Гидравлические следящие приводы

Гидравлические следящие приводы находят широкое применение в различных отраслях техники, в том числе и в станкостроении. На их основе работают гидрокопировальные станки, станки с ЧПУ, приводы синхронного движения нескольких гидродвигателей и т.д. Это обусловлено наличием ряда преимуществ, к которым относятся высокая удельная силовая напряженность, высокое быстродействие, точность воспроизведения, плавность и устойчивость движений, простота конструкции и предохранение от перегрузок.

К недостаткам следует отнести нечеткость работы при переменных температурах и высокую точность изготовления.

Гидравлический следящий привод – такой автоматический привод, в котором выходная величина Y (например перемещение стола станка) воспроизводит изменение входной величины Х (перемещение щупа датчика). При этом привод реагирует на рассогласование e = Х – Y между входной и выходной величинами.

Следящие приводы классифицируются по следующим признакам:

1. По количеству координат следящих движений: однокоординатные, двухкоординатные и комбинированные.

2. По конструкции датчика: с цилиндрическим золотником (рис.7.1), с датчиком кранового типа, с датчиком клапанного типа, с сопло-заслонкой и со струйной трубкой.

3. По конструкции гидродвигателя (силовой цилиндр, гидромотор).

4. По назначению (например для копировальных работ).

5. По характеру управления: непрерывного и дискретного.

6. По количеству каскадов усиления: одно-, двух-, многокаскадные и т.д.

а)	б)
в)

 

Рис. 7.1. Схема дросселирующих гидрораспределителей с цилиндрическим золотником:

а – однощелевой; б – двухщелевой; в – четырехщелевой (h = 0)

Структурная схема гидравлического следящего привода показана на рис.7.2.

 

 

Рис. 7.2. Структурная схема:

1 – задающее устройство; 2 – сравнивающее устройство; 3 – гидроусилитель;

4 – гидродвигатель; 5 – исполнительный орган; 6 – обратная связь

 

Задающее устройство – это своего рода программоноситель, который выдает приводу задание на перемещение. На сравнивающем устройстве происходит сравнение заданной команды Х с результатом ее выполнения Y. Если заданный сигнал отличается от сигнала обратной связи, то сравнивающее устройство выдает сигнал рассогласования, который усиливается и отрабатывается гидравлическим двигателем до тех пор, пока не произойдет совпадения сигналов. В этом случае сигнал рассогласования станет равным нулю и гидродвигатель остановится. Исполнительный орган – это узел станка, которому передается движение от гидродвигателя (суппорт, стол).

Гидравлическая схема следящего привода приведена на рис.7.3.

 

 

Рис. 7.3. Следящая система линейного перемещения с четырехщелевым золотником

 

Задающим устройством в ней является копир 6, сравнивающим – дросселирующий гидрораспределитель 3 с нулевым перекрытием. Гидродвигателем является силовой гидроцилиндр 4 с неподвижным штоком. В качестве обратной связи используется общий корпус гидроцилиндра и дросселирующего золотника. Исполнительный орган – резцедержатель 8 с режущим инструментом.

Слежение (копирование) осуществляется следующим образом. В нейтральном положении четыре кромки следящего золотника 3 совпадают с кромками выточек его корпуса. Пружина прижимает золотник к копиру 6 и удерживает его в заданном положении. Цилиндр 4 не может передвигаться с суппортом, и шток с поршнем неподвижны. При нейтральном положении золотника магистральные каналы перекрыты. Если переместить золотник вверх и удерживать его в этом положении, то через образовавшиеся кольцевые щели верхняя полость цилиндра соединится с напорной магистралью, а нижняя - со сливной. Цилиндр, а вместе с ними и корпус золотника начнут перемещаться вверх. Они будут двигаться до тех пор, пока золотник снова не окажется в нейтральном положении. Аналогичное движение произойдет при смещении плунжера вниз. Таким образом, силовой цилиндр повторяет движения золотника 3. Процесс копирования возможен только при условии перемещения стола станка вместе с копиром и заготовкой 5 в продольном направлении со скоростью подачи S _м.

Работа гидрокопировальных приводов сопровождается ошибками воспроизведения профиля копиров из-за запаздывания в отработке сигнала, так как рабочая жидкость не является абсолютно жесткой, а также из-за возможного возникновения автоколебаний вследствие инерционности системы.

На рис.7.4 приведена схема следящего привода, выполняющего функцию усилителя крутящего момента в станках с ЧПУ, в которых сигнал от системы ЧПУ подается на шаговый электродвигатель.

Рис. 7.4. Схема работы гидроусилителя крутящих моментов

Принцип работы состоит в следующем. На обмотку шагового двигателя 3 подается сигнал от системы ЧПУ, и вал поворачивается на долю оборота (1,5°). Ходовой винт 4 при повороте гайки 5 перемещается в осевом направлении, заставляя в этом же направлении смещаться четырехщелевой золотник 6. При его смещении открываются рабочие кромки b и d или с и а. Рабочая жидкость по гидролиниям А или Б поступает в гидромотор 9. При этом вал гидромотора поворачивается и через систему механических передач 10 заставляет перемещаться рабочий орган станка 11,одновременно с вала гидродвигателя вращение передается на ходовой винт 4. При повороте ходового винта золотник 6 перемещается в исходное первоначальное положение и рабочие кромки закрываются. Вал гидродвигателя останавливается. Затем процесс повторяется.