ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ПРИВОД Российский патент 2009 года по МПК F15B7/00 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в высокоточных дистанционно управляемых электрогидравлических приводах.

Известен регулируемый гидропривод (Д.Н. Попов. Динамика и регулирование гидро- и пневмосистем. М., «Машиностроение», 1977, стр.330-332 [1]). Регулируемый насос магистралями соединен с гидромотором, имеющим постоянный рабочий объем. Подача насоса регулируется изменением угла наклона блока цилиндров с помощью механизма управления. Вал гидромотора кинематически связан с нагрузкой. Для восполнения утечек рабочей жидкости в замкнутом объеме «насос-гидромотор» служит вспомогательный насос.

Давление в напорной гидролинии вспомогательного насоса поддерживается постоянным с помощью предохранительного клапана. Напорная гидролиния вспомогательного насоса через фильтр и два подпиточных клапана подключена к магистралям гидропривода, соединяющим регулируемый насос и гидромотор. Подпиточные клапаны позволяют поддерживать в магистралях давление подпитки, достаточное для обеспечения бескавитационной работы гидропривода при различной (в зависимости от режима работы привода) величине компенсируемых утечек рабочей жидкости.

В качестве механизма управления регулируемого насоса могут быть использованы механические, электрические и электрогидравлические устройства.

Известен также электрогидравлический привод (ЭГП) (В.Н. Прокофьев. Динамика гидропривода. М, «Машиностроение», 1972, стр.15-18 [2]), обладающий более высокой чувствительностью к управляющему сигналу за счет использования в качестве механизма управления регулируемого насоса электрогидравлического устройства. Регулирование подачи при этом происходит за счет изменения величины электрического управляющего сигнала, подаваемого на вход механизма управления. Компенсация утечек из силовой части ЭГП осуществляется посредством вспомогательного насоса, к напорной гидролинии которого подключен предохранительный клапан, поддерживающий в ней постоянное давление, и через два подпиточных клапана, входы каждого из которых соединены с напорной гидролинией вспомогательного насоса, а их выходы - с соответствующими магистралями ЭГП.

Для обеспечения необходимого уровня давления подпитки во всех режимах работы ЭГП выбор параметров подпиточных клапанов проводится из условия обеспечения наименьшей интенсивности нарастания крутизны их статических характеристик, близкой к нулевому значению (т.е. отношение изменения давления к изменению расхода dp/dQ≈0) (фиг.1).

Наиболее близким к заявляемому электрогидравлическому приводу является ЭГП изделия СП190Э АЮИЖ 461324.001-01 ТО (ФГУП «ВНИИ «Сигнал», г.Ковров, 2002), выбранный за прототип. Данный следящий ЭГП дистанционного управления состоит из регулируемого насоса с электрогидравлическим механизмом управления, соединенного магистралями с гидромотором, вал которого кинематически связан с нагрузкой. Подпитка магистралей осуществляется вспомогательным насосом, напорная гидролиния которого соединена в входами первого и второго подпиточных клапанов, выходы которых соединены с соответствующими магистралями, соединяющими регулируемый насос и гидромотор. Постоянное давление (2^+0,1 МПа) в напорной гидролинии вспомогательного насоса поддерживается предохранительным клапаном. Крутизна статической характеристики каждого из подпиточных клапанов БК2.505.295-07, выпускаемых ОАО «КЭМЗ» г.Ковров, составляет , а давление срабатывания - 1,1 МПа.

Во время работы ЭГП вхолостую (при нулевом значении управляющего сигнала на входе механизма управления регулируемого насоса) каждый из двух подпиточных клапанов открыт для восполнения естественных утечек рабочей жидкости из магистралей ЭГП посредством подачи рабочей жидкости под давлением от вспомогательного насоса, входящего в его состав.

В процессе увеличения входного управляющего сигнала на электрогидравлическом механизме управления регулируемого насоса (управляющем входе ЭГП) в напорную магистраль ЭГП начинает поступать рабочая жидкость, нагнетаемая регулируемым насосом из всасывающей магистрали. Величина потока рабочей жидкости пропорциональна величине управляющего сигнала. При этом расход рабочей жидкости через подпиточный клапан, соединенный с напорной магистралью, уменьшается, т.к. часть необходимого расхода рабочей жидкости для ее подпитки обеспечивает сам регулируемый насос. Подпиточный клапан прикрывается. Расход через подпиточный клапан, связанный с всасывающей магистралью, соответственно возрастает, т.к. часть необходимого для подпитки расхода рабочей жидкости из нее регулируемый насос забирает. Подпиточный клапан открывается еще больше.

Однако из-за близости к нулевому значению крутизны статической характеристики подпиточных клапанов (dp/dQ≈0) давления в магистралях ЭГП в процессе нарастания входного управляющего сигнала от нулевого значения остаются практически неизменными и равны разности между давлением вспомогательного насоса и перепадом давления на соответствующем подпиточном клапане. Перепад давления на гидромоторе ЭГП и крутящий момент на его валу остаются нулевыми. Нулевой перепад давления на гидромоторе сохраняется до тех пор, пока подача рабочей жидкости от регулируемого насоса не вырастет до значения, соответствующего полному закрытию подпиточного клапана, соединенного с напорной магистралью ЭГП. Лишь после этого начинается рост перепада давления на гидромоторе. Таким образом, общим недостатком для ЭГП-прототипа и вышерассмотренных является наличие значительной зоны нечувствительности к управляющему сигналу, т.е. требуется значительное время для возникновения необходимого перепада давления на гидромоторе при увеличении входного управляющего сигнала от нуля до момента полного закрытия подпиточного клапана.

Изобретение направлено на уменьшение зоны нечувствительности ЭГП и, как следствие, на снижение ошибки ЭГП при отработке входного управляющего сигнала.

Для достижения указанного технического результата в ЭГП, содержащий гидравлически замкнутые между собой гидродвигатель, например гидромотор, и регулируемый насос с электрогидравлическим механизмом управления, электрический вход которого является управляющим входом электрогидравлического привода, вспомогательный насос, напорная гидролиния которого соединена с входами первого и второго подпиточных клапанов с давлением срабатывания р_ср.1, равным 0,8 МПа, и с крутизной статической характеристики, равной 0,0065 МПа·мин/л, выходы которых соединены с магистралями, соединяющими гидродвигатель и регулируемый насос, вход вспомогательного насоса и выход предохранительного клапана соединены с гидробаком, вход предохранительного клапана соединен с напорной гидролинией вспомогательного насоса, введены третий и четвертый подпиточные клапаны, выходы которых соединены с магистралями, соединяющими гидродвигатель и регулируемый насос, а входы - с напорной гидролинией вспомогательного насоса, при этом каждый из вновь введенных подпиточных клапанов имеет минимально возможное давление срабатывания р_ср.2, например, 0,1^+0,05 МПа, а крутизна статической характеристики каждого из них определяется по формуле

,

где Q_ут - максимальный расход утечек из магистралей в режиме отработки управляющих воздействий, например гармонических, с заданной точностью.

Заявляемый электрогидравлический привод иллюстрируется чертежами, представленными на фиг.1-3.

На фиг.1 показаны графики статической характеристики совокупности подпиточных клапанов и зависимость давления подпитки от расхода, где а - статическая характеристика вновь введенного клапана; б - статическая характеристика имеющегося клапана; в - суммарная статическая характеристика совокупности имеющегося и вновь введенного подпиточных клапанов; А - точка перелома; р_с.х. - давление статической характеристики; р_под - давление подпитки; Q - расход через клапаны.

На фиг.2 приведена принципиальная гидравлическая схема заявляемого электрогидравлического привода.

На фиг.3 - осциллограммы экспериментальных исследований электрогидравлического привода, где г - кривая частоты вращения вала гидромотора при штатном исполнении ЭГП; д - кривая частоты вращения при использовании в ЭГП вновь введенных подпиточных клапанов; е - зона нечувствительности.

Электрогидравлический привод (фиг.2) содержит регулируемый насос 1 с электрогидравлическим механизмом управления 2 и связанный с ним магистралями 3 и 4 гидромотор 5. Вспомогательный насос 6 электрогидравлического привода своей напорной гидролинией 7 подключен к первому 8 и второму 9 подпиточным клапанам, а также к третьему 10 и четвертому 11 подпиточным клапанам. Выходы подпиточных клапанов первого 8 и третьего 10 соединены с магистралью 3, а выходы второго 9 и четвертого 11 подпиточных клапанов - с магистралью 4. К напорной гидролинии 7 подключен также предохранительный клапан 12 и линия 13 гидропитания электрогидравлического механизма управления 2. Выход предохранительного клапана 12 и вход вспомогательного насоса 6 связаны с гидробаком 14.

При работе насосов 1 и 6 от приводного двигателя (на фиг.2 не показан) вспомогательный насос 6 подает рабочую жидкость по напорной гидролинии 7 к предохранительному клапану 12, поддерживающему в ней постоянное давление, по линии 13 - к электрогидравлическому механизму управления 2 и к входам первого 8, второго 9, третьего 10 и четвертого 11 подпиточных клапанов для восполнения утечек рабочей жидкости из магистралей 3 и 4. При отсутствии на электрогидравлическом механизме управления 2 регулируемого насоса 1 управляющего электрического сигнала насос 1 подачу рабочей жидкости не производит, и вал гидромотора 5 неподвижен. При этом восполнение утечек из магистралей 3 и 4 (подпитка) из напорной гидролинии 7 вспомогательного насоса 6 происходит через вновь введенные третий 10 и четвертый 11 подпиточные клапаны соответственно. Поддерживаемое в магистралях 3 и 4 давление равно разности давления регулировки предохранительного клапана 12 и давления, соответствующего расходу через вновь введенные третий 10 и четвертый 11 подпиточные клапаны согласно их статическим характеристикам (фиг.1). При этом давление срабатывания каждого из вновь введенных третьего 10 и четвертого 11 подпиточных клапанов - минимально возможное и определяемое возможностью обеспечения их герметичности, например р_ср.1=0,1^+0,05 МПа.

При подаче на электрогидравлический механизм управления 2 регулируемого насоса 1 электрического управляющего сигнала (Uyпp. на входе ЭГП) поршни регулируемого насоса 1 начинают совершать возвратно-поступательные движения, нагнетая рабочую жидкость в одну из магистралей, например, 3 и всасывая ее из другой 4. Сразу после отклонения входного управляющего сигнала от нулевого значения по мере возрастания подачи рабочей жидкости регулируемым насосом 1 расход для подпитки магистрали 3 через вновь введенный третий 10 подпиточный клапан уменьшается, а через четвертый 11 подпиточный клапан для подпитки магистрали 4 - увеличивается.

В связи с уменьшением расхода через третий 10 подпиточный клапан и увеличением расхода через четвертый 11 подпиточный клапан перепад давления на них соответственно уменьшается и увеличивается пропорционально крутизне статических характеристик этих клапанов, определяемой для каждого клапана по формуле ,

где Q_ут - максимальный расход утечек из магистралей в режиме отработки управляющих воздействий, например гармонических, с заданной точностью.

При этом давление подпитки в магистрали 3 увеличивается, а в магистрали 4 - уменьшается, что вызывает появление перепада давления между магистралями 3 и 4. Появление крутящего момента на валу гидромотора 5 наблюдается сразу после отклонения входного управляющего сигнала от нулевого значения, что способствует существенному снижению зоны нечувствительности по сравнению с прототипом.

Вал гидромотора начинает вращение с частотой, соответствующей величине управляющего электрического сигнала на входе электрогидравлического механизма управления 2 регулируемого насоса 1.

При дальнейшем увеличении расхода через четвертый 11 подпиточный клапан и понижении давления подпитки в магистрали 4 в соответствии с расходной характеристикой подпиточного клапана 11 и при достижении точки перелома 4 (фиг.1) в работу вступает второй 9 подпиточный клапан с давлением срабатывания р_ср.1, равным 0,8 МПа, и крутизной статической характеристики, равной 0,0065 МПа·мин/л, что происходит, например, при отработке ступенчатого воздействия в момент его появления или при существенных перегрузках привода. При этом работа ЭГП соответствует работе прототипа.

В ФГУП «ВНИИ «Сигнал» были проведены сравнительные испытания образцов электрогидравлических приводов в штатном исполнении (изделия «Панцирь-C1», «СП-190») и экспериментальных образцов, в которых параллельно со штатными подпиточными клапанами были установлены вновь введенные подпиточные клапаны, настроенные на меньшее давление срабатывания и с повышенной крутизной статической характеристики. При давлении настройки предохранительного клапана напорной гидролинии вспомогательного насоса (20⁺¹) кгс/см² давление срабатывания имеющегося подпиточного клапана составляло (8⁺¹) кгс/см² при крутизне статической характеристики , а давление срабатывания вновь введенного подпиточного клапана составляло 1 кгс/см² при крутизне статической характеристики . Осциллограммы результатов испытаний показаны на фиг.3. Зона нечувствительности у экспериментального электрогидравлического привода уменьшена на 25-30% по сравнению со штатным. При этом снижение величины ошибки приводов наведения составило 30%, улучшилась плавность отработки управляющих воздействий.

Электрогидравлический привод предназначен для высокоточных электрогидравлических систем дистанционного управления. В объемном электрогидравлическом приводе параллельно каждому из двух подпиточных клапанов установлен дополнительный подпиточный клапан, по сравнению с имеющимся настроенный на меньшее давление срабатывания и имеющий большую крутизну статической характеристики, которая определяется по формуле ,

где p_ср.1 - давление срабатывания первого и второго подпиточных клапанов; p_ср.2 - давление срабатывания третьего и четвертого подпиточных клапанов; Q_ут - максимальный расход утечек из магистралей в режиме отработки управляющих воздействий, например гармонических, с заданной точностью. Технический результат - уменьшение зоны нечувствительности электрогидравлического привода и связанных с ней динамических качеств следящих электрогидравлических приводов. 3 ил.

Электрогидравлический привод, содержащий гидравлически замкнутые между собой гидродвигатель, например гидромотор, и регулируемый насос с электрогидравлическим механизмом управления, электрический вход которого является управляющим входом электрогидравлического привода, вспомогательный насос, напорная гидролиния которого соединена с входами первого и второго подпиточных клапанов с давлением срабатывания р_ср.1, равным 0,8 МПа, и с крутизной статической характеристики, равной 0,0065 МПа·мин/л, выходы которых соединены с магистралями, соединяющими гидродвигатель и регулируемый насос, вход вспомогательного насоса и выход предохранительного клапана соединены с гидробаком, вход предохранительного клапана соединен с напорной гидролинией вспомогательного насоса, отличающийся тем, что в него введены третий и четвертый подпиточные клапаны, выходы которых соединены с магистралями, соединяющими гидродвигатель и регулируемый насос, а входы - с напорной гидролинией вспомогательного насоса, при этом каждый из вновь введенных подпиточных клапанов имеет минимально возможное давление срабатывания р_ср.2, например, 0,1^+0,05 МПа, а крутизна статической характеристики каждого из них определяется по формуле ,
где Q_ут - максимальный расход утечек из магистралей в режиме отработки управляющих воздействий, например гармонических, с заданной точностью.