РАЗДЕЛ 2
Аналитическое исследование и анализ характеристик электрогидравлического
агрегата объемного регулирования на основе нелинейной математической модели
Аналитические исследования и математическое моделирование объемного
гидроагрегата рассматривается на примере конструктивной реализации, приведенной
в приложениях А и Б.
2.1. Особенности конструкции автономного агрегата.
2.1.1. Вводная часть.
Известные конструкции объемного гидропривода [16, 56, 84] предусматривают, как
правило, наличие вспомогательной гидросистемы, назначение которой – компенсация
утечек в силовом контуре и обеспечение гидравлической энергией системы
управления. Вспомогательная гидросистема по своей структуре также является
гидроприводом, но меньшей мощности. Наличие такой гидросистемы существенно
усложняет конструкцию. В случае большой единичной мощности гидропривода
применение вспомогательной гидросистемы оправдано. Однако, может быть выделен
диапазон мощности в пределах 1 … 10 кВт, в пределах которого возможно
реализовать гидропривод и без вспомогательной гидросистемы.
В этом случае утечки в силовой гидросистеме могут компенсироваться за счет
создания избыточного давления в герметичном маслобаке. Это может быть
достигнуто применением пружинных компенсаторов по типу гидравлического
аккумулятора, либо сильфонной конструкции, в которой сильфон служит
разделителем сред, а избыточное давление создается за счет организации
замкнутой полости, в которую закачивается под давлением инертный газ.
Управление положением наклонной шайбы в этом случае должно осуществляться
электромеханическим приводом, поскольку отсутствует источник давления для
гидромеханического привода.
Следует отметить, что это конструктивное решение накладывает определенные
ограничения на давление в корпусе, а следовательно и в силовом контуре,
поскольку нахождение под большим давлением корпусных деталей и газовой полости
нежелательно по условиям безопасности и герметичности. В разделах 2.2 и 2.3
будут проведены аналитические исследования, направленные на определение
оптимального давления в маслобаке с точки зрения обеспечения требуемых
характеристик гидропривода.
Неотъемлемой составляющей следящего гидропривода в настоящее время является
система управления и контроля параметров (САУ), выполненная, как правило, на
базе контроллера и осуществляющая замыкание, диагностику, коррекцию
динамических характеристик и другие управляющие и сервисные функции. В
настоящем разделе приводятся особенности построения такой САУ применительно к
гидроприводу объемного регулирования.
2.1.2. Особенности механизма управления наклонной шайбой насоса.
Как уже указывалось выше, отказ от вспомогательной гидросистемы приводит к
тому, что в качестве привода управления наклонной шайбой (НШ) насоса необходимо
применять электропривод.
Возможны такие варианты исполнения электропривода:
- схема управления наклонной шайбой с помощью электродвигателя и редуктора -
рис. 2.1;
- схема управления наклонной шайбой с помощью электромеханического
преобразователя – рис. 2.2.
ДОС – датчик обратной связи по положению НШ; РН – регулируемый насос; Р –
редуктор; ЭД – электродвигатель.
Рис. 2.1 – Схема управления наклонной шайбой с помощью
электродвигателя и редуктора.
Первый вариант обладает тем недостатком, что редуктор вносит погрешность в
управление, поскольку неизбежен люфт в передаче, а в случае применения
безлюфтового соединения появляется сила трения, ухудшающая характеристики.
Возникают, также проблемы по обеспечению требуемого быстродействия, поскольку,
как правило, постоянная времени электродвигателя довольно большая, что
неприемлемо по условиям качества регулирования.
Второй вариант – непосредственное вращение НШ насоса с помощью
электромеханического преобразователя (ЭМП) представляется более
предпочтительным. Реализация этой схемы требует решения следующих технических
вопросов.
- необходимо разработать безлюфтовое сопряжение вала электромеханического
преобразователя с НШ, обладающее малыми потерями;
- создать неполноповоротный ЭМП, который должен развивать достаточный момент на
валу и при этом обладать требуемым быстродействием;
- организовать контур замыкания ротора ЭМП, который должен обеспечивать
достаточную точность и жесткость моментной характеристики.
ДОС – датчик обратной связи по положению НШ; РН – регулируемый насос;
ЭМП – электромеханический преобразователь.
Рис. 2.2 - Схема управления наклонной шайбой с помощью электромеханического
преобразователя.
В дальнейшем изложении будет рассматриваться второй вариант, поскольку он
представляется оптимальным по совокупности критериев.
Концепция построения ЭМП и организация контуров управления может быть
использована по аналогии с известным решением, приведенным в [120]. Для
реализации такой схемы необходима разработка специального ЭМП .
Для организации контура замыкания используется датчик обратной связи по углу и
датчик скорости. Далее в нелинейной математической модели будут
проанализированы параметры такого контура управления.
2.1.3. Особенности конструкции силовой части гидроагрегата.
Ротор регулируемого насоса 1 (приложение А) приводится во вращение
электродвигателем 5 с постоянной частотой вращения. Необходимое давление в
маслобаке 3 создается за счет пружины 4. Разделение сред осуществляется
сильфоном 6. Полость электродвигателя отделяется от полости гидропривода
уплотнительным узлом 7. Перемещение рабочей нагрузки осуществляется
симметричным гидроцилиндром 2.
Кроме упомянутых узлов привод содержит
- Киев+380960830922