Главная » 2016»Май»6 » Принцип действия и области применении следящих гидроприводов (гидроусилители).
18:41
Принцип действия и области применении следящих гидроприводов (гидроусилители).
СЛЕДЯЩИЕ ГИДРОПРИВОДЫ - Принцип действия и области применении
Следящим называется регулируемый гидропривод, в котором скорость движения выходного звена изменяется по определенному закону в зависимости от задающего воздействия на звено управления. Выходное звено — это обычно шток гидроцилиндра или вал гидромотора, а звено управления — устройство, на которое подается управляющий сигнал. В большинстве случаев использования следящего гидропривода к функциям слежения добавляются также функции усиления управляющего сигнала по мощности, поэтому следящий гидропривод часто называют гидроусилителем. Следящий гидропривод применяют в тех случаях, когда непосредственное ручное управление той или иной машиной является для человека непосильным (на самолетах, кораблях, тяжелых автомобилях и тракторах, строительно-дорожных и других машинах, а также в системах гидроавтоматики металлорежущих станков). Схема простейшего следящего гидропривода поперечной подачи суппорта копировального токарного станка показана на рис. 3.110. Суппорт 5 объединен с выходным звеном гидропривода — подвижным корпусом 4 гидроцилиндра, в котором размещено также звено управления — золотниковый гидрораспределитель 9. Поршень 7 гидроцилиндра закреплен на корпусе 6 суппорта. При продольной подаче суппорта щуп 2 скользит по копиру 3 и смещает гидрораспределитель, который открывает доступ жидкости из подводящей гидролинии 1 в большую полость 8 гидроцилиндра. Это вызывает смещение корпуса 4 с закрепленным на нем резцом, повторяющее смещение гидрораспределителя. При этом щель, соединявшая полость 8 с подводом 1 перекрывается, чем осуществляется прямая обратная связь выходного и задающего звеньев. Опа восстанавливает равновесие в системе после исполнения управляющего сигнала. Непрерывное протекание процессов рассогласования и восстановления представляет слежение выходного звена за командой задающего. Схема широко распространенного гидроусилителя с рычажной связью между звеньями показана на рис. 3.111. В нем выходному звену, штоку 6, сообщаются движения, согласованные с определенной точностью с перемещением звена управления, тяги 2, при требуемом усилении входной мощности. Для обеспечения слежения выходного звена 6 за перемещением звена управления 2 обычно применяют отрицательную обратную связь, передающую движения выходного звена на звено управления для уменьшения управляющего сигнала. Действие этой связи сводится к тому, что движение звена управления в сторону открытия расходных окон распределителя 5 вызывает движение выходного звена, направленное на их закрытие. Обратная связь в схеме, представленной на рис. 3.111, осуществляется с помощью дифференциального рычага 7, охватывающего распределитель (звено управления) 5 и поршень гидродвигателя 3 со штоком 6 (выходное звено). При перемещении тяги 2, связанной с ручкой управления, перемещается точка 1 дифференциального рычага 7, с которым связаны штоки силового цилиндра 4 и распределителя 5. Так как силы, противодействующие смещению золотника распределителя, несравненно меньше соответствующих сил, действующих в системе силового поршня 3, точку 6 штока можно рассматривать в начале движения тяги 2 как неподвижную, ввиду чего перемещение тяги вызовет через рычаг 7 смещение золотника распределителя 5. В результате при смещении его из нейтрального положения на величину, превышающую перекрытие (т — t)/2 (рис. 3.66, а), жидкость поступит в соответствующую полость цилиндра 4, что вызовет перемещение поршня 3 (а следовательно, и движение точки 8 выходного звена 6) на некоторое расстояние, пропорциональное перемещению тяги 2. Если движение тяги 2 прекратится, продолжающий перемещаться поршень 3 сообщит через рычаг 7 золотнику распределителя 5 перемещение, противоположное тому, которое он получал до этого при смещении тяги 2. При этом расходные окна распределителя будут в результате обратного движения его плунжера постепенно прикрываться, скорость поршня 3 будет уменьшаться до тех пор, пока золотник не придет в положение, при котором окна распределителя полностью перекроются и движение поршня прекратится. При смещении золотника распределителя в противоположную сторону движение всех элементов регулирующего устройства происходит в обратном направлении. В действительности отдельных (ступенчатых) этапов движения управляющего и выходного звеньев рассматриваемого следящего привода не существует, а оба движения протекают почти одновременно, т. е. имеется не ступенчатое, а непрерывное «слежение» исполнительным механизмом за перемещением звена управления. После того как выходной сигнал, переданный через обратную связь, становится равным управляющему сигналу, питание гидродвигателя прекращается. Примером использования такого гидроусилителя может служить показанный на рис. 3.112, а механизм управления для отклонения люльки в крупных регулируемых роторно-поршневых насосах. Гидроусилитель питается по линии 4 от вспомогательного насоса, встроенного в корпус основного насоса. Отклонение и удерживание люльки 1 в отклоненном положении производится поршнями гидроцилиндров 2' и 2". При отклонении внешнего рычага 8 управления золотник 7 смещается из среднего положения на ход х и открывает доступ жидкости из линии 4 в один из гидроцилиндров, а другой в то же время соединяет с областью слива 5. Так как люлька 1 связана с золотником 7 и рычагом 8 управления двуплечим рычагом 9 обратной связи, наполнение цилиндра будет происходить только при условии, что скорость смещения золотника, вызываемого поворотом рычага 8, больше скорости смещения, вызываемого отклонением люльки 1. Если рычаг остановлен при отклонении у, то люлька продолжает двигаться, пока не вернет золотник в среднее положение и остановится при угле отклонения (3, пропорциональном V- При остановке насоса и прекращении подачи питания из линии 4 центрирующая пружина 6 приводит золотник в среднее положение (рис. 3.112, б). При этом золотник соединяет полости обоих цилиндров с областью слива 5 через щели х0 и пружины 3 нульустановителя устанавливают люльку также в положение Р = 0, подготавливая насос к следующему пуску. Управление смещением золотника и его обратная связь с люлькой могут быть электрическими. В этом случае работа насоса может регулироваться дистанционно и автоматически, например, по командам ЭВМ. Гидроприводы, в которых входным воздействием является электрический сигнал, преобразуемый в перемещение гидрораспределителя, называют электрогидравлическими. В них выходное звено отслеживает изменение электрического сигнала, поступающего на звено управления. Рассмотрим простейшие системы для преобразования электрического сигнала в гидравлический. Гидроусилитель типа сопло—заслонка показан схематически на рис. 3.113 состоит из сопел 1 а 4, которые вместе с подвижной заслонкой 2 образуют два регулируемых щелевых дросселя, и нерегулируемых дросселей 5 и 12, установленных на пути подвода жидкости из точки 6, куда она подается от насоса. Работа такой дроссельной системы, Являющейся первым каскадом гидроусилителя, рассмотрена в п. 3.28. Исполнительным механизмом гидроусилителя служит гидроцилиндр. Первый каскад управляет смещением золотника 8, который является вторым каскадом гидроусилителя и непосредственно управляет гидроцилиндром. Рис. 3.113. Схема гидроусилителя типа сопло—заслонка
Вся система нужна для того, чтобы на входе мог быть использован маломощный электрический командный сигнал от задающей электронной аппаратуры. Этот сигнал подается на обмотки миниатюрного электромеханического преобразователя 3 (поворотного электродвигателя) в виде разности напряжений {7Х и U2 в результате чего происходит отклонение заслонки 2. До ее отклонения обе дросселирующие ветви А и Б имели одинаковые сопротивления и пропускали одинаковые расходы QA и Qb. После отклонения сопротивление сопла, к которому приблизилась заслонка, увеличивается и расход через него уменьшается. Расход в другой ветви возрастает. При этом возникает неравенство давлений рА и рв в узловых точках ветвей. Эта разница давлений вызывает смещение золотника 8 центрируемого пружинами 7 и 11, что в конечном итоге приводит в действие гидроцилиндр. Если в такой системе на выходе исполнительного механизма, предусмотрен датчик обратной связи 10, сигнализирующий об исполнении поданной команды напряжением Uoc, ослабляющим сигнал на входе, то она будет представлять электрогидравлическую следящую систему. Главным преимуществом такого гидроусилителя является применение простейших квадратичных дросселей, не чувствительных к засорениям и к изменению вязкости жидкости. Такие дроссели, имея нелинейные характеристики, позволяют при взаимодействии получить характеристики со взаимосвязью входных и выходных параметров близкой к линейной. В рассматриваемой системе, входной параметр — отклонение заслонки 3 (см. рис. 3.89, а) а выходной — различие давлений рА и рв, смещающее золотник 8. Линейность таких взаимосвязей всегда желательна, так как упрощает применение гидроусилителя в качестве составной части сложных автоматических систем. Уравнения пропускной способности ветвей А и Б гидроусилителя, в которых нерегулируемый дроссель и регулируемое сопло пропускают одинаковый расход, имеют вид График р* относительного различия давлений симметричен относительно оси, соответствующей среднему положению заслонки (zA — zb — z0). При любом соотношении взаимосвязанных смещений ZA И ZB по графику Q* можно найти полный расход Q* = Q% + через ветви гидроусилителя. При среднем положении заслонки этот расход максимален. Рис. 3.114 показывает, что при соблюдении приведенных выше рекомендаций о размерах и проводимостях элементов дроссельной системы, гидроусилитель способен обеспечить взаимосвязь между смещением z заслонки и величиной р* относительного различия давлений, близкую к линейной. Двустороннее воздействие струй на заслонку позволяет использовать для ее отклонения поворотные электродвигатели, расходующие весьма малую электрическую мощность. Гидроусилитель типа струйная трубка показан на рис. 3.115. Как и система сопло—заслонка его широко применяют в качестве первого каскада электрогидравлических следящих систем. Он состоит из поворотной трубки 1, к которой через шарнир а подведена жидкость от источника питания. Струя из сопла Ъ направлена на распределитель С с двумя отверстиями, соединенными с полостями управляемого элемента — обычно золотника 2 второго каскада гидроусилителя. Последний аналогичен показанному на рис. 3.113 (поз. 8) и служит для управления исполнительным гидродвигателем. Среднему положению трубки 1 соответствует среднее положение золотника 2. Поворот трубки вызывает его смещение и далее ведет к смещению гидродвигателя. Легкость поворота и малая инерция трубки позволяет управлять ее движением при помощи маломощных электродвигателей (электромагнитов) с большим быстродействием. Обратная связь в таких системах обычно также электрическая, аналогична показанной на рис. 3.113. Гидроусилители этого типа способны работать в тяжелых условиях. Они нечувствительны к загрязненности и изменению вязкости рабочей жидкости.
