Динамо-машины  Статические характеристики элементов 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 [ 17 ] 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127

Рис. 32. Статическая (скоростная) характеристика астатического гидродвигателя

жидкости; рассматриваемые усилители относятся к категории гидростатических передач. Если золотник сместить относительно исходного состояния в противоположную сторону (вниз), то и направление скорости будет обратным (вверх). Отсечной золотник закрывает выходные отверстия с некоторым перекрытием (см. рис. 33, в) и в статической (скоростной) характеристике гидроусилителя появляется зона нечувствительности 2а (рис. 32). Эта характеристика показывает зависимость установившейся скорости поршня от величины перемещения золотника. Участок насыщения соответствует полному открытию золотниковых отверстий. Скорость движения поршня здесь уже не может возрастать.

Для устранения зоны нечувствительности применяются так называемые проточные золотники, у которых ширина пояска несколько меньше ширины отверстия (рис. 33, а и б). Проточные золотники часто используются и как средство против замерзания

масла, но эти их положительные качества достигаются ценой повышенного расхода масла.

Если перемещения золотника не достигают значений полного открытия отверстия Xgx и зоной нечувствительности можно пренебречь, то статическую характеристику гидроусилителя полагают приблизительно линейной (пунктирная прямая на рис. 32).

Рис. 33. Некоторые типы золотников:

а - проточной (условный разрез цилиндра золотника); б - проточной (развертка пояска, поршня и щели); 6 - отсечной (развертка); / - поясок поршня золотника; 2 - щель

Широкое применение гидравлических исполнительных элементов в автоматических устройствах объясняется их высоким быстродействием.

Обычно время разгона поршня силового цилиндра до установившегося значения скорости, соответствующего установленному отклонению золотника, не превышает нескольких миллисекунд. Это дает возможность пренебречь в первом приближении инер-

Ционностьюгидродвигателя и полагать, что в пределах линейного участка гидродвигатель (см. рис. 31) будет интегрирующим звеном с передаточной функцией

При этом входной величиной будет перемещение золотника, а выходной - скорость перемещения поршня. Эти свойства характерны для астатического серводвигателя, у которого определенному отклонению золотника соответствует определенная пропорциональная этому отклонению скорость перемещения силового поршня при постоянной нагрузке. Передаточный коэффициент К показывает отношение установившейся скорости поршня к перемещению золотника и имеет размерность сек~.

Однако часто требуется совершенно иной характер связи входной и выходной величин: движения силового поршня должны достаточно точно повторять движения золотника (причем величины входного и выходного отклонений иногда могут и отличаться масштабами). Требуемое изменение характеристик достигается введением жесткой отрицательной обратной связи, которая может быть выполнена, в частности, в виде рычажной передачи (рис. 34). Корпус золотника при этом делается подвижным. Подобные усилители носят название статических серводвигателей.

Если переместить шток золотника вверх, то жидкость поступит в верхнюю часть силового цилиндра и его поршень начнет опускаться. При этом поршень через рычажную передачу будет под нимать корпус золотника до тех пор, пока отверстия не будут перекрыты. Тогда поршень остановится.

В данном случае перемещение силового поршня, а не его скорость соответствует отклонению золотника. При скачкообразном перемещении золотника перемещение силового поршня будет носить экспоненциальный характер, так как скорость движения его будет уменьшаться по мере уменьшения сечения золотникового отверстия (безынерционность гидродвигателя следует понимать только в смысле практически мгновенного установления скорости, соответствующей размеру золотникового отверстия). Тогда гидро-

777777777777777,

Рис. 34. Поршневой усилитель с жесткой обратной связью (статический гидродвигатель)

двигатель будет представлять собой апериодическое звено с передаточной функцией

К этому же выводу нетрудно прийти на основании известного общего выражения эквивалентной передаточной функции для звена с отрицательной обратной связью [см. выражения (26) и (27)1.

Приведенные уравнения справедливы лишь как первые приближения При учете характера истечения жидкости через золотниковое отверстие, масс подвижных частей и жидкости, непостоянства нагрузки силового поршня, явлений в трубопроводах и т. д. уравнения усложняются и становятся нелинейными. В пневматических усилителях этого типа процессы оказываются еще более сложными, так как там необходимо учитывать сжимаемость газа. Для них приведенные уравнения справедливы лишь для медленно меняющихся сигналов и при небольшой нагрузке.

К достоинствам гидродвигателей, кроме малой инерционности, относятся небольшой вес на единицу мощности и низкая выходная скорость, не требующая редуцирования. Недостатки заключаются в необходимости высокого класса точности производства, не устраняющей возможности утечек; в неудобствах, связанных с наличием трубопроводов, а также во влиянии изменения вязкости жидкости на характеристики усилителя.

Пневматические поршневые двигатели не требуют столь точного изготовления, так как некоторая утечка воздуха вполне допустима. Время их действия из-за меньшей массы рабочего тела-воздуха - может быть еще меньше, чем у гидравлических усилителей. Но вследствие сжимаемости воздуха возникают ударные явления, что отрицательно сказывается на работе системы. Параметры воздуха как рабочего тела при изменении температуры меняются не так сильно, а рабочая температура может быть повышена до нескольких сотен градусов. Однако на низких окружающих температурах сильно возрастает влажность воздуха и начинается интенсивное обледенение внутренних поверхностей двигателей. Поэтому пневматические двигатели и усилители при низких окружающих температурах должны прогреваться. Особенно целесообразно применять элементы этого типа в тех устройствах, в которых из-за кратковременного действия можно использовать аккумулирующие баллоны со сжатым газом.

Эти уравнения относятся к случаю постоянной по величине нагрузки на поршень. При нагрузке типа laquo;пружины raquo; усилитель, собранный по схеме, приведенной на рис. 31, по мере перемещения выходного штока 3 будет уменьшать выходную скорость и полностью остановится, если противодействующее усилие возрастет настолько, что уравновесит усилие, развиваемое неподвижным поршнем. В этих условиях усилитель должен замещаться апериодическим звеном.