5.4.1.1. Принцип действия, особенности конструктивного выполнения

Силовой цилиндр (рис.1.б) состоит из:

а) б)

Рис. 5.13.

• корпуса 1 со штуцерами подвода и отвода рабочей жидкости;

• поршня 2;

• штока 3;

Принцип работы силового цилиндра заключается в преобразовании энергии давления жидкости в перемещение поршня и связанного с ним штока. Входным сигналом силового цилиндра является разность давлений (=р₁-р₂) в полостях цилиндра, а выходным – перемещение штока «у». Функциональная схема силового цилиндра одностороннего действия имеет вид:

р у

ИсУ

5.4.1.2. Алгоритм функционирования

При подаче давления в левую полость и сливе жидкости из правой полости на поршне формируется перепад давлений, под воздействием которого поршень перемещается вправо. При подводе давления в правую полость поршень будет перемещаться влево также за счет сил, создаваемых перепадом давлений.

5.4.1.3. Статические и динамические характеристики

По статическим характеристикам гидроцилиндры двустороннего действия относятся к астатическим интегрирующим элементам.

Статическая характеристика получается из условия равенства сил:

р_ж(S_п – S_ш) – р_слS_п = F,

где S_п – площадь поршня, м²;

S_ш – площадь поперечного сечения штока, м²;

F- усилие, приложенное к штоку поршня, Н.

Поскольку в выполненных конструкциях S_ш S_п , площадью штока пренебрегают. Равенство сил при сделанном допущении имеет вид:

(р_ж – р_сл)S_п = F (1)

Если в качестве входного сигнала рассматривать давление жидкости р_ж, а в качестве выходного - перемещение штока у, то статическая характеристика имеет вид: т.е. установившееся значение выходного сигнала

в

У

У_мах

У_мин

Р₀ Р_ж

озможно только при одном значении входного сигнала. Максимальное Y_max и минимальное Y_min значения выходной величины определяются длиной гидроцилиндра. Для определения динамических характеристик запишем уравнение движения поршня:

Рис. 5.14 (5.5),

или

у = .

В безразмерной форме записи уравнение (5.5) имеет вид:

, (5.6)

где , - безразмерные перемещения штока и расход рабочей жидкости;

у_баз, Q_Жбаз - базовые значения соответствующих параметров;

К= - коэффициент усиления.

Таким образом, по динамическим свойствам гидроцилиндры двустороннего действия относятся к интегрирующему звену.

Переходная функция:

h (t)

Fn2 < Fn1

Fn1

0 t

Рис. 5.15.

Б. Силовые гидроцилиндры одностороннего действия

5.4.1.1. Принцип действия, особенности конструктивного выполнения

Силовой цилиндр одностороннего действия включает (Рис.): цилиндр 1, поршень 2, шток 3, пружина 4. Отличие гидроцилиндров одностороннего действия от гидроцилиндров двухстороннего действия заключается в том, что давление рабочей жидкости изменяется в одной из полостей (рабочей), а другая полость сообщена со сливом, при этом в ней обязательно находится возвратная пружина (пружинная полость). Входным сигналом гидроцилиндра является давление и расход жидкости, а выходным – перемещение штока.

5.4.1.2. Алгоритм функционирования

При подаче давления в левую полость поршень2 перемещается вправо, сжимая пружину. Как только сила от давления жидкости в левой полости сравняется с силой затяжки пружины, поршень остановится. Для перемещения поршня влево необходимо, чтобы сила затяжки пружины стала болье сил давления.

5.4.1.3. Статические и динамические характеристики

Статическая характеристика получается из условия равенства сил:

(р₁ - р_сл) S_п = F + К_пр у,

где К_пр – коэффициент жесткостипружины.

Статическая характеристика, т.е. зависимость выходного сигнала от входного для установившегося режима будет иметь вид:

.

Графическое изображение статической характеристики имеет вид:

г

У

де р=(р₁ - р_сл)

П

Рис. 5.16 Р_ж

о статическим характеристикам гидроцилиндры одностороннего действия относятся к статическим элементам. Если рассматривать в качестве входного сигнала расход рабочей жидкости Q_Ж, то при условии постоянства расхода гидроцилиндр

будет описываться уравнением 3 и по своим динамическим характеристикам относиться к интегрирующему звену. Однако, давление, действующее на поршень, пропорционально его перемещению за счет сжатия пружины: р₁= (5.7).

Для обеспечения постоянства расхода необходимо непрерывно увеличивать давление р_Ж. На практике обычно поддерживается р_Ж=const. При этом расход становиться величиной переменной, зависящей от перемещения поршня. Согласно закону Пуазейля, расход, подаваемый в рабочую (командную) полость гидроцилиндра, определяется по формуле:

, (5.8)

где r,l – радиус и длина трубопровода, по которому осуществляется подвод рабочей жидкости;

 - коэффициент кинематической вязкости.

Для получения динамических характеристик подставляем выражение (5.6) в уравнение расхода (5.7) с учетом (5.8) получаем дифференциальное уравнение гидроцилиндра:

Т (5.),

где , - безразмерные значения перемещения штока и давления рабочей жидкости,

Т= - постоянная времени гидроцилиндра,

К= - коэффициент усиления.

Таким образом, по своим динамическим характеристикам гидроцилиндр одностороннего действия относится к инерционному звену.

П ереходная функция:

y(t) t  3 T

K_пр  t_p

F_n  t_p

K

t

T

Рис.6.

5.4.1.4. Эксплуатационная надежность и стабильность характеристик. Возможные неисправности

Достоинствами гидроцилиндров являются простота конструкции, высокая надежность, высокая удельная мощность, высокое быстродействие, небольшие размеры, обеспечивают большие перестановочные усилия.

К недостаткам можно отнести ограниченность высотности действия из-за влияния давления и температуры окружающей среды на рабочую жидкость. При давлении рабочего тела на входе в насос меньшем упругости паров рабочего тела появляется выделение паров, при этом снижается давление рабочей жидкости.

Возможные неисправности

При попадании посторонних включений в рабочую жидкость возможно появление течи по уплотняющим манжетам штока гидроцилиндра, а также появление задиров или разрывов уплотняющей манжеты на самом поршне, что приводит к появлению перетекания рабочей жидкости из полости с высоким давлением в полость с низким давлением: это вызовет самопроизвольное перемещение поршня, а следовательно- и регулирющего органа.

5.4.2. Гидропривод