4.3. Разработка принципиальной схемы гидропривода

Разработка привода исполнительного движения оборудования начинается с выбора вида привода по типу энергоносителя (механический, электрический, гидравлический, пневматический, комбинированный). Последний вид приводов (электромеханический, электрогидравлический, пневмогидравлический) позволяет выгодно сочетать преимущества различных видов приводов, например для электрогидравлического – возможность автоматизированного управления, высокая энергоемкость, бесступенчатое управление скоростью, компактность привода. Выбор вида привода для конкретного случая – ответственная задача, решаемая на основе объективного анализа конкурирующих решений. Возникает необходимость разумного компромисса. В общем случае – это многокритериальная задача, требующая решения на основе нашb[ оптимизационных подходов. Если применение гидропривода достаточно обосновано, приступают к выбору типа привода. На этом этапе важно вспомнить основные признаки классификации гидроприводов и их содержание. Так гидроприводы технологического оборудования обеспечивают:

- главные движения инструмента или обрабатываемого материала;

- движения подачи инструмента или заготовки в процессе обработки;

- движения деления обрабатываемой заготовки;

- вспомогательные движения пространственной ориентации инструмента и обрабатываемой заготовки, их транспортирование, закрепление и фиксацию;

Из других важных признаков классификации отметим:

Номинальное давление:

- Низкое 1 до 4 МПа

- Среднее 4…10 МПа

- Высокое 10…20 МПа

- Сверх высокое - свыше 20 МПа

Гидросистемы низкого давления применяют в устройствах охлаждения зоны обработки материалов, смазки подвижных сопряжений. Потребное давление в таких системах определяется потерями напора в трубопроводах, дросселированием жидкости в местных сопротивлениях, необходимостью подъема жидкости из гидробака на высоту потребителя. Низкие давления достаточны также для управления движением вспомогательных механизмов, муфт, переключения передач в коробках скоростей, подач, вариаторах.

Гидросистемы среднего давления обслуживают механизмы подач, а также более нагруженные вспомогательные механизмы (зажимные приспособления, механизмы разгрузки от веса, быстроходные поворотно - делительные устройства и др.)

Высокие давления применяют в приводах главного движения (движения резания) и подачи тяжелонагруженного технологического оборудования, быстродействующих роботах и манипуляторах при значительных технологических и массовых нагрузках.

По уровню управления параметрами гидроприводы различают:

- нерегулируемые (гидропередачи с постоянными параметрами);

- Регулируемые (с управлением по скорости, силе, перемещению, положению)

По способу управления скоростью исполнительных движений различают приводы с объемным (машинным), дроссельным, ступенчатым и смешанным управлением скоростью гидропривода.

По режиму работы различают гидроприводы:

- непрерывного действия (приводы конвейеров, транспортеров, платформ антенных устройств, систем охлаждения и смазки и др.);

- циклового действия (приводы передач, вспомогательных движений, поворотно-делительных механизмов и др.).

По виду циркуляции потока рабочей жидкости применяют гидросистемы с открытой или закрытой циркуляцией. Вид циркуляции потока оказывает существенное влияние на конструктивное исполнение гидропривода.

Так, в системах с открытой циркуляцией слив рабочей жидкости из гидродвигателей осуществляется в гидробаке, сообщающийся с атмосферой, и давление на свободной поверхности жидкости равно атмосферному.

В системах с закрытой циркуляцией рабочая жидкость из сливной полости гидродвигателя и магистрали поступает во всасывающую полость насоса. Гидросистемы с закрытой циркуляцией, несмотря на ряд преимуществ (отсутствует гидробак, лучшие массогабаритные характеристики и возможность защиты жидкости от внешних загрязнений и влаги, сохранение работоспособности привода при низких температурах), применяются в гидрофицированном оборудовании ограниченно, так как в них имеет место большой нагрев рабочей жидкости, что требует установки специальных охладительных устройств. Затруднительно применение такой циркуляции в линейных гидроприводах. Кроме того, в гидросистеме необходима вспомогательная насосная установка для компенсации объемных потерь из замкнутого контура. Циклический характер работы исполнительных механизмов машин также ограничивает применение замкнутых гидросистем в схемотехнических решениях гидроприводов.

По способу управления движением различают гидроприводы с ручным, полуавтоматическим и автоматическим управлением.

В приводах с ручным управлением элементы гидропривода управляются оператором в реальном времени рабочего процесса и пространственном положении исполнительных механизмов. Цикл работы привода организуется последовательными воздействиями оператора на элементы гидропривода посредством рукояток или кнопок пульта управления.

При полуавтоматическом управлении оператор дает команду на начало или продолжение рабочего цикла с пульта управления. Рабочий цикл гидропривода выполняется схемой управления автоматически.

В автоматизированном гидроприводе управляющие воздействия формируются схемой управления всей машиной. По закону управляющих воздействий различают: программные, следящие, шаговые гидроприводы.

В программном гидроприводе закон задающих воздействий является заранее известной функцией времени. Это позволяет программировать рабочий цикл по пути или во времени (установкой упоров, конечных выключателей, командоаппаратов, программируемыми контроллерами, устройствами цифровой индикации, числового программного и мехатронного управления). Программный гидропривод разомкнутый, работает по схеме совпадения заданного и фактического значения параметра движения.

Следящие гидроприводы воспроизводят требуемый закон движения по измеряемому рассогласованию заданного и фактического значения управляемого параметра (перемещения, положения скорости, силы, крутящего момента). Такой режим обеспечивается введением обратных связей, образующих замкнутую схему гидропривода.

В шаговых приводах управляющие воздействия формируются последовательностью дискретных сигналов, от специального блока управления. Количество поданных дискретных сигналов определяет величину перемещения, а частота их следования – скорость движения. Автономным задатчиком перемещения (АЗП) является маломощный электрический шаговый двигатель. Характеристики выходного звена гидродвигателя с АЗП обеспечивают достаточные быстродействие и точность электрогидравлического силового привода.

Проектирование гидравлического привода гидрофицированной техники начинается с составления новой или выбора типовой гидравлической схемы. Она во многом определяет научно – технический уровень и конкурентоспособность спроектированного гидропривода стационарных или мобильных машин. Современный уровень развития гидрофицированной техники позволяет, как правило, находить аналогичные гидравлические схемы подобных объектов и принимать их за основу. Наиболее близкие аналоги обнаруживаются в результате информационного поиска, проводимого разработчиком. Однако в таких типовых схемах не учитываются особенности функционирования проектируемого гидромеханического устройства, последние достижения в развитии элементной базы гидроприводостроения, не всегда адекватны возможности автоматизации рабочего цикла машины. Следует помнить, что как составление новой принципиальной схемы, так и модернизация типовой – процесс творческий, требующий знания современного состояния