Устройство адаптивного управления объемным гидравлическим приводом

 

Изобретение относится к гидравлическому приводу, управляемому электрическими средствами, и может быть использовано в объемном гидроприводе с регулируемыми насосом и гидромотором. Цель изобретения - повышение надежности и долговечности за счет обеспечения оптимальных динамических процессов. Цель достигается путем изменения эквивалентной жесткости групп аккумуляторов в функции параметров регулирования насоса и гидромотора . В устройство дополнительно введены первый 11 и второй 12 квадратичные функциональные преобразователи, сумматор 13, блок 14 вычисления обратной зависимости , усилитель мощности 15, шесть стабилитронов 16-21, а также шесть регулируемых дросселей 22-27 с электромагнитным управлением,3 ил. fe Л О оо о Јь о 4

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (sl) 5 G 05 В 13/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4675287/24 (22) 13.03.89 (46) 23.10.91. Бюл. М 39 (71) Харьковский автомобильно-дорожный институт, Институт горного дела им. А.А.Скочинского (72) Г.Ю.Козин, А.С.Мельников, В.M.ØTåéíцайг, Д.А,Каминская и А.И.Власов (53) 62 — 50 (088.8) (56) Автоматизация строительных и дорожных машин. Труды ВНИИстройдормаш.

Вып, 104, M., 1985, с, 44.

Богданович Л,Б, Гидравлические приводы. — К.: "Вища школа", 1980, с. 67, рис.

31г. (54) УСТРОЙСТВО АДАПТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ ОБЪЕМНЫМ ГИДРАВЛИЧЕСКИМ

ПРИВОДОМ

Ы2 1б86407 А1 (57) Изобретение относится к гидравлическому приводу, управляемому электрическими средствами, и может быть использовано в обьемном гидроприводе с регулируемыми насосом и гидромотором.

Цель изобретения — повышение надежности и долговечности эа счет обеспечения оптимальных динамических процессов. Цель достигается путем изменения эквивалентной жесткости групп аккумуляторов в функции параметров регулирования насоса и гидромотора. В устройство допдлнительно введены первый 11 и второй 12 квадратичные функциональные преобразователи, сумматор 13, блок 14 вычисления обратной зависимости, усилитель мощности 15, шесть стабилитронов 16 — 21, а также шесть регулируемых дросселей 22 — 27 с электромагнитным управлением. 3 ил.

Изобретение относится к гидравлическому приводу, управляемому электрическими средствами, и мо>кет найти применение в объемном гидравлическом приводе с регулируемым гидронасосом и регулируемым гидромотором (гидродвигателем).

Цель изобретения — пс вышение наде>кности и долговечности за счет обеспечения

Оптимальных динамических процессов.

На фиг, 1 изображена функциональная схема устройства; на фиг, 2 — схема функционального преобразователя; на фиг. 3— семейство амплитудйо-ча:тотных характеристик гидропривода п,ри изменении >кесткости аккумулятора, показывающих влияние этой жесткости на показатель колебательности М, Устройство (фиг. 1) содержит регулируемый гидронасос 1 с гидравлическим механизмом 2 изменения подачи и блоком 3 дистанционного пропорционального управления подачей насоса, регулируемый гидромотор 4 с гидравлическим механизмом изменения параметра регулирования гидромотора 5 и блоком 6 дистанционного пропорционального изменения параметра регулирования гидромотора,первый 7 и второй 8 блоки гидроаккумуляторов, подключенные к гидролиниям 9 и :О, соединяющим насос и гидромотор, в устройство дополнительно введены первый квадратичный фучкциональный преобразователь 11, второй квадратичный функциональный преобразователь 12, сумматоо 13, блок 14 вычисления обратной зависимости, усилитель 15 мощности, стабилитроь ы 16 — 18 и 19 — 21, а блоки

7 и 8 гидроаккумуляторов содержат регулируемые дроссели 22-27, электромагниты этих дросселей 28-33 и аккумуляторы 3 I—

39, причем вход перво с квадратичногофункционального преобразователя 11 соединен с входом блока 3 дистанционного пропорциональнОго ) правления подачей насоса, вход второго квадратичного функционального преобразова еля 12 соединен с входом блока 6 дистанционного пропорционального изменения параметра регулирования гидромотора, выходы первого 1 1 и второго12 функциональных преобразователей подключены к входу с мматора 13, выход которого соединен с входом блока 14, к выходу кОторого чеоез усилитель 15 мОщности и стабилитроны 16-21 подключены катушки 28 — 33 электромагнитов регулируемых дросселей 22-27, ксторые соединяют аккумуляторы 34 — 36 блока 7 гидроаккумуляторов и аккумуляторы 3 --39 блока 8 гидроаккумулятОрОв с гидравлическими лип IRWIN

9и10, 5

Блок 14 (фиг. 2) содержит операционный усилитель 40 постоянного тока с большим коэффициентом усиления, в цепь обратной связи которого включен множитель 41.

В устройстве управления осуществляется формирование электрических сигналов, пропорциональных квадрату параметра регулирования насоса ун) и квадрату параметра регулирования гидромотора у<, суммирование этих сигналов и формирование сигнала управления, обеспечивающего изменение эквивалентной жесткости групп аккумуляторов, аппроксимирующее полученную оптимальную зависимость для этой жесткости.

Устройство функционирует следующим .)разом, На вход блока 3 подается от управляющего органа (не показан), например от задающего командоаппарата с ручным управлением, задающее напряжение 0зъ

Блок 3 дистанционного пропорционального управления подачей насоса является электрогидравлическим преобразователем, входной величиной которого является электрическое напряжение Ugl. Выходной величиной этого преобразователя является

Давление УпРавлениЯ Pyl, пРичем величина давления Ру1 изменяется пропорционально значению напряжения Оз) на входе блока 3.

Давление Py с выхода блока 3 поступает на вход гидравлического механизма 2 изменения подачи насоса. Этот механизм осуществляет изменение параметра регулирования насоса ун, причем параметр регулирования насоса ун изменяется пропорционально значению давления управления Ру), поступающего на вход гидронасоса

1 с выхода блока 3.

Следовательно, величина подачи насоса 1 и пропорциональное ему значение скорости гидром отар а 4 изменяются пропорционально внешнему задающему напряжению Оз1, поступающему на вход блока 3 от постороннего источника (например, с выхода командоаппарата ручного управления), При заданном значении подачи гидронасоса 1 скорость вращения гидромотора 4 изменяется обратно пропорционально его рабочему объему (т,е, значение расхода гидромотора за один оборот его вала), причем рабочий объем гидромотора пропорционален параметру регулирования гидромотора у,, Значение параметра у, изменяется пропорционально внешнему задающему напряжению Озг, поступающему от управляющего органа, например от задающего командоаппарата (не показан).

1686407

Напряжение Ugz поступает на вход блока 6 дистанционного пропорционального изменения параметра регулирования гидромотора, при этом давление управления

Руг на выходе блока 6 изменяется пропор- 5 ционэльно задающему напряжению 0зг.

Давление управления Pyz поступает с выхода блока 6 на вход гидравлического механизма 5 изменения параметра регулирования гидромотора, при этом механизм 5 10 осуществляет изменение параметра регулирования гидромотора 1, пропорционально давлению управления Руг на его входе, т.е. пропорционально задающему напряжению

Озг на входе блока 6. 15

При изменениях параметра регулирования насоса ун и параметра регулирования гидромотора )Ф значения приведенных эквивалентных масс m< и гпг изменяются согласно зависимостям 20 г

mt l1

Цй н

25 (2) г л г г г цг где li — момент инерции приводного электродвигателя и вращающихся деталей гидро- З0 насоса;

1г — момент инерции механизма, редуктора v. вращающихся деталей гидромотора; цн, qr — номинальная удельная производительность насоса и номинальный удель- Э5 ный расход гидромотора;

S — площадь поперечного сечения гидролинии.

При изменении параметра регулирования насоса ун изменяется также эквивален- - 40 тный приведенный коэффициент жесткости механической характеристики приводного электродвигателя насоса Кдз

45 (З) АЗ KA

Цй г н

Оптимальное значение жесткости аккумулятора Сд = CA«< (4) определяется зависимостью где Кд — коэффициент жесткости механической характеристики электродвигателя на- 50 соса, При изменении приведенных масс а1, mz и коэффициента жесткости Кдз изменяется значение жесткости аккумулятора СА, обеспечивающее оптимальный характер ди- 55 намических процессов в гидроприводе.

m) (2 m)+mz)

Соотношение (5) получено с помощью передаточной функции обьемного гидропривода, которую, при пренебрежении демпфирующим влиянием утечек в гидросистеме, можно представить в виде — „- - -В, - = IG (Pi + P, ) (Й + В q, +

+ Р1 (1 + фд ) + Кг фд ), (6) B . - В3 (7)

F (Я) A<+A) где В1= Кгфд; Bz=e Кг;

А = Кгфд — гфд, Аг =Я(1 +фд — е ).

Анализ показывает, что семейство характеристик по уравнению (7) для заданного значения коэффициента Кг и различных значений фд пересекается в общей точке, име-, ющей координаты.

Z(e)— (8) Г+ К2 (9) Качество динамической системы обьемного гидропривода характеризуется значением показателя колебательности

М, который равен максимуму амплитудно-частотной характеристики по уравнению (7). где Кг = m(m < + п г)

Кдз

m â, ab = CAg(m1+ mZ)(m1 mZ), где Fã — усилие в гидросистеме;

FB — внешнее возмущающее усилие, приложенное к массе mz; (Р =Р в, — относительное значение комплексной переменной преобразования

Лапласа.

В передаточной функции (6) реальные параметры гидропривода 11,Iz и КА приведены к поступательному движению рабочей жидкости в гидролинии с помощью уравнений (1), (2) и (3).

Э

При подстановке в уравнение (6) значеС0 ния P> = j е, где я = — — относительная

Щ> частота возмущающегоусилия РВ, получаем уравнение амплитудно-частотной характерис гики Z(e) = f(e):

1686407 где р 1 11Цн

К 2 (13) 11 С1т Щ,,2 (14) д (s) д(я) 013 = Л1 U 31+ Л2 0 32, (15а) (10) V Ô = × -.

- 1+ Кг

040 = сспм, 040

U13 (15b) 2 Кг

M = М = —,.—

Кг

g Ъ

jb j4 (16) Оптимальная эквивалентная жесткость аккумулятора (4) соответствует минимально возможному значению показателя колебательности M при заданных значениях 11. 12, КА, ун и уг, Минимально возможное значение показателя колебательности М равно ордииате (8) точки пересечения амплитудно-частотных характеристик (7), приведенных на фиг, 3.

Следовательно, задача определения оптимальной жесткости аккумулятора (4) сводится к определению такого значения параметра фд, зависящего от этой жесткости, при которой показатель колебательности M приобретает минимально возможное значение по уравненикз (8).

Это значение фд мо:кет быть получено в результате совместного решения уравнения (9) с уравнением и определяется равенством

При подстановке в равенство (11) приведенНЫХ ВЫРажЕНИй ДЛЯ фд =-10 опт И К2 ПОЛУЧаем зависимость (5) для оптимального значения жесткости аккумулятора, обеспечивающего критерий on гимальности — минимум показателя колебательности M.

Семейство амплитуд но-частотных характеристик по уравненикз (7) приведенс на фиг. 3.

Кривая 42 (фиг. 3) соответствует оптимальному значеник) фд - го уравнению (11), т.е. минимальному показателкз колебательности М, который согласно равенству (8) составляет

Кривые 43 и 44 иа фиг. 3 получены при значениях фд < т д опт(кривая 43 на фиг. 3) и фд фд опт (кривая 44 иа фиг. 3). При значениях фд, отличающихся от оптимального, имеет место резкое возрастание показателя колебательиости динамической системы М, что снижает ее надежность и долговеч нос гь, С учетом (1), (2), (3) и (5) оптимальная жесткость аккумулятора, соответствующая минимуму показатеп 3 колебательност М динамической системы гидропривода„определяется выражением

1

Сд опт— ! 1 2!

Р1 ун + /Ь уг

Напряжение 031, пропорционально которому изменяется параметр у,, и напряжение 032, пропорционально которому изменяется параметр ут, подаются в схеме фиг. 1 на входы квадратичных функциональных преобразователей 11 и 12 соответственно, Выходные напряжения преобразовател: и 11 и 12 суммируются в сумматоре 13, после чего передаются на вход блока 14.

Напряжение 013 на выходе сумматора

13 определяется уравнением где ill и Лг — коэффициенты пропорциональности, К входу операционного усилителя 40 подведено неизменное напряжение к второму входу множителя 41 подведено напряжение U13 с выхода сумматора 13. Напряжение U14 на выходе 14 определяется уравнением которое, с учетом зависимости (15а), преобразуется к виду

014

1 (15)

Р3 031 + P4 032

45 Лl Лг где )33 = и P4 = — — коэффициенты

040 040 пропорциональности.

Поскольку параметр ун пропорционален напряжению U31, а параметр у пропорционален напряжению U32, при соответствующем выборе коэффициентов

j4 и Р4 уравнения (15). удовлетворяющих условию напряжение 014 по уравнению (15) изменяется пропорционально оптимальной жесткости аккумулятора по уравнению (12), 1686407

Напряжение Ut4 через усилитель 15 мощности поступает на вход стабилитронов

16 — 21, к выходам которых подключены катушки электромагнитов 28 — 33 регулируемых дросселей 22-27, соединяющих аккумуляторы 34 — 36 с гидролинией 9 и аккумуляторы 37 — 39 с гидролинией 10, Значения напряжения пробоя стабилитронов 16 — 21 обеспечивают кусочно-линейную. аппроксимацию выше оптимальной зависимости (12) для эквивалентной жесткости аккумуляторов.

Регулируемые дроссели с электромагнитным управлением обеспечивают плавное подключение аккумуляторов к гидравлическим линиям, что исключает появление гидравлических ударов в гидросистеме.

Формула изобретения

Устройство адаптивного управления объемным гидравлическим приводом, содержащее регулируемый гидронасос, гидравлический мехаНизм изменения подачи, блок дистанционного пропорционального управления подачей насоса, регулируемый гидромотор, гидравлический механизм изменения параметра регулирования гидромотора, блок дистанционного пропорционального изменения параметра регулирования гидромотора, первый и второй блоки гидроаккумуляторов, первую и вторую гидролинии, причем регулируемый гидронасос и регулируемый гидромотор соединены между собой первой и второй гидролиниями, к каждой из которых подключен соответствующий блок гидроаккумуляторов, регулируемый гидронасос и регулируемый гидромотор связаны механически соответственно с гидравлическим механизмом изменения подачи и с гидравлическим механизмом изменения параметра регулирования гидромотора, гидравлические входы которых подключены к гидравлическим выходам соответственно

5 блока дистанционного пропорциональног0 управления подачей насоса и блока дистанционного пропорционального изменения параметра регулирования гидромотора, электрические входы которых являются со10 ответственно первым и вторым задающими входами устройства, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности и долговечности за счет обеспечения оптимальных динамических процессов, оно до15 полнительно снабжено первым и вторым квадратичными функциональными преобразователями, сумматором, усилителем мощности, блоком вычисления обратной зависимости, а в состав каждого блока гид20 роаккумуляторов входят три аккумулятора, три стабилитрона, три регулируемых дросселя и три электромагнита регулируемого дросселя, каждый из которых связан с управляющим входом соответствующего регу25 лируемого дросселя и катушка каждого из которых подключена к первому электроду соответствующего стабилитрона, а каждый аккумулятор через соответствующий регулируемый дроссель подсоединен к соответ30 ствующей гидролинии, причем выход усилителя мощности подключен к второму электроду каждого стабилитрона первого и второго блоков гидроаккумуляторов, вход-к выходу блока вычисления обратной зависи35 мости, вход которого подключен к выходу сумматора, первый и второй входы которого соответственно через первый и второй квадратичные функциональные преобразователи подключены соответственно к первому и

40 второму задающим входам устройства.

1686407 г (я)

Составитель В. Пилишкин

Редактор С. Патрушева Техред M.Moðãåíòàë Корректор M. Кучерявая

Заказ 3597 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, К-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101