Гидро- и пневмоусилители

Усилители этой группы используют в качестве вспомогатель­ного источника энергию жидкости под давлением или энергию сжатого воздуха.

Усилитель под управлением маломощного входного сигнала регулирует поток жидкости или газа, питающего привод, зада­вая тем самым мощность и величину перемещения рабочего органа.

Гидро- и пневмоусилители по принципу действия можно раз­бить на два класса: дроссельные и струйные.

К дроссельным усилителям относятся, например золотниковые усилители. Золотниковым усилителем называют прецизионное ме­ханическое устройство, состоящее из специальной гильзы с дрос­селирующими окнами и плунжера, которое предназначено для перераспределения давления и расхода рабочей среды (масла, воз­духа), поступающей по напорному трубопроводу. Золотники бывают плоские и цилиндрические. Рассмотрим схемы усилителей, построенных на базе цилиндрических золотников как наиболее распространенных.

На рис. 3.34, а приведена схема отсечного золотника для уп­равления двусторонним приводом (подача рабочего тела должна осуществляться то в одну, то в другую полость рабочего цилинд­ра). Золотник состоит из цилиндра 1 и плунжера 2, перемещаю­щегося в цилиндре под действием управляющего воздействия Х, перекрывающего окна 6 и 7 и управляющего подачей жидкости или газа в полости рабочего цилиндра. По трубе 3 подводится ра­бочая среда под давлением. Плунжер представляет собой двойной поршень и выполнен таким образом, что в среднем нейтральном положении он закрывает одновременно оба окна 6 и 7, отсекая поступление рабочей среды в рабочий цилиндр или из него.

При смещении плунжера вверх под действием входного воздей­ствия Х окно 6 соединяется через золотник с напорной трубой 3, окно 7- со сливной трубой 5, что вызовет перемещение рабочего Поршня вниз. Скорость рабочего поршня определяется проходным сечением частично перекрытых окон 6, 7 и положением поршней 2 Плунжера. При перемещении плунжера вниз проходное сечение окон в подача жидкости или газа в окно 6 и из окна 7 будет постепенно уменьшаться до нуля (останов рабочего поршня при нейтральном положении плунжера), после чего уже окно 7 соединится с напор­ной трубой 3, а окно 6- со сливной трубой 4, что вызовет переме­щение рабочего поршня в обратном направлении.

Золотниковые усилители этого типа позволяют получить на выходе мощность до 100 кВт при воздействии на плунжер сиг­налом мощностью несколько ватт (коэффициент усиления по мощности может достигать 105). Усилие перемещения плунже­ра составляет обычно 0,5... 20 Н, ход плунжера - 2... 10 мм и более.

На рис. 3.34, б приведена схема отсечного золотника для уп­равления односторонним приводом, когда рабочий поршень пе­ремещается под действием рабочей среды только в прямом на­правлении (обратное перемещение осуществляется за счет пру­жины). Плунжер имеет один поршень 2, перекрывающий окно б золотника, соединенное с одной из полостей рабочего цилинд­ра. В среднем нейтральном положении плунжер закрывает окно б, блокируя подачу или спуск рабочей среды из рабочего цилинд­ра и обеспечивая его неподвижность. При смещении под дей­ствием входного воздействия плунжера вниз нижняя полость рабочего цилиндра соединяется через золотник с напорной тру­бой 3, что вызовет перемещение рабочего поршня вверх благо­даря разности давлений в полостях цилиндра. При перемещении плунжера вверх вначале будет постепенно остановлено движение рабочего поршня вверх (при нейтральном положении плунжера), после чего полость рабочего цилиндра соединится со сливной трубой. Под действием пружины рабочий поршень пойдет вниз, выталкивая рабочую среду из нижней полости.

Схема и характеристика одностороннего привода с проточ­ным золотником представлены на рис. 3.34 в, г. Плунжер золотни­ка выполнен таким образом, что его цилиндры 2 меняют про­ходные сечения окон напорной 3 и сливной 4 труб, не перекры­вая их целиком (за исключением крайних положений), так что через золотник имеется постоянный поток рабочей среды. В зави­симости от положения плунжера меняется давление в камере зо­лотника между цилиндрами и в нижней полости рабочего цилин­дра. Поршень рабочего цилиндра всегда находится в равновесии под действием силы сжатия пружины сверху и давления рабочей среды снизу. Этот усилитель обладает высокой чувствительностью, отсутствием зоны нечувствительности, однако меньшей выходной мощностью.

Характерной особеннос­тью золотниковых усилителей является наличие зазора между поршнями плунжера и гильзой, что обусловливает постоянную утечку рабочей среды. Разница между шири­ной поршня плунжера и раз­мером окна гильзы золотни­ка называется величиной пе­рекрытия. По типу перекры­тия различают золотники:

• с положительным перекрытием, когда ширина поршня боль­ше ширины окна гильзы;

• нулевым перекрытием, когда ширина поршня равна ширине окна гильзы;

• отрицательным перекрытием, когда цилиндр плунжера шире окна гильзы.

В целях получения более плотной отсечки цилиндры плунже­ра отсечного золотника выполняют шире окон (положительное перекрытие составляет 0,05... 0,5 мм). При этом на характеристи­ке возникает зона нечувствительности, что вызывает запаздыва­ние срабатывания усилителя.

В проточном золотнике, наоборот, всегда имеется поток рабо­чей среды через золотник за счет отрицательного перекрытия.

На рис. 3.35 приведены схема усилителя типа сопло-заслонка, состоящего из дросселя 1 с постоянным гидравлическим сопротив­лением и из дросселя с переменным гидравлическим сопротивле­нием, меняющимся при смещении заслонки 3 относительно сопла дросселя 2. Рабочая среда подается на дроссель 1 с постоянным давлением Ро и через дроссель 2 уходит на слив. Чем больше зазор между соплом 2 и заслонкой 3, тем больше расход рабочей среды через дроссели, тем больше падение давления на дросселе 1 и тем ближе давление в рабочей полости Р„ к атмосферному.

В зависимости от положения заслонки 3 в полости между дрос­селями устанавливается давление, задающее положение рабочего поршня, находящегося в равновесии под действием силы упругости пружины и силы давления рабочей среды на поршень. Коэффици­ент усиления мощности таких усилителей может достигать kP = 106.

С труйные гидро- и пневмоусилители в качестве усилительного элемента используют струйную трубку (рис. 3.36), состоящую из по­воротной трубки l и приемника 5с соплами 3, 4. В трубку 1 подается рабочая среда под давлением. Управляющее воздействие Х пово­рачивает трубку 1, меняя на­правление струи рабочей сре­ды, расход через сопла 3, 4 и давление в них. Противовес 2 предназначен для удержания трубки в равновесном состоя­нии. При повороте трубки вле­во давление в канале 3 будет расти, в канале 4- падать.

Струйные трубки работают под давлением масла порядка 4...8 бар при расходе через трубку 5...10 л/мин. Макси­мальное отклонение трубки составляет обычно 1...2 мм.

Гидро- и пневмоусилители выполняют как однокаскадные (kP= 103...104), так и двухкас­кадные (Ар= 104...105).

Пневмоусилители имеют коэффициент усиления на порядок выше и инерционность на 1-2 порядка меньше, чем гидроуси­лители. Часто первый каскад усилителя выполняют пневматичес­ким, второй - гидравлическим.