загрузка...
загрузка...
На головну

Гідравлічні пропорційні приводи

  1. Гідравлічні (пневматичні) випробування
  2. гідравлічні акумулятори
  3. Гідравлічні блоки основний і дублюючої систем
  4. гідравлічні замки
  5. ГІДРАВЛІЧНІ МАШИНИ
  6. Гідравлічні насоси НП123

Розширення автоматизації робить необхідним управління такими параметрами гідросистем, як тиск, витрата і напрямок потоку робочої рідини, за допомогою засобів електроніки. Найкращим інтерфейсом між гідравлічними виконавчими механізмами і електронною системою управління є пропорційні клапани. Для кращої демонстрації переваг пропорційної гідравліки можна порівняти три варіанти гідроприводу для токарного верстата.

малюнок 9.1 - Гідравлічний пропорційний привід

Принципова схема гідроприводу подачі з ручним керуванням (рис. 9.2).Тиск і подачу насоса слід виставити під час пуску системи в експлуатацію. Для цього запобіжний клапан і дросель повинні мати рукоятки настройки.

Витрата і напрямок потоку можна змінювати при ручній дії на розподільник. Жоден з клапанів цієї системи не має електричного управління, тому автоматизувати такий привід неможливо.

малюнок 9.2 - Схема гідроприводу подачі з ручним керуванням

Принципова схема гідроприводу подачі з електронним управлінням (рис.9.3). У разі електрогідравлічної системи, розподільник має електричне керування від дискретних електромагнітів. Таку систему можна автоматизувати, зв'язавши магніти розподільника з контролером або інший електричною системою управління.

Але електрична система управління не зможе впливати на значення тиску і витрати. Якщо ці параметри потрібно змінити, роботу верстата доведеться зупинити. Тільки після цього вручну можна налаштувати дросель або запобіжний клапан.

малюнок 9.3 - Схема гідроприводу подачі з електричним керуванням

Принципова схема гідроприводу подачі з пропорційними клапанами (Рис.9.4). Особливості цієї схеми полягають у наступному:

- Пропорційний розподільник управляється електричним сигналом, який змінює величину витрат і напрямок потоку робочої рідини, а швидкість переміщення виконавчого органу змінюється за рахунок зміни витрати;

- Другий сигнал управління впливає на пропорційний запобіжний клапан. Цим сигналом можна постійно налаштовувати потрібний тиск.

Пропорційний розподільник виконується функцію регулювання витрати і розподільника. Пропорційні клапани управляються електричними сигналами, тому, не перериваючи роботу верстата, можна: за допомогою пропорційного запобіжного клапана використовувати більш низький рівень тиску в режимах зменшеною навантаження (наприклад, зупинка подачі), що дозволяє економити енергію, здійснювати плавний старт і гальмування каретки подачі за допомогою пропорційного розподільника.

Всі настройки пропорційних клапанів здійснюються автоматично, т. Е. Без втручання оператора.

малюнок 9.4 - Схема гідроприводу подачі з пропорційними клапанами

Потік сигналів і елементи пропорційної гідравліки. Електричний вхідний сигнал у вигляді напруги 0 ... ± 9-10в або струму 4 ... 20мА перетворюється в електронним підсилювачем відповідно до величини напруги в електричний струм (рис. 9.5). Пропорційно такому електричного струму за допомогою регульованого електромагніту створюється сила, яка викликає переміщення робочого елемента, що в свою чергу призводить до зміни об'ємної витрати або тиску на пристрої. Ця зміна відбувається пропорційно вхідному електричному сигналу

малюнок 9.5 - Потік сигналів і елементи пропорційної гідравліки

Регульовані електромагніти є сполучною ланкою між електронікою і гідравлікою. Пропорційно до електричного струму (вхідний величиною), вони створюють силу і переміщення (вихідну величину) на робочому органі. (Ріс.9.6)

малюнок 9.6 - Конструкція пропорційного електромагніта

Залежно від конструкції гідроапарата для його управління використовуються один або два пропорційних електромагніту.

Пропорційний електромагніт розроблений на основі дискретного електромагніту, який застосовується в дискретних апаратах електрогідравліки. Електричний струм, протікаючи по обмотці, створює електромагнітне поле. Це поле створює зусилля, спрямоване по осі рухомого якоря, і може бути використано для переміщення робочого органу клапана.

Як і в дискретному електромагніт, якір, сердечник і корпус виконані з легко намагнічується м'якого матеріалу. Відрізняється пропорційний електромагніт наявністю керуючого конуса з немагнітного матеріалу, який змінює форму ліній магнітного поля.

При правильному виборі розмірів частин з м'якого магнітного заліза і керуючого конуса, характеристика пропорційного електромагніта має приблизно такий вигляд, показаний на малюнку:

- Зусилля на якорі збільшується пропорційно силі струму, тобто збільшення сили струму вдвічі призводить до подвійного збільшення зусилля.

- Зусилля не залежить від положення якоря в межах робочої зони, яка зазвичай становить близько 2 мм.

малюнок 9.7 - Характеристика пропорційного електромагніта

У пропорційному клапані зусилля електромагніту діє проти зусилля пружини, яке прагне повернути робочий орган клапана на вихідну позицію (рис. 9.8а). Характеристика пружини накладається на характеристику магніту. Чим далі вправо йде якір, тим більше сила пружини.

а) Б)
в) г)

малюнок 9.8 - Принцип дії пропорційного електромагніта

- При невеликому струмі сила F електромагніту зменшується, і пружина, відповідно, майже відпущена (рис. 9.8, а, в);

- Зусилля на якорі зростає при збільшенні струму. Якір переміщається вправо і стискає пружину (рис. 9.8, б, д).

Спрацьовування клапанів тиску, дросельних клапанів і розподільників.В клапанах тиску пружина розташовується між пропорційним електромагнітом і клапанним затвором (рис.9.10).

малюнок 9.9 - Схема клапана тиску

При невеликому електричному струмі, що протікає через електромагніт, пружина лише злегка стиснута, і затвор відкривається навіть при невеликому тиску. З ростом електричного струму зусилля на якорі електромагніта зростає. Він зміщується вправо і зусилля затягування пружини збільшується. Тепер тиск, при якому затвор може відкритися, буде більше - в пропорції до зусиллю пружини і сили електричного струму.

У дросельних клапанах (регуляторах витрати) і розподільниках золотник розташований між пружиною і пропорційним електромагнітом (рис. 9.10).

малюнок 9.10 - Схема дросельного клапана

При невеликій силі струму пружина злегка стиснута, золотник перебуває в крайньому лівому положенні, прохід рідини закритий. З ростом електричного струму на електромагніт золотник зміщується вправо, клапан відкривається, витрата рідини збільшується.

На характеристики пропорційного клапана негативно впливають намагнічування, тертя і зусилля, що виникають при обтіканні робочого органу рідиною. Це призводить до того, що положення якоря не буває точно пропорційно протікає по магніту току.

Значне поліпшення точності позиціонування якоря можна отримати, якщо управління виробляти по замкнутому контуру зі зворотним зв'язком (див. Рис. 9.11).

малюнок 9.11 - Схема пропорційного клапана

Пропорційний магніт і датчик положення утворюють блок, вбудований в клапан.

Виділяють різні типи пропорційних клапанів (табл. 9.1)

Таблиця 9.1 - Типи пропорційних клапанів

 типи клапанів  Вхідна змінна  Вихідна змінна
 клапани тиску  Електричний струм  тиск
 обмежувачі витрати  Електричний струм  Ступінь відкриття клапана витрата (залежить від тиску)
 розподільники  Електричний струм  Ступінь відкриття клапана напрямок потоку витрата (залежить від тиску)
 регулятори витрати  Електричний струм  Витрата не залежить від тиску

Співвідношення між вхідним сигналом (електричний струм) і вихідними сигналами (тиск, ступінь відкриття, напрямок потоку або витрата) можна уявити в графічній формі:

- По осі X вказується вхідний сигнал;

- По осі Y вказується вихідний сигнал.

У разі строго пропорційного поведінки клапана характеристика має вигляд прямої, т. Е. Є лінійною (див. Рис 9.12).

малюнок 9.12 - Характеристики пропорційних клапанів

У багатьох випадках від пропорційних клапанів потрібно не тільки точно слідувати змінам вхідного електричного сигналу, але і робити це швидко. Швидкість реакції пропорційного клапана характеризується двома параметрами:

1. Часом спрацьовування, т. Е. Часом, який необхідний клапану, щоб внести у вихідний параметр зміна, відповідне вхідного сигналу. Для швидкодіючих клапанів цей час невелика.

2. Частотою пропускання сигналів, яка показує на скільки змін сигналу в секунду даний клапан здатний відреагувати.

Час спрацювання пропорційного клапана визначається наступним чином:

- Сигнал управління змінюється покроково;

- Вимірюється час, необхідний клапану для досягнення відповідного цій зміні значення вихідного параметра.

Чим більше зміна вхідного сигналу, тим більше час спрацьовування. Більш того, багато клапани мають різний час спрацьовування на позитивне і негативне зміна сигналу, навіть якщо ці зміни рівного значення.
Час спрацювання пропорційних клапанів лежить в діапазоні від приблизно 10 мс (швидкодіючі клапани, невеликі зміни вхідного сигналу) до приблизно 100 мс (повільні клапани, великі зміни вхідного сигналу).

Сигнал на пропорційний магніт надсилається електронною системою управління рис. 9.13. Порядок проходження сигналу показаний на малюнку. Слід розрізняти дві функції:

1) Завдання уставок.

Значення вхідної змінної (уставки) задається електронним шляхом. Сигнал управління подається на вихід блоку у вигляді напруги. Оскільки струм при цьому занадто малий, управляти пропорційним магнітом за допомогою цього сигналу не можна.

2) Посилення сигналу.

Електронний підсилювач перетворює напругу в електричний струм, сила якого виявляється достатньою для того, щоб привести в дію клапан.

малюнок 9.13 - Схема перетворення в електронному підсилювачі

Блок формування вхідних сигналів (уставок) і підсилювач можуть конструктивно виконуватися у вигляді різних електронних блоків:

1. Використовується система управління (контролер), здатна видавати тільки дискретні (виконавчі) вихідні сигнали. Блок формування уставок і підсилювач є окремі модулі (рис. 9.14, а).

2. Використовується система управління, яка має аналогові вихідні сигнали. Для завдання установок окремий блок не потрібно (рис. 9.14, б).

3. Найчастіше використовується змішаний варіант. Якщо система управління може видавати тільки задані значення напруги, то додаткові функції, вбудовані в підсилювач (рис. 9.14, в)

малюнок 9.14 - Варіанти схем модулів

Підсилювачі для пропорційних магнітів випускаються в двох конструктивних виконаннях:

- Вбудованими в клапан (інтегрована електроніка);

- У вигляді окремого модуля.

Три основні функції підсилювача виконуються послідовно, як показано на ріс.9.15:

- Коригування сигналу;

- Широтно-імпульсна модуляція сигналу або ШИМ (для перетворення сигналу);

- Посилення (для отримання сигналу потрібної потужності).

малюнок 9.15 - Клапан з пропорційними магнітами, без контролю положення якоря

В клапанах з пропорційними магнітами, що мають контроль положення, в підсилювач також вбудовані приймач сигналу з датчика положення і система управління по замкнутому контуру (рис. 9.16). Для цього потрібні додаткові блоки:

а) джерело напруги для харчування індуктивної вимірювальної системи (датчика положення);

б) демодулятор (для перетворення сигналу напруги від вимірювальної системи);

в) контролер замкнутої системи управління, який порівнює задане значення положення якоря з поточним, в результаті видаючи вхідний сигнал для широтно-імпульсної модуляції.

малюнок 9.16 - Клапан з пропорційними магнітами, які мають контроль положення

Області застосування пропорційних клапанів визначаються:

- Граничним тиском, яке може витримати корпус;

- Максимально допустимим зусиллям, що виникають на золотнику при обтіканні його рідиною.

Якщо сила, що виникає на золотнику при обтіканні його рідиною, стає занадто великий, пропорційний магніт вже не зможе утримувати золотник в потрібному положенні. В результаті положення золотника виявиться невизначеним. Граничні параметри при використанні пропорційних клапанів вказуються виробником або у вигляді цифрових значень тиску і витрати або у вигляді діаграм.

 




Мехатроніка як сфера науки і техніки | Області застосування і тенденції розвитку мехатронних систем | Етапи розвитку техніки і становлення мехатроніки | Принципи і структура мехатронних пристроїв | Методи штучного інтелекту | Інформаційно-вимірювальні системи. | Спеціальні роботехнічних комплекси (МНС). | Служить для проведення інспекційних перевірок, пошуку і знищення вибухонебезпечних предметів. Є базовим зразком для сімейства малогабаритних роботів. | Автомобільні мехатронні пристрої. | Роторні машини. |

загрузка...
© um.co.ua - учбові матеріали та реферати