Электрогидравлический следящий привод

003237 Предлагаемое устройство относится к следящим электрогидравлическим системам управления и может быть использовано в качестве автономного электрогидравлического исполнительного механизма в системах управления летательных аппаратов, а также в системах управления других машин и механизмов, например, в станкостроении, в подъемно-транспортном оборудовании, в танковой промышленности и других областях техники. Наиболее широкое применение с существенным техническим и экономическим эффектом изобретение может найти в системах управления летательных аппаратов, где требуются высокое быстродействие, точность отработки управляющих команд, большие усилия на исполнительном механизме, высокая надежность, компактность, ограниченное потребление электроэнергии от источника питания, высокий КПД, малые габариты и вес. Известны электрогидравлические следящие приводы, например, приведенные в книге Гамынина Н.С. и др. Гидравлический следящий привод. М. Машиностроение, 1968; по патентам США 3095906,кл. 121-41, 1963; Великобритании 1152228, кл. G3P, 1969; по авт. св. СССР: 517879, кл. В 64 с 13/36,1975; 86340, кл. В 64 с 13/36, 1975; 87039, кл. G 05B 11/06, F 15B 9/04, 1975; 505262, кл. G 05B 11/06, F 15B 9/04, 1975. Однако известные аналоги электрогидравлических следящих приводов имеют ряд существенных недостатков. К недостаткам вышеперечисленных устройств можно отнести наличие вспомогательного насоса; большие габариты и вес; большую инерционность движущихся элементов конструкции; низкий КПД насоса; низкую надежность из-за большого количества конструктивных элементов; недостаточно высокую полосу пропускания управляющего сигнала из-за наличия инерционных масс на органах управления насоса; склонность к самозагрязнению из-за наличия вспомогательного насоса; повышенный самонагрев рабочей жидкости из-за дросселирования ее на рабочих щелях гидроусилителя или перепуска через предохранительный клапан под большим давлением; сложность кинематических и других связей, обеспечивающих объемное управление люлькой основного насоса. Несмотря на разнообразие технических решений, существующих в приводах, остаются актуальными проблемы улучшения энергетических характеристик, уменьшения зоны нечувствительности, повышения точности отработки управляющих команд, надежности, улучшения габаритно-массовых характеристик, технологичности в связи с появлением повышенных требований к новым разработкам устройств для летательных аппаратов. Прототипом настоящего изобретения является электрогидравлический следящий привод по патенту РФ 2052673, кл. F 15B 9/00, 1996 г., который содержит электродвигатель, расположенные в корпусе и охваченные гидравлическими, механическими и электрическими связями насос с регулятором его производительности, двухкаскадный электромеханический гидроусилитель, выполненный в виде дифференциального трехпояскового следящего золотника с осевым каналом и поперечной проточкой, образующей с безынерционной втулкой первый каскад усиления, причем золотник расположен во втулке с образованием верхней и нижней управляющих полостей, а во втулке выполнены шесть рядов окон, редукционный клапан, ограничитель мощности, выполненный в виде подпружиненного золотника, гидродвигатель,рабочие полости которого избирательно соединяются каналами с модульными окнами гидроусилителя и каналами с всасывающим каналом насоса. В основу изобретения поставлена задача усовершенствования электрогидравлического привода,взятого за прототип, путем осуществления более простого управления люлькой насоса, уменьшения зоны нечувствительности и улучшения динамических характеристик, повышения надежности, снижения энергопотребления на всех режимах работы, повышения КПД насоса, уменьшения габаритно-массовых характеристик, упрощения конструкции, повышения технологичности и снижения себестоимости,уменьшения габаритов и веса источников электропитания привода. Поставленная задача достигается тем, что предлагаемый привод выполнен как электрогидравлический следящий привод, содержащий электродвигатель, расположенные в корпусе и охваченные гидравлическими, механическими и электрическими связями- насос с регулятором его производительности, выполненным в виде люльки, взаимодействующей с одной стороны с подпружиненным толкателем, пружина которого настроена на максимальную производительность насоса, а с другой - с плунжером регулятора, расположенным в цилиндре с левой торцевой полостью и правой управляющей полостью;- двухкаскадный электромеханический гидроусилитель, выполненный в виде дифференциального трехпояскового следящего золотника с осевым каналом и поперечной проточкой, образующей с безынерционной втулкой первый каскад усиления, причем золотник расположен во втулке с образованием верхней и нижней управляющих полостей, а во втулке выполнены шесть рядов окон;- компенсационно-поддавливающее устройство со штоковой и бесштоковой полостями;- редукционный клапан, выполненный в виде подпружиненного двухпояскового золотника с центральной проточкой, соединенной с одной стороны каналом с нагнетательным каналом насоса и другим каналом с торцевой полостью регулятора производительности насоса, а с другой стороны через постоянный дроссель, выполненный на одном пояске, - с замкнутой полостью клапана, причем этот поясок своей-1 003237 кромкой в процессе перемещения образует дроссель переменного сечения, сообщенный каналом со штоковой полостью компенсационно-поддавливающего устройства, а другим каналом - с верхней управляющей полостью гидроусилителя, которая, в свою очередь, через постоянный дроссель и осевой канал в золотнике сообщена с его нижней управляющей полостью;- ограничитель мощности, выполненный в виде подпружиненного золотника с центральной проточкой, первым пояском, имеющим дроссель постоянного сечения и образующим в процессе перемещения с отводным каналом первый дроссель переменного сечения, вторым пояском, образующим также в процессе перемещения с профилированным окном второй дроссель переменного сечения, причем центральная проточка соединена через дроссель постоянного сечения и первый дроссель переменного сечения с отводным каналом, соединяемым избирательно с модульными окнами гидроусилителя, через второй дроссель переменного сечения соединена со сливной полостью, бесштоковой полостью компенсационноподдавливающего устройства, через клапан подпитки с всасывающим каналом насоса, и каналом - с правой управляющей полостью регулятора производительности насоса;- гидродвигатель, рабочие полости которого избирательно соединяются каналами с модульными окнами гидроусилителя и другими каналами с всасывающим каналом насоса. На чертеже изображена принципиальная схема заявляемого электрогидравлического следящего привода. Привод содержит электродвигатель 1, соединенный рессорой с валом насоса 2 с поворотной люлькой 3,которая с одной стороны шарнирно через толкатель 4 пружиной 5 установлена на угол максимальной производительности насоса, а с другой стороны шарнирно соединена с плунжером 6 регулятора, левая торцевая полость 7 которого каналом 8 сообщена с нагнетательным каналом 9 насоса, одновременно соединенного каналом 10 с дросселем переменного сечения 11 редукционного клапана и входными окнами гидроусилителя,а правая управляющая полость 12 каналом 13 через центральную проточку 14 ограничителя мощности отводным каналом 15 сообщена с модульными окнами гидроусилителя, рабочие окна которого выполнены с возможностью соединения каналами 16 и 17 с рабочими полостями гидродвигателя 18 и каналами 19 и 20 с всасывающим каналом 21 насоса, а центральная проточка 22 редукционного клапана 23 каналом 24 сообщена со штоковой полостью 25 компенсационно-поддавливающего устройства 26 и одновременно каналом 27 с верхней управляющей полостью 28 гидроусилителя, которая, в свою очередь, через постоянный дроссель 29 осевым каналом 30 сообщена с нижней управляющей полостью 31 и переменным дросселем 32, образованным безынерционной втулкой 33 первого каскада усиления и поперечной проточкой 34, выполненной в следящем золотнике 35 гидроусилителя, пружинная полость клапана подпитки 36 сообщена с всасывающим каналом 21 насоса, а каналом 37 клапан подпитки сообщен с бесштоковой 38 полостью компенсационноподдавливающего устройства и сливной полостью, ограничитель мощности, выполненный в виде подпружиненного золотника 39, имеет на первом пояске дроссель 40 постоянного сечения, сообщенный расточкой 41 с центральной проточкой 14, а кромкой 42 второго пояска образует дроссель переменного сечения во взаимодействии с профилированным окном 43. Привод работает следующим образом. При подаче рабочего напряжения на клеммы электродвигателя 1 ротор насоса 2 при отсутствии управляющих команд выходит на обороты холостого хода. С ростом оборотов ротора насоса растет давление рабочей жидкости в каналах 8, 9, 10, 15. Когда давление в канале 10 достигнет величины, на которую настроена пружина редукционного клапана 23, его золотник перемещается влево, кромка пояска золотника с постоянным дросселем образует между каналами 10 и 24 дроссель переменного сечения 11. В каналах 24 и 27 и полостях 25 и 28 устанавливается постоянное давление управления, которое поддерживается клапаном 23 независимо от дальнейшего роста давления в нагнетательном канале 9 насоса и расхода рабочей жидкости через клапан 23. Давление в канале 24 и штоковой полости 25, воздействуя на двухступенчатый поршень компенсационно-поддавливающего устройства 26, перемещает его влево, повышая давление через бесштоковую полость 38 в сливной полости привода до расчетного значения за счет подбора рабочих площадей поршня компенсационно-поддавливающего устройства. По каналу 27 рабочая жидкость поступает в верхнюю управляющую полость 28 гидроусилителя,через постоянный дроссель 29 в осевой канал 30 следящего золотника 35 и через него к дросселю 32 и в нижнюю управляющую полость 31. Переменный дроссель 32 устанавливает перепад давлений между верхней 28 и нижней 31 управляющими полостями на соответствующие эффективные площади следящего золотника 35 гидроусилителя, на нем появляется усилие, устанавливающее золотник в нейтральное положение. Этому положению золотника соответствует положение безынерционной втулки 33, отрегулированное установкой электромеханического преобразователя при отсутствии управляющих команд. При этом дроссель 32 открыт на такую величину, при которой наступает равновесие сил, воздействующих на золотник 35 от указанных выше давлений. При нейтральном положении золотника его кромки рассоединяют нагнетательный канал 9 от каналов 19 и 20, запирают каналы 16 и 17, поддерживают настроенный перепад давлений между каналами 9 и 15. Этот перепад давлений через каналы 15 и 13, а также через каналы 9 и 8 воздействует на плунжер 6 регулятора насоса, который, воздействуя на люльку 3, сжимая при этом через толкатель 4 пружину 5, устанавливает ее на угол минимально отрегулирован-2 003237 ной производительности насоса, обеспечивающей работу привода на холостом режиме, т.е. при отсутствии управляющих команд и нагрузок на гидродвигателе. В этом положении привод находится в состоянии готовности к принятию управляющих команд, поступающих от электронного блока управления объекта. Потребляемая приводом мощность от источника питания электродвигателя 1 определяется расходом рабочей жидкости через переменный дроссель 32, например до 1 л/мин при перепаде, на который настроен редукционный клапан, например 20 кгс/см 2. При подаче на электромеханический преобразователь управляющей команды, например, положительного знака поводок его повернется по часовой стрелке на строго определенный угол, пропорциональный величине команды (знак команды и направление угла поворота выбраны условно). Втулка 33 переместится вниз, увеличив проходное сечение дросселя 32, давление в нижней управляющей полости 31 упадет, при этом нарушится равновесие сил на следящем золотнике 35 и он переместится вниз, точно отслеживая перемещение втулки 33, пока на нем снова не наступит равновесие сил. При этом пропорционально величине управляющей команды открываются профилированные (нагнетательные и модульные) окна во втулке гидроусилителя, сообщая нагнетательный канал 9 с каналом 15, центральной проточкой 14 золотника 39 ограничителя мощности, каналом 13 и управляющей полостью 12, при этом канал 9 также сообщается с каналом 17, а канал 16 - с каналом 19. Между нагнетательным каналом 9 и отводным 15 перепад давлений уменьшается пропорционально поданной команде. На эту же величину уменьшается перепад давлений на регуляторе насоса. Пружина 5 перемещает толкатель 4, который поворачивает люльку 3 на увеличение производительности насоса. Производительность насоса будет увеличиваться до тех пор, пока установится новое равновесное состояние регулятора насоса под действием силы затяжки пружины 5 и перепада давлений между каналами нагнетательным 9 и отводным 15, соответствующее заданному положению золотника 35 гидроусилителя. При этом по каналам 9 и 17 рабочая жидкость поступает в верхнюю полость гидродвигателя 18, а по каналам 16, 19 и 21 вытесняется из его нижней полости на вход в насос 2. Поршень гидродвигателя перемещается вниз, перемещая руль управляемого объекта. Скорость его перемещения определяется величиной наклона люльки 3 насоса 2. Величина давления рабочей жидкости в каналах 8, 9, 10, 13, 15, 17 определяется величиной рабочего усилия на руле управляемого объекта, которое передается на поршень гидродвигателя 18. Движение поршня гидродвигателя будет происходить до тех пор, пока на электромеханический преобразователь гидроусилителя будет подана управляющая команда. При снятии управляющей команды поводок возвращает втулку 33 в нейтральное положение, сечение дросселя 32 уменьшается, давление в нижней управляющей полости 31 увеличивается. Под действием гидравлических сил золотник 35 гидроусилителя перемещается за втулкой 33 вверх и при достижении равенства гидравлических сил на нем устанавливается в первоначальное нейтральное положение. Нагнетательный канал 9 отсоединяется от канала 15, канал 19 - от канала 16. Профилированные окна во втулке гидроусилителя закрываются. Между полостями 7 и 12 плунжера 6 регулятора производительности насоса увеличивается перепад давлений, люлька 3, сжимая пружину 5, уводится на угол минимальной производительности насоса. Так как каналы 16 и 17 гидродвигателя 18 гидравлически заперты золотником 35 гидроусилителя,поршень гидродвигателя продолжает удерживаться в выдвинутом на заданную величину положении,пока не последует команда от системы управления на его перемещение. При подаче на электромеханический преобразователь управляющей команды противоположного знака, например отрицательного, узлы привода работают аналогичным образом. Гидродвигатель 18 привода может с высокой степенью точности отрабатывать команды управления любых разновидностей, например синусоидальную, в диапазоне от 0 до 80 Гц. При повышении нагрузки выше расчетной на рулевом органе объекта, к которому подсоединен поршень гидродвигателя 18, или когда поршень станет на жесткий упор, давление в отводном канале 15,увеличиваясь, превышает настроенное, золотник 39 при этом смещается вправо, сжимает пружину, разобщает основное сечение отводного канала 15 с расточкой 41 и сообщает с ней канал 15 только через дроссель 40 постоянного сечения. Плунжер 6 перемещается вправо за счет падения давления в канале 13,и люлька 3 устанавливается на угол меньшей производительности. Если давление в канале 13 продолжает падать и дальше, золотник 6 перемещается дальше вправо, сообщая канал 13 черезкромку 42 и канал 43 с бесштоковой полостью 38, перепуская на слив часть рабочей жидкости, останавливая рост давления и предохраняя насос от разрушения. При падении давления в канале 21 ниже настроенного давлением рабочей жидкости в бесштоковой полости 38 открывается клапан 36, сообщая ее со входом в насос. При попутных нагрузках на поршне гидродвигателя 18, когда давление в канале 21 повышается, клапан 36 отсекает каналы 21 и 19 от бесштоковой полости 38. Заявляемое техническое решение имеет изобретательский уровень, так как явным образом не следует из уровня техники и является промышленно применимым. В настоящее время по предложенному электрогидравлическому следящему приводу проведен весь-3 003237 объем доводочных и натурных испытаний, ведется серийное производство, что полностью подтвердило техническую пригодность изделия и его экономическую целесообразность. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Электрогидравлический следящий привод, содержащий электродвигатель, расположенные в корпусе и охваченные гидравлическими, механическими и электрическими связями насос с регулятором его производительности, выполненным в виде люльки (3), взаимодействующей с одной стороны с подпружиненным толкателем (4), пружина (5) которого настроена на максимальную производительность насоса, а с другой - с плунжером (6) регулятора, расположенным в цилиндре с левой торцевой полостью (7) и правой управляющей полостью (12); двухкаскадный электромеханический гидроусилитель, выполненный в виде дифференциального трехпояскового следящего золотника (35) с осевым каналом (30) и поперечной проточкой (34), образующей с безынерционной втулкой (33) первый каскад усиления, причем золотник расположен во втулке с образованием верхней (28) и нижней (31) управляющих полостей, а во втулке выполнены шесть рядов окон; компенсационно-поддавливающее устройство (26) со штоковой (25) и бесштоковой (38) полостями; редукционный клапан (23), выполненный в виде подпружиненного двухпояскового золотника с центральной проточкой (22), соединенной с одной стороны каналом (10) с нагнетательным каналом (9) насоса и другим каналом (8) с торцевой полостью (7) регулятора производительности насоса, а с другой стороны - через постоянный дроссель, выполненный на одном пояске, с замкнутой полостью клапана,причем этот поясок своей кромкой в процессе перемещения образует дроссель переменного сечения (11),сообщенный каналом (24) со штоковой полостью компенсационно-поддавливающего устройства, а другим каналом (27) - с верхней управляющей полостью (28) гидроусилителя, которая, в свою очередь, через постоянный дроссель (29) и осевой канал (30) в золотнике (35) сообщена с его нижней управляющей полостью (31); ограничитель мощности, выполненный в виде подпружиненного золотника (39) с центральной проточкой (14), первым пояском, имеющим дроссель (40) постоянного сечения и образующим в процессе перемещения с отводным каналом (15) первый дроссель переменного сечения, вторым пояском, образующим также в процессе перемещения с профилированным окном (43) второй дроссель переменного сечения, причем центральная проточка (14) соединена через дроссель (40) постоянного сечения и первый дроссель переменного сечения с отводным каналом (15), соединяемым избирательно с модульными окнами гидроусилителя, через второй дроссель переменного сечения соединена со сливной полостью, бесштоковой полостью компенсационно-поддавливающего устройства (26), через клапан подпитки (36) с всасывающим каналом (21) насоса (2), и каналом (13) - с правой управляющей полостью (12) регулятора производительности насоса; гидродвигатель (18), рабочие полости которого избирательно соединяются каналами (16), (17) с модульными окнами гидроусилителя и другими каналами (19), (20) с всасывающим каналом (21) насоса