ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ Российский патент 2009 года по МПК F15B9/03 

Изобретение относится к электрогидравлическим системам управления (ЭГСУ) скоростью перемещения инерционной нагрузки, соединенной с выходом исполнительного гидродвигателя, по заданному алгоритму перемещения, например электрогидравлическим системам подъема и опускания антенн мобильных радиолокационных станций.

Известен электрогидравлический привод, управляемый по способу регулирования скорости (Патент РФ №2271479, кл. F15В 9/03, 2004), содержащий исполнительный гидродвигатель, регулируемый насос и золотниковый механизм с регулируемой проводимостью дросселирующих окон для регулирования положения выходного вала гидродвигателя, причем в качестве управляющего элемента золотника использован электромеханический элемент, а для обеспечения качества регулирования использован датчик положения золотника и датчик положения вала гидродвигателя.

Недостатками данной системы являются повышенная сложность конструкции и, как следствие, недостаточная надежность.

Известна электрогидравлическая система управления (Патент РФ №2272181, кл. F15В 9/04, 2006). По технической сущности эта система наиболее близка к заявляемому техническому решению и принята за прототип.

Прототип (фиг.1) содержит гидробак, насос переменной производительности, блок управления, релейный гидрораспределитель, дросселирующий гидрораспределитель, блок задания скорости, исполнительный гидродвигатель, причем первый выход блока управления соединен с управляющим входом насоса, второй и третий выходы блока управления электрически соединены с управляющими входами релейного гидрораспределителя, вход блока управления электрически соединен с выходом устройства задания скорости, выход насоса соединен с входом релейного гидрораспределителя и с управляющим входом дросселирующего гидрораспределителя, выходы релейного гидрораспределителя соединены с входами исполнительного гидродвигателя, сливная линия релейного гидрораспределителя соединена с напорным входом дросселирующего гидрораспределителя, выход дросселирующего гидрораспределителя соединен с гидробаком.

В прототипе изменение расхода насоса осуществляется по одной из двух предлагаемых структур:

- насос переменной производительности с электрогидравлическим управлением люльки насоса и нерегулируемый приводной двигатель;

- насос постоянной производительности и регулируемый приводной двигатель.

В случае использования регулируемого приводного двигателя и насоса постоянной производительности возможны варианты применения электродвигателя постоянного или переменного тока. При небольших мощностях привода более оптимальным является вариант регулирования скорости двигателя постоянного тока, например, за счет включения в цепь якоря двигателя ключа, работающего в ШИМ режиме. Однако, как правило, допускаемые параметры сети постоянного тока в мобильных объектах ограничивают применение мощных энергопотребителей, в связи с чем условия применения электродвигателей постоянного тока ограничено. Применение электродвигателей постоянного тока в таких объектах становится нецелесообразным при мощностях более 2÷3 кВт, что соответствует потребляемым токам 50÷100 А. При данных токах существенно увеличивается сечение проводов, размеры входных интерфейсов, ухудшается качество электроэнергии в бортсети, возникают проблемы электромагнитной совместимости с другими системами комплекса.

Использование регулируемого 3-фазного электродвигателя переменного тока приводит к существенному усложнению схемы управления электродвигателем по сравнению с вариантом на постоянном токе, поскольку регулирование должно осуществляться по всем трем фазам. При этом для уменьшения высокочастотных помех в сети переменного тока должны быть применены достаточно мощные фильтры, что в совокупности с усложненной схемой управления приводит к значительному увеличению габаритов блока управления. Усложнение схемы управления соответствующим образом сказывается на надежности привода.

В случае использования насоса переменной производительности с электрогидравлическим управлением люльки недостатком является наличие достаточно сложного контура управления, а сам насос из-за своей конструкции является элементом ненадежности. Из опыта эксплуатации известна интенсивность отказов регулируемого насоса с электрогидравлическим управлением λ≈30·10^-6 1/ч и интенсивность отказов шестеренного насоса λ≈13·10^-6 1/ч. При сравнении интенсивностей отказов видно, что регулируемый насос имеет существенно более низкую надежность.

Таким образом, общими недостатками прототипа в двух вариантах исполнения насосной установки являются сложность конструкции, что негативно сказывается на надежности всей системы в целом, увеличение габаритов блока управления при увеличении мощности привода, а также ограниченная область применения таких систем.

Целью предлагаемого технического решения является повышение надежности и удельной мощности системы при обеспечении приемлемых массогабаритных характеристик для мобильных радиолокационных станций.

Указанная цель достигается тем, что в ЭГСУ, содержащую гидробак, исполнительный гидродвигатель, блок управления, блок задания скорости, трехпозиционный гидрораспределитель, насосную установку, при этом первый и второй выходы блока управления соединены с управляющими входами релейного гидрораспределителя, выход блока задания скорости соединен с входом блока управления, выход насосной установки гидролиниями соединен с напорным входом релейного гидрораспределителя, вход насосной установки соединен с гидробаком, первый выход релейного гидрораспределителя соединен с первым входом исполнительного гидродвигателя, введены переливной клапан, дросселирующий управляемый электрогидрораспределитель, гидрозамок, причем в блок управления введен каскад управления дросселирующим электрогидрораспределителем, а насосная установка состоит из нерегулируемого приводного двигателя и насоса постоянной производительности, вход переливного клапана соединен с выходом насоса постоянной производительности и гидробаком, а выход переливного клапана соединен с входом насоса постоянной производительности, первый выход релейного гидрораспределителя соединен с управляющим входом гидрозамка, сливная линия релейного гидрораспределителя гидролинией соединена с гидробаком, второй выход релейного гидрораспределителя соединен с входом дросселирующего управляемого электрогидрораспределителя, выход которого соединен с входом гидрозамка, выход гидрозамка соединен со вторым входом гидродвигателя, третий выход блока управления соединен с управляющим входом дросселирующего управляемого электрогидрораспределителя.

Материалы заявки поясняются следующими графическими материалами, где

на фиг.1 изображена блок-схема прототипа;

на фиг.2 изображена блок-схема заявляемого устройства;

на фиг.3 представлен вариант структуры блока управления.

Электрогидравлическая система управления (фиг.2) состоит из гидробака 1, переливного клапана 2, релейного гидрораспределителя 3, насосной установки, содержащей насос постоянной производительности 4 и нерегулируемый приводной двигатель (не показан), блока управления 5, исполнительного гидродвигателя 6, блока задания скорости 7, дросселирующего управляемого электрогидрораспределителя 8, гидрозамка 9, причем выход насоса 4 гидравлически соединен с переливным клапаном 2 и напорным входом релейного гидрораспределителя 3, первый выход блока управления 5 электрически соединен с управляющим входом дросселирующего электрогидрораспределителя 8, второй выход блока управления 5 электрически соединен с первым управляющим входом релейного гидрораспределителя 3, третий выход блока управления 5 электрически соединен со вторым управляющим входом релейного гидрораспределителя 3, первый выход релейного гидрораспределителя 3 гидравлически соединен с первым входом исполнительного гидродвигателя 6 и управляющим входом гидрозамка 9, второй вход исполнительного гидродвигателя 6 гидролинией соединен с выходом гидрозамка 9, вход гидрозамка 9 гидравлически соединен с первым выходом дросселирующего электрогидрораспределителя 8, вход которого гидролинией соединен со вторым выходом релейного гидрораспределителя 3, сливная линия релейного гидрораспределителя 3 гидролинией соединена с всасывающей магистралью насоса 4 и гидробаком 1.

Электрогидравлическая система управления скоростью перемещения инерционной нагрузки работает следующим образом.

После включения нерегулируемого приводного двигателя (не показан), например электродвигателя, кинематически связанный с ним насос 4 создает постоянный расход. Находясь в исходном положении, релейный гидрораспределитель 3 создает гидролинию с небольшим гидравлическим сопротивлением от насоса 4 до гидробака 1. При появлении электрического сигнала от блока задания скорости 7 блок управления 5 (фиг.3), включающий в себя блок питания 11, каскады включения релейного гидрораспределителя 12, функциональный преобразователь 13, а также каскад управления дросселирующим электрогидрораспределителем 10, представляющий собой согласующий усилитель и преобразователь ШИМ, вырабатывает по заданному алгоритму сигнал управления дросселирующим электрогидрораспределителем 8. Регулирование скорости перемещения нагрузки обеспечивается за счет изменения гидравлического сопротивления дросселирующего электрогидрораспределителя 8, которое приводит к изменению расхода рабочей жидкости, поступающей в исполнительный гидродвигатель 6, при этом часть жидкости переливается через переливной клапан 2.

При описании работы ЭГСУ целесообразно рассмотреть случаи, когда вектор-момент нагрузки направлен встречно вектору скорости гидродвигателя и когда знак вектора момента нагрузки совпадает со знаком вектора скорости гидродвигателя (попутная нагрузка).

В первом случае, при появлении электрического сигнала от блока задания скорости 7 блок управления 5 в соответствии со знаком скорости формирует команду включения одного из электромагнитов релейного гидрораспределителя 3 (например, подъем), а также вырабатывает сигнал управления дросселирующим электрогидрораспределителем 8, который обеспечивает переменное гидравлическое сопротивление, плавно изменяющееся от максимального (закрытый гидрораспределитель) до минимального (открытый гидрораспределитель), формируя плавный разгон в соответствии с заданным алгоритмом. При достижении максимальной скорости дросселирующий электрогидрораспределитель 8 полностью открыт, при этом потери энергии незначительны. Для обеспечения режима торможения с блока управления 5 подается сигнал на частичное закрытие дросселирующего электрогидрораспределителя 8, при этом часть подачи насоса 4 переливается через переливной клапан 2 в гидробак 1, создавая сеть давления, а объект перемещается со скоростью, соответствующей величине гидравлического сопротивления дросселирующего гидрораспределителя 8 и перепаду давления на нем.

При поступлении команды на опускание инерционной нагрузки (режим попутной нагрузки) блок управления 5 формирует команду на включение другого электромагнита релейного гидрораспределителя 3, а также сигнал управления дросселирующим электрогидрораспределителем 8, который пропорционально сигналу изменяет гидравлическое сопротивление, тем самым задавая режим разгона. При достижении инерционной нагрузкой скорости, соответствующей подаче рабочей жидкости, создаваемой насосом 4 с учетом рабочего объема гидродвигателя, дросселирующий электрогидрораспределитель 8 полностью не открывают, создавая необходимый гидравлический подпор с целью недопущения несанкционированного перемещения нагрузки.

Экспериментальные испытания электрогидравлической системы в составе стенда, имитирующего подъем и опускание инерционной нагрузки, подтвердили надежную работу электрогидравлической системы управления.

Кроме того, заявляемая электрогидравлическая система управления обладает достоинством с точки зрения обеспечения техники безопасности, поскольку при отказе насоса 4 или его приводного двигателя не происходит неуправляемого перемещения нагрузки вследствие запирания канала слива гидрозамка 9, а размещение его непосредственно на исполнительном гидродвигателе 6 делает систему более безопасной в случае повреждения гидролиний, соединяющих релейный гидрораспределитель 3 и полости исполнительного гидродвигателя 6. Применение широко распространенных и доступных элементов делает такую структуру экономически выгодной по сравнению с приведенным аналогом, а также позволяет проектировать привода данного функционального назначения любой мощности при сохранении приемлемых массогабаритных характеристик элементов управления.

Система предназначена для управления скоростью перемещения инерционной нагрузки, соединенной с выходом исполнительного гидродвигателя, по заданному алгоритму перемещения. Система содержит гидробак, исполнительный гидродвигатель, блок управления, блок задания скорости, трехпозиционный гидрораспределитель, насосную установку, выполненную в виде нерегулируемого приводного двигателя и насоса постоянной производительности, в нее введены переливной клапан, дросселирующий управляемый электрогидрораспределитель, гидрозамок, причем в блок управления введен каскад управления дросселирующим электрогидрораспределителем. Технический результат - повышение надежности и удельной мощности системы при обеспечении приемлемых массогабаритных характеристик для мобильных радиолокационных станций. 3 ил.

Электрогидравлическая система управления, содержащая гидробак, исполнительный гидродвигатель, блок управления, блок задания скорости, трехпозиционный гидрораспределитель, насосную установку, при этом первый и второй выходы блока управления соединены с управляющими входами релейного гидрораспределителя, выход блока задания скорости соединен с входом блока управления, выход насосной установки гидролиниями соединен с напорным входом релейного гидрораспределителя, вход насосной установки соединен с гидробаком, первый выход релейного гидрораспределителя соединен с первым входом исполнительного гидродвигателя, отличающаяся тем, что в нее введены переливной клапан, дросселирующий управляемый электрогидрораспределитель, гидрозамок, причем в блок управления введен каскад управления дросселирующим электрогидрораспределителем, а насосная установка выполнена в виде нерегулируемого приводного двигателя и насоса постоянной производительности, вход переливного клапана соединен с выходом насоса постоянной производительности и гидробаком, выход переливного клапана соединен с входом насоса постоянной производительности, первый выход релейного гидрораспределителя соединен с управляющим входом гидрозамка, сливная линия релейного гидрораспределителя гидролинией соединена с гидробаком, второй выход релейного гидрораспределителя соединен с входом дросселирующего электрогидрораспределителя, выход управляемого дросселирующего электрогидрораспределителя соединен с входом гидрозамка, выход гидрозамка соединен со вторым входом гидродвигателя, третий выход блока управления соединен с управляющим входом дросселирующего электрогидрораспределителя.