Гидравлические следящие системы с однощелевым дросселирующим распределителем

Гидравлические следящие системы с однощелевым дросселирующим распределителем

В гидравлических следящих приводах с однощелевым распределителем управление движением осуществляется только одной полостью исполнительного гидравлического двигателя. Поэтому для двухстороннего движения необходимо обеспечить воздействие, противоположно направленное рабочей полости двигателя, например, в виде силы тяжести,  рис. 1.3,а (плунжерный цилиндр для этого случая должен располагаться вертикально), или силы, создаваемой за счет постоянно подведенного давления. На рис. 1.3,а система работает следующим образом. Под воздействием  копира  1  затвор  3  распределителя  2  перемещается вверх, расстояние между сечениями А-А (кромка корпуса распределителя) и С-С (кромка затвора распределителя) уменьшается, что ведет к уменьшению площади дросселирующей щели. Сопротивление потоку рабочей среды увеличивается, давление p1  в плунжерном цилиндре 5 возрастает. Возможно, движущая сила

Давление р1  в напорной гидролинии будет определяться нагрузкой на плунжерный цилиндр, следовательно, потребляемая мощность будет прямо пропорциональна давлению в полости цилиндра. Предохранительный клапан КП1 работает в аварийном режиме. Рассмотренная гидравлическая схема может быть представлена в виде полумостовой схемы, показанной на рис. 1.3,б.

Рис.1.3. Копировальная система с одним насосом и однощелевым управляющим распределителем: а принципиальная схема: 1 – копир, 2 – корпус, 3 – затвор, 4 – поршень, 5 – цилиндр, 6 – обратная связь; б – мостовая схема

Следящие системы с такой схемой могут быть применены в консольно-фрезерных станках.

Для того чтобы в токарно-копировальном станке резец проточил участок детали одинаковым радиусом, он не должен перемещаться вертикально, что возможно, если часть жидкости, проходящая через дросселирующую щель, будет сливаться в бак.

Это  начальное  положение  дросселирующей щели.  Обозначим ширину при начальном положении – h0 . Текущая ширина щели – h .

Дросселирующая щель имеет форму боковой поверхности цилиндра. Пусть сечение А-А – верхнее кольцо, образованное кромкой корпуса распределителя, а сечение С-С – нижнее кольцо, образованное кромкой затвора распределителя. Перемещение, приводящее к увеличению площади щели, принято за положительное значение, а перемещение приводящее к уменьшению за отрицательное значение. Рассмотрим случай, когда затвор распределителя смещается вниз. Если привод кроме детали и копира начинает перемещаться горизонтально другим двигателем, не показанным на рис.1.3, с какой-то постоянной скоростью V з , то под воздействием копира затвор дросселирующего распределителя смещается вниз  на  величину  –  X ,

рис.1.4. Текущая ширина щели становится равной h h0        X , в результате площадь щели f d          h          увеличивается, поэтому в баксольѐтся больше жидкости, а давление полости цилиндра уменьшится. Может наступить момент, когда сила  H д, действующая в полости цилиндра, станет меньше силы GH р , и корпус цилиндра с резцедержателем, резцом, корпусом распределителя переместятся вниз.

Ширина щели станет равной h       h0 X         Y         . Здесь обозначены X перемещение  затвора, Y  перемещение  корпуса  распределителя. Входное воздействие X  и выходное -Y связаны между собой  обратной связью.

В обоих случаях от входного воздействия – смещения кромки затвора X отнимается выходное воздействие – смещение кромки корпуса Y . Это называется отрицательной обратной связью 6.

Если обратная связь положительная, то сигнал не сравнивается, а усиливается. Такой вариант нас не интересует, но чтобы в этом убедиться, рассмотрим его на примере, показанном на рис.1.5.

Рис.1.4. Изменение ширины дросселирующей щели при смещении затвора распределителя: а – смещение затвора вниз; б смещение затвора вверх

Рис.1.5. Гидравлический усилитель: асхема; бширина дросселирующей щели

Пусть кромка затвора распределителя сечение С-С опускается вниз под действием копира. Ширина дросселирующей щели увеличивается  h

h0        X , в результате в бак сливается больше жидкости от насоса и давление в полости двигателя становится меньше. Поршень плунжерного цилиндра опускается, а корпус распределителя через рычаг поднимается. Следовательно, поднимается кромка корпуса распределителя сечение А-А, тем самым еще больше увеличивая щель.

Ширина щели становится равной  h начальный сигнал увеличивается.

h0        X

Y  , т.е. первоУ однощелевых дросселирующих распределителей внешнее воздействие можно обеспечить не только за счет сил гравитации, но и за счет силы упругой пружины, или пневмоаккумулятора, или дополнительного источника питания (рис.1.6,а), или с помощью одного насоса и дросселя (рис.1.7,а и рис.1.8,а), которые обеспечивают перепад давления между нагрузочной f 2

гидроцилиндра.

и управляющей

f1 полостями

Рис.1.6. Копировальная система с однощелевым управляющим распределителем и двумя насосами: а принципиальная схема; б мостовая схема

В таких системах, чтобы скорости перемещения в обе стороны были одинаковыми при равных нагрузках, соотношение эффективных площадей принимают 1:2. Управление рабочей полостью может осуществляться как на выходе из неѐ (см. рис. 1.3,а; 1.6,а; 1.7,а.), так и на входе (см. рис.1.8,а).

Рис.1.7. Копировальная система с одним насосом и однощелевым управляющим распределителем «на выходе»: а принципиальная схема; б мостовая схема

Рис.1.8. Копировальная система с одним насосом и однощелевым управляющим распределителем «на входе»: а принципиальная схема; б мостовая схема

Клапаны давления КП и КП2 нормально закрытые – работают в аварийном режиме, КП3, КП4, КП5 – работают в режимах переливных клапанов, поддерживая постоянное давление в напорных гидролиниях.

Рассмотренные гидравлические схемы могут быть   представлены в виде мостовых схем, показанных на рис. 1.3,б; 1.6,б; 1.7,б;

1.8,б.

Гидравлические следящие системы с однощелевым управляющим (дросселирующим) распределителем просты в изготовлении. Однако они управляются только одной рабочей полостью гидродвигателя. Ошибка копирования у однощелевых систем при прочих равных условиях наибольшая.

В установившемся режиме ошибка копирования складывается

из ошибки по силе [нагрузке] и ошибки по скорости слежения.

Обозначим:

р н давление в напорной гидролинии;

др расход

через  постоянный  дроссель;

 расход  через  дросселирующую

щель;

f1 и

f 2 эффективные площади управляющей и нагрузочной полостей гидроцилиндра ( часто соотношение площадей принимают равным f1 0.5

f 2 ); d – диаметр затвора распределителя; h  – величина  открытия  дросселирующей  щели;

р1        и

р 2  давления  в  управляющей и нагрузочной полостях гидроцилиндра.

Чтобы оценить статические ошибки (силовую и скоростную), составим уравнения расходов и сил, действующих на подвижный элемент гидравлического двигателя, при установившихся режимах движения. В схемах на рис. 1.6,а, 1.7,а. 1.8,а вместо силы веса действует сила, возникающая от давления подведенной жидкости. Эта сила постоянна, как и сила веса, но определяется настройкой предохранительного клапана. Для гидроцилиндра с двумя рабочими полостями уравнение сил будет

Для простоты описания силы сопротивления, демпфирующие силы, гидравлические силы, вызванные потоком движущейся жидкости, не учитываются.

Уравнения расходов запишем для областей, связывающих регулирующий орган с рабочими полостями двигателя, без учета внутренних утечек и сжимаемости рабочей среды.

Для схем, показанных на рис.1.3 и 1.6, расход, поступающий от насоса постоянной производительности н  , затрачивается на перемещение плунжера и на расход, проходящий через управляющую щель распределителя, величина которого зависит от направления скорости движения Qн

Для схемы, приведенной на рис.1.7,а,       удобнее записать уравнения  расхода,  сопоставив  расходы  через  постоянный  дроссель др, управляющий распределитель  и расход, проходящий через бесштоковую полость Vc f1, затрачиваемый на перемещение цилиндра: