zaharov

3.4. Контроль и испытания гидравлического оборудования

183

При приемосдаточных испытаниях проводят проверку параметров в соответствии с ТУ. В их число для электрогидравлических агрегатов входят: полный ход выходного звена; усилие, развиваемое выходным звеном; скорости выходного звена; зона нечувствительности; смещение нуля; разности скоростей выходного звена в разные стороны; напряжение, снимаемое с датчика обратной связи и т.д. Алгоритм проверки скоростей перемещения выходного звена агрегата представлен на рис. 3.50.

Аналогичные испытания проводятся и в производственном процессе при создании ЛА.

Стендовые испытания систем имитации нагрузки. На стати-

ческие характеристики гидроприводов могут существенно влиять постоянная и демпфирующая нагрузки, а также сила трения на выходном звене. Постоянная противодействующая или помогающая нагрузка на выходном звене гидропривода приводит соответственно к уменьшению или увеличению скорости выходного звена. Если постоянное усилие действует при неподвижном выходном звене, то оно вызывает проседание выходного звена бустера, а в рулевом агрегате – смещение нуля в сторону действия нагрузки, величина которого зависит от крутизны силовой характеристики распределительного золотника.

Демпфирующая нагрузка приводит к снижению скорости движения выходного звена гидропривода. Усилие трения уменьшает скорость выходного звена, а также увеличивает зону нечувствительности гидропривода, поскольку в этом случае для страгивания выходного звена требуется создать на поршне силового цилиндра большой перепад давлений и, следовательно, большее смещение распределительного золотника.

Следует отметить, что инерционная нагрузка не влияет на статические характеристики гидроприводов, определяемые на установившихся режимах работы. Однако при наличии инерционной нагрузки могут иметь место сравнительно длительные переходные процессы по скорости выходного звена при подаче скачкообразного управляющего сигнала, поэтому при составлении методики проверки скорости выходного звена необходимо обеспечить проведение замера на участке установившегося движения выходного звена.

Рассмотрим далее влияние основных видов нагрузок на динамические характеристики гидроприводов. Наиболее сильно влияет на динамические свойства гидроприводов – инерционная нагрузка. Из анализа передаточных функций бустера и рулевого агрегата следует, что инер-

184	Глава 3. ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ПРИВОДЫ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ

ционная нагрузка в сочетании со сжимаемостью рабочей жидкости обусловливает появление на АЧХ (амплитудно-частотной характеристике) резонансного пика. При увеличении инерционной нагрузки резонансный пик на АЧХ возрастает и смещается в сторону более низких частот, а фазовые сдвиги на ФЧХ (фазо-частотной характеристике) гидропривода увеличиваются. Увеличение инерционной нагрузки приводит к уменьшению запасов по амплитуде и по фазе и может вызвать потерю устойчивости. Инерционная нагрузка определяет колебания переходных процессов гидроприводов, причем при ее увеличении частота колебаний уменьшается примерно пропорционально М1/2, а перерегулирование увеличивается. Для рулевых агрегатов при росте инерционной нагрузки постоянная времени нарастания скорости Тра увеличивается примерно пропорционально М1/2, при этом запаздывание также несколько возрастает из-за увеличения «ложкообразного» участка в начале переходного процесса.

Позиционная нагрузка на выходном звене вызывает снижение АЧХ гидропривода и некоторое увеличение фазовых сдвигов, что повышает устойчивость гидропривода, но снижает его быстродействие. Демпфирующая нагрузка и сухое трение на выходном звене гидропривода также приводят к росту устойчивости гидропривода и уменьшению его быстродействия, причем сухое трение вызывает также снижение статической точности гидропривода. Следует однако отметить, что идеальной релейной характеристики трения практически не бывает ни при эксплуатации, ни при стендовых испытаниях. В большинстве случаев при малых скоростях имеет место участок с отрицательным демпфированием, а при больших скоростях наблюдается положительное демпфирование. Зона отрицательного демпфирования является наиболее опасной с точки зрения устойчивости гидропривода и во многих случаях приводит к возникновению незатухающих автоколебаний. Если трение покоя нагрузки на выходном звене значительно превышает трение движения, то при страгивании выходного звена будет происходить его рывок.

Упругость крепления гидроагрегатов может заметно ухудшать устойчивость гидропривода, особенно при наличии инерционной нагрузки. Влияние упругости крепления аналогично влиянию увеличения сжимаемости рабочей жидкости в силовом цилиндре и проявляется в уменьшении резонансной и собственной частот агрегатов. Влияние упругости связи между выходным звеном гидропривода и нагрузкой носит более сложный характер. Эта упругость влияет на резонансную

3.4. Контроль и испытания гидравлического оборудования

185

частоту таким же образом, как и упругость опоры. Однако кроме этого упругость связи выходного звена с нагрузкой вносит дополнительное демпфирование и незначительную статическую ошибку.

Стендовые системы нагружения (так в дальнейшем будем называть системы имитации нагрузки на выходном звене гидропривода) можно разделить по типу нагружающего устройства на механические, гидравлические, пневматические и комбинированные (пневмогидравлические). В механических системах нагрузка создается с помощью различных пружин, грузов и т. д. В гидравлических и пневматических системах нагрузка создается силовыми цилиндрами, в полости которых подается под требуемым давлением рабочая жидкость или сжатый газ. По принципу действия системы нагружения можно разделить на активные и пассивные. Пассивная система не имеет собственного источника энергии и может создавать постоянную или позиционную нагрузку на выходном звене гидропривода лишь при движении выходного звена за счет энергии испытываемого гидропривода. Активная система нагружения имеет свой источник энергии (гидравлический насос, баллон со сжатым газом, сжатая пружина и т. д.) и может создавать нагрузку как при движении выходного звена гидропривода, так и при неподвижном выходном звене. Рассмотрим основные схемы систем нагружения для имитации различных видов нагрузок. Рекомендуемые типы систем нагружения отмечены в табл. 3.1 знаками «+».

Системы имитации постоянной нагрузки можно разделить на односторонние и реверсивные, в которых направление действия постоянной нагрузки изменяется при реверсе выходного звена испытываемого гидропривода. Для имитации постоянной нагрузки применяют пневматические и гидравлические системы нагружения.

Широкое распространение имеют системы нагружения с гидравлическим цилиндром, в одной из полостей которого создается требуемое избыточное давление, а в другой – давление слива. Схема активной системы нагружения с односторонней постоянной нагрузкой показана на рис. 3.51.

В этой системе приводимый во вращение электродвигателем насос подает в соответствующую полость гидроцилиндра жидкость под необходимым давлением, которое устанавливается переливным клапаном. Для предохранения жидкости в системе нагружения от перегрева при длительной работе перед баком устанавливается теплообменник. Для изменения направления действия нагрузки производится переключение

186		Глава 3. ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ПРИВОДЫ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ
					Т а б л и ц а 3.1
		Типы систем нагружения
			Типы систем нагружения
	Вид нагрузки	Постоянная		Позици-	Инерци-
						Трение
		Односто-	Реверсив-	онная	онная
		ронняя	ная
	Гидравлическая
	а) активная	+	+	+
	б) пассивная
	Пневматическая	+		+
	Комбинированная
	Пневмогидравли-	+		+
	ческая
	Механическая	+	+	+	+	+
	Автоматизиро-			+	+
	ванная

1		3	2
		Р1	Р2
	4	8
6
5			7
Рис. 3.51. Принципиальная схема активной гидравлической
системы имитации односторонней постоянной нагрузки:

1	– испытываемый гидропривод; 2 – нагрузочный гидроцилиндр;
3	– динамометр; 4 – насос; 5 – бак; 6 – теплообменник; 7 – перелив-
	ной клапан; 8 – переключающий кран

3.4. Контроль и испытания гидравлического оборудования

187

крана 8, соединяющего линию подачи насоса (и линию слива) с соответствующими полостями нагрузочного цилиндра. Путем переключения крана 8 при достижении выходным звеном гидропривода крайнего положения можно с помощью данной схемы создать реверсируемую постоянную нагрузку. Усилие нагрузки для такой системы

R Aц ( p1 p2 ) Rтр ,

где Aц – активная площадь поршня нагрузочного цилиндра; p1, p2 –

давления в полостях цилиндра на подаче и сливе; R – трение в гидроцилиндре. Знак «+» соответствует противодействующей нагрузке на гидроприводе, а знак «–» помогающей нагрузке.

Давления p1 и p2 отличаются от давления подачи на выходе насо-

са и от давления наддува соответственно из-за потерь в магистралях подачи и слива. При этом противодействующая нагрузка уменьшается при снижении скорости выходного звена гидропривода и достигает минимума при нулевой скорости. Изменение усилия цилиндра при изменении скорости от нулевой до максимальной (Vmax) составляет

R Aц3 (rп2 rсл2 )Vmax2 ,

где rп и rсл – гидравлические сопротивления магистралей подачи и

слива системы нагружения, которые определяются потерями по длине трубопроводов, местными потерями в арматуре трубопроводов, в переключающем кране, а также при входе жидкости в цилиндр и выходе из него. Для систем нагружения высокоскоростных гидроприводов отношение R / Rmax достигает 10...15 %.

Благодаря хорошим условиям смазки уплотнений и возможности работать при высоких давлениях (до 20 МПа) гидроцилиндры имеют собственное трение, обычно не более 3...5 % от величины создаваемой нагрузки, а трение холостого хода (при отсутствии избыточного давления в полостях цилиндра) – не превышающее 1...2 %. Основным недостатком активной гидравлической системы нагружения является ее относительная сложность, громоздкость и необходимость применения приводных электродвигателей, потребляющих значительное количество электроэнергии.

В простейшей схеме пассивной гидравлической системы нагружения реверсируемая постоянная нагрузка создается с помощью кольцевания полостей цилиндра через регулируемый дроссельный кран. В этом случае нагрузка создается из-за возникновения перепада давле-

188	Глава 3. ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ПРИВОДЫ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ

ний (Δр) на дроссельном кране при прохождении через него расхода Q. Усилие нагрузки (противодействующее усилие) в такой системе нагружения зависит от скорости движения выходного звена гидропривода и установленной регулируемой величины сопротивления дроссельного крана rк

Rпр Aц3rк2vmax Rтр .

Такая система может применяться лишь для кратковременной работы при малых расходах и усилиях, т. е. при малой рассеиваемой мощности системы нагружения. При значительной рассеиваемой мощности происходит быстрый нагрев жидкости в системе нагружения, что ограничивает длительность непрерывной работы и приводит к нестабильности установленной нагрузки. Кроме того, для данной системы напряжения характерно наличие «люфта» по нагрузке, возникающего из-за попадания воздуха в гидросистему нагрузки при ее заполнении или вследствие ее негерметичности.

На рис. 3.52 показаны две усовершенствованные пассивные схемы нагружения (А и Б), для длительной работы при точном поддержании установленной реверсируемой нагрузки с помощью предохранительных клапанов. В схемах с помощью обратных клапанов обеспечивается возможность установки охлаждающего радиатора в магистрали, в которой независимо от направления действия усилия нагрузки не возникает высоких давлений. В обеих схемах предусмотрен кран кольцевания, создают малые нагрузки и свободное перемещение поршня нагрузочного цилиндра. Кран кольцевания необходим, поскольку предохранительный клапан поддерживает минимальное давление 0,50...1,50 МПа в системе загрузки. В схеме А отсутствует бак с наддувом, поэтому при негерметичности гидросистемы в нее может попадать воздух и увеличивать «люфт» нагрузки. В схеме Б благодаря наличию бака с наддувом влияние герметичности гидросистемы сказывается значительно меньше. Схема А обеспечивает равенство усилий при движении поршня нагрузочного цилиндра в обе стороны, а в схеме Б можно создать различные по величине усилия при движении поршня в одну или другую сторону путем различной настройки предохранительных клапанов.

Во многих случаях для создания относительно небольших нагрузок (не более 15 кН) применяют активную пневматическую систему нагружения, более простую, чем гидравлическая система нагружения.

3.4. Контроль и испытания гидравлического оборудования			189
		7	6
Б
	8	5	4
Азот
1		3	2
		Д
		Р1	Р2
		А
Рис. 3.52. Принципиальная схема пассивной гидравлической
системы имитации реверсируемой постоянной нагрузки:

1 –	испытываемый	гидропривод; 2 –	нагрузочный гидроцилиндр;
3 –	динамометр; 4 –	кран кольцевания;	5 – предохранительный кла-
пан;	6 – обратный клапан; 7 – теплообменник; 8 – бак

Недостатками пневматической системы нагружения являются большое трение и малая долговечность пневмоцилиндра, обусловленная недостаточной смазкой уплотнений поршня пневмоцилиндра.

Для создания постоянных нагрузок могут также использоваться механические системы нагружения. Для малых нагрузок (до 1 кН) можно использовать грузы, прикрепляемые к штоку с помощью троса. Однако в этом случае оказывает заметное влияние инерционная нагрузка. Это приводит к значительным ударным перегрузкам в конце хода при остановке выходного звена гидропривода.

Для имитации на выходном звене гидропривода позиционной нагрузки широко применяются различные нагрузочные устройства механического типа с использованием пружин, а также различные гидравлические и пневматические системы.

190	Глава 3. ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ПРИВОДЫ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ

1	3	2
	Д
	Р1	Р2
	5	4	9
6
7	8	15
		14
	12		13	11	10
				1

Рис. 3.53. Принципиальная схема комбинированной пневмогидравлической системы имитации позиционной нагрузки:

1 – испытываемый гидропривод; 2 – динамометр; 3 – нагрузочный гидроцилиндр; 4 – теплообменник; 5 – предохранительный клапан; 6 – бак; 7 – насос; 8 и 12 – запорные краны; 9, 13 и 15 – манометры; 10 – баллон высокого давления; 11 – редуктор; 14 – гидроаккумулятор

Весьма удобной является активная дифференциальная комбинированная пневмогидравлическая система имитации позиционной нагрузки, показанная на рис. 3.53. Нагрузка на поршне нагрузочного цилиндра создается за счет перепада давлений рабочей жидкости, вызываемого дисбалансом давлений сжатого газа в гидроаккумуляторах при перемещении выходного звена гидропривода в ту или иную сторону от нейтрального положения, при котором давления газа в обоих аккумуляторах различны. При помощи теплообменников 4 в гидропневмосистеме поддерживается определенная температура. Следует отметить, что в данной системе требуется маломощный холодильник, а в ряде случаев гидросистема может нормально работать без холодильника. При помощи баллона со сжатым газом, газового редуктора и кранов 12 производится зарядка газовых полостей гидроаккумуляторов давлением, величина которого контролируется манометром 13.

Гидравлические полости гидроаккумуляторов, полости загрузочного цилиндра и соединительные трубопроводы заполняются рабочей жидкостью под требуемым давлением с помощью вспомогательной гидросистемы, состоящей из насоса, бака с рабочей жидкостью, кранов 8 и предохранительного клапана 5.

3.4. Контроль и испытания гидравлического оборудования

191

Для имитации инерционной нагрузки (приведенной массы) на выходном звене гидропривода применяются схемы с поступательным движением массы и с поворотным движением рычага с грузами, момент инерции которых соответствует требуемой величине приведенной массы. Схемы с поступательным движением массы не нашли широкого применения из-за неудобства в работе и неизбежного присутствия «паразитного» трения или постоянного усилия. Наиболее распространена схема имитации инерционной нагрузки, показанная на рис. 3.54.

1
	0
3	r	2
			3
rГР		rГР

Рис. 3.54. Принципиальная схема имитации инерционной нагрузки:

1 – испытываемый гидропривод; 2 – качалка с рычагами; 3 – грузы

Конструкция рычагов и грузов предусматривает возможность установки грузов на любом плече, что позволяет легко настраивать требуемую величину приведенной массы Мпр, определяя плечо установки грузов с помощью выражения

2P r2

Mпр гр гр , r02

где Pгр – масса каждого груза; r0 – плечо действия выходного усилия гидропривода на поворотную качалку с рычагами; rгр – плечо уста-

новки грузов.

В ряде случаев, особенно при снятии динамических характеристик гидроприводов, требуется имитация трения на выходном звене. Для имитации трения используются пары трения с поступательными и вращательными движениями. В поступательных парах трения шток агрегата соединяется с подвижной пластиной, в то время как другая неподвижная пластина прижимается к подвижной с помощью пружин

192	Глава 3. ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ПРИВОДЫ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ

в направлении, перпендикулярном направлению движения. Усилия прижатия и соответственно усилия трения регулируются затяжкой пружин. Во вращательных парах трения к поворотному диску, связанному с выходным звеном гидропривода, прижимаются с помощью пружинных устройств тормозные башмаки. Вращательные пары трения обеспечивают обычно получение более простых и компактных устройств для имитации усилия трения.

При снятии динамических характеристик необходимо тщательно проверять фактическую зависимость усилия трения от скорости движения выходного звена гидропривода и не допускать чрезмерного падающего участка этой зависимости. При динамических проверках гидроприводов большое значение имеет имитация заданной величины упругости опоры и связи между выходным звеном и нагрузкой.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Два основных элемента гидроусилителей.

2.Разновидности гидроусилителей.

3.Недостатки гидроусилителей без обратной связи.

4.Достоинства гидроусилителей с кинематической и силовой обратной связью.

5.Какие элементы являются обязательными для электрогидроусилителей?

6.Принцип дроссельного регулирования.

7.Схемы включения дросселя.

8.Какая схема дроссельного регулирования применяется в современных гидроприводах?

9.Возможные схемы объемного регулирования.

10.Сравнение характеристик различных схем регулирования схем.

11.Какие устройства входят в исполнительную часть системы управления?

12.Что включает привод рулевой поверхности современного ЛА?

13.Для чего применяется многоканальный рулевой привод?

14.Общие требования к гидравлическим испытательным стендам.

15.Виды испытаний гидравлического оборудования.

16.По каким параметрам оценивают техническое состояние насосов?

17.Назовите стенды, необходимые для испытания основных элементов гидропривода.

18.Какие виды нагрузок имитируются на испытательных стендах?