ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКИЙ СЛЕДЯЩИЙ ПРИВОД ОБЪЕМНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ Российский патент 2009 года по МПК F15B9/03 

Изобретение относится к области систем автоматического управления и может быть использовано в электрогидравлических следящих приводах (ЭГСП) наведения и стабилизации при отборе мощности непосредственно от вала газотурбинного двигателя (ГТД).

Известен электрогидравлический следящий привод объемного регулирования, содержащий состоящий из последовательно соединенных СКВТ-датчика, вход которого соединен с датчиком скорости задающей оси, СКВТ-приемника, усилителя, гидроусилителя, к выходам которого подключены первый и второй силовые цилиндры, регулирующий орган гидронасоса (люлька), с которым соединен датчик люльки, насос, гидромотор, выход которого соединен с редуктором и датчиком скорости исполнительной оси и через редуктор с объектом регулирования. Нагнетающая и всасывающая полости гидропривода соединены со входами датчиков давления, выходы которых соединены со входом усилителя. С входами усилителя также соединены выходы датчика люльки и выходы датчиков скорости исполнительной оси и задающей оси, насос соединен через муфту подключения к валу ГТД, а также с тахогенератором, выход которого соединен с датчиком люльки (Прокофьев В.Н. и др. Проектирование и расчет автономных приводов, М., Машиностроение, 1978, с.198-204).

Недостатками этого привода является то, что при отработке ступенчатых воздействий возникают пиковые нагрузки, которые существенно превышают по мощности номинальные значения нагрузок приводного двигателя мобильного объекта, что приводит к преждевременному механическому разрушению торсионного предохранительного механизма и, как следствие, к выходу из "строя" устройства в целом, а также узость температурного диапазона надежной работы привода, низкая долговечность из-за изменения свойств рабочей жидкости (минеральные масла, являющиеся рабочей жидкостью, разлагаются тем быстрее, чем выше температура эксплуатации), низкая точность, недостаточное демпфирование при ступенчатых нагрузках и большой разброс характеристик при работе в различных условиях окружающей среды, обусловленные зависимостью характеристик объемной гидропередачи насос-гидромотор и гидроусилителя регулирующего органа насоса, от температуры рабочей жидкости.

Известен также электрогидравлический следящий привод объемного регулирования, содержащий регулируемый насос, соединенный силовыми гидролиниями с исполнительным гидромотором, включенные последовательно синусно-косинусный вращающийся трансформатор-датчик, кинематически связанный с задающим валом и датчиком скорости данной оси, синусно-косинусный вращающийся трансформатор-приемник, кинематически связанный с исполнительным гидромотором, суммирующий усилитель и гидроусилитель, соединенный с полостями силовых цилиндров поворотного регулирующего органа насоса, датчик положения регулирующего органа насоса, подключенный к входу суммирующего усилителя датчики давления в силовых гидролиниях, датчик скорости гидромотора, выходной вал которого кинематически связан редуктором с исполнительной механизмом (RU №2099765, 1997, прототип).

Недостатками данного привода являются узость температурного диапазона надежной работы привода, низкая долговечность из-за изменения свойств рабочей жидкости (минеральные масла, являющиеся рабочей жидкостью, разлагаются тем быстрее, чем выше температура эксплуатации), низкая точность, недостаточное демпфирование при ступенчатых нагрузках и большой разброс характеристик при работе в различных условиях окружающей среды, обусловленные зависимостью характеристик объемной гидропередачи насос-гидромотор и гидроусилителя регулирующего органа насоса, от температуры рабочей жидкости.

Технической задачей изобретения является создание эффективного электрогидравлического следящего привода объемного регулирования и расширение арсенала электрогидравлических следящих приводов объемного регулирования.

Технический результат, обеспечивающий решение поставленной задачи, состоит в расширении температурного диапазона надежной работы привода, повышении долговечности благодаря стабилизации свойств рабочей жидкости, повышении стойкости, устойчивости и точности, обеспечении демпфирования при ступенчатых нагрузках и уменьшении разброса характеристик при работе в различных условиях окружающей среды.

Сущность изобретения состоит в том, что электрогидравлический следящий привод содержит регулируемый насос, соединенный силовыми гидролиниями с гидромотором, включенные последовательно суммирующий усилитель и гидроусилитель, соединенный с полостями силовых цилиндров поворотного регулирующего органа насоса, и подключенные ко входам суммирующего усилителя датчики положения регулирующего органа насоса, давления в силовых гидролиниях, положения исполнительного органа и скорости гидромотора, выходной вал которого кинематически связан с исполнительным механизмом, привод снабжен датчиками температуры рабочей жидкости в силовых гидролиниях, датчиком температуры окружающей среды, процессором и связанным с датчиками температуры устройством задания и контроля температуры рабочей жидкости, а также компрессором с испарителем, конденсатором и вентилятором, регулируемым по скорости вращения, радиатором, проточным электронагревателем и распределительным устройством, причем проточный электронагреватель включен в одну из силовых гидролиний, а испаритель и радиатор через распределительное устройство включены параллельно в другую силовую гидролинию, испаритель выполнен с возможностью теплообмена между рабочей жидкостью и хладагентом компрессора, конденсатор и радиатор установлены с возможностью обдува вентилятором, при этом выход устройства задания и контроля 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 переключателем скорости второго вентилятора, распределительное устройство выполнено в виде трехлинейного двухпозиционого распределителя.

Кроме того, привод снабжен, по меньшей мере, одним дополнительным электронагревателем, при этом электронагреватели установлены последовательно, и снабжен дросселем, установленным в силовой гидролинии последовательно электронагревателю и выполненным с гидравлическим сопротивлением, выбранным из условия равенства сопротивлений силовых гидролиний.

На чертеже представлена принципиальная схема электрогидравлического следящего привода объемного регулирования.

Электрогидравлический следящий привод объемного регулирования содержит регулируемый насос 1, соединенный силовыми гидролиниями 2, 3 с исполнительным гидромотором 4, связанным редуктором 5 с валом 6 исполнительного механизма 7 привода, включенные последовательно суммирующий усилитель 8 и гидроусилитель 9, соединенный с полостями силовых цилиндров 10, 11 поворотного регулирующего органа 12 насоса 1. Ко входам суммирующего усилителя 8 подключены датчик 13 положения регулирующего органа 12 насоса 1, датчики 14, 15 давления в силовых гидролиниях 2, 3, датчик 16 положения исполнительного механизма 7 и датчик 17 скорости гидромотора 4. Привод снабжен датчиками 18, 19 температуры рабочей жидкости в силовых гидролиниях 2, 3, датчиком 20 температуры окружающей среды (воздуха), процессором (не изображен) и связанным с датчиками 18-20 температуры и с усилителем 8 устройством 21 задания и контроля температуры рабочей жидкости. Между полостями цилиндров 10, 11 может быть включен регулируемый дроссель 22, связанный с процессором. Привод снабжен также компрессором 23 с испарителем 24, конденсатором 25 и вентиляторами 26, 27, регулируемыми по скорости вращения, проточным радиатором 28, проточными электронагревателями 29 и распределительным устройством 30. Проточные электронагреватели 29 включены последовательно друг другу в силовую гидролинию 2, а испаритель 24 и радиатор 28 через распределительное устройство 30 в виде трехлинейного двухпозиционого распределителя включены параллельно друг другу в силовую гидролинию 3. Испаритель 24 выполнен с возможностью теплообмена между рабочей жидкостью и хладагентом (фреон) компрессора 23. Предпочтительно используется компрессор 23 поршневой, одноступенчатый, герметичный.

Конденсатор 25 и радиатор 28 установлены с возможностью обдува вентиляторами 26, 27. Выход устройства 22 контроля соединен с процессором, а последний - с приводом переключения распределительного устройства 30, приводом и переключателем скорости (не обозначены) вентиляторов 26, 27, цепью включения/выключения электронагревателей 29 и пусковым устройством (не обозначено) компрессора 23. Усилитель 8 связан с задающим устройством (не изображено).

Кроме того, привод снабжен дросселем 31, установленным в силовой гидролинии 2 последовательно электронагревателям 29 и выполненным с гидравлическим сопротивлением, выбранным из условия равенства сопротивлений силовых гидролиний 2, 3.

В линии хладагента компрессора 23 имеются ресивер и фильтр-осушитель (не обозначены), которые изображены пунктиром, как и вся герметичная замкнутая трасса циркуляции хладагента.

При необходимости, к силовым гидролиниям 2, 3 подключаются средства подпитки с баком и насосом (не изображено).

Электрогидравлический следящий привод объемного 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 40°С. В некоторых случаях диапазон включения может быть расширен в пределах ±50°С.

При отработке приводом сигналов задающего устройства напряжение, пропорциональное ошибке по положению исполнительного механизма 7, поступает на входы усилителя 8. При рассогласовании, равном или большем заданного уровня, определяемого величиной максимальной допустимой динамической ошибки, с выхода усилителя 8 поступает управляющий сигнал на гидроусилитель 9, создающий перепад давления в полостях цилиндров 10, 11. Последние устанавливают регулирующий орган 12 в положение, соответствующее сигналу задающего устройства. В гидролиниях 2, 3 формируется перепад давления, обеспечивающий поворот вала гидромотора 4. В процессе поворота вала гидромотора 4 на вход усилителя 8 поступают сигналы датчиков 13, 14, 15, 16, 17, обеспечивающие коррекцию перепада давления в полостях цилиндров 10, 11 в соответствии с фактическими условиями (нагрузкой) привода.

В кратковременном режиме при разгоне механизма 7 свыше допустимого происходит мгновенный рост температуры в гидролиниях 2, 3, измеряемый датчиками 18, 19, в этом случае процессор осуществляет регулируемое открытие дросселя 22, который, перемыкая полости силовых цилиндров 10, 11, уменьшает скорость переброса регулирующего органа 12 и соответственно ускорение механизма 7.

В процессе непрерывной работы происходят нагрев и соответствующее изменение объема рабочей жидкости в гидролиниях 2, 3 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, в том числе на гидроусилителе 9, гидромоторе 4 и в силовых гидролиниях 2, 3, увеличивается нагрузка на систему подпитки, сбрасывающую или подающую рабочую жидкость в объеме, соответствующем изменению ее объема.

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 задающего устройства протекает замедленно при повышенных значениях перепада давления на гидромоторе 4. В этом случае при включении или незадолго перед ним включаются электронагреватели 29, 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 29 может уменьшаться, поддерживая стабильный оптимальный температурный режим рабочей жидкости. Компрессор 23 и вентиляторы 26, 27 при этом не включаются. Процессором устанавливается правое (по чертежу) положение трехлинейного двухпозиционого распределителя распределительного устройства 30, и поток рабочей среды циркулирует в гидролинии 3 через испаритель 24 без охлаждения в нем.

Однако чаще всего даже при отрицательной температуре рабочей жидкости тепловыделение, пропорциональное гидравлическим потерям в контуре насос 1 - гидромотор 4, так велико, 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 включаются средства охлаждения в гидролинии 3. В соответствии с температурой окружающей среды процессором устанавливается правое или левое (по чертежу) положение трехлинейного двухпозиционого распределителя распределительного устройства 30, и поток рабочей среды проходит через испаритель 24 или радиатор 28.

Если температура окружающей среды отрицательная, циркуляция рабочей жидкости производится через радиатор 28 при включении одного или двух вентиляторов 26, 27. Для этого процессором устанавливается левое (по чертежу) положение трехлинейного двухпозиционого распределителя распределительного устройства 30 и включаются сначала два вентилятора 26, 27. Тепло, отбираемое от рабочей жидкости, отводится воздухом, проходящим через наружную поверхность радиатора 28, которая обдувается с помощью вентиляторов 26, 27. В дальнейшем при снижении температуры рабочей жидкости один из вентиляторов 26, 27 или они оба могут выключаться и включаться периодически.

Если температура окружающей среды положительная, циркуляция рабочей жидкости производится через испаритель 24 при включении одного или двух вентиляторов 26, 27. Для этого процессором устанавливается правое (по чертежу) положение трехлинейного двухпозиционого распределителя распределительного устройства 30 и включаются компрессор 23 и два вентилятора 26, 27. Компрессор 23 осуществляет сжатие и циркуляцию паров хладагента (например, фреона). В конденсаторе 25 происходит охлаждение паров хладагента до температуры конденсации и последующая конденсация паров, тепло, выделяющееся при этом, отводится воздухом под действием вентиляторов 26, 27, которые обеспечивают просасывание окружающего воздуха через конденсатор 25. Фильтр-осушитель предназначен для очистки хладагента от механических примесей и удаления из него влаги путем поглощения ее силикагелем. В испарителе 24 происходит кипение хладагента за счет тепла, отбираемого от рабочей жидкости. При этом тепло, отбираемое от рабочей жидкости, отводится хладагентом, проходящим через каналы испарителя 24, 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 датчиков 18, 19 периодически.

Как при работе испарителя 24, так и при работе радиатора 28 возможна настройка установившейся температуры рабочей жидкости в более узком диапазоне (±2°С) с помощью вентиляторов 26, 27. Приводы вентиляторов 26, 27 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 26, 27 с треугольника на звезду и обратно. Изменение скорости вентилятора изменяет объем просасываемого воздуха и, следовательно, холодопроизводительность средств охлаждения при работе испарителя 24 и при работе радиатора 28.

Как при работе испарителя 24, так и при работе радиатора 28 возможна еще более тонкая настройка установившейся температуры рабочей жидкости (±1°С) с помощью электронагревателей 29, которые включаются в соответствии с алгоритмами автоматических режимов и осуществляют дополнительную коррекцию температуры рабочей жидкости.

Так как радиатор 28 максимально приближен и расположен в пространстве параллельно конденсатору 25, они обдуваются одними и теми же вентиляторами 26, 27, в результате резко сокращаются габариты и потребляемая на регулирование температуры мощность.

Датчики 18, 19 температуры, осуществляющие контроль температуры рабочей жидкости, и датчик 20 температуры, осуществляющий контроль температуры воздуха, подключены к процессору, который в процессе работы использует измеренные величины температуры при управлении устройствами привода. В качестве датчиков 18-20 температуры используются предпочтительно малоинерционные платиновые термосопротивления ТСП 001-04 по ТУ4211-007-02566817-97.

Дроссель 31 обеспечивает равенство гидравлического сопротивления гидролиний 2, 3 при оптимальной температуре рабочей жидкости.

Донесение о нормальном температурном режиме привода формируется процессором, если температура рабочей жидкости находится в заданных пределах и не произошло отключение привода вследствие внутренней неисправности: отказ компрессора 23, обоих вентиляторов 26, 27, одного или более электронагревателей 29 и распределительного устройства 30. При отсутствии донесения о нормальном температурном режиме задающее устройство 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.

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

При этом расширен температурный диапазон надежной работы привода, повышена долговечность благодаря стабилизации свойств рабочей жидкости, повышены стойкость, устойчивость и точность, обеспечено демпфирование при ступенчатых нагрузках и уменьшение разброса характеристик при работе в различных условиях окружающей среды.

Привод предназначен для автоматического регулирования. Привод содержит регулируемый насос, соединенный силовыми гидролиниями с исполнительным гидромотором, связанным редуктором с валом исполнительного механизма привода, включенные последовательно суммирующий усилитель и гидроусилитель, соединенный с полостями силовых цилиндров поворотного регулирующего органа. Ко входам суммирующего усилителя подключены датчик положения регулирующего органа насоса, датчики давления в силовых гидролиниях, датчик положения исполнительного механизма и датчик скорости гидромотора. Привод снабжен датчиками температуры рабочей жидкости в силовых гидролиниях, датчиком температуры окружающей среды (воздуха), процессором и связанным с датчиками температуры и с усилителем устройством задания и контроля температуры рабочей жидкости. Между полостям цилиндров может быть включен регулируемый дроссель, связанный с процессором. Привод снабжен также компрессором с испарителем, конденсатором и вентиляторами, регулируемыми по скорости вращения, проточным радиатором, проточными электронагревателями и распределительным устройством. Проточные электронагреватели включены последовательно друг другу в силовую гидролинию, а испаритель и радиатор через распределительное устройство в виде трехлинейного двухпозиционого распределителя включены параллельно друг другу в силовую гидролинию. Испаритель выполнен с возможностью теплообмена между рабочей жидкостью и хладагентом (фреон) компрессора. Конденсатор и радиатор установлены с возможностью обдува вентиляторами. Выход устройства контроля соединен с процессором, а последний - с приводом переключения распределительного устройства, переключателем скорости вентиляторов цепью включения/выключения электронагревателей и пусковым устройством компрессора. При этом расширен температурный диапазон надежной работы привода, повышена долговечность благодаря стабилизации свойств рабочей жидкости, повышена точность, обеспечено демпфирование при ступенчатых нагрузках и уменьшение разброса характеристик при работе в различных условиях окружающей среды. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Электрогидравлический следящий привод объемного регулирования, содержащий регулируемый насос, соединенный силовыми гидролиниями с гидромотором, включенные последовательно суммирующий усилитель и гидроусилитель, соединенный с полостями силовых цилиндров поворотного регулирующего органа насоса, и подключенные ко входам суммирующего усилителя датчики положения регулирующего органа насоса, давления в силовых гидролиниях, положения исполнительного органа и скорости гидромотора, выходной вал которого кинематически связан с исполнительным механизмом, отличающийся тем, что он снабжен датчиками температуры рабочей жидкости в силовых гидролиниях, датчиком температуры окружающей среды, процессором и связанным с датчиками температуры устройством задания и контроля температуры рабочей жидкости, а также компрессором с испарителем, конденсатором и вентилятором, регулируемым по скорости вращения, радиатором, проточным электронагревателем и распределительным устройством, причем проточный электронагреватель включен в одну из силовых гидролиний, а испаритель и радиатор через распределительное устройство включены параллельно в другую силовую гидролинию, испаритель выполнен с возможностью теплообмена между рабочей жидкостью и хладагентом компрессора, конденсатор и радиатор установлены с возможностью обдува вентилятором, при этом выход устройства задания и контроля 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 переключателем скорости второго вентилятора.3. Привод по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что распределительное устройство выполнено в виде трехлинейного двухпозиционого 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.5. Привод по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что он снабжен дросселем, установленным в силовой гидролинии последовательно электронагревателю и выполненным с гидравлическим сопротивлением, выбранным из условия равенства сопротивлений силовых гидролиний.