ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ПРИВОД Российский патент 2019 года по МПК F15B9/17 F15B1/02 

Изобретение относится к области гидроавтоматики и может быть использовано в конструкциях летательных аппаратов для управления положением рулевых исполнительных органов летательных аппаратов.

Известен электрогидравлический привод для управления исполнительными органами летательных аппаратов, содержащий питающую установку с объемным насосом и параллельно подключенные к ней линиями 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 для управления положением исполнительных органов летательных аппаратов, содержащий питающую установку с объемным насосом и параллельно подключенные к ней линиями 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 распределительным 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 в любых климатических условиях, сложность и высокая трудоемкость контроля готовности к выполнению работы.

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

Технический результат, обеспечивающий решение задачи, заключается в повышении надежности, увеличении срока сохранения готовности к работе в составе летательного аппарата, особенно в условиях разреженных слоев атмосферы, упрощение конструкции и снижение трудоемкости контроля готовности к выполнению работы.

Сущность изобретения состоит в том, что электрогидравлический привод исполнительных органов, содержащий установку подачи рабочей среды с объемным насосом, имеющим корпус с камерами нагнетания и всасывания, и приводной электродвигатель, связанный с приводным валом насоса, а также группу параллельно подключенных к соответствующим камерам насоса гидролиниями нагнетания и слива рулевых приводов дискретного углового перемещения исполнительных органов, в состав каждого из которых входят поворотный гидродвигатель и гидравлический распределитель с механизмом управления, подключенный к рабочим полостям гидродвигателя и к гидролиниям нагнетания и слива, при этом он снабжен автономным подпорным устройством, содержащим емкость, герметично разделенную подвижным разделительным элементом на жидкостную полость с рабочей средой, связанную через обратный клапан с всасывающей камерой насоса, и пневмополость, к которой подключен источник горячего газа под давлением, выполненный в виде твердотопливного газогенератора и снабженный электрически воспламеняемым инициирующим пиропатроном, при этом механизм управления каждого рулевого привода выполнен в виде шагового электродвигателя, связанного цепью контроля стыковки с инициирующим пиропатроном, в гидролинии нагнетания установлен клапан ограничения давления, выполненный с возможностью сброса рабочей среды в гидролинию слива и подключенный к камере всасывания насоса, а приводной электродвигатель последнего снабжен автономным источником электроэнергии.

Предпочтительно, разделительный элемент подпорного устройства выполнен в виде поршня или мембраны.

Предпочтительно, в гидролинии слива установлен гидроразъем для подключения регламентной питающей установки.

Предпочтительно, гидравлический распределитель каждого рулевого привода подключен к гидролиниям нагнетания и слива с помощью гидроразъемов.

Предпочтительно, объемный насос снабжен компенсационно-поддавливающим устройством, выполненным в виде полого двухступенчатого поршня и соединенного с ним сильфона, закрепленного на корпусе насоса с образованием полости, соединенной с внутренним объемом корпуса насоса, при этом сильфон жестко закреплен одним краем к корпусу, а другим - к полому двухступенчатому поршню, дополнительно установленному на корпусе с образованием дифференциальной полости, соединенной с нагнетанием насоса, и с возможностью поступательного перемещения указанного поршня по участку наружной поверхности корпуса насоса.

Предпочтительно, полый двухступенчатый поршень выполнен с двумя поясками и с двумя внутренними кольцевыми уплотнениями и установлен с возможностью перемещения по участку поверхности корпуса, выполненному ступенчатым.

Предпочтительно, внутренний объем корпуса насоса соединен с полостью сильфона со стороны, противоположной приводному валу насоса.

Предпочтительно, автономный источник электроэнергии для приводного электродвигателя насоса выполнен одноразовым.

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

Электрогидравлический привод для управления исполнительными органами летательного аппарата (не изображены, т.к. не входят в состав заявляемого привода), содержит питающую насосную установку 1 подачи рабочей среды (рабочей жидкости) с объемным, предпочтительно, регулируемым по давлению нагнетания аксиально поршневым насосом 2, имеющим корпус 19 и приводной электродвигатель 30, связанный с приводным валом 29 насоса 2, а также группу подключенных к объемному насосу 2 гидролиниями 3, 4 нагнетания и слива, соответственно, рулевых приводов 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 индивидуального дискретного углового перемещения исполнительных органов. В состав каждого из рулевых приводов 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 (число которых равно числу приводимых исполнительных органов) входят поворотный гидродвигатель 14 и гидравлический распределитель 13, подключенный своими соответствующими линиями к полостям гидродвигателя 14 и, через гидроразъемы 33, к гидролиниям 3, 4 нагнетания и слива.

Гидродвигатель 14, выполнен, предпочтительно, в виде неполноповоротного объемного аксиально поршневого или радиально поршневого высокомоментного реверсивного гидромотора.

Гидравлический распределитель 13 выполнен, предпочтительно, в виде нормально закрытого плоского поворотного четырехлинейного трехпозиционного золотника с электромеханическим механизмом управления (не изображен), связанным с системой управления летательного аппарата. Механизм управления плоского золотника каждого распределителя 13 реализован, например, как и в устройстве - прототипе, в виде поворотного шагового электродвигателя с магнитным фиксатором, связанного зубчатой передачей с установленным на оси плоским поворотным золотником распределителя 13.

Электрогидравлический привод снабжен подключенным через дроссель 38 и редуктор 39 давления к всасыванию (всасывающей полости) объемного насоса 2 и к линии 4 слива рулевых приводов 5…12 одноразовым ампулизированным подпорным устройством 15.

Устройство 15 содержит емкость 17, герметично разделенную подвижным разделительным элементом 16 на камеру 37 с рабочей средой и приводную камеру 32, к которой подключен источник горячего газа под давлением, выполненный в виде твердотопливного газогенератора 35 и снабженный электрически воспламеняемым инициирующим пиропатроном 36. Одновременно, объемный насос 2 питающей насосной установки 1 снабжен компенсационно-поддавливающим устройством, выполненным в виде полого двухступенчатого поршня 21 и соединенного с ним сильфона 18, закрепленного на корпусе 19 насоса 2 с образованием в нем полости 20, соединенной с внутренним объемом (являющимся всасыванием) корпуса 19 из которого происходит всасывание рабочей жидкости насосом 2. При этом сильфон 18 жестко закреплен одним краем к корпусу 19, а другим - к полому двухступенчатому поршню 21, установленному на корпусе 19 с образованием дифференциальной полости 31, соединенной с нагнетанием насоса 2, и с возможностью поступательного перемещения указанного поршня 21 по участку наружной поверхности корпуса 19 насоса 2, приводной электродвигатель 30 которого снабжен автономным источником 34 электроэнергии.

Разделительный элемент 16 выполнен в виде поршня или мембраны, а инициирующий пиропатрон 36 выполнен в виде одноразового порохового заряда с встроенным электровоспламенителем, связанным с системой управления летательного аппарата, в составе которого предназначен эксплуатироваться привод.

В гидролинии 4 слива установлен предохранительный клапан 24 ограничения давления на всасывании, выполненный с возможностью сброса рабочей среды при несанкционированном увеличении давления на всасывании насоса 2 выше допускаемого значения в окружающую среду или в технологическую емкость.

В гидролинии 4 слива установлен гидроразъем 25, предназначенный для подключения вспомогательной (технологической) питающей установки, которая относится к стационарному наземному оборудованию, временно подключается к приводу перед вводом в эксплуатацию, только на период опрессовки и регламентных проверок работоспособности перед монтажом привода на летательный аппарат.

Распределитель 13 каждого рулевого привода 5…12 подключен к гидролиниям 3,4 установки 1 подачи рабочей среды с помощью гидроразъемов 33.

Полый двухступенчатый поршень 21 выполнен с двумя поясками 22, 23 и с двумя внутренними кольцевыми уплотнениями 27, 28 и установлен с возможностью перемещения по участку наружной поверхности корпуса 19, выполненному ступенчатым.

Внутренний объем корпуса 19 насоса соединен с полостью сильфона 18 со стороны, противоположной приводному валу 29 насоса 2.

Автономный источник 34 электроэнергии для приводного электродвигателя 30 насоса 2 установки 1 подачи рабочей среды может быть выполнен одноразовым, например, в виде химического аккумулятора или батареи.

Электрогидравлический привод работает следующим образом.

При изготовлении привод ампулизируется, т.е. заполняется рабочей жидкостью и изолируется от окружающего пространства. При этом все технологические отверстия и внешние гидроразъемы заглушены. В состоянии дежурства летательного аппарата, которое может продолжаться длительное время, привод должен быть готов к включению, т.е. его полости должны быть гарантированно заполнены рабочей жидкостью. Однако, в течение времени хранения (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 пружинными свойствами, компенсирует за счет соответствующего смещения сильфона 18 изменение объема рабочей жидкости в приводе в результате температурного расширения-сжатия. При падении давления в корпусе 19 насоса 2 двухступенчатый (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 распределителя 13 в нормальнозакрытом положении и, тем самым, фиксацию вала каждого из рулевых приводов 5-12 в устойчивом положении.

Для отработки управления исполнительными органами летательного аппарата электрогидравлический привод задействуется по команде системы управления. Так как управление производится, как правило, в условиях пониженной температуры окружающей среды, пониженного атмосферного давления, имеющихся в разреженных слоях атмосферы, необходимо обеспечить неразрывность потока рабочей жидкости на всасывании насоса 2, всасывающего рабочую жидкость из объема корпуса 19. Соответствующий гарантированный подпор на всасывании насоса 2 обеспечивается устройством 15, на которое от системы управления подается команда на воспламенение пиропатрона 36 твердотопливного газогенератора 35. В результате воспламенения твердого топлива заряда 35 в приводную камеру 32 подпорного устройства 15 поступает горячий газ под давлением, воздействующий на разделительный элемент 16. Энергия горячего газа непосредственно преобразуется в давление рабочей жидкости в камере 37. В результате под действием горячего газа элемент 16 поступательно перемещается и рабочая жидкость вытесняется из камеры 37 емкости 17 через дроссель 38 и клапан 39 и поступает в сильфон 18 под давлением ~7 кгс/см². Поскольку сильфон 18 закреплен с образованием полости 20, соединенной с внутренним объемом корпуса 19, давлением устройства 15 обеспечивается необходимое избыточное давление и, тем самым, неразрывность потока рабочей жидкости на всасывании насоса 2.

Кроме того, на шаговый электродвигатель каждого из рулевых приводов 5-12. подается команда в виде последовательности однополярных прямоугольных управляющих импульсов напряжением 26 В. Благодаря дифференциальности ступеней 22, 23 поршня 21 давление, в корпусе 19, одновременно 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 и, тем самым ограничивающий значение давления. Насос 2, вал 29 которого приводится во вращение электродвигателем 28, 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 не допускает возникновения разрежения на всасывании насоса 2, т.е. во внутреннем объеме корпуса 19, тем самым надежно обеспечивается работоспособность насоса 2 и каждого из рулевых приводов 5…12 при любых условиях окружающей среды.

При этом последовательность управляющих импульсов, поступающая на электродвигатели приводов 5-12, преобразуется в угловое перемещение, которое через зубчатую передачу передается золотнику распределителя 13. В результате введенного этим рассогласования формируется перепад давления и приводится в движение соответствующий гидродвигатель 14, вал которого 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 дежурства периодически следует контролировать состояние золотников распределителей 13 рулевых приводов 5-12. Для этого от вспомогательной питающей установки рабочая жидкость под давлением может быть подана через гидроразъем 25 и функционирование приводов 5-12 может быть проверено без задействования одноразовых средств емкости 17 и одноразового источника энергии электродвигателя 30. После этого для установки золотника распределителя 13 каждого рулевого привода 5-12 в нейтральное положение необходимо подачей импульсов на электродвигатель установить золотник распределителя 13 в нейтральное положение. При подаче давления вал соответствующего гидродвигателя 14, отрабатывая рассогласование с золотником распределителя 13, займет нейтральное (исходное) положение.

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

При этом повышена надежность, увеличен срок сохранения готовности к работе в составе летательного аппарата, упрощена конструкция и снижена трудоемкость контроля готовности к выполнению работы.

Привод содержит питающую установку 1 подачи рабочей среды с объемным насосом 2, имеющим корпус 19 и приводной электродвигатель 30 с приводным валом 29 насоса 2, а также группу подключенных к насосу 2 гидролиниями 3,4 нагнетания и слива, соответственно, рулевых приводов 5…12 дискретного углового перемещения исполнительных органов. В состав рулевых приводов 5…12 входят поворотный гидродвигатель 14 и распределитель 13, подключенный к полостям гидродвигателя 14 и к гидролиниям 3,4. Привод снабжен подключенным к всасыванию объемного насоса 2 и к линии 4 слива рулевых приводов 5…12 подпорным устройством 15. Устройство 15 содержит емкость 17, герметично разделенную элементом 16 на камеру 37 с рабочей средой и приводную камеру 32, к которой подключен источник горячего газа под давлением, выполненный в виде твердотопливного газогенератора 35 и снабженный электрически воспламеняемым инициирующим пиропатроном 36. Объемный насос 2 питающей насосной установки 1 снабжен компенсационно-поддавливающим устройством в виде полого двухступенчатого поршня 21 и сильфона 18, закрепленного на корпусе 19 насоса 2 с образованием полости 20, соединенной с внутренним объемом корпуса 19. При этом сильфон 18 жестко закреплен одним краем к корпусу 19, а другим - к полому двухступенчатому поршню 21, установленному на корпусе 19 с образованием дифференциальной полости 31, соединенной с нагнетанием насоса 2, и с возможностью поступательного перемещения указанного поршня 21 по участку поверхности корпуса 19 насоса 2, приводной электродвигатель 30 которого снабжен автономным источником 34 электроэнергии. Технический результат - повышенная надежность, увеличенный срок сохранения готовности к работе. 7 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Электрогидравлический привод исполнительных органов, содержащий установку подачи рабочей среды с объемным насосом, имеющим корпус с камерами нагнетания и всасывания, и приводной электродвигатель, связанный с приводным валом насоса, а также группу параллельно подключенных к соответствующим камерам насоса гидролиниями нагнетания и слива рулевых приводов дискретного углового перемещения исполнительных органов, в состав каждого из которых входят поворотный гидродвигатель и гидравлический распределитель с механизмом управления, подключенный к рабочим полостям гидродвигателя и к гидролиниям нагнетания и слива, отличающийся тем, что он снабжен автономным подпорным устройством, содержащим емкость, герметично разделенную подвижным разделительным элементом на жидкостную полость с рабочей средой, связанную через обратный клапан с всасывающей камерой насоса, и пневмополость, к которой подключен источник горячего газа под давлением, выполненный в виде твердотопливного газогенератора и снабженный электрически воспламеняемым инициирующим пиропатроном, при этом механизм управления каждого рулевого привода выполнен в виде шагового электродвигателя, связанного цепью контроля стыковки с инициирующим пиропатроном, в гидролинии нагнетания установлен клапан ограничения давления, выполненный с возможностью сброса рабочей среды в гидролинию слива и подключенный к камере всасывания насоса, а приводной электродвигатель последнего снабжен автономным источником электроэнергии.

2. Электрогидравлический привод по п. 1, отличающийся тем, что разделительный элемент подпорного устройства выполнен в виде поршня или мембраны.

3. Электрогидравлический привод по любому из пп. 1, 2, отличающийся тем, что в гидролинии слива установлен гидроразъем для подключения регламентной питающей установки.

4. Электрогидравлический привод по п. 1, отличающийся тем, что гидравлический распределитель каждого рулевого привода подключен к гидролиниям нагнетания и слива с помощью гидроразъемов.

5. Электрогидравлический привод по п. 1, отличающийся тем, что объемный насос снабжен компенсационно-поддавливающим устройством, выполненным в виде полого двухступенчатого поршня и соединенного с ним сильфона, закрепленного на корпусе насоса с образованием полости, соединенной с внутренним объемом корпуса насоса, при этом сильфон жестко закреплен одним краем к корпусу, а другим - к полому двухступенчатому поршню, дополнительно установленному на корпусе с образованием дифференциальной полости, соединенной с нагнетанием насоса, и с возможностью поступательного перемещения указанного поршня по участку наружной поверхности корпуса насоса.

6. Электрогидравлический привод по п. 5, отличающийся тем, что полый двухступенчатый поршень выполнен с двумя поясками и с двумя внутренними кольцевыми уплотнениями и установлен с возможностью перемещения по участку поверхности корпуса, выполненному ступенчатым.

7. Электрогидравлический привод по п. 1, отличающийся тем, что внутренний объем корпуса насоса соединен с полостью сильфона со стороны, противоположной приводному валу насоса.

8. Электрогидравлический привод по п. 1, отличающийся тем, что автономный источник электроэнергии для приводного электродвигателя насоса выполнен одноразовым.