ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ПРИВОД Российский патент 2014 года по МПК F15B9/04 

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

Известен электрогидравлический привод, содержащий питающую установку с объемным насосом и параллельно подключенные к ней гидролиниями нагнетания и слива рулевые приводы дискретного углового перемещения по числу приводимых исполнительных органов (RU №2027078, 1995).

Недостатками этого привода являются низкая надежность, ограниченный срок хранения в составе летательного аппарата, сложность и высокая трудоемкость регламентного обслуживания и контроля готовности к выполнению работы.

Известен электрогидравлический привод, содержащий питающую установку с объемным насосом и параллельно подключенные к ней гидролиниями нагнетания и слива рулевые приводы дискретного углового перемещения по числу приводимых исполнительных органов, каждый из которых содержит поворотный шаговый электродвигатель, связанный зубчатой передачей с установленным на оси плоским поворотным золотником, и поворотный гидродвигатель (RU №2266234, 2005, прототип).

Недостатками этого привода также являются низкая надежность, ограниченный срок сохранения готовности к работе в составе летательного аппарата, сложность и высокая трудоемкость контроля готовности к выполнению работы.

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

Технический результат, обеспечивающий решение задачи заключается в повышении надежности и расширены функциональные возможности для использования привода в разреженной окружающей среде за счет исключения кавитационного режима насоса без использования дополнительных источников энергии, предотвращается загрязнение окружающей среды рабочей жидкостью, упрощена конструкция и снижены трудоемкость контроля готовности к выполнению работы в процессе хранения.

Сущность изобретения состоит в том, что электрогидравлический привод содержит питающую установку с объемным насосом и, по меньшей мере, один подключенный к ней гидролиниями нагнетания и слива рулевой привод дискретного углового перемещения исполнительного органа, в состав которого входит электрогидравлический усилитель и поворотный гидродвигатель, отличающийся тем, что он снабжен подключенным к всасыванию питающей установки и к гидролинии слива рулевых приводов пусковым подпорным устройством, выполненным в виде емкости с двумя воздушными и одной жидкостной камерами, отделенными друг от друга ступенчатым поршнем, который обращен ступенью большего диаметра в сторону замкнутой воздушной камеры, сообщенной через предохранительный клапан с линией слива, а ступенью меньшего диаметра - в сторону жидкостной камеры, подключенной к всасыванию питающей установки, при этом воздушная камера, образованная между ступенями поршня соединена с окружающей средой.

Предпочтительно ступенчатый поршень выполнен с двумя ступенями, соединенными штоком, электрогидравлический усилитель выполнен в виде поворотного шагового электродвигателя, связанного с золотником, подключенным к полостям гидродвигателя, питающая установка снабжена предохранительным клапаном ограничения давления на всасывании, выполненным с возможностью сброса рабочей среды в замкнутую воздушную полость подпорного устройства, в гидролинии всасывания питающей установки размещен гидроразъем для подключения вспомогательной питающей установки.

Кроме того, питающая установка содержит насос с ротором и рабочими полостями, размещенными в корпусе, и снабжена компенсационно-поддавливающим устройством, выполненным в виде сильфона, закрепленного на корпусе насоса с образованием полости, соединенной с внутренним объемом корпуса, при этом сильфон жестко закреплен с одного края к корпусу, а с другой - к полому поршню, установленному с образованием дифференциальной полости, соединенной с нагнетанием насоса, и возможностью поступательного перемещения по участку поверхности корпуса, полый поршень, закрепленный к сильфону, выполнен с двумя внутренними кольцевыми уплотнениями и установлен с возможностью перемещения по участку поверхности корпуса, выполненному ступенчатым, внутренний объем корпуса насоса соединен с полостью сильфона с торца, противоположного приводному валу насоса.

На фиг.1 изображена схема гидравлическая принципиальная электрогидравлического привода, на фиг.2 - конструктивная схема объемного насоса источника питания привода.

Электрогидравлический привод содержит питающую установку 1 с объемным аксиально-поршневым регулируемым по давлению насосом 2 и параллельно подключенные к ней гидролиниями 3, 4 нагнетания и слива, соответственно, рулевые приводы 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 дискретного углового перемещения по числу приводимых исполнительных органов (не изображены). Каждый из рулевых приводов 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 содержит электрогидравлический усилитель и поворотный гидродвигатель (не изображены). Каждый электрогидравлический усилитель выполнен в виде поворотного шагового электродвигателя, связанного с золотником, подключенным к полостям гидродвигателя (не изображено). Привод снабжен подключенным к всасыванию питающей установки 1 и к гидролинии слива 4 рулевых приводов 5-12 пусковым подпорным устройством, выполненным в виде емкости с двумя воздушными и одной жидкостной камерами 13, 14, 15, соответственно, отделенными друг от друга ступенчатым поршнем. Ступенчатый поршень выполнен с двумя ступенями 16, 17, соединенными штоком 25, и обращен ступенью 16 большего диаметра в сторону замкнутой воздушной камеры 13, сообщенной через предохранительный клапан 24 с линией 4 слива, а ступенью 17 меньшего диаметра - в сторону жидкостной камеры 15, подключенной к гидролинии 35 всасывания питающей установки 1 через гидроразъем 32, при этом воздушная камера 14, образованная между ступенями 16, 17 поршня соединена с окружающей средой.

Питающая установка 1 снабжена компенсационно-поддавливающим устройством, выполненным в виде сильфона 18 с ограниченным ходом, закрепленного на корпусе 19 насоса 2 с образованием полости 20, соединенной с внутренним объемом корпуса 19. Сильфон 18 жестко закреплен с одного края к корпусу 19, а с другой - к полому поршню 21, установленному с возможностью поступательного перемещения по участку поверхности корпуса 19. Внутренний диаметр поясков 22,23 поршня 21 составляет, например, 60 и 61 мм, соответственно.

Питающая установка 1 снабжена датчиком давления нагнетания (не изображен), предохранительный клапан 24 ограничения давления на всасывании выполнен с возможностью сброса рабочей среды в камеру 13.

Пояски 22, 23 поршня 21 выполнены с внутренними кольцевыми уплотнениями 27, 28 и установлены с возможностью перемещения по участку (не обозначен) поверхности корпуса 19, выполненному ступенчатым.

Внутренний объем корпуса 19 насоса 2 соединен с полостью сильфона 18 с торца, противоположного приводному валу 29 насоса 2.

Источник электроэнергии (не изображен) для приводного электродвигателя 30 насоса 2 выполнен одноразовым, имеет ограниченную мощность. Насос 2 соединен нагнетанием с замкнутой дифференциальной полостью 31 между поясками 22, 23 поршня 21 и, через обратный клапан 26 - с гидролинией 3 рулевых приводов 5-12. Гидроразъемы 33, 34 предназначены для заполнения привода рабочей жидкостью.

Электрогидравлический привод работает следующим образом.

При изготовлении привод заполняется рабочей жидкостью через гидроразъемы 33, 34 и изолируется от окружающего пространства (среды). При этом все технологические отверстия и внешние гидроразъемы заглушены. При длительном хранении привод должен быть готов к включению, т.е. его полости должны быть гарантированно заполнены рабочей жидкостью. Однако, в течение времени дежурства в замкнутом объеме привода происходят неизбежные процессы выделения воздуха из рабочей жидкости, а также диффузионного проникновения выделенного воздуха и жидкости через резиновые уплотнения питающей установки 1 и рулевых приводов 5-12 в атмосферу. Кроме того, любое изменение температуры окружающей среды приводит к изменению объема рабочей жидкости в приводе благодаря явлению температурного расширения-сжатия. Наличие сильфона 18, обладающего температурного расширения-сжатия. Наличие сильфона 18, обладающего пружинными свойствами, компенсирует изменение объема рабочей жидкости в приводе в результате температурного расширения-сжатия. При падении давления в корпусе 19 насоса 2 дифференциальный поршень 21 под действием атмосферного давления смещается, изменяя объем сильфона 18 и поддерживая тем самым постоянное заполнение всасывающей полости насоса 2 и полостей рулевых приводов 5-12 рабочей жидкостью. В исходном положении при отсутствии электрического питания встроенный магнитный фиксатор (не изображен) соответствующего шагового электродвигателя обеспечивает фиксацию вала каждого из рулевых приводов 5-12 в любом устойчивом положении.

Таким образом, для обеспечения бескавитационного режима работы насоса 2 при запуске привода и для компенсации теплового расширения рабочей жидкости в процессе работы и хранения служит сильфон 18, который при увеличении давления в гидролинии 35 всасывания растягивается или сжимается при падении давления. При увеличении давления в гидролинии 4 выше допустимого значения излишки рабочей жидкости сбрасываются в камеру 13, что исключает загрязнение окружающей среды рабочей жидкостью - минеральным маслом.

В случае резкого снижения давления окружающей среды в прцессе полета в разреженных слоях атмосферы до значений близких к 0, при неработающем насосе 2 и, соответственно, отсутствии подпорного давления, сильфон 18 растягивается и давление в гидролинии 35 всасывания падает. Запуск насоса 2 при этом был бы затруднен, так как при снижении давления на всасывании возможно возникновение кавитационного режима работы. В предлагаемом приводе условия возникновения указанного режима не возникают, поскольку при резком снижении давления окружающей среды на ступени 16 поршня возникает перепад давления между воздухом, которым заполнена камера 13 и давлением окружающей среды в камере 14. Этот перепад формирует усилие, которое штоком 25 передается ступени 17 поршня. В результате воздействия ступени 17 создается давление в камере 15, передаваемое в линию всасывания 35 насоса 2.

Площади ступеней 16, 17 выбираются из условия обеспечения необходимого усилия на штоке 25 и давления в камере 15. Таким образом, включение в схему привода такого подпорного устройства автоматически, без задействования дополнительных источников энергии, исключает возникновение разрежения в гидролинии 35 всасывания при пуске насоса 2 и возникновение кавитационного режима работы насоса 2. При этом под действием ступени 16 рабочая жидкость вытесняется из камеры 15 в сильфон 18 под давлением ~7 кгс/см².

Благодаря дифференциальности ступеней 22,23 поршня 21 давление в корпусе 19, являющемся всасывающей полостью насоса 1, редуцируется до оптимального значения и не превышает допустимых значений, например, 4 кгс/см². Если же давление приблизится к предельно допустимому значению, срабатывает клапан 24, осуществляющий сброс части объема рабочей жидкости в камеру 13 и, тем самым, ограничивающий значение давления. Насос 2, вал 29 которого приводится во вращение электродвигателем 30, в течение времени работы последнего подает рабочую жидкость по гидролинии 3 в рулевые приводы 5-12, а по гидролинии 4 рабочая жидкость возвращается на всасывание насоса 2. Наличие давления нагнетания в полости 31 при установившейся работе насоса 2 не допускает возникновения разрежения на всасывании, т.е. во внутреннем объеме корпуса 19.

При этом последовательность управляющих импульсов, поступающая на электродвигатели приводов 5-12, преобразуется в угловое перемещение, которое через зубчатую передачу передается золотнику рулевого привода 5-12. В результате введенного этим рассогласования формируется перепад давления и приводится в движение соответствующий гидродвигатель рулевого привода 5-12, который перемещается - поворачивается, отрабатывая рассогласование. При подаче одного импульса вал электродвигателя рулевого привода 5-12 поворачивается на угол 3°. Режим работы электродвигателя в приводах 5-12 повторно-кратковременный. Частота отработки шагов 0,5-500 Гц, потребляемый ток не более 2А.

В процессе хранения периодически следует контролировать состояние рулевых приводов 5-12. Для этого от вспомогательной питающей установки рабочая жидкость под давлением может быть подана через гидроразъем 33 и функционирование приводов 5-12 может быть проверено без задействования насоса 2 и источника энергии электродвигателя 30. После этого для установки золотника 13 каждого рулевого привода 5-12 в нейтральное положение необходимо подачей импульсов на электродвигатель установить золотник 13 в нейтральное положение. При подаче давления вал гидродвигателя 14, отрабатывая рассогласование с золотником электрогидравлического усилителя, займет нейтральное (исходное) положение.

В результате изобретения создан эффективный электрогидравлический привод и расширен арсенал электрогидравлических приводов.

При этом повышена надежность и расширены функциональные возможности для использования привода в разреженной окружающей среде за счет исключения кавитационного режима насоса без использования дополнительных источников энергии, предотвращается загрязнение окружающей среды рабочей жидкостью, упрощена конструкция и снижены трудоемкость контроля готовности к выполнению работы в процессе хранения.

Электрогидравлический привод содержит питающую установку 1 с аксиально-поршневым насосом 2 и параллельно подключенные к ней гидролиниями 3, 4 нагнетания и слива, рулевые приводы 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 дискретного углового перемещения. Каждый из рулевых приводов 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 содержит электрогидравлический усилитель и поворотный гидродвигатель. Привод снабжен подключенным к всасыванию установки 1 и к гидролинии слива 4 приводов 5-12 пусковым подпорным устройством, выполненным в виде емкости с воздушными и жидкостной камерами 13, 14, 15, отделенными друг от друга ступенчатым поршнем, который выполнен с двумя ступенями 16, 17, соединенными штоком 25, и обращен ступенью 16 большего диаметра в сторону замкнутой воздушной камеры 13, сообщенной через предохранительный клапан 24 с линией 4 слива, а ступенью 17 меньшего диаметра - в сторону жидкостной камеры 15, подключенной к гидролинии 35 всасывания установки 1, а воздушная камера 14 между ступенями 16, 17 поршня соединена с окружающей средой. Питающая установка 1 снабжена компенсационно-поддавливающим устройством, выполненным в виде сильфона 18, закрепленного на корпусе 19 насоса 2 с образованием полости 20, соединенной с объемом корпуса 19. Сильфон 18 закреплен к корпусу 19 и к полому поршню 21, установленному с возможностью перемещения по участку поверхности корпуса 19. Клапан 24 ограничения давления выполнен с возможностью сброса рабочей среды в камеру 13. Пояски 22, 23 поршня 21 выполнены с внутренними кольцевыми уплотнениями 27, 28 и установлены с возможностью перемещения по участку поверхности корпуса 19, выполненному ступенчатым. При этом повышена надежность и расширены функциональные возможности для использования привода при пониженном давлении окружающей среды за счет исключения кавитационного режима насоса без использования дополнительных источников энергии, предотвращается загрязнение окружающей среды рабочей жидкостью, упрощена конструкция и снижены трудоемкость контроля готовности к выполнению работы в процессе хранения. 7 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Электрогидравлический привод, содержащий питающую установку с объемным насосом и, по меньшей мере, один подключенный к ней гидролиниями нагнетания и слива рулевой привод дискретного углового перемещения исполнительного органа, в состав которого входит электрогидравлический усилитель и поворотный гидродвигатель, отличающийся тем, что он снабжен подключенным к всасыванию питающей установки и к гидролинии слива рулевых приводов пусковым подпорным устройством, выполненным в виде емкости с двумя воздушными и одной жидкостной камерами, отделенными друг от друга ступенчатым поршнем, который обращен ступенью большего диаметра в сторону замкнутой воздушной камеры, сообщенной через предохранительный клапан с линией слива, а ступенью меньшего диаметра - в сторону жидкостной камеры, подключенной к всасыванию питающей установки, при этом воздушная камера, образованная между ступенями поршня соединена с окружающей средой.

2. Электрогидравлический привод по п.1, отличающийся тем, что ступенчатый поршень выполнен с двумя ступенями, соединенными штоком.

3. Электрогидравлический привод по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что электрогидравлический усилитель выполнен в виде поворотного шагового электродвигателя, связанного с золотником, подключенным к полостям гидродвигателя.

4. Электрогидравлический привод по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что питающая установка снабжена предохранительным клапаном ограничения давления на всасывании, выполненным с возможностью сброса рабочей среды в замкнутую воздушную полость подпорного устройства.

5. Электрогидравлический привод по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что в гидролинии всасывания питающей установки размещен гидроразъем для подключения вспомогательной питающей установки.

6. Электрогидравлический привод по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что питающая установка содержит насос с ротором и рабочими полостями, размещенными в корпусе, и снабжена компенсационно-поддавливающим устройством, выполненным в виде сильфона, закрепленного на корпусе насоса с образованием полости, соединенной с внутренним объемом корпуса, при этом сильфон жестко закреплен с одного края к корпусу, а с другой - к полому поршню, установленному с образованием дифференциальной полости, соединенной с нагнетанием насоса и возможностью поступательного перемещения по участку поверхности корпуса.

7. Электрогидравлический привод по п.6, отличающийся тем, что полый поршень, закрепленный к сильфону, выполнен с двумя внутренними кольцевыми уплотнениями и установлен с возможностью перемещения по участку поверхности корпуса, выполненному ступенчатым.

8. Электрогидравлический привод по п.7, отличающийся тем, что внутренний объем корпуса насоса соединен с полостью сильфона с торца, противоположного приводному валу насоса.