Servomecanisme

SERVOMECANISME MECANOHIDRAULICE

1. DEFINIRE ŞI CLASIFICARE

Servomecanismele sunt sisteme automate de reglare a poziţiei. Aceeaşi denumire este utilizată în practică şi pentru sistemele de reglare automată a forţei sau momentului.

Servomecanismele hidraulice şi pneumatice utilizează elemente de execuţie hidraulice, respectiv pneumatice. Ele sunt larg utilizate în practică pentru amplificarea forţei sau momentului, având ca principală caracteristică proporţionalitatea dintre mărimea de intrare (poziţie sau tensiune) şi mărimea de ieşire (poziţie, forţă sau moment) în regim staţionar.

Principalele avantaje oferite de aceste sisteme sunt:

- amplificare mare în putere;

- comportare dinamică excelentă;

- putere specifică superioară tuturor celorlalte tipuri de servomecanisme.

Ca urmare, aplicaţiile servomecanismelor hidraulice şi pneumatice sunt extrem de diverse, ele fiind încorporate în:

- sistemele de direcţie ale autovehiculelor şi utilajelor mobile de toate tipurile, ale submarinelor, navelor, aeronavelor, rachetelor şi vehiculelor spaţiale;

- regulatoarele de turaţie şi putere ale tuturor maşinilor de forţă moderne;

- sistemele de prelucrare prin copiere ale maşinilor-unelte;

- dispozitivele de reglare ale transmisiilor hidrostatice şi hidrodinamice;

- simulatoarele de solicitări dinamice performante;

- sistemele de reglare automată a grosimii laminatelor;

- sistemele de frânare ale tuturor tipurilor de autovehicule şi utilaje mobile, grele sau rapide şi materialului rulant;

- suspensiile active şi stabilizatoarele anti-ruliu şi anti-tangaj ale autovehiculelor;

- sistemele de conducere automată a tirului pieselor de artilerie, a staţiilor de radiolocaţie şi a altor echipamente militare;

- sistemele tehnologice ale tractoarelor şi maşinilor agricole etc.

Principalul dezavantaj al servomecanismelor hidraulice şi pneumatice îl constituie cerinţele tehnologice relativ înalte.

Un servomecanism conţine cel puţin o legătură de reacţie, corespunzătoare mărimii reglate. În practică se întâlnesc şi alte legături de reacţie numite "adiţionale", necesare pentru mărirea stabilităţii sau preciziei, sau pentru realizarea unor funcţii secundare. De exemplu, servomecanismele direcţiei autovehiculelor conţin o reacţie principală de poziţie şi o reacţie internă care conferă conducătorului "senzaţia de drum" şi asigură revenirea automată a roţilor la poziţia normală după viraje.

Cel mai important criteriu de clasificare a servomecanismelor hidraulice şi pneumatice este tipul legăturii de reacţie principale utilizate. Din acest punct de vedere, există două mari categorii de servomecanisme:

a) cu reacţie mecanică;

b) cu reacţie electrică.

Reacţia mecanică poate fi:

- rigidă, realizată prin pârghii, angrenaje, cabluri, came, lanţuri etc.;

- elastică, realizată prin resoarte elicoidale, lamelare, discoidale,tubulare, spiralate etc.;

- hidromecanică, realizată prin motor hidraulic volumic rotativ.

Reacţia electrică poate fi de poziţie, de forţă sau de moment, analogică sau numerică.

2. PROBLEME DE STUDIU ŞI METODE DE REZOLVARE

Ca orice sistem automat, servomecanismele trebuie studiate din punctul de vedere al stabilităţii şi preciziei. Rezolvarea acestor probleme se face pornind de la modelarea matematică realistă, cu metodele teoriei sistemelor automate,considerând atât modelele liniarizate cât şi modelele neliniare.

În acest capitol, tratarea neliniarităţilor se face prin procedeul simulării numerice cu limbaje specializate.Validarea modelelor matematice propuse a fost efectuată prin confruntarea rezultatelor simulărilor numerice cu cele experimentale, obţinute în condiţii tehnice deosebite.

Lucrarea conţine atât metodologia de validare experimentală a rezultatelor teoretice, cât şi metode de sinteză (proiectare) specifice, bazate pe utilizarea calculatoarelor numerice.

3. MODELAREA MATEMATICĂ, ANALIZA LINIARIZATĂ, SIMULAREA NUMERICĂ ŞI OPTIMIZAREA DINAMICII SERVOMECANISMELOR HIDRAULICE INSTALATE ÎN CONDIŢII IDEALE

3.1. Formularea problemei

Elaborarea unei metodologii de proiectare sistemică a servomecanismelor hidraulice necesită, pe de o parte, caracterizarea dinamică a servomecanismelor instalate în condiţii ideale şi, pe de altă parte, cercetarea influenţei condiţiilor reale de instalare.

Acest capitol este consacrat studierii detaliate a comportării dinamice a servomecanismelor hidraulice instalate în condiţii ideale. Principalul obiectiv al studiului este determinarea teoretică a influenţei cantitative a parametrilor constructivi asupra preciziei şi stabilităţii.Concluziile practice rezultate din această analiză sunt suficiente pentru proiectarea servomecanismelor destinate aplicaţiilor în care influenţa rigidităţilor de ancorare şi de comandă este neglijabilă.

În cadrul modelării matematice s-a pornit de la studiul fenomenelor nepermanente asociate curgerii lichidelor prin elementele servomecanismelor. În acest scop a fost definită ecuaţia continuităţii în forma specifică sistemelor de acţionare hidraulică. Relaţia obţinută a fost aplicată subsistemului format dintr-un distribuitor şi un motor hidraulic liniar. În continuare, au fost studiate ecuaţia de mişcare a pistoanelor motoarelor hidraulice liniare şi ecuaţia comparatoarelor mecanice.S-au constituit astfel două sisteme de ecuaţii care descriu comportarea dinamică a unui servomecanism instalat in condiţii ideale: unul liniar şi celălalt neliniar, principala neliniaritate fiind inclusă în caracteristica distribuitorului.

A doua parte a acestui capitol a fost rezervată determinării funcţiei de tranfer şi a condiţiilor de stabilitate, precum şi studiului prin simulare numerică a răspunsului servomecanismelor la semnale standard.În continuare s-a studiat influenţa unor neliniarităţi tipice asupra stabilităţii şi preciziei servomecanismelor, utilizând procedeul simulării numerice.

Ultima parte a acestui capitol tratează influenţa condiţiilor reale de instalare asupra comportării dinamice a servomecanismelor mecanohidraulice.