4. Следящий гидропривод

Следящим гидроприводом называется устройство, в котором выходное звено гидродвигателя воспроизводит (отслеживает) с определенной степенью точности изменение сигнала управления, обеспечивая при этом требуемое усиление выходной мощности за счет внешней энергии.

Гидравлические следящие приводы составляют основу систем программного управления и применяются в системах автоматического и ручного управления различными машинами и механизмами, в которых требуются высокая точность и легкость управления.

Следящий гидропривод отличается от обычного гидропривода с регулятором наличием обратной связи от гидродвигателя к органу управления. Благодаря этому выходная величина исполнительного движения (гидродвигателя) обеспечивает слежение за изменением командного сигнала на входе системы. Принцип работы следящего гидропривода состоит в следующем. Входной сигнал, поступающий на вход гидропривода (рис. 149), вызывает перемещение органа управления на величину у, что обеспечивает смещение на эту же величину или пропорциональную ей (в случае наличия передачи) гидравлического регулятора и поступление от внешнего источника энергии (насоса) потока жидкости в исполнительный гидродвигатель, вызывая

перемещение его выходного звена на величину х. Это перемещение в виде сигнала, пропорционального значению выходного параметра, через обратную связь передается на вход системы, создавая в органе управления движение, противоположное (обратное) начальному движению. Таким образом, следящий гидропривод можно рассматривать как позиционную силовую систему по перемещению, жесткая обратная связь которого осуществляет согласование движений входа и выхода. Так как в силу влияния инерции, упругости и сил трения взаимное положение управляющего элемента и объекта регулирования всегда различно, создается отклонение регулируемой выходной величины от заданной входной величины. Разность между величинами входа и выхода обычно называют погрешностью (ошибкой) следящей системы (е = у - х). Сигнал ошибки используется, чтобы уменьшить разность между входом и выходом системы. Согласование входной и выходной величины (так чтобы погрешность автоматически уменьшалась) осуществляется непрерывно с помощью обратной связи, что является органическим свойством следящего гидропривода, так как вследствие рассогласования исполнительный двигатель получает через управляющий элемент энергию для своего движения, т. е. приводится в действие по расогласованию. Практически осуществить следящую систему с погрешностью,близкой к нулю, очень трудно, за исключением тех случаев, когда допускается медленное изменение входного сигнала. Когда не требуется высокая точность регулирования или когда нагрузки и другие факторы, влияющие на выход системы, значительно не изменяются, следящая система может работать без обратной связи.

В качестве входного звена в следящем гидроприводе ручногоуправления применяются органы управления в виде рычага, педали, маховичка. Если следящее устройство является частью автоматического управления с регулятором, то органом управления может быть датчик давления, температуры или скорости. Входное звено следящего гидропривода может непосредственно управляться входным сигналом или через усилитель мощности, на который воздействует входной сигнал. В первом случае устройство называется следящим гидроприводом прямого действия, а во втором - непрямого действия. В качестве регуляторов в следящих гидросистемах применяются золотники, струйные трубки, сопло - заслонки.

Основными требованиями, предъявляемыми к следящему гидроприводу, являются: высокое быстродействие и точность, под которыми понимается совокупность качеств, характеризующих способность гидропривода воспроизводить с минимальной ошибкой по пути и по времени перемещения выхода в соответствии с заданным перемещением входа. При этом ошибки по времени характеризуют быстродействие, а по пути - точность работы следящего гидропривода.

На рис. 150 приведены принципиальная (а) и структурная (б) схемы следящего гидропривода с золотниковым управлением, который в различных конструктивных вариантах применяется в горных машинах. При получении рычагом 1 командного сигнала от задающего устройства машины произойдет поворот дифференциального рычага 2 вокруг точки 3 и перемещение распределительного золотника 4, в результате чего жидкость поступит в одну из полостей силового цилиндра 5. При этом точка 3 приведет в движение рычаг 2, что устранит возможную ошибку, введенную в начале процесса управления. При остановке рычага 1 управления поршень цилиндра 5 через рычаг 2 установит плунжер золотника 4 в нейтральное положение, что приведет к остановке силового цилиндра. При смещении плунжера золотника 4 в противоположную сторону движение всех элементов гидроусилителя будет происходить в обратном направлении. Дифференциальный рычаг 2 может быть заменен зубчатой или червячной передачами. Таким образом, каждому положению рычага 1 соответствует определенное положение штока исполнительного цилиндра, который непосредственно воздействует на рабочий орган машины.

Рис. 150. Схемы следящего гидропривода с золотником

Аналогично можно определить коэффициенты усиления по расходу Ʀ_Qи по давлению Ʀ_p, характеризующие особенности гидро системы,

Ʀ_Q = ; Ʀ_p = ;

На рис. 151 показана принципиальная схема управления положением рабочего органа горной машины в плоскости угольного пласта, созданная на основе рассмотренного выше механизма. Копирный ролик 1 управляющего золотника 2 перемещается вместе с машиной 3 вдоль забоя, прижимаясь к кровле 4 пласта, копирует ее профиль, управляя подачей жидкости в исполнительный цилиндр 5. Последний перемещает исполнительный орган комбайна. Обратная связь при этом осуществляется корпусом машины.

Рис. 151. Схема следящего гидропривода горной машины