Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

книги из ГПНТБ / Настенко Н.Н. Системы автоматического регулирования зерноуборочных комбайнов

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

24.10.2023

Размер:

10.1 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 45 / 245 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 > Следующая >>>

Да (М), а выходом отклонение оси ролика Ahp. Однако поскольку благодаря прямой механической связи перемещения золотника точно следуют за отклонениями оси ролика Ahp = Ah3, то удобно выходом датчика считать отклонение золотника Д/г3 из нейтраль ного положения, при котором масло не поступает в гидроцилиндр.

Следует заметить, что в сочленениях механической передачи, в связи с возвратными движениями ее элементов, возможны люфты, наличие которых сказывается на изменении границ области устой чивости системы автоматического регулирования. Поэтому не линейности регулятора в виде люфтов или зазоров (см. рис. 28) необходимо учитывать при расчетах САР загрузки.

Исполнительный механизм регулятора состоит из гидроуси

лителя	и гидроцилиндра. Входом для этого механизма является
отклонение		золотника	Ah3	= Ahp,	а	выходом	— отклонение
штока гидроцилиндра			АН, являющееся, как было принято, управ
ляющим воздействием			для	объекта.
Условимся, что положительное отклонение штока гидреди-
линдра	+ Д Я соответствует			увеличению		скорости	комбайна (дви
жение	штока	вниз на	схеме	рис. 10,	а),	а положительное откло

нение золотника -\-Ah3 вызывает положительное смещение штока гидроцилиндра (отклонение золотника вверх на схеме рис. 10, а).

Уравнение динамического равновесия ролика с золотником, при условии постоянного контакта между золотником и тягой

ролика, запишем в следующем виде:
m d ^	= P +	G ± R 3 - R 2	- ^ А . - Р ц - Р в ,	(40)
где т — масса	ролика,	золотника	и соединительных	деталей,

приведенная к центру тяжести золотника, в кгс-с2 /см; Р — рав нодействующая натяжения ведущей ветви ремня в кгс; G — проекция на ось золотника веса всех подвижных деталей, приве денных к оси золотника, в кгс; Rx, R2, Ra— усилия деформации пружин соответственно механизма настройки регулятора, нижней и верхней пружин гидроусилителя в кгс; / ъ / а — плечи; Р ц — центробежная сила ремня от огибания ролика в кгс; Fe — сила вязкого трения золотника (сухим трением тяги в направляющих пренебрегаем) в кгс.

Силы, действующие в установившемся режиме, обозначим через Р°, Rl 2, 3, P°v

Сила воздействия ремня на ролик является функцией угла отклонения ведущей ветви ремня и передаваемого момента (при постоянстве конструктивных и кинематических параметров пере дачи, без учета удлинения ремня) Р = Р (а, М) [11]. Определяя эту функцию в линейном приближении, получаем

Р = Р° (а0, М°) 4- ka Да + ku AM,

(41)

где & a = ^ ! ^ - j ° — коэффициент			пропорциональности	по	углу
отклонения	ветви ремня; kM	=	— коэффициент	пропор
циональности	по передаваемому		моменту; а 0 — угол отклонения
ветви ремня	в установившемся	режиме; М° — передаваемый			мо

мент в установившемся режиме.

Центробежная сила ремня является функцией угла обхвата

ремнем		ролика	Р ц	= Я ц	(<р). В	линейном приближении		можно
записать
				Л =	/ Э Ц0 (Ф °) + М Ф .			( 4 2 )
где	&ф	=	)° — коэффициент			пропорциональности	по	углу
обхвата		ролика; ф° — угол обхвата ремнем ролика в					установив
шемся режиме.
Сила Rj^ зависит как от перемещения ролика, так и от изме
нения	положения			рычага	настройки подачи Rt = R1		(hlt	г\|э):
				R1 =	Rl+Ah1Cl-A^-i^Cl,

где Ahx — деформация пружины механизма настройки регуля тора от перемещения ролика; / 3 и /4 — плечи; Сг — жесткость пружины механизма настройки регулятора.

При увеличении передаваемого момента можно записать

	#2	= Rl +	A/i3 C2 ;	Rz	= Rl —	Ah3C3,
где С 2 ,	С 3 — жесткость		нижней	и верхней		пружин	гидроусили
теля.
Сила	вязкого	трения	Fe = F°e		= 8 d ^ 3 ,	где	8—коэффи

циент пропорциональности, характеризующий вязкое трение

золотника	в корпусе гидроусилителя.
Уравнение равновесия ролик—золотник в установившемся
положении	принимает	вид
	Р 0 + О +	$ - $ - Я ? А - - / > ° ц = 0.	(43)

Уравнение движения ролика с золотником в отклонениях от установившегося положения из уравнения (40) с учетом равенства

(43) и знаков изменения переменных					будет
d2	А/г3	( Л	L 1 И	Л	Я 1 .	А >.	п I	+
т -	^	= -kaAa-kMAM-C3Ah3~C2Ah3-C1^Ah1						+

Учитывая, что Дер = 2Да и LAa я« A/i3*, после преобразований

и приведения уравнения к стандартной форме записи	получим
№ 2 + Г д 1 р + 1 ) А / 1 з = ^ д ( А / / - А М ) ,	(44)
где

z+ c2 + c3 + cv

j	г-Сз + C j + C i i

^ h С 3 - f С 2 + СХ 1

Вид уравнения и значения коэффициентов передаточной функ ции датчика, полученные экспериментально, подтверждают спра ведливость уравнения (44). Экспериментально установлены сле дующие значения коэффициентов уравнения датчика: Т2А^ «=> 1,36-10"* с2 ; Г д 1 = 0,04 с; & д ^ 0 , 3 4 мм/(кгс-м) при изменении момента на валу молотильного барабана в диапазоне 12—18кгс-м.

Необходимо учитывать,		что	с повышением		передаваемого
момента увеличивается отклонение ролика, в результате чего
образуется «избыточная» длина ремня относительно постоянного
межцентрового расстояния, приводящая к повышению сколь
жения ремня. Поэтому максимальное отклонение ролика необ
ходимо ограничивать ходом золотника, обеспечивающим тре
буемый расход жидкости [19].
Поскольку на шток гидроцилиндра вариатора действует одно
сторонняя нагрузка, золотник гидроусилителя можно изготов
лять с нулевым или с положительным				перекрытием. Характери
стика гидравлического исполнительного механизма поршневого
типа с золотниковым	усилителем		(рис. 11, а) описывается такой
нелинейной функцией	17]:
		0	при — b < h3 <		- j - b;
pH = F{h3)	k (h3	— b)	при + b h3		+ bx;
	k(h3-\-b)		при — b^zh 3 ^5 — bt;

	csign/z3		при	\h3\>b1.
Размер линейной зоны bx—b			нелинейной		характеристики	V

(рис. 11, а) изменяется в зависимости				от вида кромок золотника,
его диаметра и давления в напорной				магистрали.

Для исполнительного механизма рассматриваемого регулятора

сзолотниковым гидроусилителем (рис. 11, б) экспериментально

была получена характеристика рН = F (h3) практически релей ного типа с зоной нечувствительности (при рабочем давлении

более 20 кгс/см2 наклон описываемая функцией

dHdt к оси абсцисс составлял около 89°),

pH = F(h3) =	0	при — b<h3< + b;
	csign/i3	при	\h3\^b.

В зависимости от коэффициента усиления датчика кд (при отсутствии ограничений хода золотника) перемещения золотника могут быть больше или меньше Ьх. Если h3 Ьи то для харак теристики, приведенной на рис. 11, а, при условии Ь —» 0 можно принять Н i=t kh3, т. е. регулятор считать линейным.

aictg к

6,-6

dH dt

Рис. 11. Статические харак теристики гидравлических сервомоторов, имеющих зо лотниковые усилители с про

порциональным изменением площади проходного сечения (а) и от сечными кромками (б)

При расчетах-САР с нелинейным исполнительным механизмом иногда удобно разделить нелинейное уравнение, описывающее движение этого звена системы, на линейную (инерционную) часть и «чистую» нелинейность:

ТярН = kRhy, |

1 >

где hy — размер щели между торцом кромки золотника и корпу-

сом усилителя;			Т и	— время полного	хода	поршня
				(w)
				\ ai /щах
гидроцилиндра			при	полностью открытых окнах	гидроусилителя;
К — i	ш а х	коэффициент усиления исполнительного механизма.
" у	max					является
Линейное уравнение движения штока гидроцилиндра						является

весьма приближенным при допущениях, что жидкость несжимаема,

ее характеристики		неизменны, сухое трение и утечки в гидроуси
лителе отсутствуют,			а давление в линии питания постоянно и зна
чительно превышает			сопротивление нагрузки [7].
			"я	Ah3	Г	ш
			"я	J	Г
		TgS2+TglS+1		J
				a)
				г		sAH =		1
АН				г				1
АН			«я	Ah3\	Г	Щ	KH	lAH
				Л J		Tus		1
				1				1
				1
			«9	Ah3		AH
			«9
		T2s2rgls1
Рис. 12.	Структурные схемы гидромеханического						регулятора
загрузки	по	моменту		с нелинейным	(а и б) и линейным (в)
			исполнительным механизмом
В зависимости		от вида		статической		характеристики гидроуси

лителя гидромеханический регулятор момента может иметь струк

турную

схему

нелинейным

исполнительным

механизмом

(рис.

12,

а,

б)

или

с линейным

исполнительным

механизмом

(рис.

12, в).

Соответственно

уравнения

движения

нелинейного и

линейного регулятора

-имеют вид (в операторной

форме записи):

( 7 > 2

ГД 15 +

1) Ah3

= К (Ay -

AM);

(46)

sAH

F(Ah3).

(Tls2

7-д! s +

1) Ah3

(Ay -

AM);

Ahy

F(Ah3);

(47)

TasAH

kHAhy.

(ТУ

- f TRXs +

1) Ah3

(Ay -

AM);

(48)

T„sAH

kuAh,.

Из уравнений		(46) и	(47)	следует,	что	регулятор		находится
в равновесном	положении		только при		значениях		передаваемого
момента М =	М°	± AM,	где	\| д М \| =	\| kA	Д М	\| < Ь.	Это зна

чит, что установившаяся ошибка регулятора определяется ши-..

риной зоны	нечувствительности,	а при отсутствии ее стремится
к нулю, т.	е. регулятор является	астатическим.

Регуляторы загрузки по толщине слоя хлебной массы в наклонной камере

Рассмотрим гидромеханический регулятор РП, принципиаль ная схема которого показана на рис. 13, а [27]. Датчик, измеряю щий толщину слоя подаваемой хлебной массы, представляет

Слив \

. От гидроусилителя рулевого управления

2	т	6	13	н

			15
	1

е )

Рис. 13. Принципиальная (а) и функциональная (б) схемы гидромеханического

регулятора РП загрузки

по толщине

слоя хлебной

массы

в наклонной камере:

—

н а к л о н н а я

камера; 2—

п о л о з ь я

д а т ч и к а ; 3—

т р о с о в а я с в я з ь

датчика

з о л о т н и к о м ;

—

м е х а н и з м

н а стройк и р е г у л я т о р а ;

— п р у ж и н н ы й

компенсатор;

—

г и д р о у с и л и

тель;

7 — п р у ж и н а

г и д р о у с и л и т е л я ;

—

п о д п о р н ы й клапан; 9 — р е г у л и р о в о ч н ы й

винт;

— з о л о т н и к г и д р о у с и л и т е л я ; / / — к у л и с н ы й м е х а н и з м ; 12 — г и д р о п е р е к л ю ч а т е л ь ;

— г и д р о ц и л и н д р ;

14 —

контакты

у к а з а т е л е й

к р а й н и х

п о л о ж е н и й

вариатора;

15 —.

и с п о л н и т е л ь н ы й м е х а н и з м

собой поперечный вал с тремя полозьями 2, опирающимися на нижние ветви цепей плавающего транспортера. Датчик через тро совую связь 3 и пружинный компенсатор 5 соединен с золотни-

ком 10 гидроусилителя. Компенсатор 5 предназначен для сглажи вания колебаний рычага датчика, возникающих вследствие виб раций цепей плавающего транспортера и порционности подачи.

Гидроусилитель регулятора включен	в гидросистему комбайна
по схеме аналогичной рассмотренной	раньше.

Регулятор работает следующим образом. При увеличении подачи хлебной массы датчик поворачивается против часовой стрелки и смещает золотник гидроусилителя из нейтрального положения влево. Масло поступает в нижнюю полость 'гидроци линдра 13, вариатор перемещается вверх, при этом скорость ком байна уменьшается. Скорость будет уменьшаться до тех пор, пока подача не достигнет заданного значения. При уменьшении подачи, по сравнению с заданной, скорость комбайна соответственно уве личивается. Для установки требуемого значения подачи имеется механизм настройки 4.

Гидропереключатель 12 позволяет совместить ручное и авто матическое управление гидроцилиндром вариатора. При управ лении движением комбайна краном ручного управления гидро переключатель автоматически отключает регулятор.

Недостатком рассматриваемого регулятора является то, что его датчик не реагирует на изменение качественного состояния подаваемой хлебной массы.

Гидромеханический регулятор толщины слоя функционально можно представить датчиком и исполнительным механизмом (рис. 13, б).

В диапазоне практических отклонений датчика можно принять

Al = kx Длгтр,

где Л/ — отклонение точки крепления троса к пружине компен сатора; kx — коэффициент пропорциональности; Ahrp — откло нение толщины слоя хлебной массы.

Уравнение динамического равновесия золотника имеет вид

т rf2A/z3 = R t - R t - F {

(49)

где т — масса подвижных деталей, связанных с золотником, при веденная к центру тяжести золотника; Ahs— отклонение золот ника гидроусилителя; Rly R2 — усилия деформации пружин соответственно компенсатора и гидроусилителя; Fe — сила вяз кого трения золотника.

Обозначая силы в установившемся режиме через Ru Rl и Fe и учитывая, что FQ = О, напишем

ft = R\ + Ci Ahu R2 = F& + C2 Ah2;

где Cj, С2 — жесткость пружин компенсатора и гидроусилителя; Ahx, Ah2 = Ah3 — деформации пружин компенсатора и гидро усилителя относительно исходного равновесного состояния зо лотника.

Уравнение движения золотника с учетом этих зависимостей будет

т	№ 3 +		е Й Д ^ +		^ ^ =	C i А		^	( 5 0 )
Перемещение	точки		0Л	вдоль оси золотника при изменении
толщины слоя А Н и положения TJJ рычага настройки
		А/ =		Л/, — А1и					(51)
где А/2 = ^2 Ai\|) — отклонение золотника						при изменении			положе
ния рычага настройки;			k2	— коэффициент			пропорциональности;
. А/	=	Aht	+	Ah2 =	k2 Ля\|) —		&j	A / i x p .
Подставляя значение			A/i, в уравнение				(50)	и приводя	послед
нее к стандартному виду, получим
(ТУ•+		Уд!р +		1)АЛ3 .= К{Ау-			АЛт р ),		(52)
где
	т -	—	m		т	9

Таким образом, уравнения (52) и (44) движения рассмотрен ных датчиков толщины слоя и момента по натяжению ремня ана логичны и. эти датчики в динамическом отношении идентичны. Исполнительные механизмы рассмотренных регуляторов одина ковы, поэтому системы уравнений (47) и (48) будут также описы вать динамические качества регулятора толщины слоя.

Следует отметить неблагоприятное влияние установки пру жинного компенсатора на входе "в усилительный элемент регу лятора. Это связано с тем, что спектр основных частот полезного сигнала и частота собственных колебаний пружинного компен сатора близки между собой, что неблагоприятно из-за возможного появления резонансных колебаний.

Электромеханический регулятор АРМ толщины слоя отли чается от рассмотренного гидромеханического наличием электро механического преобразователя отклонения датчика в смещение золотника гидроусилителя [20]. Электромеханический преобра зователь состоит из контактного устройства, переключаемого рычагом датчика, и электромагнитного привода золотника.

Электромагнитный привод золотника имеет высокое быстро действие, по сравнению с другими элементами регулятора, по этому его можно рассматривать как нелинейное звено с релейной характеристикой общего вида с коэффициентом возврата т < 1.

Рис. 14. Принципиальная (а) и функциональная (б) схемы гидромеханического регулятора РМ-3 загрузки по толщине слоя с усилителем типа сопло—заслонка:

— п о л о з ;

2 — у с т а н о в о ч н ы й

винт; 3 — шток; 4 и 9

— полости;

5 — п о д в и ж н о е

сопло;

— г и д р о у с и л и т е л ь ; 7

— в и н т р е г у л и р о в к и подачи;

— п р у ж и н а

у с и л и т е л я ; 10

— ги

д р о ц и л и н д р

в а р и а т о р а ;

/ / —

п р у ж и н а ;

— в а р и а т о р

х о д о в о й

части;

13 — п о с т о я н н ы й

д р о с с е л ь ;

— р е г у л и р у е м ы й

д р о с с е л ь ;

— н а п о р н ы й клапан;

—

п р е д о х р а н и т е л ь

ный

к л а п а н : 17 —

р а с п р е д е л и т е л ь н ы й

к р а н

Следовательно, динамические качества электромеханического ре гулятора также описываются системами уравнений (46) и (47), только с релейной характеристикой общего вида.

Принципиальная схема гидромеханического регулятора тол щины слоя РМ-3 статического типа показана на рис. 14, а [11]. В этом регуляторе использован датчик толщины слоя хлебной массы, аналогичный датчику регулятора РП и гидроусилитель

с переменным дросселем типа сопло—заслонка, обеспечивающий с помощью пружины 11 однозначную зависимость между толщи ной слоя хлебной массы (пропорциональной подаче) и положением поршня гидроцилиндра 10.

С изменением толщины слоя подаваемой хлебной массы изме няется положение штока 3, давление в полости 4, а значит и в по лости 9, и устанавливается новое положение поршня гидроци линдра 10 вариатора, уравновешиваемого силой деформации пру жины 11. В регуляторе предусмотрена возможность оперативного вмешательства комбайнера в процесс регулирования с помощью рукоятки дросселя 14, выведенной на рулевую колонку.

Регулятор настраивают на требуемую подачу изменением на тяжения пружины 8 с помощью винта 7 или изменением зазора между штоком 3 и винтом 2.

Хозяйственные испытания регулятора РМ-3 на Северо-Кав казском МИС показали, что при его установке повышается производительность комбайна; показатели регулятора РМ-3 по стабилизации загрузки были близки к показателям других испытывавшихся регуляторов. Вместе с тем испытания выявили и ряд недостатков этого регулятора, основные из которых: снижение чувствительности и быстродействия с увеличением температуры рабочей жидкости свыше 60° С, а также изменение статической' характеристики исполнительного механизма под влиянием пере менной нагрузки на штоке гидроцилиндра и температуры рабочей жидкости.

Указанные недостатки можно устранить применением двухкаскадных гидроусилителей типа сопло—заслонка или других средств, обеспечивающих разделение измерительной и силовой части регулятора. В связи с этим важно выявить возможность и целесообразность использования статических регуляторов за грузки молотилки, для чего проведем анализ статической САР загрузки.

Уравнение движения	поршня гидроцилиндра запишем	так:
m d*AHdfl - =	APpSn-R-Fe-RBli(t),	(53)

где т — масса движущихся деталей, связанных с поршнем, при веденная к центру тяжести поршня; Арр — изменение давления масла в рабочей полости гидроцилиндра; Sn — площадь поршня, на которую действует рабочее давление; R — усилие деформации пружины / / (рис. 14); Рв — силая вязкого трения поршня и штока; RBli (t) — переменная нагрузка на штоке, вызываемая главным образом изменением условий передвижения комбайна.

Силы, действующие на поршень гидроцилиндра, будут

ppSa = pp5n		+ App Sn ;
R = R°-i-CAH;	Fe	= AFe = Q	rfAff
			dt
4 H . H . Н а с т е н к о			49

<<< < Предыдущая 1 2 3 45 / 245 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 > Следующая >>>

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ