ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКИЙ СЛЕДЯЩИЙ ПРИВОД Российский патент 1995 года по МПК F15B9/14 F04B1/26 

Изобретение относится к электрогидроавтоматике и может быть использовано в высоконадежных системах управления рулевыми поверхностями летательных аппаратов, в силовых приводах промышленных роботов и т.д.

Известны автономные электрогидравлические рулевые приводы с объемным регулированием, имеющие собственную энергосистему (см. патент США N 3902318, кл. 60-388 опублик. 1975; Безинг В. Лауде Ю. Автономные сервоприводы самолетных систем управления с объемным регулированием. Intergrated Acruator Package IAP Olhydraulik und Pneumatic", 1980, N 4, патент США N 3.928.968, кл. 60-403, опублик. 1976; Попов Д. Н. Динамика и регулирование гидро- и пневмосистем. М. , Машиностроение, 1987, с. 417). Регулирование скорости в таких гидроприводах осуществляется изменением угла наклонной шайбы с помощью специального механизма.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемым результатам является выбранный в качестве прототипа автономный электрогидравлический привод объемного регулирования, описанный в патенте США N 3902318. Известное устройство содержит приводной электродвигатель, выходной вал которого кинематически связан с входным валом регулируемого аксиально-поршневого насоса (АПН). В свою очередь, наклонная шайба АПН кинематически связана с приводом управления углом ее наклона, подключенным через сумматор к источнику входного командного сигнала. В состав устройства также входит исполнительный гидроцилиндр, полости которого соединены с выходными всасывающей и нагнетающей линиями АПН.

Привод управления углом наклона шайбы включает вспомогательный насос, приводимый от электродвигателя, сервомотор, регулирующий производительность основного насоса и питающийся от вспомогательного насоса, также электрогидравлический сервоклапан, регулирующий подачу жидкости к сервомотору. Помимо этого известный привод содержит замкнутый резервуар с изменяемым объемом (гидробак), управляемые цилиндрические золотниковые клапаны ограничения мощности, предохранительные клапаны и датчик положения штока исполнительного гидроцилиндра, подключенный на второй вход сумматора.

Недостатком этого известного устройства является повышенное энергопотребление при поставке управляемого объекта на упор. В этом случае давление в линии нагнетания АПН поднимается до давления срабатывания предохранительного клапана (до максимального перепада давления) и весь расход, создаваемый регулируемым АПН, через предохранительные клапаны перепускается в его сливную полость. При этом гидравлическая мощность, потребляемая АПН, равна:
N_г = Δ Р˙Q где Δ Р - максимальный перепад давлений между нагнетанием и сливом;
Q - расход, создаваемый АПН.

В некоторых режимах работы производительность АПН максимальна, его мощность соответственно будет максимально возможной. Однако на практике как правило, не требуется одновременно создавать максимальные расход и перепад давлений. Зачастую высокое давление требуется при малых скоростях и, наоборот, при больших скоростях требуется малое давление. В этих случаях мощность, потребляемая приводом на упоре, будет превышать мощность, необходимую для преодоления полезной нагрузки, что вызывает необходимость в применении более мощного приводного двигателя с соответствующим увеличением габаритов и массы.

Целью изобретения является снижение массы и габаритов привода за счет ограничения потребляемой мощности, что позволяет применить приводной электродвигатель с меньшей установочной мощностью при сохранении эксплуатационных характеристик привода. Поставленная цель достигается тем, что электродвигатель снабжен датчиком силы потребляемого тока, а суммирующее устройство выполнено в виде двух последовательно связанных сумматоров, управляемого ограничителя-формирователя сигнала рассогласования по положению и усилителя, причем первый сумматор соединен входами с задатчиком и датчиком положения штока гидроцилиндра, второй сумматор соединен входами с датчиком угла поворота регулирующего органа и через указанный ограничитель-формирователь сигнала - с выходом первого сумматора, к управляющему входу ограничителя-формирователя подключен датчик силы потребляемого тока, а выход второго сумматора через усилитель связан с механизмом управления.

Указанный новый первичный технический эффект и отличительные признаки устройства, его обеспечивающие, в патентной и научно-технической литературе не выявлены, что подтверждает соответствие критериям "новизна и существенные отличия".

На чертеже представлена схема устройства.

Автономный электрогидравлический рулевой привод объемного регулирования содержит приводной электродвигатель насоса 1, выходной вал 2 которого кинематически связан входным валом 3 реверсивного регулируемого насоса 4. Регулирующий орган насоса (наклонный диск) 5 выполнен как одно целое с валом 6 ротора механизма 7 управления (электромеханического преобразователя). В качестве датчика контроля угла поворота регулирующего органа используется датчик 8 поворота вала 6 ротора механизма поворота 7 известной конструкции, который подключен к одному из входов второго сумматора 9, другой вход которого подключен к ограничителю-формирователю 10, связанному с выходом первого сумматора 11. Выход сумматора 9 соединен с усилителем мощности 12, к которому подключена силовая обмотка 13 механизма управления. На один вход сумматора 11 подается сигнал датчика. На другой вход сумматора 11 подан сигнал с выхода датчика 14 положения штока исполнительного гидроцилиндра 15, который преобразован в постоянное напряжение с помощью преобразователя 16. В состав привода также входит гидравлический бак-компенсатор 17, который связан гидролиниями, где установлены клапаны 18 подпитки, с выходными линиями насоса 4, соединенными с полостями исполнительного гидроцилиндра 15. Полости гидроцилиндра 15 гидролиниями, где установлены предохранительные клапаны 19, соединены со сливной полостью насоса, в которой установлен регулирующий орган насоса 5. Все узлы привода скомпонованы в одном корпусе 20. Полость насоса 4 и бак 17, а также полости исполнительного гидроцилиндра 15 заполнены маслом. Вал 2 электродвигателя 1 уплотняется в корпусе 20 с помощью уплотнителя 21. Наклонный диск 5 установлен на опорах 22.

Вал 3 насоса 4 свободно проходит через отверстия в скрепленных наклонном диске 5 и шайбе 23 и кинематически связан с блоком цилиндров насоса 4 для передачи вращения его качающему узлу. Аналогичный преобразователю 16 преобразователь 25 преобразует переменный сигнал с выхода датчика 8 угла поворота ротора 6 в постоянный, поступающий на другой вход сумматора 9. Полость насоса 4 связана с полостью бака-компенсатора через фильтр 26. К цепи питания электродвигателя 1 подключен датчик 28 тока, выход которого через преобразователь 28 связан с вторым входом ограничителя-формирователя 10, который ограничивает значение напряжения на выходе сумматора 11.

Привод работает следующим образом.

При подаче напряжения питания приводной электродвигатель 1 начинает вращать вал 3 насоса 4. При нулевой управляющей команде датчика U_вх с выхода усилителя 12 мощности на обмотку 13 механизма 7 управления, плоскость наклонного диска 5 насоса 4 находится под углом 90^о к оси вращения вала 3 насоса 4, плунжеры которого в этом случае не совершают возвратно-поступательного движения, и рабочая жидкость не поступает в полости силового гидроцилиндра 15. Шток гидроцилиндра 15 остается на месте. При наличии отличного от нуля командного сигнала U_вх на входе сумматора 11 ротор механизма 7 управления, поворачивается, одновременно поворачивая наклонный диск 5, тем самым изменяя угол его наклона относительно центральной оси насоса 4. Угол поворота вала 6 ротора механизма 7 управления регулируется датчиком 8, выходной сигнал которого преобразуется в постоянное напряжение блоком 25 и подается на вход сумматора 9, на другой вход которого поступает сигнал, пропорциональный U_вх. При повороте наклонного диска 5 плунжеры насоса 4 начинают линейно перемещаться, подавая рабочую жидкость в одну из полостей гидроцилиндра 15. Его шток также начинает перемещаться. Сигнал с выхода датчика 14 преобразуется в постоянное напряжение преобразователем 16 и поступает на другой вход сумматора 11. Одновременно с перемещением штока цилиндра 15 изменение давления жидкости в выходных линиях насоса 4 приведет к открыванию клапана 18 в той гидролинии, где давление упало ниже давления в баке. При этом жидкость из бака 17 начинает поступать в соответствующую полость исполнительного гидроцилиндра 15. По достижении компенсации входного сигнала U_вх сигналом с выхода датчика 14 положения шток гидроцилиндра остановится, т. к. сигналы рассогласования на выходах первого 11 и второго 9 сумматоров будут равны нулю. При этом давление в выходных гидролиниях насоса 4 восстановится до первоначального и клапан 18 закроется. При изменении полярности U_вх на входе первого сумматора 11 шток исполнительного гидроцилиндра 15 будет двигаться в противоположную сторону.

При возрастании гидравлической мощности насоса, обусловленной скоростью штока гидроцилиндра и нагрузкой на нем, а следовательно, и возрастании потребляемого электродвигателем тока выше некоторой величины, преобразователь 28 начинает выдавать сигнал, пропорциональный потребляемому току. Этот сигнал поступает в ограничитель-формирователь 10, где вычитается их входного сигнала, уменьшая сигнал, поступающий на сумматор 9 и на усилитель 12, что приводит к уменьшению угла наклона наклонного диска 5. С уменьшением угла наклона падает скорость штока гидроцилиндра 15 и снижается потребляемая мощность. Таким образом, происходит ограничение потребляемой мощности на уровне, не превышающем расчетный.

При появлении на штоке гидроцилиндра противодействующей внешней нагрузки, равной по величине тормозному усилию (скорость штока равна 0), срабатывает один из предохранительных клапанов 19 и связывает полость высокого давления гидроцилиндра со сливной полостью низкого давления насоса 4, где находится наклонный диск 5. Ток в обмотках приводного электродвигателя 1 растет, датчик 27 тока выдает сигнал на ограничитель-формирователь 10, который ограничивает сигнал управления на входе второго сумматора 9 и соответственно уменьшает угол поворота наклонного диска 5 и, следовательно, производительность насоса 4 на уровне, соответствующем расчетной потребляемой электродвигателем мощности.

Использование в автономном электрогидравлическом рулевом приводе ограничения потребляемой мощности с помощью сигнала от датчика тока, включенного в цепь питания приводного электродвигателя, позволяет по сравнению с прототипом уменьшить массу и габариты привода, т.к. в процессе регулирования привода обеспечиваются режимы работы насоса, когда получают заданные высокое давление и малые скорости и наоборот, большие скорости и малое давление, применяя приводной электродвигатель с меньшей установленной мощностью.

Использование: в автономных электрогидросистемах для ограничения потребляемой гидравлической мощности аксиально-поршневого насоса (АПН). Сущность: к цепи питания приводного электродвигателя 1 подключают датчик 27 тока и осуществляют регулирование привода таким образом, чтобы при большом значении перепада давления получить малую скорость, а при малом значении, наоборот, большую скорость. Это позволяет использовать электродвигатель 1 с меньшей установленной мощностью. Датчик 27 тока вырабатывает сигнал, поступающий на ограничитель-формирователь 10, который ограничивает сигнал на входе второго сумматора 9 и соответственно уменьшает угол поворота наклонного диска 5, а следовательно, и производительность насоса 4 на уровне, соответствующем расчетной потребляемой электродвигателем 1 мощности. 1 ил.

ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКИЙ СЛЕДЯЩИЙ ПРИВОД, содержащий соединенные гидравлически реверсивный регулируемый насос и исполнительный гидроцилиндр с датчиком положения его штока, подключенным через суммирующее устройство к механизму управления углом поворота регулирующего органа, насоса, датчик угла поворота последнего, связанный с суммирующим устройством, соединенным с задатчиком, бак и клапаны подпитки, а также приводной электродвигатель насоса, отличающийся тем, что, с целью сокращения габаритов и массы, электродвигатель снабжен датчиком силы потребляемого тока, а суммирующее устройство выполнено в виде двух последовательно связанных сумматоров, управляемого ограничителя-формирователя сигнала рассогласования по положению и усилителя, причем первый сумматор соединен входами с задатчиком и датчиком положения штока гидроцилиндра, второй сумматор соединен входами с датчиком угла поворота регулирующего органа и через ограничитель-формирователь сигнала с выходом первого сумматора, к управляющему входу ограничителя-формирователя подключен датчик силы потребляемого тока, а выход второго сумматора через усилитель связан с механизмом управления.