Часть 1

СЛЕДЯЩИЕ ГИДРОЕХАНИЧЕСКИЕ ПРИВОДЫ С ДРОССЕЛЬНЫМ РЕГУЛИРОВАНИЕМ

В гидроприводах с дроссельным регулированием используют исполнительные гидродвигатели с линейным переме­щением выходного звена, гидродвигатели с неполноповоротным перемещением выходного звена и гидродвигатели с неограничен­ным вращательным движением выходного звена. Наиболее широ­кое распространение получили гидроприводы, имеющие гидро­двигатели первого из перечисленных выше типов, поэтому далее будут рассмотрены вопросы динамики именно этих гидроприво­дов, однако излагаемую методику расчетов можно применить и для приводов с другими гидродвигателями. В динамике систем основными вопросами являются устойчивость и качество процес­сов регулирования, их решение будет дано для сле­дящих гидро- и пневмомеханических приводов, управление рас­пределитель-ными устройствами которых осуществляется посред­ством рычажных механизмов.

Достоинствами таких приводов являются высокое быстродействие и удельная мощность, компактность, долговечность и надежность. Недостатки – трудность в устранении утечек в элементах, изменение характеристик в зависимости от температуры и нагрузки, низкий КПД, нагрев жидкости.

На рис. 1 дана схема следящего гидромеханического при­вода с дроссельным регулированием. Механизм управления гидро­приводом состоит из рычагов АОВ и СОD. При смещении точки Aрычага AОВ в направлении, показанном на схеме стрелкой, золотник смещается влево в положение В^', соединяя левую полость гидроци­линдра с напорной линией, а правую полость гидроцилиндра - со сливной линией. Под действием возникшего в полостях перепада давления поршень гидроцилиндра перемещается вправо. Если шток поршня гидроцилиндра перемещается вправо, то точка Cрычага CODтакже перемещается вправо. Поршень гидроцилиндра будет перемещаться до тех пор, пока точка 0 не займет положе­ние 0', которому при фиксированном положении А' точки А соот­ветствует нейтральное положение золотника. Таким образом, перемещением точки А рычага АОВ осуществляется входное воздействие на данный следящий привод, а рычагом СОD обеспечивается отрицательная обратная связь от выходного звена (штока гидроцилиндра) к золотнику. Коэффициенты передачи механизма управления зависят от отношений плеч рычагов AОВ и СОD.

Любой привод при работе должен преодолевать те нагрузки, которые действуют на его выходное звено со стороны управляемого приводом объекта. При расчетах приводов следует учитывать инерционную и позиционную нагрузки, а также силы трения. Инерционная нагрузка создается массами перемещаемых с ус­корением частей управляемого объекта. Например, если привод используется в системе управления самолетом, то инерционная нагрузка будет обусловлена массой рулей или элеронов. Массы перемещаемых приводом частей при исследовании его динамики обычно заменяют приведенной к направлению движения выходного звена массой. В нашем случае выходным звеном является шток поршня гидроцилиндра, и приведенная к направлению его дви­жения масса обозначена через т. Связь выходного звена привода с управляемым объектом обладает упругостью. На схеме эта упругая связь условно показана в виде пружины жесткостью .

Рис. 1. Схема гидромеханического привода с дроссельным регулированием

Позиционная нагрузка характеризуется зависимостью преодо­леваемых приводом усилий от перемещения выходного звена. При управлении рулями самолета позиционная нагрузка соз­дается аэродинамическими моментами. Часто позиционная на­грузка описывается близкой к линейной зависимостью усилия (силы или момента) от положения выходного звена. В рассматри­ваемом гидроприводе действие позиционной нагрузки заменяет пружина жесткостью , которая при движении поршня гидро­цилиндра вправо от среднего положения сжимается, а при дви­жении влево от этого положения растягивается. При среднем положение поршня усилие этой пружины равно нулю.

Силы трения, нагружающие выходное звено привода, возни­кают при движении частей управляемого объекта в окружающей среде (например, при движении руля самолета в воздухе), а также вследствие трения в элементах соединения выходного звена с уп­равляемым объектом и вследствие трения в исполнительном гидро­двигателе. Зависимости сил трения от скорости элемента, на который они действуют, могут быть достаточно сложными.

Если корректно учитывать все параметры системы, то получится сложная модель, на которой трудно выявить основные особенности динамики рассматриваемого привода. Поэтому сначала в общем виде построим и проанализируем линейную модель привода, а затем рассмотрим модель, наиболее полно описывающую следящий гидропривод с дроссельным регулированием.