Двухкаскадный электрогидравлический усилитель с электрической обратной связью по расходу

Авторы патента:

F15B9/07 - с электрическими средствами управления

Владельцы патента RU 2489607:

Разинцев Валерий Иванович (RU)

Усилитель предназначен для автоматических систем. Усилитель содержит суммирующий операционный усилитель с двумя входами, электронный усилитель мощности, электромеханический преобразователь, гидрораспределитель первого каскада; гидрораспределитель второго каскада, кинематически связанный с подвижным элементом электрического датчика обратной связи, гидравлически соединенный с гидролиниями нагнетания и слива, двумя гидролиниями гидравлически соединенный с гидрораспределителем первого каскада и имеющий две выходные гидролинии для соединения с потребителем; согласующую аппаратуру, вход которой соединен с сигнальной обмоткой электрического датчика обратной связи гидрораспределителя второго каскада; электрогидравлический датчик перепада давлений, гидравлически соединенный двумя гидролиниями с выходными гидролиниями гидрораспределителя второго каскада; электронное вычислительное устройство, один вход которого соединен с выходом согласующей аппаратуры электрического датчика обратной связи гидрораспределителя второго каскада, а другой вход соединен с электрическим выходом электрогидравлического датчика перепада давлений, выход электронного вычислительного устройства соединен со вторым входом суммирующего операционного усилителя. Технический результат - увеличение КПД силовой части привода. 2 ил.

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к электрогидравлическим автоматическим системам, широко применяемым в различных отраслях техники, где используются быстродействующие электрогидравлические усилители. Это и испытательные стенды в автомобильной и авиационной промышленностях, и мощные виброустановки в современных системах поиска нефти и газа, и прокатные станы в металлургии и ряд других применений.

Известны двухкаскадные электрогидравлические усилители американской фирмы MOOG серии D765 [каталог «Сервоклапаны фирмы MOOG Gmbh. Нижегородский филиал, Россия, 2003»].

Указанный двухкаскадный электрогидравлический усилитель, являющийся на сегодняшний день наиболее совершенным, примем в качестве прототипа.

Принципиальная электрогидравлическая схема электрогидравлического усилителя-прототипа изображена на фиг.1 и содержит:

- суммирующий операционный усилитель (1) с двумя входами, на один из которых подается управляющий сигнал (Uвx);

- электронный усилитель мощности (2), вход которого соединен с выходом суммирующего операционного усилителя (1);

- электромеханический преобразователь (3), управляющая обмотка которого соединена с выходом электронного усилителя мощности (2), а якорь кинематически связан с подвижным элементом гидрораспределителя первого каскада (4);

- гидрораспределитель первого каскада (4), гидравлически соединенный с гидролиниями нагнетания и слива;

- гидрораспределитель второго каскада (7), кинематически связанный с подвижным элементом электрического датчика обратной связи (6), гидравлически соединенный с гидролиниями нагнетания и слива, двумя гидролиниями, гидравлически соединенный с гидрораспределителем первого каскада (4) и имеющий две выходные гидролинии для соединения с потребителем;

- согласующую аппаратуру (5), вход которой соединен с сигнальной обмоткой электрического датчика обратной связи (6) гидрораспределителя второго каскада (7), а выход согласующей аппаратуры соединен со вторым входом суммирующего операционного усилителя (1).

Недостатком рассмотренного электрогидравлического усилителя-прототипа является зависимость распределяемого гидроусилителем расхода рабочей жидкости от перепада давлений от нагрузки в исполнительном устройстве следящего привода, в составе которого работает гидроусилитель, что снижает КПД этого привода.

Задачей предлагаемого изобретения является устранение отмеченного недостатка.

Поставленная задача решается тем, что двухкаскадный электрогидравлический усилитель содержит:

- суммирующий операционный усилитель с двумя входами, на один из которых подается управляющий сигнал;

- электронный усилитель мощности, вход которого соединен с выходом суммирующего операционного усилителя;

- электромеханический преобразователь, управляющая обмотка которого соединена с выходом электронного усилителя мощности, а якорь кинематически связан с подвижным элементом гидрораспределителя первого каскада;

- гидрораспределитель первого каскада, гидравлически соединенный с гидролиниями нагнетания и слива;

- гидрораспределитель второго каскада, кинематически связанный с подвижным элементом электрического датчика обратной связи, гидравлически соединенный с гидролиниями нагнетания и слива, двумя гидролиниями, гидравлически соединенной с гидрораспределителем первого каскада и имеющей две выходные гидролинии для соединения с потребителем;

- согласующую аппаратуру, вход которой соединен с сигнальной обмоткой электрического датчика обратной связи гидрораспределителя второго каскада,

при этом новым является то, что, согласно изобретению, в принципиальную схему заявленного электрогидравлического усилителя включены:

- электрогидравлический датчик перепада давлений, гидравлически соединенный двумя гидролиниями с выходными гидролиниями гидрораспределителя второго каскада;

- электронное вычислительное устройство, один вход которого соединен с выходом согласующей аппаратуры электрического датчика обратной связи гидрораспределителя второго каскада, а другой вход соединен с электрическим выходом электрогидравлического датчика перепада давлений, выход электронного вычислительного устройства соединен со вторым входом суммирующего операционного усилителя.

Сущность заявленного изобретения поясняется чертежом (фиг.2), на котором представлена принципиальная электрогидравлическая схема усовершенствованного электрогидравлического усилителя, которая содержит:

- суммирующий операционный усилитель (1) с двумя входами, на один из которых подается управляющий сигнал (U_вx);

- электронный усилитель мощности (2), вход которого соединен с выходом второго суммирующего операционного усилителя (1);

- гидрораспределитель первого каскада (4), гидравлически соединенный с гидролиниями нагнетания и слива;

- гидрораспределитель второго каскада (7), кинематически связанный с подвижным элементом электрического датчика обратной связи (6), гидравлически соединенный с гидролиниями нагнетания и слива, двумя гидролиниями гидравлически соединенный с гидрораспределителем первого каскада (4) и имеющий две выходные гидролинии для соединения с потребителем;

- согласующую аппаратуру (5), вход которой соединен с сигнальной обмоткой электрического датчика обратной связи (6) гидрораспределителя второго каскада (7);

- электрогидравлический датчик перепада давлений (8), гидравлически соединенный двумя гидролиниями с выходными гидролиниями гидрораспределителя второго каскада (7);

- электронное вычислительное устройство (9), один вход которого соединен с выходом (U₁) согласующей аппаратуры (5) электрического датчика обратной связи (6) гидрораспределителя второго каскада (7), а другой вход соединен с электрическим выходом (U₂) электрогидравлического датчика перепада давлений (8), выход (U_OC) электронного вычислительного устройства (9) соединен со вторым входом суммирующего операционного усилителя (1).

Заявленный двухкаскадный электрогидравлический усилитель работает следующим образом (см. фиг.2).

На вход суммирующего операционного усилителя (1) поступает входной управляющий сигнал (U_вх). Выход суммирующего операционного усилителя соединен со входом электронного усилителя мощности (2), предназначенного для усиления электрического сигнала, поступающего на управляющую обмотку электромеханического преобразователя (3), якорь которого кинематически связан с подвижным элементом гидрораспределителя первого каскада (4), двумя гидролиниями соединенного с гидролиниями нагнетания и слива и через две гидролинии управляющего гидрораспределителем второго каскада (7), кинематически связанного с подвижным элементом электрического датчика обратной связи (6), электрический сигнал (U₁) с сигнальной обмотки этого датчика, через согласующую аппаратуру (5), поступает на первый вход электронного вычислительного устройства (9). Второй вход электронного вычислительного устройства (9) соединен с электрическим выходом (U₂) датчика перепада давлений (8), измеряющего разность давлений в выходных гидролиниях заявленного гидроусилителя.

Электронное вычислительное устройство вычисляет сигнал обратной связи по расходу (U_OC), подаваемый на второй вход суммирующего операционного усилителя, соответствующий модулю и знаку расхода рабочей жидкости Q, распределяемого заявленным гидроусилителем.

Для пояснения принципа работы усовершенствованного гидроусилителя рассмотрим согласующий коэффициент К_с:

$K_{C} = \frac{U_{О С}^{m}}{Q_{0}};$

где:

$U_{O C}^{m}$ - максимальное значение сигнала обратной связи на выходе электронного вычислительного устройства;

$Q_{0} = μ b_{щ} x_{0} \sqrt{\frac{g}{γ} Δ P_{o}},$

Q₀ - расход рабочей жидкости при x₀ и ΔP_n=0;

х₀ - максимальное значение координаты, определяющей величину и знак смещения золотника гидрораспределителя выходного каскада от нейтрального положения при максимальном управляющем сигнале (U_вx) и при ΔP_n=0.

ΔР₀=P_n-P_l

где:

P_n - давление в гидролинии нагнетания;

P_l - давление в гидролинии слива;

ΔP_n=P₁-P₂.

где:

P₁ и P₂ - давления в выходных гидролиниях гидроусилителя;

µ - коэффициент расхода рабочих окон гидрораспределителя;

b_щ - ширина рабочих окон гидрораспределителя;

g - ускорение силы тяжести;

γ - удельный вес рабочей жидкости.

Текущее значение расхода (Q):

$Q = μ b_{щ} х_{з} \sqrt{\frac{g}{γ} Δ P_{0} (1 - \frac{Δ P_{n}}{Δ P_{o}} S g n x_{з})},$

где x_з - текущее значение координаты золотника гидрораспределителя выходного каскада.

Рассмотрим выражение:

$К_{С} Q = \frac{U_{O C}^{m}}{Q_{o}} Q = U_{O C}^{m} \frac{x_{з}}{х_{0}} \sqrt{1 - \frac{Δ P_{n}}{Δ P_{0}} S g n x_{з}} .$

Если учесть, что $\frac{х_{з}}{х_{0}} = \frac{U_{1}}{U_{O C}^{m}}$ (с учетом того, что $U_{O C}^{m}$ соответствует x₀) и $\frac{Δ P_{n}}{Δ P_{0}} = \frac{U_{2}}{U_{2}^{0}}$ то формула для определения сигнала обратной связи U_OC примет вид:

где:

$U_{O C} = U_{1} \sqrt{1 - \frac{U_{2}}{U_{2}^{0}} S g n U_{1}}$

U₁ - электрический сигнал на выходе согласующей аппаратуры датчика обратной связи гидрораспределителя второго каскада;

U₂ - электрический сигнал, соответствующий ΔP_n;

$U_{2}^{0}$ - электрический сигнал, соответствующий ΔP₀.

При замыкании контура, у которого на входе U_вх, а на выходе x_з и при последующей подстановке x_з в формулу для определения расхода рабочей жидкости, распределяемого гидроусилителем, получаем независимость указанного расхода от изменения, в заданных пределах, перепада давлений между выходными гидролиниями гидроусилителя.

В итоге имеем:

Инвариантность скоростной характеристики к изменению перепада давлений от нагрузки гидропривода дроссельного регулирования, управляемого заявленным гидроусилителем.

Увеличение коэффициента полезного действия (КПД) силовой части вышеуказанного гидропривода.

Возможность, в случае необходимости, реализации ограничения по скорости выходного звена исполнительного механизма с помощью ограничения входного сигнала (U_вх).

Двухкаскадный электрогидравлический усилитель с электрической обратной связью по расходу, содержащий:
- суммирующий операционный усилитель с двумя входами, на один из которых подается управляющий сигнал;
- электронный усилитель мощности, вход которого соединен с выходом суммирующего операционного усилителя;
- электромеханический преобразователь, управляющая обмотка которого соединена с выходом электронного усилителя мощности, а якорь кинематически связан с подвижным элементом гидрораспределителя первого каскада;
- гидрораспределитель первого каскада, гидравлически соединенный с гидролиниями нагнетания и слива;
- гидрораспределитель второго каскада, кинематически связанный с подвижным элементом электрического датчика обратной связи, гидравлически соединенный с гидролиниями нагнетания и слива, двумя гидролиниями гидравлически соединенный с гидрораспределителем первого каскада и имеющий две выходные гидролинии для соединения с потребителем;
- согласующую аппаратуру, вход которой соединен с сигнальной обмоткой электрического датчика обратной связи гидрораспределителя второго каскада,
отличающийся тем, что в принципиальную схему заявленного электрогидравлического усилителя включены:
- электрогидравлический датчик перепада давлений, гидравлически соединенный двумя гидролиниями с выходными гидролиниями гидрораспределителя второго каскада;
- электронное вычислительное устройство, один вход которого соединен с выходом согласующей аппаратуры электрического датчика обратной связи гидрораспределителя второго каскада, а другой вход соединен с электрическим выходом электрогидравлического датчика перепада давлений; выход электронного вычислительного устройства соединен со вторым входом суммирующего операционного усилителя.

Электрогидравлический усилитель мощности с механической обратной связью по положению золотника // 2389911

Электрогидравлический преобразователь // 2352827

Изобретение относится к области двигателестроения, в частности к системам топливопитания и регулирования ГТД. .

Трехкаскадный электрогидравлический усилитель мощности // 2346187

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к электрогидравлическим автоматическим системам (Electro hydraulic control systems), широко применяемым в различных отраслях техники, где используются быстродействующие электрогидравлические усилители (ЭГУ) большой мощности (расходы рабочей жидкости от 300 л/мин и рабочие давления до 35 МПа).

Рулевой агрегат // 2313699

Электрогидравлический агрегат // 2298698

Изобретение относится к устройству, которое может быть использовано в системах управления летательных аппаратов, где требуется посредством подачи сигналов управления на электрогидравлический усилитель мощности агрегата приводить в движение органы управления летательных аппаратов, а также приводить их в среднее положение в случае отказов в работе.

Комбинированный привод // 2194886

Двухкаскадный электрогидравлический усилитель // 2178841

Насосный гидропривод // 2142077

Позиционный пневмопривод // 1481501

Электрогидравлический следящий привод с трехкаскадным электрогидроусилителем // 2505715

Привод может быть использован в гидросистемах летательных аппаратов, а также высоконагруженных системах, где используются быстродействующие электрогидравлические усилители большой мощности (расход рабочей жидкости от 300 л/мин, рабочее давление до 35 МПа). Гидроусилитель первого каскада усиления выполнен в виде «струйная трубка - приемная плата» с большими проходными сечениями и содержит гидроцилиндр, включающий исполнительный элемент - поршень с электрической обратной связью по положению. Технический результат: повышение точности перемещения исполнительного элемента за счет использования обратной связи по положению выходного звена и третьего каскада усиления. 1 ил.

Электрогидравлический усилитель мощности со струйным усилителем в первом каскаде // 2594094

Усилитель предназначен для следящих электрогидравлических приводов систем управления летательных аппаратов. Усилитель содержит электромеханический преобразователь с двумя катушками управления, верхним и нижним магнитопроводами, Т-образным якорем с основанием, центральным стержнем и плоской пружиной обратной связи, корпус струйного усилителя со встроенным струйным усилителем, а также корпус золотникового распределителя с четырехкромочным дросселирующим золотником второго каскада, при этом нижний магнитопровод снабжен винтами из немагнитного материала для ограничения хода Т-образного якоря, верхний магнитопровод снабжен винтами из ферромагнитного материала для тонкой регулировки моментной характеристики электромеханического преобразователя, струйный усилитель выполнен в виде расположенной между двумя плоскими дисками расходной пластины со сквозным центральным пазом для дефлектора и тремя клиновидными отверстиям, одно из них, соединенное широкой частью через сквозной канал в нижнем диске с каналом напора, имеет на выходе в центральный паз прямоугольный стабилизирующий участок, образуя напорное сопло, два других, соединенных широкой частью через соответствующие сквозные каналы в нижнем диске и каналы в корпусе золотникового распределителя с подторцевыми полостями золотника второго каскада, расположены напротив первого отверстия, образуя узкими частями на выходе в центральный паз приемные окна, разделенные трапециевидной стенкой, размер плоской вершины которой не превышает размера напорного сопла, причем величина зазоров между стержнем и торцами центрального паза, а также размеры каждого из приемных окон превышают размеры напорного сопла. Стержень Т-образного якоря в районе расходной пластины имеет клиновидное отверстие, широкая часть которого обращена к соплу, а узкая - к приемным окнам, образуя дефлектор. Технический результат - повышение точности регулировки. 7 з.п. ф-лы, 4 ил.

Электрогидравлический усилитель мощности с цифровым управлением // 2599098

Изобретение относится к области гидроавтоматики, в частности к электрогидравлическим усилителям, и может быть использовано в высокоточных системах управления рабочих органов подвижных транспортных средств и летательных аппаратов. Электромеханический преобразователь выполнен в виде шагового электродвигателя с дискретным характером движения и цифровым управлением, а механизм возврата четырехбуртового цилиндрического золотника в нейтральную позицию содержит предварительно сжатые центрирующие пружины, расположенные в торцевых полостях четырехбуртового цилиндрического золотника. Технический результат: получение цифрового управления и уменьшение влияния воздействия обратных струй в проточной части гидроусилителя за счет использования шагового электродвигателя с конечным числом устойчивых положений. 1 ил.