Экспериментальная установка

Для снятия переходной характеристики, необходимой для определения динамических параметров электрогидропривода, служит специальная установка, принципиальная схема кото­рой с перечислением всех элементов приведена на рис. 4.1.

Рис. 4.1. Принципиальная схема стенда для определения динамических характеристик электрогидропривода:

1 – осциллограф, 2 – тензодатчики, 3 – тензометрическая станция, 4 – блок пита­ния, 5 – гидромотор, 6 – тахогенератор, 7 – реостат, 8 – тахометр, 9 – золотник короткого замыкания, 10 – сливной клапан, 11 — вспомогательный насос, 12 – галь­ванометр, 13 – манометр, 14 – предохранительный клапан, 15 – основной насос, 16 – приводной электродвигатель, 17 – муфта, 18 – тахогенератор, 19 – реостат.

Основными элементами электрогидропривода являются приводной электродвигатель 16,насос 15 и гидромотор 5. Все гидравлические устройства смонтированы в общем кор­пусе, который одновременно служит и резервуаром для жид­кости. К корпусу же фланцем прекреплен и приводной электродвигатель.

Конструкции насоса 15 и гидромотора 5 принципиально аналогичны. Они относятся к классу радиально-поршневых машин. Различие между ними заключается лишь в том, что статор гидромотора закреплен в корпусе неподвижно, а ста­тор насоса при помощи шпинделя управления (ШУ) может перемещаться по направляющим. В процессе перемещения статора изменяется величина эксцентриситета (параметра ре­гулирования) насоса. Тем самым плавно изменяется произ­водительность последнего, а с нею и скорость вращения ро­тора гидромотора, жестко связанного с выходным валом при­вода. При помощи шпинделя управления осуществляется и реверс. Скорость вращения ротора насоса (входного вала) в процессе регулирования изменяется несущественно (в пре­делах скольжения приводного электродвигателя) и во многих случаях может быть принята постоянной.

Положение статора насоса контролируется указателем, выполненным в виде шестигранного штока, имеющего три фиксированных положения: утопленное до упора, выступаю­щее до упора и заподлицо. Последнее соответствует среднему положению статора, то есть нулевой производительности на­соса. Численное значение эксцентриситета определяется при помощи линейки, закрепленной на лицевой стороне корпуса. Причем при нейтральном положении статора стрелка указа­теля находится против отметки 50 мм.

Вспомогательный шестеренный насос 11, сливной кла­пан 10 с обратными клапанами, золотник короткого замыка­ния 9 и предохранительный клапан 14 с обратными клапа­нами являются вспомогательными элементами гидропривода. В общем случае их наличие в схеме гидравлического привода обуславливается условиями работы привода и предъявляе­мыми к нему требованиями, а также конструктивными осо­бенностями насоса и гидромотора.

В данном случае насос и гидромотор выполнены со сво­бодным ведением поршней, то есть поршни не имеют меха­нической связи со статором и, следовательно, при вращении ротора не смогут совершать возвратно-поступательного дви­жения в цилиндрах, если не будут каким-либо образом на­дежно поджаты к опорной поверхности. Прижим поршней к внутренней поверхности статоров осуществляется давлением жидкости, подаваемой шестеренным насосом 11 в соедини­тельные трубопроводы через обратные клапаны. Одновре­менно шестеренный насос восполняет утечки из замкнутого гидравлического контура и заполняет последний рабочей жидкостью в момент запуска приводного электродвигателя, от которого он, параллельно с основным насосом, получает механическую энергию. Сливной клапан 10 предназначен для поддержания определенного давления в полости нагнетания шестеренного насоса и слива излишка рабочей жидкости в полость корпуса. Обратные клапаны пропускают жидкость только в одном направлении и лишь в том случае, когда давление в соответствующей по­лости гидропривода будет меньше давления настройки слив­ного клапана.

Предохранительный клапан 14 с соответствующими обрат­ными клапанами служит для защиты гидропривода, привод­ного электродвигателя и элементов механической передачи от сверхдопустимых перегрузок. Часто система защиты от перегрузок выполняется при помощи двух предохранительных клапанов, каждый из которых работает лишь на свою по­лость. Тогда обратные клапаны не нужны. Существуют и другие схемы защиты.

Золотник короткого замыкания 9 выполняет роль аварий­ного выключателя, позволяющего практически мгновенно пре­кратить движение управляемого объекта без отключения при­водного электродвигателя. Это достигается переводом ру­коятки из положения I (на агрегате – «Ein») в положе­ние II (на агрегате «Aus»). Тем самым рабочие полости на­соса и гидромотора будут соединены между собою «накорот­ко», давление в них станет одинаковым и движущий момент на валу гидромотора исчезнет. Насос при этом может рабо­тать сам на себя сколь угодно долго.

Включение гидромотора в работу при помощи золотника короткого замыкания практически равнозначно подаче на вход (шпиндель управления) электрогидропривода скачкооб­разного управляющего сигнала заведомо установленной ве­личины. То есть, пользуясь этим золотником, можно не только быстро останавливать управляемый объект, но и столь же оперативно разгонять его до какой-то, наперед заданной, ско­рости.

Однако при этом в гидросистеме возникает резкий скачок давления, для визуального наблюдения за которым служит манометр 13. Резкое повышение давления при определенных условиях может разрушить соединительные трубопроводы, ибо предохранительный клапан, обладая инерционностью, реагирует на скачок давления с некоторым (0,001–0,003 с) запаздыванием, которое приводит к возникновению «забро­сов» давления на 25–50% выше расчетного.

Поэтому если выключение гидромотора можно осуще­ствлять при любых нагрузках и любых значениях параметра регулирования, то его разгон путем подачи скачкообразного управляющего сигнала допустим лишь при сравнительно лег­ких условиях работы. Это требование необходимо строго со­блюдать в процессе проведения экспериментов.

Фиксирование температуры рабочей жидкости осущест­вляется с помощью гальванометра 12,включенного в цепь термопары, расположенной в общем корпусе гидропривода. Для определения скорости вращения вала насоса служит со­единенный с ним при помощи муфты 17 тахогенератор 18, а вала гидромотора – тахогенератор 6. Потенциометры 19 и 7 предназначены для установки масштабов записи осцилло­грамм скорости вращения валов насоса и гидромотора соот­ветственно. Ручной тахометр 8 используется для контроль­ного фиксирования установившейся частоты вращения вала гидромотора при выбранных в процессе эксперимента значе­ниях параметра регулирования.

Универсальная тензометрическая станция 3, принцип дей­ствия одного из каналов которой показан на рис. 4.2, предназначена для измерения параметров и передачи динамических процессов с помощью проволочных тензометров сопро­тивления в диапазоне частот от 0 до 7000 Гц. Мощность вы­хода и плавная регулировка чувствительности каналов обес­печивает запись со шлейфами I, II, IV и V типов любого осциллографа.

Тензометр-датчик является рабочим плечом моста. Мост питается напряжением несущей частоты. Действие тензостанции основано на принципе амплитудной модуляции несущей частоты сигналом от датчика.

Питание измерительного моста и фазочувствительного де­модулятора производится от генератора переменного напря­жения заданной частоты. Выносными плечами моста явля­ются два тензометрических датчика, один из которых рабо­чий, а второй компенсационный. Электрическая симметрия выносных плеч определяет и симметрию электрических со­противлений внутренних плеч моста после его балансировки. Изменение сопротивления (емкости, индуктивности) рабочего датчика во времени изменяет величину амплитуд несущей час­тоты, протекающей по рабочему плечу моста и в измеритель­ной диагонали моста. Форма огибающей несущей частоты повторяет форму сигнала датчика. Напряжение, полученное в измерительной диагонали моста, усиливается и с усилителя попадает на демодулятор, где выделяется усиленный сигнал датчика и подается на шлейф осциллографа. Питание кана­лов тензостанции осуществляется через специальный блок 4 (см. рис. 4.1).

Рис. 4.2. Принципиальная схема действия одного из каналов универсаль­ной тензостанции УТС1-12/35

На данной установке тензометрические датчики 2 исполь­зуются для измерения текущего давления в рабочих полостях гидропривода. При этом оба выносных плеча измеритель­ного моста являются рабочими: один из тензометров работает на сжатие, другой – на растяжение, чем усиливается сигнал в измерительной диагонали и одновременно обеспечивается необходимая компенсация. Конструкция датчиков 2 представ­лена на рис. 4.3.

Характер изменения во времени скоростей вращения вы­ходного и входного валов электрогидропривода, а также дав­лений в рабочих полостях, записывается на фотобумагу при помощи осциллографа 1.

На лабораторном стенде использован световой осцилло­граф типа Н107, пригодный для одновременной регистрации световым лучом до двенадцати динамических процессов. Осциллографирование может производиться на бумаге УФ6 ультрафиолетовой записью (без химического проявления или на фотографической бумаге с проявлением). Ширина фото­пленки может быть 35, 60, 100, 120 мм. Емкость кассеты 25 м. Кассета имеет счетчик, указывающий остаток ленты.

Рис. 4.3. Тензометрический датчик давления:

1 – диафрагма, 2 – наружный цилиндр, 3 – внутренний цилиндр, 4 – штепсельный разъем, 5 – тензометры, 6 – штуцер

Ограничитель длины кадра имеет шкалу установки длины осциллограммы в пределах от 0,1 до 4 м. Скорость протяжки ленты допускается в пределах от 0,5 до 2500 мм/с. Шлейфы (вибраторы) подбираются так, чтобы их собственная частота была выше частоты записываемого процесса. Отметчик вре­мени, состоящий из неподвижного зеркала, вокруг которого вращается барабан с десятью щелями, фиксирует на фотобу­маге линующие отметки через 2,0, 0,2, 0,02 и 0,002 с в зави­симости от скорости протяжки ленты. Переключение частоты отметок времени сблокировано с переключением скоростей. В осциллографе имеются контакты для автоматического включения и выключения исследуемой схемы. Осциллограф снабжен установочным экраном, позволяющим производить начальную расстановку световых пятен, контроль их ампли­туды отклонения и регулировку яркости светового луча. Тумб­леры включения и выключения питания осциллографа, лен­топротяжного двигателя, отметчика времени и съемки, а так­же рукоятки переключения скоростей протяжки ленты и огра­ничителя длины кадра размещены на панели управления осциллографа. При съемке после прохождения заданной дли­ны фотоленты лентопротяжный механизм автоматически от­ключается. При длине кадра более 4 м рукоятка ограничи­теля устанавливается в положение ∞ и управление длиной осциллограммы производится вручную тумблером «Съемка».

Объем и содержание эксперимента

Эксперимент производится при скачкообразных управ­ляющих воздействиях в пределах от ±0,1 до ±0,5 (по ука­зательной линейке от 49 до 45,5 мм и от 51 до 54,5 мм). На фотоленте одновременно записываются сигналы от датчиков скорости вращения вводного и выходного валов электрогидро­привода и датчиков давления, а также линующие отметки времени и нулевая линия. Количество кадров (опытов) на­значается по числу участников эксперимента (плюс один-два кадра на случай неудачной записи одного из опытов). Каж­дый опыт проводится при своем значении параметра регу­лирования (через 1–1,5 мм в обе стороны). Проявление, фиксирование и промывка фотоленты осуществляется сразу же после окончания серии опытов. В случае неудачной записи большинства опытов эксперимент повторяется.

Каждый студент получает для расшифровки один кадр осциллограммы. В результате расшифровки осциллограммы должны быть получены численные значения механической и гидравлической постоянных времени (Т_миТ_г), периода и частоты колебаний скорости вращения выходного вала в пе­реходном режиме ( и ), частот собственных и демпфиро­ванных колебаний ( и ), коэффициента относительного демпфирования ε, времени начального запаздывания , уста­новившейся частоты вращения выходного и входного валов электрогидропривода ( и ).

Численные значения вышеперечисленных параметров под­вергаются анализу с точки зрения их соответствия основным теоретическим положениям. Поэтому в отчетном протоколе испытаний у каждого члена бригады должны быть записаны данные по всем проделанным и обработанным опытам.

Дата добавления: 2015-11-14