ОДНОКАСКАДНЫЙ ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКИЙ УСИЛИТЕЛЬ С ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ ПО РАСХОДУ Российский патент 2013 года по МПК F15B9/03 

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к электрогидравлическим автоматическим системам, широко применяемым в различных отраслях техники, где используются быстродействующие электрогидравлические усилители. Это и испытательные стенды в автомобильной и авиационной промышленностях, и мощные виброустановки в современных системах поиска нефти и газа, и прокатные станы в металлургии и ряд других применений.

Известны однокаскадные электрогидравлические усилители американской фирмы MOOG серии D633 и D634 [каталог «Сервоклапаны фирмы MOOG Gmbh. Нижегородский филиал, Россия, 2003»].

В качестве прототипа примем однокаскадный электрогидравлический усилитель серии D633.

Принципиальная электрогидравлическая схема электрогидравлического усилителя-прототипа изображена на фиг.1 и содержит:

- суммирующий операционный усилитель (1) с двумя входами, на один из которых подается управляющий сигнал (U_вх);

- электронный усилитель мощности (2), вход которого соединен с выходом суммирующего операционного усилителя (1);

- электромеханический преобразователь (3), управляющая обмотка которого соединена с выходом электронного усилителя мощности (2), а якорь кинематически связан с подвижным элементом (золотником) гидрораспределителя (6);

- гидрораспределитель (6), кинематически связанный с подвижным элементом электрического датчика обратной связи (5), гидравлически соединенный с гидролиниями нагнетания и слива и имеющий две выходные гидролинии для соединения с потребителем;

- согласующую аппаратуру (4), вход которой соединен с сигнальной обмоткой электрического датчика обратной связи (5) гидрораспределителя (6), а выход согласующей аппаратуры соединен со вторым входом суммирующего операционного усилителя (1).

Недостатком рассмотренного электрогидравлического усилителя-прототипа является зависимость распределяемого гидроусилителем расхода рабочей жидкости от перепада давлений от нагрузки в исполнительном устройстве следящего привода, в составе которого работает гидроусилитель, что снижает КПД этого привода.

Задачей предлагаемого изобретения является устранение отмеченного недостатка.

Поставленная задача решается тем, что электрогидравлический усилитель содержит:

- суммирующий операционный усилитель с двумя входами, на один из которых подается управляющий сигнал;

- электронный усилитель мощности, вход которого соединен с выходом суммирующего операционного усилителя;

- электромеханический преобразователь, управляющая обмотка которого соединена с выходом электронного усилителя мощности, а якорь кинематически связан с подвижным элементом (золотником) гидрораспределителя;

- гидрораспределитель, кинематически связанный с подвижным элементом электрического датчика обратной связи, гидравлически соединенный с гидролиниями нагнетания и слива и имеющий две выходные гидролинии для соединения с потребителем;

- согласующую аппаратуру, вход которой соединен с сигнальной обмоткой электрического датчика обратной связи гидрораспределителя,

при этом новым является то, что согласно изобретению в принципиальную схему заявленного электрогидравлического усилителя включены:

- электрогидравлический датчик перепада давлений, гидравлически соединенный двумя гидролиниями с выходными гидролиниями гидрораспределителя;

- электронное вычислительное устройство, один вход которого соединен с выходом согласующей аппаратуры электрического датчика обратной связи гидрораспределителя, а другой вход соединен с электрическим выходом электрогидравлического датчика перепада давлений, выход электронного вычислительного устройства соединен со вторым входом суммирующего операционного усилителя.

Сущность заявленного изобретения поясняется чертежом (фиг.2), на котором представлена принципиальная электрогидравлическая схема усовершенствованного электрогидравлического усилителя, которая содержит:

- суммирующий операционный усилитель (1) с двумя входами, на один из которых подается управляющий сигнал (U_вх);

- электронный усилитель мощности (2), вход которого соединен с выходом суммирующего операционного усилителя (1);

- электромеханический преобразователь (3), управляющая обмотка которого соединена с выходом электронного усилителя мощности (2), а якорь кинематически связан с подвижным элементом (золотником) гидрораспределителя (6);

- гидрораспределитель (6), кинематически связанный с подвижным элементом электрического датчика обратной связи (5), гидравлически соединенный с гидролиниями нагнетания и слива и имеющий две выходные гидролинии для соединения с потребителем;

- согласующую аппаратуру (4), вход которой соединен с сигнальной обмоткой электрического датчика обратной связи (5) гидрораспределителя (6);

- электрогидравлический датчик перепада давлений (7), гидравлически соединенный двумя гидролиниями с выходными гидролиниями гидрораспределителя (6);

- электронное вычислительное устройство (8), один вход которого соединен с выходом (U₁) согласующей аппаратуры (4) электрического датчика обратной связи (5) гидрораспределителя (6), а другой вход соединен с электрическим выходом (U₂) электрогидравлического датчика перепада давлений (7), выход (U_ОС) электронного вычислительного устройства (8) соединен со вторым входом суммирующего операционного усилителя(1).

Заявленный электрогидравлический усилитель работает следующим образом (см. фиг.2).

На вход суммирующего операционного усилителя (1) поступает входной управляющий сигнал U_вх. Выход суммирующего операционного усилителя соединен со входом электронного усилителя мощности (2), предназначенного для усиления электрического сигнала, поступающего на управляющую обмотку электромеханического преобразователя (3), якорь которого кинематически связан с подвижным элементом (золотником) гидрораспределителя (6), кинематически связанного с подвижным элементом электрического датчика обратной связи (5), электрический сигнал (U₁) с сигнальной обмотки этого датчика, через согласующую аппаратуру (4), поступает на первый вход электронного вычислительного устройства (8). Второй вход электронного вычислительного устройства (8) соединен с электрическим выходом (U₂) датчика перепада давлений (7), измеряющего разность давлений в выходных гидролиниях заявленного гидроусилителя.

Электронное вычислительное устройство вычисляет сигнал обратной связи по расходу (U_ОС), подаваемый на второй вход суммирующего операционного усилителя, соответствующий модулю и знаку расхода рабочей жидкости Q, распределяемого заявленным гидроусилителем.

Для пояснения принципа работы усовершенствованного гидроусилителя рассмотрим согласующий коэффициент К_с:

$$K_C=\frac{U_{ОС}^m}{Q_0};$$

где:

$$U_{OC}^m$$ - максимальное значение сигнала обратной связи на выходе электронного вычислительного устройства;

$$Q_0=\mu b_{щ}{x}_0\sqrt{\frac{g}{\gamma }\Delta P_o},$$

Q₀ - расход рабочей жидкости при х₀ и ΔP_n=0;

x₀ - максимальное значение координаты, определяющей величину и знак смещения золотника гидрораспределителя выходного каскада от нейтрального положения при максимальном управляющем сигнале (U_вх) и при ΔP_n=0;

ΔР₀=P_n-P_l,

где:

P_n - давление в гидролинии нагнетания;

P_l - давление в гидролинии слива;

ΔP_n=P₁-P₂,

где:

P₁ и P₂ - давления в выходных гидролиниях гидроусилителя;

µ - коэффициент расхода рабочих окон гидрораспределителя;

b_щ - ширина рабочих окон гидрораспределителя;

g - ускорение силы тяжести;

γ - удельный вес рабочей жидкости.

Текущее значение расхода (Q):

$$Q=\mu b_{щ}{х}_{з}\sqrt{\frac{g}{\gamma }\Delta P_0(1-\frac{\Delta P_n}{\Delta P_o}Sgn{x}_{з})},$$

где х_з - текущее значение координаты золотника гидрораспределителя выходного каскада.

Рассмотрим выражение:

$${К}_{С}Q=\frac{U_{OC}^m}{Q_o}Q=U_{OC}^m\frac{x_{з}}{{х}_0}\sqrt{1-\frac{\Delta P_n}{\Delta P_0}Sgn{x}_{з}}.$$

Если учесть, что $$\frac{{х}_{з}}{{х}_0}=\frac{U_1}{U_{OC}^m}$$ (с учетом того, что $$U_{OC}^m$$ соответствует x₀) и $$\frac{\Delta P_n}{\Delta P_0}=\frac{U_2}{U_2^0}$$ , то формула для определения сигнала обратной связи U_OC примет вид:

$$U_{OC}=U_1\sqrt{1-\frac{U_2}{U_2^0}Sgn{U}_1},$$

где:

U₁ - электрический сигнал на выходе согласующей аппаратуры датчика обратной связи гидрораспределителя;

U₂ - электрический сигнал, соответствующий ΔP_n;

$$U_2^0$$ - электрический сигнал, соответствующий ΔP₀.

При замыкании контура, у которого на входе U_вх, а на выходе х_з, и при последующей подстановке х_з в формулу для определения расхода рабочей жидкости, распределяемого гидроусилителем, получаем независимость указанного расхода от изменения, в заданных пределах, перепада давлений между выходными гидролиниями гидроусилителя.

В итоге имеем:

Инвариантность скоростной характеристики к изменению перепада давлений от нагрузки гидропривода дроссельного регулирования, управляемого заявленным гидроусилителем.

Увеличение коэффициента полезного действия (КПД) силовой части вышеуказанного гидропривода.

Возможность, в случае необходимости, реализации ограничения по скорости выходного звена исполнительного механизма с помощью ограничения входного сигнала (U_вх).

Усилитель предназначен для автоматических систем. Усилитель содержит суммирующий операционный усилитель с двумя входами, электронный усилитель мощности, электромеханический преобразователь, гидрораспределитель, кинематически связанный с подвижным элементом электрического датчика обратной связи, гидравлически соединенный с гидролиниями нагнетания и слива и имеющий две выходные гидролинии для соединения с потребителем; согласующую аппаратуру, вход которой соединен с сигнальной обмоткой электрического датчика обратной связи гидрораспределителя; электрогидравлический датчик перепада давлений, гидравлически соединенный двумя гидролиниями с выходными гидролиниями гидрораспределителя; электронное вычислительное устройство, один вход которого соединен с выходом согласующей аппаратуры электрического датчика обратной связи гидрораспределителя, а другой вход соединен с электрическим выходом электрогидравлического датчика перепада давлений, выход электронного вычислительного устройства соединен со вторым входом суммирующего операционного усилителя. Технический результат - увеличение КПД. 2 ил.

Однокаскадный электрогидравлический усилитель с электрической обратной связью по расходу, содержащий
суммирующий операционный усилитель с двумя входами, на один из которых подается управляющий сигнал;
электронный усилитель мощности, вход которого соединен с выходом суммирующего операционного усилителя;
электромеханический преобразователь, управляющая обмотка которого соединена с выходом электронного усилителя мощности, а якорь кинематически связан с подвижным элементом гидрораспределителя;
гидрораспределитель, кинематически связанный с подвижным элементом электрического датчика обратной связи, гидравлически соединенный с гидролиниями нагнетания и слива и имеющий две выходные гидролинии для соединения с потребителем;
согласующую аппаратуру, вход которой соединен с сигнальной обмоткой электрического датчика обратной связи гидрораспределителя, отличающийся тем, что в принципиальную схему заявленного электрогидравлического усилителя включены
электрогидравлический датчик перепада давлений, гидравлически соединенный двумя гидролиниями с выходными гидролиниями гидрораспределителя;
электронное вычислительное устройство, один вход которого соединен с выходом согласующей аппаратуры электрического датчика обратной связи гидрораспределителя, а другой вход соединен с электрическим выходом электрогидравлического датчика перепада давлений; выход электронного вычислительного устройства соединен со вторым входом суммирующего операционного усилителя.