курсовая работа / для курсача по ТАУ / rgz

9.2.Электрогидравлический усилитель

ссиловой обратной связью

Электрогидравлический усилитель с силовой обратной состоит из гидро- механического преобразователя и гидроусилителя с силовой обратной связью.

Гидроусилитель имеет усилительную ступень в виде сопла-заслонки и управляющую ступень в виде золотникового распределителя. Силовая обратная связь в гидроусилителе выполнена в упругого стержня, жестко связанного од- ним концом с заслонкой, а другим - с золотником. Схема электрогидравличе- ского усилителя приведена на рис. 9.2. Здесь гидроусилитель включает золот- ник 4, упругий стержень 1, нерегулируемые дроссели 5, заслонку 1 и сопел 2.

Рис. 9.2. Электрогидравлический усилитель с силовой обратной связью

Электрогидравлический усилитель работает следующим образом. При подаче напряжения на ЭМП в обмотке управления возникает ток, и якорь ЭМП вместе с заслонкой отклоняются от нейтрального положения. Отклонение за-

слонки от нейтрального положения вызывает изменение расходов через сопла и перепад давлений в полостях А и Б, необходимый для управления золотником .

Описание динамики гидроусилителя выполнить с учетом массы золотни- ка, силы трения и сжимаемости жидкости при малых отклонениях заслонки от нейтрального положения.

Внешнюю моментную характеристику электромеханического преобразо- вателя использовать в виде линейной зависимости момента M я , развиваемого

якорем от тока управления iу и угла ϕя поворота якоря

M я = KM .iiу − KM .ϕϕя

где KM .i , KM .ϕ - коэффициенты внешней моментной характеристики. Демпфирующий момент M Д , возникающий при вращении якоря опреде-

Так как заслонка жестко связана с одной стороны с якорем, а с другой – с упругим стержнем, и имеет возможность поворачиваться вокруг оси совместно

с ними, то гидродинамическая сила FГз. Д и сила Fо.с , изгибающая стержень, при повороте заслонки и перемещении якоря, создают момент M н

Mн = FГз. Д l + Fо.сlо.с ,

где l - расстояние от центра вращения до оси сопел; lо.с - расстояние от центра

вращения до оси золотника.

Этот момент необходимо учесть при составлении уравнения динамики

якоря.

Силу Fо.с , изгибающую стержень, можно определить по известному из

сопротивления материалов соотношению

где Eст - модуль упругости материала, из которого изготовлен стержень; Iст - момент инерции сечения стержня относительно главной центральной оси, пер- пендикулярной к плоскости изгибающей силы; lст - длина стержня; ϕя - угол поворота заслонки; xз - перемещение золотника.

Силу трения считать вызванной жидкостным трением и определять по формуле

Fт р = kт р dxdtз ,

где kтр - коэффициент трения, x з - перемещение золотника.

Зависимость расхода жидкости Qу , обеспечивающего перемещение зо- лотника, от отклонения hу заслонки от нейтрального положения и разности давлений pу = pу1 − pу2 в полостях А и Б заменить линейной зависимостью

Qу = KQhhу − KQp pу ,

где KQh и K Qp - коэффициенты линеаризации.

Гидродинамическую силу FГД , действующую на золотник со стороны

жидкости, протекающей через золотниковый распределитель к исполнительно- му двигателю, определять по формуле

FГД = −2cГД xз ,

где cГД - коэффициент жесткости гидродинамической пружины (гидродинами-

ческая сила имеет линейную зависимость аналогично силе пружины отсюда и название коэффициента).

За входное воздействие принять отклонение заслонки от нейтрального положения, а за выходную величину (т.е. регулируемую) принять перемещение золотника. Значения параметров для различных вариантов приведены таблице

9.2.

10.ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ПРИВОД

Всовременных системах автоматического регулирования и управления широко применяются электрогидравлические и электропневматические следя- щие приводы с дроссельным регулированием. Управляющая часть таких при- водов состоит из электрических устройств, которые воспринимают задающие воздействия, сравнивают их с сигналами обратной связи и вырабатывают сиг- налы управления силовой частью. В силовую часть входят исполнительный двигатель и регулирующее устройство. Для уменьшения мощности, потребляе- мой управляющей частью, в регулирующее устройство, кроме распределителя потока жидкости или газа, обычно включают промежуточные гидро- или пнев- моусилители. Сигналы обратной связи от выходного звена исполнительного двигателя создаются с помощью датчиков обратной связи, в качестве которых испоьзуют электрические потенциометры, индуктивные датчики перемещения, сельсины, тахогенераторы.

10.1 Электрогидравлический следящий привод

Электрогидравлический следящий привод, схема которого приведена на рис. 10.1, состоит из усилителя электрических сигналов, электромеханического преобразователя, гидроусилителя, исполнительного двигателя, датчика обрат- ной связи. В гидроусилителе для обеспечения пропорциональной зависимости перемещений золотника от перемещений заслонки, применены пружины. В ка- честве исполнительного гидродвигателя используется гидроцилиндр. В качест- ве датчика обратной связи применен потенциометр, щетка потенциометра не- посредственна закреплена штоке гидроцилиндра, а каркас с обмоткой потен- циометра жестко связан с корпусом гидроцилиндра. Усилитель электрических сигналов выполняет две функции: сравнивает напряжение с выхода потенцио- метра с управляющим напряжением, а полученную разность напряжений уси- ливает.

Рис. 10.1. Электрогидравлический следящий привод

Привод работает следующим образом. При подаче управляющего напря- жения на вход усилителя 1 возникает ток в обмотке управления, и якорь элек- тромеханического преобразователя вместе с заслонкой 2 отклоняется от ней- трального положения; золотник 3 гидроусилителя под действием разности

управляющих давлений смещается от нейтрального положения, соединяя одну полость гидроцилиндра 4 с напорной линией, а другую – со сливной линией. Поршень 5 под действием разности давлений в полостях гидроцилиндра пере- мещается до тех пор, пока управляющее напряжение не будет скомпенсировано напряжением, подводимым к усилителю с выхода потенциометра 6 обратной связи. После этого ток в обмотке управления электромеханического преобразо- вателя становится равным нулю, якорь, заслонка и золотник приходят в ней- тральное положение, а поршень гидроцилиндра занимает новое установившее- ся положение. Таким образом, изменяя управляющее напряжение на входе в усилитель 1, можно управлять положением выходного звена привода.

Описание динамики электрогидроусилителя с золотником нагруженным пружинами выполнить без учета массы золотника, силы трения и сжимаемости жидкости при малых отклонениях заслонки от нейтрального положения.

Внешнюю моментную характеристику электромеханического преобразо- вателя использовать в виде линейной зависимости момента M я , развиваемого

якорем от тока управления iу и угла ϕя поворота якоря

M я = KM .iiу − KM .ϕϕя

где KM .i , KM .ϕ - коэффициенты внешней моментной характеристики. Демпфирующий момент M Д , возникающий при вращении якоря опреде-

сопла).

Так как заслонка жестко связана с якорем и имеет возможность повора- чиваться вокруг оси совместно с ним, то гидродинамическую приложенную к заслонке нужно учесть при составлении уравнения вращения якоря.

Силу трения считать вызванной жидкостным трением и определять по формуле

Fт р = kт р dxdtз ,

где kтр - коэффициент трения, x з - перемещение золотника.

Зависимость расхода жидкости Qу , обеспечивающего перемещение зо- лотника, от отклонения hу заслонки от нейтрального положения и разности давлений pу = pу1 − pу2 в полостях А и Б заменить линейной зависимостью

Qу = KQhhу − KQp pу ,

где KQh и K Qp - коэффициенты линеаризации.

Гидродинамическую силу FГД , действующую на золотник со стороны

жидкости, протекающей через золотниковый распределитель к исполнительно- му двигателю, определять по формуле

FГД = −2cГД xз ,

где cГД - коэффициент жесткости гидродинамической пружины (гидродинами-

ческая сила имеет линейную зависимость аналогично силе пружины отсюда и название коэффициента).

Вместо реальной расходно-перепадной характеристики золотникового

распределителя использовать аппроксимированную характеристику

Qз = KQ.x xз − KQ. p pн ,

где KQ.x и KQ. p - коэффициенты линеаризации; xз - малое отклонение пере- мещения золотника относительно перемещения xз.0 , соответствующего устано- вившемуся режиму; pн = p1 − p2 - малое отклонение перепада давлений в по-

лостях гидроцилиндра относительно перепада, соответствующего установив- шемуся режиму.

Любой привод при работе должен преодолевать те нагрузки (силы и мо- менты сил), которые действуют на его выходное звено со стороны управляемо- го объекта. При расчетах приводов следует учитывать инерционную и позици- онную нагрузки, а также силы трения. Инерционная нагрузка создается масса- ми перемещаемых с ускорением частей управляемого объекта и выходного зве- на. Массы перемещаемых приводом частей при исследовании его динамики обычно заменяют приведенной к направлению движения выходного звена мас- сой.

Позиционная нагрузка характеризуется зависимостью преодолеваемых приводом усилий от перемещения выходного звена. Позиционную нагрузку оп-

ределять по линейной зависимости от положения выходного звена

F = cн yшт ,

где cн - коэффициент нагрузки; yшт - перемещение штока.

Силы трения, нагружающие выходное звено привода, возникают при движении частей управляемого объекта в окружающей среде, а также вследст-

вие трения в элементах соединения выходного звена с управляемым объектом и вследствие трения в исполнительном гидродвигателе. Силу трения определять

по формуле

Fт р = kт р dyшт , dt

где kтр - коэффициент трения.

Зависимость напряжения uо.с на выходе потенциометра от перемещения щетки yщ принять линейной

uо.с = Kп.о.с yщ ,

где Kп.о.с - коэффициент передачи потенциометра.

Так как щетка потенциометра непосредственно закреплена на штоке гид- роцилиндра, yщ = yшт .

Усилитель электрических сигналов считать пропорциональным звеном,

для описания которого использовать уравнение

uус = K ус (uвх − uо.с ) ,

где Kус - коэффициент усиления усилителя; uвх - управляющее напряжение на входе усилителя; uус - напряжение на выходе усилителя.

Напряжение uус и ток iу в обмотке управления электромеханического

преобразователя считать связанными уравнением

uус = Lу didtу + (Rу + Rвых )iу ,

где Lу -индуктивность обмотки управления; Rу - активное сопротивление об- мотки управления; Rвых - активное сопротивление выходного канала усилителя.

Значения параметров для различных вариантов приведены в таблице 10.1.

Таблица 10.1