Механика гидро - и пневмоприводов

Виды гидро — и пневмоприводов. Способы управления приводами

Объемные гидро - и пневмоприводы относят к тому или иному виду с учетом следующих признаков:

Характера движения выходного звена (поступательное, вращательное, неполноповоротное, т. е. с углом поворота менее 360°, вращательное с неограниченным углом поворота);

Непрерывного или дискретного изменения сигналов на входе аппарата управления;

Наличия обратной связи от выходного звена привода; способа регулирования исполнительного двигателя привода;

Энергоснабжения привода от централизованного или авто­номного источника питания рабочей средой.

Каждый из перечисленных признаков проявляется как в схеме, так и в конструкции гидро - или пневмопривода. Не ка­саясь ряда конструктивных особенностей приводов, которые в зависимости от профиля подготовки специалиста могут быть предметом отдельного изучения, рассмотрим наиболее рас­пространенные схемы приводов различного назначения. При этом воспользуемся стандартными условными обозначениями, достаточно наглядно показывающими взаимосвязь элементов привода и одновременно поясняющими принцип его действия.

Схемы приводов, в которых отражены первые три и отча­сти два последних признака, даны на рис. 1.1. Исполнитель­ным двигателем одного из приводов (рис. 1.1, а) служит гидро­цилиндр 1 с поступательным перемещением штока. Другой

Привод (рис. 1.1, 6) имеет гидроцилиндр 2 с расположенным в нем шибером (лопастью), угол поворота которого меньше 360° Исполнительным двигателем последнего привода (рис. 1.1, в) является мотор 3 с неограниченным углом поворота вала. Ап­параты 4, 5 и 6 управления исполнительными двигателями со­единены с напорной (давление питания рп) и сливной (давление рсл) магистралями, подключенными к централизованному ис­точнику питания приводов рабочей средой под давлением. При показанном на схемах расположении распределителей в этих аппаратах рабочие камеры (полости) двигателей не сообща­ются с напорной и сливной магистралями. Если распредели­тель аппарата отклонен от среднего положения, что на схеме соответствует смещению клеток со стрелками влево или впра­во, то одна полость исполнительного двигателя соединится с напорной, а другая — со сливной магистралью. Под действи­ем силы, вызванной разностью давлений в полостях двигате­ля, будет происходить движение рабочего органа двигателя (поршня, лопасти или ротора мотора) и связанного с ним вы­ходного звена (штока, вала).

В аппаратах 4 и 5 при смещении распределителей в пре­делах своего полного хода непрерывно изменяются проходные сечения каналов, соединяющих полости двигателя с напорной и сливной магистралями. Эта особенность аппарата показана на схемах дополнительными прямыми линиями, проведенными сверху и снизу клеток со стрелками.

Распределитель аппарата 6 может занимать, кроме сред­него, только два крайних положения, поэтому проходные сече­ния каналов изменяются в нем дискретно от нулевого до мак­симального значения.

Аппарат 4 имеет вспомогательный усилитель 7, который за счет использования энергии рабочей среды повышает мощ­ность сигнала управления, необходимого для смещения рас­пределителя от среднего положения. Управление распредели­телем аппарата 5 осуществляется посредством рукоятки 8, а распределителя 6 — двумя электромагнитами 9 с пружинами, фиксирующими среднее положение распределителя. Применя­ют также аппараты с электромагнитами, которые пропорци­онально электрическому сигналу (току управления) смещают распределитель от среднего положения. Входная электриче­ская мощность у таких аппаратов значительно выше, чем у аппаратов с вспомогательным усилителем.

В высокоточных быстродействующих системах управле­ния обычно используют следящие гидро - и пневмоприводы. Такие приводы имеют отрицательную обратную связь от вы­ходного звена или управляемого объекта. Обратная связь вы­полняется с помощью механизмов (рычажных, зубчатых) или электрических датчиков, преобразующих перемещение выход­ного звена в электрический сигнал. Для примера на рис. 1.1, а показана обратная связь, в которой сигнал от электрического датчика 10 поступает в электронный усилитель 11. По дру­гому каналу в электронный усилитель передается управляю­щий сигнал от чувствительного элемента 12 системы регули­рования объекта или от управляющей процессом ЭВМ. Раз­ность этих сигналов после усиления поступает на вход аппа­рата управления приводом до тех пор, пока вследствие пере­мещения выходного звена привода рассогласование (ошибка) между управляющим сигналом и сигналом обратной связи не уменьшится до допустимого значения, при котором распреде­литель аппарата управления останавливает исполнительный двигатель привода.

Общим для двух первых из трех рассмотренных выше приводов является способ регулирования исполнительного дви­гателя. Этот способ основан на дросселировании потока рабо­чей среды в распределителе аппарата управления путем изме­нения проходных сечений каналов, соединяющих полости (ка­меры) исполнительного двигателя с напорной и сливной ма­гистралями. Вследствие изменения гидравлического сопроти­вления каналов, вызванного дросселированием потока рабочей среды, уменьшается или увеличивается расход среды через исполнительный двигатель, что обеспечивает регулирование скорости движения выходного звена привода. Тот же аппарат управления при смещении распределителя в разные стороны от среднего положения изменяет направление движения вы­ходного звена. Приводы с такими аппаратами управления на­зывают гидро - и пневмоприводами с дроссельным регулирова­нием. Согласно схеме, показанной на рис. 1.1, в, аппарат упра­вления меняет только направление движения выходного звена, когда его распределитель перемещается из одного крайнего по­ложения в другое. Скорость движения выходного звена можно регулировать с помощью этого аппарата в случае широтно­импульсной модуляции сигнала управления его распределите­лем. При таком управлении изменяется продолжительность пребывания распределителя в крайнем положении, что позво­ляет уменьшать или увеличивать среднюю скорость движе­ния выходного звена. Однако дискретное переключение рас­пределителя обычно сопровождается колебаниями давлений в напорной и сливной магистралях, а также в каналах аппарата управления и полостях исполнительного двигателя, что может вызвать повреждение элементов привода.

Дросселирование потока рабочей среды связано с допол­нительной потерей механической энергии и снижением ее по­лезного использования в приводе. Более эффективно в энер­гетическом отношении объемное регулирование, при котором создаваемый источником питания поток рабочей среды напра­вляется непосредственно в исполнительный двигатель, причем расход среды регулируется в соответствии с требуемой скоро­стью движения выходного звена. Этот способ регулирования

Применяют в гидроприводах, так как из-за большой сжимае­мости газа достаточно сложно осуществить управление объ­емным расходом рабочей среды для обеспечения необходимой скорости выходного звена.

Источник энергопитания гидропривода с объемным регу­лированием (рис. 1.2) имеет насос 1 с регулируемой подачей, что на схеме показано стрелкой, пересекающей контур насоса. Вал насоса приводится во вращение мотором М, в качестве которого применяют электродвигатель, двигатель внутренне­го сгорания, газовую турбину или какой-либо другой двига­тель. Насос, подавая рабочую жидкость в исполнительный двигатель 2, одновременно выполняет функции аппарата упра­вления. Скорость и направление движения выходного звена данного гидропривода изменяются регулированием и реверси­рованием подачи насоса без изменения направления вращения его вала. При такой схеме гидропривода течение жидкости происходит по замкнутому контуру, поэтому в зависимости от направления движения выходного звена любая из магистралей 3 и 4 может быть напорной или сливной. На схеме исполни­тельный двигатель привода представлен в виде гидромотора, вместо которого применяют также гидроцилиндр с поступа­тельным движением поршня или с шибером. Во всех случаях подача насоса должна уменьшаться до близких к нулю зна­чений при крайних положениях управляемого гидроприводом устройства. Для защиты гидропривода от перегрузок маги­страли 3 и 4 соединены между собой посредством предохрани­тельных клапанов 5 и 6. Если по каким-либо причинам да­вление в одной из магистралей превысит допустимые значе­ния, то соответствующий предохранительный клапан откроет­ся, пропуская жидкость из магистрали с высоким давлением в магистраль с низким давлением. Другой предохранительный клапан при этом остается закрытым. Так как в гидромоторе и насосе имеются технологические зазоры, происходят утечки жидкости, компенсация которых обеспечивается вспомогатель­ным насосом, подающим жидкость под давлением к обратным клапанам 7 и 8. При падении давления в одной из магистра­лей ниже давления в напорной линии вспомогательного насоса жидкость через обратный клапан поступает в эту магистраль, что предотвращает возникновение кавитации в гидроприводе.

Регулирующим органом насоса управляют вручную или с помощью привода малой мощности. Часто используют не­большой мощности электрогидравлические приводы с дрос­сельным регулированием. При наличии обратной связи от исполнительного двигателя к механизму управления регули­рующим органом насоса привод с объемным регулированием будет следящим и может действовать, как описанный выше следящий гидропривод с дроссельным регулированием.

Каждый гидропривод с объемным регулированием дол­жен иметь свой насос, поэтому его схема и конструкция не­сколько сложнее, чем для гидропривода с дроссельным регу­лированием, обычно подключаемого к общему с другими при­водами источнику энергопитания.

В некоторых гидроприводах применяют регулируемые ги­дромоторы. Несколько таких гидромоторов можно соединить с одним источником энергопитания, что позволит упростить схему всей системы, но при этом вследствие одновременного изменения у регулируемого гидромотора скорости рабочего ор­гана и развиваемого им крутящего момента может снизиться точность управления.

Совместное применение дроссельного и объемного спосо­бов регулирования реализовано в схеме гидропривода, изобра­женной на рис. 1.3. Источник питания этого гидропривода имеет насос 1 с регулируемой, но не реверсируемой подачей жидкости, течение которой происходит по разомкнутому кон­туру, так как напорная 2 и сливная 3 магистрали, в отличие

От гидропривода с объемным регулированием, не должны ме­нять своего назначения при изменении направления движения выходного звена. Аппарат управления 4 и исполнительный гидродвигатель 5 могут быть использованы в любой из пока­занных на рис. 1.1 комбинациях. Регулятор 6 автоматически устанавливает такую подачу насоса, которая соответствует расходу, необходимому для обеспечения требуемой скорости движения выходного звена. При общем для нескольких гидро­приводов источнике энергопитания регулятор либо настраи­вают заранее на заданное значение давления, либо настройка регулятора осуществляется автоматически по расходу и да­влению наиболее нагруженного исполнительного гидродвига­теля. В последнем случае автоматически регулируемый ис­точник энергопитания системы гидроприводов называют чув­ствительным к нагрузке (load sensing control).