Гидромеханические системы управления и элементы приводов

Московский государственный технический университет 
имени Н.Э. Баумана 

Д.Н. Попов, Н.Г. Сосновский, М.В. Сиухин 

ГИДРОМЕХАНИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ  
УПРАВЛЕНИЯ И ЭЛЕМЕНТЫ ПРИВОДОВ 

Методические указания к лабораторным работам 
по курсу «Динамика и регулирование гидро- и пневмосистем» 

Под редакцией Д.Н. Попова 

М о с к в а 
Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана 
2 0 0 8 

УДК 62.82 
ББК 34.447 
        П58 

Рецензент А.Г. Кузнецов 

Попов Д.Н., Сосновский Н.Г., Сиухин М.В. 
П58 
Гидромеханические системы управления и элементы приво- 
дов: Метод. указания к лабораторным работам по курсу «Динамика 
и регулирование гидро- и пневмосистем» / Под ред. 
Д.Н. Попова. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2008. – 
27 с.: ил.  
 
В методических указаниях описаны две экспериментальные 
установки и аппаратура, используемые при испытаниях гидромеханического 
следящего привода и электрогидравлического усилителя 
(ЭГУ). Изложена методика экспериментального определения статических 
характеристик гидромеханического следящего привода с 
дроссельным регулированием и ЭГУ, частоты автоколебаний гидромеханического 
следящего привода, показателей частотных характеристик 
ЭГУ. 
Для студентов 5-го курса, изучающих дисциплину «Динамика 
и регулирование гидро- и пневмосистем». 

                                 УДК 62.82 
                                                                                                                      ББК 34.447 

© МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2008 

ПРЕДИСЛОВИЕ 

Данные методические указания содержат руководства по выполнению 
лабораторных работ, с которых начинается изучение 
студентами ряда базовых вопросов дисциплины «Динамика и регулирование 
гидро- и пневмосистем» [1]. При выполнении этих 
лабораторных работ студенты изучают конструкции реальных 
устройств, применяемых в следящих гидроприводах, методы экспериментального 
определения характеристик таких устройств и 
имеют возможность сравнивать результаты экспериментов с теоретическими 
положениями, изучаемыми на лекциях. Выполняя 
наряду с домашним заданием, посвященным расчетам электрогидравлических 
следящих приводов, лабораторные работы, студенты 
приобретают навыки, необходимые в следующем семестре при 
курсовом проектировании. Указанным путем достигается объединение 
теории и практики в подготовке будущих инженеров по одному 
из важных направлений специальности «Гидравлические 
машины, гидроприводы и гидропневмоавтоматика». 

РАБОТА № 1. ИСПЫТАНИЯ ГИДРОМЕХАНИЧЕСКОГО 

СЛЕДЯЩЕГО ПРИВОДА С ДРОССЕЛЬНЫМ  

РЕГУЛИРОВАНИЕМ 

Цель работы – ознакомление с устройством, принципом действия 
и основными характеристиками гидромеханического следящего 
привода с дроссельным регулированием. 
При выполнении лабораторной работы студенты определяют: 
1) коэффициент обратной связи и коэффициент передачи гидропривода; 

2) нечувствительность гидропривода к изменению сигнала управления; 

3) давление, при котором включается стопор золотника; 
4) давление, при котором открывается клапан кольцевания; 
5) расход утечки по золотнику; 
6) расходную характеристику золотника; 
7) частоту автоколебаний гидропривода с подключенными к полостям 
гидроцилиндра дополнительными емкостями. 

1.1. Устройство и принцип действия гидропривода 

Схема гидромеханического следящего привода с дроссельным 
регулированием дана на рис. 1.1.  
Основными устройствами гидропривода являются: 
– гидроцилиндр 1 с поршнем 12 (диаметр поршня D = 42 мм, 
диаметр штока поршня d = 25 мм, полный ход поршня из одного 
крайнего положения в другое L = 58 мм); 
– золотник 3 – цилиндрический, четырехщелевой с положительными 
перекрытиями; 
– демпфер 5 предназначен для обеспечения устойчивости гидропривода, 
регулируется иглой 6.  
Кроме уже перечисленных устройств, в гидроприводе установлены: 
– 
обратный клапан 4; 
– клапаны 7, которые служат для защиты полостей демпфера от 
падения давления ниже допустимого при резких смещениях золотника; 

– стопор золотника, состоящий из кулачков 2, дифференциального 
поршня 8, нагруженного пружиной 10, и штока 9; 
– клапан кольцевания 11. 
 

Рис. 1.1. Схема гидромеханического следящего привода  

с дроссельным регулированием 

В случае падения рабочего давления ниже допустимого дифференциальный 
поршень 8 под действием пружины смещается вправо, 
и кулачки 2, поворачиваясь на оси, закрепленной в корпусе, входят в 
паз золотника 3. Если в любой из полостей гидроцилиндра 1 давление 
рабочей жидкости превышает минимально допустимое, то под действием 
этого давления поршень 8 отжимается в крайнее левое положение, 
показанное на схеме, и стопор золотника выключается. 
Клапан кольцевания 11 соединяет полости гидроцилиндра друг 
с другом, когда вследствие падения давления рабочей жидкости 
управление положением штока поршня 12 должно осуществляться 
вручную. При падении давления в обеих полостях гидроцилиндра 1 
ниже заранее установленного значения клапан кольцевания 11 открывается 
под действием пружины. Если хотя бы в одной из полостей 
гидроцилиндра 1 давление жидкости превысит установленное 
значение, то клапан будет закрыт. 
Механизм управления гидропривода выполнен в виде рычагов 
AB и CD, соединяющих между собой ручку управления, шток золотника 
и шток поршня гидроцилиндра. 

Рабочей жидкостью для данного гидропривода служит масло 
АМГ-10. 
Гидропривод работает следующим образом (см. рис. 1.1). При 
подаче от насосной станции рабочей жидкости под давлением открывается 
обратный клапан 4. Под действием давления дифференциальный 
поршень 8 смещается влево, выводя кулачки 2 из паза 
штока золотника. При этом стопор золотника выключается. Если 
теперь оператор переместит ручку управления по стрелке на некоторую 
постоянную величину, то точка A рычага AB сместится в том 
же направлении и рычаг AB повернется вокруг оси O против хода 
часовой стрелки. Соответственно точка B вместе со штоком золотника 
переместится влево, золотник займет относительно корпуса 
положение, показанное на схеме. Левая полость гидроцилиндра через 
центральное окно золотника соединится с линией высокого давления, 
а правая полость гидроцилиндра через левое окно золотника – со 
сливом. Под действием создавшейся разности давлений в полостях 
гидроцилиндра его поршень начнет перемещаться вправо. Одновременно 
будет перемещаться вправо и точка С рычага СD, который, 
поворачиваясь на неподвижной оси D, будет перемещать вправо 
ось O. При неподвижной ручке управления точка A неподвижна, 
поэтому при перемещении оси О вправо точка B вместе с золотником 
будут перемещаться вправо до тех пор, пока золотник не займет 
нейтральное положение, что приведет к остановке поршня гидроцилиндра. 
Ход будет пропорциональным перемещению ручки управления. 
При перемещении ручки управления в противоположную 
сторону перемещения золотника, рычагов и поршня гидроцилиндра 
будут происходить в обратных направлениях. 
Во время движения на поршень действует сила, равная произведению 
рабочей площади поршня и разности давлений в полостях 
гидроцилиндра. Эта сила во много раз превосходит силу, которую 
необходимо прикладывать к ручке управления. Таким образом, 
гидропривод, повторяя (отслеживая) движение руки оператора, 
одновременно увеличивает силу, прикладываемую к регулирующему 
органу управляемого объекта. 

1.2. Описание лабораторной установки  

Для испытания гидропривода используют лабораторную установку (
стенд), схема которой изображена на рис. 1.2. Устройства 
гидропривода показаны на схеме внутри контура, обведенного 
штриховой линией.  

Рис. 1.2. Схема лабораторной установки для испытания гидропривода 

Кроме привода в лабораторный стенд входят: 
– мерный бак 1 для определения расхода жидкости, протекающей 
через золотник; 
– пружина 2 и маятник 3, которые служат для имитации позиционной 
и инерционной нагрузок на выходное звено гидропривода 
(шток поршня гидроцилиндра);  
– соединительная муфта 4; 
– R и r – плечи рычага, на котором закреплен маятник; 
– манометры М1, М2 и М3 для измерения соответственно давлений 
в напорной линии перед входом в гидропривод и в полостях 
гидроцилиндра; 
– вентиль В1, который служит для регулирования расхода 
жидкости, поступающей из напорной линии на слив; 
– вентили В2 и В3, используемые для снятия расходной характеристики; 
– 
емкости 5, подключаемые с помощью вентилей В4 и В5 к полостям 
гидроцилиндра, для изменения приведенного модуля упругости 
гидроцилиндра; 
– счетчик электрических импульсов (СЭИ), включаемый от 
контактов 6;  
– электросекундомер (ЭС);  
– регулируемый упор 7 золотника; 

– индуктивный датчик (ИД) линейных перемещений золотника 
с вторичной аппаратурой. 

Для питания гидропривода рабочей жидкостью под давлением 
служит насосная станция, схема которой дана на рис. 1.3. Насос 
1 всасывает рабочую жидкость из бака и через фильтр 2 подает 
ее в линию питания гидропривода. Регулирование расхода 
жидкости, поступающей к гидроприводу, осуществляется автоматически 
с помощью переливного клапана 3. Кроме того, можно 
изменять производительность насоса 1, меняя настройку регулятора 
давления насоса. 

1.3. Порядок проведения испытаний  
и обработка полученных результатов 

ВНИМАНИЕ! Перед началом работы необходимо ознакомиться 
с инструкцией по технике безопасности. 

Определение коэффициента обратной связи и коэффициента 
передачи гидропривода 

Коэффициент обратной связи 
о.с
K
 характеризуется отношением 

 
о.с
о.с
,
x
K
y
=
 
(1) 

где 
о.с
x
 – перемещение золотника, вызванное действием обратной 
связи при смещении поршня гидроцилиндра на величину y. 

Рис. 1.3. Схема насосной 

станции 

Для гидропривода с механическим управлением при малых 
значениях 
о.с
x
 и y  коэффициент 
о.с
K
 можно найти по отношению 
плеч рычагов AB и CD: 

 
о.с
.
AB OD
K
AO CD
=
 
(2) 

Коэффициент передачи гидропривода 
yh
K
 рассчитывают по 
формуле 

 
,
h
yh
y
K
h
=
 
(3) 

где h – перемещение входного звена, связанного с ручкой управления (
точка А на рис. 1.1); 
h
y  – перемещение штока поршня гидроцилиндра (
выходного звена) при перемещении входного звена 
на величину .h  
При перемещении точки A (см. рис. 1.2) на величину h точка C 
вместе со штоком гидроцилиндра перемещается на величину 
.
h
y
 
Поршень гидроцилиндра всегда занимает установившееся положение 
при нейтральном положении золотника, поэтому при определении 
связи между установившимися значениями h и 
h
y  точку 
B можно считать неподвижной. В случае малых значений h и 
h
y  
связь между ними можно найти по отношению плеч рычагов AB и 
СD при зафиксированных точках D и B. Соответственно вместо 
формулы (3) можно использовать формулу 

 
.
yh
OB CD
K
AB OD
=
 
(4) 

Для определения 
о.с
K
 и 
yh
K
 по формулам (2) и (4) необходимо 

предварительно измерить линейкой плечи рычагов AB и CD механизма 
управления. 

Определение нечувствительности гидропривода 
к изменению сигнала управления 

Вследствие положительных перекрытий золотника и наличия 
трения, создаваемого уплотнениями поршня и штока гидроцилиндра, 
гидропривод имеет зону нечувствительности. Смещение зо-

лотника в пределах этой зоны не вызывает движения поршня гидроцилиндра. 

Испытания для определения зоны нечувствительности гидропривода 
проводят в такой последовательности (см. рис. 1.2).  
Вентилем В1 устанавливают рабочее давление 4 МПа. Давление 
контролируют по манометру М1. Ручку управления гидропривода 
медленно перемещают из среднего положения в одну сторону 
до тех пор, пока не начнется движение штока поршня гидроцилиндра. 
В этот момент регистрируют показания датчика перемещения 
золотника. Затем ручку управления перемещают в противоположную 
сторону и вновь регистрируют значение перемещения 
золотника из среднего положения. 
Зону нечувствительности e  определяют как среднее арифметическое 
показаний датчика перемещения золотника 
1
П  и 
2
П  (в мм), 
зарегистрированных при отклонении ручки управления в обе 

стороны: 
1
2
П
П .
2
e
+
=
  

Испытания повторяют 3 раза. 

Определение давления, при котором включается 
стопор золотника 

Испытания начинают при давлении в напорной линии, равном 
4 МПа (контролируют по манометру М1), и среднем положении 
ручки управления. Постепенным открытием вентиля В1 (см. рис. 1.2) 
давление в напорной линии снижают до значения, при котором 
кулачки 2 стопора золотника (см. рис. 1.1) начинают входить в паз 
штока золотника.  
Испытания повторяют 3 раза. Значение давления, при котором 
включается стопор, берут как среднее арифметическое трех показаний 
манометра М1. 

Определение давления, при котором открывается  
клапан кольцевания 

Начальное давление в напорной линии не должно превышать 
4 МПа. Изменяя открытие вентиля В1 (см. рис. 1.2), давление в 
напорной линии медленно снижают. После включения стопора 
золотника по манометру М1 определяют наибольшее давление, 
при котором шток поршня гидроцилиндра перемещается при от-