Системи позиціювання у гідроприводі

Вступ

Однією з найрозповсюдженіших технічних задач, які виникають при комплексній механізації, автоматизації виробництва і транспортних процесів, являється позиціювання механізмів і робочих органів машин і обладнання, тобто це означає переміщення на задану відстань або у задану координатами точку, здійснення руху із заданою швидкодією, зупинок з заданою точністю і фіксація механізмів при наявності зовнішнього навантаження.

Така задача виникає при програмному керуванні станками і технологічним обладнання, при дистанційному впливі на органи керування транспортних машин, суден і літальних апаратів, при дистанційному і автоматичному регулюванні хімічних, теплових і ядерних процесів, при автоматизації підйомно-транспортних, завантажувально-розвантажувальних і технологічних операцій за допомою роботів і автоматичних маніпуляторів та в багатьох інших випадках.

Вирішення задачі позиціювання робочих органів машин і механізмів можна забезпечувати використанням:

- Аналогових засобів, це переважно слідкуючі пристрої з двигунами неперервної дії.

- Дискретних засобів, це в основному покрокові гідродвигуни.

Дискретні гідроприводи

Відомо дуже багато конструкцій дискретних гідро- і пневмогідроприводів.

Серед них можна виділити дозаторні гідроприводи, об'ємні приводи з багатопоршневими двигунами, крокові гідро- і пневмоприводи з механічною редукцією кроку і крокові гідроприводи з гідравлічною редукцією кроку.

Накопичений досвід дозволяє зробити висновок, що при значній нагрузці і обмеженому числі позицій робочих органів машин, найбільш простими і надійними засобами позиціювання являються в багатьох випадках є дискретні гідроприводи з покроковими гідродвигунами.

Вони дозволяють відпрацьовувати релейні і імпульсні керуючі сигнали від будь-яких дискретних задаючих пристроїв (навіть від стаціонарного комп'ютера) і забезпечують при цьому позиціювання механізмів із високою точністю при практично необмеженій нагрузці.Дискретні гідпроприводи (ДГП) з покроковими гідродвигунами (ПГД) складають новий клас об'ємних гідроприводів, функціональні властивості яких можна коротко охарактеризувати, як здатність стійко відпрацьовувати релейні та імпульсні керуючі сигнали високою точністю позиціювання при практично зустрічній нагрузці

Структуру покрокового гідропривода (ПГП) в загальному вигляді можна представити 3-ма складовими частинами, до яких відносяться "джерело робочої рідини", "керуючий пристрій" та "покроковий гідродвигун" (або кілька покрокових гідроприводів).

Напорна і сливна гідролінії позначені відповідно НГЛ та СГЛ. Керуючий пристрій містить перетворювачі сигналів і гідророзподільники, які здійснюють тактове переключення виконавчої гідролінії (ВГЛ), які позначені Л1, Л2, Л3. Головною відмінною частиною покрокового гідропривода, визначаючою його функціональні властивості, являється покроковий гідродвигун.

Вхідні сигнали x(t) по фізичній природі бувають механічними, електричними, гідравлічними або пневматичними, а по формі - імпульсними і релейними.

Вихідним сигналом ПГП y(t) завжди являється покрокове переміщення (кутове або лінійне) вихідної ланки на величину [math]Ykp[/math].

При цьому на вихідній ланці долається визначена зовнішня нагрузка H(t). Числу і знаку вихідних сигналів відповідають число кроків і напрямок руху вихідної ланки. Час відпрацювання кроку [math]Tkp[/math] залежить від нагрузки і властивостей ПГП.

Важливою властивістю ПГП являється також утримання вихідної ланки у фіксованому положені при незмінному стані ВГЛ (Л1, Л2, Л3). Таким чином, ПГП здійснює функцію позиціювання без використанння головного зворотнього зв'язку, обов'язкової, наприклад, для слідкуючих приводів, що значно спрощує конструкцію приводів і в багатьох випадках позбавляє проблеми забезпечення стійкості.

Із всіх типів гідродвигунів кроковими називють гідродвигуни, які мають наступні функціональні властивості:

1) Покроковий рух вихідної ланки виконується при тактовій (циклічній) зміні стану ВГЛ;

2) Вихідна ланка утримується у фіксованому положенні при незмінному стані ВГЛ;

Ці властивості важливі для здійснення часто зустрічаючій при автоматизації машин і обладнання технічної задачі позиціювання робочих органів.

Для правильного розуміння приведеного формулювання властивостей ПГД уточнення використаних термінів.

Під ВГЛ (виконавчими гідролініями) розуміють гідролінії, які з'єднують гідродвигун з керуючими гідророзподільниками (Л1, Л2, Л3).

До станів ВГЛ відносяться з'єднання їх посередництвом гідророзподільників з напорною чи сливною гідролініями джерела робочої рідини (НГЛ і СГЛ).

В якості третього стану може бути перекриття (запирання) ВГЛ.

Під тактом розуміють тимчасовий період, протягом якого виникають і підтримуються відповідні стани ВГЛ.

Число тактів в циклі може бути 2 і більше.

Кроком називаються переміщення вихідної ланки ПГД після зміни такту.

Номінальна величина кроку залежить тількт від конструкції і розмірів внутрішнього механізму ПГП

Перечисленні функціональні властивості ПГП забезпечуються наявністю особливого виду силової функції, під якою розуміють залежність сили (момента сил) на вихідній ланці від його переміщення.

Порівняння дискретних приводів з іншими типами. Області успішного застосування гідроприводів для позиціювання машин та механізмів. Приклади.

Як відзначалося вище, для вирішення задач позиціювання робочих органів машин і механізмів використовують два типи приводів: аналогові та дискретні.

Інтенсивний розвиток електроніки сприяв створенню і успішному використанню в різних галузях техніки дискретних електроприводів з покроковими двигунами.

Однак вони виявилися ефетивними лише в розробці низькомоментних (до 1 Нм) покрокових електродвигунів, які відпрацьовують граничну частоту керуючих сигналів до 30кГц. Але при збільшенні потреб крутного моменту (від 10 до 100 Нм) вони мають при номінальній нагрузці відносно низьку частоту обробки керуючих сигналів (до 150 Гц).

Причиною являється значана величина моменту інерції ротора крокового електродвигуна.

Комбіновані приводи мають крутні моменти від 8 до 64 Нм при частоті пропускання керуючих сигналів до 800 Гц. Проте, незважаючи на ці переваги вони мають два суттєвих недоліки: велику масу та габарити і понижену точність позиціювання.

Необхідність забезпечення крутних моментів більше 100 Нм і прагнення покращити масово-габаритні характеристики привели до розробки гідромоторів з гідравлічною редукцією кроку.

Плавне переміщення робочих органів машин по заданій траєкторії з заданою швидкістю і зупинку в будь-якій точці робочого простору відомі крокові гідроприводи забезпечити не можуть, адже найкращими є слідкуючі приводи. Однак, функції позиціювання і фіксації робочих органів машин при обмеженому числі координат можуть успішно виконувати не лише слідкуючі, а й крокові гідроприводи. Такі функції виконують сервоприводи систем дистнційного керування різних гідрофіцированих машин, силові гідроприводи програмних систем тезнологічного обладнання і гідроприводи програмних маніпуляторів підйомно-транспортного призначення.

При цьому ПГП в багатьох випадках кращі технологічно, дешевші і надійніші в експулатації, ніж слідкуючі гідроприводи.

Причини заключаються в наступному:

ПГП при умові вказаного функціонального обмеження містять меншу кількість дорогих деталей та вузлів, а також пристроїв з підвищеною інтенсивністю відмов;

Вони менш чуттєві до коливань температури і чистоти рідин та масел, ніж слідкуючі гідроприводи;

ПГП не потребують регулювання та налаштування окремих пристроїів при експлуатації.

Приклади