РАЗДЕЛ 2
РАЗРАБОТКА ПРИНЦИПОВ КЛАССИФИКАЦИИ
ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКИХ СЛЕДЯЩИХ ПРИВОДОВ (ЭГСП),
МЕТОДОВ МОДЕЛИРОВАНИЯ И РАСЧЕТА ИХ ХАРАКТЕРИСТИК
Создание гидрооборудования испытательных машин, отвечающего современным требованиям, непосредственно связано с разработкой новых и совершенствованием существующих методов расчета протекающих в нем динамических процессов, позволяющих сокращать сроки разработки и внедрения, оптимизировать параметры и производить рациональный выбор структурных схем с целью минимизации производственных и эксплуатационных затрат. По мере роста выпуска гидроприводов испытательных машин, предназначенных для механического нагружения испытуемого объекта, повышения требований к их характеристикам актуальной проблемой остается моделирование процессов с учетом специфики их работы, характеризующейся малой перемещаемой массой, большими значениями жесткости позиционной нагрузки и связанными с этим весьма малыми перемещениями выходного звена и управляющих дроссельных элементов. Это вызывает необходимость совершенствования учения о технологической чувствительности гидропривода, что без детального нелинейного моделирования выполнить практически невозможно. Сложность построения модели гидропривода заключается, помимо прочего, в том, что в настоящее время не представляется возможным точно количественно описать целый ряд процессов, а именно:
изменение температуры рабочей жидкости (следовательно, ее свойства) во времени и по длине рабочего гидроканала;
содержание нерастворенного воздуха в рабочей жидкости, в том числе его локального распределения;
радиальное положение золотника во втулке (следовательно, демпфирование и перетечки рабочей жидкости);
сухое трение на подвижных элементах;
гидродинамические силы и др.
Поэтому, как показывает наш опыт, несмотря на хорошую изученность процессов в элементах гидропривода, в каждом конкретном случае для достижения адекватности разработанной математической модели необходимы экспериментальные уточнения параметров, корректировка модели и алгоритма решений.
Сложность изучения гидроприводов испытательных машин и построения их рациональных структурных схем, учитывающих специфику работы, связана также с тем, что отсутствует достаточно четкая их классификация, которая позволила бы выделить качественные особенности электрогидравлических следящих приводов данных машин с точки зрения теории автоматического управления. Это необходимо для углубленного их изучения, совершенствования методов расчета характеристик, минимизации габаритно-массовых параметров.
Разработанные принципы классификации ЭГСП, методы моделирования и расчета их характеристик включают:
- ряд уточнений математической модели;
- структурную схему классификации ЭГСП;
- математическую модель привода;
- анализ влияния обратной связи и способа управления гидроцилиндром на характеристики привода;
- усовершенствование методики определения скоростной характеристики ЭГСП.
2.1. Некоторые уточнения математической модели гидропривода
2.1.1. В общем виде уравнения движения механических элементов гидропривода
(2.1)
могут содержать ограничения трех типов, связанные с соударением элементов. Полагая удар абсолютно жестким, имеем по схеме, показанной на рис. 2.1 и таблице 2.1 следующие типичные для реального гидропривода варианты.
Рис. 2.1. Схема подвижных механических элементов
Таблица 2.1
Ограничения в уравнениях движения механических элементов
Тип ограниченийЭлемент 1Элемент 2Уравнения
движенияОграниченияУравнения
движенияОграниченияУпор-Подвижный упор-Люфт-
У п о р - элемент 2 неподвижен и уравнение движения элемента 1 имеет следующий вид
(2.2)
П о д в и ж н ы й у п о р - оба элемента подвижны, но сила при ударе, действующая на элемент 2, значительно меньше других сил и не оказывает влияния на его движения. В этом случае для элемента 1
(2.3)
В системе (2.3) сход с упора с нулевой скоростью предусмотрен не только при обратном движении элемента 1, но и при прямом движении элемента 2. Пусть, например, на упоре х1 - х2 = а, . Далее при и начинается движение элемента 1 по закону
Л ю ф т - все силы, действующие на безинерционный элемент 2, пренебрежимо малы по сравнению с силой, возникающей при соударении со стороны элемента 1. Тогда уравнение движения элемента 2 следует записывать в виде
(2.4)
2.1.2. При описании расхода через дросселирующие щели на золотнике необходимо учитывать перетечки жидкости через радиальные зазоры при положительных перекрытиях окон. Например, по рис.2.2 текущее перекрытие щели питания для расхода Q1 ,будет .
Рис. 2.2. Схема золотниковой пары:
1 - золотник;
2 - втулка;
Х2 - перемещение золотника;
?н - начальное перекрытие напорных щелей;
?с - начальное перекрытие сливных щелей;
?Р - радиальный зазор;
Q1, 2 - расход через щель;
Р0 - давление питания;
Рс - давление слива;
Р1, 2 - давление на выходных окнах;
- диаметр золотника.
При больших перекрытиях щели справедливо уравнение Пуазейля [32, с. 95].
Тогда в безразмерном виде
(2.5)
где - безразмерный перепад давлений на щели;
- безразмерное текущее открытие (перекрытие) щели с соответствующим знаком;
Fб - базовая площадь;
X 2б - базовое значение перемещения золотника.
В зоне малых перекрытий следует применить интерполяцию по экспоненте. Пусть, например, описывается расходная характеристика золотника (рис. 2.3).
В зоне ? при расход qi вычисляется по выражению (2.5), а в зоне ??? при с учетом величин радиального зазора ?р - по уравнению