Попов Д.Н. - Динамика и регулирование гидропневмосистем (1067565), страница 78
Текст из файла (страница 78)
ПЕРЕЛИВНОЙ КЛАПАН ПРЯМОГО ДЕЙСТВИЯ Источники питания гидроприводов с дроссельным регулированием и пневмоприводов в большинстве случаев должны быть снабжены регуляторами давления, так как при различных режимах работы один и тот же привод потребляет разные расходы рабочей среды, вызывая тем самым изменение давления источника питания. При наиболее распространенных источниках питания, имеющих специальные насосные и компрессорные станции, давление может регулироваться двумя способами.
При одном способе ре- зЛ х гулятор в зависимости от давления в напорной линии пропускает большее или меньшее количество рабочей среды в сливную линию, поддерживая давление питания привода в заданных пределах. Этот способ достаточно широко используется как в гидро-, так и в пневмосистемах. Регуляторами служат переливные клапаны прямого и непрямого действия или автоматы разгрузки, принцип действия которых был описан во введенйи. В пневмосистемах устанавливают также регуляторы давления непрямого действия, собранные из универсальных блоков промышленной пневмоавтоматики. При другом способе регулятор управляет производительностью машины, подающей рабочую среду под давлением либо в аккумулятор, либо непосредственно к приводу. Этот способ обычно применяют для регулирования давления в гидросистемах, так'как регулировать подачу насосов проще, чем компрессоров.
На рис. 14.38 показана схема системы, в напорной линии которой давление поддерживается клапаном 1, нагруженным пружиной 2. При перемещении клапана рабочая среда протекает через дроссельное-отверстие 3 и за счет этого обеспечивается демпфирование 410 клапана. Такого типа система может быть как гидравлической, так и пневматической. Условимся трубопроводы от источника питания 4 к потребителю 5 и к клапану считать достаточно короткими для того, чтобы процессы в них можно было рассматривать без учета распределенности параметров рабочей среды по длине линии.
Ограничиваясь, кроме того, малыми отклонениями переменных от установившихся значений и опуская символ Л, запишем уравнение баланса расходов рабочей среды в системе: Я.— Я.=Я. +Ю-+Яу.р. (14. 120) В это уравнение входят расход Яп рабочей среды, поступающей от источника питания (насоса); расход Я, рабочей среды, подво- димой к потребителю (приводу); расход, вызванный сжимаемо- стью рабочей среды, "о прп В а' (14.121) расход рабочей среды, пропускаемой клапаном на слив, Ркл = Кокйкл+ КорРп~ (14. 122) расход, обеспечивающий управление клапаном, =Р л~~кл упр кл лу (14.123) Як — Яп= и',~' +Ркл — „";+Колйкл+КорРп (14124) Уравнение движения клапана в предположении малых сил трения имеет вид (Рп — р,) Є— (Рпп+ Р„,) = т„„„,"', (14.125) где р, — давление в демпфирующей полости под клапаном; Рпр— сила пружины; Рлл — гидродинамическая сила; т„, — масса кла- пана.
41! где 1', — объем рабочей среды, находящейся в трубопроводах от источника питания к потребителю и к клапану;  — модуль объемной упругости рабочей среды; рп — давление, которое без учета гидравлических сопротивлений принято одинаковым во всех сечениях напорной линии; Йк, — смешение клапана от положения, соответствующего установившемуся режиму системы; Ркл — площадь поршня клапана; Кок и Кор — коэффициенты, определяемые по статическим характеристикам клапана таким же способом, как для золотниковых распределителей (см. гл, Х1).
После подстановки расходов согласно соотношениям (14.121)— (14.!23) в уравнение (14.120) получаем Обозначив А,р проводимость дросселя 3 (см. рис. 14.38), представим расход рабочей среды, перетекающей через дроссель, в виде акр = йлрРл. (14. 126) При малом объеме демпфирующей полости можно пренебречь сжимаемостью рабочей среды в этом объеме, тогда Я„= Рк, — "' .
(14.127) где с„'р — суммарная жесткость пружины 2 и «гидродинамической пружины». Применяя соотношения (14.128) и (14.129), уравнение (14.125) приводим к виду ~кл спр После преобразования уравнений (14.124) и (14.130) по Лапласу при нулевых начальных условиях имеем Рп (З) ! 1(кн (а) (лп (З) К~а ~ К з + !) ~кл (а) ) 1 Г ~кл '(Е ГГ В '+') ор (14.131) гил гпр йдр пр (14. 132) Зависимостям (14.!31) и (14.132) соответствует структурная схема, приведенная на рис. 14.39.
Схема составлена из типовых звеньев, поэтому устойчивость системы легко проверить по логарифмическим амплитудным и фазовым частотным характеристикам разомкнутого контура. Переходный процесс можно найти любым из рассмотренных в первой части методов 412 Рис. !4.39. Структурная схема системы автоматического регулирования давления с клапаном прямого действия Из соотношений (14.126) и (14.127) находим Р„= —" — "' . (14.! 28) Сумму сил Рл + Р„определим соотношением Рпр+ Р„л —— спрятал~ (14 129) 4 4433. НлАпАн нкпРямОГО дкиствия На рис.
14.40 дана схема клапана непрямого действия, применяемого в гидросистемах в качестве предохранительного или переливного клапанов. Принцип действия клапана состоит в следующем. При наличии в гидросистеме заданного давления управляющий клапан 1 либо прижат пружиной 2 к седлу, либо пропускает жидкость на слив. Соответственно затвор 8 основного клапана либо прижат пружиной 4 к своему седлу, либо пропускает жидкость на слив. В первом случае давление рг в управляющей полости равно давлению р„в подводе клапана.
Во втором случае давление р„больше давления р„. Разница в давлениях возникает вследствие того, что при открытом управляющем клапане жидкость из подвода протекает через дроссель 5. В целях допол- 1 а нительного демпфирования основного затвоРа отвеРстиЯ б могУт быть выпол- аср р РР иены малого диаметра и служить дрос- 5 селями. Для демпфирования управляю- 4 щего клапана может устанавливаться 5 дроссель 7. Давление, при котором а, р начинает подниматься затвор основного клапана, зависит от предварительного натяжения пружин 2 и 4 и регулируется а,„— тир изменением напряжения пружины 2 уп- '3 равляющего клапана. Благодаря малой величине перемещений управляющего клапана давление рх поддерживается ~ее близким к значению давления', при ко- ра тором он открывается.
При составлении уравнений движе- Рнс. !4.40. схема клапана ния управляющего клапана и затвора непнамого ае"стана основного клапана обычно возникает трудность, связанная с учетом сил от гидродинамического воздействия потоков жидкости. Если пренебречь этими силами, то уравнение движения затвора основного клапана можно записать в виде Р„„(р, — рх) — Р,р — Р,р — — и„",', (14.133) где Р„, = п0'„,/4; и„, — масса затвора клапана; Раа — сила пружины 4; Р,а — сила трения; Ь„, — перемещение затвора, измеренное от седла.
В данном случае предполагается, что гидравлическое сопротивление отверстий пренебрежимо мало, и поэтому давление р, может быть принято равным р„. Сила пружины 4 определяется обычной зависимостью Рпр (~ ар)а+ спайки (14. 134) 413 где с„,— жесткость пружины 4; (Рнр),— предварительное натяжение пружины 4.
При работе клапана в гидросистеме с нормальным температурным режимом сила трения Рл, может не учитываться, если затвор не имеет уплотнений и трение является гидравлическим. При указанньгх допущениях уравнение (14.133) после подстановки Р„р из зависимости (14.!34) приводится к виду Уравнение баланса расходов при движении затвора основного клапана, не учитывая сжимаемость жидкости в предположении малых объемов полостей, запишем в виде 'ен (сш+ Рнл дт + едр~ (14. 136) где ߄— расход жидкости, протекающей в подводе клапана; Яш— расход через щель, открытую затвором основного клапана; Я,„— расход через дроссель Б. Расходы Я и Я,р найдем следующим образом: — о.,— ~.,г'л.— л, (сов где Рис.
!4.41. Статичесиая харак теристика управляющего кла пана 414 йш —— (ешь„, эш сс)г 2,'р; йдр —— (ддр)др)л' 2/р) (14.138) здесь р — коэффициент расхода щели, открытой затвором основного клапана; Рдр и гдр — соответственно коэффициент Расхода и площадь дросселя б. Вследствие малых размеров затвора управляющего клапана его собственная частота получается обычно значительно выше собст- венной частоты затвора основного Рр клапана. Это позволяет при рассмотрении динамики всего гидроаппарата использовать статическую характеристику . управляющего клапана для лс связи давления р„ с расходом (рис.
14.41). Такая характеристика описывается уравнением Рр=Ру е+К о Ц„, '(14.!39) где Кр„о„— коэффициент, определяемый йо наклону характеристики. расход Яр, пропускаемый управляющим клапаном, в свою очередь определяется уравнением баланса расходов (14. 140) Вследствие соотношений (14.137) и (14.138) математическая модель клапана непрямого действия является нелинейной. Рассмат- ривая малые отклонения переменных от значений, которые они имеют при равновесии клапана, проведем линеаризацию уравнений. В результате получим систему уравнений с' аакл Улкл сил + Спр~~кл+ ~кл~Ру с кллрп Мп Мш+Ркл лу + Млр Мщ=Кооййк +Корбюро; Мпр = КОрбРп КорщРу1 ЛР =К о Ь()~; (!4.146) (14.
142) (14. 143) (14.144) (14.146) В этих уравнениях ~щапло Кол = йщ)У о.,о — Р,;1 Ко, = 2р Рл.л — Рсл К хр ор= Рл.л — Ру. л здесь Р,, и Ру, — давленил соответственно в подводе и в УпРавлЯ- ющей полостй при равновесии клапана и подъеме затвора, равном йпл. О. Система уравнений упрощается, если разница в расходах Я„ и Щ мала, и можно принять Ь11„АЯ . В этом случае после обычных преобразований уравнений (14.141) — (14.146) получаем передаточную функцию аРп (л1 Тклл +2ьклТклл+1 (14 147) Щп (л) Кур [(Ткл) л +2СклТклл+1) где Т к, = ос кл К„Е,Ртл рпр 2(1 +КрупуКОр))с тлклспр ~ кл Кор = Кчр'+ КооКтср1 Кар = ппр (1+ р о 0р) Т'„, = Тк, 1 1 1, пкл Ькл = КОиКпр Кчл1т лр ' !+ ~Г + Ко Кол Передаточная функция (14.147) показывает, что рассмотренный клапан непрямого действия сам по себе является устойчивым. Если клапан подключен к гидросистеме, то из-за сжимаемости жидкости клапан совместно с гндросистемой может быть неустойчив.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
