Принцип действия гидравлического следящего привода

Принцип действия простейшего гидравлического следящего привода с копировальным управлением

Схема простейшего гидравлического следящего привода пред­ставлена на рис. 1. Привод показан при использовании его на фрезерном станке для получения на заготовке 1 фасонного профиля шаблона 17. Насос подает масло по трубопроводу 11 в среднее окно корпуса 8 управляющего золотника 19, положе­ние которого определяется циркуляцией масла через щели h₁, h₂, h₃ и h₄, образованные кромками шеек золотника 19 и окон кор­пуса 8. Силовой цилиндр 4 следящего привода закреплен на не­подвижной стойке 7 станка. Шток поршня 3 соединен с верти­кальной кареткой 2, несущей корпус управляющего золотника и режущий инструмент. Давление в гидросистеме устанавливается переливным клапаном 13 и контролируется манометром 12. Один конец золотника имеет рычаг 15, несущий щуп 16, другой нахо­дится под действием пружины 9. Когда щуп отведен от шабло­на 17, пружина 9 перемещает золотник 19 в крайнее нижнее поло­жение на схеме. При этом положении золотника проходное сече­ние щели h₂ значительно меньше, чем щели h₃, а проходное сечение щели h₁больше щели h₄. В результате этого поток масла, поступающий в нижнюю полость золотника, дросселируется (т. е. давление падает) больше, чем поток масла, поступающий в верхнюю полость золотника, а поток масла, поступающий в резервуар 14 из этой полости, дросселируется больше, чем поток масла, поступающий из нижней полости золотника.

Таким образом, в нижней полости золотника и трубопрово­де 6 устанавливается низкое давление, а в верхних полостях золотника и цилиндра и трубопроводе 5 — высокое. Вследствие этого поршень и шток вместе с вертикальной кареткой 2, управ­ляющим золотником и режущим инструментом перемещаются вниз. В процессе перемещения щуп 16 упрется в шаблон 17, но каретка будет еще некоторое время двигаться под действием вертикальной подачи. При этом проходные сечения щелей h₁и h₃ будут постепенно уменьшаться, а щелей h₂ и h₄ увеличиваться, затем наступит момент, когда проходные сечения всех щелей сравняются настолько, что разность давлений в полостях золотника и гидроцилиндра окажется недостаточной для продол­жения движения поршня гидроцилиндра, и вертикальная подача прекратится.

Рис I. Схема простейшего гидравлического следящего привода с копиро­вальным управлением

Если столу 18 сообщить от гидроцилиндра 20 постоянную ско­рость v₃, то шаблон, при повышающемся профиле, будет переме­щать щуп и золотник через среднее положение вверх до тех пор, пока проходные сечения щелей h₂и h₄ не увеличатся, а щелей h₁ и h₃ не уменьшатся настолько, что разница давлений в полос­тях гидроцилиндра станет достаточной для преодоления силы со­противления движению. Это перемещение, совершаемое по команде управляющего золотника, немедленно передается ему же с помощью обратной связи, осуществленной в данном случае закреплением корпуса управляющего золотника непосредствен­но на вертикальной каретке. Обратная связь ослабляет команд­ный сигнал золотника, снижая его до нуля при среднем положе­нии золотника,

При понижении профиля шаблона щуп и золотник под дейст­вием пружины 9 будут перемещаться вниз от среднего положения до тех пор, пока проходные сечения щелей h₁ и h₃ не увеличатся, а щелей h₂и h₄ не уменьшатся настолько, что в полостях гидро­цилиндра разница давлений станет достаточной для преодоления сопротивления движению, и тогда вертикальная каретка начнет перемещаться вниз. Таким образом, совокупность продольной скорости и₃ шаблона и заготовки и вертикальной скорости v_c

(скорость слежения) щупа и режущего инструмента обеспечи­вает воспроизведение профиля шаблона на заготовке. При этом щуп, обкатывая контур шаблона, находится с ним в постоянном контакте.

Для ручного управления отводом вверх фрезы от заготовки и щупа от шаблона служит рукоятка 10.

Принцип действия электрогидравлического

Следящего привода с копировальным

Управлением

В комбинированных электрогидравлических приводах соче­тается электрическое управление с гидравлическими исполни­тельными механизмами. В результате такого сочетания облег­чается дистанционность управления, что особенно удобно в крупных станках, введение дополнительных корректирующих устройств, улучшающих работу следящего привода, что обычно необходимо выполнять для получения требуемых характеристик привода и т. п.

Схема простейшего электрргидравлического следящего приво­да с копировальным управлением приведена на рис. 4. Привод показан при использовании его на фрезерном станке. Щуп 3 ки­нематически связан с якорем 2 индуктивного датчика 1, а четы-рехщелевой золотник 13, подающий жидкость в полости гидро­цилиндра 10, с электромеханическим преобразователем 15. Электрическая связь между индуктивным датчиком и электро­механическим преобразователем осуществляется через фазочув-ствительный выпрямитель ФВ и усилитель постоянного тока У [42].

 

 

Рис. 4. Схема простейшего электрогидравлического следящего привода с ко­пировальным управлением

Вследствие подключения катушек 9 к источнику 5 переменно­го тока между корпусом и якорем индуктивного датчика цирку­лируют магнитные потоки m₁ и т₂ (обозначены штриховыми стрелками), которые индуктируют в катушках 21 э.д.с.₁ и э.д.с.₂, сдвинутые по фазе на 180°. При равных зазорах (h₁ = h₂) между якорем и корпусом магнитные потоки m₁ и т₂ и э.д.с.₁ и э.д.с.₂, так­же равны между собой, в результате чего на входе и выходе ФВ напряжения будут равны нулю. Когда щуп смещается, например, ниже среднего положения, зазор h₁ между якорем 2 и корпусом 22 становится меньше зазора h₂.

Вследствие повышения магнитной проницаемости в зазоре h₁ и уменьшения ее в зазоре h₂ происходит соответствующий рост магнитного потока m₁ и индуктируемой э.д.с.₁, а также уменьше­ние магнитного потока т₂ и э.д.с.₂ относительно среднего положе­ния. Разность э.д.с.₁ и э.д.с.₂ подается (после усиления) на вход ФВ, на выходе которого образуется пропорциональное этой раз­ности напряжение управления постоянного тока (сигнал управле­ния) U_у. Знак его определяется в результате сопоставления фа­зы переменного тока на входе в ФВ с фазой опорного напряже­ния, подводимого по линии 19, и изменяется в зависимости от направления отклонения якоря 2 от среднего положения.

Пружины 16 электромеханического преобразователя стремят­ся установить сердечник 17 в среднее положение, при котором зазоры H₁ и H₂ между сердечником и торцами корпуса равны. При дифференциальной схеме включения катушек 18 преобразо­вателя 15 и сигнале управления U_у = 0 напряжения и токи на обе­их катушках 18 равны и составляют половину напряжения пита­ния усилителя У. Вследствие этого магнитные потоки M₁, M₂ и встречные силы, действующие по зазорам H₁ и H₂ между сердеч­ником и корпусом, будут также равны (при симметричной кон­струкции), а сердечник и золотник 14 будут занимать среднее положение.

При появлении сигнала управления U_y, возникающего от сме­щения щупа 3 и якоря 2, например, ниже среднего положения, напряжение в нижней катушке 18 будет возрастать пропорцио­нально U_y, а в верхней катушке 18 соответственно уменьшаться, в результате чего пропорционально изменятся магнитные потоки M₁, M₂ и возникнет электромагнитная сила, стремящаяся смес­тить вниз сердечник преобразователя. Вследствие действия пру­жин 16 это смещение будет пропорциональным величине электро­магнитной силы, а значит величине смещения якоря индуктивного датчика. При смещении щупа и якоря выше среднего положе­ния описанный выше процесс повторяется, причем сигнал управ­ления U_y меняет знак и соответственно электромагнитная сила действует на сердечник преобразователя в противоположном ра­нее указанному направлению — вверх. Таким образом, золотник 14, жестко соединенный с сердечником, повторяет в определенном масштабе перемещения якоря и щупа индуктивного датчика. Масштаб повторения зависит от параметров элементов, находя­щихся в цепи между щупом и золотником.

Схема золотника и питающей его насосной установки анало­гичны показанным на рис. 1.

Поэтому, с учетом описанного выше порядка работы цепи щуп — золотник, когда щуп не касается контура шаблона 4 и под действием пружины 20 смещается в крайнее нижнее на рис. 4 положение, такое же перемещение осуществляет золотник 14. В результате, в полости А, трубопроводе 11 и полости Г устанав­ливается низкое давление, а в полостях Б и В и трубопроводе 12 — высокое. Вследствие этого поршень и шток вместе с верти­кальной кареткой 8, индуктивным датчиком и режущим инстру­ментом перемещается вниз. В процессе перемещения щуп 3 упрется в шаблон 4, но каретка будет еще некоторое время дви­гаться под действием вертикальной подачи. При этом зазор h₁ будет постепенно увеличиваться, а зазор h₂ уменьшаться; соот­ветственно будет уменьшаться величина сигнала управления U_y, а значит разность магнитных сил, действующих на сердечник электромеханического преобразователя и смещение золотника 14 от среднего положения. Наконец, наступит момент, когда вели­чины зазоров h₁ и h₂ и соответственно проходные сечения всех щелей золотника сравняются и разность давлений в полостях Б и А, а также В и Г станет недостаточной для продолжения движения поршня гидроцилиндра, и вертикальная подача прекра­тится. Если столу 6 сообщить задающую подачу, то будет так же, как в простейшем приводе, показанном на рис.1, осуществляться обвод контура шаблона и его воспроизведение на заготов­ке 7.

Следовательно, принцип действия и структура построения электрогидравлических следящих приводов аналогичны приво­дам с механическим управлением и отличаются только средства­ми передачи команд от задающего устройства к золотнику, управляющему работой гидродвигателя. Так, если в следящем приводе (см. рис. 1) щуп с помощью механической передачи не­посредственно воздействовал на управляющий золотник, то в электрогидравлическом следящем приводе (см. рис. 4) меха­нические перемещения щупа преобразуются в электрические сиг­налы индуктивного датчика, которые усиливаются и преобра­зуются электромеханическим преобразователем в перемещения, сообщаемые управляющему золотнику. Таким образом, механи­ческая передача в этом случае заменена цепочкой преобразова­телей, выполняющих ее функции.

Структурная схема электрогидравлического следящего приво­да с копировальным управлением показана на рис. 5. В этой схе­ме дополнительно вводятся следующие понятия.

Гидроусилитель ГУ — гидравлическое устройство управления, в котором производится усиление мощности входного сигнала за счет энергии внешнего гидравлического источника питания.

Рис. 5. Структурная схема электрогидравлического следящего привода с копировальным управлением

Электромеханический преобразователь ЭМП — устройство, преобразующее электрические входные команды в соответствую­щие им выходные механические перемещения.

Электрогидравлический преобразователь — устройство, пре­образующее электрические входные команды в соответствующие им перемещения золотника, создающие расход рабочей жидкости во внешней цепи; обычно состоит из электромеханического пре­образователя и гидроусилителя. Функции сравнивающего уст­ройства СУ   в схеме на рис.5 выполняет индуктивный датчик, причем вырабатываемый им сигнал рассогласования X₁ усили­вается усилителем У.