4. Системы Управления скоростью и стабилизации движения гидропривода

Кинематические характеристики исполнительных движений ГФТО – перемещение, скорость, положение, направление – обеспечивают объемные гидромашины (см. п.3.1) или специальные устройства гидроавтоматики (дроссели, направляющие и дросселирующие распределители, регуляторы потока, порционеры, делители, сумматоры потока и др). Обязательным условием является регулирование объема рабочей жидкости в реальном времени. Эту задачу решают, применяя машинное (объемное), дроссельное, ступенчатое регулирование расхода рабочей жидкости и как следствие – управляют скоростью ИД. Иногда предлагают комбинированные способы регулирования (машинно-дроссельное, ступенчато-дроссельное и др.)

4.1. Дроссельное регулирование и стабилизация скорости гидропривода

Основой дроссельного регулирования является применение специальных устройств – регулируемых дросселей, устанавливаемых на различных участках магистралей гидропривода [16].

Различают четыре варианта схем дроссельного управления скоростью:

– на входе в гидродвигатель (рис.4.1, а);

– на выходе из гидродвигателя (рис.4.1, б, д, е);

– в параллель насосу (рис.4.1, в);

– дифференциальная схема (рис.4.1, г).

Структурно они отличаются лишь местом установки дросселя 3 относительно гидроцилиндра 5. Однако функционирование каждой из них имеет свои особенности:

– в схемах 4.1, а, б, г – объемные потери в гидросистеме не влияют на скорость, так как имеется избыточный расход Q_изб компенсирующий утечки;

– в схеме 4.1, в такое влияние есть;

– схема 4.1, б обеспечивает более равномерное движение гидродвигателя, особенно при малых скоростях v<1 м/мин. Но при этом заметно снижается КПД гидросистемы;

– схемы 4.1, а, б, г работают с максимальной потребляемой насосом мощностью, так как независимо от силы технологической нагрузки F_н , p_н=p_к.п и есть Q_изб;

а)	б)
	рк.п
в)	г)
д)	е)
Р Fт ис.4.1. Дроссельное регулирование скорости: а – на входе; б – на выходе; в – в параллель; г – дифференциальная схема; д – с регулятором расхода; е – условное обозначение регулятора расхода

– в схеме 4.1, в потребляемая мощность определяется нагрузкой F_н , так как , где – давление в нагнетательной полости гидроцилиндра, Па; – сила трения, Н.

– схема 4.1, г характеризуется равномерностью и устойчивостью, так как обе полости цилиндра находятся под давлением p₁ и p₂ (где p₂ – давление в сливной полости), кроме того, рабочий цикл выполняется без распределителя 4.

Расчет скорости движения гидроцилиндра осуществляется исходя из баланса расходов [24]. Для схем соответственно:

4.1, а

; ; (4.1)

4.1, б

;

; (4.2)

4.1, в

; (4.3)

4,1, г

; ; (4.4)

; ; ; (4.5)

; , (4.6)

где – расход жидкости, проходящей через дроссель, м³/с; – коэффициент расхода дросселя; – площадь сечения поршневой полости, м²; – площадь сечения штоковой полости, м²; – площадь проходного сечения дросселя, м²; – давление, создаваемое насосом в напорной гидроли- нии, Па; – давление в сливной гидролинии, Па; - плотность рабочей жидкости, кг/м³; – площадь проходного сечения закрытого дросселя, м²; – площадь проходного сечения открытого дросселя, м²; – скорость выдвижения штока гидроцилиндра (движение вправо), м/с; – скорость втягивания гидроцилиндра (движение влево), м/с.

Таким образом, в схеме 4.1, г дроссель 3 выполняет и функцию распределителя. Анализ выражений для расчета скоростей свидетельствует о существенном влиянии нагрузки F_н на скорость, например для схемы 4.1, а:

. (4.7)

Увеличение нагрузки F_н приводит к снижению скорости v₁ вплоть до останова цилиндра ( – максимальная нагрузка на штоке гидроцилиндра). Такое поведение дроссельных схем (см. рис.4.1) называют «структурной неравномерностью скорости». Ее уменьшают последовательным подключением к дросселю редукционного клапана 8 (рис.4.1, д) или применением регуляторов потока (рис.4.1, е). Клапаны давления, являясь нормально открытыми, самоустанавливаясь, под действием изменяющегося давления, поддерживают на дросселях постоянный перепад давления, стабилизируя расход и, как следствие, – скорость движения гидродвигателя.