Элементы и функциональные группы  гидравлических схем.

 

Функциональными элементами схем являются гидромашины, устройства управления и вспомогательные устройства. Основной тип элементов и связей - гидравлические, однако могут использоваться также механические и электрические.

При описании конкретного гидропривода его характеристики склады­ваются из характеристик гидропередачи согласно ГОСТ 17752-81 и устройства управления, Доминирующее при­менение в промышленности имеют насосные и, как их подвид, магистраль­ные гидроприводы с разомкнутым кругом циркуляции потока, основными признаками которых являются признаки управления [1].

Схемы управления по своему построению подчиняются общей теории автоматического управления и таким образом гидроприводы могут рассматриваться как системы автоматического регулирования (САР).

Управление гидравлическими приводами осуществляется, как в подготовительной фазе – настройка, так и в процессе работы гид­ропривода - регулирование. Так в подготовительной фазе производится настройка, определяющая тип гидропривода: привод постоянного расхода и привод постоянного давления. Схемные различия заключаются в отсутствии нормально открытого переливного клапана - приводы постоянного расхода, или его наличии - приводы постоянного давления. Кроме того, производится зарядка аккумулятора на определенное давление р _0, настройка величины рабочего объема насоса, а также настройка на синхронизацию движений ведомых звеньев нескольких гидродвигателей, и другие операции. Регулирование параметров гидроаппаратуры производится в процессе работы гид­ропривода с целью оперативного управления параметрами ведомого звена гидродвигателя: направлением, величиной перемещения, скоростью и силовой характери­стикой.

Выполнению процедур управления отвечают наработанные или вновь создаваемые элементарные схемы, они же функциональные группы в сложных схемах гид­роприводов[2,20].

   

8.1.1 Управление направлением и величиной перемещения ведомого звена выполняются посред­ством позиционныхили дросселирующих распределите­лей, а также реле и аппаратуры синхронизации. В организации управле­ния направлением могут также участвовать делители и сумматоры потока, а также аппаратура, функции которой показаны в таблице 5. Очевидно, каждый потребитель должен иметь свой распределитель. Задача несколько усложняется при распределении мощности между несколькими гидродвигателями необходимостью разгрузки насоса в слу­чае отключения всех потребителей, т.е. при нейтральных положениях всех распределителей.

 

 

Рисунок 46 - Схемы управления 2-мя и более гидродвигателями: а) при последовательном соединении; б) и в) при параллельном соединении

 

При последовательном соеди­нении гидродвигателей обеспечивается возможность независи­мого включения каждого из них отдельно и одновременного вклю­чения хотя бы двух из них, при этом поток от насоса проходит последовательно через все распределители и включенные двигатели (рисунок 39,а). Требуемые параметры насоса, при этом определяются по закону последовательных соеди­нений:

 

                  рн = рi;    Qн = Qi.                                          (50)

 

    При параллельном соединении каждый из распределителей не может иметь разгрузочной нейтральной позиции, так как в этом случае произошло бы шунтирование любого автономно включаемого гидродвигателя. Проблема решается либо введением дополнительной ступени управления в виде распределителя общего включения (р1 на рисунке 39,б), либо введением дополни­тельной линии, связывающей последовательно насос и резервуар через параллельно подклю­ченные распределители (рисунок 39,в). Эта линия ра­ботает разгрузочно при нейтральных положениях всех распределителей и прерывается при включении любого из них.

Требуемые параметры насоса, при этом определяются по закону параллельных соеди­нений:

 

                                  рн = рi; Qн = Qi.                         (51)

 

8.1.1 Следящие гидроприводы. Здесь регулирование величины перемещения практически всегда производится связанно с управле­нием направлением. При этом достаточно часто решается задача обеспечения согласованных движений ведомых звеньев нескольких гидродвигателей. В основном это либо обеспечение определенного алгоритма включений в дискретном режиме, либо обеспечение сложных движений объекта в непрерывном режиме.

Рисунок 47 - Управление направлением и величиной перемещения бойков гидромашин ударного действия: а) – разомкнутая САР; б) – замкнутая САР

 

 

1 – насос (внешний источник энергии); 2 – гильза золотника; 3 – обратная связь;

4 – исполнительный гидроцилиндр; 5 – золотник усилителя; 6 – винт; 7 – рулевое колесо (задающее устройство)

 

Рисунок 48  - Принципиальная схема рулевого гидроусилителя автомобиля

 

 

 

 

Рисунок 49 - Следящий гидропривод гидрокопировального станка

 

 

    На рисунке 42 [5] управляющее перемещение Х от рулевого колеса 7 через винт 6 передается золотнику усилителя 5, в результате шток исполнительного гидроцилиндра 4 движется в том же направлении, чем обеспечивается соответствующий поворот колес автомобиля. Одновременно движение штока гидроцилиндра 4 передается через обратную связь 3 гильзе золотника 2, восстанавлвающей после перемещения на величину У нейтральное положение золотника 5. Таким образом, обеспечивается следящий способ соответствия управляющего и рабочего перемещений Х=i•У, где i – передаточное число механизма обратной связи 3.

    Примером согласования в следящем режиме движений двух объектов может служить схема на рисунке 49 гидрокопировального токарного полуавтомата [6,21]. Здесь достигается согласование движений резца вдоль двух осей координат. Механизм обеспечивает согласование движений гидроцилиндров поперечной Ц1 и продольной Ц2 подач по направлению и перемещению по замкнутой схеме посредством обратных механических свя­зей ОС1- от гильзы распределителя к гидроцилиндру Ц1, и ОС2 - от шаблона Ш к гидроцилиндру Ц2, а по скорости — регулятором расхода PP с внутренними обратными связями от потока на выходе до и после дросселя.  

     8 .2   Построение режимных и регулировочных характеристик

 

Одной из важных технических характеристик гидропривода является характеристика скорости ведомого звена, построенная в зависимости от установки регулятора или от изменения внешней нагрузки. В первом случае будем говорить о регулировочной характеристике, во втором — о режимной. Построение их для известных способов регулирования может быть произведено с использованием следующих методических рекомендаций.

 

    8.2. 1 Объемное регулирование

Обеспечивается изменением рабочего объема насоса (чаще), гидромотора и иногда обеих гидромашин. Достоинствами способа являются независимость скорости от нагрузки, если не учитывать влияния объемных потерь и сжимаемости жидкости, а также наибольшая из всех способов экономичность. Недостатками являются высокие капитальные затраты на приобретение регулируемых гидромашин и низкое быстродействие процесса регулирования.

 

 

Рисунок 4.5 – Характеристики гидромотора при объемном регулировании

 

 

Выходная скорость ведомого звена для гидромотора определяется по формуле:

.                           (60)

Изменение рабочего объема для каждой из гидромашин характеризуется параметром регулирования е = q/q_max, изменяемым в диапазоне 0...1.

    .                   (61)

Вид характеристик представлен на рисунке 4.5. Анализ их показывает предпочтительность регулирования насосом, так как здесь скорость изменяется в диапазоне 0...n_max, тогда как при регулировании рабочего объема гидромотора диапазон n’_max...n”_max ограничен минимальной скоростью гидромотора и соответствующей величиной e_м.min.

 

     8 .2. 2 Дроссельное регулирование привода постоянного давления

Обеспечивается последовательным дросселем со сбросом жидкости через переливной клапан. Очевидным недостатком дроссельного регулирования является низкий КПД. Достоинства — быстродействие, удобство автоматизации, низкие капитальные затраты на гидрооборудование.

Характеристики гидромотора и силового гидроцилиндра для случая, представленного на рисунке 4.6,а, строятся по формулам (4.43), (4.45), где расход двигателя, Q_д= DQ_др и может быть определен по формуле:

.

Здесь P_р — давление настройки переливного клапана в точке разделения потока; DP_д — перепад давления на двигателе, определяется для гидромотора и гидроцилиндра при показанном случае подключения из формул (4.41) и (4.44):

 

    ;                      (4.52)

    .          (4.53)

Перепад давления DP_т относится ко всему трубопроводу от точки разделения потока, исключая DP_др, а P_с = DP_с — ко сливному. После преобразований конечные формулы для построения характеристик имеют вид:

        

                              (4.54)        

               .                 (4.55)

 

На рисунке 4.6,в представлены графические характеристики скорости гидромотора: n_м(S_др) — регулировочная и n_м(М_м) — режимная. Обе характеристики ограничены величиной n_max для полностью закрытого переливного клапана, а для режимных характеристик, кроме того, моментом холостого хода гидромотора М_хх.

 

 

а), б) схемы регулирования приводов постоянного давления и постоянного расхода соответственно; в), г) регулировочные и режимные характеристики приводов постоянного давления и постоянного расхода

Рисунок 4.6 – Характеристики гидромотора при дроссельном регулировании

 

Кривые 1, 2, 3 построены на первом графике для трех значений нагрузочного момента в диапазоне M_min... M_max, на втором — для трех значений настройки дросселя в диапазоне S_min... S_max. Кривая 3 на первом графике дает при пересечении с осью абсцисс предельную величину S_др⁰ для выбора дросселя при проектировании.

 

     8 .2. 3 Дроссельное регулирование привода постоянного расхода

Обеспечивается параллельным дросселем (рисунок 4.6,б). Здесь разделение потока подчиняется закону:

 

Решение системы дает формулы для расчета скоростных характеристик гидромотора и гидроцилиндра

 

    ;                  (4.56)

    ,                  (4.57)

 

где DР_д и DР_т определяются по формулам (1.21), (1.22), (4.52), (4.53); n_max и v_max — скорости для полностью закрытого дросселя.

Графически регулировочная характеристика n_м(S_др) и режимная n_м(М_м) представлены на рисунке 4.6,г. Здесь аналогичные ограничения величинами n_max для закрытого дросселя и М_хх для отсутствующей внешней нагрузки. Дроссель при проектировании выбирается по величине S_др⁰ для минимального из ожидаемых нагрузочных моментов М_min (кривая 1 графика n_м(S_др)).

Характеристики для силового гидроцилиндра имеют аналогичный вид.