Підсилювальні та стабілізуючі елементи систем автоматики
Викладач Момотюк В.В.
ТЕМА 3
5. Питання
в темі “Підсилювальні та стабілізуючі елементи систем автоматики”
5. Гідравлічні та пневматичні підсилювачі
Гідравлічний підсилювач - це пристрій, який дозволяє при невеликій потужності на вході, керувати розподілом потужного потоку робочої рідини на виході, що надходить від зовнішнього джерела енергії.
Це гідравлічний пристрій, у якому рух керуючого елемента перетворюється у рух керованого елемента великої потужності, узгоджений з рухом керуючого елемента за швидкістю, напрямом і переміщенням.
Застосовувані в автоматизованих гідроприводах гідропідсилювачі класифікують за такими ознаками.
розрізняють гідропідсилювачі без зворотного зв'язку та із зворотним зв'язком між керуючим елементом і веденою ланкою виконавчого механізму.
гідропідсилювачі розділяють на підсилювачі з дроселюючими гідророзподільниками золотникового типу, з соплом і заслінкою, зі струминного трубкою, кранові, з голчастим дроселем.
Click to add Title
1
За методом управління
1
Click to add Title
2
По конструкції керуючого елемента
2
гідропідсилювачі поділяють на одно-, двох- і багатокаскадні. Багатокаскадні застосовують у тих випадках, коли потрібно отримати на виході велику потужність і зберегти при цьому високу чутливість гідропідсилювача.
гідропідсилювачі підрозділяють на підсилювачі з механічним і електричним сигналами управління.
Click to add Title
1
За кількістю каскадів підсилення
3
Click to add Title
2
По виду сигналу керування
4
Золотникові гідропідсилювачі
Гідропідсилювачі золотникового типу одержали найбільше поширення. Вони прості по конструкції, легко керовані, мають високий ККД і забезпечують досягнення значних коефіцієнтів підсилення по потужності.
Робочим елементом гідропідсилювачів цього типу є циліндричний золотник з кільцевими проточками і поясками (золотниковий розподільник), який переміщується в осьовому напрямі у втулці, що має вікна для підводу і відводу рідини.
Регулюючим елементом золотникового розподільника є дроселююча щілина, створена кромками поясків золотника і виточок у корпусі. В машинобудуванні застосовуються розподільники з позитивним, нульовим та негативним перекриттям.
При позитивному перекритті поясок золотника перекриває проточку з кожного боку на величину c=(a-b)/2, при негативному - на c=(b-a)/2. Варіант з нульовим (a=b) перекриттям є теоретичним, оскільки реальні розподільники через допуски мають або позитивне, або негативне перекриття.
Фіксовану зупинку робочого органу може забезпечити тільки розподільник з позитивним перекриттям, при негативному перекритті неможливо без додаткових пристроїв встановити золотник строго в нейтральне положення, при якому має місце рівність тисків у порожнинах гідродвигуна (p1=p2).
Величина зони нечутливості, в межах якої зміна керуючого сигналу не викликає реакції (руху) навантаженого виконавчого гідродвигуна (виходу), є важливою характеристикою гідравлічного слідкуючого привода.
1 - шарнір;
2 - тяга;
3 - золотник розподільника;
4 - поршень;
5 - корпус силового циліндра;
6 - шарнір,
7 - диференціальний важіль
Схем гідропідсилювача золотникового типу зі зворотним зв'язком
Схема стежачого гідропідсилювача золотникового типу з гідродвигуном прямолінійного руху представлена на малюнку. При переміщенні тяги 2, пов'язаної з ручкою управління, переміщається шарнір 1 диференціального важеля 7 зворотного зв'язку, з яким в'язані штоки силового циліндра 5 і золотника розподільника 3. Так як сили, що протидіють зсуву золотника розподільника, значно менше відповідних сил, що діють в системі силового поршня 4, то шарнір 6 може розглядатися на початку руху тяги 2 як нерухомий, через що рух його викличе через важіль 7 зсув плунжера золотника розподільника 3. У результаті при зміщенні золотника з нейтрального положення, рідина надійде у відповідну порожнину циліндра 5, що викличе переміщення поршня 4, а отже, і шарніра 6, пов'язаного з "виходом". При цьому вихідна ланка зміститься пропорційно переміщенню тяги 2.
Після того, як рух тяги 2 буде припинено, поршень 4 повідомить через важіль 7 зворотного зв'язку ,плунжеру золотника розподільника 3 переміщення, протилежне тому, яке він отримував до цього при зміщенні тяги 2 управління. Так як при цьому витратні вікна золотника будуть в результаті зворотного руху плунжера поступово прикриватися, кількість рідини, яка надходить в циліндр 5, зменшиться, внаслідок чого швидкість його поршня буде зменшуватися до тих пір, поки плунжер золотника не прийде в положення, в якому вікна повністю перекриються , при цьому швидкість стане рівною нулю.
При переміщенні плунжера золотника в протилежну сторону рух усіх елементів регулюючого пристрою буде відбуватися у зворотному напрямку.
В дійсності окремих етапів руху "входу" і "виходу" розглянутого слідкуючого приводу не існує, і обидва рухи протікають практично одночасно, тобто має місце не поетапне, а безперервне "стеження" виконавчим механізмом за переміщенням "входу".
Переваги:
Click to add Title
1
розвантажені від аксіальних статичних сил тиску рідини
1
Click to add Title
2
при відповідному конструктивному виконанні мають відносно малі сили тертя
2
Click to add Title
1
5
Click to add Title
2
6
Click to add Title
1
менш чутливі до забруднення рідини
3
Click to add Title
2
прості по конструкції і відповідно легкі у виготовленні
4
легко керовані
мають високий ККД і забезпечують досягнення значних коефіцієнтів підсилення по потужності
Недоліки:
Click to add Title
1
фіксовану зупинку робочого органу може забезпечити тільки розподільник з позитивним перекриттям
1
Click to add Title
2
при негативному перекритті неможливо без додаткових пристроїв встановити золотник строго в нейтральне положення
2
Click to add Title
1
у деяких видів золотникових підсилювачів присутня зона нечутливості
3
ГИДРАВЛІЧНИЙ ПІДСИЛЮВАЧ КЕРМА
Пневматичні підсилювачі (ПП) призначені для посилення сигналів по потужності й тиску.
ПП діляться на два класи:
Найпоширеніші дросельні ПП типу сопло-заслінка й золотники. Підсилювач типу сопло-заслінка є окремий випадок міждросельної камери. До струминних підсилювачів ставиться струминна трубка.
Click to add Title
1
Дросельні
Click to add Title
2
Струминні
Через малу в'язкість повітря витоку в пневматичних золотниках великі, тому зазор між штоком і втулкою золотника необхідно робити якнайменше ( для золотників з діаметрами 10...25 мм не більш 0,010 мм).
Тому що повітря не має змащувальну здатність, слід уникати конструкцій пневматичних золотників з більшим числом тертьових поверхонь і поєднувати матеріали з гарними антифрикційними властивостями при відсутності змащення.
Золотникові ПП по своїй конструкції й принципу дії практично не відрізняються від аналогічних гідравлічних золотникових підсилювачів.
Перевага пневматичних золотників полягає в тому, що масова витрата повітря, а отже, і гідродинамічні сили, що діють на них, порівняно невеликі. Тому для привода пневматичних золотників можна використовувати малопотужну систему.