УСТРОЙСТВА ГИДРО- И ПНЕВМОАВТОМАТИКИ

В этой главе рассматриваются гидравлические и пневматические преобразователи как элементы гидро- и пневмоусилителей. Электромеханические преобразователи, как правило, применяются в усилителях для преобразования тока управления в механическое перемещение якоря и соединенных с ним частей маломощных гидро- и пневмоусилителей. Преобразователи типа сопло - заслонка и струйная трубка чаще используются как маломощные усилители в первых ступенях гидро- и пневмоусилителей. Электрогидроусилители и аппаратура с пропорциональным управлением находят применение в гидро- и пневмоприводах с автоматическим управлением. С их помощью можно управлять вручную с пульта или по программе скоростью и положением рабочих органов станков, роботов, автоматических линий и так же, дистанционно, изменять параметры потока рабочей среды.

ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ

Электромеханический преобразователь (ЭМП) – управляющий элемент электрогидроусилителей (ЭГУ) и электропневмоусилителей (ЭПУ), преобразующий ток обмотки управления в угловое или линейное перемещение якоря.

Рис. 8.1

Наибольшее применение в ЭГУ и ЭПУ находят ЭМП с якорем, перемещающимся поперек линий индукции магнитного поля в воздушном рабочем зазоре (первый тип), и ЭМП с якорем, перемещающимся вдоль линий индукции (второй тип) [4]. На рис. 8.1 показаны обобщенные статические характеристики (зависимости электромагнитного момента М от угла поворота якоря) ЭМП первого (рис. 8.1, а) и второго (рис. 8.1, б) типов. Коэффициент k1 характеризует жесткость электромагнитной системы. Отрицательной жесткости (рис. 8.1,а) соответствует устойчивое, а положительной (рис. 8.1,б) – неустойчивое состояние якоря в нейтральном положении при отсутствии тока управления. Поэтому для устойчивости якоря ЭМП второго типа преобразователи снабжают механической пружиной, жесткость которой выбирается больше жесткости магнитной системы. Эквивалентная жесткость в этом случае становится отрицательной, и якорь отклоняется в обе стороны пропорционально току управления. У ЭМП первого типа устойчивость якоря достигается за счет выбора определенной геометрии поверхностей, образующих рабочий зазор. Однако пружины в них тоже используются для точной регулировки ЭГУ.

Преобразователи первого типа обладают высокой линейностью угловой

характеристики и сравнительно большими угловыми перемещениями якоря.

Преобразователи второго типа находят применение в ЭГУ с небольшим линейным перемещением якоря и позволяют получить компактную, герметичную подвеску подвижной системы ЭГУ.

Рис. 8.2

На рис. 8.2, а приведена схема магнитной системы ЭМП мостового типа с возбуждением от постоянных магнитов и независимыми цепями обмотки управления (ЭМП первого типа), на рис. 8.2, б - то же, но с перемещением якоря вдоль силовых линий (ЭМП второго типа). Преобразователи с возбуждением от постоянных магнитов имеют преимущества перед ЭМП с электромагнитным возбуждением: отсутствие постоянного потребления электроэнергии, нагрева и старения обмоток и др. Недостатком является уменьшение магнитного поля в течение времени хранения. Схема ЭМП, приведенная на рис. 8.2. б, является наиболее применяемой как у нас в стране, так и за рубежом.

На рис. 8.3 представлена конструкция подвижного герметичного узла, состоящего из тонкостенной трубки - пружины 1, закрепленной в корпусе 2 ЭГУ. На свободный конец трубки монтируются симметричный якорь 3 и заслонка 4 усилителя типа сопло - заслонка. Перемещение якоря вызывает пропорциональное перемещение x заслонки. За счет упругих качеств трубки 1 заслонка возвращается в нейтральное положение после обнуления входного сигнала.

Рис. 8.3 Рис. 8.4

Управляющая характеристика (рис. 8.4) показывает зависимость углового (линейного) перемещения якоря от тока в обмотке управления при отсутствии внешней нагрузки. Она оценивается несколькими параметрами, в том числе: крутизной начального участка К₂ ; зоной нечувствительности по току управления I, в пределах которой угол остается постоянным; гистерезисом по углу или току управления . Неоднозначность управляющей характеристики отрицательно влияет на статические и динамические характеристики ЭГУ, на точность и устойчивость. Результаты исследований [4] показывают, что гистерезисная петля статической характеристики оказывает влияние на частотные характеристики ЭМП при величине > 5...10 %. В большинстве случаев она приводит к дополнительному фазовому сдвигу ЛФЧХ преобразователя. Одним из способов улучшения характеристик является введение внешнего высокочастотного осциллирующего сигнала. Передаточная функция ЭМП может быть представлена произведением передаточных функций апериодического и колебательного звеньев:

W(s) = 1 /((Т₁ s +1)(Т₂2s2+ 2 z Т₂ s +1)).

Параметры, полученные экспериментально:

Т₁= 12×10-3c; Т₂ = 2,32×10-3с; z = 0,33.

Логарифмические частотные характеристики (рис. 8.5) показывают, что данный ЭМП устойчив; запас устойчивости по амплитуде зависит от коэффициента z. С уменьшением z запас устойчивости уменьшается.

Рис. 8.5