УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ГИДРОПРИВОДОМ Российский патент 2007 года по МПК F15B15/00 

Изобретение относится к области объемных гидравлических приводов с основным и резервным управлением потоками рабочей жидкости между участками и агрегатами гидросистемы и может быть широко использовано в промышленности.

Известно, что при эксплуатации гидроприводов, а также при форс-мажорных обстоятельствах возможны отказы, в частности такие как случайное обесточивание гидропривода, т.е. несанкционированное прекращение подачи электропитания к автоматической системе управления заданным режимом переключения позиций группы гидрораспределителей. Повышение надежности гидроприводов достигается путем структурной избыточности, дублирования элементов с ограниченной надежностью (резервирование). Дублирование в гидроприводах обычно связано с поэлементными или поблочными видами резервирования и обеспечивает сохранение работоспособности функциональных и вспомогательных элементов при частных видах отказов, связанных с прекращением или подачей неуправляемой энергии, например дублирование электро- и гидропитания, дублирование золотников. /А.И.Баженов, Н.С.Гамынин, В.И.Карев и др. Проектирование следящих гидравлических приводов летательных аппаратов. Под ред. Н.С.Гамынина. - М., Машиностроение, 1981, с.5, 157, 160/.

Известен гидрораспределитель системы управления типа ЗСУ (золотниковая система управления), предназначенный для систем автоматического, дистанционного и кнопочного управления. Устройство содержит главный золотник, который реверсирует поток рабочей жидкости в основной гидросистеме, и золотник управления, который обеспечивает распределение потока рабочей жидкости при перемещении под действием двух толкающих электромагнитов. При обесточенных электромагнитах золотник управления устанавливается пружинами в среднюю позицию. Подвод рабочей жидкости под его торцы для управления осуществляется через каналы в корпусах. На торцах электромагнитов установлены контрольные кнопки, которые позволяют переключать главный золотник, не включая электромагнит. / Васильченко В.А. Гидравлическое оборудование мобильных машин. Справочник. - М.: Машиностроение, 1983, с.165, рис.4.42/.

Недостатком известного гидрораспределителя систем управления в случае ручного управления группой гидрораспределителей является возможность ошибочных действий операторов, таких как случайное изменение порядка запуска команд и случайное включение "избыточных" команд, которые могут привести к аварийным ситуациям и неисполнению многократно повторяющегося жесткого алгоритма переключений.

В технике известны также гидравлические распределители систем управления, оснащенные электромагнитами и неполноповоротной рукояткой, используемой взамен контрольных кнопок для ручного управления управляющим золотником - вспомогательным золотником, который управляет основным (главным) золотником своего распределителя.

Известно устройство для управления гидроприводом, выполненное в виде блока управления основного типа с центральной рукояткой, который имеет четыре вспомогательных плунжера-золотника и предназначен для дистанционного управления двумя основными золотниками одного и того же или разных гидрораспределителей. Шарнирное крепление рукоятки блока, выполненной в виде "шаровой" рукоятки с неизменным центром вращения, позволяет управлять одним из четырех плунжеров или одновременно двумя плунжерами. При этом за счет механической передачи, связывающей рукоятку управления и вспомогательные золотники гидрораспределителей, производится включение одного или двух золотников гидрораспределителей. /Васильченко В.А. Гидравлическое оборудование мобильных машин. Справочник. - М.: Машиностроение, 1983, с.150, 152-154, рис.4.23, 4.27/.

Недостатком известного блока управления основного типа с центральной рукояткой является невозможность обеспечения многократно повторяющегося жесткого алгоритма переключений при ручном управлении и исключения ошибочных действий оператора, например, таких как случайное изменение порядка запуска команд или случайное включений "избыточных" команд, что может привести к аварийным ситуациям.

Известное устройство для управления гидроприводом, включающее группу гидрораспределителей с управляющим и главным золотниками, укрепленную на шарнире рукоятку управления и механическую передачу, связывающую рукоятку управления с вспомогательными золотниками, выбрано в качестве наиболее близкого аналога заявляемого изобретения.

Задача изобретения состоит в обеспечении эксплуатационной надежности за счет обеспечения жесткого алгоритма переключений, многократно повторяющегося при ручном резервном управлении, которое дублирует автоматическую систему управления, и исключения ошибочных действий оператора.

Задача решена тем, что устройство для управления гидроприводом, включающее группу гидрораспределителей с управляющим и главным золотниками, укрепленную на шарнире рукоятку управления и механическую передачу, связывающую рукоятку управления с управляющим золотником, в соответствии с изобретением снабжено копиром, имеющим сфероидальную поверхность, на которой выполнены прорези для перемещения рукоятки управления при подаче управляющей команды, прорези размещены с образованием незамкнутой ломаной линии, которая составлена отрезками, ориентированными попеременно в меридиональном и широтном направлениях, причем точки сопряжения отрезков ломаной линии и ее крайние точки соответствуют местам путевой остановки рукоятки управления, при этом упомянутая механическая передача выполнена в виде рычажно-зубчатого механизма с реечно-зубчатыми передачами с обеспечением взаимодействия с водилами и вилками для переключения положений управляющих золотников гидрораспределителей, при этом рейки выполнены цилиндрическими, их зубья - кольцевыми, а рукоятка управления подпружинена и снабжена средством взаимодействия с рейками с обеспечением завершения управляющей команды в местах путевой остановки рукоятки управления.

Кроме того, средство взаимодействия рукоятки управления с рейками выполнено в виде двухшарнирного коромысла.

Технический результат изобретения состоит в возможности механического преобразования управляющих движений руки оператора рукояткой управления устройства в соответствующие неполноповоротные перемещения ручек управления каждого гидрораспределителя и обеспечении заданной последовательности переключений позиций гидрораспределителей с исключением ошибочных или избыточных коммутаций (комбинации переключений).

Заявляемое устройство схематически представлено на фиг.1-3, где на фиг.1 представлена кинематическая схема устройства, фиг.2 - общий вид устройства, фиг.3 - сечение А-А на фиг.2.

Устройство содержит корпус 1, группу гидрораспределителей 2 и 3, каждый из которых оснащен управляющим и главным золотниками (не показаны), шарнирно закрепленную рукоятку управления 4, которая выполнена в виде "шаровой" рукоятки с центром вращения 5 и нейтральным положением, совпадающим с осью 6, от которой рукоятка управления 4 должна совершить движение вдоль ломаной линии (фиг.2, фиг.3). Рукоятка управления 4 связана механической передачей с рукоятками 7, 8 управляющих золотников гидрораспределителей 2 и 3. Механическая передача выполнена в виде рычажно-зубчатого механизма, снабженного реечно-зубчатыми передачами, и содержит (фиг.1) оси 9, 10, 11, цилиндрическую шток-рейку 12 с кольцевым зубом, цилиндрическую ось-рейку 13 с кольцевым зубом, постоянно находящиеся в зацеплении со шток-рейкой 12 зубчатое колесо 14 и с ось-рейкой 13 - зубчатые колеса 15 и 16, для чего зубчатые колеса 14, 15 и 16 жестко связаны соответственно с осями 9, 10 и 11. Оси 9 и 11 жестко связаны соответственно с водилами 17 и 18 с вилками 19, 20, которые постоянно находятся в зацеплении с рукоятками 7, 8 управляющих золотников гидрораспределителей 2, 3. Жесткая связь осей 9 и 11 с водилами 17 и 18 обеспечена жесткими креплениями 21 и 22 соответственно.

Рукоятка управления 4 выполнена с возможностью относительного осевого перемещения и связана с коромыслом 23, соединение которого с осью 10 выполнено шарнирным и совмещено с центром вращения 5 рукоятки управления 4. Коромысло 23 рукоятки управления 4 посредством шарнира, допускающего относительные угловые и радиальные смещения, постоянно связано с толкателем 24, жестко связанным со шток-рейкой 12, которая концентрично соединена с осью 10 с возможностью углового разворота и осевого перемещения относительно оси 10 (фиг.1).

Алгоритм управления реализуется с помощью копира 25, который имеет сфероидальную поверхность, близкую к поверхности шарового сегмента (фиг.3), линия высоты которого совпадает с нейтральным положением рукоятки управления 4, а центр сфероидальной поверхности совпадает с центром вращения 5 рукоятки управления 4. На поверхности копира 25 выполнены направляющие прорези 26, 27, 28, 29 для перемещения рукоятки управления 4 при выполнении управляющей команды, последовательно сопряженные между собой и ориентированные в широтном (26 и 28) и меридиональном (27 и 29) направлениях с образованием ломаной незамкнутой линии 30, составленной из отрезков, ориентированных в меридиональном и широтном направлениях. /Морской энциклопедический словарь. Т.2. под ред. В.В.Дмитриева. - СПб, Судостроение, 1993, с.108 - термин "координаты географические"), В области сопряжения направляющих прорезей 26, 27, 28, 29 (точка начала, точки сопряжения и точка конца незамкнутой линии 30) размещены места 31, 32, 33 и 34 (соответственно) последовательной путевой фиксации рукоятки управления 4 для завершения определенной управляющей команды. Нейтральное 31 и конечное 34 места путевой фиксации рукоятки управления 4 лежат в противоположных концах незамкнутой линии 30 направляющих прорезей. Для облегчения перемещения рукоятка управления 4 подпружинена пружиной 35, взаимодействующей с коромыслом 23 рукоятки управления 4.

На практике для минимизации усилий, прикладываемых к рукоятке управления 4, исключают возможность одновременного разворота рукояток 7, 8 гидрораспределителей 2, 3 при перемещении рукоятки управления 4 из места путевой фиксации 31 в место путевой фиксации 32 и обратно. Для этого вместо одной прорези выполняют две прорези 26, 27 соответственно в широтном и меридиональном направлениях, без мест путевой фиксации рукоятки управления 4 в области плавного сопряжения прорезей 26, 27.

Оси 9, 10, 11, ось-рейка 13 и шток-рейка 12 установлены в подшипниках, соответственно, 36 и 37, 38 и 39, 40 и 41, 42 и 43, 38.

Устройство работает следующим образом. При управлении гидроприводом рукоятку управления 4 перемещают вдоль прорезей сферического копира 25 в заданное место ее путевой фиксации. В начале перемещения подпружиненную рукоятку управления 4 поджимают вдоль ее оси, выводят из нейтрального положения (начальное место путевой фиксации 31) и переводят последовательно по направляющим прорезям сферического копира 25, поворачивая рукоятку управления относительно центра копира 25. При этом зубчатые рейки 12, 13 и зубчатые колеса 14, 15, 16 взаимодействуют друг с другом посредством зубчатых зацеплений.

При движении по широтному участку 26 рукоятка управления 4 разворачивает ось 10 с зубчатым колесом 15, за счет вращения которого ось-рейка 13 перемещается вдоль своей оси, разворачивая по часовой стрелке зубчатое колесо 16, которое через ось 11 взаимодействует с водилом 18 и вилкой 20, что приводит к повороту рукоятки 8 управляющего золотника гидрораспределителя 3 на некоторый угол, а из вертикального положения вниз в крайнее левое положение. При дальнейшем перемещении по меридиональному участку 27 рукоятка управления 4 через толкатель 24 смещает вниз по оси 10 шток-рейку 12, которая при этом разворачивает против часовой стрелки зубчатое колесо 14, а колесо 14 через ось 9 посредством водила 17 и вилки 19 поворачивает рукоятку 7 управляющего золотника гидрораспределителя 2 на угол α (из вертикального положения вниз в крайнее правое положение). Остановка рукоятки управления 4 в месте 32 путевой фиксации соответствует завершению выполнения управляющей команды, поданной на управляющий золотник гидрораспределителя 2, по переводу его рукоятки 7 из начального положение в одно из крайних.

При перемещении рукоятки управления 4 из места 32 путевой фиксации по широтному участку 28 в место 33 путевой фиксации ось 10 с зубчатым колесом 15 поворачивается в обратную сторону, смещая ось-рейку 13, вследствие чего происходит поворот зубчатого колеса 16, оси 11, водила 18, вилки 20, и рукоятка 8 управляющего золотника гидрораспределителя 3 разворачивается на угол 2α (из крайнего крайнего левого в крайнее правое положение). Поскольку при этом не происходит вращения зубчатого колеса 14 и перемещения шток-рейки 12, то не возникает крутящий момент для поворота и переключения рукоятки 7 управляющего золотника гидрораспределителя 2. Остановка рукоятки управления 4 в месте 33 путевой фиксации соответствует завершению выполнения управляющей команды, поданной на управляющий золотник гидрораспределителя 3, по переводу его рукоятки 8 из одного крайнего положения в другое крайнее положение.

При перемещении рукоятки управления 4 из места 33 путевой фиксации по меридиональному участку 29 направляющей прорези в конечное место 34 путевой фиксации (вертикальное перемещение рукоятки управления 4) происходит перемещение шток-рейки 12 вверх по оси 10 за счет действия коромысла 23 рукоятки управления 4 на толкатель 24. Перемещаясь вверх, шток-рейка 12 разворачивает по часовой стрелке зубчатое колесо 14 с осью 9, водило 17 и вилку 19, что обеспечивает поворот рукоятки 7 управляющего золотника гидрораспределителя 2 на угол 2α - из крайнего правого в крайнее левое положение. В то же время перемещение шток-рейки 12 вдоль оси 10 не вызывает вращения этой оси и связанного с ней зубчатого колеса 15, поэтому отсутствует крутящий момент для осевого перемещения ось-рейки 13 и вращения связанного с ней зубчатого колеса 16, следовательно, переключения рукоятки 8 управляющего золотника гидрораспределителя 3 не происходит. Остановка рукоятки управления 4 в месте 34 путевой фиксации (конечное положение) соответствует завершению выполнения управляющей команды, поданной на управляющий золотник гидрораспределителя 2, по переводу его рукоятки 7 из одного крайнего положения в другое крайнее положение.

При перемещении в обратном порядке рукоятки управления 4 в широтных 26, 28 и меридиональных 27, 29 участках направляющих прорезей копира 25 происходят срабатывания описанных выше элементов механических передач с возвратом рукояток 7 и 8 управляющих золотников гидрораспределителей 2 и 3 в исходное положение (вертикально вниз).

Таким образом, заявляемое устройство обеспечивает однозначное выполнение алгоритма переключений управляющих золотников гидрораспределителей, который должен быть многократно повторен при ручном резервном направлении, дублирующем автоматическую систему управления. При этом исключаются ошибочные действия оператора, такие как случайное изменение порядка запуска команд или случайное включение непредусмотренных команд, которые могут привести к аварийной ситуации. Заявляемое устройство, в котором исполнение заданной последовательности переключения позиций гидрораспределителя не зависит от возможных ошибок оператора ("человеческий фактор"), может быть наиболее эффективно использовано на подводных технических средствах.

Изобретение относится к области объемных гидравлических приводов с основным и резервным управлением потоками рабочей жидкости между участками и агрегатами гидросистемы и может быть широко использовано в промышленности. Устройство для управления гидроприводом включает группу гидрораспределителей с управляющим и главным золотниками, рукоятку управления, механическую передачу и копир. Копир имеет сфероидальную поверхность, на которой выполнены прорези для перемещения рукоятки управления. Механическая передача выполнена в виде рычажно-зубчатого механизма с реечно-зубчатыми передачами, который обеспечивает взаимодействия с водилами и вилками. Рейки выполнены цилиндрическими, их зубья - кольцевыми, а рукоятка управления подпружинена и снабжена средством взаимодействия с рейками для обеспечением завершения управляющей команды в местах путевой остановки рукоятки управления. Технический результат заключается в повышении эксплуатационной надежности за счет обеспечения жесткого алгоритма переключении. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Устройство для управления гидроприводом, включающее группу гидрораспределителей с управляющим и главным золотниками, укрепленную на шарнире рукоятку управления и механическую передачу, связывающую рукоятку управления с управляющим золотником, отличающееся тем, что оно снабжено копиром, имеющим сфероидальную поверхность, на которой выполнены прорези для перемещения рукоятки управления при подаче управляющей команды, прорези размещены с образованием незамкнутой ломаной линии, которая составлена отрезками, ориентированными попеременно в меридиональном и широтном направлениях, причем точки сопряжения отрезков ломаной линии и ее крайние точки соответствуют местам путевой остановки рукоятки управления, при этом упомянутая механическая передача выполнена в виде рычажно-зубчатого механизма с реечно-зубчатыми передачами для обеспечения взаимодействия с водилами и вилками для переключения положений управляющих золотников гидрораспределителей, при этом рейки выполнены цилиндрическими, их зубья - кольцевыми, а рукоятка управления подпружинена и снабжена средством взаимодействия с рейками для обеспечения завершения управляющей команды в местах путевой остановки рукоятки управления.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что средство взаимодействия рукоятки управления с рейками выполнено в виде двухшарнирного коромысла.