ГЛАВА IX. ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА И СЕРВОМЕХАНИЗМЫ С ДРОССЕЛЬНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ

1. ТИПОВЫЕ СХЕМЫ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ С ДРОССЕЛЬНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ

В качестве исполнительных элементов гидравлических устройств и приводов с дроссельным управлением применяются силовые цилиндры (гидроцилиндры) с поступательно перемещающимся штоком (рис. IX. 1) и лопастные гидравлические двигатели (рис. IX.2) с поворотным поршнем (лопастью).

Рис. IX. 1. Конструкция гидравлического силового цилиндра поступательного действия: 1 — корпус; 2 — шток с поршнем

Исполнительные элементы с поворотной лопастью вследствие технологических трудностей, а также значительных утечек рабочей жидкости менее распространены, чем силовые цилиндры с поступательно движущимся поршнем. Недостатком гидравлического двигателя с одной лопастью является возникновение неуравновешенной радиальной силы при преодолении внешней нагрузки. Эта сила создает дополнительный момент трения вподшипниках, что ухудшает качество их работы и уменьшает срок службы. Двухлопастные двигатели с диаметрально противоположными лопатками свободны от этого недостатка.

Преимущественное распространение в устройствах с дроссельным управлением имеют золотниковые пары, чаще всего с прямолинейным движением цилиндрического золотника, хотя возможны и иные конструкции золотников [10]. Известны более сорока разных схем таких

управляющих устройств [2], [4], [9], [10], отличающихся гидравлической схемой, конструктивным выполнением и характеристическими свойствами. Наиболее распространена схема с четырехщелевым золотником (рис. IX.3), работающим от источника питания постоянного давления или от источника питания с постоянным расходом.

Рис. IX.2. Конструкция лопастного гидравлического моментного цилиндра: 1 — корпус; 2 — поворотная лопасть

В первом случае источник питания — насосная станция, чаще всего включающая нерегулируемый насос с переливным клапаном и иногда с аккумулятором. Во втором случае используется нерегулируемый насос с предохранительным (аварийным) клапаном. Цилиндрический золотник 4 смещается в корпусе 1 на величину, соответственно меняя проходные площади дросселирующих щелей 2, 3, 8, 9, а, значит, и потери давления в жидкости, проходящей через регулируемые щели. Характеристики золотника различны при нулевом, положительном и отрицательном перекрытиях. Смещение золотника обеспечивается рычагом 5 от копира 6. Поэтому связь между управляющим сигналом и смещением золотника х линейна, т. е. где — коэффициент пропорциональности (передаточное отношение), сброс жидкости происходит в сливной бак 7.

Рис. IX.3. Гидравлический привод с четырехщелевым золотником (сх. 1 и 2)

В зависимости от величины х в управляющем золотнике происходит распределение энергии, причем поток жидкости, поступающей в гидроцилиндр 10, определяется соотношением

где — активная площадь поршня; — линейная скорость поршня; перепад давления в гидроцилиндре или гидромоторе; — характеристическая функция золотника, существенно нелинейная, определяемая гидравлической схемой и конструкцией золотниковой пары. В дальнейшем гидравлическую схему исполнительного устройства с четырехщелевым золотником при отрицательном перекрытии (так называемый проточный золотник) будем обозначать

Это гидравлическое исполнительное устройство в зависимости от Типа источника питания может работать в режиме при В этом случае давление на входе в золотник не будет постоянным и вид функции меняется.

Рис. IX.4. Гидравлический привод с двухщелевым золотником, обслуживаемый двумя нерегулируемыми насосами (сх. 3): 1 — корпус; 2 — золотник; 3 — рычаг; 4 — копир; 5 и 7 — щели; 6 — сливной бак

При использовании обратной связи между управляющим рычагом 5 и смещением поршня гидроцилиндра у (обычно используется единичная отрицательная обратная связь установом корпуса золотника на штоке или корпусе гидроцилиндра в зависимости от того, какая из этих двух деталей смещается) получают систему управления положением и поэтому величину 8 называют рассогласованием [3].

Для получения высокой точности и жесткости характеристики при управлении положением в копировальных устройствах металлорежущих станков применяют четырехщелевой золотник с отрицательным перекрытием мкм. В этом случае при золотник будет проточным, а при — работает как золотник с нулевым перекрытием [3], анализ работы которого будет рассмотрен ниже

При использовании гидроцилиндра с двумя одинаковыми нерегулируемыми насосами можно применять двухщелевой золотник, устанавливаемый на сливе как показано на рис. IX.4.

Большое распространение имеют гидроцилиндры, у которых активная площадь поршня с одной стороны вдвое отличается от второй (дифференциал [3], поскольку в этом случае соответствующим соединением магистралей удается обеспечить при одном и томже значении одинаковые скорости движения в обоих направлениях. Такая схема (сх. 4) для случая работы с показана на рис. IX.5. Та же система работоспособна при

Конструктивно наиболее проста система с однощелевым золотником, устанавливаемым на сливной линии гидроцилиндра с дифференциалом и источником питания с как показано на рис. IX.6, При использовании в той же системе источника

(кликните для просмотра скана)

питания применяется обратный способ присоединения гидроцилиндра (рис. IX.7). Аналогичная схема может применяться с источником питания, обеспечивающим постоянное давление (сх. 9).

Рис. IX.5. Гидравлический привод с двухщелевым золотником и дифференциальным гидроцилиндром (сх. 4 и 5): 1 — корпус; 2 — золотник; 3 — рычаг; 4 — копир; 5 — сливной бак; 6 — цилиндр

Рис. IX.6. Гидравлический привод с однощелевым золотником и дифференциальным гидроцилиндром при (сх. 6): 1 — корпус; 2 — золотник; 3 — рычаг;

4 — копир; 5 — сливной бак; 6 — щель; 7 — цилиндр

Свойства гидроусилителя с однощелевым золотником меняются при использовании подпорного клапана и гвдроцилиндра измененной конструкции при работе с (рис. IX.8).

Рис. IX.7. Гидравлический привод с однощелевым золотником и дифференциальным гидроцилиндром при (сx. 7): 1 — корпус; 2 — золотник; 3 — рычаг; 4 — копир; 5 — сливной бак; 6 — щель; 7 — цилиндр

Рис. IX.8. Гидравлический привод с однощелевым золотником, дифференциальным гидроцилиндром и подпорным клапаном при (сx. 8): 1 — корпус; 2 — щель, 3 — золотник; 4 — рычаг; 5 — копир; 6 — сливной бак; 7 — клапан; 8 — цилиндр

Системы гидроавтоматики металлорежущих станков, особенно копировальных и станков с программно-числовым управлением, основываются на применении рассмотренных выше схем, а также схемы эксплуатирующейся в режиме, соответствующем использованию золотника с нулевым перекрытием.