ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКИЙ УСИЛИТЕЛЬ МОЩНОСТИ СО СТРУЙНЫМ УСИЛИТЕЛЕМ В ПЕРВОМ КАСКАДЕ Российский патент 2016 года по МПК F15B3/00 F15B9/07 

Изобретение относится к области машиностроительной гидроавтоматики и может быть использовано в следящих электрогидравлических приводах систем автоматического управления, в частности в электрогидравлических приводах систем управления летательных аппаратов.

Известны конструкции электрогидравлических усилителей мощности со струйным усилителем и дефлектором в первом каскаде, где рабочая жидкость из неподвижного сопла направляется в приемные окна подвижным дефлектором, установленным на стержне электромеханического преобразователя (см. «Инженерные исследования гидроприводов летательных аппаратов» под редакцией д.т.н. проф. Д.Н. Попова, изд. Машиностроение, г. Москва, 1978 стр. 51, рис. 3.1г). Недостатком этой схемы является выполнение сопла и приемных окон в разных деталях, что не обеспечивает необходимой точности совмещения осей сопла и приемных окон.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является электрогидравлический усилитель по патенту США №3612103 МКИ F16K 11/00, содержащий электромеханический преобразователь с двумя катушками управления, магнитопроводами и Т-образным якорем, центральным стержнем и пружиной обратной связи, струйным усилителем в виде расположенной между двумя плоскими дисками расходной пластиной с центральным пазом, эжекторным соплом, приемниками и дефлектором в виде пластины, устанавливаемой сбоку на центральном стержне.

Основным достоинством усилителя является исполнение эжекторного сопла и приемных окон в одной детали, что позволяет выполнить их с высокой точностью взаимного расположения.

Недостатком конструкции является отсутствие элементов регулировки характеристик электромеханического преобразователя, недостатки профилирования и неопределенное соотношение размеров сопла и приемных окон, нетехнологичность исполнения пружины обратной связи, отсутствие надежной фиксации гильзы золотникового распределителя. Технической задачей изобретения является обеспечение высоких и стабильных технических характеристик электрогидравлического усилителя путем повышения точности регулировки струйного усилителя, обеспечение высокой надежности путем повышения устойчивости струйного усилителя к загрязнениям и снижения склонности к активным отказам, снижение габаритных и весовых характеристик электрогидравлического усилителя.

Поставленная задача решается тем, что заявленный электрогидравлический усилитель содержит электромеханический преобразователь с двумя катушками управления, верхним и нижним магнитопроводами, Т-образным якорем с основанием, центральным стержнем и плоской пружиной обратной связи, корпус со струйным усилителем в первом каскаде, а также корпус золотникового распределителя с фильтром, четырехкромочным дросселирующим золотником второго каскада, при этом нижний магнитопровод снабжен винтами из немагнитного материала для ограничения хода Т-образного якоря, верхний магнитопровод снабжен винтами из ферромагнитного материала для тонкой регулировки моментной характеристики электромеханического преобразователя, струйный усилитель выполнен в виде расположенной между двумя плоскими дисками расходной пластины со сквозным центральным пазом для дефлектора и тремя клиновидными отверстиям, одно из них, соединенное широкой частью через сквозной канал в нижнем диске с каналом напора, имеет на выходе в центральный паз прямоугольный стабилизирующий участок, образуя напорное сопло, два других, соединенных широкой частью через соответствующие сквозные каналы в нижнем диске и каналы в корпусе золотникового распределителя с подторцевыми полостями золотника второго каскада, расположены напротив первого отверстия, образуя узкими частями на выходе в центральный паз приемные окна, разделенные трапециевидной стенкой, размер плоской вершины которой не превышает размера напорного сопла, величина зазоров между стержнем и торцами центрального паза, а также размеры каждого из приемных окон превышают размеры напорного сопла. В линии напора перед струйным усилителем устанавливается фильтр с тонкостью фильтрации 60 мкм, что при размерах сопла ~0,2×0,2 мм делает вероятность загрязнения сопла бесконечно малой. Возможные частицы загрязнений, прошедшие через напорное сопло, свободно проходят через зазоры струйного усилителя, превышающие размеры напорного сопла, не влияя на симметричность перепадной и расходной характеристик усилителя, что позволяет избежать возможность активного отказа. Стержень Т-образного якоря в районе расходной пластины имеет клиновидное отверстие, широкая часть которого обращена к соплу, а узкая - к приемным окнам, образуя дефлектор. Плоская пружина механической обратной связи вместо конической в своей нижней части имеет цилиндрический со сферическими торцами упор, контактирующий с торцами кольцевой проточки в золотнике, при этом основание Т-образного якоря выполнено с цилиндрическим выступом, центрирующим якорь с дефлектором в струйном усилителе, а для разворота дефлектора в пазу с помощью технологических стержней в основании якоря выполнены радиальные технологические отверстия, при этом струйный усилитель, установленный в собственном корпусе, неподвижно прижат элементами крепления к корпусу золотникового распределителя. Для снижения массы электрогидравлического усилителя корпус золотникового распределителя выполнен из алюминиевого сплава, при этом центральное расположение гильзы золотникового распределителя в корпусе обеспечивается крышками, выполненными в виде упругих пластин. Для компенсации разницы в температурных расширениях корпуса и стальной гильзы золотникового распределителя гильза выполняется в осевом направлении больше соответствующего размера корпуса на величину, превышающую разницу в температурных расширениях при максимальных рабочих температурах.

Предлагаемая конструкция электрогидравлического усилителя со струйным усилителем и дефлектором в первом каскаде исключает возможность «активного отказа» в первом каскаде гидроусиления, дает возможность путем повышения точности регулировки струйного гидроусилителя получать стабильные технические характеристики электрогидравлического усилителя, уменьшить габаритные и весовые характеристики электрогидравлического усилителя.

На Фиг. 1-4 представлена конструктивная схема электрогидравлического усилителя.

Электрогидравлический усилитель мощности со струйным усилением содержит электромеханический преобразователь 1 с двумя катушками управления 2, верхним 3 и нижним 4 магнитопроводами, Т-образным якорем 5 с основанием 6, центральным стержнем 7 и плоской пружиной обратной связи 8, корпус струйного усилителя 9 со встроенным струйным усилителем первого каскада, а также корпус золотникового распределителя 10 с фильтром 11, четырехкромочным дросселирующим золотником 12 второго каскада, с напорной 25, сливной 26 и полостными 27, 28 гидролиниями, при этом нижний магнитопровод 4 снабжен винтами 13 из немагнитного материала для ограничения хода Т-образного якоря 5, верхний магнитопровод 3 снабжен винтами 14 из ферромагнитного материала для тонкой регулировки моментной характеристики электромеханического преобразователя, струйный усилитель выполнен в виде расположенной между двумя плоскими дисками 15 и 16 расходной пластины 17 со сквозным центральным пазом 29 для дефлектора и тремя клиновидными отверстиями 30, 31, 32, одно из них 30, соединенное широкой частью через сквозной канал 40 в нижнем диске 16 с каналом напора 33, имеет на выходе в центральный паз 29 прямоугольный стабилизирующий участок 43, образуя напорное сопло, два других 31, 32, соединенных широкой частью через соответствующие сквозные каналы 41, 42 в нижнем диске 16 и каналы 38, 39 в корпусе золотникового распределителя с подторцевыми полостями 34, 35 золотника 12 второго каскада, расположены напротив первого отверстия, образуя узкими частями на выходе в центральный паз 29 приемные окна, разделенные трапециевидной стенкой 44, размер плоской вершины которой не превышает размера напорного сопла, причем величина зазоров l₃ и l₄ между стержнем и торцами центрального паза 29, а также размеры l₁ и l₂ каждого из приемных окон превышают размер l напорного сопла. Центральный паз 29 струйного усилителя выполнен с двумя сквозными отверстиями 45, расположенными по краям паза и обеспечивающими проход упора плоской пружины при сборке. Стержень 6 Т-образного якоря в районе расходной пластины 17 выполнен в виде плоского элемента и имеет клиновидное отверстие 36, широкая часть которого обращена к соплу 30, а узкая - к приемным окнам 31 и 32, образуя дефлектор. Плоская пружина механической обратной связи 8 выполнена единой деталью со стержнем и в своей нижней части имеет цилиндрический со сферическими торцами упор 19, контактирующий с торцами кольцевой проточки 37 в золотнике 12. Основание 6 Т-образного якоря 5 выполнено с цилиндрическим выступом 23, центрирующим якорь с дефлектором в струйном усилителе, а для разворота дефлектора в пазу 29 с помощью технологических стержней в основании якоря выполнены радиальные технологические отверстия 38, при этом струйный усилитель, установленный в собственном корпусе 9, неподвижно прижат элементами крепления к корпусу 10 золотникового распределителя.

Для фиксации от разворота гильзы 20 золотникового распределителя в корпусе 10 при сборке и в эксплуатации одна из крышек 21, установленных на торцах корпуса гидроусилителя, снабжена штифтом 22.

Разница в температурных расширениях корпуса 10 из алюминиевого сплава и стальной гильзы 20 золотникового распределителя компенсируется выполнением гильзы в осевом направлении больше соответствующего размера корпуса на величину, превышающую разницу в температурных расширениях при максимальных рабочих температурах, при этом центральное расположение гильзы золотникового распределителя в корпусе обеспечивается крышками 21, выполненными в виде упругих пластин.

При проведении технического обслуживания для обеспечения быстрого демонтажа электрогидравлического усилителя в его конструкции предусмотрен электросоединитель 46, установленный на стыковочной плоскости корпуса 9 золотникового распределителя.

Электрогидравлический усилитель работает следующим образом.

При включении давления рабочая жидкость подводится по гидроканалу 25 к напорным рабочим кромкам крайних буртов золотника 12, одновременно через фильтр 11 рабочая жидкость поступает по гидроканалу 33 корпуса 10 золотникового распределителя и каналу 40 нижнего диска 16 к напорному соплу 30. Полость центрального паза 29, полость 18 пружины механической обратной связи и полость 37 кольцевой проточки в золотнике, а также сливные кромки центрального бурта соединены со сливной магистралью 26 агрегата.

При отсутствии электрических сигналов управления в обмотках электромеханического преобразователя 1 дефлектор находится в среднем положении, ось напорного сопла 30 расположена посередине между осями приемных окон 31 и 32 (см. разрез), при этом давления рабочей жидкости в подторцевых камерах 34 и 35 равны, золотник неподвижен и находится в нейтральном положений.

При подаче электрического сигнала управления определенной величины и полярности через электросоединитель 46 на обмотки управления 2 электромагнитного преобразователя 1 стержень 7 якоря 5 смещается, преодолевая усилие пружины механической обратной связи 8, например, в левую сторону от нейтрального положения и клиновидное отверстие 36 дефлектора направляет поток рабочей жидкости в левое приемное окно 31, при этом кинетическая энергия потока рабочей жидкости из напорного сопла 30 преобразуется в потенциальную энергию давления рабочей жидкости в подторцевых полостях 34, 35 золотника 12, в результате давление в подторцевой камере 34 увеличивается, а в подторцевой камере 35 уменьшается, образовавшийся перепад давлений в подторцевых камерах 34, 35 перемещает золотник 12 слева направо, соединяя через дросселирующие окна золотника гидролинию напора 25 с полостью 28, а полость 27 с гидролинией слива 26, при этом одновременно с золотником 12 происходит перемещение упора 19 пружины механической обратной связи 8, что приводит к созданию изгибающего момента на якоре 5 электромеханического преобразователя, пропорционального смещению золотника 12 от нейтрального положения, причем перемещение золотника 12 продолжается до тех пор, пока изгибающий момент от пружины механической обратной связи 8 на якоре 5 и момент, созданный сигналом управления, подаваемого на обмотки электромеханического преобразователя, не сравняются по величине, после чего золотник 12 встанет в положение, пропорциональное величине электрического сигнала управления.

При подаче электрического сигнала управления обратной полярности работа электрогидравлического усилителя происходит аналогичным образом.

Величина и направление расхода рабочей жидкости, проходящего через дросселирующие окна на кромках буртов золотника 12, определяются величиной и полярностью электрического сигнала управления.

Установка нейтрального положения якоря 5 с дефлектором в струйном усилителе осуществляется поворотом его основания 6 с выступом 23 вокруг своей оси.

Для обеспечения быстрого демонтажа электрогидравлического усилителя при техническом обслуживании в его конструкции предусмотрен электросоединитель 46, установленный на стыковочной плоскости корпуса 9 золотникового распределителя.

Усилитель предназначен для следящих электрогидравлических приводов систем управления летательных аппаратов. Усилитель содержит электромеханический преобразователь с двумя катушками управления, верхним и нижним магнитопроводами, Т-образным якорем с основанием, центральным стержнем и плоской пружиной обратной связи, корпус струйного усилителя со встроенным струйным усилителем, а также корпус золотникового распределителя с четырехкромочным дросселирующим золотником второго каскада, при этом нижний магнитопровод снабжен винтами из немагнитного материала для ограничения хода Т-образного якоря, верхний магнитопровод снабжен винтами из ферромагнитного материала для тонкой регулировки моментной характеристики электромеханического преобразователя, струйный усилитель выполнен в виде расположенной между двумя плоскими дисками расходной пластины со сквозным центральным пазом для дефлектора и тремя клиновидными отверстиям, одно из них, соединенное широкой частью через сквозной канал в нижнем диске с каналом напора, имеет на выходе в центральный паз прямоугольный стабилизирующий участок, образуя напорное сопло, два других, соединенных широкой частью через соответствующие сквозные каналы в нижнем диске и каналы в корпусе золотникового распределителя с подторцевыми полостями золотника второго каскада, расположены напротив первого отверстия, образуя узкими частями на выходе в центральный паз приемные окна, разделенные трапециевидной стенкой, размер плоской вершины которой не превышает размера напорного сопла, причем величина зазоров между стержнем и торцами центрального паза, а также размеры каждого из приемных окон превышают размеры напорного сопла. Стержень Т-образного якоря в районе расходной пластины имеет клиновидное отверстие, широкая часть которого обращена к соплу, а узкая - к приемным окнам, образуя дефлектор. Технический результат - повышение точности регулировки. 7 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Электрогидравлический усилитель мощности со струйным усилителем в первом каскаде, содержащий электромеханический преобразователь с двумя катушками управления, верхним и нижним магнитопроводами, Т-образным якорем с основанием, центральным стержнем и плоской пружиной обратной связи, струйный усилитель в первом каскаде в виде расположенной между двумя плоскими дисками расходной пластиной с центральным пазом для дефлектора, корпус с золотниковым распределителем второго каскада, отличающийся тем, что нижний магнитопровод снабжен винтами из немагнитного материала для ограничения хода Т-образного якоря, верхний магнитопровод снабжен винтами из ферромагнитного материала для регулировки моментной характеристики электромеханического преобразователя, расходная пластина струйного усилителя выполнена с тремя клиновидными отверстиями, одно из них, соединенное широкой частью с каналом напора, имеет на выходе в центральный паз прямоугольный стабилизирующий участок, образуя напорное сопло, два других, соединенных широкой частью через каналы в диске и корпусе с подторцевыми полостями распределительного золотника второго каскада, расположены напротив первого отверстия, образуя узкими частями на выходе в центральный паз приемные окна, разделенные трапециевидной стенкой, размер плоской вершины которой не превышает размера напорного сопла, а стержень Т-образного якоря в районе расходной пластины имеет клиновидное отверстие, широкая часть которого обращена к соплу, а узкая - к приемным окнам, образуя дефлектор.

2. Электрогидравлический усилитель по п. 1, отличающийся тем, что величина зазоров между стержнем-дефлектором и торцами центрального паза струйного усилителя, а также размеры каждого из приемных окон превышают размеры напорного сопла.

3. Электрогидравлический усилитель по п. 1, отличающийся тем, что основание Т-образного якоря снабжено цилиндрическим выступом, центрирующим якорь с дефлектором в струйном усилителе, в основании якоря выполнены радиальные технологические отверстия для разворота дефлектора в пазу с помощью технологических стержней.

4. Электрогидравлический усилитель по п. 1, отличающийся тем, что плоская пружина обратной связи снабжена цилиндрическим со сферическими торцами упором, имеющим контакт с торцами проточки в золотнике.

5. Электрогидравлический усилитель по п. 1, отличающийся тем, что центральный паз струйного усилителя выполнен с двумя сквозными отверстиями, расположенными по краям паза, обеспечивающими проход упора плоской пружины при сборке.

6. Электрогидравлический усилитель по п. 1, отличающийся тем, что гильза золотникового распределителя фиксируется в корпусе от разворота вокруг своей оси штифтом на одной из крышек, установленных на торцах корпуса гидроусилителя.

7. Электрогидравлический усилитель по п. 1 или 6, отличающийся тем, что линейный размер гильзы золотникового распределителя выполнен несколько больше соответствующего размера корпуса, а фиксированное положение гильзы в корпусе обеспечивается крышками, выполненными в виде упругих пластин.

8. Электрогидравлический усилитель по п. 1, отличающийся тем, что снабжен электросоединителем, установленным на стыковочной плоскости гидроусилителя.