .	.	.174
§ 47.	Задачи автоматизации смесительных установок .	. 174
• § 48. Методы автоматизации дозирования компонентов
смеси и растворов .	.	.	................! 175
§ 49.	Дозаторы для сыпучих материалов .	.	.	.179
§ 50.	Автоматизация контроля приготовления бетонной
смеси и растворов...............................182
Контрольные вопросы :................................190
Глава XII. Надежность объектов и ее показатели .	.	.	.191
§ 51.	Надежность как важное комплексное свойство
объектов . .........................................191
§ 52.	Системы технического диагностирования .	.	.194
Контрольные вопросы..................................204
Глава XIII. Автоматизация процессов поддержания работо-
способности строительной техники	205
§ 53.	Резервирование и блочность в конструкции строи-
тельных машин .............................у . 205
§ 54.	Сигнализаторы снижения уровня работоспособно-
сти машин............................................208
§ 55.	Системы автоматичесиого управления производст-
венной эксплуатацией строительных машин .	.	.215
Контрольные вопросы ................................ 218
Глава XIV. Экономическая эффективность автоматизации .	.218
§ 56.	Автоматизация управления эфф.ективостыо исполь-
зования строительной техники .	.	.	.	.218
§ 57.	Экономическая эффективность — важный; критерий
автоматизации......................../	.	.	. 22^
§ 58.	Организационные и технические условия повыше-
ния эффективности автоматики........................v222
§ 59.	Пример расчета экономической эффективности ав-
томатизации объектов .	.	.	. > .	.	.	. 225
Контрольные вопросы ................................ 226
Приложение I. Условные обозначения приборов и
средств автоматизации (ОСТ 3627—77) 22
Приложение 2. Условные обозначения элементов в элек-
трических схемах......................................22
Список литературы.....................................23
Предметный указатель...................................	23