2018-01-21
1313
Гидравлические следящие приводы с дроссельным регулированием широко применяются в различных областях техники, там, где требуется высокое быстродействие, малые масса и габариты и простота конструкции.
На рис. 6 показана одна из принципиальных схем гидромеханических системы управления с цилиндрическим распределительным золотником, которая может быть положена в основу разработки системы управления гидроприводом передвижной проходческой подъемной установки.
Рис. 6. Принципиальная схема системы управления гидравлическим приводом передвижной проходческой подъемной установки
Следящая гидравлическая система с механическим управлением состоит из дроссельного гидропривода, охваченного жесткой механической обратной связью. Сигнал рассогласования, как разность сигналов управления и обратной связи, изменяется с помощью рычажного дифференциала или непосредственно золотниковым механизмом. Входное звено системы управления соединяется системой механических тяг, рычагов и тросов, образующих проводку управления, со штурвалом или рукояткой управления. Выходное звено системы управления (гидроцилиндр) соединяется с органом управления силовой системы безредукторного гидропривода (с блоком цилиндров регулируемого насоса). Проводка управления, золотниковый гидроусилитель, исполнительный гидроцилиндр, силовая проводка гидроцилиндра с органом управления (блоком цилиндров регулируемого насоса), образуют систему управления гидравлическим приводом.
|
|
|
Основное назначение гидромеханической системы управления заключается в обеспечении слежения статора регулируемого насоса Н за управляющим движением рукоятки управления подъемной машины задаваемым машинистом проходческой подъемной установки.
Важнейшими обязательными элементами следящей гидромеханической системы управления являются распределительное устройство золотникового типа и исполнительный механизм в виде силового гидроцилиндра.
С помощью рукоятки управления подъемной машины ПМ осуществляется подача к золотнику сигнала управления 
через проводку управления, образованную системой механических тяг, рычагов и канатов. Сигнал рассогласования 
, измеряемый с помощью рычажного дифференциала, как разность сигналов управления и обратной отрицательной механической связи 
, поступающей от штока поршня цилиндра, управления производительностью насоса, подается на золотник.
В результате смещения плунжера золотника на величину 
жидкость поступает в соответствующую полость цилиндра и смещает поршень (вместе со статором регулируемого насоса Н) до тех пор, пока он с помощью рычага не вернет золотник в нейтральное положение. Смещение поршня гидроцилиндра (статора насоса) пропорционально отклонению управляющего сигнала 
, причем коэффициент пропорциональности определяется размерами плеч рычажного дифференциала между точками шарнирного крепления золотника точкой крепления тяги проводки управления и точкой штока гидроцилиндра.
|
|
|
Динамическая модель исполнительного устройства гидромеханической следящей системы управления высокомоментным гидравлическим приводом передвижной проходческой подъемной установки может быть представлена в виде, показанном на рис. 7.
Рис. 7. Скорректированная динамическая модель исполнительного устройства гидромеханической следящей системы управления
Из этой динамической модели (рис. 7) видно, что рукоятка управления машиниста подъемной установки с массой 
перемещается под действием управляющего усилия 
, вызывая изменение входной координаты 
исполнительного устройства следящей системы управления.
Следящее движение штока гидроцилиндра исполнительного устройства с координатой 
передается посредством силовой проводки с жесткостью 
на рабочий орган (статор регулируемого насоса силовой системы привода) с массой 
и координатой перемещения 
. Рабочий орган нагружен упругой нагрузкой с коэффициентом жесткости 
и вязким трением 
.
Скорректированная динамическая модель (см. рис. 7) исполнительного устройства гидромеханической следящей системы управления может быть представлена следующей системой уравнений:
Уравнения сил, действующих на рукоятку управления машиниста подъемной установки,
(54)
причем параметры , 
, 
- приведены к входному звену исполнительного устройства .
Уравнения рассогласования исполнительного устройства
, (55)
где 
- коэффициент передачи по входному сигналу (входу) для гидромеханической системы управления с кинематической обратной связью с отрицательным коэффициентом передачи (рис. 7);
- коэффициент обратной связи;
а и b – плечи рычага передачи входного сигнала и обратной связи.
Уравнения расхода дроссельного гидропривода исполнительного устройства гидромеханической системы управления
, (56)
где 
- расход золотника.
Эффективный расход дроссельного устройства управления
, (57)
где 
- коэффициент сжимаемости рабочей жидкости
Перемещение гидроцилиндра
. (58)
Расход жидкости, обусловленный скольжением исполнительного устройства управления
. (59)
Уравнения сил, действующих на массу нагрузки (статор регулируемого насоса силовой системы безредукторного привода подъемной установки)
, (60)
где 
- управляющее усилие рукоятки управления;
, 
- массы эквивалентная проводки управления, нагрузки, поршня и гидроцилиндра соответственно; 
- коэффициенты жесткости проводки управления, силовой проводки, опоры крепления гидроцилиндра и рабочего органа нагрузки;
- координаты входная системы управления, перемещения нагрузки, поршня, гидроцилиндра и золотника гидрораспределителя;
- коэффициенты вязкого трения (демпфирования) проводки управления, нагрузки, золотника и трения поршня;
- коэффициент усиления по расходу;
- коэффициент скольжения по расходу;
- рабочие площади поршня и гидроцилиндра;
- перепад давления на гидроцилиндре;
- модуль упругости рабочей жидкости;
- усилие поршня;
- усилие поршня исполнительного гидроцилиндра.
Учитывая, представленные выше, уравнения их можно записать в виде следующей системы:
(61)
Преобразуя систему дифференциальных уравнений (64) по Лапласу, представив ее в изображениях можно записать данную систему в виде:
;
;
; (62)
;
,
где 
; 
.
Система уравнений (65) позволяет рассчитать динамические характеристики и оценить динамическую устойчивость линейной модели следящей системы управления гидравлического привода передвижных проходческих подъемных установок с безредукторным гидроприводом.
|
|
|
В наиболее простом, частном случае, 
, 
, 
, 
, преобразование структурной схемы (рис.5) как системы с обратными связями, дает передаточную функцию гидромеханической системы управления в таком виде:
(63)
где 
- коэффициент передачи гидромеханической системы управления; 
- обобщенная жесткость упругих элементов системы управления; 
- постоянная времени гидромеханической системы управления.
Следует заметить, что гидромеханические устройства управления с отрицательным коэффициентом передачи 
обратной связи обладают способностью парировать силовые возмущения, действующие со стороны нагрузки. Это объясняется тем, что при просадке штока и корпуса исполнительного гидроцилиндра за счет деформации жидкости и его основания под действием внешнего силового возмущения, корпус исполнительного гидроцилиндра перемещается на величину, большую, чем золотник, формируя такой сигнал рассогласования и перепада давления в исполнительном гидроцилиндре, который стремится запереть управляющий дроссель и поставить золотник в положение «гидравлического замка» без отдачи энергии в направлении нагрузки. Это важное свойство гидромеханической системы управления с отрицательным коэффициентом передачи имеет большое значение для подавления автоколебаний нагрузки (блока цилиндров регулируемого насоса силовой системы гидропривода подъемной установки).
