Гибридный электрогидравлический рулевой привод Российский патент 2019 года по МПК F15B9/03 

Изобретение относится к области транспортного машиностроения, а именно к системам рулевого управления колесных машин, однако также может быть использовано в качестве исполнительного электрогидравлического механизма в системах управления летательных аппаратов, речных и морских судов и т.д.

Известны двухрежимные электрогидравлические приводы среди которых можно выделить двухрежимный электрогидравлический привод с нереверсивным насосом (патент на изобретение RU №2484314, МПК F15B 9/09, 2011 г.) и двухрежимный электрогидравлический привод с дополнительными режимами кольцевания и демпфирования выходного звена (патент на изобретение RU №2483977, МПК В64С 13/36, F15B 9/00, 2011 г.). Известны также аварийные клапаны переключения гидропитания, где переключающие элементы выполнены в виде цилиндрических золотников. Они применяются в резервированных гидроприводах с замещением гидросистем, в которых гидропитание осуществляется от двух независимых гидросистем, одна из которых является основной, а другая дублирующей. Подключение к приводу дублирующей системы гидропитания осуществляется специальным гидравлическим краном (клапаном переключения), срабатывающим автоматически по падению давления в основной гидросистеме от которой работает привод (см. Гониодский В.И. и др. Привод рулевых поверхностей самолетов. - М.: Машиностроение, 1974, стр. 181, рис. 4.26 (а).

Наиболее близким из указанных приводов является электрогидравлический привод с нереверсивным насосом RU 2484314

Главной особенностью двухрежимного электрогидравлического привода является его способность работать как в режиме обычного электрогидравлического привода с дроссельным управлением скоростью поршня гидроцилиндра и питанием от централизованной гидросистемы, так и в режиме автономного электрогидростатического привода с питанием от силовой электросистемы.

Привод в целом можно разделить на четыре функциональные части: магистральную часть, автономную, клапаны переключения режимов работы и общую выходную часть, в которую входит гидроцилиндр с датчиком обратной связи (ДОС), а также антикавитационные и предохранительные клапаны. Магистральная часть привода включает клапаны подключения привода к централизованной гидросистеме, входной фильтр и двухкаскадный электрогидравлический усилитель, состоящий из золотникового гидрораспределителя (ЗГР) и управляющего электрогидравлического усилителя (ЭГУ). Автономная часть привода состоит из электронного блока управления электродвигателем, нерегулируемого нереверсивного насоса, вал которого вращается бесконтактным электродвигателем постоянного тока (БДПТ), гидрокомпенсатора с датчиком контроля его состояния, а также системы клапанов (челночного и предохранительных), обеспечивающих работу автономной части привода. Переключение режимов работы привода осуществляет система клапанов, в которую входят двухпозиционный клапан режима работы с датчиком контроля его состояния, клапан блокировки и отключения ЭГУ и клапан полетной блокировки. Между нерегулируемым нереверсивным насосом и клапаном переключения режимов работы установлен пропорциональный клапан реверса с большой площадью рабочих окон, управляемый линейным электродвигателем. В приводе использован демпфирующий дроссель между полостями гидроцилиндра и двухпозиционный клапан демпфирования с дополнительным толкателем, отключающий этот демпфирующий дроссель при подаче высокого давления либо в торцевую камеру клапана, либо в торцевую камеру его дополнительного толкателя, при этом торцевая камера дополнительного толкателя клапана демпфирования соединена с гидроаккумулятором, с выходным каналом насоса через обратный клапан и с гидрокомпенсатором через электрогидравлический запирающий клапан. В приводе применен электрогидравлический управляющий клапан, соединяющий торцовые камеры клапана переключения и клапана демпфирования с магистралью нагнетания централизованной гидросистемы или с гидрокомпенсатором.

Недостатком известных двухрежимных электрогидравлических приводов является большое количество сложных электрогидравлических и гидравлических устройств, повышающих стоимость двухрежимного электрогидравлического рулевого привода, увеличивающих его массу и габариты, а также снижающих общую его надежность. Так, использование двух электрогидравлических сервоклапанов (клапана реверса и золотникового электрогидравлического усилителя мощности) приводит к необходимости применения в двухрежимном электрогидравлическом приводе клапана переключения активных режимов, к которому подводится обе гидросистемы и выход из строя которого может привести к выходу из строя всего двухрежимного электрогидравлического привода.

Также при отказе централизованной гидросистемы отключается исправный электрогидравлический усилитель и подключается пропорциональный клапан реверса с большой площадью рабочих окон, управляемый линейным электродвигателем, состояние которых на момент включения неизвестно т.к. при работе привода от централизованной гидросистемы они находились в выключенном состоянии и могли перейти в неисправное состояние под действием внешних факторов (вибрации, температуры и т.д

Технический результат предлагаемого технического решения заключается в упрощении конструкции рулевого привода, снижении его массы и габаритов и уменьшении конечной стоимости привода при одновременном повышении его надежности.

Поставленная задача решается тем, что в заявляемом гибридном электрогидравлическом рулевом приводе, состоящем из гидроцилиндра, пропорционального электрогидравлического сервоклапана с непосредственным управлением положением золотника с напроной и сливной гидролиниями, нереверсивного нерегулируемого гидронасоса с управляемым электродвигателем, блока управления электродвигателем, блока управления приводом, гидроаккумулятора, предохранительного клапана, датчика положения штока гидроцилиндра, напорной и сливной гидролиний централизованной гидросмстемы, согласно изобретению в конструкцию привода введен блок переключения линий гидропитания, соединенный с напорной и сливной гидролиниями централизованной гидросистемы, напорной и всасывающей гидролиниями нереверсивного нерегулируемого гидронасоса, напорной и сливной гидролиниями пропорционального электрогидравлического сервоклапана с непосредственным управлением положением золотника, выходы которого соединены с полостями гидроцилиндра.

Согласно изобретению в состав блока переключения линий гидропитания входят два обратных клапана, причем вход первого обратного клапана соединен с напорной гидролинией централизованной гидросистемы, вход второго обратного клапана соединен с напорной гидролинией нереверсивного нерегулируемого гидронасоса, а выходы обоих обратных клапанов соединены с напорной гидролинией пропорционального электрогидравлического сервоклапана с непосредственным управлением положением золотника, а сливная гидролиния сервоклапана соединена с всасывающей гидролинией нереверсивного нерегулируемого гидронасоса и сливной гидролинией централизованной гидросистемы, снабженной предохранительным клапаном.

Согласно изобретению в блок переключения гидропитания введен клапан включения с электрическим управлением, который в зависимости от наличия электрической команды подключает вход первого обратного клапана либо к напорной гидролинии централизованной гидросистемы, либо к ее сливной гидролинии.

Согласно изобретению блок управления приводом является многорежимным: один режим управления используется при энергопитании гибридного привода от централизованной гидросистемы, а другие - при энергопитании гибридного привода от электросистемы.

Согласно изобретению предлагаемый привод отличается от прототипа:

использованием в приводе блока переключения линий гидропитания, соединенного с напорной и сливной гидролиниями централизованной гидросистемы, напорной и всасывающей гидролиниями нереверсивного нерегулируемого гидронасоса, напорной и сливной гидролиниями пропорционального электрогидравлического сервоклапана с непосредственным управлением положением золотника, выходы которого соединены с полостями гидроцилиндра;

использованием в приводе блока переключения линий гидропитания в состав которого входят два обратных клапана, причем вход первого обратного клапана соединен с напорной гидролинией централизованной гидросистемы, вход второго обратного клапана соединен с напорной гидролинией нереверсивного нерегулируемого гидронасоса, а выходы обоих обратных клапанов соединены с напорной гидролинией пропорционального электрогидравлического сервоклапана с непосредственным управлением положением золотника, а сливная гидролиния сервоклапана соединена с всасывающей гидролинией нереверсивного нерегулируемого гидронасоса и сливной гидролинией централизованной гидросистемы, снабженной предохранительным клапаном;

использованием в приводе блока переключения линий гидропитания в состав которого введен клапан включения с электрическим управлением, который в зависимости от наличия электрической команды подключает вход первого обратного клапана указанного блока переключения линий гидропитания либо к напорной гидролинии централизованной гидросистемы, либо к ее сливной гидролинии;

использованием в приводе многорежимного блока управления приводом: один режим управления используется при гидропитании гибридного привода от внешней гидросистемы, а другие - при гидропитании гибридного привода от встроенного нереверсивного нерегулируемого насоса.

Указанные отличия позволяют упростить конструкцию двухрежимного электрогидравлического привода с уменьшением его конечной стоимости, снизить массу и уменьшить его габариты при одновременном повышении его надежности.

Указанные отличия являются принципиальными и создают новизну предлагаемого решения.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где:

на фиг. 1 показана схема прототипа двухрежимного электрогидравлического привода;

на фиг. 2 показана принципиальная схема заявляемого гибридного электрогидравлического рулевого привода.

Гибридный электрогидравлический рулевой привод содержит гидроцилиндр 1, пропорциональный электрогидравлический сервоклапан с непосредственным управлением положением золотника 2 с напроной 3 и сливной 4 гидролиниями, нереверсивный нерегулируемый гидронасос 5 с напорной 6 и всасывающей 7 гидролиниями, управляемый электродвигатель 8, блок управления электродвигателем 9, блок управления приводом 10, гидроаккумулятор 11, предохранительный клапан 12, датчик положения штока гидроцилиндра 13, напорную 14 и сливную 15 гидролинии централизованной гидросмстемы, блок переключения линий гидропитания 16, соединенный с напорной 14 и сливной 15 гидролиниями централизованной гидросистемы, напорной 6 и всасывающей 7 гидролиниями нереверсивного нерегулируемого гидронасоса 5, напорной 3 и сливной 4 гидролиниями пропорционального электрогидравлического сервоклапана с непосредственным управлением положением золотника 2, выходы которого соединены с полостями гидроцилиндра 1. В состав блока переключения линий гидропитания 16 входят два обратных клапан 17 и 18, причем вход первого обратного клапана 17 соединен с напорной гидролинией 14 централизованной гидросистемы, вход второго обратного клапана 18 соединен с напорной гидролинией 6 нереверсивного нерегулируемого гидронасоса 5, а выходы обоих обратных клапанов соединены с напорной гидролинией 3 пропорционального электрогидравлического сервоклапана с непосредственным управлением положением золотника 2, а сливная гидролиния 4 сервоклапана 2 соединена с всасывающей гидролинией 7 нереверсивного нерегулируемого насоса 5 и сливной гидролинией 15 централизованной гидросистемы, снабженной предохранительным клапаном 19. Блок переключения линий гидропитания 16 снабжается клапаном включения 20 с электрическим управлением, который по электрической команде о переходе на резервный автономный режим подключает вход первого обратного клапана 17 блока переключения линий гидропитания к сливной гидролинии 15 централизованной гидросистемы.

Гибридный электрогидравлический рулевой привод работает следующим образом:

Привод может работать в двух режимах энергопитания: основном с энергопитанием от централизованной гидросистемы и в резервном (автономном) с энергопитанием от электросистемы.

При наличии давления в централизованной гидросистеме привод работает в основном (штатном) режиме. Рабочая жидкость под давлением из напорной гидролинии централизованной гидросистемы 14 через один из входов блока переключения линий гидропитания 16 поступает в напорную гидролиниию 3 пропорционального электрогидравлического сервоклапана с непосредственным управлением положением золотника 2. По командам блока управления приводом 10 пропорциональный электрогидравлический сервоклапан 2 распределяет потоки жидкости в полости гидроцилиндра 1. Шток гидроцилиндра 1 перемещается, датчик положения штока гидроцилиндра 13 выдает сигнал для замыкания позиционной обратной связи в блоке управления приводом 10. Скорость и направление перемещения штока гидроцилиндра 1 определяются положением золотника пропорционального электрогидравлического сервоклапана 2 т.е. управление приводом происходит в дроссельном режиме.

При отказе централизованной гидросистемы давление в ее напорной гидролинии 14 падает и привод по электрической команде, поступающей в блок управления приводом 10, переходит на резервный автономный режим работы. Из блока управления приводом 10 команда перехода в автономный режим подается на клапан включения 20 и блок управления электродвигателем 9.

Блок управления электродвигателем 9 по команде запускает электродвигатель 8 и нереверсивный нерегулируемый гидронасос 5 по напорной линии 6 подает рабочую жидкость в блок переключения линий гидропитания 16, через который она поступает в напорную гидролинию 3 пропорционального электрогидравлического сервоклапана с непосредственным управлением положением золотника 2, выходы которого соединены с полостями гидроцилиндра.

Блок управления приводом по команде переходит на режим работы, который обеспечивает резервный автономного режима работы привода. В этом режиме блок управления приводом выдает управляющие сигналы на пропорциональный электрогидравлический сервоклапан, задавая положение его золотника, и на блок управления электродвигателем, задавая частоту вращения электродвигателя и, соответственно, подачу нерегулируемого гидронасоса. На малых сигналах управление осуществляется в основном за счет изменения положения золотника при постоянных небольших оборотах насоса (дроссельное регулирование), на больших сигналах управление осуществляется в основном за счет изменения оборотов насоса, при больших открытиях золотника (объемное регулирование), с плавным переходом от одного режима к другому, чем создаются оптимальные условия работы для управляемого электродвигателя и минимизируется потребление электроэнергии от электросистемы за счет снижения гидравлических потерь. Настройки блока управления приводом позволяют также осуществлять и иные режимы управления приводом в резервном автономном режиме его работы.

Если при отказе централизованной гидросистемы давление в ее напорной линии 14 может падать медленно или нестабильно, блок переключения линий гидропитания 16 снабжается клапаном включения 20 с электрическим управлением, который по электрической команде о переходе на резервный автономный режим подключает вход обратного клапана 17 блока переключения гидропитания к сливной гидролинии 15 централизованной гидросистемы, чем обеспечивается надежное закрытие обратного клапана 17.

Гибридный электрогидравлический рулевой привод, относящийся к области транспортного машиностроения, а именно к системам рулевого управления колесных машин, рулевых поверхностей летательных аппаратов, речных и морских судов и т.д. Гибридный привод может работать в двух режимах энергопитания: штатном с гидропитанием от централизованной гидросистемы и в резервном режиме энергопитания с энергопитанием от электросистемы. Гидропитание пропорционального электрогидравлического сервоклапана с непосредственным управлением положением золотника, выходы которого подключены к линиям гидроцилиндра, осуществляется через блок переключения линий гидропитания. Переход на резервный автономный режим производится по электрической команде. Технический результат предлагаемого технического решения заключается в упрощении конструкции привода, снижении его конечной стоимости, массы и уменьшении габаритных размеров при одновременном повышении его надежности. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Гибридный электрогидравлический рулевой привод, состоящий из гидроцилиндра, пропорционального электрогидравлического сервоклапана с непосредственным управлением положением золотника с напорной и сливной гидролиниями, нереверсивного нерегулируемого гидронасоса с напорной и всасывающей гидролиниями, управляемого электродвигателя, блока управления электродвигателем, блока управления приводом, гидроаккумулятора, предохранительного клапана, датчика положения штока гидроцилиндра, напорной и сливной гидролиний централизованной гидросистемы, отличающийся тем, что в конструкцию привода введен блок переключения линий гидропитания, соединенный с напорной и сливной гидролиниями централизованной гидросистемы, напорной и всасывающей гидролиниями нереверсивного нерегулируемого насоса, напорной и сливной гадролиниями пропорционального электрогидравлического сервоклапана с непосредственным управлением положением золотника, выходы которого соединены с полостями гидроцилиндра.

2. Привод по п. 1, отличающийся тем, что в состав блока переключения линий гидропитания входят два обратных клапана, причем вход первого обратного клапана соединен с напорной гидролинией централизованной гидросистемы, вход второго обратного клапана соединен с напорной гидролинией нереверсивного нерегулируемого гидронасоса, а выходы обоих обратных клапанов соединены с напорной гидролинией пропорционального электрогидравлического сервоклапана с непосредственным управлением положением золотника, а сливная гидролиния сервоклапана соединена с всасывающей гидролинией нереверсивного нерегулируемого гидронасоса и сливной гидролинией

централизованной гидросистемы, снабженной предохранительным клапаном.

3. Привод по п. 2, отличающийся тем, что в блок переключения гидропитания введен клапан включения с электрическим управлением, который в зависимости от наличия электрической команды на его входе подключает вход первого обратного клапана либо к напорной гидролинии централизованной гидросистемы, либо к ее сливной гидролинии.

4. Привод по п. 1, отличающийся тем, что блок управления приводом является многорежимным: один режим управления используется при энергопитании гибридного привода от централизованной гидросистемы, а другие - при энергопитании гибридного привода от электросистемы.