Различия гидроусилителей

.

Отличие гидроусилителя руля от электроусилителя — что выбрать?

Автоликбез2 декабря 2016

Сейчас сложно представить автомобиль, у которого баранка крутится с трудом, как это было в прежние времена. Водитель управляет современным авто легким движением рук, поскольку поворачивать колеса помогает специальный усилитель, приводимый в действие гидравликой (ГУР) либо электродвигателем (ЭУР). Потенциальному автолюбителю важно понять, что лучше - электро- или гидроусилитель руля, дабы выбрать подходящий тип привода при покупке машины.

Принцип работы ГУР и ЭУР

Гидравлический усилитель вращения рулевой колонки появился еще в прошлом столетии и поначалу устанавливался на грузовики. В 80-е годы он перекочевал на легковые авто, где верой и правдой служит по сей день. На данный момент гидравликой оснащается примерно 60% новых машин. Электроусилители были внедрены позже и стали массово применяться после 2000 года, постепенно завоевывая автомобильный рынок.

Чтобы увидеть разницу одного усилителя руля от другого, нужно рассмотреть принцип действия обоих механизмов. ГУР - это достаточно сложный узел, состоящий из нескольких отдельных элементов:

  • насос, связанный ременной передачей с коленчатым валом двигателя;
  • расширительный бачок для гидравлической жидкости;
  • поршень, установленный в рулевой рейке;
  • гидро-распределитель, задающий направление движения поршню.

Перечисленные элементы соединены металлическими трубками с циркулирующей жидкостью. Ее задача – в нужный момент передать создаваемое насосом давление поршню, толкающему вал рейки и таким способом помогающему поворачивать колеса машины. В целом ГУР работает так:

  1. После запуска двигателя насос, вращаемый коленвалом, накачивает давление в системе. Пока вы не трогаете баранку, излишек давления сбрасывается в расширительный бачок.
  2. При попытке повернуть руль распределитель, установленный на его валу, открывает нужную магистраль и направляет жидкость в одну из камер, находящуюся с правой или левой стороны от поршня.
  3. Под давлением поршень перемещается и толкает вал рулевой рейки одновременно с тягой, присоединенной к поворотному кулаку переднего колеса.
  4. Если баранку повернуть в другую сторону, распределитель перекроет первую магистраль и откроет вторую, давление возникнет в другой камере и поршень двинется в обратном направлении.

Чем резче и сильнее вы вращаете рулевое колесо, тем большее давление передается в одну из камер и возрастает усилие, прилагаемое к повороту колес. Система реагирует только на поворот основного вала, а при движении по прямой либо стоянке с запущенным двигателем она продолжает работать, но на рейку не действует.

Отличие электрического усилителя руля от ГУР заключается в перемещении вала рейки электродвигателем, управляемым отдельным электронным блоком (ЭБУ). Алгоритм работы такой:

  1. После запуска двигателя на блок управления подается напряжение, но ЭУР остается в бездействии.
  2. Малейший поворот баранки улавливает специальный датчик, передающий импульс ЭБУ.
  3. По сигналу датчика контроллер дает команду электродвигателю вращать рулевой вал в ту или иную сторону посредством шестеренчатой передачи.

Скорость вращения вала электродвигателя и мощность усиления определяется с помощью второго торсионного датчика, скручивающегося при резком повороте руля.

Плюсы и минусы разных усилителей

Применение гидравлики для облегчения управления автомобилем обусловлено следующими достоинствами ГУРа:

  • более низкая себестоимость производства, влияющая на конечную цену новой машины;
  • от гидроусилителя можно получить большую мощность, позволяющую применять его в грузовиках и микроавтобусах любой грузоподъемности;
  • надежная конструкция, проверенная годами эксплуатации.

Основной недостаток гидравлической системы – необходимость контроля уровня жидкости и периодического обслуживания. Нужно следить, чтобы не протекали сальники поршневого механизма, распределителя и насоса, вовремя менять и подтягивать ремень, смазывать подшипники.

Прочие минусы не столь существенны:

  1. Насос усилителя работает постоянно, пока включен двигатель. Это увеличивает расход топлива.
  2. Чтобы давление масла в магистралях не превысило критическую отметку, нельзя дольше 5 сек удерживать баранку, повернутую до крайнего положения.
  3. На бюджетных моделях машин руль, усиливаемый ГУР, становится «пустым» на высокой скорости.

В противовес гидравлике ЭУР отличается такими преимуществами:

  • электродвигатель и блок управления с датчиком не нуждается в осмотрах и обслуживании;
  • габариты узла гораздо меньше, отчего в малолитражках он вмещается за приборной панелью;
  • система не потребляет электроэнергию без нужды, а значит, не расходует лишнее топливо;
  • руль можно держать в любом положении сколь угодно долго.

Еще одна особенность электроусилителя руля – возможность изменения настроек работы в зависимости от условий езды и искусственное создание «тяжести» в баранке на большой скорости. Вдобавок ЭУР способен «рулить» машиной самостоятельно при движении по прямой, что реализовано на многих автомобилях премиум-класса.

Слабая сторона электрического усилителя - высокая цена. А чем больше стоимость узла, тем дороже обойдется его ремонт, а зачастую вышедший из строя ЭУР приходится менять целиком.

Второй недостаток – малая мощность привода, поэтому подобные усилители не ставятся на большегрузные авто и микроавтобусы.

Какой усилитель выбрать?

Практика показывает, что оба привода достаточно надежны в эксплуатации, хотя сторонники электрических усилителей утверждают обратное. Даже в бюджетных авто гидравлика служит без проблем 100-150 тыс. км, а в случае какой-нибудь поломки она ремонтируется на любом автосервисе. Неисправности ЭУР чаще приводят к замене механизма, поскольку в большинстве автомобилей узел не подлежит восстановлению.

С другой стороны, электропривод не препятствует езде после выхода из строя, как это делает ГУР, который можно «обезвредить» только отключением насоса.

Поэтому, выбирая гидроусилитель или электроусилитель руля, руководствуйтесь соображениями целесообразности. Например, машину эконом-класса лучше покупать с гидравлическим усилителем, а бизнес- и премиум-класс – с электрическим.

Владельцы отечественных авто отмечают случаи, когда электрический усилитель из-за сбоев электроники пытался «рулить» вместо водителя, хотя подобные моменты крайне редки. Тем не менее, ЭУР постоянно совершенствуется и вытесняет гидравлику с рынка благодаря более удачной и простой конструкции.

autochainik.ru

Гидроусилитель руля (ГУР) против электроусилителя руля (ЭУР). Взвешиваем все «ЗА» и «ПРОТИВ»

25.01.2014 | 18875 | Полезные советы |

Те, кому довелось обучаться азам водительского мастерства на автомобилях отечественного производства, таких к примеру как: "Москвич" или «копейка», помнят ощущения от управления этими автомобилями, в особенности их рулевое управление. Оно было напрочь лишено каких-либо вспомогательных приспособлений упрощающих поворот рулевого колеса.

С тех пор не мало воды утекло, а вместе с ней пережитки тех времен. Благодаря прогрессу современный автомобилист может стоя на месте одним пальцем поворачивать руль целого автобуса, не то что малогабаритного седана. Автомобилей не оборудованных усилителем руля сегодня уже не выпускают. Каждая новая машина оборудована либо гидроусилителем руля (ГУР), либо электроусилителем руля (ЭУР) о том, что из себя представляют эти устройства, чем отличаются друг от друга, а также недостатках каждого из них пойдет речь в сегодняшней статье.

Немного истории...

Если на легковушках руль хоть как-то можно было повернуть, то на грузовых автомобилях это проблема стояла довольно остро. Светлые умы конструкторов сумели разработать специальный гидравлический механизм, который позже был внедрен в систему рулевого управления и существенно облегчал вращение рулевого колеса. Однако целью для конструкторов было не только снять нагрузку с рук, но еще уменьшить вибрации передаваемые от колес к рулю во время езды по неровностям. Электроусилитель руля также позволил улучшить безопасность водителя, так как в случае повреждения шины переднего колеса благодаря ГУР автомобиль сохранял заданную водителем траекторию движения.

Первым обладателем гидравлического усилителя руля в СССР стал легковой автомобиль – ГАЗ «Чайка».

Через несколько лет ГУРы стали появляться и на обычных серийных автомобилях "для народа". Что характерно, западные легковушки начали оснащаться гидроусилителями руля за долго до того как он появился на наших "ВАЗах" и "Москвичах". Шло время, инженеры все больше убеждались в несовершенности конструкции гидравлического усилителя рулевого управления и принялись искать способы улучшения этого агрегата. К сожалению или к счастью эволюционировать ГУР не сумел, т . к. у него появился полноценный электро-конкурент. Инженеры решили, что применение электрики, а не гидравлики позволит получить новые возможности и устранить массу недочетов присущих ГУРу. Изобретенный электрический усилитель руля (ЭУР), устанавливаемый сегодня практически на многие модели, как бюджетного так и более дорогого класса, пришелся по душе автомобилистам, однако были и те, кто не желал принимать "ноу-хау" и твердо убежден в том, что гидроусилитель лучше чем электроусилитель руля. Чем же они отличаются и каковы конструкционные особенности ГУР и ЭУР? Давайте разбираться.

Как это работает?

Гидроусилитель руля (ГУР)

Что такое гидроусилитель руля? Это — система, состоящая из трубопроводов высокого и низкого давления, в которых благодаря насосу циркулирует специальная жидкость. Для жидкости ГУР предусмотрен бачок, соединенный с насосом. Когда вы поворачиваете руль в системе гидроусилителя происходит целый ряд реакций. Жидкость подается в рулевой механизм через распределитель под высоким давлением. Нагнетаясь в гидроцилиндр, она создает давление на поршень, под воздействием которого тот смещается, снижая степень усилия прилагаемого водителем при повороте рулевого колеса. Во время движения по прямой траектории жидкость ГУР оттекает из рулевого механизма в бачок системы.

Электроусилитель — это набор механизмов, среди которых главная роль отведена электромотору, кроме того в состав ЭУР входит электронный блок управления (ЭБУ), а также два датчика (датчик угла поворота и датчик крутящего момента). По сравнению с гидроусилителем, ЭУР устанавливается непосредственно на саму рулевую рейку или колонку, при этом передача крутящего момента осуществляется посредством торсионного вала, встроенного в систему рулевого управления. В то время как ГУР меняет усилие прилагаемое к рулю при помощи давления и жидкости, которая циркулирует в системе, электроусилитель осуществляет все при помощи тока. При повороте руля крутящее усилие передается рулевому механизму по торсионному валу. Датчик крутящего момента ЭУР «понимает» это действие и сообщает о нем в ЭБУ. Электронный блок анализирует полученные данные и определяет, сколько именно тока необходимо "дать" электромотору, чтобы вращение руля было легким и приятным. Следует отметить, что расчет усилия происходит в зависимости от скорости, с которой движется автомобиль, а также угла поворота руля. Когда водитель крутит рулем на месте во время парковки или других маневрах, привод ЭУР нагружен максимально, поскольку необходимо обеспечить легкое вращение рулевого колеса в сложных условиях. Когда авто движется на высоких скоростях управление рулем становится более острым, так как электроусилитель значительно уменьшает силу крутящего момента, то есть меньше помогает водителю.

Теперь когда мы разобрались в принципах работы предлагаю выяснить, что лучше: ГУР или ЭУР, учитывая плюсы и минусы каждой из систем.

Преимущества ГУР

  1. Гидроусилитель рулевого управления имеет более громоздкие габариты, однако плюс в его относительно невысокой стоимости и менее затратном производстве. Это в свою очередь так или иначе сказывается на стоимости транспортного средства.
  2. Потенциал мощности. ГУРы сегодня устанавливают преимущественно на автомобили бюджетного класса, а также грузовые микроавтобусы и большие внедорожники. В случае с внедорожниками и микроавтобусами применение гидроуслителя руля можно объяснить тем, что эта система более мощная и способна выдержать большие нагрузки. Это, по сути, главное преимущество ГУР.
  3. Вышеупомянутая невысокая стоимость.

Недостатки ГУР

Что до недостатков, то их у гидроусилителя намного больше по сравнению с ЭУР:

  1. В автомобиле с ГУР не рекомендуется держать руль в крайнем положении дольше пяти секунд, так как это может привести к перегреву масла в системе и выхода гидроусилителя руля из строя.
  2. ГУР требует регулярного обслуживания, не реже чем раз в два года. Владелец автомобиля с такой системой постоянно обязан производить замену жидкости в системе, контролировать ее уровень, проверять привод, шланги и насос на предмет подтеканий и трещин.
  3. Третий недостаток — прямая зависимость от работы двигателя. Когда насос включается в работу, он так или иначе отбирает часть мощности у двигателя, а во время движения на высокой скорости по трассе это можно считать пустой тратой мощности, так как в данном случае ГУР практически не нужен.
  4. В гидроусилителе нельзя настроить режимы работы в зависимости от скорости движения и условий.
  5. Гидроусилитель хорошо выполняет свою работу на малых и средних скоростях, однако на высоких скоростях управление теряет "остроту" и водителю сложно выполнить резкий короткий маневр. Проще говоря, ГУР дольше реагирует из-за применения в нем дополнительных узлов, увеличивающих время отклика.

Преимущества ЭУР

Среди плюсов электроусилителя руля можно выделить следующие особенности:

  1. Простая конструкция, следовательно простота в обслуживании. В ЭУР нет никаких шлангов, жидкостей или насоса, поэтому нет необходимости тратить время и деньги на периодический осмотр и обслуживание. Водитель должен следить только за состоянием подшипников качения.
  2. Компактные размеры ЭУР экономят место, а в некоторых автомобилях интегрируются непосредственно в рулевой вал, который находится в салоне автомобиля, а не под его капотом. Это, как вы понимает, увеличивает его срок службы, поскольку находясь в салоне он не подвержен влиянию температур, влажности и прочих факторов сокращающих срок жизни ГУР.
  3. Благодаря электроусилителю руля происходит экономия топлива, т. к. мотор ЭУРа в отличие от ГУРовского насоса включается только при повороте руля, кроме того он не напрягает двигатель и не отбирает у него мощность.
  4. При помощи ЭБУ можно настроить режим работы электроусилителя под свои потребности и определенные условия эксплуатации.
  5. Руль, на котором есть ЭУР можно держать в крайнем положении без ограничения по времени.
  6. И, последнее, пожалуй, самое важное преимущество ЭУР, которое касается по большей мере гонщиков — более острая реакция руля во время движения на высоких скоростях.

Недостатки ЭУР

Электроусилитель руля является намного более прогрессивным устройством, однако и оно не лишено недостатков, среди которых:

  1. Первым и возможно самым главным недостатком можно считать высокую стоимость.
  2. Маленькая мощность электромотора, которая не позволяет устанавливать него на более тяжелых ТС (автобусы, кроссоверы, пикапы, грузовые авто). Хотя со временем этот недостаток будет устранен, так как конструкция ЭУР совершенствуется каждый год.

Читайте также:

www.autoposobie.ru

В чем разница гидро и электро усилитель руля

Гидроусилитель руля и электроусилитель руля получили достаточно широкое применение только в последнее десятилетие. Ранее данные устройства устанавливались на большегрузные автомобили, или элитные легковые автомобили. Но с развитием технологий, удешевлением материалов и приборов, данные устройства стали устанавливаться и на бюджетных моделях автомашин.

Что такое ГУР?

Гидроусилитель руля (ГУР) – это устройство, применяемое в рулевой системе автомобиля для облегчения управлением.

Система работает за счет высокого давления масла, которое и облегчает повороты руля. Давление создается с помощью двигателя, работающего посредством ременной передачи от основного движка автомобиля. В случае, когда герметичность системы теряется по ряду причин, управление автомобиля изменяется, на столько, на сколько оно облегчалось с помощью ГУР.

Явные плюсы использования данной системы – это значительное облегчение управления автомобилем, что является удобным не только для женщин-водителей, но и для мужчин. Достаточно удобное управление машиной при разных скоростях передвижения. Современные ГУР не используют ременную передачу, а работают за счет электронасосов.

Что такое ЭУР?

Электроусилитель руля (ЭУР) – устройство, которое использует для своей работы электрический ток.

Явные плюсы электро руля – хорошая связь водителя с автомобилем, отличное чувствование дороги.

Существует два режима: город и трасса. В городском режиме ЭУР помогает водителю управлять автомобилем на многочисленных поворотах и парковках. В режиме трасса устройство отключается после скорости 60 км/час. При такой скорости усилитель руля уже не нужен. Технически электроусилитель устроен значительно проще, чем «собрат». Питается от генератора и не влияет на расход топлива. Не имеет ременной связи с двигателем. Ремонт значительно быстрее, чем ГУР.

Минусы ГУР и ЭУР

Минусы гидроусилителя – это наличие в системе жидкости, которую необходимо периодически менять. При низких температурах наружного воздуха возможно «потение» системы. При вытекании масла из системы необходимо в кратчайшие сроки обратиться на СТО. Сложный ремонт не может быть дешевым.

Минусы электроусилителя – это необходимость установки более мощного генератора, который должен питать и это устройство. Поломки данной системы встречаются реже, и ремонт происходит в короткий срок.

В итоге можно сказать, что электроусилитель руля, как продукт прогресса значительно выгоднее и надежнее гидросистемы, и в подтверждение этому многие автопроизводители переводят комплектацию автомобилей именно на ЭУР.

мая.23.2012         Советы при выборе         Отзывы (0)        

Другие статьи по теме

carelectro.ru

Виды гидроусилителей

Тема: « Виды гидроусилителей»

Содержание

1. Принцип действия и области применения

2. Классификация гидроусилителей

3. Типы гидроусилителей

4. Чувствительность, точность и устойчивость гидроусилителей

Список литературы

1. Принцип действия и области применения

Гидроусилитель - совокупность гидроаппаратов и объемных гидродвигателей, в которой движение управляющего элемента преобразуется в движение управляемого элемента большей мощности, согласованное с движением управляющего элемента по скорости, направлению и перемещению.

Следящим называется регулируемый гидропривод, в котором скорость движения выходного звена изменяется по определенному закону в зависимости от задающего воздействия на звено управления. Выходное звено — это обычно шток гидроцилиндра или вал гидромотора, а звено управления — устройство, на которое подается управляющий сигнал. Название такого привода - "следящий Гидроусилитель" или "следящий гидропривод" - обоснованы тем, что выход такого гидроусилителя автоматически устраняет через обратную связь возникающее рассогласование между управляющим воздействием (входным сигналом) и ответным действием (выходным сигналом).

В большинстве случаев использования следящего гидропривода к функциям слежения добавляются также функции усиления управляющего сигнала по мощности, поэтому следящий гидропривод часто называют гидроусилителем. Гидравлические следящие приводы нашли широкое применение в различных отраслях техники и в особенности в системах управл6ения современными транспортными машинами, включая автомашины, морские суда, самолеты и прочие летательные аппараты.

Следящий гидропривод применяют в тех случаях, когда непосредственное ручное управление той или иной машиной является для человека непосильным (на самолетах кораблях тяжелых автомобилях и тракторах, строительнодорожных и других машинах, а такжё в системах гидроавтоматики металлорежущих станков).

Принцип работы следящего привода заключается в следующем. Изменение условий работы машины или параметров технологического процесса вызывает перемещение задающего устройства, которое создает рассогласование в системе. Сигнал рассогласования воздействует на усилитель, а через него и на исполнительный механизм. Вызванное этим сигналом перемещение исполнительного механизма через обратную связь устраняет рассогласование и приводит всю систему в исходное положение.

Блок-схема следящего привода (рис.1) состоит из следующих основных элементов:

задающего устройства ЗУ, которым формируется сигнал управления, пропорциональный требуемому перемещению исполнительного механизма (датчики, реагирующие на изменение условий работы или параметров технологического процесса);сравнивающего устройства СУ, или датчика рассогласования, устанавливающего соответствие сигнала воспроизведения, поступающего от исполнительного механизма, сигналу управления; усилителя У, которым производится усиление мощности сигнала управления за счет внешнего источника энергии ВИЭ;

исполнительного механизма ИМ, которым перемещается объект управления и воспроизводится программа, определяемая задающим устройством;

обратная связь ОС, которой исполнительных механизм соединен со сравнивающим устройством или с усилителем. Обратная связь является отличительным элементом следящего привода.

Рис.1. Блок-схема следящего привода

Величина x = f (t) (перемещение или скорость), сообщаемая задающим устройством сравнивающему устройству, называется "входом", а y = φ (t )(перемещение или скорость), воспроизведенная исполнительным механизмом, - "выходом". Разность (x - y ) = ε называется ошибкой слежения или рассогласования системы.

Рассмотрим работу следящего привода на примере принципиальной схемы рулевого управления автомобиля (рис.2).

Рис.2. Принципиальная схема следящего рулевого привода автомобиля: 1 - насос (внешний источник энергии); 2 - втулка усилителя; 3 - обратная связь; 4 - исполнительный механизм; 5 - золотник усилителя; 6 - винт; 7 - рулевое колесо (задающее устройство)

При прямолинейном движении автомашины все элементы системы рулевого управления находятся в исходном положении. Жидкость из насоса 1 поступает к гидроусилителю золотникового типа. Золотник 5 усилителя занимает нейтральное положение, а в обеих полостях исполнительного механизма 4 установилось одинаковое давление. При необходимости изменить направление движения автомобиля водитель поворачивает рулевое колесо 7. Связанный с рулевым колесом винт 6 перемещает золотник усилителя на величину x, вызывая рассогласование в системе. При этом проходные сечения одних рабочих окон усилителя уменьшаются, а других увеличиваются. Это создает перепад давлений у исполнительного механизма, а его поршень приходит в движение, перемещаясь на величину y и поворачивая колеса автомобиля. Одновременно через обратную связь 3 движение поршня передается на втулку 2 усилителя. Совокупность 2 и 3 является сравнивающим устройством. Втулка перемещается в том же направлении, что и золотник 5 до тех пор, пока рассогласование в гидросистеме, вызванное поворотом рулевого колеса, не будет устранено. При непрерывном вращении водителем рулевого колеса поршень со штоком будет также непрерывно перемещаться, вызывая соответствующий поворот колес. При этом небольшие усилия водителя, прикладываемые к рулевому колесу, гидроприводом преобразуются в значительные усилия на штоке поршня, необходимые для управления автомобилем.

Схема простейшёго следящего гидропривода поперечной подачи суппорта копировального токарного станка показана на рас. 3. Суппорт 5 объединен с выходным звеном гидропривода — подвижным корпусом 4гидроцилиндра, в котором размещено также звено управления — золотниковый гидрораспределитель 9. Поршень 7 гидроцилиндра закреплен на корпусе 6 суппорта. Припродольной подаче суппорта щуп 2 скользит по копиру 3и смещает гидрораспределитель, который открывает доступ жидкости из подводящей гидролинии 1 в большую полость 8 гидроцилиндра. Это вызывает смещение корпуса 4 с закрепленным на нем резцом, повторяющее смещение гидрораспределителя. Приэтом щель, соединявшая полость 8 с подводом 1 перекрывается, чем осуществляется прямая обратная связь выходного и задающего звеньев. Она восстанавливает равновесие в системе после исполнения управляющего сигнала. Непрерывное протекание процессов рассогласования и восстановления представляет слежение выходного звена закомандой задающего.

Схема широко распространенного гидроусилителя с рычажной связью между звеньями показана на рис. 3.1. В нем выходному звену, штоку 6 , сообщаются движения, согласованные с определенной точностью с перемещением звена управления, Тяги 2, при требуемой усилении входной мощности.

Для обеспечения сложения выходного звена 6 за перемещёнием звена управления 2 обычно применяют отрицательную обратную связь, передающую движения выходного звена на звено управления для уменьшения, управляющего сигнала. Действие этойсвязи сводится к тому, что движение звена управления в сторону открытия расходных окон распределителя - 5 вызывает движение выходного звена, направленное на их закрытие.

Обратная связь в схеме, представленной на рис. 3.1, осуществляется с помощью дифференциального рычага 7 , охватывающего распределитель (звено управления) 5 и поршень гидродвигателя 3 со штоком 6 (выходное звено). При перемещении тяги 2, связанной с ручкой управления, перемещается точка 1 дифференциального рычага 7, о которым связаны штоки силового цилиндра 4 и распределителя 5. Так как силы, противодействующие смещению золотника распределителя, несравненно меньше соответствующих сил, действующих в системе силового поршня 3 , точку 6 штока можно рассматривать в начале движения тяги 2 как неподвижную, ввиду чего перемещение тяги вызовет через рычаг 7 смещение золотника распределителя 5. В результате при смещении его из центрального положения на величину превышающую перекрытие (m -t )/2 (рис. 3.66, а), жидкость поступит в соответствующую полость цилиндра 4, что вызовет перемещение поршня 3(а, следовательно, и движение точки 8 в ыходного звена б) на некоторое расстояние, пропорциональное перемещению тяги 2.

Рис. 3. Схема следящего гидропривода копировального станка,

Рис. 3.1. Схема гидроусилителя с механической обратной связью

Если движение тяги 2 прекратится, продолжающий перемещаться поршень 3 сообщит через рычаг 7 золотнику распределителя 5 перемещение, противоположное тому, которое он получал до этого при смещении тяги 2. При атом расходные окна распределителя будут в результате обратного движения его плунжера постепенно прикрываться, скорость поршня 3 будет уменьшаться до тех пор, пока золотник не придет в положение, при котором окна распределителя полностью перекроются и движение поршня прекратиться. При смещении золотника распределителя в противоположную сторону движение всех элементов регулирующего устройства происходит в обратном направлении.

В действительности отдельных (ступенчатых) этапов движения управляющего и выходного звеньев рассматриваемого следящего привода не существует, а оба движения протекают почти одновременно, т. е. имеется не ступенчатое, а непрерывное слежение исполнительным механизмом за перемещением звена управления. После того как выходной сигнал, переданный через обратную связь, становится равным управляющему сигналу, питание гидродвигателя прекращается.

Рисунок 3.2

Примером использования такого гидроусилителя может служить показанный па рис. 3.2., а механизм управления дляотклонения люльки в крупных регулируемых роторно-поршневых насосах. Гидроусилитель питается по линии 4 от вспомогательного насоса, встроенного в корпус основного насоса. Отклонение и удерживание люльки 1 в отклоненном положении производится поршнями гидроцилиндров и . При отклонении внешнего рычага 8 управления золотник 7 смещается из среднего положения на ход Х и открывает доступ жидкости из линии 4 в один из гидроцилиндров, а другой в то же время соединяет с областью слива 5. Так как люлька 1 связана с золотником 7 и рычагом 8 управления двуплечим рычагом 9 обратной связи, наполнение цилиндра будет происходить только при условии, что скорость смещения золотника, вызываемого поворотом рычага 8, больше скорости перемещения, вызываемого отклонением люльки 1. Если рычаг остановлен при отклонении , то люлька продолжает двигаться, пока не вернет золотник в среднее положение и остановится при угле отклонения , пропорционально. При остановке насоса и прекращении подачи питанияиз линии 4 центрирующая пружина 6 приводит золотник в среднее положение (рис. 3. 2, б). При этом золотник соединяет полости обоих цилиндров с областью слива 5 через щели и пружины 3 нульустановителя устанавливают люльку также в положение, подготавливая насос к следующему пуску.

Управление смещением золотника и его обратная связь с люлькой могут быть электрическими. Вэтом случае работа насоса может регулироваться дистанционно и автоматически, например, по командам ЭВМ. Гидроприводы, в которых входным воздействием является электрический сигнал, преобразуемый в перемещение гидрораспределителя называют электрогидравлическими. В них выходное звено отслеживает изменение электрического сигнала, поступающего на звено управления. Рассмотрим простейшие системы для преобразования электрического сигнала в гидравлический.

2. Классификация гидроусилителей

Применяемые в автоматизированных гидроприводах гидроусилители классифицируют по следующим признакам.

По методу управления различают гидроусилители без обратной связи и с обратной связью между управляющим элементом и ведомым звеном исполнительного механизма.

По конструкции управляющего элемента гидроусилители подразделяют на усилители с дросселирующими гидрораспределителями золотникового типа, с соплом и заслонкой, со струйной трубкой, крановые, с игольчатым дросселем.

По числу каскадов усиления гидроусилители подразделяют на одно-, двух- и многокаскадные. Многокаскадные применяют в тех случаях, когда требуется получить на выходе большую мощность и сохранить при этом высокую чувствительность гидроусилителя.

По виду сигнала управления гидроусилители подразделяют на усилители с механическим и электрическим сигналами управления.

Важными характеристиками усилителей являются коэффициенты усиления: по мощности kN , по расходу kQ , по скорости k υ и по давлению kP

:

где Nвых , Nвх - мощности на ведомом звене исполнительного элемента гидроусилителя и мощность, затрачиваемая на его управление; δQ, δυ, δP - изменение расхода, скорости движения ведомого звена исполнительного элемента и давления жидкости на выходе при изменении положения управляющего элемента гидроусилителя на величину δx.

3. Типы гидроусилителей

3.1 Гидроусилитель золотникового типа

Гидроусилители золотникового типа получили наибольшее распространение. Они просты по конструкции, разгружены от аксиальных статических сил давления жидкости, легко управляемы, имеют высокий КПД и обеспечивают достижение значительных коэффициентов усиления по мощности.

Схема следящего гидроусилителя золотникового типа с гидродвигателем прямолинейного движения и жесткой рычажной обратной связью представлена на рис.4.

Рис.4. Схем гидроусилителя золотникового типа с обратной связью:

1 - шарнир; 2 - тяга; 3 - золотник распределителя; 4 - поршень;

5 - корпус силового цилиндра; 6 - шарнир; 7 - дифференциальный рычаг

Этот гидроусилитель состоит в основном из тех же элементов что и рассмотренный выше усилитель рулевого привода автомобиля. При перемещении тяги 2, связанной с ручкой управления, перемещается шарнир 1 дифференциального рычага 7 обратной связи, с которым вязаны штоки силового цилиндра 5 и золотника распределителя 3. Так как силы, противодействующие смещению золотника распределителя, значительно меньше соответствующих сил, действующих в системе силового поршня 4, то шарнир 6 может рассматриваться в начале движения тяги 2 как неподвижный, ввиду чего движение его вызовет через рычаг 7 смещение плунжера золотника распределителя 3. В результате при смещении золотника из нейтрального положения, жидкость поступит в соответствующую полость цилиндра 5, что вызовет перемещение поршня 4, а следовательно, и шарнира 6, связанного с "выходом". При этом выходное звено сместится пропорционально перемещению тяги 2.

После того как движение тяги 2 будет прекращено, продолжающийся выдвигаться поршень 4 сообщит через рычаг 7 обратной связи плунжеру золотника распределителя 3 перемещение, противоположное тому, которое он получал до этого при смещении тяги 2 управления. Так как при этом расходные окна золотника будут в результате обратного движения плунжера постепенно прикрываться, количество жидкости, поступающей в цилиндр 5, уменьшится, вследствие чего скорость его поршня будет уменьшаться до тех пор, пока плунжер золотника не придет в положение, в котором окна полностью перекроются, при этом скорость станет равной нулю.

При перемещении плунжера золотника в противоположную строну движение всех элементов регулирующего устройства будет происходить в обратном направлении.

В действительности отдельных этапов движения "входа" и "выхода" рассматриваемого следящего привода с жесткой обратной связью не существует, и оба движения протекают практически одновременно, т.е. имеет место не ступенчатое, а непрерывное "слежение" исполнительным механизмом за перемещением "входа".

3.2 Гидроусилитель с соплом и заслонкой

.

Рис.5. Схема гидроусилителя типа сопло-заслонка

Гидроусилитель типа сопло-заслонка показан схематически на рис. 5. состоит из сопел 1 и 4, которые вместе с подвижной заслонкой 2 образуют два регулируемых щелевых дросселя, и нерегулируемых дросселей 5 и 12, установленных на пути подвода жидкости из точки 6, куда она подается от насоса. Работа такой дроссельной системы, являющейся первым каскадом гидроусилителя. Исполнительным механизмом гидроусилителя служит гидроцилиндр9.

Первый каскад управляет смещением золотника 8, который является вторым каскадом гидроусилителя и непосредственно управляет гидроцилиндром.

Вся система нужна для того, чтобы на входе мог быть использован маломощный электрический командный сигнал от задающей электронной аппаратуры. Этот сигнал подается на подается обмотки миниатюрного электромеханического преобразователя 3 (поворотного электродвигателя) в виде разности напряжений и в результате чего происходит отклонение заслонки 2 ,доее отклонения обе дросселирующие ветви А и Б имели одинаковые сопротивления и пропускали одинаковые расходы и.После отклонения сопротивление сопла, к которому приблизилась заслонка, увеличиваетсяи расход через него уменьшается. Расход в другой ветви возрастает. При этом возникает неравенство давлений и в узловых точках ветвей. Эта разница давлений вызывает смещение золотника 8 центрируемого пружинами 7 в 11, что в конечном итоге приводит в действие гидроцилиндр.

Если в такой системе па выходе исполнительного механизма, предусмотрен датчик обратной связи 10, сигнализирующий об исполнении подавной команды напряжением, ослабляющим сигнал на входе, то она будет представлять электрогидравлическую следящую систему.

Главным преимуществом такого гидроусилителя является применение простейших квадратичных дросселей, но чувствительных к засорениям и к изменению вязкости жидкости. Такие дроссели, имея нелинейные характеристики, позволяют при взаимодействии получить характеристики со взаимосвязью входных и выходных параметров близкой к линейной. В рассматриваемой системе, входной параметр — отклонение заслонки 3 ,а выходной — различие давлений и , смещающее золотник 8. Линейность таких взаимосвязей всегда желательна, так как упрощает применение гидроусилителя в качестве составной части сложных автоматических систем.

Уравнения пропускной способности ветвей А и В гидроусилителя, в которых нерегулируемый дроссель и регулируемое сопло пропускают одинаковый расход, имеют вид

где коэффициент расхода дросселя; — коэффициент расхода сопла.

Значения коэффициентов и для этих элементов в ветвях А и Б, вообще говоря, могут быть различны из-за различия расходов исмещений , ведущего к различию в .

Смещения заслонки по отношению к двум соплам взаимосвязаны:

Максимальное смещение не может превышать для упрощении . Для упрощения записи введем понятия проводимости элементов: для нерегулируемых дросселей - близкая к постоянной величина, изменяющаяся только с изменением ; для регулируемых дросселей сопел - -переменная величина из-за переменности и.

Примем выработанные практикой рекомендации для соотношений размеров и проводимостей таких гидроусилителей:

Решая совместно уравнения для и с применением принятых обозначении и предпосылок, получаем уравнения статической характеристики гидроусилителя (предположено, что заслонка приближается к соплу 4 и открывает сопло1):

Характеристики, построенные по этим уравнениям показаны на рис. 6.

Рис.6. Характеристика гидроусилителя типа сопло заслонка

График относительного различия давлений симметричен относительно оси, соответствующей среднему положению заслонки . При любом соотношении взаимосвязанных смещений и по графику можно найти полный расход через ветви гидроусилителя. При среднем положении заслонки это расход максимален.

Рис. 6. показывает, что при соблюдении приведенных выше рекомендаций о размерах и проводимостях элементов дроссельной системы, гидроусилитель способен обеспечить взаимосвязь между смещением заслонки и величиной относительного различия давлений, близкую к линейной.

Двустороннее воздействие струй на заслонку позволяет использовать для ее отклонения поворотные электродвигатели, расходующие весьма малую электрическую мощность.

Гидроусилитель с соплом и заслонкой (рис.7) состоит из управляющего элемента в виде нерегулируемого дросселя 1, междроссельной камеры 2, регулируемого дросселя, выполненного в виде сопла 3, заслонки 4 и задающего устройства 6, а также из исполнительного элемента 5.

Рис.7. Гидроусилитель с соплом и заслонкой:

1 - нерегулируемый дроссель; 2 - междроссельная камера; 3 - сопло;

4 - заслонка; 5 - исполнительный элемент; 6 - задающее устройство

Жидкость подается к гидроусилителю со стороны нерегулируемого дросселя. Из междроссельной камеры одна часть жидкости Q2 вытекает через щель, образованную торцом сопла и заслонкой, а другая Q1 поступает к исполнительному элементу. При изменении положения заслонки изменяются давление в междроссельной камере и расход через сопло. Одновременно изменяются усилие на исполнительный элемент, расход Q1 и скорость υ движения выходного звена. Нерегулируемый дроссель может быть выполнен в виде пакета тонких шайб с круглыми отверстиями.

Сопло гидроусилителя выполняется в виде цилиндрического насадка или в виде капиллярного канала. Увеличение диаметра сопла приводит к увеличению расхода и быстродействия системы. Заслонка имеет плоскую форму и перемещается от воздействия на нее сигнала управления.

Гидроусилитель типа сопло-заслонка отличается простотой конструкции, надежностью в работе и быстродействием. К нему можно подводить жидкость с большим давлением питания P0 . В устройстве сопло-заслонка отсутствуют трущиеся пары, что обеспечивает его высокую чувствительность. Недостатком является непроизводительный расход жидкости через сопло, низкий КПД и невысокий коэффициент усиления по мощности.

3.3 Гидроусилитель со струйной трубкой

Гидроусилитель со струйной трубкой (рис.8.) состоит из трубки 5 с коническим насадком на конце, сопловой головки 1 с двумя наклонными коническими расходящимися каналами и устройства управления. Устройство управления струйной трубкой состоит из задающего устройства 4 в виде регулируемой пружины, толкателя 6 и ограничителя 3 хода струйной трубки. Каналы сопловой головки соединены с исполнительным элементом 8 гидроусилителя. Жидкость с параметрами P0 и Q0 подается к трубке от источника питания. По трубе 2 жидкость отводится от гидроусилителя на слив.

Принцип работы гидроусилителя со струйной трубкой основан на преобразовании удельной потенциальной энергии давления в удельную кинетическую энергию струи, вытекающей из конического насадка, и последующем преобразовании этой энергии в удельную потенциальную энергию давления в каналах сопловой головки.

Гидроусилитель работает следующим образом. При отсутствии сигнала управления струйная трубка занимает нейтральное положение по отношению к отверстиям в сопловой головке. Вытекающая из насадка струя в одинаковой мере перерывает оба отверстия (рис.8., б), вследствие чего давления в каналах сопловой головки одинаковы, а выходное звено исполнительного элемента неподвижно. При подаче сигнала управления на толкатель струйная трубка смещается из нейтрального положения, равенство площадей отверстий, перекрытых струей, и равенство давлений в каналах сопловой головки нарушается. В результате выходное звено исполнительного элемента начинает перемещаться. При изменении знака сигнала управления выходное звено будет двигаться в другую сторону. Вытесняемая из исполнительного элемента жидкость попадает через канал в сопловой головке в полость 7 усилителя и далее на слив. Для того чтобы в каналы сопловой головки вместе с жидкостью не попал воздух, насадок струйной трубки делают погруженным в жидкость.

Рис.8. Гидроусилитель со струйной трубкой:

1 - сопловая головка; 2 - сливной трубопровод; 3 - ограничитель хода;

4 - задающее устройство; 5 - струйная трубка; 6 - толкатель;

7 - внутренняя полость; 8 - исполнительный элемент

3.4 Двухкаскадные усилители

Для повышения чувствительности усилителя и обеспечения одновременно увеличения мощности выходного сигнала применяют двухкаскадные устройства, первой ступенью усиления которых является обычно усилитель типа сопло- заслонка, а второй - золотник. Принципиальная схема такого устройства показана на рис.9. Междроссельная камера a этой схемы соединена с правой полостью основного распределительного золотника, плунжер 2 которого находится в равновесии под действием усилия пружины 4 и давления жидкости в этой камере. Жидкость постоянно подводится в штоковую полость b силового цилиндра, поршень которого при одновременной подаче жидкости в противоположную полость перемещается вследствие разности площадей поршня влево, и при соединении этой полости с баком - в правую сторону.

Рис.9. Двухкаскадный усилитель типа сопло-заслонка:

1 - заслонка; 2 - плунжер; 3 - силовой цилиндр; 4 - пружина

На рис.9. усилитель показана в нейтральном положении, в котором правая полость цилиндра 3 перекрыта. При смещении заслонки 1 равновесие сил, действующих на плунжер 2 золотника, нарушится, и он, смещаясь в соответствующую сторону, соединит правую полость силового цилиндра 3 либо с полостью питания (давление P Н ), либо с баком. Благодаря тому, что усилие, создаваемое давлением жидкости на плунжер 2 золотника, уравновешивается пружиной 4, перемещение распределительного золотника будет пропорционально перемещению заслонки (регулируемого дросселя), в результате чего достигается приближенная пропорциональность расхода жидкости через золотник и перемещения заслонки. Следовательно, в данном случае имеет место обратная связь по давлению.

Рис.10. Двухступенчатая следящая система с обратной связью по давлению:

1 - пружина; 2 - плунжер; 3 - дроссель; 4 - клапан; 5 - заслонка

Схема применения этого распределительного устройства в следящей системе приведена на рис.10. Плунжер золотника 2 в этой схеме находится в равновесии под действием усилия пружины 1 и давления жидкости в камере a, которая соединена с линией питания через дроссель 3 и со сливом - через сверление b в штоке плунжера. Сопротивление последнего канала, а следовательно, и давление в камере a можно изменять смещением заслонки 5; при этом вследствие нарушения равновесия сил натяжения пружины и давления жидкости плунжер золотника будет следовать за заслонкой. Для повышения чувствительности давление в камере a обычно понижается с помощью клапана 4 или путем питания этой камеры от отдельного источника и, в частности, от сливной магистрали.

4. Чувствительность, точность и устойчивость гидроусилителей

Гидроусилители следящего типа должны воспроизводить с минимальной ошибкой перемещение выходного звена в соответствии с заданным перемещением входного.

Ошибка слежения определяется в первую очередь передаточным числом кинематической цепи обратной связи, равным для схемы, изображенной на рис. З.1,

где - длина плеча рычага 7 между точками крепления золотника и тяги управления; -длина между точками крепления штока и тяги управлении.

Важный показатель качества следящих гидроусилителей – устойчивость, под которой понимается способность системы возвращаться в состояние установившегося равновесия после прекращения действия источника нарушившего его.

Одно из условий обеспечения устойчивости гидравлической следящей системы — жесткость с механических и гидравлических элементов. При недостаточной жесткости, в особенности при сочетании ее с высокой чувствительностыо распределительного устройства устойчивость системы неизбежно нарушается. Последнее можно видеть на (рис.11.), а, на котором показана схема упругого крепления цилиндра гидроусилителя снабженного чувствительным (с малым перекрытием) золотником. При каком-либо импульсе вызывающее смещение выходного звона гидроусилителя, при неподвижном входе цилиндр из-за наличия упругого звена (упругостью ) сместится в сторону действия импульса и повернет относительно точки b рычаг а обратной связи, сместив при этом золотник. Очевидно, при определенных значениях упругости и интенсивности импульса золотник сможет сместиться настолько, что рабочая жидкость поступит в соответствующего полость гидродвигателя и приведет в движение его поршень, в результате чего направление движения рычага, а изменится. При этом потенциальная энергия упругого звена будет способствовать переходу золотника через равновесное положение, в результате цилиндр переместится в обратном направлении и далее процесс колебаний автоматизируется.

В реальных условиях на устойчивость гидроусилителя влияют и другие факторы, к которым относятся упругость жидкости в плоскостях системыи трубопроводов присутствие в жидкости нерастворенного воздуха, люфты в механических сочленениях, колебания гидродинамических сил золотниковом распределителе.

Рис.11. Схемы:

а – гидроусилитель с упругим звеном;

б - гидравлического демпфера.

Наиболее простым способом повышения устойчивости системы является увеличение перекрытия окон и уменьшение передаточного числа i . Однако этот способ снижает точность работы гидроусилителя.

Надежным способом гашения колебаний служит гидравлическое демпфирование, с помощью которого кинетическая энергия колебаний рассеивается в виде тепла. Конструктивно демпфер представляет собой цилиндр, поршень З которого (рис. 11., 6) связан с золотником 1 распределителя. В поршне выполнено дроссельное отверстие 2. При перемещениях поршня жидкость вытесняется через отверстие и радиальную щель между поршнем и цилиндром из одной полости цилиндра в другую. Сечение дроссельного отверстия 2 выбирают таким, чтобы ого сопротивление не увеличивало чрезмерно усилий при рабочих перемещениях золотника, в режиме управления, но чтобы при высокочастотных вибрационных перемещениях золотника создавалось сопротивление, способное поглотить энергию, возбуждающую колебания.

Список литературы

1. Андреев А.Ф., Барташевич Л.В., Боглан Н.В. и др. Гидропневмоавтоматика и гидропривод мобильных машин. Объемные гидро и пневмомашины и передачи. - Минск: Высшая школа, 1987. 310 с.

2. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. В 3-х Т. - 5-е изд., перераб. и доп. Том 3 - М.: Машиностроение, 1980 г. - 559 с.

3. Башта Т.М., Руднев С.С., Некрасов Б.Б. и др. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы: Учебник. 2-е изд., перераб. - М.: Машиностроение, 1982.

4. Васильченко В.А. Гидравлическое оборудование мобильных машин: Справочник. - М.: Машиностроение, 1983. - 301 с., ил.

5. Кононов А.А., Ермашонок С.М. Гидравлика. Гидравлические машины и гидроприводы СДМ: Методические указания к выполнению курсовой работы. - Братск: ГОУ ВПО "БрГТУ", 2003. - 61 с.

mirznanii.com

Что лучше гидроусилитель или электроусилитель руля

Рейтинг 4.6 из 5. Голосов: 11

Гидроусилитель (ГУР) и электроусилитель (ЭУР) - две системы автомобиля, которые имеют общее назначение: снизить усилия водителя, которое он прикладывает к рулевому колесу. В статье расскажем о преимуществах и недостатках обоих систем, а также определим, что лучше ГУР или ЭУР..
Отличие гидроусилителя от электроусилителя весьма значительные: ГУР является гидравлической системой, которая состоит из: насоса, регулятора давления, бачка с запасом масла, управляющего золотника и силового гидроцилиндра. Все эти элементы располагаются под капотом автомобиля. В основе работы - масло, внутри системы создается давление, благодаря которому повороты руля совершаются проще.ЭУР является электромеханической системой, которая располагается на рулевой рейке или рулевом валу и состоит из: рулевой вал с торсионным валом, электродвигатель, электронный блок управления (ЭБУ), датчик крутящего момента, датчик положения ротора. При вращении руля происходит скручивание торсионного вала, которое регистрирует датчик момента. На основании данных ЭБУ вычисляет необходимое компенсационное усилие и подает команду на электродвигатель усилителя.

Преимущества ЭУР перед ГУР:

  1. Конструкция ЭУР более простая и требует меньше внимания со стороны обслуживания. В системе ГУР требуется раз в 1-2 года менять масло, и периодически проверять состояние насоса.
  2. ЭУР более компактный и не занимает места в моторном отсеке.
  3. ЭУР более экономичен и включается только при вращении руля. Насос ГУР работает постоянно, создавая дополнительную нагрузку на двигатель тем самым увеличивая расход топлива.
  4. В случае поломки ЭУР есть возможность доехать до СТО самостоятельно. При поломке ГУР придется вызывать эвакуатор, чтобы предотвратить поломку насоса ГУР.
  5. ЭУР проще настроить. Изменяя только программу ЭБУ возможно добиться различных режимов работы. Для ГУР потребуется установка дополнительных активных элементов в конструкцию.
Недостатки ЭУР в сравнении с ГУР:
  1. Мощность ЭУР меньше, поэтому он устанавливается только на лёгкие автомобили. На тяжелых внедорожниках или грузовиках применяют ГУР.
  2. При тяжёлом режиме работы электродвигатель ЭУР может перегреваться и отключиться. Для восстановления его работы необходимо подождать охлаждения обмоток электродвигателя.
  3. ГУР в отличии от ЭУР смягчает удары, передающиеся на рулевое колесо при колес на неровности дороги.
Недостатки, ЭУР и ГУР в сравнении с рулевым управлением без усилителя:
  1. При движении реакция водителя может быть недостаточной для своевременного обнаружения отказа системы усиления руля.
Технический прогресс идет в пользу ЭУР. В настоящее время все больше производителей отказываются от ГУР в пользу ЭУР. Кстати, на автомобили ВАЗ можно установить, как ЭУР, так и ГУР.А как считаете Вы, что лучше, электроусилитель или гидроусилитель руля?

Какой усилитель руля больше подходит Вам?

Ключевые слова:

  • гидроусилитель руля
  • руль
  • электроусилитель руля

 

Интересный сайт? Поделись с друзьями

xn--2111-43da1a8c.xn--p1ai

Гидравлические следящие приводы (гидроусилители)

gidravl.narod.ru

Гидроусилитель - совокупность гидроаппаратов и объемных гидродвигателей, в которой движение управляющего элемента преобразуется в движение управляемого элемента большей мощности, согласованное с движением управляющего элемента по скорости, направлению и перемещению.

Гидроусилитель следящего типа представляет собой силовой гидропривод, в котором исполнительный механизм (выход) воспроизводит (отслеживает) закон движения управляющего органа (входа), для чего в системе предусмотрена непрерывная связь между выходным и входным элементами, которая называется обратной связью.

Название такого привода - "следящий Гидроусилитель" или "следящий гидропривод" - обоснованы тем, что выход такого гидроусилителя автоматически устраняет через обратную связь возникающее рассогласование между управляющим воздействием (входным сигналом) и ответным действием (выходным сигналом).

Гидравлические следящие приводы нашли широкое применение в различных отраслях техники и в особенности в системах управл6ения современными транспортными машинами, включая автомашины, морские суда, самолеты и прочие летательные аппараты.

Блок-схема следящего привода (рис.8.1) состоит из следующих основных элементов: задающего устройства ЗУ, которым формируется сигнал управления, пропорциональный требуемому перемещению исполнительного механизма (датчики, реагирующие на изменение условий работы или параметров технологического процесса); сравнивающего устройства СУ, или датчика рассогласования, устанавливающего соответствие сигнала воспроизведения, поступающего от исполнительного механизма, сигналу управления; усилителя У, которым производится усиление мощности сигнала управления за счет внешнего источника энергии ВИЭ; исполнительного механизма ИМ, которым перемещается объект управления и воспроизводится программа, определяемая задающим устройством;

обратная связь ОС, которой исполнительных механизм соединен со сравнивающим устройством или с усилителем. Обратная связь является отличительным элементом следящего привода.

Рис.8.1. Блок-схема следящего привода

Величина x = f (t) (перемещение или скорость), сообщаемая задающим устройством сравнивающему устройству, называется "входом", а y = φ (t)(перемещение или скорость), воспроизведенная исполнительным механизмом, - "выходом". Разность (x - y) = ε называется ошибкой слежения или рассогласования системы.

Принцип работы следящего привода заключается в следующем. Изменение условий работы машины или параметров технологического процесса вызывает перемещение задающего устройства, которое создает рассогласование в системе. Сигнал рассогласования воздействует на усилитель, а через него и на исполнительный механизм. Вызванное этим сигналом перемещение исполнительного механизма через обратную связь устраняет рассогласование и приводит всю систему в исходное положение.

Рассмотрим работу следящего привода на примере принципиальной схемы рулевого управления автомобиля (рис.8.2).

Рис.8.2. Принципиальная схема следящего рулевого привода автомобиля: 1 - насос (внешний источник энергии); 2 - втулка усилителя; 3 - обратная связь; 4 - исполнительный механизм;

5 - золотник усилителя; 6 - винт; 7 - рулевое колесо (задающее устройство)

При прямолинейном движении автомашины все элементы системы рулевого управления находятся в исходном положении. Жидкость из насоса 1 поступает к гидроусилителю золотникового типа. Золотник 5 усилителя занимает нейтральное положение, а в обеих полостях исполнительного механизма 4 установилось одинаковое давление. При необходимости изменить направление движения автомобиля водитель поворачивает рулевое колесо 7. Связанный с рулевым колесом винт 6 перемещает золотник усилителя на величину x, вызывая рассогласование в системе. При этом проходные сечения одних рабочих окон усилителя уменьшаются, а других увеличиваются. Это создает перепад давлений у исполнительного механизма, а его поршень приходит в движение, перемещаясь на величину y и поворачивая колеса автомобиля. Одновременно через обратную связь 3 движение поршня передается на втулку 2 усилителя. Совокупность 2 и 3 является сравнивающим устройством. Втулка перемещается в том же направлении, что и золотник 5 до тех пор, пока рассогласование в гидросистеме, вызванное поворотом рулевого колеса, не будет устранено. При непрерывном вращении водителем рулевого колеса поршень со штоком будет также непрерывно перемещаться, вызывая соответствующий поворот колес. При этом небольшие усилия водителя, прикладываемые к рулевому колесу, гидроприводом преобразуются в значительные усилия на штоке поршня, необходимые для управления автомобилем.

8.2. Классификация гидроусилителей

Применяемые в автоматизированных гидроприводах гидроусилители классифицируют по следующим признакам.

По методу управления различают гидроусилители без обратной связи и с обратной связью между управляющим элементом и ведомым звеном исполнительного механизма.

По конструкции управляющего элемента гидроусилители подразделяют на усилители с дросселирующими гидрораспределителями золотникового типа, с соплом и заслонкой, со струйной трубкой, крановые, с игольчатым дросселем.

По числу каскадов усиления гидроусилители подразделяют на одно-, двух- и многокаскадные. Многокаскадные применяют в тех случаях, когда требуется получить на выходе большую мощность и сохранить при этом высокую чувствительность гидроусилителя.

По виду сигнала управления гидроусилители подразделяют на усилители с механическим и электрическим сигналами управления.

Важными характеристиками усилителей являются коэффициенты усиления: по мощности kN, по расходу kQ, по скорости kυ и по давлению kP:

где Nвых, Nвх - мощности на ведомом звене исполнительного элемента гидроусилителя и мощность, затрачиваемая на его управление; δQ, δυ, δP - изменение расхода, скорости движения ведомого звена исполнительного элемента и давления жидкости на выходе при изменении положения управляющего элемента гидроусилителя на величину δx.

8.3. Гидроусилитель золотникового типа

Гидроусилители золотникового типа получили наибольшее распространение. Они просты по конструкции, разгружены от аксиальных статических сил давления жидкости, легко управляемы, имеют высокий КПД и обеспечивают достижение значительных коэффициентов усиления по мощности.

Схема следящего гидроусилителя золотникового типа с гидродвигателем прямолинейного движения и жесткой рычажной обратной связью представлена на рис.8.3.

Рис.8.3. Схем гидроусилителя золотникового типа с обратной связью: 1 - шарнир; 2 - тяга; 3 - золотник распределителя; 4 - поршень;

5 - корпус силового цилиндра; 6 - шарнир; 7 - дифференциальный рычаг

Этот гидроусилитель состоит в основном из тех же элементов что и рассмотренный выше усилитель рулевого привода автомобиля. При перемещении тяги 2, связанной с ручкой управления, перемещается шарнир 1 дифференциального рычага 7 обратной связи, с которым вязаны штоки силового цилиндра 5 и золотника распределителя 3. Так как силы, противодействующие смещению золотника распределителя, значительно меньше соответствующих сил, действующих в системе силового поршня 4, то шарнир 6 может рассматриваться в начале движения тяги 2 как неподвижный, ввиду чего движение его вызовет через рычаг 7 смещение плунжера золотника распределителя 3. В результате при смещении золотника из нейтрального положения, жидкость поступит в соответствующую полость цилиндра 5, что вызовет перемещение поршня 4, а следовательно, и шарнира 6, связанного с "выходом". При этом выходное звено сместится пропорционально перемещению тяги 2.

После того как движение тяги 2 будет прекращено, продолжающийся выдвигаться поршень 4 сообщит через рычаг 7 обратной связи плунжеру золотника распределителя 3 перемещение, противоположное тому, которое он получал до этого при смещении тяги 2 управления. Так как при этом расходные окна золотника будут в результате обратного движения плунжера постепенно прикрываться, количество жидкости, поступающей в цилиндр 5, уменьшится, вследствие чего скорость его поршня будет уменьшаться до тех пор, пока плунжер золотника не придет в положение, в котором окна полностью перекроются, при этом скорость станет равной нулю.

При перемещении плунжера золотника в противоположную строну движение всех элементов регулирующего устройства будет происходить в обратном направлении.

В действительности отдельных этапов движения "входа" и "выхода" рассматриваемого следящего привода с жесткой обратной связью не существует, и оба движения протекают практически одновременно, т.е. имеет место не ступенчатое, а непрерывное "слежение" исполнительным механизмом за перемещением "входа".

8.4. Гидроусилитель с соплом и заслонкой

Гидроусилитель с соплом и заслонкой (рис.8.4) состоит из управляющего элемента в виде нерегулируемого дросселя 1, междроссельной камеры 2, регулируемого дросселя, выполненного в виде сопла 3, заслонки 4 и задающего устройства 6, а также из исполнительного элемента 5.

Рис.8.4. Гидроусилитель с соплом и заслонкой: 1 - нерегулируемый дроссель; 2 - междроссельная камера; 3 - сопло;

4 - заслонка; 5 - исполнительный элемент; 6 - задающее устройство

Жидкость подается к гидроусилителю со стороны нерегулируемого дросселя. Из междроссельной камеры одна часть жидкости Q2 вытекает через щель, образованную торцом сопла и заслонкой, а другая Q1 поступает к исполнительному элементу. При изменении положения заслонки изменяются давление в междроссельной камере и расход через сопло. Одновременно изменяются усилие на исполнительный элемент, расход Q1 и скорость υ движения выходного звена. Нерегулируемый дроссель может быть выполнен в виде пакета тонких шайб с круглыми отверстиями.

Сопло гидроусилителя выполняется в виде цилиндрического насадка или в виде капиллярного канала. Увеличение диаметра сопла приводит к увеличению расхода и быстродействия системы. Заслонка имеет плоскую форму и перемещается от воздействия на нее сигнала управления.

Гидроусилитель типа сопло-заслонка отличается простотой конструкции, надежностью в работе и быстродействием. К нему можно подводить жидкость с большим давлением питания P0. В устройстве сопло-заслонка отсутствуют трущиеся пары, что обеспечивает его высокую чувствительность. Недостатком является непроизводительный расход жидкости через сопло, низкий КПД и невысокий коэффициент усиления по мощности.

8.5. Гидроусилитель со струйной трубкой

Гидроусилитель со струйной трубкой (рис.8.5) состоит из трубки 5 с коническим насадком на конце, сопловой головки 1 с двумя наклонными коническими расходящимися каналами и устройства управления. Устройство управления струйной трубкой состоит из задающего устройства 4 в виде регулируемой пружины, толкателя 6 и ограничителя 3 хода струйной трубки. Каналы сопловой головки соединены с исполнительным элементом 8 гидроусилителя. Жидкость с параметрами P0 и Q0 подается к трубке от источника питания. По трубе 2 жидкость отводится от гидроусилителя на слив.

Принцип работы гидроусилителя со струйной трубкой основан на преобразовании удельной потенциальной энергии давления в удельную кинетическую энергию струи, вытекающей из конического насадка, и последующем преобразовании этой энергии в удельную потенциальную энергию давления в каналах сопловой головки.

Гидроусилитель работает следующим образом. При отсутствии сигнала управления струйная трубка занимает нейтральное положение по отношению к отверстиям в сопловой головке. Вытекающая из насадка струя в одинаковой мере перерывает оба отверстия (рис.8.5, б), вследствие чего давления в каналах сопловой головки одинаковы, а выходное звено исполнительного элемента неподвижно. При подаче сигнала управления на толкатель струйная трубка смещается из нейтрального положения, равенство площадей отверстий, перекрытых струей, и равенство давлений в каналах сопловой головки нарушается. В результате выходное звено исполнительного элемента начинает перемещаться. При изменении знака сигнала управления выходное звено будет двигаться в другую сторону. Вытесняемая из исполнительного элемента жидкость попадает через канал в сопловой головке в полость 7 усилителя и далее на слив. Для того чтобы в каналы сопловой головки вместе с жидкостью не попал воздух, насадок струйной трубки делают погруженным в жидкость.

Рис.8.5. Гидроусилитель со струйной трубкой: 1 - сопловая головка; 2 - сливной трубопровод; 3 - ограничитель хода; 4 - задающее устройство; 5 - струйная трубка; 6 - толкатель;

7 - внутренняя полость; 8 - исполнительный элемент

8.6. Двухкаскадные усилители

Для повышения чувствительности усилителя и обеспечения одновременно увеличения мощности выходного сигнала применяют двухкаскадные устройства, первой ступенью усиления которых является обычно усилитель типа сопло- заслонка, а второй - золотник. Принципиальная схема такого устройства показана на рис.8.6. Междроссельная камера a этой схемы соединена с правой полостью основного распределительного золотника, плунжер 2 которого находится в равновесии под действием усилия пружины 4 и давления жидкости в этой камере. Жидкость постоянно подводится в штоковую полость b силового цилиндра, поршень которого при одновременной подаче жидкости в противоположную полость перемещается вследствие разности площадей поршня влево, и при соединении этой полости с баком - в правую сторону.

Рис.8.6. Двухкаскадный усилитель типа сопло-заслонка: 1 - заслонка; 2 - плунжер; 3 - силовой цилиндр; 4 - пружина

На рис.8.6. усилитель показана в нейтральном положении, в котором правая полость цилиндра 3 перекрыта. При смещении заслонки 1 равновесие сил, действующих на плунжер 2 золотника, нарушится, и он, смещаясь в соответствующую сторону, соединит правую полость силового цилиндра 3 либо с полостью питания (давление P Н), либо с баком. Благодаря тому, что усилие, создаваемое давлением жидкости на плунжер 2 золотника, уравновешивается пружиной 4, перемещение распределительного золотника будет пропорционально перемещению заслонки (регулируемого дросселя), в результате чего достигается приближенная пропорциональность расхода жидкости через золотник и перемещения заслонки. Следовательно, в данном случае имеет место обратная связь по давлению.

Рис.8.7. Двухступенчатая следящая система с обратной связью по давлению: 1 - пружина; 2 - плунжер; 3 - дроссель; 4 - клапан; 5 - заслонка

Схема применения этого распределительного устройства в следящей системе приведена на рис.8.7. Плунжер золотника 2 в этой схеме находится в равновесии под действием усилия пружины 1 и давления жидкости в камере a, которая соединена с линией питания через дроссель 3 и со сливом - через сверление b в штоке плунжера. Сопротивление последнего канала, а следовательно, и давление в камере a можно изменять смещением заслонки 5; при этом вследствие нарушения равновесия сил натяжения пружины и давления жидкости плунжер золотника будет следовать за заслонкой. Для повышения чувствительности давление в камере a обычно понижается с помощью клапана 4 или путем питания этой камеры от отдельного источника и, в частности, от сливной магистрали.

Наверх страницы


Смотрите также


О сайте

Онлайн-журнал "Автобайки" - первое на постсоветском пространстве издание, призванное осветить проблемы радовых автолюбителей с привлечение экспертов в области автомобилестроения, автоюристов, автомехаников. Вопросы и пожелания о работе сайта принимаются по адресу: Онлайн-журнал "Автобайки"