ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКИЙ МНОГОКАНАЛЬНЫЙ РУЛЕВОЙ ПРИВОД Российский патент 2003 года по МПК F15B9/03 B64C13/42 

Изобретение относится к многоканальным электрогидравлическим приводам, предназначенным для применения в высоконадежных системах автоматического управления, например в системах дистанционного управления полетом летательного аппарата.

Известны многоканальные приводы, где для обеспечения синхронности работы каналов и снижения их силового взаимодействия между собой используются корректирующие поршни, например, в приводах фирмы "Хобсон" (Патент США 1442710).

Недостатком данного привода является то, что устройство коррекции этого привода представляет собой сложную пространственную или плоскую рычажную систему, объединяющую поршни коррекции, и имеет большие габариты и массу.

Наиболее близким аналогом к предлагаемому изобретению является многоканальный электрогидравлический привод по АС 335446 (М. кл. F 15 B 9/00), в котором корректирующее устройство выполнено в виде трех поршней, соединенных штоком, на котором установлены датчики положения штока. Схема данного привода обладает тем недостатком, что предполагает работу только двух каналов, третий канал должен находиться в резерве и подключаться после отказа одного из двух работающих каналов, что увеличивает возмущения и время переходного процесса при появлении и компенсации отказа одного из каналов. Указанная схема неприемлема для 4-канальных приводов с параллельной (одновременной) работой всех четырех каналов.

Технической задачей, решаемой данным изобретением, является обеспечение автономности корректирующих устройств для каждого канала, снижение уровня взаимонагружения каналов, улучшение статических и динамических характеристик, повышение надежности и отказобезопасности.

Поставленная задача достигается тем, что в многоканальном электрогидравлическом рулевом приводе, содержащем в каждом канале электрогидравлический усилитель мощности, связанный гидравлически через управляемый электромагнитным клапаном золотниковый клапан включения-кольцевания с источником питания, с соответствующими камерами гидроцилиндра многоканальной серворулевой машины и с гидромеханическим корректирующим устройством с датчиком положения, при этом шток многоканальной серворулевой машины соединен с датчиком обратной связи и с двухсистемным золотниковым гидравлическим распределительным устройством, которое связано с источниками питания и с соответствующими камерами двухкамерного силового гидроцилиндра, шток которого соединен с блоком датчиков обратной связи, при этом гидромеханическое корректирующее устройство состоит из золотникового клапана коррекции и гидроцилиндра коррекции, связанных между собой гидролиниями, при этом штоки гидроцилиндров коррекции каждого канала не соединены между собой.

Кроме того, клапан коррекции может быть выполнен в виде гильзы с дросселирующими отверстиями и подпружиненного трехбуртового золотника, расположенного в гильзе, подторцевые полости которой связаны с полостями соответствующей камеры многоканальной серворулевой машины и соединены отверстиями, выполненными в золотнике с канавками между буртами золотника, при этом дросселирующие отверстия гильзы связаны с полостями гидроцилиндра коррекции с образованием отрицательных перекрытий с внутренними и положительных перекрытий с внешними кромками буртов золотника.

При этом в гильзе клапана коррекции выполнены отверстия, связанные со сливной гидролинией и образующие с кромками центрального бурта золотника положительные перекрытия, величина которых равна ходу золотника при максимальном допустимом расчетном перепаде давления в цилиндре многоканальной серворулевой машины.

Шток гидроцилиндра коррекции со стороны расположения датчика положения штока выполнен ступенчатым с образованием дополнительной рабочей камеры, а гидроцилиндр коррекции снабжен плунжером, расположенным с противоположной стороны и упирающимся в среднем положении штока в торец штока и торец гидроцилиндра, при этом дополнительная рабочая камера связана с гидролинией напора источника питания, полость между торцом штока и плунжером - с гидролинией слива, полость под торцом плунжера - с гидролинией слива - при выключенном, а рабочая площадь ступенчатого штока в дополнительной рабочей камере равна половине рабочей площади плунжера и не более половины рабочей площади поршня гидроцилиндра коррекции.

Золотник клапана коррекции снабжен концевыми подпружиненными упорами, усилие поджатия пружин которых установлено таким образом, что соответствующий ему перепад давления под торцами золотника превышает перепад давления на поршне гидроцилиндра коррекции, необходимый для смещения поршня из нейтрального положения, при этом подпружиненные упоры установлены с возможностью осевого перемещения золотника на величину не более половины величины отрицательных перекрытий по внутренним кромкам буртов золотника.

На фиг.1 показана конструктивная схема электрогидравлического многоканального рулевого привода.

На фиг.2 показан клапан коррекции.

На фиг.3 показан гидроцилиндр коррекции.

Электрогидравлический многоканальный рулевой привод содержит двухкамерный силовой гидроцилиндр 1 с общим штоком 2 и блоком датчиков обратной связи 3, каждый из электрогидравлических каналов управления содержит электрогидравлический усилитель мощности 4, электромагнитный клапан 5, клапан включения-кольцевания 6, связанный с гидролиниями напора 7 и слива 8 источников питания. Электрогидравлический усилитель мощности 4 связан через клапан включения-кольцевания с соответствующими камерами гидроцилиндра 9 многоканальной серворулевой машины. Клапан коррекции 10, связанный гидролиниями 11 и 12 с полостями соответствующих камер гидроцилиндра 9 и гидролиниями 13 и 14 с рабочими полостями гидроцилиндра коррекции 15, шток 16 которого соединен с датчиком положения 17. Шток гидроцилиндра 9 многоканальной серворулевой машины соединен с датчиками обратной связи 18 и золотниковым распределительным устройством со сдвоенным золотником 19, который связан с гидролиниями напора 7 и слива 8 двух источников питания и с соответствующими камерами двухкамерного силового гидроцилиндра 1.

Клапан коррекции 10 (фиг.2, уплотнения условно не показаны) выполнен в виде гильзы 20 с дросселирующими отверстиями 21 и подпружиненного трехбуртового золотника 22, подторцевые полости 23 гильзы связаны гидролиниями 11 и 12 с полостями соответствующих камер гидроцилиндра 9 многоканальной серворулевой машины и соединены отверстиями 24 в золотнике с канавками между буртами золотника. Дросселирующие отверстия 21 связаны гидролиниями 13 и 14 с полостями гидроцилиндра коррекции 15, при этом образованы отрицательные перекрытия на внутренних и положительные перекрытия на внешних кромках буртов золотника. Отверстия 25, связанные со сливной гидролинией 8 источника питания, образуют с кромками центрального бурта положительные перекрытия. Подторцевые упоры 26 золотника поджаты пружиной 27, золотник расположен между упорами с осевым зазором 28.

Гидроцилиндр коррекции 15 фиг.3 (показан в рабочем положении) выполнен со ступенчатым штоком 16 и с дополнительной рабочей камерой 29, образованной этим штоком со стороны расположения датчика положения 17. Плунжер 30 в среднем положении штока опирается на торец гидроцилиндра и торец штока. Дополнительная рабочая камера соединена с гидролинией напора 7 источника питания. Полость 31 соединяется с гидролинией слива 8, полость 32 под торцом плунжера соединяется через электромагнитный клапан 5 при включенном клапане с гидролинией напора 7 и при выключенном - с гидролинией слива 8.

Привод работает следующим образом.

При включенных электромагнитных клапанах 5 под воздействием кворумированного управляющего сигнала электрогидравлические усилители мощности 4 в каждом из четырех каналов синхронно распределяют подведенный к ним из гидролиний 7 поток рабочей жидкости через включенные клапаны включения-кольцевания 6 в рабочие полости соответствующих камер гидроцилиндра 9 многоканальной серворулевой машины, вызывая перемещение ее штока, датчиков обратной связи 18 и сдвоенного распределительного золотника 19. Сдвоенный распределительный золотник в свою очередь распределяет поток рабочей жидкости из гидролиний напора 7 в рабочие камеры силового гидроцилиндра 1, создавая соответствующее перемещение его силового штока 2 и датчиков обратной связи в блоке 3. Через включенный электромагнитный клапан 5 давление напора подается в полость 32 под торцом плунжера 30 гидроцилиндра коррекции 15. Так как площадь плунжера вдвое превышает рабочую площадь ступенчатого штока 16 в дополнительной камере 29, которая постоянно соединена с гидролинией напора 7, плунжер перемещает шток 16 гидроцилиндра коррекции до упора в торец гидроцилиндра и удерживает его в среднем положении. Сигнал с датчика положения 17 штока гидроцилиндра коррекции суммируется (с обратным знаком) с сигналом датчика обратной связи 18 соответствующего канала серворулевой машины. Сумма сигналов компенсирует сигнал управления на входе в электрогидравлический усилитель мощности, останавливая шток рулевой машины в положении, соответствующем управляющему сигналу.

В случае рассогласования между каналами, вызванного, например, различным смещением нуля электрогидравлических усилителей мощности, общий шток серворулевой машины, суммируя сигналы и усилия всех каналов, останавливается в положении, отличном от положения, которое он занял бы при автономной работе каждого канала. В цепи обратной связи каждого канала появляется сигнал, направленный на компенсацию этого различия, а в камерах серворулевой машины соответствующий перепад давления. Перепад давления в каждой из камер серворулевой машины через гидролинии 11 и 12 вызывает перемещение золотника 22 клапана коррекции 10 в пределах осевого зазора 28, в связи с этим меняется соотношение проводимостей отрицательных перекрытий на внутренних кромках буртов золотника клапана коррекции и, соответственно, перепад давления на поршне гидроцилиндра коррекции 15.

При перепаде давления не более половины давления напора, что соответствует уровню взаимонагружения, не вызывающего серьезного влияния на динамические характеристики привода, шток поршня коррекции удерживается в среднем положении усилием плунжера 30 и ступенчатого штока 16. При увеличении взаимонагружения и соответственно перепада давления шток гидроцилиндра коррекции перемещается, с датчика 17 положения штока поступает сигнал на вход электрогидравлического усилителя мощности 4, изменяя управляющий сигнал в сторону снижения перепада давления. Взаимонагружение камер серворулевой машины снижается до уровня, обеспечивающего высокие динамические характеристики привода.

В случае, если рассогласование каналов продолжает увеличиваться, например при отказе одного из каналов, перепад давления в камере отказавшего канала продолжает расти. Увеличение перепада давления свыше величины, соответствующей усилию поджатия пружин 27 упоров 26 клапана коррекции вызывает перемещение золотника 22 клапана коррекции. Через дросселирующие окна 21 в рабочие полости гидроцилиндра коррекции поступает расход рабочей жидкости, поршень коррекции перемещается на ход, соответствующий формированию сигнала отказа канала. Отказавший канал отключается, электромагнитный клапан 5 обесточивается, клапан включения-кольцевания 6 отключает гидропитание электрогидравлического усилителя мощности 4 и кольцует полости соответствующей камеры серворулевой машины. При этом полость 32 под торцом плунжера 30 соединяется со сливом и поршень коррекции под давлением, поступающим в дополнительную рабочую камеру 29, перемещается внутрь до упора. В случае неотключения канала перепад давления под торцами золотника 22 продолжает расти, золотник перемещается на ход, превышающий положительные перекрытия по центральному бурту, и полости камеры отказавшего канала соединяются со сливом, сохраняя работоспособность привода.

Таким образом, предлагаемое гидромеханическое корректирующее устройство может быть использовано в многоканальных приводах с различным числом работающих каналов. Устройство позволяет снизить взаимонагружение каналов при их рассогласовании до 20%, обеспечить в этих условиях высокие чувствительность и динамические характеристики привода, повысить надежность и отказобезопасность привода.

Привод предназначен для систем автоматического управления летательного аппарата. Привод содержит в каждом канале электрогидравлический усилитель мощности, связанный гидравлически через управляемый электромагнитным клапаном золотниковый клапан включения-кольцевания с источником питания, с соответствующими камерами гидроцилиндра многоканальной серворулевой машины и с гидромеханическим корректирующим устройством с датчиком положения, при этом шток многоканальной серворулевой машины соединен с датчиком обратной связи и с двухсистемным золотниковым гидравлическим распределительным устройством, которое связано с источниками питания и с соответствующими камерами двухкамерного силового гидроцилиндра, шток которого соединен с блоком датчиков обратной связи, при этом гидромеханическое корректирующее устройство состоит из золотникового клапана коррекции и гидроцилиндра коррекции, связанных между собой гидролиниями, при этом штоки гидроцилиндров коррекции каждого канала не соединены между собой. Технический результат - повышение надежности. 4 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Многоканальный электрогидравлический рулевой привод, содержащий в каждом канале электрогидравлический усилитель мощности, связанный гидравлически через управляемый электромагнитным клапаном золотниковый клапан включения-кольцевания с источником питания, с соответствующими камерами гидроцилиндра многоканальной серворулевой машины и с гидромеханическим корректирующим устройством с датчиком положения, при этом шток многоканальной серворулевой машины соединен с датчиком обратной связи и с двухсистемным золотниковым гидравлическим распределительным устройством, которое связано с источниками питания и с соответствующими камерами двухкамерного силового гидроцилиндра, шток которого соединен с блоком датчиков обратной связи, отличающийся тем, что гидромеханическое корректирующее устройство состоит из золотникового клапана коррекции и гидроцилиндра коррекции, связанных между собой гидролиниями, при этом штоки гидроцилиндров коррекции каждого канала не соединены между собой. 2. Привод по п. 1, отличающийся тем, что клапан коррекции выполнен в виде гильзы с дросселирующими отверстиями и подпружиненного трехбуртового золотника, расположенного в гильзе, подторцевые полости которой связаны с полостями соответствующей камеры многоканальной серворулевой машины и соединены отверстиями, выполненными в золотнике с канавками между буртами золотника, при этом дросселирующие отверстия гильзы связаны с полостями гидроцилиндра коррекции с образованием отрицательных перекрытий с внутренними и положительных перекрытий с внешними кромками буртов золотника. 3. Привод по п. 2, отличающийся тем, что в гильзе клапана коррекции выполнены отверстия, связанные со сливной гидролинией и образующие с кромками центрального бурта золотника положительные перекрытия, величина которых равна ходу золотника при максимальном допустимом расчетном перепаде давления в цилиндре многоканальной серворулевой машины. 4. Привод по п. 3, отличающийся тем, что шток гидроцилиндра коррекции со стороны расположения датчика положения штока выполнен ступенчатым с образованием дополнительной рабочей камеры, а гидроцилиндр коррекции снабжен плунжером, расположенным с противоположной стороны и упирающимся в среднем положении штока в торец штока и торец гидроцилиндра, при этом дополнительная рабочая камера связана с гидролинией напора источника питания, полость между торцом штока и плунжером - с гидролинией слива, полость под торцом плунжера - с гидролинией напора при включенном электромагнитном клапане и с гидролинией слива - при выключенном, а рабочая площадь ступенчатого штока в дополнительной рабочей камере равна половине рабочей площади плунжера и не более половины рабочей площади поршня гидроцилиндра коррекции. 5. Привод по п. 4, отличающийся тем, что золотник клапана коррекции снабжен концевыми подпружиненными упорами, усилие поджатия пружин которых установлено таким образом, что соответствующий ему перепад давления под торцами золотника превышает перепад давления на поршне гидроцилиндра коррекции, необходимый для смещения поршня из нейтрального положения, при этом подпружиненные упоры установлены с возможностью осевого перемещения золотника на величину не более половины величины отрицательных перекрытий по внутренним кромкам буртов золотника.