Электрогидравлическая система

 

Изобретение относится к области гидроавтоматики и может быть использовано в электрогидравлических приводах экскаваторов и землеройно-транспортных машин. Целью изобретения является повышение КПД и быстродействия, Задатчиком 1 формируется переменное напряжение, на выходе выпрямителя постоянное напряжение, пропорциональное заданной подаче насоса 7 и скорости гидромотора 11. Механизм 6 отрабатывает параметр регулирования. При этом осуществляется измерение сигнала, пропорционального текущей частоте вращения гидромотора 11, введение на этапе переходного процесса разгона (либо торможения ) рабочего органа 12 с большим моментом инерции положительной обратной связи по частоте вращения гидромотора 11 с оптимальным, определяемым по полученным в данном решении зависимости, коэф

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (54)5 F 15 В 9/03

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4711691/29 (22) 27.06,89 (46) 15,12.92. Бюл. М 46 (71) Производственное объединение "Ижс рский завод", Институт горного дела им, А,А.Скочинского и Харьковский автомо бильно-дорожный институт (72) А.И.Сапожников, М.И.Сандовский, B.Ì.Øòåéíöàéã, Д.Н.Шапаренко. Д.А.Каминская и В.В.Васильев (56) Авторское свидетельство СССР

М 1714219, кл. F 15 В 9/03, 1989. (54) ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКАЯ СИСТЕМА (57) Изобретение относится к области гидроавтоматики и может быть использовано в электрогидравлических приводах экскава„„ Ц „„1781467 А1 торов и землеройно-транспортныи машин.

Целью изобретения является повышение КПД и быстродействия..Задатчиком 1 формируется переменное напряжение, на.выходе выпрямителя постоянное напряжение, пропорциональное заданной подаче насоса

7 и скорости гидромотора 11, Механизм 6 отрабатывает параметр регулирования, При этом осуществляется измерение сигнала, пропорционального текущей частоте вращения гидромотора 11, введение на этапе переходного процесса разгона (либо торможения) рабочего органа 12 с большим моментом инерции положительной обратной связи по частоте вращения гидромотора 11 с оптимальным, определяемым по полученным в данном решении зависимости, коэф1781467

4 фициентом усиления, обеспечивающим поддержание в течение переходного процесса неизменного, максимально-допустимого значения давления, э также исключающим влияние на механическую характеристику в режимах разгона и торможения значения коэффициента отсечки контура отрицательной обратной связи по давлению, автомэтйческую коррекцию коэффициентэ усиления цепи обратной связи по частоте вращения гидромотора 11, обеспечивающую поддер>кание оптимального коэффициента усиления этой связи при возможных изменениях в процессе эксплуатации коэффициентов усиления отдельных элементов системы, а также отключение обратной связи по частоте вращения в установившемся режиме работы. 4 ил, Изобретение относится к области гид- суммирующий усилитель 22 и нуль-орган 23, роавтоматики и может быть использовано в а блок 18 коррекции включает инвертируюэлектрогидравлических приводах экскава- щий усилитель 24, первый диод 25, четверторов и землеройно-транспортных агрега- . тый электронный суммирующий усилитель тов. 5 26, первый оптрон 27, содержащий первый

Целью изобретения является повыше- фотодиод28и первыйфоторезистор29, втоние КПД и быстродействия. рой оптрон 30, содержащий второй фотодиНа фиг.1 изображена принципиальная од 31 и второй фоторезистор 3 схема электрогидравлической системы; на потенциометр33, второйдиод34и источник фиг.2 — принципиальная схема блока кор- 10 35 опорного напряжения, причем второй а ф г.3 — зависимость подачи на- вход блока 18 коррекции, которым является. соса от давления; нз фиг.4 — механические вход усилителя 24, присоединен к выходу характеристики. первого датчика 13 давления, третий вход

Электрогидравлическая система содер- блока 18 коррекции; которым является анод жит последовательно соединенные задат- 15 второго диода 34, соединен с выходом вточик 1, фазочувствительный выпрямитель 2, рого датчика 14 давления, второй вход сумпервый электронный суммирующий усили- мирующего усилителя 21 подключен к тель 3 с первым (дополнительным) нелиней- выходу потенциометра 33 блока 18 коррекным блоком 4 типа "зона ции, выходусилителя21соединен счетвернечувствительности" в цепи его обратной 20 тым входом усилителя 3, первый вход связи, электрогидравлический усилитель 5 с усилителя 22 подключен к выходу датчика 17 электромагнитом(неизображен), механизм частоты вращения гидромотора 11, второй

6 изменения подачи насоса 7, подключенно- вход усилителя 22 соединен с выходом фаго через гидравлические линии 8,9 к предо- зочувствительного выпрямителя 2, выход хранительному а ительному клапану 10 и к 25 усилителя22соединенсовходомнуль-оргагидродвигателю в виде гидромотора 11, вал на 23, к выходу которого подключен управ(не обозначен) которого соединен с рабочим ляющий вход бесконтактного замыкающего органом 12, имеющим большой момент ключа 19. инерции, а также первый датчик 13 давле- К последовательно соединенным,инния и второй датчик 14 давления в линиях 8, 30 вертирующему усилителю 24, первому дио9,выходыэтихдатчиковчерезвторойитре- ду 25 и четвертому электронному тий нелинейные блоки 15, 16 типа "зона суммирующему усилителю 26 блоха 18 корнечувствительности" соединены со вторым рекции (фиг.2) подключены катод первого и третьим входами первого суммирующего фотодиода 28,и анод второго фотодиода 31, усилителя 3. 35 первый фоторезистор 29 включен паралКроме того система содержит последо- лельно первому рабочему участку потенцивательно соединенные датчик 17 скорости, ометра 33, второй фоторезистор 32 включен т.е, частоты вращения гидромотора 11, блок параллельно второму рабочему участку по18 коррекции, управляемый бесконтактный тенциометра 33, к первому входу четвертого замыкающий ключ 19, апериодическое зве- 40 суммирующего усилителя 26 подсоединен но 20 и второй электронный суммирующий катод второго диода 34, а третий вход усиусилитель, а т к тель 21 а также третий электронный лителя 26 соединен с источником 35 опор1781467 ного напряжения,. вход потенциометра 33, который является первым входом блока 18 коррекции, подключен к выходу датчика 17 частоты вращения гидромотора 11, выходом блока18 коррекции является средний вывод (выход) 36 потенциометра 33. На фиг.3 обозначены Q u N -подача насоса 7 и скорость гидромотора 11 °

Значения Q и в связаны соотношением: . Q-K,„в, (1) . где К,д — коэффициент пропорциональности, значения PB — давление в линии высокого давления, М вЂ” момент на валу гидромотора 11 связаны соотношением M-=KMPB (2), где Км — коэффициент пропорциональности, Злектрогидравлическая система работает следующим образом.

На выходе задатчика 1 формируется переменное напряжение ив, и подача насоса

Оз в установившемся режиме, пропорциональна заданной установившейся частоте а4 вращения гидромотора 11 после окончания переходного процесса разгона рабочего органа,1.2 с большим момен том инерции. Напряжение 0», поступает на вход фазочувствительного выпрямителя 2, постоянное напряжение на выходе которого 0з также пропорционально заданной подаче Оз и заданной частоте вращения аз, и полярность напряжения 0з определяет заданное направление вращения гидромотора 11. Напряжение Оз, например, положительной. полярности поступает на первый вход суммирующего усилителя 3. на второй вход которого подается напряжение 015 с

* выхода блока 15. При давлении Рв < Ротс напряжение 015 равно нулю. При давлении

Рв > Porc НаПряжЕНИЕ U15 ПрОПОрцИОНаЛЬНО

РаЗНОСтИ ДаВЛЕНИй PB — Ротс (3) И ОПРЕДЕЛЯется уравнением:

015 = K2(PB Ротс) (4) где K2 — коэффициент пропорциональности; . Ротс — давление отсечки.

Напряжение 015 имеет отрицательную полярность, противоположную полярности положительного задающего напряжения

0з.

На четвертый вход усилителя 3 поступает напряжение U21 с выхода блока 21 коррекции, полярность которогб совпадает .с полярностью напряжения 0з, а величина напряжения U21 пропорциональна частоте а вращения гидромотора 11, измеряемой датчиком 17 частоты вращения.

Напряжение 0эм на выходе суммирующего усилителя 3 определяется уравнением

0эм = K303+ К4Кдс Ф К2(Рв Ротс) ":5,(5) где Кдс — коэффициент передачи последовательно соединенных датчика 17 частоты вращения и блока 18 коррекции;

5 Кз, К4; К5 — коэффициенты усиления усилителя 3 по его первому, четвертому и второму входам; соответственно;

Напряжение..0эм подводится к электромагниту усилителя 5 и на его выходе появля10 ется давление управления Ру" поступающее : на вход механизма 6 изменения подачи на- . соса 7, который изменяет параметр регули- рования насоса у, т.е. подачу насоса Q.

В установившемся режиме подача на15 соса Q пропорциональна напряжению V>M

Q = К60эм, . (6) где K6 — коэффициент пропорциональности.

С учетом уравнения (5) получаем

Q КЗК603+ К4КдсК6 С0 К2К5К6(Рв Ротс) P)

20 Уравнение (7) может быть использовано и при анализе переходных режимов разгона (торможения) рабочего органа 12 с большим моментом инерции, поскольку в этих режимах некоторая инерциойность механизма 6

25 и усилителя 5 не оказывает, практически, влияния на зависимость подачИйасоса Q от напряжения 0эм.

При анализе этих переходных режимов

MoRHo не учитывать"1 акже вЛйяние сжимае-"

30 мости рабочей жидкости в гидравлических линиях 7, 8, при этом частота вращения

N пропОрциональна подачЕ насоСа Q — согласно уравнению (2). С учетом равенств (2) и (3) уравнение (7) преобразуется к виду

35 и =са М +аж, (8)

Мст Мотс где. аз — заданная частота вращения. опре40 деляемая зависимостью оа =0з „. (9)

Кз К6 т

45 Коэффициент М M

04

Мст — Мотс связан с коэффициентами пропорциональности уравнений (2), (3) и (7) соотношением

Щз «К2 К5 Кб 10

a — коэффициент, определяющий эффективность обратной связи по частоте вращения гидромотора 11, связан с коэффициентами уравнений (2) и (7) зависимостью

55 К4 Кдс К, Момент М гидромотора 11 .вызывает разгон рабочего органа 12 с большим моментом инерции согласно уравнению

1781467 (17) d О) Уравнение (15) остается справедливым

M=J ж независимо от значения коэффициента отгде J — момент инерции гидромотора 11 и сечки Котс связанного с ним рабочего органа 12.. Это позволяет выбиратг необходимое

Максимальный запас устойчивости сис- 5 значение Котс, т,е. давления отсечки Ротс, темы обеспечивается при минимально-воз- исходя только из требований устойчивости можном коэффициенте усиления цепи замкнутой системы, поскольку значение отрицательной обратной связи по давле- Ротс не влияет на длительность переходных нию, т.е. при минимальной величине коэф- процессов. Кривые 1 фиг,З соответствуют фициента отсечки Котс = О, т,е. при давлении 10 данному предложенному техническому реотсечки Рстс= 0, которому, согласно уравне- шению, при а,пт = 1; кривые 2 фиг.З поканию (3), соответствует момент отсечки Мотс = зывают зависимости Q = f(Pg) и в= f(M) при

0, В результате совместного решени исход- коэффициенте а < 1; кривые 3 — при а > 1. ных уравнений (8) и (12) при момент Мотс = О Кривые 4 фиг.З соответствуют известному .. получаем уравнение переходного процесса 15 техническому решению(прототип). для момента гидромотора 11: . Усилитель. 22 осуществляет сравнение — {<-g) заданной частоты вращения гидромотора

М = Мст е """, (13) аз, которая, согласно равенству(9), пропорциональна задающему напряжению U3, с где . - . . 20 действительным значением частоты враще оих (14) ния Ю которая измеряетСя датчиком 17. Ка"Лст . пряжение на выходе усилителя 22 механическая постояйная времени. пропорционайьно разности этих скоростей:

При значении коэффициента а= 1 уравнение {3) принимает вид 25 U22 = К7 (ou - m), (19)

M = Mñò,,.(15) т.е; в течение всего времени переходного где К7-коэффициентпропорциональности. процесса разгона поддерживается неиз- В течение всего времени переходйого менная величина момента гидромотора 11, процесса напряжению на выходе усилителя равная его максимально-допустимому сто- 30 22, поступающему на вход нуль-органа 23, порному значению Мст и соответствующее соответствует напряжение UQ3 на выходе этому моменту неизменное, максимально нуль-органа 23, равное логическому нулю.. . допустимое давление Рв = Рст. При этом. Напряжение 02з поступает на управляющий согласно уравнению (12}, в течение всего вход замыкающего ключа 19, поэтому в тевремени переходного процесса реализует- 35 чение всего переходного процесса разгона ся максимально . возможное ускорение ключ 19 разомкнут.

В конце переходного процесса разгона, de Мст когда ча™сгота вращения гидромотора (l)m® J - () а становится близкой к заданной частоте

40 вращения вз, напряжение Uzz на выходе т.е, обеспечивается минимально-возмож- усилителя 22 становится достаточно малым ное время переходного процесса, а и на выходе нуль-органа 23 появляется наследовательно, максимальная производи- пряжение, равное логической. единице, тельность механизма. ключ 19 при этом замыкается и на вход апеПри а < 1 момент гидромотора 11 по 45 риодического звена 20, имеющего единичмере разгона постепенно убывает, а при ный коэффициент усиления, подается а>1-постепенно возрастает. Следователь- напряжение U>g с выхода блока 18.коррекно, оптимальное значение коэффициента ции. Напряжение U2p на выходе усилителя и равно единице 20; нараста1бщее после замыкания ключа 19

50 по экспоненциальному закону, имеет поляр й... =1. нос Н; прогйвойоложную полярности напряжения О1э, поэтому после замыкания

Соответствующее оптимальное значе- .ключа 19 напряжение U2<, поступающее с . ние коэффициента усиления усилителя 3 по выхода усилителя 21 на четвертый вход усичетвертому входу, согласно равенству (11), лителя 3, начинает постепенно уменьшать55 определяется зависимостью ся. По завершению переходного процесса в апериодическом звене 20 напряжение U21

К4 Кд, " „становится равным нулю, поскольку напря-

40" = K (18) жение Uzp становится. равным напряжению

1781467 р М8 р

0п (23) 20

U a

Кдс = °

М (24) 30 р» 18 <р

017 (25) 40 р 016 До

0п (22) 0 6, но имеет противополо>кную полярность.

Апериодическое звено 20 обеспечивает плавное снижение до нуля коэффициента усиления цепи обратной связи по скорости в конце переходного процесса разгона, после достижения заданной установившейся частоты вращения гидромотора 11.

Блок 18 обеспечивает автоматическую самоподстройку цепи обратной связи по ча- 10 стоте вращения гидромотора 11 путем коррекции коэффициента передачи Кдс, входящего в уравнение (11), обеспечиваю-. щей поддержание сптимального значения коэффициента а =а> =1, при котором в течение всего переходного процесса имеют место неизменные значения момента M

=McT и давления Pe = Р«.

Отрицательное напря>кение 0д с выхода датчика 13 давления подводится через инвертор 24 к аноду диода 25, а к аноду диода 34 подведено положительное напряжение U«с выхода датчика 14 давления, Диоды 25 и 34 выделяют большее из этих напряжений. Так, например, при поло- 25 жительной полярнбсти задающего сигнала

0з высокое давление будет в линии 8, при этом имеет место неравенство

}01з l> 10« l . (20)

При этом соотношения между нэпряжениями 0)3 и U «диод 25 будет открыт, а диод

34 — заперт. Поэтому на вход усилителя 26 поступает напряжение 01з, которое сравнивается с напряжением 0з6 от источника 35 опорного напряжения, причем величина на- 35 пряжения 0з6 пропорциональна стопорному давлению Р«. Напряжение. на выходе усилителя 26 — U26 пропорционально разности между абсолютным текущим значением давления Р и стопорным значением этого давления

026= Кв(Рст l l al ) (21) где К вЂ” коэффициент пропорциональности.

При P> — PcT напряжение 026 равно нулю, поэтому ток в фотодиодах 28 и 31 также 45 равен нулю, т.е. сопротивления фоторезисторов 29 и 32 имеют максимальные значения и не оказывают, практически; влияния на отношение напряжения 0 6, снимаемого с потенциометра 33, к напряжению 0<7, 50 проводимому к нему, которое определяется коэффициентом

Таким образом, если в течение переходного процесса имеет место равенство Pe=Р«. оптроны 27 и 31 не оказывают влияния на работу системы управления.

Если в процессе разгона (либо торможения) давление Р> станет меньше стопорного значения Р«, чему соответствует значение коэффициента а < 1, то на выходе усилителя

26 появится напряжение положительной полярности, при которой будет протекать ток в фотодиоде 31 оптрона 30, следовательно, уменьшиться сопротивление фоторезистора 32, включенного параллельно верхнему (no чертежу) участку потенциометра 33, что вызовет увеличение коэффициента ф т.е. при данном значенйи найряжения Оц вырастает напряжение 016 на выходе блока

18 коррекции. Происходит увеличение коэффициента передачи

В результате этого коэффициент а по равенству (11) возрастает и давление Рв приближается к стопорному значению Р«.

Если же в процессе разгона давление Р> превысит стопорное значение Рст, чему соответствует значение коэффициента а > 1, то на выходе усилителя 22 появится напряжение отрицательной полярности. При этом протекает ток в фотодиоде 28 и уменьшается сопротивление фоторезистора 29 оптрона 27, что вызывает уменьшение коэффициента.т,е. при данном напряженйи 0д напряже- . ние 0>6 на выходе блока 18 коррекции уменьшается. Происходит уменьшение коэффициента передачи Кд (24). В результате этого снижается значение коэффициента по равенству (11), соответственно давление

Рв также уменьшается и приближается к стопорному значению Р«.

При отрицательной полярности задающего напряжения 0з устройство управления работает подобно описанному, но .в этом случае высокое давление будет в линии 9, сигнал отрицательной обратной связи по давлению формируется датчиком 14 давления и блоком 16.

Ка входе блока 18 коррекции при этом имеет место неравенство !

01з I < l0«1, (26) 1781467

Vn поэтому диод 26 будет заперт, а диод 34— открыт; т.е. на вход усилителя 26 поступает напряжение U>4 с выхода датчика 14 давления.

Формула изобретения .

Электрогидравлическая система. со- 5 держащая последовательно соединенные задатчик, фазочувствительный выпрямитель, первый электронный суммирующий усилитель, электрогидравлический усилитель и механизм изменения подачи насоса, 10 подключенного гидравлическимй линиями к .гидродвигателю, соединенному с рабочим органом, а также датчики давления в гидравлических линиях, соединенные каждый через соответствующий нелинейный блок 15 типа зойа нечувствительности с входами первого электронного суммирующего усилителя, и управляемый бесконтактный ключ, отличающаяся тем, что, с целью . повышения КПД и быстродействия, она.20 снабжена вторым и третьим электронными суммирующими усилителями, апериодическим звеном, дополнительным нелинейным блоком типа зона нечувствительности, нульорганом и блоком коррекции в виде двух 25 диодов, потенциометра, инвертирующего усилителя, четвертого электронного суммирующего усилителя и двух оптронов, каждый из которых включает фотодиод и фоторезистор, при этом один датчик давления через инвертирующий усилитель и первый диод, а другой датчик давления через второй диод соединены с входами.четвертого электронного суммирующего усилителя, датчик скорости — с входом потенциометра, а выход последнего непосредственно связан с одним входом и через последовательно включенные управляемый бесконтактный ключ и апериодическое звено — с другим входом второго алектронного суммирующего усилителя, причем к управляющему входу управляемого бесконтактного ключа подключен выход нуль-органа, вход которого соединен с выходом третьего электронного суммирующего усилителя, входь которого подключены к датчику скорости и выходу фазочувствительного выпрямителя, а выход второго электронного суммирующего усилителя соединен с входом первого электронного суммирующего усилителя, в цепь обратной связи которого включен дополнительный нелинейный блок типа зона нечувствительности, к выходу четвертого электронного суммирующего усилителя подключены катод одного и анод другого фотодиодов, а фотореэисторы включены параллельно рабочим участкам потенциометра.

1781467

Составитель С,Рождественский

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор П.Гереши

Редактор Т.Коляда

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород; ул.Гагарина, 101

Заказ 4264 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5