Главная > Разное > Конструирование роботов
<< Предыдущий параграф
Следующий параграф >>
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Макеты страниц

5.3.3. Распределители

Управление гидроприводов чаще всего осуществляется в строго определенной последовательности. Органами управления являются различного типа распределители, которые

получают сигналы от механических систем робота либо сигналы от ступеней низкой мощности самих гидравлических (пневматических) систем. В свою очередь механические и гидравлические (пневматические) системы управляются электрическими сигналами.

Рис. 5.20. Схема 4-канального гидрораспределителя.

Сначала рассмотрим классический распределитель — гидрораспределитель золотникового типа.

Характеристики гидрораспределителя золотникового типа. На практике наиболее часто встречается 4-канальный гидрораспределитель, схема которого представлена на рис. 5.20.

Рис. 5.21. Фрагмент схемы клапана без запаса перекрытия.

При его работе дозирующие выступы золотника постоянно меняют свое положение в корпусе гидрораспределителя, двигаясь перпендикулярно каналам ввода и вывода рабочей жидкости (прямоугольный клапан). В зависимости от соотношений размеров выступов золотника и отверстий каналов распределения возможны три случая перекрытия последних, которым соответствуют различные характеристики функционирования.

Распределитель без запаса перекрытия. На рис. 5.21 приведены параметры правой части распределителя, представленного на рис. 5.20. Можно предположить, что роль распределителя

заключается в дозировании расхода входящего в камеру, где находится рабочая жидкость (газ) под давлением Справедливость этого предположения будет доказана в последующих разделах.

Течение рабочей жидкости в распределителе турбулентно, а расход определяется положением поршня и, которое служит управляющей переменной.

Для распределителя без запаса перекрытия должно соблюдаться точное равенство размеров просвета каналов в корпусе распределителя и перекрывающего выступа золотника. В этом случае при перемещении золотника образуются четыре характерные области значений переменной и. Если расход жидкости соответствует максимальному сечению прохода и имеет постоянное значение при

Введем «коэффициент преобразования» распределителя

Тогда для области получим

откуда

Для области получим

откуда

Для области получим

На основе этих результатов получена обобщенная характеристика представленная на рис. 5.22 для некоторой заданной разности давлений питания.

Распределитель с гарантируемым перекрытием. Может оказаться, что размер просвета меньше длины дозирущего выступа золотника, который его перекрывает в выключенном состоянии (рис. 5.23). При этом условии образуется пять характерных областей значений переменной и, для которых выполняются следующие соотношения:

Характеристика (рис. 5.24) дает мертвую зону длиной в которой гарантируется отсутствие утечек в неподвижном состоянии (при нулевом, полезном расходе).

Открытый распределитель (без перекрытия).

Рис. 5.22. (см. скан) Характеристика распределителя без запаса перекрытия.

В этом случае длина дозирующего выступа золотника в направлении движения перед просветом канала распределителя равна т. е. меньше размера рабочей щели. Поэтому в некоторой окрестности начального положения золотника существует постоянная утечка от (рис. 5.25).

Рис. 5.23. (см. скан) Фрагмент схемы клапана с гарантируемым перекрытием.

Если учесть расходы (от канала высокого давления к камере, находящейся под давлением (от камеры с

давлением к каналу низкого давления полезный расход поступающий в камеру, будет равен а расход потерь будет равен или в зависимости от знака

Рис. 5.24. (см. скан) Характеристика распределителя с гарантируемым перекрытием.

Для данного условия перекрытия существует пять областей значений переменной :

Рис. 5.25. (см. скан) Фрагмент схемы открытого клапана.

Характеристика распределителя без перекрытия имеет три участка: центральный участок с максимальным коэффициентом преобразования, равным область расхода с коэффициентом преобразования, равным наконец, область с насыщением (рис. 5.26).

Рис. 5.26. (см. скан) Характеристика открытого клапана. а — для полезного расхода ; б - для расхода потерь

Математическое описание. Практически распределитель определяет расход через две щели каналов, сообщающиеся с камерами, в которых находится рабочая жидкость под давлением При моделировании ограничимся рассмотрением распределителя без запаса перекрытия. Соотношения, описывающие его функционирование, имеют вид

Примечание. При составлении уравнения движения золотника под действием приложенной силы необходимо учитывать, что-сила реакции (реакция потока жидкости или газа) на золотник является динамической величиной. Для ее описания можно использовать выражение

Сервоклапаны (следящие клапаны). Роль этих многоступенчатых устройств заключается в основном в перемещении золотника распределителя таким образом, чтобы открывать сечения прохода пропорционально электрическому сигналу управления по току или по напряжению. При подсоединении к приводу они также пригодны для реализации обратной связи в системах автоматического регулирования.

Рис. 5.27. Следящий клапан фирмы D. В. A. Air Equipement.

Существуют два типа следящих клапанов, различающихся способом управления золотником распределителя.

Электрогидромеханическое управление. На рис. 5.27 и 5.28 показаны две модели следящих клапанов данного типа управления. В клапане фирмы D.B.A. Air Equipement (рис. 5.27) первая ступень представляет собой двухпозиционный двигатель, ротор которого несет пластину, возвращаемую в нейтральное положение под действием пружины. Оба конца пластины расположены против двух жиклеров, связанных с высоким

(кликните для просмотра скана)

давлением через калиброванные ограничивающие диафрагмы (гидравлические потенциометры). Когда пластина занимает нейтральное положение, расходы в жиклерах одинаковы, следовательно, одинаковы и давления в каналах управления золотника, расположенных между калиброванными диафрагмами и жиклерами. В этом случае золотник находится в гидростатическом равновесии и удерживается в среднем положении двумя калиброванными контрпружинами.

Прохождение тока в катушке вызывает поворот пластины, и как следствие происходит нарушение равенства расходов в жиклерах. В результате возникает разность давлений между каналами регулирования золотника. Последний перемещается на такое расстояние, что сила возврата пружин компенсирует нарушение гидростатического равновесия. Элементы системы выбираются таким образом, чтобы получить перемещение золотника, пропорциональное величине тока.

Следящий клапан MOOG (рис. 5.28, а) также содержит двухпозиционный двигатель, перемещение ротора которого приводит к нарушению равенства расходов в двух симметричных системах «сопло — пластина» и создает гидростатическое давление, действующее на золотник. Однако в данном случае сила возврата незначительна. Движущийся золотник увлекает тонкую плоскую пружину, работающую на изгиб, которая плотно вставлена в ротор двухпозиционного двигателя. Прохождение тока через катушку (рис. 5.28, б) вызывает перемещение золотника до положения и, при котором момент силы, переданной пружиной, уравновешивает момент двигателя. Таким способом реализуется обратная связь положения золотника по отношению к электрическому току.

Эта система содержит только один калиброванный упругий элемент (плоскую тонкую пружину), а симметрия системы «сопло — пластина» в данном случае не играет большой роли.

Электрическая обратная связь. Многоступенчатые следящие клапаны содержат большое число элементов, от качества изготовления которых зависит качество функционирования (сопла, золотники, пружины), поэтому они дорого стоят и к тому же весьма чувствительны к загрязнению масла. Кроме того, следящие клапаны обладают гистерезисом, обусловленным наличием в системе двухпозиционного двигателя, зависимость момента от тока которого не включается в различного рода обратные связи, реализованные на последующих ступенях. Это создает определенные трудности в получении одновременно большого расхода (высокоскоростного привода) и очень высокой точности позиционирования.

В настоящее время все чаще применяются одноступенчатые следящие клапаны, в которых двухпозиционный двигатель

достаточно высокой мощности приводится в действие соответствующими электронными приборами. Одно из решений, которое позволяет получить высокую точность позиционирования и большой расход рабочей жидкости, а также увеличить линейный участок функционирования и улучшить динамические рабочие характеристики системы, состоит в том, чтобы реализовать электрическую обратную связь золотника непосредственно от следящего клапана.

Одно из таких устройств схематически показано на рис. 5.29. Вращающийся золотник приводится в действие двухпозиционным двигателем, на оси которого закреплен измерительный потенциометр, обеспечивающий обратную связь по угловому перемещению в виде электрической величины.

Рис. 5.29. Следящий клапан с вращающимся золотником (приводимый в действие следящей системой, которая подстраивает дифференциальный гидромотор).

Характеристики следящего клапана и его элементов. Рабочие параметры. Параметрами элементов следящего клапана, для которых заданы номинальные или предельные значения, определяющие его функционирование, являются: номинальный ток в максимальный ток в цепи обратной связи, сопротивление катушек, номинальный расход, номинальное давление и максимальное рабочее давление, температурный интервал функционирования, внутренние потери, дрейф нуля в функции давления и температуры, гистерезис

Кроме того, некоторые следящие клапаны могут функционировать лишь при давлениях выше минимального давления питания (для ступеней с соплами и пластинами), которое также должно быть задано.

Статические характеристики (рис. 5.30). Обычно приводят перечисленные ниже зависимости, характеризующие работу следящего клапана в установившемся режиме.

По расходу — соотношение между расходом клапана и током регулирования при нулевой нагрузке (рабочие отверстия коротко замкнуты).

Рис. 5.30. (см. скан) Статические характеристики следящего клапана.

Эта теоретически линейная зависимость может быть нелинейной для больших расходов и в окрестности нуля, иметь асимметричную крутизну по отношению к началу координат и обладать гистерезисом (обусловленным магнитным гистерезисом двухпозиционного двигателя, сухим трением двигателя и золотника распределителя и случайным перекрытием последнего).

По давлению — соотношение между разностью давлений на выходе и током регулирования при нулевом расходе (рабочие отверстия закрыты). Эта кривая четко выявляет гистерезис устройства. Ее крутизна в интервале ±40% значения давления на выходе определяет коэффициент преобразования по давлению, характеризующий системы автоматического регулирования по положению, в которых применяются следящие клапаны.

Зависимость расхода от давления — соотношение между расходом и разностью давлений на выходе при постоянном токе

регулирования (для различных значений тока). Из него определяются внутреннее гидравлическое «сопротивление» и максимальная мощность, обеспечиваемая следящим клапаном.

Динамические характеристики (рис. 5.31). Обычно приводят кривые коэффициента преобразования и фазы передаточной функции, связывающей расход при нулевой нагрузке с током на выходе, для заданных давления питания и силы тока.

Рис. 5.31. (см. скан) Динамические характеристики следящего клапана MOOG.

Определяется полоса пропускания при —6 дБ и —90° соответственно. Гораздо реже дается математическая модель клапана, наиболее общие сведения о которой являются полезными во всех случаях.

<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Оглавление