Гидравлическая рулевая машина Советский патент 1982 года по МПК B63H25/30 

Изобретение относится к судостроению, в частности к гидравлическим рулевьзм .машинам. Известна гидравлическая рулевая машина, содержащая силовой исполнительный многокамерный механизм, связанный гидравлическими магистралями с насосом и электромагнитным распределителем, устройство управления рас пределителем, включающее блок питани элемент измерения перепада давления компараторы максимального и глийималь ного значения перепада давления, за, держивающие цепочки и перёключа идие блоки постоянного тока с силовыми .тиристорами включения и выютючепия электромагнитов распределителя С1. Недостатком известной гидравлической рулевой мгиаины являются низкие эксплуатационные качества вследствие палой скорости перекладки руля. Цель -изобретения - улуч1чение эксплуатационных качеств гидравлической рулевой машины путем повышения скорости .перекладки руля. Поставленная цель достигается тем что в гидравлической .рулевой машине устройство управления, распределителем содержит комг.1утатор уставрк -пороговых уровней срабатывания коьтаратора минимальных значений давле- ния и распределитель импульсов управления силовыг«1 тиристорами включения и выключения электромагнитов распределителя, при этом входы коммутатора уставок уровней срабатывания компаратора минимальных значений перепада давления соединены с выходами переключаисщх.блоков, а виход коммутатора: усуавок подключен к прямому входу упог.1янутого компаратора минимального значения перепада давления, причем выход распределителя импульсов соединен с входами переключающих блоков, а его входы подключены к выходам задерзкиваюьщх цепочек и к управления силовых тиристоров включения и выключения электромагнитов распределителя. , Кроме того, KOMNcrraTop уставок пороговых уровней срабатывания компаратора rлини aльнlIx значений пеперада давления содериит двухстабильныП триггер с тиристорными оптронзми, при этом взаэды тиристррных оптронов подключены к шунтовым резисторам, соединенным с анодными цепями силовгсс тиристоров ТЁключения и выключения электромаг- . ннтов распределителя, а прямой вход упомянутого компаратора соejtHHeH с дополнительным шултовым резистором, включения в обцую анодную цепь тиристорных оптронов коммутатора. Кроме того, распределитель импульсов управления силовьаш тиристорами включения и выключения элек ромагнитов распределителя содержит тиристорные оптроны, входы которых подключены к упомянутым шунтовым р зисторам, включенным в анодные цеп силовых тиристоров включения и выключения электромагнитов распределителя, а цепи, управления силовых тиристоров через тиристорные оптропы распределителя импульсов подключены к выходам задерживающих цепочек. На фиг. 1 представлена гидравлическая схема предлагаемой рулевой машины; на фиг. 2 - электрическая схема устройства управления распределителем. . Гидравлическая рулевая машина (фиг. 1) содергсит силовой исполнительный механизм 1 многокамерной .конструкции, включающий в себя цилиндры 2 и 3, подвижной плунжер 4, взаимодействующий через шарнирную передачу с румпелем, и неподвижные плункеры 5 и б, закрепленные в цилиндрах и установленные в расто.чки подв пкного плунжера. Цилиндры, подвижный и неподвижные плунжеры образуют четыре рабочие камеры:, неиунти рованНые 7 и 8, гидравлически связанные трубопроводами 9 и 10 с насо сом 11 и трехпозиционным распредели телем 12, и шунтированные камеры 13 и 14, соединенные трубопроводами 15 и 16 также с трехпоэиционным рас пределителем. Трехпозиционный распр делитель выполнен с электромагнитами 17 и 18, электрически связанным с устройством 19 для управления их включением и выключением. Устройство 19 управления содержи блок 20 питания, элемент 21 измере ния перепада давления, компараторы и 23 максимального и минимального значения перепгща давления, задержи вающие цепочки 24 и 25 и бесконтакт ные тиристорные переключающие блоки 26 и 27 включения и выключения элек ромагнитов 17 и 18 распределителя 1 Рулевая машина снабжена коммутатором 28 уставок пороговых уровней срабатывания компаратора 23 и распр делителем 29 импульсов управления силовыми тиристорами включения и выключения электромагнитов 17 и 18 при этом управляющие входьл коммутатора 28 соединены с выходами бесконтактных тиристорных переключарощих блоков 26 и 27, а Ьыход коммута тора 28 соединен с прямым входом компаратора. 23, силовые входа (аноды тиристоров оптронов ) распределите-. ля 29 импульсов t-связаны с выходами задерз:сиваю1-дих цепочек 24 и 25, а выходы (катоды тиристоров) распределитлеля 29..- с цепями управления силовых тиристоров включения и выключения электромагнитов и бесконтактных тириеторынх переключающих блоков 26 и 27. Пороговый элемент перепада давления состоит из двух пропорциональных датчиков 30 и 31давления, установленнЕЙ4 в трубопроводах 9 и 10, дифференциального измерительного усилителя 32 двухполупериодного выпрямителя 33, сигналы которого поступают на входы компараторов 22 и 23. Сигналы максимального и минимального уровней перепада давления от компараторов 22 и 23 попадают на входы задерживающих цепочек через токовые ключи 34 и 35, выполненные на тиристорных оптронах. Бесконтактные переключающие блоки 26 и 27, постоянного тока включают в себя силовые тиристоры 36-39 включения и выключения, коммутирующие 40. и 41, пусковые 42 и 43 и развязывающие 44 - 47 конденсаторы, а также шунтовые резисторы 48-53, служащие для снятия падения напряжения в анодных цепях силовых тиристоров 36-39. Коммутатор 28 устанок пороговых уровней срабатывания компаратора 23 выполнен на двух тиристорных оптронах 54 и 55, по схеме двухстабиль-. ного триггера, при этом входы управления тиристорных оптронов ( диоды ) подсоединены к шунтовым резисторам, включенныг-1 в силовые цепи тиристоров 36-39 включения и выключения электромагнитов 17 и 18, а выходы оптронов (аноды тиристоров ) подключены через дополнительный ыунтовый резистор 56. к прямому входу компаратора 23. Коммутатор 28 включает в себя коммутирующий конденсатор 57, установочные переменные резисторы .58 и 59, диод 60 и шунтовый резистор 61. Распределитель 29 импульсов управления силовыми тиристорами 36 - 39 выполнен на тиристорных оптронах 6265, входы управления которых (диoдt подключены к резистораг-г, входящим в силовые цепи тиристоров , 36 - 39, силовые выходы (катоды тиристоров ) к управляющим электродам упомянутых силовых тиристоров , а аноды - к выходам задерживающих цепочек. Напряжение на устройство 19 управления подается от блока 20 питания имеющего следующий ряд выходных напряхсений: : стабилизированное двухполярное напряжение для питания дифференциального измерительного усилителя 32 и компараторов 22 и 23 (клеммы аи. б) 1 нестабилизированное напрягсение -. пбсТоянного тока для питания перекл чаю111их блоков 26 и 27 , стабилизированное однополярное напрях ение для питания коммутатора 28 (клемтиы ви однополупериодное напряжение для питания цепей управления силовых тиристоров (клемма в) и стабилизиро ванное напряжение для питания датчи ков давления (клемма е ) . Работа рулевой маиины при перекладке руля из среднего в крайнее правое (левое ) положение происходит следующим образом. При подаче питания на электродви гатель 11 насоса одновременно подае ся переменное напряжение в блок 20 питания, а нажатием кнопки Пуск подается сигнал на управляющий элек трод тиристора 36 включения, которы включается и подключает электромагни 17 к блоку 20 питания. Кроме того, падение напряхсения, снимаемое с ре зистора 48, поступает на диодные вхо ды тиристорных оптронов 54 и 62, ко мутатора 28 ;уставок и распределите ля 29 импульсов управления соответственно. Протекание тока через диод тиристорного оптрона 54 проводит к включению его тиристора, величина .анодного тока которого определяется величиной сопротивления tiyHTOBoro резистора 61 и резисторов 56 и 58. Величина этого тока выбирается таким образом, чтобы падение напряжения на шунте 61 соответствовало величине пер вой минимальной установки на компарато ре 32, что в свою очередь, соответствует меньшему уровню минимального перепада давле.ния. При поступлении на прямой вход компаратора 23 положительного напряжения ниже уровня уставки на его выходе такле появляется положительное напряжение, что приводит к открыванию ключа 35, так как по диоду оптро на протекает ток. От задерживающей цепочки 25 на распределитель 29 импульсов начинают поступать импульсы управления, но в связи с тем,-что оп троны 63 и 64 закрыты, дальше сигналы не поступают. Это исходное соетояние схемы управления, соответству ющее первой ступени регулирования. При включении электромагнита 17 золотник распределителя 12 занимает левое положение, при котором рабочие камеры 7 и 8, .13 и 14 соединяются с насосом 11 по дифференциальной схеме. При этом камеры. 13 и 14, которне по рабочей площади плунжера, выполнены меньше каттер 7 и S, подключаются к насосу 11 через трубопроводы 16 и распределитель 12, а камеры 7 и 8 - непосредственно к насосу трубопроводами 9 и 10. При/ среднем полохгении руля и отсутствии подачи рабочей жидкости от насоса , 11 давление в его нагнетающей магистрали равно нулю. При задании угла перекладки руля на правый борт рабочая хшдкость, поступая от насоса 11 в камеры 7 и 14 и сливаясь из камер 8 и 13, перемещает плунжер 4 вправо с максимальной скростью. При отклонении руля растет величина перепада давления и напрякение на инвертирующем входе компаратора 23,. который опрокидывается как только величина напряжения превышает уровень первой минимальной уставки. На выходе компаратора 23 присутствует отрицательное напряжэние и оптрон 35 закрывается, так как по его диоду ток не протекает, а тиристор запитан однополупериодным током. При достижении на инвepтиpyющe t входе компаратора 22 величины напрякения, равного максимальному уровню перепада давления, он опрокидывается, на его выходе появляется отрицательное напряжение, а диод оптрона 34 начинает обтекаться током. Тиристор оптрона подключает задер хивающую цепочку 24 к блоку 20 питания и на ее выходе через определенную выдержку времени появляются импульсы сигЕгала максимального уровня перепада давления, которые поступают на распределитель 29 импульсов и через ; открытый оптрон 63 следуют на управляющий рлектрод тиристора 38 выключения электромагнита 17. Перезаряд коммутирующего конденсатора 40 приводит к выключению тиристора 36, электромагнит 17 обесточивается и золотник распределителя 12 занимает среднее положение, 1иунтируя между собой камеры 13 и 14. Рабочая жидкость от насоса 11 подается в камеру 7 (8), а сливается из камеры 8 (7 ). Вращение руля осуществляется с уменьшенной скоростью, соответствующей второй ступени регулирования рабочего объема исполнительного механизма 1. Включение тиристора 38 приводит к тому, что падение напряжения на резисторе 52 прикладывается к диодам оптронов 62 и 64 распределителя 29 импульсов и их тиристоры готовы к работе. величина перепада давления в связи с переключением распределителя и увеличением рабочей площади плунжера падает и может быть на кокое-то время даже ниже минимально заданной. В этом случае компаратор 23 выдает положительный сигнал, и оптрон 35 подключает задерживающую цепочку 25 к блоку 20 питания, однако включения тиристора. 36 не происходит, так как задерживающая цепочка 25 имеет выдержку времени. При дальнейшем перекладке руля и вторичном достижении заданного максимального перепада давления от компаратора 22,снова поступает сигнал на включение оптрона 34, который подключает задерживающую цепочку 24 к блоку 20 питания, и через определенную вьщержку времени на силовой тиристор 37 через включенный оптрон 64 распределителя 29 пос тупает сигнал управления. Включение тиристора 37 вызывает перемещение золотника распределителя 12 в крайнее положение, так как по электромагниту 18 проходит ток. Рабочая жидкость от наспг а 11 подается В1камеры 7 и 13 (8 и 14 ) и слив ется из камер 8 и, 14 (.7 и 13),заставля руль вращаться с минимальной угловой -скоростью.С увеличением рабочей площ ; плунжера величина перепада давления м жет упасть ниже величины уставки по минимуму, однако отключения тиристора 37 не происходит,так как задерживающая цепочка 25, как уже отмечалось выше, срабатывает с выдержкой времени. Дальнейшее увеличение нагрузки н руле и давления в нагнетающей магистрали насоса осуществляется на полной площади плунжера при минимал ной угловой скорости вращения руля. Включение тиристора 37 приводит к тому, что падение напряжения на шунтовом резисторе 50 прикладываетс к оптронам 55 и 65 коммутатора 28 . уставок и распределителя 29 импульс управления соответственно. Включение оптрона 55 вызывает перезаряд коммутирующего конденсато 57, и он выключает тиристор оптрона 54, теперь ток протекает через шунт 61, диод 60, резистор 59, оптрон 55 и резистор 56.. Величина этого тока выбрана таким образом, что падение .напряжения На шунте 61 выше, чем в первом случае, это - втора.я минимал ная уставка на компараторе 23. Прот к.ание,. тока через диод оптрона 65 .подготавливает последний к работе. При вращении руля из правого положения в среднее работа рулевой ма шины происходит в обратной последовательности. . , Как только величина перепада дав ления достигает заданной величины уставки - второго минимального пере Псцца давления, срабатывает компаратор 23 и через оптрон 35 задерживаю щая цепочка 25 подключается к блоку питания. Импульсы управления с нее поступают через открыт.лй оптрон 65 на. управляющий.электрод тиристора 39 выключения, и он включается. Ком мутирующий конденсатор 41, перезаря жаясь, выключает тиристор 37, и эле тромагнит 18 отключается. Золотник распределителя возвращается в среднее положение, скорость перекладки руля возрастает. В случае, если величина перепада давления возрастает выше максимальной уставки, то задерживающая цепочка 24 исключает ложное срабатывание устройства благодаря выдержке времени. Включение.тиристора 39 приводит к тому, что падение напряжения на шунтовом резисторе 53 прикладывается оптроном 54 и 62. Протекание тока через диод оптрона 54 вызывает открывание его тиристора, а перезаряд коммутирующего конденсатора 57 выключает тиристор оптрона 5. Это переключение приводит к тому , что на компаратор 23 с шунта 61 подается напряжение, соответствующее первой минимальной уставке напряжения. Протекание тока через диод оптрона 62 подготавливает его к работе. При дальнейшем снижении перепада давления и достижении величины уставки компаратор 23 срабатывает, опт- рон 35.опять подключает задерживающую цепочку 25 к блоку питания и импульсы управления через открытый тиристор оптрона 62 поступают на управлшзщий электрод тиристора 36, он включается и электромагнит 17 переводит золотник распределителя 12 в левое положение. Скорость перекладки руля возрастает и будет макси- . .мальной. Дальнейшее смещение величины перепада давления не вызовет изменений в режиме работы схемы.При возвращении руля в нулевое положение схема также остается в описанном состоянии. Техника-экономическая эффективность рулевой машины заключается в повыше- . НИИ на 20-30% быстродействия перекладки руля или таком же уменьшении установочной мощности, насосного агрегата и достигается путем оптимального выбора уставок уровней срабатывания минимальных пороговых значений перепада давления в магистралях исполнительного механизма в различных режимах нагружения рулевой машины. Формула изобретения 1. Гидравлическая рулевая машина,, содержащая силовой исполнительный многокамерный механизм, связанный гидравлическими магистралями с насосом и электромагнитным распределителем, устройство управления распределителем, включающее блок питания, элемент измерения перепада давления, компараторы максимального и минимального значёний ; перепада давлений, задерживающие цепочки и пере.ключакщие блоки постоянного тока с силовыми тиристорами включения и вы-. ключения электромагнитов распределителя, отличающаяся тем, что, с целью улучшения эксплуатационных качеств путем повышения скорости перекладки руля, устройство управления распределителем,содер жит коммутатор уставок пороговых уровней срабатывания компаратора минимальных значений перепада давления и распределитель импульсов уп равления силовыми тиристорами включения и выключения электромагнитов распределителя, при этом входы коммутатора уставок уровней срабатыван компаратора минимальных значений пе репада Давления соединены с выходами переключающих блоков, а, выход ко мутатора уставок подключен к прямом входу упомянутого компаратора минимального значения перепада давления, прйчем выход распределителя им пульсов соединен с входами переключающих блоков, а его входы подключены к выходам задерживающихг цепочек и к цепям управления силовых тиристоров включения и выключения электромагнитов распределителя. 2. Машина по п. 1,отличающая с я тем, то коммутатор уставок пороговых уровней срабатывани компаратора минимальных значений пе репада давления содержит двухстабиль ныл триггер с тиристорными оптронами, при этом входы тиристорных оптронов подключены к шунтовым резисторам, .соединенным с анодными цепями силовых тиристоров включения и выключения электромагнитов распределителя, а прямой вход упомянутого компаратора соединен с дополнительным шунтовым резистором, включенным, в общую анодную цепь тиристорных оптронов коммутатора . 3. Машина поп.1, отличающаяся тем, что,.распределитель импульсов управления силовыми тиристорами включения и выключения электромагнитов распределителя содержит тиристорные оптроны, входы которык подключены к упомянутым (иунтовым резисторам, включенным в анодные цепи силовых тиристоров включения и выключения электромагнитов распредели- . теля, а цепи управления силовых тирис-торов через тиристорные оптроны распределителя импульсов подключены к выходам задерживающих цепочек. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР (Р 770927, кл. В 63 Н 25/30, 03.07.78 (прототип.

фиг.{