ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 03.06.2020
Просмотров: 691
Скачиваний: 4
В зависимости от прохождения и характера сигналов системы автоматического регулирования могут подразделяться на непрерывные и дискретные, или прерывистые.
Если в процессе регулирования структура всех связей в системе остается неизменной, то такая система является системой непрерывного регулирования. Сигналы на выходе элементов такой системы являются непрерывными функциями воздействий и времени. Между элементами на входе и выходе системы существует непрерывная функциональная связь.
Системы прерывистого регулирования отличаются тем, что в них через дискретные промежутки времени происходит размыкание или замыкание цепи воздействий.
Системы прерывистого действия подразделяют на импульсные и релейные. В импульсных системах размыкание цепи воздействий производится принудительно и периодически специальным прерывающим устройством. В течение передачи импульсов процессы в этих системах протекают так же, как и в непрерывных САР. Импульсные системы содержат импульсные элементы и осуществляют квантование сигнала по времени. В системах релейного действия размыкание или замыкание цепи воздействия производится одним из элементов системы при непрерывном значении входного воздействия. Размыкание или замыкание осуществляется с помощью реле или элемента, имеющего релейную характеристику. Реле срабатывает при определенном значении воздействия на его чувствительный орган.
Релейные системы осуществляют квантование сигнала по уровню. Следует отметить, что существуют релейно-импульсные, или кодово-импульсные системы, в которых происходит квантование как по времени, так и по уровню.
2 КЛАССИФИКАЦИЯ И ХАРАКТЕРИСТИКИ РАБОЧИХ ЖИДКОСТЕЙ ГИДРОПРИВОДОВ
Жидкость гидропривода — его рабочий элемент, поэтому к ней предъявляются требования обеспечения прочности и долговечности. Она, как и всякий иной конструктивный элемент, подвержена механическому и химическому разрушению (деструкции), имеет ограниченный срок службы, причем последний во многом зависит от типа жидкости, условий и режима эксплуатации. Помимо этого жидкость служит смазывающим материалом (должна обеспечивать смазку механизмов гидропривода), а также охлаждающей средой.
В качестве рабочих жидкостей в гидросистемах станков применяют минеральные масла, изготовленные на нефтяной основе как с присадками, так и без них, а также синтетические жидкости, основу которых составляют эфиры, кремний- и фтороуглеродистые полимеры. Иногда, в частности для гидроприводов кузнечно-прессовых машин, используют масляно-водные эмульсии.
Существуют два вида присадок для жидкости: а) изменяющие химические свойства основы — антиокислители и ингибиторы коррозии; б) изменяющие физические свойства — вязкость, температуру застывания, смазочные способности и другие.
Контроль за состоянием жидкости в процессе эксплуатации ведут по стабильности химического состава и вязкости, по уровню загрязнения.
Стабильность состава характеризуется постоянством содержания водорастворимых кислот, осадков, соответствующим кислотным числом. Под кислотным числом подразумевают количество КОН (едкого калия) в миллиграммах, необходимое для нейтрализации свободных кислот в одном грамме масла. Само по себе кислотное число о пригодности жидкости к дальнейшей эксплуатации не свидетельствует. Чтобы оценить работоспособность жидкости, надо знать величину, на которую оно изменилось. В свежем минеральном масле, например, кислотное число составляет 0,1...0,2 мг КОН. Жидкость считается непригодной к эксплуатации, если кислотное число достигнет значений 4... ...5 мг КОН.
Окисление масел кислородом воздуха, молекулярно-структурные изменения в них от воздействия меняющихся давлений и температур, электрогальванические процессы, возникающие из-за различия электрических зарядов на смачиваемых поверхностях деталей, изготовленных из разнородных материалов, и ряд других факторов являются причинами старения жидкости. Этот процесс сопровождается изменением вязкости и однородности жидкости, ухудшением ее смазывающей способности, образованием осадков, а также усиливает коррозионные процессы деталей элементов гидропривода. В практике принято заменять рабочую жидкость в гидросистеме, если ее вязкость в процессе эксплуатации изменилась по сравнению с первоначальной на 20... ...25%.
Загрязнение масла частицами органического и неорганического происхождения размерами более 200 мкм не допускается.
В гидроприводах машин, предназначенных для работы в стабильных температурных условиях, обычно применяют рабочие жидкости минерального происхождения, а именно: трансформаторное, веретенное АУ, индустриальное, турбинное и другие масла. Применение менее вязких жидкостей приводит к увеличению утечек, а более вязких — к увеличению гидравлических потерь.
Для работы в условиях наиболее широкого температурного диапазона от 333 до 213 К (±60 °С) применяют специальные смеси минеральных масел. Этим требованиям отвечает масляная смесь АМГ-10.
Для работы при температурах около 450—500 К (180—230 °С) применяют синтетические жидкости на кремнийорганической основе. Последние годы из-за увеличивающегося дефицита нефтепродуктов " и стремления к использованию негорючих материалов все более широкое применение в гидросистемах находят водомасляные эмульсии и синтетические негорючие жидкости на водяной основе. Используя такие материалы, надо учитывать их повышенную склонность к деструкции, коррозионную и кавитационную активность. При этом следует снижать рабочие давления и частоту вращения гидромашин в 1,5—2 раза.
В практике часто используют понятия относительный удельный вес и относительная плотность, являющиеся безразмерными величинами. Первая характеризует отношение удельного веса жидкости, взятой при определенной температуре, к удельному весу дистиллированной воды при температуре около 4 °С и нормальном атмосферном давлении, вторая — отношение плотностей исследуемой жидкости и дистиллированной воды.
Плотность часто называют характеристикой инерционности жидкости, поскольку она определяет значения ударных явлений в замкнутых объемах, а также сопротивления перемещению жидкости с различными ускорениями.
Вязкость жидкостей. Силы поверхностного натяжения жидкостей. При движении реальных жидкостей различные слои потока имеют разные скорости перемещений. Динамическая вязкость равна силе трения, приходящейся на единицу поверхности соприкасающихся слоев жидкости, градиент скорости которых равен единице. Числовое значение коэффициента вязкости выражается в паскаль-секундах (Па·с).
Изучая характер движения жидкости, принимают во внимание, наряду с вязкостью, и ее инерционность. Отношение динамической вязкости к плотности жидкости называют кинематической вязкостью. В СИ кинематическую вязкость измеряют в квадратных метрах в секунду (м2/с). Известно из опыта, что на поверхности раздела жидкости и газа действуют силы поверхностного натяжения, стремящиеся придать объему жидкости сферическую формуй вызывающие некоторое дополнительное давление в объеме. Заметно это давление лишь в малых объемах (каплях) жидкости. Это дополнительное давление вызывает подъем жидкости в трубах малого диаметра.
Влияние температуры и давления на характеристики рабочих жидкостей. В процессе эксплуатации гидросистем жидкость подвергается воздействию нагрева и охлаждения, меняющихся давлений. Это существенно изменяет ее характеристики.
Влияние температуры. Повышение температуры увеличивает объем большинства рабочих жидкостей. Эта зависимость характеризуется температурным коэффициентом объемного расширения, который равен отношению относительного изменения исследуемого объема к изменению температуры при постоянном давлении.
Практика показывает, что температурный коэффициент объемного расширения зависит от природы жидкости и ее исходной плотности. Нагревание жидкости, находящейся в закрытой жесткой емкости (резервуаре, силовом цилиндре и так далее), может привести к возникновению недопустимо высоких давлений. Для предотвращения таких аварийных ситуаций в гидросистемах устанавливают гидроаппараты управления давлением жидкости.
С повышением температуры уменьшается вязкость капельных жидкостей. Обычно эта зависимость выражается эмпирическими формулами, используя которые, можно получить близкие к экспериментальным значения коэффициентов вязкости. Считается, что жидкость пригодна для эксплуатации, если ее вязкость в диапазоне температур ±50 °С изменяется не более чем в 100 раз.
Влияние давления. Реальные рабочие жидкости (капельные) в отличие от «идеальных» с увеличением давления уменьшают первоначально занимаемые ими объемы. Для объемного гидропривода эффект сжимаемости жидкости — явление, как правило, отрицательное, так как не позволяет реально использовать энергию, затраченную на ее сжатие.
Степень сжатия жидкости зависит от ее природы. Так, у воды она незначительна, а у жидкостей, являющихся продуктами перегонки нефти или полученных синтезом, достигает весьма больших значений.
Сжимаемость жидкости характеризуется коэффициентом объемного сжатия, равного отношению относительного изменения ее объема к изменению давления при постоянной температуре.
Величину, обратную коэффициенту объемного сжатия, называют объемным модулем упругости жидкости.
Объемный модуль упругости жидкости зависит от ее физической природы, температуры, давления и количества растворенного воздуха, что вызывает трудности при аналитическом определении значений. Особенно сказываются на значениях объемного модуля упругости тепловые условия, при которых происходит сжатие. В связи с этим находят изотермический и адиабатический модули упругости.
Поскольку в объемных гидроприводах тепловое процессы протекают значительно медленнее, чем процессы изменений давлений, то под объемным модулем упругости, как правило, подразумевают адиабатический модуль упругости. Значение его определяют экспериментально.
С увеличением давления коэффициент объемного сжатия жидкостей уменьшается, а модуль упругости повышается. Отмечается при этом неравномерность изменения упомянутых характеристик с возрастанием давления. Наиболее интенсивно объемный модуль упругости повышается при сравнительно низких давлениях — до 100...120 МПа. В общем случае для маловязких жидкостей объемный модуль упругости при атмосферном давлении и 20 °С составляет не более 135 МПа, вязких — 170 МПа.
Увеличение давления изменяет вязкость жидкости, что особенно заметно при высоких давлениях. Так, при росте давления от 0 до 150 МПа вязкость повышается в среднем в 15 раз, а при росте его от 0 до 200 МПа — в 50... 1000 раз. Большинство минеральных масел затвердевает при давлениях около 2500 МПа и температуре 20 °С, вода — при 840 Мпа.
Газы в жидкостях. Кавитация. Рабочие жидкости, применяемые в гидравлическом приводе, обладают способностью растворять в себе газы, в том числе и воздух.
Как показывает практика, пузырьки газа (пара) размером менее 10 мкм на поверхность не всплывают, а задерживаются в толще жидкости, оседают на стенках каналов, заполняют микротрещины деталей гидросистемы. Когда давление меняется, количество пузырьков также изменяется, одновременно происходит их деформация, сопровождающаяся локальным выделением тепла и, следовательно, местным в микрообъеме повышением температуры жидкости.
Явление, связанное с выделением газа (пара) из жидкости в зонах низкого давления и последующим разрушением (конденсацией) этих пузырьков при повышении давления, то есть образование в жидкости полостей с газом (паром), называют кавитацией. Кавитационные явления, характеризующиеся гидравлическими микроударами и локальными повышениями температуры, становятся причиной разрушения элементов гидроагрегатов. Такие разрушения носят форму эрозионных раковин, рыхлостей поверхностей трубопроводов и других устройств гидравлических систем. Кавитация, механизм ее действия и в настоящее время детально изучаются.
Теплоемкость и теплопроводность жидкостей. Рабочие жидкости, как и другие физические тела, характеризуются удельной теплоемкостью и теплопроводностью, которые определяют интенсивность процесса поглощения и отвода от них избыточного тепла.
В практике расчетов гидравлических объемных систем наиболее часто используют удельную теплоемкость, с помощью которой определяют количество теплоты, затрачиваемой на нагревание на 1°С одного килограмма жидкости. Для рабочих жидкостей, применяемых в гидросистемах станков
Под теплопроводностью понимают процесс переноса энергии теплового движения частиц от более нагретых частей тела (жидкости) к менее нагретым, вследствие чего температура всей массы тела выравнивается. Скорость передачи тепла внутри тела характеризуется коэффициентом теплопроводности X. В практике станкостроения максимальные температуры нагрева рабочих жидкостей допускаются не выше 70 °С.
Рекомендации по выбору рабочих жидкостей для объемных гидроприводов. Жидкость в объемных гидроприводах выполняет функцию не только энергоносителя. Она должна также: эффективно смазывать трущиеся поверхности, защищать детали гидравлических агрегатов от коррозии (и, тем более, не оказывать разрушающего воздействия на них), быть нетоксичной, пожаро- и взрывобезопасной, дешевой.
3 ОПИСАНИЕ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ
3.1 Описание структуры системы и её узлов
МПБ – микропроцессорный блок; ЭГУП – электрогидроусислитель-преобразователь "сопло – магнитожидкостная заслонка; Гц – гидроцилиндр; Рейка ТНВД – рейка топливного насоса высокого давления; ДП – датчик перемещения рейки.
Рисунок 1 – Схема системы управления положением рейки ТНВД дизельного двигателя автомобиля КамАЗ
Электронный регулятор имеет электрогидравлический исполнительный привод, который включает в себя двухкаскадный усилитель типа "сопло - магнитожидкостная заслонка". Заслонка приводится в движение при подаче на одну из катушек индуктивности электрического сигнала, подаваемого из блока управления через цифро-аналоговый преобразователь. ЭГУП приводит в движение гидроцилиндр, шток которого связан с рейками ТНВД и с возвратной пружиной. Обратную связь обеспечивает датчик положения рейки ТНВД. Питание усилителя, возможно, обеспечить автономным питанием от шестеренчатого насоса, в виде рабочей жидкости в системе применять масло АМГ-10