И объемным управлением

Гидравлические исполнительные механизмы с вращательным движением регулирующего органа и объемным управлением получили широкое распространение в автоматизации различного оборудования. В зависимости от назначения привода используются 3 схемы гидравлических исполнительных механизмов с объемным регулированием (рис. 4.21, а, б, в). Схемы включают асинхронный электродвигатель М, гидронасос Η и гидромотор ГМ с переменными или постоянными производи-тельностями (частотами вращения).

Схема 1 (рис. 4.21, а) используется в приводе подачи лесопильных рам РД-75-6-2, фрезерно-строгальных деревообрабатывающих станков. Скорость вращения приводного рабочего механизма РМ плавно изменяется с изменением производительности гидронасоса.

Схема 2 (рис. 4.21, б) применяется для привода РМ с большим диапазоном изменения момента вращения, например в лебедках, мобильных механизмах с ограниченной мощностью приводного двигателя М.

Схема 3 (рис. 4.21, в) включает в себя две гидромашины переменной производительности и применяется для оснащения высокоточных следящих систем автоматики. Первая гидромашина отрабатывает с определенной ошибкой сигнал управления, а вторая предназначена для обеспечения высокой точности слежения. Схема используется в системах автоматики гидрокопировальных станков.

Полная схема гидравлического исполнительного устройства с объемным управлением показана на рис. 4.22.

Схема, кроме электродвигателя 1, гидронасоса 2, гидромотора 6 с маховиком 7, включает ряд других элементов. Для компенсации неизбежных утечек и деформации жидкости использу-

Рис. 4.21. Схемы гидроприводов с вращательным движением регулирующего органа и объемным управлением

Рис. 4.22. Гидравлический механизм с объемным управлением

ется вспомогательный насос постоянной производительности 9, поддерживающий постоянное давление подпитки Р_о за счет непрерывного сброса избытка подачи через клапан 8 в сборный бак 10. Насос монтируется в корпусе основного насоса 2 и приводится от этого же двигателя 1 и благодаря обратным клапанам 3 ограничивает падение давления в приемной магистрали основного насоса до значения Р_о. Предохранительные клапаны 4 ограничивают давление, а следовательно, момент гидромотора. Изменение производительности насоса осуществляется поворотом рычага 12. При повышении давления в любой из магистралей рабочая жидкость, проходя через обратные клапаны 5, пе-

Рис. 4.23. Схема аксиально-поршневой гидромашины

Рис. 4.24. Статические характеристики гидронасоса и гидромотора

ремещает поршни в гидроцилиндрах 11, сжимая пружины, ограничивает перемещение управляющего рычага 12, регулирующего производительность насоса (например, поворотом люльки в аксиально-поршневом насосе). Это устройство называется ограничителем мощности. Для установки насоса на нулевую производительность при запуске гидромотора используют нуль-установитель в виде подпружиненных гидроцилиндров 13. При выключении исполнительного устройства из-за падения давления подпитки пружины нуль-установителя устанавливают рычаг 12 в положение, соответствующее нулевой производительности. Гидроцилиндры ограничителя мощности 11 могут быть выполнены в виде общего узла, размещенного по одну сторону от управляющего рычага 12.

Аксиально-поршневые устройства обладают принципом обратимости гидромашин. На рис. 4.23 представлена упрощенная схема гидромашины, состоящей из распределителя 1, блока цилиндров 2, кардана 3. При вращении кардана 3 электродвигателем гидромашина выполняет функции гидронасоса. При подаче в гидромашину рабочей жидкости под давлением за счет перемещения поршней будет вращаться карданный вал. По окружности распределителя 1 расположен ряд отверстий входа —

выхода рабочей жидкости. Аналогично по дуге окружности блока цилиндров расположены отверстия поршневых полостей. Изменением величины h рабочего хода поршней (см. рис. 4.23) можно изменять производительность гидронасоса и скорость вращения гидромотора. Статические характеристики (рис. 4.24) наглядно характеризуют свойства гидронасоса и гидромотора.

При повороте вала на полный оборот поршни гидромашины совершают двойной ход.

Расход насоса при угловой скорости вала ω_Η определяется выражением

(4.41)

где е _н — безразмерный параметр регулирования; (1/2π) q _H = w _H—

характерный объем, представляющий собой подачу насоса при повороте вала на один оборот; η_{о. н} — объемный КПД. Момент, создаваемый насосом на приводном валу,

(4.42)

где ΔΡ _Η— перепад давления на насосе; η_{м. н} — механический КПД, причем η_{м. н} = η_нη_{о. н}^-1 ( η_н — полный КПД насоса). Разделение полного КПД на две составляющие η_{о. н} и η_{м. н} обусловлено тем, что первая определяет связь между кинематическими показателями режима, а вторая — между нагрузочными. Аналогично для гидромотора

(4.43)

(4.44)

Для гидромашин постоянной производительности принимают е_н=1, е_м=1. Равенства (4.41)... (4.44) являются основными расчетными уравнениями гидромашин вращательного движения. Уместно отметить, что для исполнительных гидроцилиндров в этих уравнениях Μ заменяют на усилие F; w — на эффективную площадь поршня S; ω — на линейную скорость ν.

При расчете системы из двух гидромашин удобнее насос считать идеальной машиной, а все потери учитывать в гидромоторе. В этом случае для идеального насоса можно записатьh

Q _н =K_нh, (4-45)

Q_H — теоретическая производительность насоса; К _н — коэффициент усиления регулируемого насоса; h — входной регулируемый параметр, например ход поршня (см. рис. 4.23 и 4.24).

Скорость вращения гидромотора ω_Μ определяется количеством масла, поступающего в единицу времени Q _M, и коэффициентом усиления K _М. Для идеального гидромотора

ω_Μ = K _М Q _M. (4.46)

При работе гидромотора появляются утечки, уменьшение объема масла вследствие сжатия, поэтому для реального гидромотора можно записать

(4.47)

где

— коэффициент эластичности, определяется по тангенсу угла наклона механической характеристики (рис. 4.24, б) или вычисляется по формуле

(4.48)

где K _с — суммарный коэффициент гидравлических потерь внутри системы; С — коэффициент, определяющий среднее значение гидравлических потерь (С= 1,25... 1,65); K _р — коэффициент, причем М_м=К_рР; Ρ — давление в системе.

При отсутствии тормозной нагрузки можно записать

(4.49)

где I _м — момент инерции, приведенный к валу гидромотора, Η · м · с²; α — угол поворота вала, рад.

Подставив значение (4.49) в линеаризованное уравнение угловой скорости (4.47) и учитывая ω_Μ= d α/ dt. получим дифферен-

циальное уравнение гидромотора в операторной форме:

(T_MP+ 1 )P α = K _M Q _M или (Τ_ΜΡ + 1 ) ω_Μ = K _M Q _M. (4.50)

Здесь P=d/dt. С учетом сжимаемости жидкости дифференциальное уравнение гидромотора в операторной форме имеет вид

(Т_ГТ_МР ³ + Т _м Р ² + Р) α =K _M Q _M или

(Т_ГТ_МР ² + Т_МР +1) ω_Μ = K _M Q _M, (4.51)

где Т_Г — гидравлическая постоянная времени, Т_Г =V/ЕК_CС; Т_М —

механическая постоянная времени, Т_М=(I _M K _M K _C /KP)С; V — объем

жидкости в нагнетающих трубопроводах от насоса к гидромотору; Ε — приведенный модуль упругости жидкости и трубопроводов, определяемый по формуле Жуковского.

Заданные моменты, скорости вращения рабочего механизма (РМ) позволяют правильно подобрать тип гидронасоса — гидромотора, исходя из рассмотренных силовых и скоростных характеристик.

Контрольные вопросы

1. Какое место занимают исполнительные механизмы в системах автоматики?

2. Где используются электромагниты при автоматизации лесопромышленного оборудования?

3. От каких параметров зависит мощность электродвигательных исполнительных механизмов?

4. Какие факторы влияют на скорость вращения двухфазных, трехфазных асинхронных электродвигателей переменного тока и электродвигателей постоянного тока?

5. Каков принцип действия шаговых двигателей и электромагнитных муфт и где они используются?

6. Какими устройствами защищаются схемы управления электродвигателями от перегрузок, токов короткого замыкания и пониженного напряжения?

7. Что представляет собой магнитный пускатель?

8. Каким образом осуществляется реверс электродвигателей переменного и постоянного тока? Каков принцип торможения электродвигателей противо-включением?

9. Чем отличается система фрикционного торможения электродвигателя грузоподъемного механизма от подобной системы станочного оборудования?

10. В чем сущность динамического торможения асинхронных электродвигателей и где оно используется?

11. Как работает схема управления двухскоростным асинхронным электродвигателем? Как работает схема тиристорного управления пуском и торможением асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором?

12. В чем заключается ступенчатый пуск асинхронных электродвигателей с фазным ротором в функции времени?

13. Какие параметры входят в состав динамических, статических характеристик гидропневматических поршневых и мембранных исполнительных механизмов?

14. Каков принцип действия гидравлических исполнительных механизмов с вращательным движением регулирующего органа и где они используются? Какие параметры входят в состав дифференциальных уравнений скорости вращения гидромоторов?

Дата добавления: 2015-08-27