Параметры движения выходного звена двухпозиционного гидропривода

Для двухпозиционных приводов характерны 2 типичных варианта работы:

перемещение из одной позиции в другую при постоянной или малой внешней нагрузке; движение со ступенчато изменяющейся скоростью и нагрузкой. Условия движения привода определяются заданной циклограммой. Внешняя нагрузка рассчитывается по данным рабочего процесса машины. Сюда относятся силы, моменты сил, сопротивление внешней среды, инерции и трение в исполнительном механизме. Рассмотрим примерную циклограмму типового привода релейного управления при перемещении выходного звена из одной позиции в другую. На циклограмме (рис. 1) выделяют характерные участки: t_P – разгон 1.движение с установившейся скоростью 2.t_Т – торможение

Если время срабатывания распределителя меньше времени движения звена, то характер движения зависит не от управляющего воздействия, а от параметров привода и внешней нагрузки. Опыт проектирования двухпозиционных приводов показывает, что одинаковое время полного перемещения t_П на длину L_П из одной позиции в другую может быть достигнуто при одинаковой внешней нагрузке различными сочетаниями параметров привода. От параметров привода зависят его габаритные размеры, масса и стоимость, следовательно, при проектировании двухпозиционных приводов возникает задача оптимизации основных параметров. Начинать решение этой задачи целесообразно на начальном этапе проектирования двухпозиционного привода путём выбора оптимального закона движения выходного звена. Наиболее наглядно закон движения выходного звена из начальной позиции в конечную показан на тахограмме, отображающей зависимость скорости V от времени t (V(t)). При построении идеальных тахограмм принимают ускорение и замедление постоянными и одинаковыми по модулю, скорость установившегося движения – постоянной. При таких допущениях участки идеальных тахограмм представляют собой отрезки прямых линий, время разгона и время торможения равны (t_P = t_Т). Из всего разнообразия тахограмм выделяют 3 принципиально различных по виду – треугольную, прямоугольную и трапециидальную (рис. 2). Геометрическая общностью приведенных фигур должно быть равенство площадей. Этим отражается общее для всех законов движения ГП условие полного перемещения на L_П за время t_П. Связь между этими величинами устанавливается геометрическим смыслом интеграла функции V(t): (1) Для трёх основных видов тахограмм: треугольной, прямоугольной и трапециидальной, получим зависимости: Для треугольной: (2)Для прямоугольной: (3). Для трапециидальной: (4)

Величину V_П назовём предельной скоростью при трапециидальной тахограмме. Выражения 2..4 позволяют сделать существенные выводы:

1.Скорость установившегося движения V_П находится в пределах:

.; (5)

2.Ускорение, принятое постоянным при разгоне выходного звена привода можно принять равным:

Из выражения 4 найдём t_П: тогда (6) Полная внешняя нагрузка на выходное звено при разгоне определяется по формуле:

(7) где m_П – приведенная к выходному звену масса рабочего механизма и перемещаемого груза, F_C – приведённая к выходному звену результирующая внешних статических сил. - для поворотных гидромоторов (8)

3. 3. Сильфоны и мембраны. Усилия передаваемые эластичной мембраной.

Сильфоны и мембраны относятся к упругим элементам. Основное их назначение – преобразование давления сжатого воздуха в перемещение или силу.

Мембрана – гибкая круглая плоская или гофрированная пластина, способная получать прогиб δ под действием давления. Зависимость перемещения центра упругой мембраны от действия на нее усилия называется статической характеристикой, которая может быть как линейной, так и нелинейной. Статическая характеристика плоской мембраны изменяется нелинейно с увеличением давления, поэтому в данном случае в качестве рабочего участка используется небольшая часть возможного хода.

Мембраны изготавливают из различных марок стали и бронзы, томпака (Cu+Zn), латуни, и т.д. Классификация мембран: 1) Эластичные (они состоят из прорезиненной ткани, резины, тефлона, капрона, …); 2) Упругие (содержат гибкие круглые плоские или гофрированные пластины). Т.о. эластичные и упругие мембраны могут быть: а) плоскими; б) гофрированными. По способу установки в корпус упругих мембран их можно разделить на: а) мембраны у которых периферия не соединена жестко с корпусом (рис. а); б) мембраны с жестко закрепленной в корпусе периферии. В приводах могут применяться мембраны для: 1) преобразования давления в перемещение; 2) разделения двух рабочих сред; 3) герметизации штоков (полостей). Материалы мембран: 1. упругие – металлы, сплавы (36НХТЮ, Бр.Б2); 2. эластичные – резина и пластмассы, обладающие упругостью и повышенной бензостойкостью, морозостойкостью или термостойкостью; синтетические резины на основе втор-каучуков, работающих при температурах до 300˚ С; пленки с полиэтилентерефталата, неметаллические материалы, армированные металлами для повышения прочности; ткани из натуральных и синтетических или металлических нитей. Металлические мембраны чаще всего изготавливают штамповкой из листового материала. Для увеличения прогиба мембран делаются концентрические гофры, которые можно изменять по форме и размерам и получать различные характеристики при перемещении мембраны. Мембраны могут иметь линейные и нелинейные характеристики перемещения центра мембраны под действием давления. Металлические мембраны используются обычно при давлениях свыше 0.3МПа. Эти мембраны обладают: 1. малым и стабильным гистерезисом; 2. высокой стойкостью к перегрузкам; 3. малым ходом; 4. высокой жесткостью. Для уменьшения диаметра мембран применяется несколько мембран, заключенных в мембранную коробку. Металлические мембраны используют при перемещении жесткого центра на 0.4..2.5мм. Неметаллические мембраны используют чаще всего при давлениях от нескольких сотых до 1МПа. Они имеют большие перемещения при малой жесткости. Недостатки эластичных мембран: 1. Модуль упругости изменяется с изменением температуры. 2. Остаточная деформация выше, чем в металлических мембранах. 3. Резина и другие материалы склонны к старению. 4. Пластмассы склонны к ползучести при высоких температурах. Для работы при высоких давлениях и обеспечения необходимой прочности применяют многослойные резинотканевые мембраны. Конструкции неметаллических мембран без гофров из однородного материала имеют вид (рис):

· Конструкции неметаллических мембран без гофров, армированных жестким центром: 1 – технологическое отверстие для удержания жесткого центра 2 в нужном положении при изготовлении мембраны.

· Гофрированные неметаллические мембраны из однородного материала: Армирование гофров мембран осуществляется аналогично, как и плоских (см выше). Усилие, возникающее на штоке мембраны при действии давления.

F_OC1 – сила, действующая на гибкую мембрану. Усилие F_OC2, создаваемое давлением Р на торце жесткого центра равно: Полное передаваемое осевое усилие на штоке мембраны: