УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОВЕРКИ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ЦИФРОАНАЛОГОВОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ АГРЕГАТОВ И СПОСОБ ПРОВЕРКИ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ЦИФРОАНАЛОВОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ АГРЕГАТОВ Российский патент 2008 года по МПК F15B19/00 F15B9/02 F15B11/12 

Изобретение относится к области гидроавтоматики и может быть использовано для испытаний цифроаналоговых преобразователей (ЦАП) гидравлического типа.

Известен стенд для контроля рулевых машин [1], содержащий стол с установленными двумя исполнительными механизмами в виде силовых гидроцилиндров, рычагами с шарнирными опорами и индикаторной головкой.

Недостатком указанной конструкции является необходимость наличия системы управления каждым гидроцилиндром.

Известен способ регулировки гидравлического привода, описанный в [2], включающий подачу рабочей жидкости в гидравлические магистрали, перемещение штока обратной связи ЦАП в крайнее вытянутое положение, перемещение упоров распределительного золотника.

Недостатком указанного способа является трудность согласования угла поворота выходного вала привода с электрическим сигналом на ЦАП при крайних угловых положениях выходного вала.

Наиболее близким к предложенной конструкции - прототипом является устройство для проверки работоспособности ЦАП гидравлических агрегатов, описанное в [3], выполненное в виде гидравлического привода, содержащее корпус с гидравлическими магистралями и установленным в нем исполнительным механизмом с устройством обратной связи, взаимодействующим со штоком обратной связи ЦАП, а также гильзу с регулировочными кромками и распределительный золотник, взаимодействующий с толкателем с количеством зазоров, равным количеству разрядов двоичного кода электрического сигнала ЦАП, механизм поджатия в виде цилиндрического поршня, а также размещенные на корпусе элементы крепления для установки ЦАП.

Недостатком указанной конструкции является необходимость изготовления специального толкателя поршневой цепочки для каждого проверяемого ЦАП с целью компенсации погрешностей изготовления, а также большие габариты из-за наличия двух гидроцилиндров и размещения распределительного золотника последовательно с поршневой цепочкой.

Наиболее близким к предложенному способу - прототипом является способ проверки работоспособности ЦАП гидравлических агрегатов, описанный в [3] и включающий перемещение штока обратной связи ЦАП в крайнее вытянутое положение, установку штока исполнительного механизма на упор, размещение распределительного золотника в нейтральном положении относительно регулировочных кромок гильзы, подачу рабочей жидкости в гидравлические магистрали с одновременной подачей давления нагнетания в межпоршневое пространство поршневой цепочки ЦАП, сжатие поршневой цепочки ЦАП путем подачи давления слива в межпоршневое пространство указанной цепочки, изменение давления слива на давление нагнетания в межпоршневом пространстве поршневой цепочки с равномерной частотой в определенной последовательности, соответствующей возрастанию двоичного кода электрического сигнала ЦАП с количеством разрядов, равным количеству зазоров поршневой цепочки ЦАП.

Недостатком указанного способа является низкая технологичность, предполагающая изготовление индивидуального толкателя поршневой цепочки и доработки упора для каждого проверяемого ЦАП.

Задачей указанных устройства и способа является проверка работоспособности ЦАП путем подачи на него гидравлического питания, а также электрического сигнала в двоичном коде с количеством разрядов, равным количеству зазоров поршневой цепочки ЦАП, и контроля перемещения штока обратной связи ЦАП по индикатору.

Техническим результатом использования изобретения является улучшение технологичности устройства для проверки и способа проверки работоспособности ЦАП гидравлических агрегатов, а также снижение массы и габаритов устройства.

Технический результат достигается тем, что в предложенном устройстве для проверки работоспособности ЦАП гидравлических агрегатов, содержащем корпус с гидравлическими магистралями и установленным в нем исполнительным механизмом с устройством обратной связи, взаимодействующим со штоком обратной связи ЦАП, а также гильзу с регулировочными кромками и распределительный золотник, взаимодействующий с толкателем поршневой цепочки с количеством зазоров, равным количеству разрядов двоичного кода электрического сигнала ЦАП, механизм поджатия в виде цилиндрического поршня, а также размещенные на корпусе элементы крепления для установки ЦАП, в отличие от прототипа в нем корпус снабжен размещенной последовательно ЦАП крышкой, установленной с возможностью перемещения относительно корпуса и снабженной узлом фиксации, распределительный золотник установлен параллельно толкателю поршневой цепочки и связан с упомянутым толкателем через равноплечее коромысло, размещенное в крышке и снабженное по обе стороны от оси равноплечего коромысла ограничительными упорами, один из которых расположен соосно распределительному золотнику, а второй соосно толкателю поршневой цепочки, причем цилиндрический поршень механизма поджатия установлен в расточке распределительного золотника со стороны, противоположной равноплечему коромыслу, при этом расточка распределительного золотника соединена с магистралью нагнетания через канал, выполненный в распределительном золотнике, при этом устройство обратной связи выполнено в виде дополнительного коромысла, один конец которого, связанный с индикаторной головкой, взаимодействует с подвижной опорой, установленной на штоке обратной связи ЦАП, а второй конец шарнирно связан со штоком исполнительного механизма, при этом диаметр D и длина L гидроцилиндра исполнительного механизма определяются соотношениями

где F_П - сила поджатия штока обратной связи ЦАП к дополнительному коромыслу;

F_ТР - суммарная сила трения штока обратной связи, поршневой цепочки и толкателя ЦАП, а также распределительного золотника и цилиндрического поршня устройства для проверки работоспособности ЦАП гидравлических агрегатов;

l₁ - расстояние от оси вращения дополнительного коромысла до оси гидроцилиндра исполнительного механизма;

l₂ - расстояние от оси вращения дополнительного коромысла до оси штока обратной связи ЦАП;

P - перепад давления на поршне исполнительного механизма;

d - диаметр штока исполнительного механизма;

A - ширина поршня исполнительного механизма;

h - ход штока обратной связи ЦАП;

Δ - суммарная величина верхних пределов полей допусков длины и хода штока обратной связи ЦАП.

Технический результат достигается тем, что в предложенном способе проверки работоспособности ЦАП гидравлических агрегатов, включающем перемещение штока обратной связи ЦАП в крайнее вытянутое положение, установку штока исполнительного механизма на упор, размещение распределительного золотника в нейтральном положении относительно регулировочных кромок гильзы, подачу рабочей жидкости в гидравлические магистрали с одновременной подачей давления нагнетания в межпоршневое пространство поршневой цепочки ЦАП, сжатие поршневой цепочки ЦАП путем подачи давления слива в межпоршневое пространство указанной цепочки, изменение давления слива на давление нагнетания в межпоршневом пространстве поршневой цепочки с равномерной частотой в определенной последовательности, соответствующей возрастанию двоичного кода электрического сигнала, начиная с младшего разряда, в отличие от прототипа, в нем перед подачей рабочей жидкости в гидравлические магистрали устанавливают равноплечее коромысло одним плечом на упор в толкатель поршневой цепочки, выставляют зазор между вторым плечом и распределительным золотником, равным половине хода поршня младшего разряда поршневой цепочки, путем перемещения крышки в направлении оси распределительного золотника и ее фиксации относительно корпуса, устанавливают упор, соосный толкателю, на расстоянии от равноплечего коромысла, равном ходу поршня младшего разряда поршневой цепочки, затем подводят упор, соосный распределительному золотнику, до касания с равноплечим коромыслом, после чего перемещают подвижную опору относительно штока обратной связи ЦАП до касания дополнительного коромысла при нахождении последнего в максимально удаленном от ЦАП положении, а при изменении давления слива на давление нагнетания в межпоршневом пространстве поршневой цепочки осуществляют контроль равномерности перемещения штока обратной связи ЦАП по индикаторной головке.

Выполнение отличительных признаков устройства и способа позволяет контролировать работоспособность любого ЦАП без изготовления индивидуального толкателя поршневой цепочки и доработки упора распределительного золотника за счет выполнения крышки, подвижной относительно распределительного золотника, и установки в ней регулируемого упора. Выполнение указанных размеров гидроцилиндра позволяет контролировать работоспособность ЦАП с любой длиной и ходом штока обратной связи ЦАП в пределах поля допуска и вне зависимости от силы поджатия и силы трения подвижных элементов в ЦАП и устройстве для проверки работоспособности ЦАП гидравлических агрегатов.

На фиг.1 представлено размещение элементов устройства для проверки работоспособности ЦАП гидравлических агрегатов перед подачей рабочей жидкости в гидравлические магистрали, на фиг.2 представлено размещение элементов устройства в момент подачи во все зазоры поршневой цепочки давления слива, на фиг.3 представлено размещение элементов устройства при наличии во всех зазорах поршневой цепочки давления слива после отработки сигнала исполнительным механизмом.

Устройство для проверки работоспособности ЦАП гидравлических агрегатов включает корпус 1 с гидравлическими магистралями, в том числе слива и нагнетания, на корпусе 1 выполнена площадка для размещения ЦАП 2 с толкателем 3. Толкатель 3 с одной стороны взаимодействует с поршневой цепочкой ЦАП 2, а с другой стороны - с одним плечом равноплечего коромысла 4, другое плечо коромысла 4 контактирует с золотниковым распределительным устройством, состоящим из распределительного золотника 5 и гильзы 6, установленных в корпусе 1, гидравлически связанном с исполнительным механизмом, включающим гидроцилиндр 7 с поршнем 8. Шток 9 поршня 8 шарнирно связан с устройством обратной связи, включающим дополнительное коромысло 10, подвижную опору 11 и шток обратной связи 12 ЦАП 2. В расточке распределительного золотника 5 со стороны, противоположной равноплечему коромыслу 4, установлен цилиндрический поршень 13 механизма поджатия. Равноплечее коромысло 4 размещено в крышке 14. Крышка 14 выполнена с возможностью перемещения относительно корпуса 1 в направлении оси распределительного золотника 5 и снабжена устройством фиксации, состоящим из винтов 15 и набора шайб 16, а также подвижными упорами 17 и 18. Подвижная опора 11 установлена с возможностью перемещения на штоке обратной связи 12 ЦАП и через дополнительное коромысло 10 взаимодействует с индикаторной головкой 19, установленной на корпусе 1. Корпус 1 снабжен элементами крепления (винтами 20 и резьбовыми отверстиями) для фиксации ЦАП 2. Потенциометр 21 связан со свободным концом штока 9 поршня 8.

Устройство для проверки работоспособности ЦАП гидравлических агрегатов работает следующим образом: при подаче в корпус 1 давления слива и нагнетания, а на ЦАП 2 электрического сигнала в двоичном коде с количеством разрядов, равным количеству зазоров поршневой цепочки ЦАП, последняя приходит в движение (сжимается или раздвигается в зависимости от давления нагнетания в межпоршневом пространстве поршневой цепочки) из установившегося (нейтрального) положения. Это движение через толкатель 3 передается на коромысло 4, а через него на распределительный золотник 5, который определенным образом открывает щели в золотниковом распределительном устройстве при перемещении золотника 5 относительно гильзы 6. Эти щели гидравлически связывают магистрали слива и нагнетания с полостями гидроцилиндра 7 исполнительного механизма. При этом поршень 8 со штоком 9 приходят в движение и перемещают один конец дополнительного коромысла 10. Второй конец дополнительного коромысла 10 через подвижную опору 11 заставляет шток обратной связи 12 изменять свое положение относительно корпуса 1. Причем в каждом случае распределительный золотник 5 через толкатель 3 и коромысло 4 перемещается в сторону закрытия щелей в золотниковом распределительном устройстве. Шток обратной связи 12 через равноплечее коромысло 4, толкатель 3 и поршневую цепочку ЦАП давлением нагнетания постоянно поджат цилиндрическим поршнем 13 к дополнительному коромыслу 10. Для того, чтобы ход толкателя 3 соответствовал ходу распределительного золотника 5, коромысло 4 выполнено равноплечим, а чтобы уменьшить габариты устройства и обеспечить оптимальную силу поджатия распределительного золотника 5 к толкателю 3, распределительный золотник 5 установлен параллельно последнему и выполнен диаметром, равным половине диаметра поршня поршневой цепочки ЦАП. Ширина щелей регулируется перемещением крышки 14 относительно корпуса 1 и перемещением упоров 17, 18 относительно крышки 14. Крышка 14 фиксируется относительно корпуса 1 посредством винтов 15 и набора шайб 16. Перемещение штока обратной связи 12 ЦАП контролируется по индикаторной головке и снимается на телеметрию с помощью потенциометра 21. ЦАП 2 зафиксирован от перемещения относительно корпуса 1 винтами 20, установленными в резьбовых отверстиях корпуса.

Сила поджатия F_П штока обратной связи 12 ЦАП к дополнительному коромыслу 10 учитывает как собственное поджатие штока 12. так и поджатие от действия цилиндрического поршня 13. Суммарная сила трения F_ТР подвижных элементов учитывает как силу трения штока обратной связи 12, толкателя 3 и поршневой цепочки ЦАП 2, так и силу трения распределительного золотника 5, цилиндрического поршня и равноплечего коромысла 4 устройства для проверки работоспособности ЦАП. Для преодоления силы сопротивления на штоке обратной связи 12 ЦАП, равной F_П+F_ТР, усилие F_Г, развиваемое гидроцилиндром 7, с учетом соотношения плеч дополнительного коромысла 10 должно удовлетворять соотношению

где l₁ - расстояние от оси вращения дополнительного коромысла до оси гидроцилиндра исполнительного механизма;

l₂ - расстояние от оси вращения дополнительного коромысла до оси штока обратной связи ЦАП.

Из известных формул физики

где P - перепад давления на поршне исполнительного механизма;

S - эффективная площадь поршня исполнительного механизма;

D - диаметр гидроцилиндра исполнительного механизма;

d - диаметр штока исполнительного механизма,

откуда

Подставляя (2) в (1), получаем

или

откуда диаметр гидроцилиндра исполнительного механизма должен удовлетворять соотношению

Способ проверки работоспособности ЦАП гидравлических агрегатов осуществляется следующим образом: устанавливают ЦАП 2 на корпус 1, перемещают шток обратной связи 12 ЦАП в крайнее вытянутое положение, т.е. устанавливают максимальные зазоры между поршнями поршневой цепочки ЦАП. Подводят поршень 8 со штоком 9 до упора в стенку гидроцилиндра 7, размещают распределительный золотник 5 в нейтральном положении относительно регулировочных кромок гильзы 6. Устанавливают равноплечее коромысло 4 плечом, обращенным к ЦАП 2, на упор в толкатель 3, поджав его к поршневой цепочке ЦАП. Выставляют зазор между вторым плечом коромысла 4 и распределительным золотником 5, равный половине хода поршня младшего разряда поршневой цепочки ЦАП, перемещая крышку 14 в направлении оси распределительного золотника 5, фиксируют это положение с помощью винтов 15 и набора шайб 16. Затем подводят упор 18, соосный распределительному золотнику 5, до касания с коромыслом 4. Устанавливают упор 17, соосный толкателю 3, вращением относительно крышки 14, на расстоянии от коромысла 4, равном ходу поршня младшего разряда поршневой цепочки ЦАП, при нахождении коромысла 4 на упоре в толкатель 3. Перемещают подвижную опору 11 относительно штока обратной связи 12 ЦАП (связаны между собой, например, посредством резьбового соединения) до касания подвижной опорой 11 дополнительного коромысла 10 при нахождении последнего в максимально удаленном от ЦАП положении (при упоре поршня 8 гидроцилиндра в стенку корпуса 1). После чего подают рабочую жидкость в гидравлические магистрали с одновременной подачей давления нагнетания в межпоршневое пространство поршневой цепочки ЦАП, что соответствует сигналам положительной полярности во всех разрядах ЦАП. При этом поршневая цепочка ЦАП, расширяясь (т.к. усилие, развиваемое поршневой цепочкой ЦАП, больше усилия, создаваемого цилиндрическим поршнем 13), сдвигает толкатель 3, а соответственно через коромысло 4 и распределительный золотник 5 в нейтральное (установившееся) положение, при котором поршень 8 остается на упоре в стенку гидроцилиндра 7 корпуса 1. Затем меняют давление нагнетания на давление слива в межпоршневом пространстве поршневой цепочки ЦАП, что соответствует сигналам отрицательной полярности во всех разрядах ЦАП, при этом поршневая цепочка ЦАП сжимается за счет поджатия, создаваемого цилиндрическим поршнем 13. Этим поджатием цилиндрический поршень 13 смещает распределительный золотник 5 на половину хода поршня младшего разряда поршневой цепочки ЦАП от нейтрального (установившегося) положения относительно гильзы 6 в сторону упора 18, при этом открываются щели распределительного золотникового устройства, и давление нагнетания начинает поступать в гидроцилиндр 7 со стороны поршня, обращенной к потенциометру 21, а давление слива с противоположной стороны.

Поршень 8 под действием перепада давлений перемещается к противоположной стенке гидроцилиндра 7, сдвигая дополнительное коромысло 10, а через подвижную опору 11 соответственно шток обратной связи 12 ЦАП. Втягивание штока обратной связи 12 ЦАП, а следовательно, перемещение поршня 8 происходит до тех пор, пока шток обратной связи 12 ЦАП, перемещая поршневую цепочку ЦАП, не сдвинет поршень младшего разряда поршневой цепочки на половину хода в сторону упора 17. В этот момент толкатель 3 через коромысло 4 вернет распределительный золотник 5 в нейтральное (установившееся) положение и перемещение поршня 8 прекратится, в этом положении можно установить второй упор поршня 8. Затем изменяют давление слива на давление нагнетания в межпоршневом пространстве поршневой цепочки с равномерной частотой в определенной последовательности, соответствующей возрастанию двоичного кода электрического сигнала ЦАП, начиная с младшего разряда., соответствующего минимальному зазору между поршнями в поршневой цепочке ЦАП, при этом осуществляют контроль равномерности перемещения штока обратной связи ЦАП по индикаторной головке или по телеметрической информации, снимаемой с потенциометра 21. В противном случае принимают решение о неработоспособности ЦАП.

Подача сигнала только положительной или только отрицательной полярности позволяет проконтролировать работоспособность ЦАП в крайних положениях, для контроля работоспособности во всем диапазоне функционирования давления слива изменяют на давление нагнетания в межпоршневом пространстве поршневой цепочки с равномерной частотой в определенной последовательности, соответствующей возрастанию двоичного кода электрического сигнала ЦАП, начиная с младшего разряда.

Для компенсации разброса габаритных размеров и хода штоков обратной связи 12 различных ЦАП, т.е. чтобы поршень 8 не упирался в стенку гидроцилиндра раньше, чем поршень младшего разряда поршневой цепочки ЦАП сместится на половину хода, длина гидроцилиндра Z<должна удовлетворять соотношению

где Б - ход поршня исполнительного механизма;

А - ширина поршня исполнительного механизма.

Известно, что соотношение ходов поршня 8 и штока обратной связи 12 ЦАП пропорционально соотношению плеч дополнительного коромысла 10, т.е.

где h - ход штока обратной связи ЦАП;

Δ - суммарная величина верхних пределов полей допусков длины и хода штока обратной связи ЦАП, отсюда:

Подставляя (4) в (3), получаем

Выполнение вышеуказанных размеров гидроцилиндра позволяет контролировать работоспособность ЦАП с любой длиной и ходом штока обратной связи ЦАП в пределах поля допуска и вне зависимости от силы поджатия и силы трения подвижных элементов в ЦАП и устройстве для проверки работоспособности ЦАП гидравлических агрегатов. Выполнение отличительных признаков устройства и способа позволяет контролировать работоспособность любого ЦАП без изготовления индивидуального толкателя поршневой цепочки и доработки упора распределительного золотника за счет выполнения крышки, подвижной относительно распределительного золотника, и установки в ней регулируемого упора.

Источники информации

1. А.Н.Гаврилов, И.А.Лебедев "Технология систем управления летательных аппаратов" М.: Машиностроение, 1971 г., стр.363-365.

2. Патент RU №2174626, кл. F15В 9/02, 2000 г.

3. Патент RU №2216653, кл. F15В 9/02, 11/02, 2002 г. - прототип.

Устройство и способ предназначены для испытаний цифроаналоговых преобразователей (ЦАП) гидравлического типа. Устройство содержит корпус с гидравлическими магистралями и установленным в нем исполнительным механизмом с устройством обратной связи, гильзу с регулировочными кромками и распределительный золотник, механизм поджатия, при этом корпус снабжен размещенной последовательно ЦАП крышкой. Способ включает перемещение штока обратной связи ЦАП в крайнее вытянутое положение, установку штока исполнительного механизма на упор, размещение распределительного золотника в нейтральном положении относительно регулировочных кромок гильзы, подачу рабочей жидкости в гидравлические магистрали с одновременной подачей давления нагнетания в межпоршневое пространство поршневой цепочки ЦАП, при этом осуществляют контроль равномерности перемещения штока обратной связи ЦАП по индикаторной головке. Техническим результатом использования изобретения является улучшение технологичности устройства для проверки и способа проверки работоспособности ЦАП гидравлических агрегатов, а также снижение массы и габаритов устройства. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

1. Устройство для проверки работоспособности цифроаналогового преобразователя гидравлических агрегатов, содержащее корпус с гидравлическими магистралями и установленным в нем исполнительным механизмом с устройством обратной связи, взаимодействующим со штоком обратной связи цифроаналогового преобразователя, а также гильзу с регулировочными кромками и распределительный золотник, взаимодействующий с толкателем поршневой цепочки с количеством зазоров, равным количеству разрядов двоичного кода электрического сигнала цифроаналогового преобразователя, механизм поджатия в виде цилиндрического поршня, а также размещенные на корпусе элементы крепления для установки цифроаналогового преобразователя, отличающееся тем, что корпус снабжен размещенной последовательно цифроаналоговому преобразователю крышкой, установленной с возможностью перемещения относительно корпуса и снабженной узлом фиксации, распределительный золотник установлен параллельно толкателю поршневой цепочки и связан с упомянутым толкателем через равноплечее коромысло, размещенное в крышке и снабженное по обе стороны от оси равноплечего коромысла ограничительными упорами, один из которых расположен соосно распределительному золотнику, а второй соосно толкателю поршневой цепочки, причем цилиндрический поршень механизма поджатия установлен в расточке распределительного золотника со стороны, противоположной равноплечему коромыслу, при этом расточка распределительного золотника соединена с магистралью нагнетания через канал, выполненный в распределительном золотнике, при этом устройство обратной связи выполнено в виде дополнительного коромысла, один конец которого, связанный с индикаторной головкой, взаимодействует с подвижной опорой, установленной на штоке обратной связи цифроаналогового преобразователя, а второй конец шарнирно связан со штоком исполнительного механизма, при этом диаметр D и длина L гидроцилиндра исполнительного механизма определяются соотношениями

,

где F_П - сила поджатия штока обратной связи цифроаналогового преобразователя к дополнительному коромыслу;

F_ТР - суммарная сила трения штока обратной связи, поршневой цепочки и толкателя цифроаналогового преобразователя, а также распределительного золотника и устройства для проверки работоспособности цифроаналогового преобразователя гидравлических агрегатов;

l₁ - расстояние от оси вращения дополнительного коромысла до оси гидроцилиндра исполнительного механизма;

l₂ - расстояние от оси вращения дополнительного коромысла до оси штока обратной связи цифроаналогового преобразователя;

P - перепад давления на поршне исполнительного механизма;

d - диаметр штока исполнительного механизма;

A - ширина поршня исполнительного механизма;

h - ход штока обратной связи цифроаналогового преобразователя;

Δ - суммарная величина верхних пределов полей допусков длины и хода штока обратной связи цифроаналогового преобразователя.