Гидропневмоавтоматика и гидропривод мобильных машин. Средства гидропневмоавтоматики

где Z2 ~ перемещение жидкости на выходе магистрали; y„j„ — минимальное переме­ щение поршня; ^2 ~ коэффициент податливости,характеризующий суммарную дефор­ мацию объема жидкости в узле при изменении давления.

Этот коэффициент определяется выражением:

где А„ и E„Q— параметры,характеризующие жидкую фазу; а — начальный объем воз­ духа в гилровоздушной смеси; р„^, PQ Wр ~ максимальное.начатьное и текущее давле­ ние жидкости; n—l , i - показатель политропы.

Уравнение баланса расходов в узле У, :

р

где ijfi - коэффициент податливости жидкости в узле У, определяемый по уравне­ нию (5.35).

Величина Ц2Л2 является функцией перемещения х заслонки.а х —функция времени, то есть эти параметры могут задаваться уравнениями;

= / , ( г ) и л- = /з (г )

в приведенной математической модели гидросистемы учитывалась податливость жидкости только в междроссельной камере усилителя и в рабочей полости исполни­ тельного механизма. Если податливость магистрали.соединяющей усилитель с исполни­ тельным механизмом велика (например, использованы гибкие эластичные шланги),то

Решение с помощью ЭЦВМ полученной системы уравнений позволяет определить дав­ ление.перемещение,скорость в различных узлах и другие параметры,являющиеся функ­ циями времени,то есть рассчитать динамику гидросистемы, оценить влияние ее конст­ руктивных параметров на динамические процессы. Такая модель наиболее применима ZU14 других типов усилителей, имеющих аналогичную схему (см. рис. 5.4).

5.4. Струйные усилители

Изготовление усилителей с дроссельный управлением требует соблюдения высокой точности размеров их деталей, нарушение которых может стать причиной заклинивания трущихся пар. На их работоспособность могут существенно сказаться изменение темпе­ ратуры и загрязнение рабочего тела, вызывающее облитерацию рабочих щелей и закли­ нивание подвижных частей механическими примесями. Ряд этих недостатков исключа­ ется в струйных усилителях. Последние не требуют такого высокого качества изготовле­ ния,как золотниковые,не подвержены облитерации,мало чувствительны к загрязнению рабочего тела и изменению температуры.Точность усилителя со струйной трубкой вы­ ше,чем у однощелевого золотникового усилителя,но ниже,чем у четырехщелевого. Мак-

92 Глава 5

5.5. Золотниковые и многокаскадные усилители

Золотниковые усилители относятся к дросселирующим устройствам,так как обеспе­ чивают управление расходом рабочего тела посредством изменения плошади проходно­ го сечения дросселирующих щелей. При изменении этой плошади устанавливается не­ обходимое соотношение между расходом рабочего тела, проходящего через шель.и пе­ репадом давлений на ней.Золотниковые устройства в усилителях могут быть цилиндри­ ческими или плоскими.

Конструктивная схема простейшего золотникового трехлинейного усилителя с дву­ мя дросселями приведена на рис.5.7. Принципиальная схема его аналогична одношеле-

Усилитель является простым дросселирующим клапаном, имеет одну щель 3 с перемен­ ной площадью проходного сечения,содержит золотник 2,размещенный в гильзе (кор­ пусе) 1.При смешении золотника вправо давление во внутренней полости усилителя и в рабочей камере исполнительного механизма 4 повышается,поршень последнего пере­ мешается влево. Обратный ход поршня осуществляется возвратной пружиной 5. Усили­ тель имеет сушественно нелинейные характеристики,поэтому применяется ограничено, хотя конструкция его отличается простотой.

На рис. 5.7, в, г показаны схемы четырехлинейных (четырехходовых) золотниковых усилителей с четырьмя дросселями,работающих соответственно от источников с посто­ янным давлением и постоянным расходом. Четырехходовые усилители получили наи­ большее распространение. В зависимости от конструкции золотники 1 имеют два,три и более буртиков.а также четыре рабочие кромки 2.4,5 и 7.находящиеся против кромок отверстий в гильзе З.При перемещении золотника вправо давление р, повышается.а Р2 понижается.так как одновременно образуются две щели.одна из которых соединяет ра­ бочую камеру исполнительного механизма 8 с магистралью подачи рабочего тела,а дру­

гая —вторую камеру исполнительного механизма с магистралью слива.Поршень испол­ нительного механизма перемещается вправо. Если золотник 1 смешается влево,то P2>Pi и поршень движется тоже влево. При изменении площади проходных сечений рабочих щелей обеспечивается необходимый перепад давлений на щелях и требуемое управле­ ние скоростью движения поршня в зависимости от перемещения золотника.

Круглая форма окон в гильзе не позволяет получать линейную характеристику уси­ лителя, поэтому в последнее время получили распространение золотниковые усилители с прямоугольными и другими формами рабочих окон. Из-за простоты технологии изго­ товления круглые окна еще используются в современных золотниковых усилителях.

Золотниковые усилители с положительным перекрытием имеют существенную зону нечувствительности,потому что буртик золотника шире окна в гильзе.Этот недостаток устранен в золотниковых усилителях с нулевым перекрытием, но технология изготовле­ ния таких золотниковых пар из-за обеспечения необходимой точности размеров деталей значительно сложнее.В усилителяхс отрицательным перекрытием происходит перепуск рабочего тела от источника питания на слив даже в нейтральном положении золотни­ ка (плунжера),Чувствительность этого усилителя выше,потребляемая мощность малая, но в нем велик непроизводительный расход потока мощности рабочего тела,а также он чувствителен к изменению нагрузки на исполнительном механизме. Увеличение мощ­ ности исполнительных механизмов путем включения источника питания с высоким

в узле У| повышается, а в узле У, снижается.

Схемы многокаскадных ycuAumejieu.

Золотник 5 перемещается в корпусе 4 вправо.

94 Глава 5

Рабочее тело под давлением подводится в левую рабочую камеру исполнительного ме­ ханизма, а из правой поступает в сливную магистраль. Поршень перемешается вправо. Мошность,затрачиваемая на управление первым каскадом усиления.невелика.а на вы­ ходе второго каскада получается значительное увеличение мошности. Дроссели 3 с по­ стоянной площадью проходного сечения служат для снижения давления рабочего тела и его расхода через сопла.С помошью пружин 6 золотник 5 устанаачивается в нейтраль­ ное положение.

На рис. 5.8.. б, приведена другая схема двухкаскадного усилителя, первый и второй каскады которого образованы соответственно усилителями в виде струйной трубки 1 с приемным узлом 2 и золотниковым устройством 3 ,соединенным с исполнительным механизмом 4,Для управления входным каскадом требуется небольшая мошность.а на выходе второго каскада мощность значительно повышается. Работа этих каскадов опи­ сана выше.

5.6. Усилители мощности с обратной связью

в тех случаях, когда требуется повышенная точность или когда значительно изменя­ ются нагрузки и другие факторы,влияющие на выходные параметры системы,в усили­ телях необходимо использовать различные обратные связи (ОС). Применение ОС позво­ ляет сравнивать сигнал, пропорциональный значению выходного параметра системы.с величиной входного сигнала. Контролируемая разность между этими двумя сигна1 ами, или сигн;ц1 ошибки.используется для уменьшения рассогласования между входом и вы­ ходом системы до нуля.

Гидроусилитель с жесткой механической обратной связью. На рис. 5.9. показана схема гидроусилителя с механической ОС (кинематической ОСпо положению).состоящего из

лотник в нейтрапьное положение.Поршень остановится в новом положении,зависящем от величины заданного перемещения верхнего конца рычага.

Благодаря возможности применения золопн^кового распределителя с положитель­ ным перекрытием усилитель имеет малые утечки при всех установившихся значениях сигнала управления и обладает повышенной жесткостью к внешним нагрузкам,прило­ женным к исполнительному механизму.

Гидроусилитель с силовой обратной связью по положению. Схема такого усилителя показана на рис.5.10.Отличие этой схемы от приведенной на рис.5.9.в том.что верхний конец дифференциального рычага ОС I связан с корпусом через поворотную опор\ и

96 Глава 5

ктрические, электромагнитный дифференциальные, поляризованные, пьезоэлектричес­ кие,магнитострикционные и др.Последние два не нашли широкого практического при­ менения.

По способу обеспечения пропорциональности между перемещением ведомого звена электрогидравлических усилителей и сигналом управления последние могут включать обратные связи (ОС) или не иметь их.

Одна из схем усилителей без ОС приведена на рис.5.12 .Усилитель содержит элект­ ромеханический преобразователь 1 .управляющий заслонкой 2 первого каскада усиле­

вместе с нижним концом пружины 3 ОС и создает момент на заслонке. Кроме послед­ него на заслонку действует момент,обусловленный током управления в преобразовате­ ле 1.Как только эти моменты сравняются,заслонка возвратится в исходное положение, а золотник и исполнительный механизм останавливаются.

Этот усилитель исключает недостатки усилителя без ОС, но на некоторых режимах

по обе стороны его пружины 6,опирающиеся на

обратной связью по скорости.

98 Глава 5

стенки полости в поршне 8. Подвижный элемент 2 в виде насадка и диск 7 соединены с рычагом 9.

При подаче сигнала управления рычаг 9 и подвижный элемент 2 поворачиваются,

ветствует определенная деформация пружины 10 ОС,а следовательно, и расход рабочей жидкости через гидроцилиндр. В этом усилителе изменение нагрузки не оказывает вли­ яния на скорость движения поршня.

Электрогидравлический усилитель с ОС по давлению нагрузки показан на рис. 5.17. Он содержит электромеханический преобразователь 1 .двухшелевой распределитель соп­ ло-заслонка 2,золотниковый распределитель,исполнительные гидролинии 6 и 7,соеди­ ненные с исполнительным механизмом. Магистрали 3 и 4,8 и 9 не сообщаются между собой и подсоединены к отдельным полостям распределителя 5.

Золотник передвигается при смещении заслонки,но как только осевые усилия на зо­ лотнике, создаваемый перепадом давления в междроссельных камерах гидроусилителя сопло-заслонка и перепадом давления в исполнительных гидролиниях золотникового распределителя станут равными, золотник остановится. Введение отрицательной ОС по давлению нагрузки делает нечувствительным усилитель к изменению расхода.

Известны также электрогидравлические усилители с силовой ОС по положению и дополнительной положительной ОС по давлению нагрузки на управляющем элементе второго каскада,а также другие схемы усилителей.