Основные типы электрогидравлических усилителей межотраслевого применения. Гидравлические следящие приводы

Г л а в а 8

ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКИЕ УСИЛИТЕЛИ

Электрогидравлический усилитель применяется для управления потоком рабочей жидкости Q (t) при помощи электрического сигнала i_y (t). Значение Q (t) зависит от перепада противодавления р (t) [97]. Усилитель управляет движением исполнительного гидродвигателя и может устанавливаться или на напорной линии насосной станции, или на сливной линии гидродвигателя, работающего от любого источника питания. Используется в качестве усилительной части следящего электрогидропривода с исполнительными двигателями: гидроцилиндрами, толкающими гидроцилиндрами, поворотниками и реже с гидромоторами, если у них при повышенных давлениях в обеих магистралях зона нечувствительности невелика [38]. Усилитель обеспечивает управление электрическим сигналом потоков рабочей жидкости с существенно большим усилением можности (существенно активная система). Электрогидравлические усилители изготовляются в значительных количествах во многих странах для различных отраслей промышленности и имеют множество модификаций, частично рассмотренных, например, в работах В. А. Хохлова [100]. Наибольшее распространение получили четыре типа электрогидравлических усилителей, описанных ниже и широко используемых в машиностроении на расходы более 3 дм³/с с давлением источника питания до 28 МПа, потерей расхода рабочей жидкости 0,013— 0,040 дм³/с, нелинейностью характеристики 6—9% и зонами нечувствительности 2—3%. Такие усилители допускают работу с полосой пропускания частот до 15—20 Гц [85] с отставанием по фазе на этих частотах до —30—45°. Чистота рабочей жидкости, на которой работает электрогидравлический усилитель, должна быть не меньше 6-го класса по ГОСТ  17216—71.

8.1. ОСНОВНЫЕ   ТИПЫ   ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКИХ УСИЛИТЕЛЕЙ   МЕЖОТРАСЛЕВОГО   ПРИМЕНЕНИЯ

Наибольшее распространение находят гидроусилители первого типа (рис. 8.1) — трехкаскадные. Первый каскад включает электромеханический преобразователь, в котором управляющим двигателем служит заслонка; во втором каскаде имеется гидроусилитель типа сопло-заслонка, а управляющий золотник служит управляющим двигателем, при помощи которого второй каскад управляет третьим; в третьем каскаде усиление мощности обеспечивается управляющим золотником. Источник питания первого каскада — электрический, а остальных двух каскадов — гидравлический, чаще — общий, но может быть и раздельным для каждого каскада с целью ослабления взаимовлияния приводов

Рис. 8.1. Электрогидравлический усилитель первого типа

Рис. 8.2. Электрогидравлический усилитель второго типа через источник питания и обеспечения устойчивой работы каскада, имеющего недостаточный запас устойчивости. При общем источнике питания давления питания второго и третьего каскадов могут быть разными, что достигается установкой на подводящих магистралях дросселей. Такие дроссели, в частности, ограничиваютрасходы   питания.

Электрогидравлические усилители первого типа при запуске обслуживаются рабочей жидкостью с температурой не ниже —60° С, имеют наименьшие размеры отверстий (до 0,03 мм), работают в пределах линейных зон характеристик первых двух каскадов усиления с перепадом давления на управляющем золотнике не выше 0,25 эффективного давления питания. Размер частиц загрязнений (уровень фильтрации) рабочей жидкости в первом каскаде усиления не должен превосходить ²/₃ наименьшего размера отверстий (сопл и дросселей). При правильном выполнении системы уровень шума на выходе оказывается небольшим.

Гидроусилитель первого типа фирмы Нормалайр Гаррет (Англия) на давление 28 МПа работает в диапазоне изменения температур рабочей жидкости —50-204° С при температуре окружающей среды от —54 до +427° С, требует мощность входного сигнала 60—120 мВт, обладает порогом чувствительности 1% и допускает смещение нуля характеристики на 4—7%. Ресурс такого гидроусилителя достигает 60 млн. циклов, а гистерезис управляющей части — 2—4 %.

Поскольку управляющая часть (первые два каскада усиления) гидроусилителя первого типа работает в пределах линейной части характеристики, то до частот 15—20 Гц она может быть аппроксимирована «колебательным» звеном с достаточно стабильными параметрами, причем значение коэффициента усиления велико, зав коэффициент демпфирования £ = 8-12 и более, а постоянная 'времени обычно бывает малой (0,005 с и менее). Поэтому допускается аппроксимация управляющей части апериодическим звеном.

При необходимости существенного уменьшения коэффициента демпфирования в механизме управления используют электрогидравлический усилитель второго типа (рис. 8.2), у которого центрирующие пружины заменены на упругую обратную связь управляющего золотника с якорем электромеханического преобразователя.

Считается, что гидроусилители второго типа обладают более стабильными характеристиками, что может свидетельствовать о недостаточном совершенстве механизма управления. Точное изготовление и сборка деталей упругой обратной связи и сопряженных с ними деталей требует более высокой технологии (особенно процессов финишной обработки) по сравнению с требующимся при выполнении конструкций первого типа.

Требования к чистоте рабочей жидкости, допустимым диапазонам температур, наименьшим размерам отверстий и зазорам для обоих типов усилителей практически одинаковы, как одинаковы и относительные диапазоны изменения гидростатического усилия на управляющем золотнике. Запас устойчивости усилителей второго типа выше, чем у первого типа.

Большей надежностью обладают электрогидравлические усилители третьего типа (со струйной трубкой во втором каскаде), которые обычно выполняются с той же упругой обратной связью, что и конструкции второго типа. Выпускаются они в двух модификациях: со струйной трубкой (рис. 8.3, а) и с дефлекторным струйным усилителем (рис. 8.3, б). Примером первой модификации может служить конструкция АВЕХ (США), а второй — конструкция ЛАТ (ФРГ), допускающие понижение температуры рабочей жидкости при запуске до —55 и —50° С соответственно и более высокий уровень шума на выходе при меньшем запасе устойчивости в конструкциях без дефлектора. Диаметр проходного отверстия магистралей в таких конструкциях не ниже 0,3 мм, а диапазон изменения относительного гидростатического усилия на управляющем золотнике составляет 0,9—0,95 для первой модификации и 0,70—0,75 для второй, свидетельствуя о работе второго каскада со значительными отклонениями от линейной части  характеристики.

Рис. 8.3. Электрогидравлические усилители третьего типа: а - со струйной