Цифроаналоговый преобразователь гидравлического привода

Преобразователь предназначен для приводов исполнительных органов ракет и других летательных аппаратов. Преобразователь содержит корпус, шток обратной связи, гидроусилители, гильзу с осевым отверстием, цепочку плавающих поршней, попарно связанных между собой, снабженных отсечными поясками и элементами зацепления, упор, охватывающий шток поршня младшего разряда цепочки плавающих поршней, причем шток обратной связи взаимодействует с эвольвентной образующей кулачка устройства обратной связи, установленного на выходном валу привода, при этом в корпусе выполнена цилиндрическая полость с крышкой, а шток обратной связи снабжен цилиндрическим фланцем, контактирующим с гидравлической пружиной, выполненной из не менее двух установленных соосно штоку обратной связи цилиндрических толкателей. При этом полость, в которой размещен фланец, связана со сливной магистралью, а магистраль нагнетания подведена к торцам цилиндрических толкателей. Между поршнем старшего разряда цепочки плавающих поршней и цилиндрическим фланцем штока обратной связи введен регулировочный упор. Технический результат - повышение быстродействия преобразователя и уменьшение габаритов корпуса. 2 ил.

 

Изобретение относится к области гидроавтоматики и может быть использовано в приводах исполнительных органов ракет и других летательных аппаратов.

Известен цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) гидравлического привода, описанный в [1], включающий корпус, шток обратной связи, гидроусилители по числу разрядов двоичного кодового электрического сигнала на цифроаналоговом преобразователе гидравлического привода, гильзу с осевым отверстием, в котором размещена цепочка плавающих поршней, причем поршень младшего разряда взаимодействует с распределительным золотником гидравлического привода, а шток обратной связи взаимодействует с эвольвентной образующей кулачка устройства обратной связи, установленного на выходном валу гидравлического привода, при этом в корпусе выполнена цилиндрическая полость с крышкой, а шток обратной связи, размещенный в полости, снабжен цилиндрическим фланцем, контактирующим с гидравлической пружиной, выполненной из не менее двух цилиндрических толкателей со сферическим концом, установленных соосно штоку обратной связи.

Недостатком указанной конструкции является низкое быстродействие и надежность из-за возможных перекосов плавающих поршней.

Наиболее близким к предложенному устройству прототипом является ЦАП гидравлического привода [2], содержащий корпус, шток обратной связи, гидроусилители по числу разрядов двоичного кодового электрического сигнала на цифроаналоговом преобразователе гидравлического привода, гильзу с осевым отверстием, в котором размещена цепочка плавающих поршней, попарно связанных между собой, снабженных отсечными поясками и элементами зацепления, и установленный также в осевом отверстии упор, охватывающий шток поршня младшего разряда цепочки плавающих поршней, взаимодействующего с распределительным золотником гидравлического привода и возвратным поршнем, причем шток обратной связи взаимодействует с эвольвентной образующей кулачка устройства обратной связи, установленного на выходном валу гидравлического привода, при этом в корпусе выполнена цилиндрическая полость с крышкой, а шток обратной связи, размещенный в полости, снабжен цилиндрическим фланцем, контактирующим с гидравлической пружиной, выполненной из не менее двух установленных соосно штоку обратной связи цилиндрических толкателей со сферическим концом.

Недостатком указанной конструкции является повышенное сопротивление штока обратной связи при перемещении.

Задачей усовершенствованной конструкции устройства является создание необходимого усилия гидравлической пружины и уменьшение габаритов корпуса ЦАП.

Техническим результатом использования изобретения является повышение быстродействия ЦАП гидравлического привода путем снижения силы сопротивления штока обратной связи при перемещении.

Технический результат достигается тем, что в ЦАП гидравлического привода, содержащий корпус, шток обратной связи, гидроусилители по числу разрядов двоичного кодового электрического сигнала на цифроаналоговом преобразователе гидравлического привода, гильзу с осевым отверстием, в котором размещена цепочка плавающих поршней, попарно связанных между собой, снабженных отсечными поясками и элементами зацепления, и установленный также в осевом отверстии упор, охватывающий шток поршня младшего разряда цепочки плавающих поршней, взаимодействующего с распределительным золотником гидравлического привода и возвратным поршнем, причем шток обратной связи взаимодействует с эвольвентной образующей кулачка устройства обратной связи, установленного на выходном валу гидравлического привода, при этом в корпусе выполнена цилиндрическая полость с крышкой, а шток обратной связи, размещенный в полости, снабжен цилиндрическим фланцем, контактирующим с гидравлической пружиной, выполненной из не менее двух установленных соосно штоку обратной связи цилиндрических толкателей со сферическим концом, в отличие от прототипа полость, в которой размещен фланец штока обратной связи, связана со сливной магистралью, а магистраль нагнетания подведена к торцам цилиндрических толкателей, противолежащим сферическим концам последних, причем цилиндрические толкатели размещены равномерно по окружности, концентричной цилиндрическому фланцу штока обратной связи, между поршнем старшего разряда цепочки плавающих поршней и цилиндрическим фланцем штока обратной связи введен регулировочный упор, при этом диаметр цилиндрических толкателей определяется соотношением:

где

n - количество цилиндрических толкателей;

F_ТР - сила трения между штоком обратной связи и крышкой;

Р - давление нагнетания;

D - диаметр возвратного поршня цепочки плавающих поршней;

d - диаметр цилиндрического толкателя;

М - момент на выходном валу гидравлического привода;

r - радиус эвольвенты эвольвентной образующей кулачка.

На фиг.1 представлена конструктивная схема размещения ЦАП в составе гидравлического привода, на фиг.2 представлен общий вид ЦАПа с положением цепочки плавающих поршней, соответствующим положительной полярности электрического сигнала на всех гидроусилителях.

В состав гидравлического привода входит ЦАП, включающий корпус 1, гидроусилители 2 по числу разрядов двоичного кодового электрического сигнала на ЦАП, цепочка плавающих поршней 3 с отсечными поясками 4, установленных в гильзе 5. Поршневая цепочка из поршней 3 через промежуточный толкатель 6 взаимодействует с распределительным золотником 7 золотникового распределительного устройства и поджимается к нему возвратным поршнем 8. Распределительный золотник 7 золотникового распределительного устройства гидравлически связан с исполнительным механизмом 9 через кулачок 10 устройства обратной связи, воздействующим на плавающие поршни 3. Кулачок имеет эвольвентную образующую и установлен на выходном валу исполнительного механизма 9. Поршни 3 связаны между собой попарно элементами зацепления, включающими шток 11 с Т-образным буртом 12, перемычку 13 и два сегментных паза 14. Гильза 5 снабжена радиальными отверстиями 15, гидравлически связывающими гидроусилители 2 с межпоршневым пространством 16, и упором 17, установленным в осевом отверстии 18 гильзы. Упор 17 охватывает шток 19 плавающего поршня младшего разряда цепочки плавающих поршней 3, взаимодействующего с толкателем 6. Плавающий поршень 20 старшего разряда цепочки плавающих поршней 3 взаимодействует со штоком 21 обратной связи. Шток 21 обратной связи снабжен фланцем 22, размещенным в цилиндрической полости 23 корпуса 1 ЦАПа. Со стороны фланца 22, противоположной кулачку 10, в корпусе 1 соосно штоку 21 обратной связи установлены цилиндрические толкатели 24 со сферическим концом, взаимодействующим с фланцем 22. На конце штока 21 обратной связи установлен ролик, контактирующий с эвольвентной образующей кулачка 10 устройства обратной связи. Между фланцем 22 и поршнем 20 размещен регулировочный упор 25, например шпилька, установленная в резьбовом отверстии, выполненном на торце фланца 22 коаксиально штоку обратной связи.

При подаче в корпус 1 давления слива и нагнетания, а на каждый гидроусилитель 2 сигнала положительной полярности давление нагнетания поступает в пространство между отсечными поясками 4 на каждой паре соседних плавающих поршней 3, которые раздвигаются внутри гильзы 5, при этом цепочка поршней 3 движется вверх, перемещая промежуточный толкатель 6 и сдвигая распределительный золотник 7 за счет того, что площадь сечения плавающих поршней 3 значительно больше площади сечения возвратного поршня 8. В золотниковом распределительном устройстве открываются щели, соединяющие магистрали слива и нагнетания с соответствующими цилиндрами исполнительного механизма 9, который через выходной вал поворачивает кулачок 10 устройства обратной связи на определенный угол, соответствующий величине смещения распределительного золотника 7, а возвратный поршень 8 перемещает цепочку плавающих поршней 3 вниз (в сторону закрытия щелей золотникового распределительного устройства) на величину смещения распределительного золотника 7. При подаче на каждый гидроусилитель 2 сигнала отрицательной полярности давление нагнетания в пространстве между отсечными поясками 4 каждой пары соседних плавающих поршней 3 заменяется на давление слива, поршни 3 поджимаются друг к другу внутри гильзы 5 возвратным поршнем 8, при этом при этом цепочка поршней 3 движется вниз, т.к. давление нагнетания поджимает распределительный золотник 7 через промежуточный толкатель 6 и шток 21 обратной связи к кулачку 10. В золотниковом распределительном устройстве открываются щели, соединяющие магистрали слива и нагнетания с соответствующими цилиндрами исполнительного механизма 9, который через выходной вал поворачивает кулачок 10 устройства обратной связи и перемещает цепочку плавающих поршней 3 вверх (в сторону закрытия щелей золотникового распределительного устройства) на величину смещения распределительного золотника 7. Перемещение поршней 3 друг относительно друга ограничивается элементами зацепления, при раздвигании поршней бурт 12, выполненный на штоке 11, упирается в перемычку 13, образованную сегментными пазами 14 с торцом поршня, а при сжатии поршней перемычка 13 упирается в отсечной поясок 4 соседнего поршня. Радиальные отверстия 15 обеспечивают подачу управляющего давления от гидроусилителей 2 в межпоясковое пространство 16 поршней 3. Упор 17, установленный в осевом отверстии 18 гильзы 5 и охватывающий шток 19 плавающего поршня младшего разряда цепочки плавающих поршней 3, ограничивает перемещение цепочки плавающих поршней 3 вниз. Плавающий поршень 20 старшего разряда цепочки плавающих поршней 3 своим сферическим концом перемещает шток 21 обратной связи, а шток обратной связи через фланец 22, размещенный в цилиндрической полости 23 корпуса 1 ЦАПа, постоянно поджат к кулачку 10 устройства обратной связи цилиндрическими толкателями 24. Для того чтобы шток 21 обратной связи не имел перекоса при функционировании, цилиндрические толкатели 24 размещены равномерно по окружности, концентричной цилиндрическому фланцу штока обратной связи, чтобы уменьшить силу сопротивления перемещению штока, полость размещения фланца штока обратной связи в корпусе связана со сливной магистралью. За счет большого разброса допусков при изготовлении цепочки плавающих поршней 3 положение конца плавающего поршня 20 относительно торца Б цилиндрической полости 23 требует выполнения значительного зазора между фланцем 22 и торцом Б, для минимизации габаритов ЦАП регулировочный упор 25 имеет возможность перемещения относительно фланца 22 по резьбе с целью обеспечения минимального гарантированного зазора между фланцем 21 и торцом Б при нахождении распределительного золотника 7 на верхнем упоре. Для минимизации габаритов ЦАП следует увеличить количество цилиндрических толкателей 24, одновременно уменьшив их диаметр. При этом возможно увеличение силы поджатия цилиндрических толкателей 24 к фланцу 22. Соединение полости, в которой размещен фланец штока обратной связи, со сливной магистралью позволяет устранить гидравлическую составляющую силы сопротивления, действующей на шток обратной связи (дросселирование в зазоре фланца и корпуса), и считать силу сопротивлении равной F_ТР. Увеличение силы поджатия цилиндрических толкателей к фланцу и одновременное уменьшение силы сопротивления штока обратной связи позволяют обеспечить повышение быстродействия ЦАП гидравлического привода.

Сила F₁, действующая на шток 21 обратной связи со стороны кулачка 10 устройства обратной связи, определяется формулой:

где

М - момент на выходном валу гидравлического привода;

r - радиус эвольвенты эвольвентной образующей кулачка.

Сила F₁ должна преодолевать суммарно действие силы трения на штоке 21, силы поджатия возвратного поршня 8 к распределительному золотнику и силы поджатия цилиндрических толкателей 24 к фланцу 22 при движении штока 21 вверх при подаче на гидроусилители 2 сигнала отрицательной полярности. Сила F₂ поджатия возвратного поршня 8 к распределительному золотнику 7 определяется соотношением:

где

D - диаметр возвратного поршня цепочки плавающих поршней;

Р - давление нагнетания.

Сила F₃ поджатия цилиндрических толкателей 24 к фланцу 22 определяется соотношением:

где

d - диаметр цилиндрического толкателя;

n - количество цилиндрических толкателей.

Следовательно, F₁>F_ТР+F₂+F₃ или откуда: или

Одновременно силы F₂ поджатая возвратного поршня 8 к распределительному золотнику 7 и F₃ поджатия цилиндрических толкателей 24 к фланцу 22 суммарно должны преодолевать силу трения на штоке 21 при движении последнего вниз при подаче на гидроусилители 2 сигнала положительной полярности, т.е. должно выполняться F₂+F₃>F_ТР (4).

Подставляя в (4) выражения (1) и (2), получаем:

или

Следовательно, диаметр цилиндрического толкателя одновременно должен удовлетворять (3) и (5), откуда:

Выполнение количества и диаметра цилиндрических толкателей согласно соотношению (6) позволяет повысить быстродействие ЦАП гидравлического привода путем снижения силы сопротивления штока обратной связи (особенно при подаче на гидроусилители сигнала положительной полярности), обеспечив соединение полости, в которой размещен фланец штока обратной связи, со сливной магистралью, а также увеличить силы F₃ посредством размещения дополнительных цилиндрических толкателей равномерно по окружности, концентричной цилиндрическому фланцу штока обратной связи, а также уменьшить габариты корпуса ЦАП при размещении дополнительного количества цилиндрических толкателей с одновременным уменьшением их диаметра и введении регулировочного элемента между поршнем старшего разряда цепочки плавающих поршней и фланцем штока обратной связи.

Литература

1. Патент RU №2174626, кл. F 15 В 9/02, 2000 г.

2. Патент RU №2174627, кл. F 15 В 9/02, 2000 г.

Цифроаналоговый преобразователь гидравлического привода, содержащий корпус, шток обратной связи, гидроусилители по числу разрядов двоичного кодового электрического сигнала на цифроаналоговом преобразователе гидравлического привода, гильзу с осевым отверстием, в котором размещена цепочка плавающих поршней, попарно связанных между собой, снабженных отсечными поясками и элементами зацепления, и установленный также в осевом отверстии упор, охватывающий шток поршня младшего разряда цепочки плавающих поршней, взаимодействующего с распределительным золотником гидравлического привода и возвратным поршнем, причем шток обратной связи взаимодействует с эвольвентной образующей кулачка устройства обратной связи, установленного на выходном валу гидравлического привода, при этом в корпусе выполнена цилиндрическая полость с крышкой, а шток обратной связи, размещенный в полости, снабжен цилиндрическим фланцем, контактирующим с гидравлической пружиной, выполненной из не менее двух установленных соосно штоку обратной связи цилиндрических толкателей со сферическим концом, отличающийся тем, что полость, в которой размещен фланец штока обратной связи, связана со сливной магистралью, а магистраль нагнетания подведена к торцам цилиндрических толкателей, противолежащим сферическим концам последних, причем цилиндрические толкатели размещены равномерно по окружности, концентричной цилиндрическому фланцу штока обратной связи, между поршнем старшего разряда цепочки плавающих поршней и цилиндрическим фланцем штока обратной связи введен регулировочный упор, при этом диаметр цилиндрических толкателей определяется соотношением

где n - количество цилиндрических толкателей;

F_тр - сила трения между штоком обратной связи и крышкой;

Р - давление нагнетания;

D - диаметр возвратного поршня цепочки плавающих поршней;

d - диаметр цилиндрического толкателя;

М - момент на выходном валу гидравлического привода;

r - радиус эвольвенты эвольвентной образующей кулачка.