Электрогидравлические следящие приводы

Электрогидравлический следящий привод (ЭГП) представляет собой систему, в которой гидравлика и электрическое управление объединяются для точного позиционирования исполнительного механизма. Основная особенность таких приводов – дросселирующий регулятор с электрическим или электрогидравлическим управлением, обеспечивающий пропорциональную связь между управляющим сигналом и положением объекта. Обратная связь может быть электрической, гидромеханической или комбинированной.

Типовой привод включает несколько ключевых компонентов: источник гидравлической энергии, электрический усилитель-сумматор, электрогидравлический усилитель (ЭГУ), исполнительный гидродвигатель и датчики обратной связи, контролирующие точность работы системы. Динамика работы во многом определяется характеристиками управляемого объекта, так как именно нагрузка объекта влияет на реакцию системы на управляющие сигналы. Наиболее распространены системы с электрической обратной связью, обеспечивающие линейное и точное преобразование управляющего сигнала в движение исполнительного органа с возможностью гибкой настройки коэффициентов усиления.

Ключевые компоненты ЭГП

Примеромм привода является дросселирующий распределитель Г68-1 с электрогидравлическим управлением и мощностью до 1 Вт. Управляющий сигнал через штепсельный разъем поступает на катушку, расположенную в кольцевом зазоре между сердечником и кольцом с постоянным магнитом. Взаимодействие магнитного поля и тока создает осевое усилие на катушку, зависящее от силы и направления тока. Катушка закреплена на стержне-игле и может перемещаться только вдоль оси, превращаясь в магнитоэлектрический преобразователь (рис. ZSK.45.1).

Рис. ZSK.45.1. Схема дросселирующего распределителя Г68-1, где электрический сигнал преобразуется в движение иглы гидропривода

РДР Г68-1 обеспечивает точное механическое перемещение иглы, управляя расходом масла и положением исполнительного механизма. Конструкция обеспечивает высокую точность при минимальной потребляемой мощности, что особенно важно для маломощных и точных систем.

Игла клапана удерживается регулируемой пружиной, создающей среднее давление в камере управления. Золотник перемещается в гильзе с высокой точностью и соединен с турбинкой, а жесткая пружина компенсирует трение покоя, повышая чувствительность системы. Поток масла проходит через фильтр и дроссель к калиброванному соплу, воздействующему на иглу и формирующему регулируемое давление. В отсутствие управляющего сигнала золотник находится в нейтральном положении, а при подаче тока усилие на игле изменяется пропорционально сигналу, смещая золотник в нужную сторону (рис. ZSK.45.2).

Рис. ZSK.45.2. Изменение относительного расхода дросселирующих распределителей Q/Qn в зависимости от уровня управляющего сигнала U/Umax

Дросселирующие распределители данного типа способны регулировать гидравлические потоки с отдаваемой мощностью более 2 кВт при потребляемой мощности управления до 1 Вт и часто называются сервозолотниками. Наибольшее применение они находят в станках для электроэрозионной обработки, например, в копировально-прошивочном электроэрозионном станке, где РДР обеспечивает точное вертикальное перемещение электрода-инструмента (рис. ZSK.45.3).

Рис. ZSK.45.3. Схема гидропривода копировально-прошивочного электроэрозионного станка

В исходном положении шток гидроцилиндра находится в верхней позиции, а его полости соединены с линиями подачи и слива масла через фильтр, распределители и теплообменник. При включении электромагнитов распределителей масло под давлением направляется к РДР и под шток цангового зажима, растормаживая гидропривод. Изменение напряжения в рабочем промежутке между электродом и заготовкой вызывает смещение золотника, регулирующее поток масла к гидродвигателю и обеспечивающее плавное, точное перемещение электрода без заметных колебаний.

ЭГП включает датчик, промежуточное устройство с соленоидами и золотником, а также гидродвигатель, соединенный с редуктором (рис. ZSK.45.4). Контакт щупа с копиром преобразует механические колебания в электрический сигнал, управляющий РДР. Среднее положение контакта соответствует нейтральному положению плунжера золотника, а отклонения замыкают верхние или нижние контакты, создавая управляющий ток для соленоидов и смещая золотник в нужную сторону.

Рис. ZSK.45.4. Электрогидравлическая копировальная система

Следящий ЭГП может иметь электрическую обратную связь по положению (рис. ZSK.45.5) или комбинированную – электрическую по положению и гидромеханическую по скорости (рис. ZSK.45.6, ZSK.45.7). Дополнительная обратная связь по скорости или ускорению повышает устойчивость системы, снижает колебательность и улучшает динамику при управлении массивными объектами. Гидромеханические корректоры реагируют на ускорение исполнительного органа, формируя дополнительный гидравлический сигнал, воздействующий на золотник ЭГУ и создающий корректирующий эффект (рис. ZSK.45.10).

Рис. ZSK.45.5. Принципиальная схема ЭГП с электрической коррекцией положения

Рис. ZSK.45.6. Схема управления положением и скоростью в электрогидравлическом следящем приводе

Рис. ZSK.45.7. ЭГП с электрическим контролем позиции и гидромеханическим контролем скорости

Для тяжелых нагрузок применяются системы с механической обратной связью по положению, где сигнал формируется через рычажную передачу, пружины и нуль-установители (рис. ZSK.45.8, ZSK.45.9). Прямая механическая связь между ведомым звеном и золотником обеспечивает надежность, упрощает конструкцию и стабилизирует работу системы.

Рис. ZSK.45.8. Простой электрогидравлический привод с контуром силовой обратной связи по положению

Рис. ZSK.45.9. Привод электрогидравлического типа с двойной обратной связью – по положению (силовой) и по давлению (гидромеханической)

Рис. ZSK.45.10. Гидравлический регулятор с обратной связью по ускорению

Пример практической реализации – электрогидравлическая система управления регулируемым насосом, где гидроцилиндр с двусторонним штоком жестко соединен с регулирующим органом. Обратные связи по положению и мощности стабилизируют подачу насоса, сглаживают скачки давления и защищают систему от перегрузок (рис. ZSK.45.11).

Рис. ZSK.45.11. Электрогидравлический контур следящего регулирования подачи насоса с гидромеханической коррекцией.

Таким образом, электрогидравлические следящие приводы представляют собой сложные, но высокоточные системы, где гидравлика и электромеханика объединяются для создания стабильной, чувствительной и быстрой следящей подачи.