ОПИСАНИЕ ЗАДАННОЙ СХЕМЫ ЭГСП

5.1 ЭГСП (рис.5) предназначен для преобразования входного электрического сигнала U₀ в пропорциональное перемещение X_з штока гидроцилиндра. ЭГСП содержит элсктрогидравлический усилитель УЭГ-С, силовой гидроцилиндр 9, датчик обратной связи 10 (датчик перемещения штока) и электронный усилитель УМЭ-100.

5.2 В электронном усилителе УМЭ-100 входной сигнал U₀ сравнивается с сигналом датчика обратной связи U_oc, разность этих сигналов ΔU = U₀–U_ос преобразуется в ток I, который поступает в УЭГ-С.

5.3 УЭГ-С преобразует электрический сигнал I в пропорциональное перемещение Х₂ управляющего золотника 6. Двухкаскадный электрогидравлический усилитель УЭГ-С содержит электромеханический преобразователь (ЭМП) 1, заслонку 2, торсион 3, первый гидравлический каскад – устройство сопло-заслонка (дифференциальное с двумя соплами 4) и второй каскад – управляющий золотник 6, ЭМП преобразует входной электрический сигнал в перемещение X₁ заслонки 2, которая управляет перемещением золотника. Внутренняя обратная связь в УЭГ-С по положению распределительного золотника осуществляется пружиной обратной связи 5.

Рабочая жидкость от насоса под давлением Р_н через дроссели постоянного сопротивления 7а и 76 подводится через торцовые камеры управляющего золотника к соплам. В каждой из дифференциальных ветвей поток жидкости проходит через дроссель переменного сопротивления сопло-заслонка (зазор между соплом 4 и заслонкой 2). При среднем положении заслонки давления в торцевых камерах золотника одинаковы Р_а = Р_б, золотник 6 находится в среднем положении и перекрывает окна силового потока жидкости. Перекрытия окон при этом равны Δ_н и Δ_с.

5.4 При поступлении сигнала I на ЭМП заслонка 2 перемещается в направлении Х₁ давление Р_б возрастает, а Р_а падает. Возникающий перепад давлений перемещает золотник в направлении Х₂, при этом деформируется пружина обратной связи 5. Когда сила деформации пружины станет равной силе на ЭМП, заслонка вернется в среднее положение, давления Р_а и Р_б выровняются, золотник остановится. При этом каналы 8а и 8б соединяются с соответствующими полостями силового гидроцилиндра, вызвав перемещение его поршня и штока в направлении X₃. Установленный на штоке гидроцилиндра датчик обратной связи (датчик перемещения 10) имеет электрический выходной сигнал U_oc, который поступает в электронный блок УМЭ-100 и сравнивается в нем с заданным выходным напряжением U_o. Рассогласование ΔU = U_о – U_ос формирует в УМЭ-100 выходной сигнал I, поступающий на ЭМП электрогидравлического усилителя УЭГ-С. Таким образом обеспечивается перемещение штока силового гидроцилиндра, пропорциональное входному сигналу.

Рисунок 5 – Схема электрогидравлического следящего гидропривода

5.5. Итак, при подаче входного сигнала U_o возникает ток I, и золотник усилителя перемещается на величину, пропорциональную I. При этом открываются две щели на окнах золотника усилителя, одна из которых связывает левую полость гидроцилиндра с каналом питания, а правую – со сливом. В результате начинается движение штока гидроцилиндра в направлении Х₃. Обратите внимание, что для начала движения штока гидроцилиндра необходимо открытие обеих щелей на окнах золотника, т.е. перемещение золотника должно удовлетворять условию:

; (5.1)

где Δ_max – максимальное из двух соответствующих перекрытий окон на золотнике.

Следовательно, существует величина ΔU_min, соответствующая началу движения штока, которая определяет зону нечувствительности привода.

При движении штока появляется напряжение U_oc, поступающее в электронный усилитель УМЭ-100. При выполнении равенства:

U_oc = U_o, (5.2)

на выходе электронного усилителя (I=0) золотник УЭГ-С вернется в исходное положение, и движение штока гидроцилиндра прекратится.

Учитывая изложенное, статическая характеристика ЭГСП, определяющая пропорциональную связь перемещения штока гидроцилиндра с входным сигналом U₀:

X₃ = kU₀, (5.3)

практически не зависит ни от нагрузки на штоке гидроцилиндра, ни от перекрытий на окнах золотника УЭГ, т.е. является малоинформативной с точки зрения использования привода.

5.6 В теории автоматического управления для подобных описываемому следящих приводов предлагается статическаяхарактеристика, определяющая связь скорости движения штока гидроцилиндра Х₃ с величиной рассогласования δ. Такая характеристика называется скоростнойи предполагает следующее. При изменении входного сигнала с постоянной скоростью U_o=const шток гидроцилиндра перемещается с пропорциональной скоростью Х₃=kU₀, но при этом в каждый момент времени положение штока Х₃ отличается от заданного U_о на величину рассогласования δ:

δ = kU₀-X₃, (5.4)

которая зависит от скорости движения штока Х₃, величины нагрузки G на штоке и ряда других факторов.

Для расчета статической характеристики ЭГСП необходимо выполнить следующие указания:

1 По величине подачи Q_н насоса, выбранной в первой части задания (см. подразд. 3.6), подбирается типоразмер усилителя УЭГ-С (см. прил. Т).

2 Исходными для расчета статической характеристики являются следующие уравнения.

Зависимость перемещения Х₂ золотника усилителя УЭГ-С от рассогласования по электрическим сигналам:

(5.5)

где k_у =2,5 мм/В – коэффициент усиления УМЭ-100;

U_o – заданное входное напряжение;

U_oc – напряжение, поступающее от датчика перемещения (обратная связь).

Уравнения расходов через дросселирующие щели на золотнике УЭГ-С:

; (5.6)

; (5.7)

где Q₁, Q₂ – расходы рабочей жидкости через соответствующие щели на окнах золотника (см. рис. 5), поступающие в каналы гидроцилиндра;

μ = 0,7 – коэффициент расхода;

f_н, f_c – площади щелей;

Р_н – номинальное давление выбранного насоса;

Р_с – давление в сливной линии, принимается Р_с = 0.

Зависимости площадей дросселирующих щелей от перемещения золотника Х₂ УЭГ-С:

(5.8)

где Δ_н, Δ_с - перекрытия соответствующих окон на золотнике УЭГ-С;

d₂ - диаметр золотника.

Зависимости скорости движения штока гидроцилиндра от расходов в каналах гидроцилиндра:

(5.9)

Очевидно, что

X₃=V₁=V₂. (5.10)

Зависимость сигнала обратной связи U_oc от перемещения штока гидроцилиндра Х₃:

U_oc=k_oc·X₃, (5.11)

где k_oc = 0,04 В/мм – коэффициент усиления датчика обратной связи.

Уравнение баланса сил на штоке гидроцилиндра с учетом сил трения в уплотнениях:

p₁w₁ – p₂w₂ = G + G_тр, (5.12)

где G – усилие на штоке гидроцилиндра (см. табл. 1.1);

G_тр – сила трения в уплотнениях гидроцилиндра (см. формулу (3.20));

w₁, w₂ – см. рис. 5; вычисляется по формулам (3.1), (3.2); для цилиндров с двусторонним штоком (w₁=w₂) вычисляются по формуле (3.2).

3 Зона нечувствительности привода определяется следующим образом. Из уравнения (5.5) с учетом условия (5.1):

ΔU_min = Δ_max / k_y. (5.13)

Из уравнений (5.2) и (5.11) заданное положение штока:

X₃ =U₀ / k_oc. (5.14)

Из уравнений (5.14) и (5.3) следует, что коэффициент усиления привода в целом:

K = 1/ k_oc. (5.15)

По уравнению (5.4) с учетом (5.11) и (5.15) имеем рассогласование:

δ = ΔU / k_oc. (5.16)

Очевидно, что зона нечувствительности привода δ_min соответствует той минимальной разности напряжений ΔU_min, при которой начинается движение штока, т. е.

δ_min = ΔU_min / k_oc.

С учетом (5.13) зона нечувствительности привода определяется следующим расчетным уравнением:

δ_min = ΔU_max / k_y·k_oc. (5.17)

4 Скоростная характеристика привода в линейном приближении имеет вид, показанный рис. п. 10.1. Для построения такой характеристики, кроме определения зоны чувствительности δ_min, достаточно найти точку А, положение которой на графике определяется скоростью перемещения штока Х_за, соответствующей произвольно заданному рассогласованию δ_А. Для этого требуется решить систему уравнений (5.5)-(5.12) и (5.16). Возможны различные методы решения этой системы, в том числе, и с помощью ЭВМ. Рассмотрим простой графоаналитический метод:

1 Задаемся, к примеру, δ_А~ 5 мм. По уравнению (5.16) находится соответствующая разность напряжений ΔU, после чего по уравнению (5.5) – перемещение Х₂ золотника УЭГ-С.

2 По уравнениям (5.8) при заданных значениях перекрытий окон Δ_н и Δ_c на золотнике вычисляются соответствующие площади дросселирующих щелей.

3 Задается первое ориентировочное значение давления в напорной полости гидроцилиндра P₁ ~ 1,1Р_д (Р_д находят по уравнению (3.5)), но при условии:

P_Д<P₁<P_н. (5.18)

4 По уравнению баланса сил на штоке (5.11) определяется соответствующее давление Р₂ сливной полости гидроцидиндра.

5 Вычисляются расходы в каналах гидроцилиндра по уравнениям (5.6).

6 Из уравнений (5.9) находятся скорости движения штока V₁ и V₂, соответствующие вычисленным расходам. Эти скорости, как правило, отличаются по своим численным значениям, т.е. нарушается равенство (5.10), поскольку давление Р₁ задавалось ориентировочно.

7 Задастся второе ориентировочное значение P₁ 1,2 Р_д, но с соблюдением условия (5.18). Повторяются вычисления по пп.4-6.

8 Для определения действительной скорости движения штока Х₃, применяется графическое построение зависимостей V=V(P₁). При этом на одном графике строятся две прямолинейные зависимости V₁=V(P₁) и V₂=V(P₂), каждая по двум точкам, координаты которых (V₁, P₁) и (V₂, Р₁,) дважды вычислялись в пп. 3-7. Точка пересечения прямых и определяет истинные значения давления P₁ и скорости движения штока Х_за в заданной точке А.

9 Таким образом, найдено значение Х_за, соответствующее заданной величине рассогласования δ_А = 5 мм, т. е. определены координаты точки А по рис. М.1.

10 По результатам расчетов строится скоростная характеристика ЭГСП Х₃=Х₃(δ) (см. рис. М.1).

11 Таким образом, ЭГСП отслеживает входной электрический сигнал U₀ с погрешностью 5 мм на скорости сложения Х_за, что может служить ориентировочной оценкой статической погрешности ЭГСП в промежуточной точке А.