Хидравлични и пневматични сервозадвижвания

ПОДОБНИ СТАТИИ

Поддръжка на индустриални роботи

Планетарни редуктори за прецизни приложения

Актуални тенденции при EDM машините

Предизвикателства при обработката на суперсплави

Ефективен контрол на заваръчен дим

Все повече в комбинация с електрически сервозадвижващи системи

Хидравличните и пневматичните сервозадвижвания от десетилетия заемат почетно място в света на автоматизираните решения за управление. Въпреки все по-нарастващата област на приложение на електрическите сервозадвижващи системи, хидравличните и пневматичните задвижвания продължават да бъдат оптимален избор за решаване на редица специфични инженерни задачи. Съвременна тенденция в развитието им е свързана с комбиниране на възможностите, които предлагат хидравличните и пневматичните, от една страна, и електрическите сервозадвижващи технологии, от друга. За разлика от европейския пазар на електрически сервозадвижвания, където за все по-голям пазарен дял воюват немалко сериозни компании, в областта на хидравличните и пневматичните сервозадвижвания големите пазарни играчи могат да се преброят на пръстите на едната ръка. Свидетелство за това, че българският пазар все повече се отваря към световния, е присъствието у нас на водещи компании в областта на хидравличните и пневматичните сервозадвижвания.

По аналогия с електрическите сервозадвижващи системи, електрохидравличните също управляват премествания, т.е. имат за задача едновременно да контролират ускорението, скоростта и позицията на определен работен орган. Концепцията за комплексно управление по електрохидравличен път се реализира на базата на няколко базови хидравлични схеми. Две конвенционални хидравлични схеми се използват като база за конструиране на съвременните електрохидравлични сервозадвижвания. Едната осигурява т.нар. дискретно или позиционно управление, а втората реализира пропорционално управление. Когато системата е удачно конструирана и избрана в съответствие с конкретната инженерна задача, резултатът е електрохидравлична система за управление, отговаряща на противоречивите изисквания за повишаване на производителността на машината и качеството й на работа, от една страна, при намаление на общите производствени разходи, от друга.

Счита се, че привеждащ в движение възел на системата, който осигурява поток с постоянно налягане към управляващия вентил, е най-подходящ за инженерни задачи, свързани с управлението на задвижвания. Реалните възли, захранващи системата с поток с постоянно налягане, обикновено са изградени от помпа с компенсация по налягане и големи хидравлични акумулатори. Функционалното предназначение на хидравличните акумулатори е да удовлетворят внезапни изисквания за повишен дебит от сервовентила, както и да се осигурят възможност на възвратния вентил да предпази помпата, абсорбирайки хидравличната енергия от поток, насочен обратно към нея. Ако се разгледа работната характеристика дебит/налягане на една конвенционална компенсирана по налягане помпа, ще се види, че при ниски стойности на налягането помпата работи като нагнетателна машина, осигуряваща относително постоянен дебит в системата, като се пренебрегват вътрешните загуби от утечка. Когато налягането достигне определена равновесна стойност Pk, компенсаторът на налягане, вграден в помпата, сработва, което автоматично води до увеличаване на дебита с нарастването на налягането. Следователно, при стойности на налягането на потока по-високи от Рк, помпата работи като източник на постоянно налягане в системата. Безспорно, добре е помпата да се предпази от възникването на свръхналягания чрез използването на предпазен вентил.

Реализира се на базата на позиционни управляващи вентили, които, използвани във функцията на управляващ орган в конвенционалните електрохидравлични системи, поддържат три работни положения - централно (изключено), дясно, при което вентилът пропуска потока в едната посока, и ляво, при което потокът се пропуска в противоположната посока. За да се изяснят недостатъците на описаното решение, нека направим предположението, че ограничителят на потока е затворен, вентилът се намира в дясно положение и цилиндърът премества товара надясно. Скоростта, с която цилиндърът премества товара, се определя от поддържаното в системата налягане и коефициента на местно съпротивление на вентила. В определена точка от работната траектория под действието на товара ограничителят сработва, което води до преместване на вентила в централно положение. Следователно, всички отвори в системата са затворени. Описаният процес довежда до рязко понижаване на натоварването в хидравличната система, в зависимост от масата на товара, спецификите на цилиндъра и скоростта на превключване на вентила от дясна в централна позиция. Съществуват реални предпоставки преди товарът окончателно да спре в системата да се появят хидравлични ударни натоварвания и вибрации, особено ако масата на товара е значителна.

В случай на значителни ударни натоварвания, машинните елементи са подложени на големи напрежения, което би могло да доведе до сериозно съкращаване на експлоатационния им живот. Нерядко работата на хидравличните системи се съпътства и от появата на пикове на налягането в системата. Те водят до възникването на свръхнапрежения в хидравличните елементи, включително корпуса на цилиндъра и уплътненията, което е предпоставка за преждевременни повреди и утечки в системата. Известни са и реални случаи, в които в резултат на действието на ударни външни вибрации се премества цялата машина, при което тръбопроводите и тръбните свръзки биват подложени на значителни механични напрежения.

Втората концепция за реализация на електрохидравлично управление на движение включва използването на пропорционален вентил във функцията на регулиращ орган в системата вместо дискретен позиционен вентил. За днешното ниво на развитие на техниката се приема, че пропорционалното управление се характеризира с редица очевидни предимства пред двупозиционното. В съвременните електрохидравлични сервосистеми цилиндрите са съоръжени с датчик за позиция, който следи текущото положение на буталото спрямо корпуса. Датчикът следи положението на работния орган на цилиндъра през цялото време на работа на системата, изпращайки аналогов сигнал до контролера.

Контролерите за електрохидравличните сервозадвижвания обикновено са специално изпълнение, разработено в съответствие със специфичните задачи, които решават тези системи. Освен да следят и контролират текущото положение на буталото на цилиндъра, те решават и редица допълнителни задачи, като например мониторинг и контрол на температурата, нивото на запълване на резервоарите и др. На практика, контролерът обслужва всяка от поставените му задачи през определен период от време. Под понятието време на сканиране на контролера, което е сред характеристиките за оценка на електрохидравличните сервозадвижвания, се разбира периода между момента, в който образно казано контролерът "поглежда" към една от възложените му задачи, и момента, в който отново се връща към нея. Това означава, че между времето на възникване на определено събитие и момента, в който системата ще го регистрира, няма да съществува синхронност. Резултатът е появата на случайни отклонения в отработването на зададената позиция.