Материал: 2008
является одноконтурным, в противном случае – многоконтурным. Обратные связи могут быть механическими (кинематическими), электрическими, гидравлическими и комбинированными. Следящие силовые гидроприводы, имеющие механическую обратную связь, чаще всего с единичным коэффициентом усиления (жесткую единичную отрицательную обратную связь), называются также гидроусилителями мощности (усилия или момента). По количеству гидравлических каскадов усиления СГП делятся на приводы с одно-, двухили многокаскадным усилением. В двухкаскадных СГП первым каскадом усиления является гидроусилитель, а второй каскад, состоящий из распределителя и гидродвигателя, представляет собой силовой исполнительный каскад. По принципу действия (по виду обратной связи) различают СГП позиционного, скоростного и комбинированного (позиционно-скоростного) типов. По характеру управления СГП различают приводы непрерывного (аналогового), дискретного и комбинированного управления. По количеству дросселирующих щелей в управляющих гидрораспределителях СГП с дроссельным регулированием скорости делятся на приводы с одно-, двух- и четырехщелевыми распределителями золотникового, кранового или клапанного типов, с распределителями типа «сопло-заслонка» или «со струйной трубкой». В силовых каскадах СГП наибольшее распространение получили цилиндрические золотниковые гидрораспределители с осевым перемещением регулирующего органа.
В гидроприводе с последовательным дроссельным регулированием
(рис. 47) регулирование скорости достигается за счет изменения Qg расхода
через исполнительный двигатель – гидроцилиндр 2 при дросселировании жидкости в золотниковом распределителе.
76
Рис. 47. Типовая схема электрогидравлического следящего привода дроссельного регулирования скорости
Маломощный задающий сигнал в виде напряжения Ulx подается на вход электронного усилителя 5, на который подаются также сигналы датчиков обратной связи по положению 3 и скорости 4. На выходе электронного усилителя 5 в результате сравнения и усиления задающего сигнала и сигнала датчика обратной связи по положению (ДОС) и при учете корректирующего сигнала датчика обратной связи по скорости формируется сигнал рассогласования в виде тока I, который подается на электромеханический преобразователь (ЭМП) 6. Последний преобразует этот сигнал в перемещение Z заслонки первого каскада гидроусилителя (ГУ) 7. Это перемещение в свою очередь преобразуется в перепад давления P3 P4 на торцах золотникового распределителя (ЗР) I второго каскада ГУ. Под действием этого перепада золотник перемещается по оси Х от нейтрального положения, открывая проход жидкости в плоскости цилиндра 2. Поршень его при этом двигается в ту же сторону, что и смещение золотника X. Вместе с перемещением поршня y меняется сигнал датчика обратной связи по положению. Когда этот сигнал станет равным задающему сигналу, на выходе усилителя 5 появится нулевой сигнал, заслонка устанавливается в среднее положение, давления P3 P4 уравновешиваются и золотник занимает среднее (нейтральное) положение, перекрывая проход жидкости в полости цилиндра (Qg = 0), прекращая движение
поршня. В качестве источника питания 8 в схеме использован насос нерегулируемого типа 13 с аккумулятором 9 и сливным клапаном II. СГП с дроссельным регулированием отличаются простотой конструкции, обладают высоким быстродействием, относительно большой линейностью характеристик и энергоемкостью. Их недостатками являются: низкий кпд, малая механическая жесткость из-за утечек жидкости и небольшой коэффициент усиления, большой нагрев жидкости при дросселировании. Эти приводы находят широкое применение в СГП небольшой мощности (2–3 кВт).
77
Рис. 48. Типовая схема электрогидравлического следящего привода объемного регулирования скорости
В гидроприводе объемного регулирования (рис. 48) изменение объемов рабочей жидкости Qg , поступающей в исполнительный двигатель 10, а
следовательно, и его скорости g осуществляется путем изменения рабочего
объема насоса 3. Величины расхода и давления рабочей жидкости на выходе насоса являются функциями положения его регулирующего органа и нагрузки 8. Изменение положения регулирующего органа насоса производится механизмом управления 2, в качестве которого использован электрогидравлический следящий привод с дроссельным регулированием. Сигнал ошибки по положению формируется с помощью двух СКВТ 14, один из которых, датчик Д, связан с задающей осью, а другой – приемник П, связанный с исполнительной осью, – входит в цепь обратной связи по положению. Сигнал ошибки усиливается в электронном усилителе I и подается на вход механизма управления насосом. В качестве датчика обратной связи по скорости используется тахогенератор 7, связанный с валом гидродвигателя. Кроме указанных обратных связей, в механизме управления насосом имеется отрицательная обратная связь по положению люльки насоса, реализуемая с помощью потенциометра. Гидравлическая схема привода также включает предохранительные клапаны 5, фильтры 6, обратные клапаны 4 и систему подпитки с насосом подпитки 13, сливным клапаном 12 и редукционным клапаном П. Гидроприводы объемного регулирования обладают высоким кпд, жесткой механической характеристикой, большим диапазоном регулирования, плавностью движения на малых скоростях, однако они имеют более сложную конструкцию и меньшее быстродействие, чем приводы дроссельного регулирования. Принцип объемного регулирования скорости применяется в
78
следящих электрогидравлических приводах мощностью от 1 до 100 кВт и более.
Гидравлические следящие приводы нашли применение в различных отраслях техники и особенно в рулевых системах управления современных мобильных машин. Они являются эффективным средством автоматизации производства в машиностроении; в станкостроении успешно используются для копирования обрабатываемых деталей и перемещений, в агрегатных станках и автоматических линиях – для выполнения точных делительных и установочных операций, составляют основу большинства систем числового программного управления; в авиации, ракетной технике широко распространены в системах ручного и автоматического управления в форме бустеров, гидроусилителей, автопилотов, систем наведения и др. Следящий гидропривод предназначен для обеспечения движения выходного звена по определенному закону в зависимости от задающего воздействия управляющего элемента системы (входа). Выходное звено – это обычно шток гидроцилиндра или вал гидромотора, связанный с рабочим органом машины, а входное звено – управляющий элемент, на который подается входной сигнал. Управляющий элемент может быть дроссельного типа, в виде золотникового распределителя либо в виде гидрораспределителя типа «сопло-заслонка» и др. В большинстве случаев использования следящего гидропривода к функциям слежения добавляются также функции усиления управляющего сигнала по мощности, поэтому следящий гидропривод часто называют гидроусилителем. Степень усиления выходной мощности (коэффициент усиления по мощности) практически неограниченна. В усилительном звене следящего гидропривода благодаря постороннему источнику энергии входной сигнал претерпевает многократное усиление, а между входом и выходом обеспечивается с определенной точностью следящее движение, при котором выход следит за перемещением входа. Для этого в гидроусилителях обычно применяют отрицательную обратную связь, передающую выходной сигнал на вход (к управляющему элементу). Обратной связью называют элемент системы, соединяющий какое-либо звено с одним из предыдущих звеньев и замыкающий тем самым всю систему или часть ее. В результате выход (гидродвигатель) посредством обратной связи сообщает входу (золотнику) движение, обратное тому, которое он получил от задающего устройства (ручки управления и т. п.). Связь называется отрицательной потому, что воздействие, поступающее от нее на вход гидроусилителя, противоположно по знаку основному входному воздействию от задающего устройства. Существуют различные виды обратных связей, из которых наиболее широко применяется жесткая обратная связь выхода с входом по положению. Благодаря обратной связи следящий гидропривод обеспечивает с определенной точностью соответствие входа и выхода. Следящие гидроприводы должны обладать требуемой точностью, чувствительностью, быстротой действия и устойчивостью. Точность характеризуется ошибкой (погрешностью), с которой гидродвигатель (выход)
79
воспроизводит перемещение управляющего элемента. Чувствительность определяется способностью гидродвигателя реагировать на перемещение управляющего элемента. Быстрота действия – это время, в течение которого выходное звено реагирует на перемещение входного звена. Под устойчивостью системы понимают ее способность возвращаться в первоначальное состояние после прекращения действия источника возмущения. Если же этого не происходит, то система называется неустойчивой.
Принцип действия следящего гидропривода
Принципиальная схема простейшего однокаскадного следящего гидропривода с жесткой кинематической обратной связью показана на рисунке 49. Следящий гидропривод состоит из задающего устройства (ручки управления) 1, рычага 2, дросселирующего гидрораспределителя с нулевым перекрытием, гидроцилиндра 4 с поршнем 5 и штоком 6. К гидрораспределителю, соединенному гидролиниями с полостями гидроцилиндра, подключены гидролинии нагнетания и слива. Рычаг 2 связывает шток гидроцилиндра с золотником гидрораспределителя. Шток 6 гидроцилиндра связан также с исполнительный механизмом. При повороте ручки управления 1 вправо повернется относительно точки Б рычаг 2, который сместит вправо золотник гидрораспределителя 3, и рабочая жидкость начнет от насоса поступать в правую полость гидроцилиндра 4, а из его левой полости – вытесняться в сливную гидролинию. Поршень 5 гидроцилиндра под действием давления жидкости сместится влево и повернет рычаг 2 относительно точки А, при этом золотник гидрораспределителя 3 также сместится влево, перекроет гидролинии и поршень 5 со штоком остановятся. Здесь поршень 5 гидродвигателя «следит» за движением золотника, а обратная связь между ними осуществляется с помощью рычага 2. При повороте ручки управления и смещении золотника в противоположную сторону все элементы движутся в обратном направлении. Информацию о положении исполнительного органа выдает золотнику рычаг 2 обратной связи, который и устанавливает золотник в процессе слежения в нейтральное положение.
80