3. СТАТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Уравнение расхода устанавливает связь между тремя переменными: расходом (скоростью исполнительного устройства), перепадом давления на исполнительном устройстве и смещением золотника. Поскольку активная площадь гидроцилиндра постоянна, то перепад давления пропорционален усилию на исполнительном органе.

Различают три вида статических характеристик: скоростная, силовая и внешняя. Скоростная характеристика — зависимость расхода (скорости исполнительного органа) от смещения золотника при фиксированном значении перепада давления. Силовая характеристика — зависимость перепада давления при смещении золотника относительно среднего положения; обычно рассматривается при заторможенном исполнительном устройстве. Внешняя характеристика — зависимость расхода от изменения перепада (т. е. от изменения возмущающего воздействия) при фиксированном положении золотника. Последняя характеристика важна при оценке систем стабилизации, в которых существенно меняется возмущающее воздействие (например, гидропривод станков).

Поток через щель при поступлении рабочей жидкости из линии питания в гидроцилиндр равен потоку при выходе из гидроцилиндра на слив. Величина этих потоков определяется выражением:

где — скорость поршня гидроцилиндра;

— активная площадь поршня;

— размеры щели, причем х — смещение золотника;

— коэффициент расхода; — плотность рабочей жидкости.

Симметрия обеих открываемых щелей обеспечивает очевидные равенства

если

Уравнению (IX.8) можно придать форму

где коэффициент крутизны скоростной характеристики холостого хода (т. е. при

а в безразмерной форме записи

где безразмерная скорость

а безразмерный управляющий сигнал

Ограничение при получении скоростной характеристики снимается, если использовать запись

поскольку а при обязательно .

Графическое изображение скоростной характеристики четырехщелевого золотника в форме приведено на рис. IX. 11, а и используется при При изменении знака безразмерного сигнала управления уравнение вырождается.

Рис. IX.11. Характеристики гидропривода с четырехщелевым золотником с нулевым перекрытием при отсутствии потерь и утечек: а — обобщенные; б — силовые; 1 — герметичный золотник с нулевым перекрытием; 2 — золотник с нулевым перекрытием и утечками; 3 — золотник с нулевым перекрытием и утечками в гидродвигателе; 4 — золотник с положительным перекрытием; 5 — золотник с большим осевым зазором

При этом характеристика системы существенно нелинейна.

Для знакопостоянных допустима линеаризация при рассмотрении связи между отклонениями, что оказывается справедливым при малых сигналах.

Малые знакопеременные, например симметричные гармонические колебания, до сего времени исследованы недостаточно.

Применяя вертикальные разрезы графического изображения на рис. IX.11, а, можно получить скоростные характеристики при фиксированных значениях которые в широком диапазоне изменений линейны. Внешние характеристики того же устройства при изображаются кривыми, показанными на рис.

Силовые характеристики Др принципиально могут быть рассчитаны, если известны пути утечки жидкости. Поскольку размеры щелей колеблятся в достаточно широких пределах, изменяющихся в процессе эксплуатации, то зависимость при заторможенном гидромоторе обычно оценивается экспериментально. Эти характеристики важны при оценке процесса трогания с места.

Для идеального золотника (герметичного в среднем положении, т. е. при и нулевом перекрытии) силовая характеристика изображается кривой которая скачкообразно меняет значение ординаты от до при прохождении значения через нуль.

Крутизна силовой характеристики гидроцилиндра (кривая 2) конечна (при наличии утечек в золотниковой паре утечки в самом гидроцилиндре обычно ничтожно малы). Если исполнительным двигателем будет гидромотор, то крутизна силовой характеристики существенно уменьшается (кривая 3). При положительном перекрытии появляется зона нечувствительности (кривая 4), а при отрицательном перекрытии зона нечувствительности исчезает, зато крутизна силовой характеристики существенно падает (кривая 5), уменьшая приемистость (наибольшее ускорение инерционной нагрузки).

Приближение к силовой характеристике идеального золотника достигается увеличением герметичности золотниковой пары с нулевым перекрытием и использовании в качестве гидродвигателя гидроцилиндра.