7.2. Гидравлические и пневматические усилители

Гидравлическим или пневматическим усилителем называют устройство, перемещающее управляющее звено гидравлического или пневматического исполнительного механизма и одновременно усиливающее входной сигнал. Принципиальные схемы гидравлических и пневматических усилителей мало отличаются друг от друга.

В гидравлических усилителях управление движением исполнительного органа осуществляется распределением потоков жидкости, поступающей от специального насоса, а в пневматических — распределением потоков воздуха, поступающего ofспециальных компрессоров.

Характеристики гидравлических и пневматических усилителей несколько отличаются друг от друга, поскольку в гидравлических усилителях рабочая жидкость практически не сжимается, а в пневматических влияние сжатия воздуха особенно заметно при больших мощностях выходного сигнала и высоких ускорениях. Лишь для медленно меняющихся сигналов и малой мощности усиления статические характеристики пневматических и гидравлических усилителей аналогичны.

В сельскохозяйственной технике чаще используются гидравлические усилители. Они применяются в автоматических устройствах мобильных машин, в частности для управления навесными агрегатами, и в системах автоматического вождения тракторов и комбайнов.

Гидроусилители полевых агрегатов питаются от гидросистем трактора или от специального масляного насоса шестеренчатого типа. Гидроусилители состоят из двух основных блоков: управляющего и исполнительного. Блоки между собой связаны маслопроводами. Для поддержания в системе необходимого давления рабочей жидкости используются перепускные клапаны. В качестве управляющих органов применяются золотники, струйные трубки и устройства типа сопло-заслонка.

На рисунке 7.3 показана схема включения гидроусилителя с золотниковым управляющим органом 1 и возвратно-поступательным движением штока 7 исполнительного гидроцилиндра 2. Давление рабочей жидкости забираемой из бака 3, создается двигателем 4 с насосом 5 и регулируется редукционным клапаном 6. При нейтральном положении буртики золотника перекрывают окна aиb, вследствие чего шток 7 гидроцилиндра находится в строго определенном положении. Под действием входного сигнала х буртики золотника отходят от нейтрального положения и открывают окна а иbв гильзе золотника. Рабочая жидкость под давлением устремляется в одну из полостей гидроцилиндра 2 и вызывает перемещение его поршня на величину у.

Из второй полости гидроцилиндра масло сливается в бак. Проходное сечение окон а и bв гильзе зависит от входной величины х и определяет величину дросселирования потока рабочей жидкости. По этой причине гидроусилители с золотником называют дроссельными усилителями.

Схема гидроусилителя со струйной трубкой показана на рисунке 7.4. В корпусе 1 усилителя расположена струйная трубка 2 с конической насадкой. Начальное положение струйной трубки изменяют регулировочным винтом 7 с пружиной. Струйная трубка может поворачиваться вокруг оси О на небольшой угол вверх или вниз под действием толкателя 3, который соединяется с датчиком. Против насадки расположены два приемных расширяющихся сопла с окнами а и Ь, которые соединены трубопроводами 6 с полостями исполнительного механизма 5. В струйную трубку подается от насоса рабочая жидкость под давлением. В конической насадке трубки происходит увеличение скорости потока жидкости и, следовательно, увеличение запаса кинетической энергии. При нейтральном положении трубки струя жидкости под действием давления распределяется в оба входных окна а иb, а исполнительный механизм остается в первоначальном устойчивом положении При отклонении струйной трубки от нейтрального положения в одном приемном сопле давление возрастает, а во втором падает. Под действием разности давлений происходит перемещение штока 4 исполнительного механизма на величину у. К корпусу усилителя присоединяется маслопровод, через который масло сливается в бак.

Принципиальная схема гидроусилителя с управляющим органом типа сопло-заслонка показана на рисунке 7.5. Гидроусилитель состоит из корпуса 1, дросселя 2 с • постоянным проходным сечением, сопла 3 и заслонки 4. Сопло и заслонка образуют дроссельное устройство с переменным проходным сечением. Величина зазора между торцом и заслонкой зависит от входной величины х, получаемой от датчиков. При изменении положения заслонки изменяется расход рабочей жидкости через сопло, вследствие чего изменяется давление этой жидкости Р₂, воздействующее па перемещение исполнительного органа ИО.

Динамическая характеристика гидроусилителя y=f(t) зависит не только от параметров гидросистемы, но и от положения золотника х. Поэтому каждому положению х соответствует множество значений у в пределах возможного хода поршня гидроцилиндра от у_миндо у_макс

Гидроусилители изготовляются без обратной связи и с жесткой обратной связью по положению поршня гидравлического исполнительного механизма. Динамическая характеристика гидроусилителя с жесткой обратной связью изображена на рисунке 7.6. Для небольших выходных мощностей и перемещений гидравлические и особенно пневматические усилители изготовляются мембранного типа.

Рассмотренные схемы гидроусилителей называются однокаскадными. Для получения большой мощности на выходе гидроусилителя при высокой чувствительности и малом усилии со стороны управляющего органа применяют усилители с несколькими каскадами (ступенями) усиления. Принцип работы многокаскадных усилителей заключается в том, что исполнительный орган первого усилителя воздействует на управляющий орган последующего усилителя, имеющего значительный расход и высокое давление рабочей жидкости и т. д.

Гидроусилители от других типов усилителей отличаются большой выходной мощностью (1—200 кет) и значительным коэффициентом усиления по мощности (3- 103—3-Ю5). Расход жидкости в системе управления незначителен и составляет в среднем 3—5% от наибольшего расхода в исполнительном блоке.