Лабораторная работа № 5. Исследование гидропривода

Исследование гидропривода

объемного регулирования

Цель работы: Ознакомление с блоками библиотеки пакета Simulink, используемыми при моделировании нелинейных систем управления. Разработка машинной модели гидропривода объемного регулирования и исследование его динамики на ЭВМ.

Гидропривод используется в качестве силовой части электрогидравлических следящих систем. Гидроприводы отличаются высоким быстродействием, большими развиваемыми усилиями и крутящими моментами при относительно малых моментах инерции вращающихся частей исполнительных двигателей (ИД), легкостью защиты от перегрузок.

По виду средств, с помощью которых осуществляется регулирование скорости ИД, гидроприводы разделяются на гидроприводы объемного регулирования и гидроприводы дроссельного регулирования.

В гидроприводе объемного регулирования изменение скорости ИД осуществляется путем изменения рабочего объема насоса и в отдельных случаях гидромотора.

Гидроприводы объемного регулирования обладают высоким КПД, жесткой механической характеристикой, большим диапазоном регулирования, плавностью движения на малых скоростях. К недостаткам гидроприводов объемного регулирования следует отнести более сложную конструкцию и меньшее быстродействие по сравнению с гидроприводами дроссельного регулирования.

В гидроприводах дроссельного регулирования частота вращения ИД определяется сопротивлением управляющих дросселей, включенных последовательно или параллельно с ИД.

Схема гидропривода объемного регулирования приведена на рис. 1. Кроме основных элементов –насоса и гидромотора, определяющих статические и динамические характеристики гидропривода, она содержит систему подпитки, предохранительные устройства, фильтр, пополнительный бак. Насос Н приводится во вращение приводным электродвигателем ПД. При повороте органа регулирования насоса – люльки изменяется его производительность. Насос Н соединен магистральными трубопроводами Т с исполнительным двигателем ИД. Давление в магистрали всасывания насоса Н создается вспомогательным насосом ВН, который одновременно обслуживает узлы гидроавтоматики механизма управления.

Рис. 1. Схема гидропривода объемного регулирования

Рабочая жидкость из вспомогательного насоса ВН подается через фильтр Ф к подпиточным клапанам ПК, обеспечивающим избыточное давление в магистрали всасывания в пределах 0,8 – 1 МПа. Избыточное количество рабочей жидкости удаляется через сливной клапан СК в пополнительный бак БП, а давление подпитки ограничивается предохранительным клапаном ППК. Ограничение давления в магистралях гидропривода производится предохранительными клапанами МПК. Пополнительный бак предназначен для пополнения гидропривода рабочей жидкостью с целью компенсации потерь от внешних утечек и поддержания постоянного объема рабочей жидкости в гидроприводе при повышении или понижении температуры.

Процессы в гидроприводе описываются уравнениями расходов в отдающей и приемной полостях насоса, а также уравнением моментов на валу исполнительного двигателя (гидромотора) [8].

Входной величиной гидропривода являются параметр регулирования насоса e(t), представляющий собой отношение значения угла поворота люльки α_л насоса к его максимальному значению α_л.max, т.е.:

Выходной величиной является скорость исполнительного двигателя.

На рис. 2 изображена схема расходов гидропривода. Отдающая полость насоса обозначена цифрой 1, а приемная полость – цифрой 2.

Уравнения расходов отдающей и приемной полостей насоса имеют вид:

Рис. 2. Схема расходов гидропривода

(1)

(2)

где Q _н (t) – геометрическая подача насоса, см³/c;

Q _гм (t) – геометрический расход гидромотора, см³/c;

Q _д.1 (t), Q _д.2 (t) – деформационные расходы рабочей жидкости в полостях 1, 2, см³/c;

Q _у.1 (t), Q _у.2 (t) – расходы утечек рабочей жидкости из полостей 1, 2, см³/c;

Q _п – расход перетечек из полости 1 в полость 2, см³/c;

Q _{н к.1} (t), Q _{н к.2} (t), Q _{гм к.1} (t), Q _{гм к.2} (t) – расходы, определяемые компрессией и декомпрессией рабочей жидкости при прохождении ее соответственно через насос и гидромотор, см³/c;

Q _пп.1 (t), Q _пп.2 (t) – расходы системы подпитки, см³/c.

Как правило, расходы, вызываемые компрессией и декомпрессией рабочей жидкости при прохождении ее через гидромашину, имеют малую величину. Поэтому ими при исследовании динамики ЭГСС пренебрегают. Остальные слагаемые уравнений расходов (1), (2) определяются по следующим выражениям:

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

(10)

(11)

(12)

где w _н – характерный объем насоса, т.е. объем несжимаемой рабочей жидкости, подаваемой насосом при повороте его ротора на один радиан, при максимальном значении параметра регулирования и отсутствии утечек и перетечек, см³/рад;

w _гм – характерный объем гидромотора, см³/рад;

Ω_н (t), Ω_гм(t) – угловые скорости насоса и гидромотора, рад/с;

V ₁, V ₂ – объемы рабочей жидкости в полостях 1 и 2 гидропривода, см³;

E =14000 кг/см² – объемный модуль упругости рабочей жидкости;

p ₁ (t), p ₂ (t) – давления в полостях 1 и 2, кг/см²;

K _у, K _п – коэффициенты утечек и перетечек, см⁵/(кг·с);

Q_п.max – расход перетечек при срабатывании предохранительного клапана (при превышении допустимого перепада давлений), см³/с;

K _п.max – коэффициент перетечек при срабатывании предохранительного клапана, см⁵/(кг·с);

p ₀ – давление рабочей жидкости в системе подпитки, кг/см²;

K _пп – коэффициент перетечек рабочей жидкости из системы подпитки в магистральный трубопровод, см⁵/(кг·с).

Уравнение моментов на валу гидромотора имеет следующий вид:

(13)

где J – момент инерции ротора гидромотора с учетом момента инерции нагрузки, приведенного к валу ГМ, кг·м²;

M _н.гм – момент нагрузки, приведенный к валу гидромотора, Н·м;

M _гм – момент, развиваемый гидромотором, Н·м:

(14)

где g =9,81 м/с² – ускорение свободного падения.

Структурная схема гидропривода объемного регулирования, составленная по уравнениям (1) – (14), приведена на рис. 3.

Рис. 3. Структурная схема гидропривода объемного регулирования