Синхронизация скорости движения с помощью объемных делителей потока.

Выше, был рассмотрен способ синхронизации движения с помощью делителей потока, основанных на принципе дроссельного регулирования. Наряду с делительными потоками дроссельного типа в практике машиностроения применяют также делители потока, построенные по объемному принципу. На рис. 3.11 приведена принципиальная схема гидропривода, в котором синхронизация движения штоков цилиндров 1 и 2 осуществляется с помощью двух гидромоторов аксиально-поршневого типа 3 и 4 с жестко связанными валами. Гидромоторы в данном приводе служат расходомерными устройствами (дозаторами), пропускающими через себя за один оборот количество жидкости, равное (без учета потерь) рабочему объему гидромотора. Расход рабочей жидкости между цилиндрами 1 и 2 распределится в общем случае в следующем отношении: при , где q ₃ и q ₄ — рабочие объемы гидромоторов 3 и 4 соответственно. В частном случае рассматриваемого гидропривода будем считать q ₃ = q ₄ и Q₁ = Q₂= Q_н/2, где Q_н — подача насоса 5.

 

Рисунок 3.11 – Синхронизация движения цилиндров двумя аксиально – поршневыми гидромоторами с жестко связанными валами

 

При равенстве нагрузки на штоках цилиндров или малой разности между ними перепад давления на гидромоторах 3 и 4 практически одинаков. В этом случае гидромоторы работают на холостом ходу как дозаторы с малыми утечками и объемным КПД близким к единице, обеспечивая высокую степень синхронизации скорости штоков. При изменении внешней нагрузки, например на штоке цилиндра 1 (F ₁> F ₂), равенство давлений нарушается (р ₁> р ₂), в результате чего в недогруженной линии гидроцилиндра 2 появляется избыток мощности, и гидромотор 4 начинает работать в качестве приводного гидродвигателя гидромотора 3. Последний работает при этом в качестве насоса, повышающего давление в линии перегруженного гидроцилиндра 1. Благодаря этому происходит необходимое перераспреде-ление мощности между гидроцилиндрами 1 и 2, обеспечивающее синхронную скорость движения штоков. В этом случае перепад давления на обоих гидромоторах определится из выражения

 

 

где (F₁—F₂) - разность нагрузок на штоки цилиндров 1 и 2; S — эффективная площадь поршней цилиндров 1 и 2.

 

В гидроприводах поступательного движения с небольшой величиной хода выходного звена в качестве гидродвигателей-дозаторов широко используют гидроцилиндры. На рис. 3.12 приведена принципиальная схема гидропривода, в котором синхронизация движения штоков гидроцилиндров 1 и 2 обеспечивается дозатором 3, представляющим двухкамерный гидроцилиндр.

 

 

Рисунок 3.12 – Синхронизация движения с помощью гидроцилиндра - дозатора

 

При одинаковых геометрических размерах цилиндров 1 и 2 отношение скоростей их штоков определяется выражением

где S ₁ и S ₂ — площади поршня соответственно в полостях А и Б дозатора. Точность синхронизации в такой схеме определяется только допусками на величину диаметров D ₁ и D ₂ так как объемный к. п. д. гидроцилиндров в диапазоне рабочих давлений близок к единице.

Следящий гидропривод

 

Гидропривод, в котором выходное звено повторяет движение звена управления в заданном масштабе, называется следящим. Следящий гидропривод нашел широкое применение в системах ручного и автоматического управления различными машинами, агрегатами и производственными процессами. В этих системах следящий гидропривод используется в качестве гидравлического усилителя — устройства, предназначенного для управления механизмами посредством рабочей жидкости с одновременным усилением мощности входного сигнала (управляющего сигнала).

Коэффициент усиления гидроусилителей, определяемый отношением выходной мощности к мощности входного сигнала, практически неограничен. В системах рулевого управления крупными морскими судами используют гидравлические следящие приводы с коэффициентом усиления до 10⁵, а в системах автоматики в гидроприводах с электрическим управлением — до 10⁷. Такое высокое значение коэффициента усиления достигается за счет очень малой мощности, затрачиваемой на управление. Так, например, мощность входного сигнала в гидроусилителе с электрическим управлением составляет 0,5—1 Вт, а усилие для перемещения некоторых вспомогательных золотников не превышает 40 мН.

Следящие гидроприводы в зависимости от типа гидродвигателя бывают с поступательным, поворотным и вращательным движением выходного звена, при этом регулирование может осуществляться дроссельным или объемным способом.

 

 

Рисунок 3.13 – Следящие приводы различных видов движений

 

На рис. 3.13,а приведена принципиальная схема следящего гидропривода поступательного движения, используемого в качестве гидроусилителя руля грунтосмесительной машины. При повороте рулевого колеса 1, например, по часовой стрелке посредством винтовой передачи 2 золотник дросселирующего гидрораспределителя 3 сместится влево и соединит правую полость гидроцилиндра 4 с напорной гидролинией (р _н), а левую — со сливной гидролинией (р _с). Под действием потока рабочей жидкости поршень цилиндра 4 начнет перемещаться влево, поворачивая жестко связанную с ним траверсу 5 и вместе с ней передний каток машины. Поворот катка будет происходить до тех пор, пока корпус распределителя 6, перемещающийся вместе с траверсой 5, не сместится на величину хода, равную смещению золотника 3, и вновь не перекроет каналы распределителя. Чтобы вернуть каток в первоначальное положение, необходимо повернуть рулевое колесо 1 на такой же угол против часовой стрелки, в результате чего золотник 3, поршень 4, траверса 5 и, следовательно, корпус распределителя 6 возвратятся в исходное положение. Таким образом осуществляется слежение катка за поворотом рулевого колеса. Коэффициент усиления гидроусилителя k_г в этом случае можно выразить в виде отношения , где Р — усилие, развиваемое на поршне гидроцилиндра; F _y — усилие, необходимое для перемещения золотника.

Важным параметром следящего привода является коэффициент передачи, определяемый отношением линейной или угловой величины перемещения выходного звена к величине перемещения входного звена. Для рассматриваемой схемы входным сигналом на гидроусилитель руля служит перемещение золотника х, а выходным — перемещение поршня цилиндра у. Тогда величину коэффициента передачи k_п можно выразить соотношением , где а и b — плечи рычага траверсы 5.

На рис. 3.13, б приведена принципиальная схема следящего привода с поворотным движением, выполненного на основе шиберного поворотного гидродвигателя. Концентрично относительно вала гидродвигателя расположена пробка дросселирующего распределителя кранового типа 2, корпусом которого служит вал. К полости а распределителя подведена сливная гидролиния, а к полостям б и в — напорная. При повороте пробки 2, являющейся входным звеном, по часовой стрелке полость I гидродвигателя соединяется с напорной гидролинией, а полость II — со сливной. Под действием потока рабочей жидкости шибер I начнет перемещаться по часовой стрелке до тех пор, пока корпус распределителя (вал гидродвигателя) не повернется на угол, равный углу поворота пробки, и вновь не перекроет каналы распределителя. Другими словами, выходной вал гидродвигателя «следит» за движением входного звена (пробки распределителя). В рассмотренной схеме следящего гидропривода коэффициент усиления , где М _г— момент, развиваемый на выходном валу гидродвигателя; М_у — момент, необходимый для поворота входного звена. Коэффициент передачи k_п = 1, т. е. угол поворота входного звена равен углу поворота вала гидродвигателя.

На рис.3.13,в приведена принципиальная схема следящего гидропривода вращательного движения, построенного по принципу объемного регулирования. Гидродвигателем привода служит гидромотор 1, а источником энергии рабочей жидкости — аксиально-поршневой регулируемый насос 3, у которого рабочий объем изменяется за счет поворота наклонного диска. Блок 2 включает предохранительные клапаны и систему компенсации утечек в гидроприводе с замкнутой циркуляцией. При смещении х управляющего рычага 4 дифференциальный рычаг 5 поворачивается относительно неподвижной тяги 6, и наклонный диск насоса поворачивается на некоторый угол, обеспечивая расход рабочей жидкости в гидроприводе. Гидромотор под действием потока рабочей жидкости начинает вращаться. Вращение гидромотора будет происходить до тех пор, пока наклонный диск насоса не придет в нулевое положение за счет того, что движение выходного вала гидромотора передается через зубчатую и винтовую передачи на тягу 6, связанную с дифференциальным рычагом 5. При этом направление вращения должно быть таким, чтобы при перемещении рычага 6 уменьшался наклон диска. Коэффициент передачи такого привода определяется передаточным отношением винтовой и зубчатой передач и соотношением плеч дифференциального рычага.

Следящие гидроприводы нашли наибольшее распространение в станкостроении, где они используются в качестве приводов копировальных станков. На рис. 3.14 представлена принципиальная схема гидропривода подачи фрезы копировального фрезерного станка, предназначенного для воспроизводства на заготовке 1 фасонного профиля модели 2. При движении стола 3 со скоростью v _c щуп 4 и связанный с ним золотник 5 дросселирующего распределителя перемещаются в вертикальном направлении, очерчивая профиль модели 2. Это движение с высокой точностью повторяет фрезерная головка 8, перемещаясь по вертикальным направляющим вместе с поршнем цилиндра 7, который является гидродвигателем следящего привода.

 

Рисунок 3.14 – Принципиальная схема следящего гидропривода поступательного движения

 

Слежение осуществляется за счет того, что корпус дросселирующего распределителя 6 жестко связан с фрезерной головкой станка. Для уменьшения мощности входного сигнала при одновременном увеличении выходной мощности, т. е. для получения большего значения коэффициента усиления, применяют многокаскадные гидроусилители с двумя и более каскадами усиления входного сигнала. В качестве каскада усиления используют обычно дросселирующие золотниковые распределители, рассмотренные выше. Вопросы, касающиеся следящих гидроприводов, подробно изложены в работах [1], [8].