Следящий гидропривод - NiNa.Az

Следящий гидропривод — это регулируемый гидропривод, в котором закон движения выходного звена (вала гидромотора или штока (в некоторых случаях корпуса) гидроцилиндра) изменяется в зависимости от управляющего воздействия.

Как правило к функциям слежения в следящем гидроприводе добавляются функции усиления управляющего сигнала по мощности. Поэтому синонимом термина следящий гидропривод считается термин гидроусилитель.

Принцип работы гидроусилителя с золотниковым распределителем

Одна из возможных конструктивных схем гидроусилителя показана на рис. 1.

Рис. 1. Одна из конструктивных схем гидроусилителя

Рис. 2. Принцип работы гидравлического усилителя с выходным звеном в виде двухштокового гидроцилиндра

В этой схеме перемещение управляющей рукоятки вправо через механическую связь вызывает смещение золотника также вправо. При этом открываются каналы золотникового гидрораспределителя, в результате чего жидкость от насоса подаётся в правую полость гидродвигателя, в качестве которого применён двухштоковый гидроцилиндр. В этой полости гидроцилиндра создаётся избыточное давление, и, как следствие, выходное звено движется вправо, то есть в том же направлении, что и рукоятка. Поскольку выходное звено жёстко связано с корпусом распределителя, то перемещение выходного звена вызывает такое же по величине перемещение корпуса распределителя (рис. 2). В результате смещения корпуса распределителя каналы в гидрораспределителе перекрываются поясками золотника и подача жидкости от насоса в полость гидроцилиндра прекращается. Таким образом и управляющая рукоятка, и выходное звено гидродвигателя движутся синхронно. Однако за счёт того, что усилие на выходном звене создаётся за счёт давления, развиваемого насосом, то это усилие многократно больше, чем усилие, прикладываемое к рукоятке оператором. Коэффициент усиления следящих гидроприводов практически неограничен, и мощность входного сигнала может быть уменьшена до ничтожно малой величины (примерно 0,5 Вт).

В рассмотренной конструкции распределителя перемещение золотника может вызываться не только линейным перемещением управляющей рукоятки, но и, при небольших конструктивных изменениях, возможно осуществить входное движение золотника с помощью вращательного движения руля (например, через винтовую передачу).

Профиль поясков золотника

Иногда пояски золотников гидрораспределителей выполняют с небольшой конусностью (6°-10°) (рис. 4). Тогда открытие каналов распределителя происходит более плавно, чем в распределителях с золотниками с цилиндрическими поясками (рис. 5). Соответственно, при открытии каналов более плавно нарастает и подача жидкости в полости гидродвигателя, и поэтому «трогание с места» и остановка выходного звена гидроусилителя также происходит более плавно. Иными словами, при наличии конусности в конструкции золотников чувствительность гидроусилителя снижается.

• Рис. 4. Пояски золотника при наличии конусности; при такой конструкции «трогание с места» и остановка выходного звена гидроусилителя происходит более плавно
• Рис. 5. Цилиндрические пояски золотника

Гидроусилители с клапанными распределителями

Помимо золотниковых распределителей, в конструкциях гидроусилителей иногда применяют клапанные распределители. Одна из возможных конструктивных схем такого гидроусилителя приведена на рис. 6.

Рис. 6. Одна из возможных конструктивных схем гидроусилителя с клапанным распределителем

В таком гидроусилителе при перемещении ручки управления влево открывается верхний клапан, и жидкость от насоса по каналам внутри гидроусилителя подаётся в правую полость цилиндра. При этом в этой полости создаётся избыточное давление, под действием которого поршень начинает перемещаться влево, то есть в ту же сторону, в которую была перемещена ручка управления. Поскольку поршень жёстко связан с корпусом распределителя, то перемещение поршня вызывает точно такое же по величине и направлению перемещение корпуса распределителя. В свою очередь смещение корпуса закрывает верхний клапан, и подача жидкости в левую полость цилиндра прекращается, и соответственно прекращается движение поршня. Таким образом, выходное звено (шток поршня) движется синхронно с входным звеном (ручкой управления).

При движении поршня влево жидкость из левой полости цилиндра вытесняется в гидроаккумулятор.

Когда ручка управления перемещается вправо, верхний клапан закрыт, но открывается нижний клапан, и жидкость из правой полости цилиндра идёт на слив в бак. Движение поршня при этом происходит вправо под действием давления, создаваемого гидроаккумулятором.

Гидроусилители с клапанными распределителями имеют высокую точность воспроизведения по сравнению с гидроусилителями с золотниковыми распределителями, поскольку в золотниковых распределителях имеется мёртвая зона, обусловленная тем, что ширина поясков золотника обычно делается несколько больше диаметра перекрываемых каналов (положительное перекрытие; абсолютно точного совпадения ширины поясков и диаметров каналов не удаётся достичь по технологическим причинам изготовления деталей). В клапанных распределителях мёртвая зона может быть легко устранена.

Гидроусилитель крутящего момента

Основная статья — Гидроусилитель крутящего момента

Гидроусилитель крутящего момента — вид следящего гидропривода, в котором гидродвигателем служит либо гидромотор, либо поворотный гидродвигатель.

В данном типе гидроусилителей обычно используется гидравлический распределитель с поворотным золотником, выполненным в виде крана, при этом у распределителя имеется отслеживающая втулка.

Рис. 7. Конструктивная схема гидроусилителя крутящего момента, выполненного на базе поворотного гидродвигателя: жидкость подаётся по каналам e и f, а сливается по каналу m

Струйные усилители

Струйные усилители выполняются на базе струйных распределителей.

Рис. 8. Схема струйного усилителя пропорционального типа

По сравнению с гидроусилителями механического типа струйные усилители обладают высоким быстродействием. Частота переключений газовых струйных усилителей достигает нескольких кГц. Усилители, работающие на маловязких жидкостях, имеют быстродействие на порядок меньше, чем газовые, однако и их быстродействие удовлятворяет практику.

Схема действия одного из видов струйных усилителей показана на рис. 8. При повороте трубки 1 на небольшой угол по часовой стрелке поток Q подаётся в правую полость гидроцилиндра 2. В этой полости создаётся избыточное давление, и корпус будет смещаться вправо до тех пор, пока не восстановится равновесие и поток вновь не будет поделён на две равные части. Таким образом, корпус гидроцилиндра 2 отслеживает движения трубки 1.

Чувствительность гидроусилителей

Сигнал, подаваемый на вход гидроусилителя, вызывает соответствующее движение выходного звена. При некоторых небольших перемещениях рукоятки выходное звено при определённых значениях этого перемещения будет оставаться в покое. Это обусловлено тем, что элементы креплений механической передачи от рукоятки к золотнику имеют люфты. Пока эти люфты не выбраны, золотник будет оставаться в покое. Соответственно, в покое будет оставаться и выходное звено гидроусилителя. Кроме того, по технологическим причинам ширина поясков золотника обычно делается несколько большей, чем диаметр перекрываемых каналов (положительное перекрытие), а значит, на начальном этапе движения золотника каналы распределителя будут перекрыты, и жидкость от насоса не будет поступать к полости гидродвигателя, и поэтому выходное звено будет оставаться в покое. Таким образом, по объективным причинам чувствительность гидроусилителя не может быть абсолютной.

Строго говоря, под чувствительностью понимают комплекс качеств, позволяющих с минимальной ошибкой (по времени и пути) заданные перемещения входа преобразовывать в перемещения выходного звена. При этом ошибка по времени характеризует быстродействие, а по пути — точность гидроусилителя.

Помимо ширины поясков и люфтов механической передачи на чувствительность оказывают влияние утечки рабочей жидкости через зазоры между деталями распределителя, трение в элементах конструкции, упругость деталей и самой рабочей жидкости гидроусилителя, а также нагрузка выхода, влияющая на давление в гидросистеме, а значит, и на утечки.

Чувствительность является одним из основных требований, предъявляемых к следящим гидроприводам.

Применение следящих гидроприводов

Примером следящего гидропривода является гидроусилитель руля, широко применяемый в автомобилях. Следящий гидропривод применяется в тех случаях, когда непосредственное управление тем или иным механизмом требует от человека слишком больших усилий. Кроме автомобилей, следящие гидроприводы устанавливают на тракторах, на судах, используют в авиации, робототехнике и других сферах.

История

Первый патент, связанный с гидравлическим усилением, был получен Фредериком Ланчестером в Великобритании в 1902 году. Его изобретение представляло собой «усилительный механизм, приводимый посредством гидравлической энергии». В 1926 году инженер подразделения грузовиков компании Пирс Эрроу (англ. Pierce Arrow) продемонстрировал в компании Дженерл моторс гидроусилитель руля с хорошими характеристиками, однако автопроизводитель посчитал, что эти устройства будут слишком дорогими, чтобы выпускать их на рынок. Первый предназначенный для коммерческого использования гидроусилитель руля был создан компанией Крайслер в 1951 году, и сейчас большинство новых автомобилей укомплектовывается подобными устройствами.

См. также

• Гидравлический привод

Примечания

1. Гидравлический усилитель Архивная копия от 12 июня 2010 на Wayback Machine (англ)
2. Nunney, Malcolm James (2006). Light and Heavy Vehicle Technology. Elsevier Science. p. 521. ISBN 9780750680370
3. Howe, Hartley E. (February 1956). "Mr. Power Steering's Ship Comes In". Popular Science 168 (2): 145-270.

Ссылки

• Гидравлические следящие приводы (лекция)
• Наглядная работа гидравлического бустера на самолёте
• Учебный фильм на английском языке HYDRAULIC STEERING - PRINCIPLES OF OPERATION

Литература

• Башта Т.М. Гидравлические приводы летательных аппаратов. — Москва: Машиностроение, 1967.

• Башта Т.М. Гидропривод и гидропневмоавтоматика. — Москва: Машиностроение, 1972. — С. 320.

• Схиртладзе А.Г., Иванов В.И., Кареев В.Н. Гидравлические и пневматические системы. — Москва: ИЦ МГТУ «Станкин», «Янус-К», 2003. — С. 544.