Распечатать

Гидравлика & Пневматика

Частотно-регулируемый гидравлический привод

20.07.2017

Электрогидравлический исполнительный механизм с частотным преобразователем нечасто встретишь на российских просторах. Компания «Траскон Текнолоджи» имеет соответствующий опыт и готова поделиться им с читателями журнала «Конструктор. Машиностроитель».

Статья основана на результатах разработки и испытаний гидропривода модели подъемно-опускных ворот (МПОВ) шлюза с частотно-регулируемым электроприводом насосов.

Спроектированная и смонтированная модель ворот представляет собой груз массой пять тонн, подвешенный на штоках двух гидроцилиндров, которые размещены друг от друга на расстоянии два метра. Рабочий ход штоков гидроцилиндров составляет 1200 мм. Задачи исследований заключались в следующем:

1. установление возможности обеспечения требуемых динамических и статических характеристик движения МПОВ во всем допустимом диапазоне нагрузок и скоростей;

2. исследование возможностей синхронизации движения двух сторон модели ворот при значительно отличающихся параметрах нагрузки и характеристиках соответствующих маслонапорных установок (МНУ), расположенных на правой и левой сторонах модели.

На рис. 1 приведена функциональная схема установки для исследования динамических свойств частотно-регулируемого гидропривода МПОВ.

Рис. 1. Функциональная схема установки.

 

Рис. 2. Конструкция МПОВ. Испытания модели подъемно-опускных ворот с частотно-регулируемым электроприводом насосов доказали работоспособность системы.

На рис. 2 показана конструкция модели ворот, в составе которой имеется груз, подвешенный к штокам двух гидроцилиндров и имитирующий щит подъемно-опускных ворот. Груз (имитатор щита) имеет следующие параметры:

1. масса – 5 т;

2. центр масс груза изначально смещен на 15% относительно центра подвеса с целью создания заведомо неравных условий движения для левой и правой сторон МПОВ.

Оснащение частотным преобразователем электродвигателя, вращающего вал насоса, позволяет регулировать подачу насоса, а, следовательно, и скорость перемещения штока гидроцилиндра во всем диапазоне допустимых частот вращения электродвигателя, т. е. от 0 до 3000 мин-1. При этом на валу электродвигателя может поддерживаться момент нагрузки в допустимых пределах. Таким образом, применение частотно-управляемого привода (ЧУП) позволяет поддерживать любую допустимую скорость перемещения штока вне зависимости от нагрузки (в допустимых пределах).

В процессе экспериментов задавались скорости перемещения груза 500 и 3500 мм/мин.

На приведенных ниже графиках показана реакция системы управления (СУ) на различные входные воздействия как при отсутствии имитаций внешних возмущений, так и с их имитацией.

На графиках использованы следующие обозначения:

  • L – путь, пройденный штоками гидроцилиндров;
  • V – линейная скорость штоков;
  • ΔL – разность путей правого и левого гидроцилиндров (перекос);
  • t – время.

На рис. 3–5 представлены графики движения штоков без возмущений вверх (подъем нагрузки) на заданной скорости 3500 мм/мин, а на рис. 6–9 – графики для скорости 500 мм/мин при наличии различных возмущений («л» и «п» – левый и правый цилиндры).

Нетрудно видеть, что перекос практически не зависит от величины заданной скорости в установившихся режимах, но существенно зависит от нее в режимах разгона-торможения.

Последнее обстоятельство вызвано тем, что левый насос значительно уступает правому в части обеспечения требуемой подачи, но, несмотря на это, возникающий перекос никогда не превышает 8,2 мм в переходных режимах и менее 1 мм в установившихся режимах. При этом заданная скорость движения четко отрабатывается по обеим сторонам, а амплитуда возникающих колебаний скорости левого штока обусловлена все той же расходной характеристикой левого насоса.

ПРЯМАЯ РЕЧЬ

Начиная с 2013 года и по настоящее время, т. е. в течение четырех навигаций, маневрирование подъемно-опускными воротами (ПОВ) на 9-м шлюзе Волго-Донского судоходного канала осуществляется электрогидравлическим приводом, в составе которого эксплуатируется маслонапорная установка, работающая под частотным управлением.

Такой способ управления подразумевает применение частотного преобразователя в качестве регулятора скорости вращения вала электродвигателя насоса маслонапорной установки и, соответственно, расхода насоса и далее скорости штока гидроцилиндра.

Работа этого привода в реальных условиях навигации показала, что его эксплуатационные характеристики существенно превышают характеристики гидроприводов без использования частотного метода управления.

Значительно повысилось качество процессов движения ПОВ как в переходных, так и в установившихся режимах. Рассогласование положений сторон ПОВ, так называемый перекос, практически никогда не превышает 3–5 мм при максимально допустимых значениях перекоса 30 мм. При этом скорости перемещения ПОВ легко регулируются на всех участках их движения.

Гораздо более простая гидравлическая схема, не требующая большого количества вспомогательных сложных гидроустройств, с одной стороны, повысила надежность привода, а с другой стороны, снизила эксплуатационные расходы и требования к квалификации обслуживающего персонала.

Считаю, что применение таких приводов для подъемно-опускных механизмов является чрезвычайно перспективным.

В. В. Авдеев, заместитель главного инженера ФБУ «Администрация Волго-Дон»

Рис. 3. Движение вверх со скоростью 3 500 мм/мин, положения штоков.

Рис. 4. Движение вверх со скоростью 3 500 мм/мин, скорости штоков.

Рис. 5. Движение вверх со скоростью 3 500 мм/мин, перекос.

На рис. 6, 7 представлены аналогичные графики при заданной скорости 500 мм/мин, но при этом создана не симметричная для штоков гидроцилиндров нагрузка в виде возникающей во время движения силы, давящей на левую сторону нагрузочной балки.

Рис. 6. Движение вверх со скоростью 500 мм/мин, скорости штоков.

Рис. 7. Движение вверх со скоростью 500 мм/мин, перекос.

На рис. 8, 9 представлены аналогичные графики, но в качестве дополнительной нагрузки создавалась значительная утечка в магистрали одной из МНУ.

Рис. 8. Движение вверх со скоростью 500 мм/мин,  скорости штоков.

Рис. 9. Движение вверх со скоростью 500 мм/мин, перекос.

Полученные в результате проведенных исследований данные показали следующее:

1. СУ с ЧУП гидронасосов работоспособна и сохраняет устойчивость в широком диапазоне входных управляющих воздействий и возмущений;

2. СУ обеспечивает высокую точность синхронизации движения правой и левой сторон МПОВ;

3. СУ с ЧУП эффективно решает задачи поддержания заданной скорости и позиционирования.

4. Тип применяемого в МНУ насоса не оказывает существенного влияния на работу СУ;

5. Частотно-управляемый гидропривод при его проектировании, монтаже и эксплуатации показал себя значительно более простым по отношению к традиционным гидравлическим приводам подъемно-опускных ворот.

В. Б. Самойлов, исполнительный директор, ЗАО «Траскон Текнолоджи»

Гидравлика & Пневматика 16.10.2017 Фильтры высокого и среднего давления фирмы Stauff начали комплектоваться новыми двухступенчатыми индикаторами загрязненности типа HI-D024, которые выдают сигналы тревоги, соответствующие 75-процентному и 100-процентному уровням загрязненности.
Гидравлика & Пневматика 12.10.2017 В список современных производителей пневмогидроаккумуляторов «Википедия» включила Freudenberg Sealing Technologies и EPE Italiano. Насколько активно развивается этот сегмент гидравлики мы обсудили с представителями этих компаний.
Гидравлика & Пневматика 10.10.2017 Компания Schmalz выпустила электрический вакуумный генератор ECBP с интеллектуальным интерфейсом, не требующий сжатого воздуха. Новый генератор отличает наличие встроенного интерфейса для подключения к роботам и захватам, малый вес и возможность регулирования мощности насоса.
Детали & Материалы 27.09.2017 Какие промышленные задачи можно решать с помощью аддитивных технологий? Ответ на этот и другие вопросы о применении 3D-печати в индустрии читайте в интервью с ведущим экспертом отрасли Кириллом Казмирчуком.
Мнение 26.09.2017 Отставание России в сфере машиностроения может быть ликвидировано с помощью развития совместных производств и заимствований инноваций. Основу стратегии импортозамещения должны составить собственные инновационные разработки.
Электропривод 26.09.2017 Гибридные системы тяги продемонстрировала компания «Данфосс» на международной выставке «Нева-2017». Новая технология управления судовыми двигателями экономит до 25% расходуемого топлива, сокращает расходы на обслуживание силовых установок на 66% и существенно снижает вредные выбросы.
Электропривод 14.09.2017 Немецкий бизнес в России почти единогласно выступил против нового закона США о санкциях – таковы результаты опроса Российско-Германской внешнеторговой палаты (ВТП), в котором приняли участие 193 немецкие компании, работающие в России.