ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКИЙ СЛЕДЯЩИЙ ПРИВОД ДРОССЕЛЬНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ Российский патент 2009 года по МПК F15B9/00 

Изобретение относится к области гидроавтоматики и может быть использовано в гидросистемах летательных аппаратов.

Известен электрогидравлический следящий привод дроссельного регулирования, содержащий последовательно соединенные задатчик, сравнивающий усилитель, электромеханический преобразователь и струйный усилитель с поворотной струйной трубкой, связанной с электромеханическим преобразователем, и приемной платой, окна которой соединены с полостями гидроцилиндра, шток которого связан цепью отрицательной обратной связи по положению со сравнивающим усилителем [Баженов А.И. и др. «Проектирование следящих гидравлических приводов летательных аппаратов». - М.: Машиностроение, 1978, с.199, рис.4.2].

Недостатками данного привода является зависимость скорости движения исполнительного гидродвигателя от нагрузки на выходном звене, низкая точность, недостаточное демпфирование на резонансных частотах и большой разброс характеристик при работе в различных условиях окружающей среды, обусловленные зависимостью характеристик гидроусилителя и частоты, при которой происходит переход цепи дополнительной обратной связи с положительной на отрицательную, от температуры рабочей жидкости, которая может меняться в процессе работы привода, так как все потери энергии на дросселирование рабочей жидкости преобразуются в теплоту.

Известен электрогидравлический следящий привод дроссельного регулирования, содержащий последовательно соединенные задатчик, сравнивающий усилитель, электромеханический преобразователь, гидроусилитель, соединенный с источником давления питания и выполненный с поворотным элементом, установленным с возможностью взаимодействия с соплами обратной связи, а также гидродвигатель, шток которого связан электрической цепью отрицательной обратной связи по положению со сравнивающим усилителем, а также устройство дополнительной обратной связи по производной от перепада давлений, содержащее гидравлический конденсатор, выполненный в виде подпружиненного поршня, обе полости которого через нерегулируемые дроссели подключены к полостям гидродвигателя, и гидроцилиндра с регулируемыми дросселями, торцевые камеры которого соединены с полостями гидродвигателя, полости регулируемых дросселей - с источником давления управления, а пружинные полости - с пружинными полостями конденсатора, при этом шток снабжен дроссельными иглами, выполненными с возможностью изменения площадей регулируемых дросселей, к которым подключены сопла обратной связи, в котором обеспечивается стабилизация скорости движения исполнительного гидродвигателя [RU №2125667, 1999, прототип].

Недостатками данного привода являются низкая точность, недостаточное демпфирование на резонансных частотах и большой разброс характеристик при работе в различных условиях окружающей среды, обусловленные зависимостью характеристик гидроусилителя и частоты, при которой происходит переход цепи дополнительной обратной связи с положительной на отрицательную, от температуры окружающей среды и рабочей жидкости.

Технической задачей изобретения является создание эффективного электрогидравлического привода и расширение арсенала электрогидравлических приводов.

Технический результат, обеспечивающий решение поставленной задачи, состоит в повышении стойкости, устойчивости и точности привода, увеличение демпфирования на резонансных частотах и устранение разброса характеристик при работе в различных условиях окружающей среды, расширение функциональных возможностей привода за счет возможности изменения заданной температуры рабочей жидкости

Сущность изобретения состоит в том, что электрогидравлический следящий привод дроссельного регулирования содержит последовательно соединенные сравнивающий усилитель, электромеханический преобразователь, гидроусилитель, соединенный с источником давления питания и выполненный с поворотным распределительным элементом, установленным с возможностью взаимодействия с соплами обратной связи, и гидродвигатель, шток которого связан электрической цепью отрицательной обратной связи по положению со сравнивающим усилителем, а также устройство дополнительной обратной связи по производной от перепада давления, включающее гидравлический конденсатор в виде гильзы с подпружиненным с двух сторон поршнем и гидроцилиндр с двумя перегородками и с двумя подпружиненными поршнями, установленными на двустороннем штоке, имеющем профилированные участки для изменения проходных сечений, выполненных в перегородках отверстий регулируемых дросселей, к которым подключены сопла обратной связи, при этом полость гидроцилиндра между перегородками связана с источником давления управления, торцевые камеры штока - с полостями гидродвигателя, а пружинные полости поршней - с пружинными полостями конденсатора, обе полости которого через дроссели постоянного сечения подключены к полостям гидродвигателя, привод снабжен датчиком температуры рабочей жидкости на входе гидроусилителя, датчиком температуры окружающей среды, процессором и связанным с датчиками температуры устройством задания и сравнения температуры рабочей жидкости, а также компрессором с испарителем, конденсатором и вентилятором, регулируемым по скорости вращения, радиатором, проточным электронагревателем и распределительным устройством, причем испаритель и радиатор через распределительное устройство параллельно подключены к источнику давления питания, испаритель выполнен с возможностью теплообмена между рабочей жидкостью и хладагентом компрессора, конденсатор и радиатор установлены с возможностью обдува вентилятором, а электронагреватель установлен на выходе испарителя и радиатора, при этом выход устройства задания и сравнения температуры соединен с процессором, а последний - с приводом переключения распределительного устройства, приводом и переключателем скорости вентилятора, цепью включения/выключения электронагревателя и пусковым устройством компрессора.

Предпочтительно компрессор снабжен вторым вентилятором, установленным с возможностью обдува конденсатора и радиатора, при этом процессор дополнительно связан с приводом и переключателем скорости второго вентилятора, кроме того привод снабжен, по меньшей мере, одним дополнительным электронагревателем, при этом электронагреватели установлены последовательно, а распределительное устройство выполнено в виде трехлинейного трехпозиционого распределителя.

На чертеже изображена принципиальная схема электрогидравлического следящего привода.

Электрогидравлический следящий привод дроссельного регулирования содержит последовательно соединенные задатчик (не изображен) сравнивающий усилитель 1, электромеханический преобразователь 2, гидроусилитель 3, соединенный с источником 4 давления питания и выполненный с приемной платой (не обозначена) для поворотного распределительного элемента 5 (струйная трубка), установленным с возможностью взаимодействия и изменения взаимного положения с соплами 6, 7 обратной связи, а также гидродвигатель 8, шток 9 которого связан электрический цепью 10 отрицательной обратной связи по положению со сравнивающим усилителем 1. Устройство дополнительной обратной связи по производной от перепада давления включает гидравлический конденсатор в виде гильзы 11 с подпружиненным с двух сторон поршнем (не обозначен) и гидроцилиндр обратной связи с двумя перегородками (не обозначены) и с двумя подпружиненными поршнями 12, 13, установленными на двустороннем штоке 14, имеющем профилированные участки для изменения проходных сечений, выполненных в перегородках отверстий 15, 16 регулируемых дросселей, к которым подключены сопла 6, 7 обратной связи. Полость (не обозначена) гидроцилиндра между перегородками связана с источником давления управления (не изображен), торцевые камеры 17, 18 штока 14 - с полостями гидродвигателя 8, а пружинные полости 19, 20 поршней 12, 13 - с пружинными полостями гильзы 11 конденсатора, обе полости которого через дроссели 21, 22 постоянного сечения подключены к полостям гидродвигателя 8. Привод снабжен датчиком 23 температуры рабочей жидкости на входе гидроусилителя 3, датчиком 24 температуры окружающей среды (воздуха), процессором (не изображен), и связанным с датчиками 23, 24 температуры устройством 25 задания и сравнения температуры рабочей жидкости. Привод снабжен также компрессором 26 с испарителем 27, конденсатором 28 и вентиляторами 29, 30, регулируемыми по скорости вращения, радиатором 31, проточными электронагревателями 32 и распределительным устройством 33 в виде трехлинейного трехпозиционого распределителя. Испаритель 27 и радиатор 31 через распределительное устройство 33 параллельно подключены к источнику 4 давления питания, соединенному с резервуаром 34. Испаритель 27 выполнен с возможностью теплообмена между рабочей жидкостью и хладагентом компрессора 26, конденсатор и радиатор установлены с возможностью обдува вентиляторами 29, 30, а электронагреватели 32 установлены на выходе испарителя 28 и радиатора 31. Выход устройства 25 задания и сравнения температуры соединен с процессором, а последний - с приводом переключения распределительного устройства 33, приводом и переключателем скорости вентиляторов 29, 30, цепью включения/выключения электронагревателей 32 и пусковым устройством компрессора 26.

В линии хладагента компрессора 26 имеются ресивер и фильтр-осушитель (не обозначены), которые изображены пунктиром, как и вся герметичная замкнутая трасса циркуляции хладагента.

Электрогидравлический следящий привод дроссельного регулирования работает следующим образом.

Включение задающим устройством и работа привода в автоматическом режиме может производиться, как правило, в диапазоне температур окружающего воздуха от минус 40°С до плюс 40°С. В некоторых случаях диапазон включения может быть расширен от минус 50°С до плюс 50°С.

Рабочая жидкость под давлением подается в гидроусилитель 3, при отсутствии сигнала задатчика давление в полостях гидродвигателя 8 одинаково и шток 9 неподвижен. Рабочая жидкость от источника 4 циркулирует через распределительный элемент 5 (струйную трубку) и резервуар 34, давления в полостях гидродвигателя 8 одинаковы. Для включения привода в оптимальном температурном режиме предварительное установление температуры рабочей жидкости возможно с помощью электронагревателей 32 и/или вентиляторов совместно с радиатором 27 или совместно с компрессором 26 (работа данного оборудования описана ниже). При подаче сигнала задатчика на электромеханический преобразователь 2 возникает перепад давления в полостях гидродвигателя 8. Шток 9 последнего перемещается под действием перепада давлений до тех пор, пока сигнал задатчика не будет скомпенсирован сигналом цепи 10 обратной связи и сигналом дополнительной обратной связи. При подаче сигнала задатчика шток 9 под действием возникшего перепада давлений перемещается, например вправо, давление в полостях гильзы 11 гидравлического конденсатора равно давлению в соответствующих полостях гидродвигателя 8, шток 14 гидроцилиндра обратной связи перемещается вправо, вследствие чего изменяются площади отверстий 15, 16 регулируемых дросселей. Это в свою очередь приводит к увеличению расхода через сопло 7 обратной связи и уменьшению расхода через сопло 6 обратной связи. В результате шток 9 гидродвигателя 8 перемещается вправо, тем самым реализуется положительная обратная связь по перепаду давления на малых частотах привода.

При работе привода на больших частотах давление в полостях гидродвигателя 8 отличается от давления в соответствующих полостях гильзы 11 гидравлического конденсатора, а давление в торцевых камерах 17, 18 равно давлению в соответствующих полостях гидродвигателя 8. Отклонения давления в полостях гидравлической гильзы 11 по сравнению с давлением в полостях гидродвигателя 8 при больших частотах достигают такой величины, что шток 14 гидроцилиндра обратной связи будет за счет разницы площадей, а также перепада давления в камерах 17, 18, перемещаться влево, знак дополнительной обратной связи по производной от перепада давления изменится с плюса на минус. Тем самым при работе привода будет одновременно реализовываться отрицательная обратная связь по производной от перепада давления и по положению.

Момент, в котором происходит изменение знака дополнительной обратной связи по производной от перепада давления, зависит от вязкости и, следовательно, от температуры рабочей жидкости.

В процессе непрерывной работы происходит нагрев рабочей жидкости в резервуаре 34 до достижения установившейся температуры, длительность достижения и значение которой для одного и того же привода зависит от условий теплоотвода, преимущественно от температуры окружающей среды (атмосферного воздуха), которая может колебаться в пределах ±50°С. Вязкость рабочей жидкости (минерального масла МГЕ 10А или МГЕ 10Б и т.п.) может изменяться при этом в несколько раз, а во всем указанном диапазоне - в тысячи раз. Соответственно изменяются гидравлические потери на всех участках протекания рабочей жидкости.

Данные явления неизбежно приводят к снижению точности работы и нестабильности статических и динамических характеристик привода.

Если включение осуществляется при низкой температуре окружающей среды и рабочей жидкости, вязкость рабочей жидкости велика и отработка приводом сигнала задатчика протекает замедленно, при повышенных значениях перепада давления на гидродвигателе 8. В этом случае при включении или перед ним включаются электронагреватели 32, которые обеспечивают повышение температуры рабочей жидкости до оптимальной (как правило, 20±5°С) или близкой к ней. В дальнейшем, если привод работает в условиях температуры окружающей среды ниже минус 30°С, количество работающих электронагревателей 32 может уменьшаться, поддерживая стабильный оптимальный температурный режим рабочей жидкости. Компрессор 26 и вентиляторы 29, 30 при этом не включаются. Процессором устанавливается левое (по чертежу) положение трехлинейного трехпозиционого распределителя распределительного устройства 33, и поток рабочей среды циркулирует через испаритель 24 без охлаждения в нем.

Однако, чаще всего даже при отрицательной температуре рабочей жидкости, тепловыделение в приводе так велико (в основном за счет дросселирования), что после нескольких минут работы температура рабочей жидкости может превышать оптимальную, а при включении в условиях повышенной температуры окружающей среды температура рабочей жидкости превышает оптимальную уже в момент включения.

Поэтому для обеспечения работы привода включаются средства охлаждения в гидролинии источника 4 рабочей жидкости. В соответствии с температурой окружающей среды процессором устанавливается правое или левое (по чертежу) положение трехлинейного трехпозиционого распределителя распределительного устройства 33, и поток рабочей среды проходит через испаритель 27 или радиатор 31.

Если температура окружающей среды отрицательная, циркуляция рабочей жидкости производится через радиатор 31 при включении одного или двух вентиляторов 29, 30. Для этого процессором устанавливается правое (по чертежу) положение трехлинейного трехпозиционого распределителя распределительного устройства 33 и включаются сначала два вентилятора 29, 30. Тепло, отбираемое от рабочей жидкости, отводится воздухом, проходящим через наружную поверхность радиатора 31, которая обдувается с помощью вентиляторов 29, 30. В дальнейшем при снижении температуры рабочей жидкости до оптимальной один из вентиляторов 29, 30 может выключаться и включаться периодически. Если температура рабочей жидкости снизится значительно ниже оптимальной, могут периодически выключаться и включаться оба вентилятора 29, 30, в соответствии с программой процессора.

Если температура окружающей среды положительная, циркуляция рабочей жидкости производится через испаритель 27 при включении одного или двух вентиляторов 29, 30. Для этого процессором устанавливается левое (по чертежу) положение трехлинейного трехпозиционого распределителя распределительного устройства 33 и включаются компрессор 26 и два вентилятора 29, 30. Компрессор 26 осуществляет сжатие и циркуляцию паров хладагента (например, фреона). В конденсаторе 28 происходит охлаждение паров хладагента до температуры конденсации и последующая конденсация паров, тепло, выделяющееся при этом, отводится воздухом под действием вентиляторов 29, 30, которые обеспечивают просасывание окружающего воздуха через конденсатор 28. Фильтр-осушитель предназначен для очистки хладагента от механических примесей и удаления из него влаги путем поглощения ее силикагелем. В испарителе 27 происходит кипение хладагента за счет тепла, отбираемого от рабочей жидкости. При этом тепло, отбираемое от рабочей жидкости, отводится хладагентом, проходящим через каналы испарителя 27, которые выполнены смежными (соприкасающимися) с каналами рабочей жидкости. В дальнейшем при снижении температуры рабочей жидкости один из вентиляторов 26, 27 может выключаться и включаться процессором по сигналам датчика 23 периодически.

Как при работе испарителя 27, так и при работе радиатора 31 возможна настройка установившейся температуры рабочей жидкости в более узком диапазоне (±2°С) с помощью вентиляторов 29, 30. Приводы вентиляторов 29, 30 переменного тока обеспечивают возможность включения процессором как вместе, так и порознь с номинальным (2800) или пониженным (1450) числом оборотов в минуту. Изменение скорости производится путем переключения соединения трехфазной обмотки двигателя вентилятора 29 и 30 с треугольника на звезду и обратно.

Как при работе испарителя 27, так и при работе радиатора 31 возможна еще более тонкая настройка установившейся температуры рабочей жидкости (±1°С) с помощью электронагревателей 32, которые включаются в соответствии с алгоритмами автоматических режимов и осуществляют дополнительную коррекцию температуры рабочей жидкости.

Так как радиатор 31 максимально приближен и расположен в пространстве параллельно конденсатору 28, они обдуваются одними и теми же вентиляторами 29, 30, в результате резко сокращаются габариты и мощность, потребляемая на поддержание стабильной оптимальной температуры.

Датчик 23 температуры, осуществляющий контроль температуры рабочей жидкости, и датчик 24 температуры, осуществляющий контроль температуры воздуха, подключены к процессору, который в процессе работы использует измеренные величины температуры при управлении устройствами привода. В качестве датчиков 23, 24 температуры могут использоваться предпочтительно малоинерционные платиновые термосопротивления ТСП 001-04 по ТУ4211-007-02566817-97.

Донесение о нормальном температурном режиме привода и возможности его работы в режиме управления гидродвигателем 8 формируется процессором, если температура рабочей жидкости находится в заданных пределах и не произошло отключение привода вследствие внутренней неисправности: отказ компрессора 26, обоих вентиляторов 29, 30, одного или более электронагревателей 32 и распределительного устройства 33. При отсутствии донесения о нормальном температурном режиме задатчик или процессор (в соответствии с заложенной программой) выключает привод и сигнализирует о наличии неисправности.

Характеристики аппаратуры оцениваются согласно ГОСТ РВ 20.39.301-98:

"Стойкость - свойство аппаратуры сохранять свои параметры в пределах установленных норм во время и после воздействия на нее определенного внешнего фактора (группы факторов)...

Устойчивость - свойство аппаратуры сохранять свои параметры в пределах установленных норм во время воздействия на нее определенного внешнего фактора (группы факторов)...

Прочность - свойство аппаратуры сохранять свои параметры в пределах установленных норм после воздействия на нее определенного внешнего фактора (группы факторов)..."

Данный привод сохраняет свои параметры в пределах установленных норм во время и после воздействия на него внешнего фактора - температуры окружающей среды, т.е. является стойким, прочным и устойчивым.

В результате температура окружающей среды рабочей жидкости практически не влияет на значения параметров, при которых знак дополнительной обратной связи по производной от перепада давления изменится с плюса на минус.

Таким образом, создан эффективный электрогидравлический следящий привод дроссельного регулирования и расширен арсенал электрогидравлических следящих приводов дроссельного регулирования.

При этом расширен температурный диапазон надежной работы привода, повышены стойкость, устойчивость и точность привода, увеличено демпфирование на резонансных частотах и устранен разброс характеристик при работе в различных условиях окружающей среды, расширены функциональных возможностей привода за счет возможности изменения заданной температуры рабочей жидкости.

Привод предназначен для автоматического регулирования. Привод содержит последовательно соединенные задатчик, сравнивающий усилитель 1, электромеханический преобразователь 2, гидроусилитель 3, соединенный с источником 4 давления питания и выполненный с приемной платой для поворотного распределительного элемента 5 (струйная трубка), установленным с возможностью взаимодействия и изменения взаимного положения с соплами 6, 7 обратной связи, а также гидродвигатель 8, шток 9 которого связан электрической цепью 10 отрицательной обратной связи по положению со сравнивающим усилителем 1. Устройство дополнительной обратной связи по производной от перепада давления включает гидравлический конденсатор в виде гильзы 11 с подпружиненным с двух сторон поршнем и гидроцилиндр обратной связи с двумя перегородками и с двумя подпружиненными поршнями 12, 13, установленными на двустороннем штоке 14, имеющем профилированные участки для изменения проходных сечений, выполненных в перегородках отверстий 15, 16 регулируемых дросселей, к которым подключены сопла 6, 7 обратной связи. Полость гидроцилиндра между перегородками связана с источником давления управления, торцевые камеры 17, 18 штока 14 - с полостями гидродвигателя 8, а пружинные полости 19, 20 поршней 12, 13 - с пружинными полостями гильзы 11 конденсатора, обе полости которого через дроссели 21, 22 постоянного сечения подключены к полостям гидродвигателя 8. Привод снабжен датчиком 23 температуры рабочей жидкости на входе гидроусилителя 3, датчиком 24 температуры окружающей среды (воздуха), процессором (не изображен) и связанным с датчиками 23, 24 температуры устройством 25 задания и сравнения температуры рабочей жидкости. Привод снабжен компрессором 26 с испарителем 27, конденсатором 28 и вентиляторами 29, 30, регулируемыми по скорости вращения, радиатором 31, проточными электронагревателями 32 и распределительным устройством 33 в виде трехлинейного трехпозиционого распределителя. При этом расширен температурный диапазон надежной работы привода, повышены стойкость, устойчивость и точность привода, увеличено демпфирование на резонансных частотах и устранен разброс характеристик при работе в различных условиях окружающей среды, расширены функциональных возможностей привода за счет возможности изменения заданной температуры рабочей жидкости. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Электрогидравлический следящий привод дроссельного регулирования, содержащий последовательно соединенные сравнивающий усилитель, электромеханический преобразователь, гидроусилитель, соединенный с источником давления питания и выполненный с поворотным распределительным элементом, установленным с возможностью взаимодействия с соплами обратной связи, и гидродвигатель, шток которого связан электрической цепью отрицательной обратной связи по положению со сравнивающим усилителем, а также устройство дополнительной обратной связи по производной от перепада давления, включающее гидравлический конденсатор в виде гильзы с подпружиненным с двух сторон поршнем и гидроцилиндр с двумя перегородками и с двумя подпружиненными поршнями, установленными на двустороннем штоке, имеющем профилированные участки для изменения проходных сечений выполненных в перегородках отверстий регулируемых дросселей, к которым подключены сопла обратной связи, полость гидроцилиндра между перегородками связана с источником давления управления, торцевые камеры штока - с полостями гидродвигателя, а пружинные полости поршней - с пружинными полостями конденсатора, обе полости которого через дроссели постоянного сечения подключены к полостям гидродвигателя, отличающийся тем, что он снабжен датчиком температуры рабочей жидкости на входе гидроусилителя, датчиком температуры окружающей среды, процессором, и связанным с датчиками температуры устройством задания и сравнения температуры рабочей жидкости, а также компрессором с испарителем, конденсатором и вентилятором, регулируемым по скорости вращения, радиатором, проточным электронагревателем и распределительным устройством, причем испаритель и радиатор через распределительное устройство параллельно подключены к источнику давления питания, испаритель выполнен с возможностью теплообмена между рабочей жидкостью и хладагентом компрессора, конденсатор и радиатор установлены с возможностью обдува вентилятором, а электронагреватель установлен на выходе испарителя и радиатора, при этом выход устройства задания и сравнения температуры соединен с процессором, а последний - с приводом переключения распределительного устройства, приводом и переключателем скорости вентилятора, цепью включения/выключения электронагревателя и пусковым устройством компрессора.2. Привод по п.1, отличающийся тем, что компрессор снабжен вторым вентилятором, установленным с возможностью обдува конденсатора и радиатора, при этом процессор дополнительно связан с приводом и переключателем скорости второго вентилятора.3. Привод по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что распределительное устройство выполнено в виде трехлинейного трехпозиционого распределителя.4. Привод по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что он снабжен, по меньшей мере, одним дополнительным электронагревателем, при этом электронагреватели установлены последовательно.