Электрогидростатический привод с электрогидравлическим клапаном реверса и взводимым гидрокомпенсатором

Электрогидростатический привод с электрогидравлическим клапаном реверса и взводимым гидрокомпенсатором относится к следящим электрогидравлическим системам управления и может быть использован в качестве автономного электрогидравлического исполнительного механизма в системах управления летательных аппаратов. Привод содержит гидрокомпенсатор, пружинный блок которого с предварительно сжатой пружиной при взведении переводится давлением, поданным под торец плунжера взвода, в рабочее положение и фиксируется там упором во время работы привода вплоть до снятия взвода гидрокомпенсатора путем подачи напряжения на обмотку электромагнита, снимающего пружинный блок с упора, что позволяет поддерживать необходимый уровень минимального давления в работающем приводе вне зависимости от величины давления под торцом плунжера взвода и обеспечивает наилучшие условия хранения выключенного привода без избыточного давления в его гидросистеме. В приводе использован специальный пусковой алгоритм управляющего контроллера, по которому клапаном стопорения на некоторое время фиксируется выходное звено привода, подачей сигнала на электродвигатель приводится во вращение насос и развивается давление подачи насоса, передвигающее плунжер взвода гидрокомпенсатора в крайнее положение до фиксации упором его пружинного блока, затем сигнал с электродвигателя снимается и открывается клапан стопорения, что позволяет получить технический результат - поддерживать заданный уровень минимального давления в работающем приводе с взводимым гидрокомпенсатором без установки вспомогательного насоса - и не влечет за собой дополнительных энергетических затрат во время работы привода. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

 

Предлагаемое устройство относится к следящим электрогидравлическим системам управления и может быть использовано в качестве автономного электрогидравлического исполнительного механизма в системах управления летательных аппаратов.

Известны автономные электрогидравлические приводы электрогидростатического типа, например привод ЕНА фирм Lucas Aerospace, Liebherr-Aerospace Lindenberg (См. Обзор по материалам иностранной печати, Выпуск 1 / Под общей редакцией Е.А.Малышева - М., НИИСУ, 2003).

Привод содержит блок электроники электродвигателя и клапана кольцевания, бесколлекторный двигатель постоянного тока, реверсивный нерегулируемый насос, гидроцилиндр и вспомогательные элементы: газогидравлический гидрокомпенсатор антикавитационные клапаны насоса, предохранительные клапаны электрогидравлический клапан кольцевания, антикавитационные клапаны цилиндра, фильтр с его предохранительным клапаном, клапан безопасности. Привод замкнут позиционной обратной связью. Скорость перемещения штока гидроцилиндра регулируется подачей насоса, которая в свою очередь управляется скоростью вращения вала электродвигателя, задаваемой электронным блоком. В замкнутой гидросистеме привода необходимо поддерживать некоторый минимальный уровень давления (обычно порядка 0,3...0,8 МПа) для обеспечения надежной работы насоса без кавитационных процессов в нем и силовом гидроцилиндре. Этот уровень давления обеспечивается работой гидрокомпенсатора при всех допустимых температурах рабочей жидкости. Насос электрогидростатического привода должен работать при переменной скорости вращения приводного вала от нулевой до скорости в (10...20) тысяч оборотов в минуту, обеспечивая пропорциональность между вытесняемым расходом жидкости и скоростью вращения вала, обладать малым трением подвижных частей и обеспечивать небольшой расход утечки жидкости через зазоры, выдерживать высокие давления нагнетания и иметь большой ресурс работы. Обеспечение комплекса этих противоречивых требований представляет собой трудную техническую задачу, для решения которой требуются высококачественные материалы, специальные технологии и высокоточная обработка деталей. Необходимость обеспечения реверсивной работы насоса в рассматриваемом приводе сужает поле его возможных конструктивных решений, дополнительно усложняет задачу и увеличивает стоимость насоса.

Недостатком использованного в рассматриваемом приводе-прототипе газогидравлического гидрокомпенсатора является сильная зависимость давления сжатого газа от температуры и необходимость постоянного контроля герметичности гидрокомпенсатора. Кроме того, привод находится под избыточным давлением не только во время работы, на весь срок его службы, что усложняет задачу обеспечения герметичности наружных уплотнений привода. Последний недостаток присущ и известным гидрокомпенсаторам пружинного типа, в которых давление жидкости создается не сжатым газом, а подпружиненным поршнем.

Технической задачей заявляемого изобретения является устранение указанных недостатков.

Поставленная задача решается тем, что в заявляемом электрогидростатическом приводе с электрогидравлическим клапаном реверса и взводимым гидрокомпенсатором, содержащем электронные блоки управляющего микропроцессора и усилителя-инвертора, бесколлекторный электродвигатель постоянного тока, нереверсивный нерегулируемый насос, электрогидравлический клапан реверса, гидроцилиндр, гидрокомпенсатор, предохранительные клапаны, электрогидравлический клапан стопорения выходного звена привода, ограничитель расхода, фильтр, датчик положения штока гидроцилиндра, согласно изобретению использован электрогидравлический золотниковый клапан, предназначенный для осуществления реверса движения штока гидроцилиндра и управляемый микропроцессором привода в релейном режиме по знаку сигнала рассогласования следящего привода.

Согласно изобретению в приводе использован гидрокомпенсатор, пружинный блок которого с предварительно сжатой пружиной при взведении переводится давлением, поданным под торец плунжера взвода, в рабочее положение и фиксируется там упором во время работы привода вплоть до снятия взвода гидрокомпенсатора путем подачи напряжения на обмотку электромагнита, снимающего пружинный блок с упора, что позволяет поддерживать необходимый уровень минимального давления в работающем приводе вне зависимости от величины давления под торцом плунжера взвода и обеспечивает наилучшие условия хранения выключенного привода без избыточного давления в его гидросистеме, согласно изобретению в предлагаемом приводе использован специальный пусковой алгоритм управляющего контроллера, по которому клапаном стопорения на некоторое время фиксируется выходное звено привода, подачей сигнала на электродвигатель приводится во вращение насос и развивается давление подачи насоса, передвигающее плунжер взвода гидрокомпенсатора в крайнее положение до фиксации упором его пружинного блока, затем сигнал с электродвигателя снимается и открывается клапан стопорения, что позволяет поддерживать заданный уровень минимального давления в работающем приводе с взводимым гидрокомпенсатором без установки вспомогательного насоса и не влечет за собой дополнительных энергетических затрат во время работы привода.

Согласно изобретению предлагаемый привод отличается от прототипа:

- Использованием электрогидравлического золотникового клапана, предназначенного для осуществления реверса движения штока гидроцилиндра и управляемого микропроцессором привода в релейном режиме по знаку сигнала рассогласования следящего привода.

- Устройством взводимого пружинного гидрокомпенсатора (12), имеющего пружинный блок (11) с ограничением максимальной длины предварительно сжатой пружины, плунжер взвода (9), под торец которого подведено давление подачи насоса, упор (8) пружинного блока и электромагнит (10) снятия взвода гидрокомпенсатора. Рабочая жидкость заполняет камеру гидрокомпенсатора снаружи сильфонной оболочки с жестким дном. При выключенном приводе пружинный блок (11) имеет возможность сместиться на своем основании вправо и не давит на жесткое дно сильфона гидрокомпенсатора, при этом избыточное давление жидкости в гидрокомпенсаторе практически отсутствует и определяется только небольшим воздействием упругого сильфона. После включения привода и подачи достаточно большого давления под торец плунжера взвода (9) он смещается до упора влево и надвигает пружинный блок на жесткое дно сильфона гидрокомпенсатора. При крайнем левом положении плунжера взвода упор (8) заходит под правый торец пружинного блока (11) и фиксирует его в этом рабочем положении. Теперь взведенное состояние гидрокомпенсатора будет сохраняться вне зависимости от величины давления под торцом плунжера взвода (9). При рабочем положении пружинного блока две его обоймы сближаются и предварительно сжатая пружина, упираясь в жесткое дно сильфона гидрокомпенсатора, развивает давление в нем. Необходимая жесткость пружины определяется выбранным диапазоном изменения давления жидкости при заданном объеме гидросистемы и интервале возможной температуры упругой жидкости, а необходимое предварительное поджатие - номинальным давлением, поддерживаемым гидрокомпенсатором. Сразу после выключения привода управляющий микроконтроллер кратковременно включает обмотку электромагнита снятия взвода гидрокомпенсатора (10), который притягивает наружный конец рычага упора (8). Последний, поворачиваясь, освобождает пружинный блок, который смещается на своем основании вправо и перестает развивать давление в гидрокомпенсаторе.

- Использованием специального пускового алгоритма управляющего контроллера, по которому при включении привода обеспечивается специальная последовательность работы его агрегатов: подачей напряжения на обмотку клапана стопорения выходного звена привода (3) на некоторое время фиксируется выходной шток привода для исключения силового воздействия привода на объект регулирования, подачей сигнала на электродвигатель приводится во вращение насос и развивается давление подачи насоса, которое подается под торец плунжера (9) взвода гидрокомпенсатора, после взвода гидрокомпенсатора сигнал с электродвигателя снимается и после небольшой выдержки для снижения давления до минимального уровня отключением обмотки открывается клапан стопорения.

Указанные отличия позволяют:

- Использовать в приводе более дешевые, простые по конструкции и используемым технологиям нереверсивные насосы, для которых проще обеспечить требуемое качество характеристик и необходимый ресурс работы.

- Поддерживать в замкнутой гидросистеме привода некоторый уровень минимального давления, необходимый для устранения кавитационных процессов в насосе и силовом гидроцилиндре, только во время работы привода. При выключении привода избыточное давление в нем снимается, что упрощает задачу обеспечения герметичности наружных уплотнений привода при его хранении и увеличивает его надежность.

- Щадящий режим работы уплотнений привода при его хранении позволяет повысить уровень минимального давления в работающем приводе для повышения его динамической жесткости.

- Сохранить хорошие энергетические характеристики привода, так как поддержание заданного уровня минимального давления не требует установки вспомогательного насоса и не влечет за собой дополнительных энергетических затрат во время работы привода.

Указанные отличия являются принципиальными и создают новизну предлагаемого решения.

Сущность заявляемого изобретения поясняется чертежом, где показана принципиальная схема заявляемого электрогидростатического привода с электрогидравлическим клапаном реверса и взводимым гидрокомпенсатором

Электрогидростатический привод с электрогидравлическим клапаном реверса и взводимым гидрокомпенсатором (привод) содержит:

электронные блоки управляющего микропроцессора и усилителя-инвертора, обеспечивающего работу бесколлекторного электродвигателя постоянного тока (7), нереверсивный нерегулируемый насос (6), электрогидравлический клапан реверса (2), гидроцилиндр (16) и вспомогательные элементы: гидрокомпенсатор (12), предохранительные клапаны сливной полости (4) и полости нагнетания (5), электрогидравлический клапан стопорения выходного звена привода (3), ограничитель расхода (15), фильтр (14) с его предохранительным клапаном (13), датчик положения поршня гидроцилиндра (1).

Привод работает следующим образом:

При включении привода обеспечивается специальная последовательность работы его агрегатов: подачей напряжения на обмотку клапана стопорения выходного звена привода (3) на некоторое время фиксируется выходной шток привода для исключения силового воздействия привода на объект регулирования, подачей сигнала на электродвигатель приводится во вращение насос и развивается давление подачи насоса, которое подается под торец плунжера (9) взвода гидрокомпенсатора, после взвода гидрокомпенсатора сигнал с электродвигателя снимается и после небольшой выдержки для снижения давления до минимального уровня отключением обмотки открывается клапан стопорения.

Скорость перемещения штока гидроцилиндра (16) регулируется подачей насоса (6), которая в свою очередь управляется скоростью вращения вала электродвигателя (7), задаваемой управляющим микропроцессором. Однако электродвигатель и насос работают в нереверсивном режиме, а изменение направления движения штока гидроцилиндра осуществляется переключением клапана реверса (2), управляемого микропроцессором. Последний релейно переключает обмотки клапана реверса в соответствии со знаком сигнала рассогласования следящего привода, замкнутого позиционной обратной связью. Предохранительный клапан сливной полости (4) препятствует возможному повышению давления в гидрокомпенсаторе при внешней помогающей силе на штоке гидроцилидра. Предохранительный клапан полости нагнетания (5), открываясь при чрезмерном нагружении привода, ограничивает величину максимального давления в ней. Предохранительный клапан фильтра (13) обеспечивает работу привода и целостность фильтра при его засорении. Ограничитель расхода (15) не является обязательным элементом привода и служит для улучшения его работы при наличии внешней помогающей силы на штоке гидроцилидра.

1. Электрогидростатический привод с электрогидравлическим клапаном реверса и взводимым гидрокомпенсатором, содержащий электронные блоки управляющего микропроцессора и усилителя-инвертора, бесколлекторный электродвигатель постоянного тока, нереверсивный нерегулируемый насос, электрогидравлический клапан реверса, гидроцилиндр, гидрокомпенсатор, предохранительные клапаны, электрогидравлический клапан стопорения выходного звена привода, ограничитель расхода, фильтр, датчик положения штока гидроцилиндра, отличающийся тем, что изменение направления движения штока гидроцилиндра осуществляется переключением электрогидравлического клапана реверса, управляемого микропроцессором привода в релейном режиме по знаку сигнала рассогласования следящего привода.

2. Привод по п.1, отличающийся тем, что в нем использован гидрокомпенсатор, пружинный блок которого с предварительно сжатой пружиной при взведении переводится давлением, поданным под торец плунжера взвода, в рабочее положение и фиксируется там упором во время работы привода вплоть до снятия взвода гидрокомпенсатора путем подачи напряжения на обмотку электромагнита, снимающего пружинный блок с упора, что позволяет поддерживать необходимый уровень минимального давления в работающем приводе вне зависимости от величины давления под торцом плунжера взвода и обеспечивает наилучшие условия хранения выключенного привода без избыточного давления в его гидросистеме.

3. Привод по п.1, отличающийся тем, что в нем использован специальный пусковой алгоритм управляющего контроллера, по которому клапаном стопорения на некоторое время фиксируется выходное звено привода, подачей сигнала на электродвигатель приводится во вращение насос и развивается давление подачи насоса, передвигающее плунжер взвода гидрокомпенсатора в крайнее положение до фиксации упором его пружинного блока, затем сигнал с электродвигателя снимается и открывается клапан стопорения, что позволяет поддерживать заданный уровень минимального давления в работающем приводе с гидрокомпенсатором без установки вспомогательного насоса и не влечет за собой дополнительных энергетических затрат во время работы привода.