Целесообразность применения гидроаппаратов с осциллирующим движением подвижных элементов

Аннотация

Надточий А. Е., Кононенко А. П. Целесообразность применения гидроаппаратов с осциллирующим движением подвижных элементов Установлено, что эффективным способом улучшения динамических характеристик гидроаппаратов является придание их подвижным элементам осциллирующего движения. Проведен анализ конструктивных схем таких гидроаппаратов.

Содержание работы

Известные преимущества гидравлических и пневматических элементов и систем обусловили их широкое использование практически во всех областях промышленности. Основной и неотъемлемой частью гидравлических систем является гидравлическая аппаратура, характеристики которой, в значительной мере, определяют их технчническй уровень, работоспособность и надежность.

Основным конструктивным элементом гидроаппаратуры является запорно-регулирующий элемент. Из всего многообразия гидравлической аппаратуры наибольшее распространение получили гидроаппараты с запорно-регулирующим элементом в виде прецизионной пары плунжер-гильза. Они отличаются небольшой массой, компактностью и простотой управления. Но у таких гидроаппаратов есть существенный недостаток, а именно – склоннось запорно-регулирующего элемента к облитерации, то есть явлению постепенного заращивания узких щелей поляризованными молекулами жидкости, что приводит к постепенному увеличению усилия сдвига золотника. Для устранения этого недостатка в мировой и отечественной практике создания гидроаппаратуры определилась тенденция использования гидроаппаратов с осцилляцией. Запорно-регулирующие элементы таких гидроаппаратов осуществляют осциллирующее движение с большой частотой и малой амплтудой, устраняя, таким образом, силу сухого трения. Они применяются в высокодинамичных и высокоточных следящих гидроагрегатах, значительно улучшая характеристики последних.

Рассмотрим способы придания осциллирующего движения запорно-регулирующим элементам. Для снижения трения и обеспечения высокой точности плунжерам копировальных золотников сообщают продольные (рис. 1, а) и поворотные (рис. 1, б) колебательные (осциллирующие) движения [1]. На рис. 1, а приведена схема конструкции, в которой втулке золотника эксцентриком сообщают осевое перемещение. При этом амплитуда осевых колебаний втулки обычно выбирается от 0,01-0,03 до 0,1-0,2 мм, а частота от 25-50 до 100 Гц. Вращательные колебания плунжера золотника (рис. 1, б) осуществляются с амплитудой примерно 4° и частотой переключения 50 об./c.

Для устранения зоны нечувствительности золотника, вызванной перекрытием щелей, амплитуда осевых колебаний должна быть больше перекрытия золотника, примерно на 0,05 мм в каждую сторону. В результате этих колебаний золотника, полностью устраняется трение покоя, а трение движения значительно уменьшается, что повышает чувствительность и увеличивает точность системы.

В гидроаппаратах с пропорциональным электрическим управлением для повышения их чувствительности рекомендуется на входной электрический сигнал накладывать осциллирующий сигнал с частотой 150–200 Гц и с амплитудой 50–100 мА [2]. Этот сигнал возбуждает осциллирующее движение запорно-регулирующего элемента и сужает петлю гистерезиса электромагнита. В этом случае удается реализовать даже симметричные колебания исполнительного устройства с малой амплитудой без неравновесных остановок.

Практика применения для привода золотников электромагнитов переменного тока показала, что частотное возбуждение электромагнита действует на золотник так же, как преднамеренно вводимая вибрация. В результате силы трения в подобном золотнике снижаются, хотя амплитуда колебания плунжера вследствие высокой частоты практически близка к нулевой [3].

В электрогидравлических распределителях РП6 ОАО Павловский машиностроительный завод «Восход» вибрационная линеаризация осуществляется за счет введения в электромеханический преобразователь дополнительной обмотки, на которую подавался сигнал с частотой 300 Гц. Это позволило подавить магнитный гистерезис электромеханического преобразователя, выполненного из относительно недорогого магнитного материала, практически устранить трение в подвижных элементах и уменьшить влияние положительных перекрытий золотника на точностные параметры привода.

Известно, что при работе насоса объемного принципа действия, в системе гидропривода возникают высокочастотные пульсации давления рабочей жидкости, одной из основных причин которых является частота, образуемая рабочими поршнями насоса, действующими на жидкость [4].

Предлагается использовать такие пульсации рабочей жидкости, возникающие на выходе насоса объемного принципа действия, для образования осциллирующего движения запорно-регулирующего элемента, выполненного в виде золотника, с небольшой амплитудой и большой частотой. Для этого в гидроаппаратах создается дополнительная управляющая полость под торцом золотника, в которую через интерференционный преобразователь пульсаций давления, который работает в режиме усилителя, подводится давление питания. Интерференционный преобразователь пульсаций является гидравлическим устройством с основным приточным патрубком и обводящим каналом, длина которого может регулироваться. В результате этого волны давления объединяются на выходе двух каналов (происходит наложение двух волн) и, в зависимости от длины обводного канала, пульсации давления усиливаются или сглаживаются.

На рис. 3 показан предохранительный клапан прямого действия, реализующий данный способ. Интерференционный преобразователь пульсаций 9 усиливает пульсации давления, поступающие с выхода объемной гидромашины и подает их в подпоршневую полость 6. Запорно-регулирующий элемент клапана 4 осуществляет осциллирующие возвратно-поступательные движения с малой амплитудой и большой частотой. Таким образом, повышается чувствительность клапана, сокращается гистерезис и время наростания.

Наиболее эффективной областью применения таких гидроап-паратов являются гидроприводы мобильных машин, в которых управление регулирующей и распределительной гидроаппаратурой осуществляется механическим или механо-гидравлическим способом. Заметим, что частота пульсаций давления на выходе объемной гидро-машины, используемой в таких приводах, лежит в пределах 120-300 Гц, то есть частоты, с которой происходит вибрационная линеаризация гидроаппаратов.

Подводя итог вышесказанному можно сделать следующие выводы:

1. Устойчивой тенденцией улучшения динамических характеристик выпускаемой гидроаппаратуры является реализация способа вибрационной линеаризации, которая создается при помощи электрических, гидравлических или механических вибрационных контуров с частотой от 50 до 300 Гц, при небольшом (0,1–0,5 мм) положительном перекрытии золотника.
2. Эффективной областью применения гидравлических аппаратов с гидравлическим вибрационным контуром являются гидроприводы мобильных машин.

Список использованной литературы

1. Башта Т. М., Зайченко И. З. и др. Объемные гидравлические приводы / Под ред. Т. М. Башты. – М.: Машиностроение, 1968. – 628 с.
2. Свешников В. К. Станочные гидроприводы / В. К. Свешников. – М.: Машиностроение, 1995. – 448 с.
3. Башта Т. М. Гидравлические приводы летательных аппаратов / Т. М. Башта. – М.: Машиностроение, 1967. – 495 с.
4. Андренко П. Н. Принцип построения гидравлических аппаратов нового класса / П. Н. Андренко // Весник НТУ ХПИ. – Харьков, 2001. – Вып. 129, Ч. 2. – С. 102–106.