ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РУЛЕВОЙ ПРИВОД
HYDROELECTRIC STEERING DRIVE

Изобретение относится к области гидроавтоматики, в частности к рулевым электрогидравлическим следящим приводам летательных аппаратов.
Известны электрогидравлические приводы, содержащие силовой гидроцилиндр с силовым поршнем, корпус с золотниковым распределителем, электрогидравлический усилитель мощности, клапан включения, гидромеханическое устройство в виде гидравлического цилиндра стопорения (RU №2207300, №2133386).
Известен электрогидравлический агрегат, содержащий корпус с каналами, соединенными с гидролиниями нагнетания и слива и полостями силового гидроцилиндра, электрогидравлический усилитель мощности, рулевую машину в виде гидроцилиндра с поршнем, связанным с золотниковым распределителем, электрогидравлический клапан, гидромеханическое устройство в виде механизма стопорения с поршнями и дифференциальной качалкой с шарнирными узлами, связанными с механизмом стопорения и с золотниковым распределителем, клапан включения с распределительным плунжером, к которому подведены гидролинии нагнетания (слива), полостей рулевой машины и др. (RU №2233768).
Известен электрогидравлический рулевой привод, содержащий корпус с каналами, соединенными с гидролиниями нагнетания, слива и полостями силового гидроцилиндра с силовым поршнем, электрогидравлический усилитель мощности, рулевую машину в виде гидроцилиндра с поршнем, связанным с золотниковым распределителем с буртами, электрогидравлический клапан, клапан включения в виде подпружиненного распределительною плунжера, к которому подведены гидролинии нагнетания, слива, полостей силового гидроцилиндра и золотникового распределителя, причем в приводе установлены два подпружиненных обратных клапана таким образом, что они обеспечивают прохождение рабочей жидкости в одну из полостей силового гидроцилиндра, причем один из них обеспечивает прохождение рабочей жидкости в нее из гидролинии слива. В данном рулевом приводе в одном крайнем положении распределительного плунжера клапана включения обеспечивается прохождение рабочей жидкости из гидролинии нагнетания через один из обратных клапанов в полость силового гидроцилиндра, при этом оба обратных клапана препятствуют прохождению рабочей жидкости из указанной полости, одновременно посредством расточки в корпусе, в которой установлена пружина распределительного плунжера, обеспечивается соединение гидролинии слива с другой полостью силового гидроцилиндра, а в другом крайнем положении распределительного плунжера обеспечивается отсоединение полостей силового гидроцилиндра от гидролинии нагнетания и слива соответственно (RU №2288133, прототип).
Недостатком известных электрогидравлических рулевых приводов является конструктивная сложность, большие габариты и вес. Кроме того, в них не представляется возможным обеспечить равное усилие при выдвижении и втягивании штока дифференциального цилиндра, т.е. эффект равнозначного двустороннего действия. Выполнение цилиндра с двусторонним штоком позволяет создать равные усилия при перемещении поршня в обоих направлениях, но габариты цилиндра при этом увеличиваются на величину хода. При отработке сигнала обратной связи необходимо неоднократное преобразование видов энергии в цепи обратной связи через задающее устройство. Все это приводит к снижению точности и надежности устройства.
Технической задачей заявляемого изобретения является создание эффективного электрогидравлического рулевого привода двустороннего действия и расширение арсенала электрогидравлических рулевых приводов.
Технический результат, обеспечивающий решение поставленной задачи, заключается в упрощении конструкции, уменьшении габаритов и веса с одновременным обеспечением равного усилия при выдвижении и втягивании штока дифференциального цилиндра, а отработка сигнала обратной связи для возврата золотника в нейтральное положение осуществляется непосредственно тем же редуктором, который осуществляет задающее перемещение золотника, т.е. без задействования для этого электрических цепей - во внутренней цепи обратной связи, механическими средствами с высокой точностью и надежностью.
Сущность изобретения состоит в том, что электрогидравлический рулевой привод содержит задающий шаговый двигатель, на валу которого установлена солнечная шестерня дифференциала, коронная шестерня которого жестко соединена с зубчатым сектором обратной связи, введенным в зацепление с рейкой обратной связи, а сателлиты дифференциала установлены на водиле, на котором закреплена шестерня, введенная в зацепление с зубчатым колесом, скрепленным с поворотным распределительным золотником, основание которого закреплено к корпусу цилиндра, в котором размещены с возможностью перемещения поршень с односторонним штоком и неподвижно закрепленный в корпусе цилиндра со стороны, противоположной штоку поршня, фальшток, размещенный внутри поршня и штока с образованием на его торце полости, подключенной через внутренний канал фальштока к одному из каналов распределителя, другой канал которого подключен к штоковой полости цилиндра, выполненной с эффективной кольцевой площадью, равной эффективной площади торца фальштока, при этом поршневая полость цилиндра соединена со сливом, а рейка обратной связи размещена на его поршне.
Предпочтительно, закрепленная на водиле шестерня выполнена разрезной из двух частей, связанных между собой моментной пружиной, корпус цилиндра, поршень и фальшток снабжены уплотнениями для разделения полости на торце фальштока, штоковой и поршневой полостей цилиндра, распределительный золотник выполнен плоским.
Кроме того, электрогидравлический рулевой привод снабжен датчиком нулевого положения, содержащим токопроводящее кольцо из трех изолированных сегментов, на которых с возможностью перемещения размещены дублированные контакты, закрепленные на токоизолированной пластине зубчатого колеса, введенного в зацепление с солнечной шестерней дифференциала, а также снабжена датчиком положения штока в виде потенциометра, кинематически связанного со штоком цилиндра.
На чертеже изображена принципиальная гидромеханическая схема электрогидравлического рулевого привода.
Электрогидравлический рулевой привод содержит задающий шаговый электродвигатель 1, на валу которого установлена солнечная шестерня 2 редуктора-дифференциала, коронная шестерня 4 которого жестко соединена с зубчатым сектором 5 обратной связи, введенным в зацепление с рейкой 6 обратной связи, а три сателлита 3 дифференциала установлены на водиле 7, на котором закреплена шестерня 8, введенная в зацепление с зубчатым колесом или сектором 22, жестко соединенным или выполненным заодно с плоским поворотным распределительным золотником 9, основание 10 которого закреплено к корпусу цилиндра 12, в котором размещены с возможностью перемещения поршень 13 с односторонним штоком, а также неподвижно закрепленный в корпусе (к глухой торцевой крышке) цилиндра 12 со стороны, противоположной штоку поршня 13, фальшток 14. Фальшток 14 размещен внутри (в осевой расточке) поршня 13 и штока с образованием на его торце полости 23, подключенной через внутренний канал 24 фальштока 14 к одному из рабочих каналов (не обозначены) распределителя 9, другой рабочий канал которого подключен к штоковой полости 25 цилиндра 12, выполненной с эффективной кольцевой площадью, равной эффективной площади торца фальштока 14. При этом поршневая полость 26 цилиндра 12 соединена со сливом, а рейка 6 обратной связи размещена на его поршне 13.
Закрепленная на водиле 7 шестерня 8 выполнена разрезной из двух частей, связанных между собой моментной пружиной (не изображена).
Корпус цилиндра 12, поршень 13 и фальшток 14 снабжены уплотнениями (не обозначены) для разделения (герметизации) полости 23 на торце фальштока 14, штоковой, также поршневой полостей 25, 26 цилиндра 12.
Корпус цилиндра 12 шарнирно установлен на опоре 27.
Электрогидравлический рулевой привод снабжен датчиком нулевого положения, содержащим токопроводящее кольцо из трех изолированных сегментов 15, на которых с возможностью перемещения размещены дублированные контакты 16, закрепленные на токоизолированной пластине зубчатого колеса 17, введенного в зацепление с шестерней 18, установленной на валу шагового электродвигателя 1.
Электрогидравлический рулевой привод снабжен информационным датчиком 19 положения штока в виде потенциометра П-82 ГОСТ 9245-79, кинематически связанного со штоком поршня 13 цилиндра 12.
Электродвигатель подключен к системе управления вилкой 28. В гидролинии подвода рабочей среды установлен фильтр 29.
Электрогидравлический рулевой привод работает следующим образом.
Информация от внешней системы управления в виде определенной последовательности управляющих импульсов подается через вилку 28 на вход шагового электродвигателя 1 и преобразуется им в угловое перемещение выходного вала шагового электродвигателя 1. Вал шагового электродвигателя 1 приводит во вращение зубчатое колесо 2, являющееся солнечной шестерней дифференциала. Дифференциал выполняет функцию сравнивающего устройства и осуществляет суммирование угловых перемещений выходного вала шагового электродвигателя 1 с угловым перемещением реечной передачи (редуктора обратной связи) - рейки 6 и сектора 5.
Коронная шестерня 4 дифференциала установлена в подшипниках и жестко связана с зубчатым сектором 5 обратной связи, взаимодействующим с рейкой 6 при отработке обратной связи.
Три зубчатых колеса 3 (сателлиты) укреплены на валу 7, являющемся водилом дифференциала. Водило 7 является выходным звеном сравнивающего устройства - дифференциала, на котором укреплена разрезная шестерня 8, взаимодействующая с зубчатым колесом 22 плоского поворотного золотника 9 распределительного устройства.
Разрезная шестерня 8 состоит из двух частей, которые связаны между собой моментной пружиной (не изображена). Сжимаясь, пружина поворачивает отдельные части шестерни 8 в разные стороны, вращая их вокруг оси, и тем самым выбирая зазор в зубчатом зацеплении.
Распределительное устройство осуществляет распределение рабочей жидкости в полостях 23 и 25 гидравлического цилиндра 12.
Конструктивно распределительное устройство представляет собой плоский золотник 9, расположенный между основанием 10 и крышкой 11.
Основание 10 прикреплено к корпусу (гильзе) цилиндра 12. Золотник 9 установлен на оси (не изображена) и может свободно поворачиваться вокруг нее. Золотник 9 имеет отверстия для подвода и слива, а также два отверстия (рабочие каналы) для распределения рабочей жидкости по полостям 23 и 25 гидравлического цилиндра 12. В основании 10 и крышке 11 выполнены два отверстия с втулками (не изображены), образующие рабочие кромки распределительного устройства.
Силовой исполнительный механизм представляет собой гидравлический цилиндр 12, в котором установлен поршень 13 и закреплен фальшток 14. Полости 23 и 25 цилиндра 12 соединены с распределительным устройством. Для герметизации полостей 23 и 25, 26 служат манжеты и кольца.
На поршне 13 выполнена рейка 6, которая вместе с зубчатым сектором 5 сравнивающего устройства образует реечную передачу, выполняющую функцию механизма обратной связи, и преобразует поступательное движение поршня 13 со штоком во вращательное движение зубчатого колеса (коронной шестерни) 4.
Для контроля нулевого положения шагового электродвигателя 1 и обеспечения регламентных проверок изделия без подачи гидравлического питания (давления) служит датчик нулевого положения (ламельного типа). Датчик представляет собой неподвижное токопроводящее кольцо, состоящее из трех изолированных сегментов 15, по которым перемещаются дублированные контакты 16, укрепленные на токоизолированной пластине (не обозначена) зубчатого колеса 17. Зубчатое колесо 17 входит в зацепление и приводится во вращение зубчатым колесом 18, которое укреплено на валу шагового электродвигателя 1.
Датчиком 19 телеметрии осуществляется определение и передача во внешнюю систему управления информации о положении штока цилиндра 12. Напряжение питания U=(б+0,2)В подается на штыри разъема 21. Вал потенциометра 19 соединен через зубчатый сектор 20 с зубчатым колесом 4 дифференциала.
При перемещении поршня 13 со штоком гидравлического цилиндра 12 движок потенциометра 19 поворачивается на угол, пропорциональный перемещению штока, изменяя выходное напряжение, снимаемое с потенциометра 19.
Последовательность управляющих импульсов, поступающая на вход шагового электродвигателя 1, преобразуется им в угловое перемещение выходного вала шагового электродвигателя 1. С этого вала при заторможенном зубчатом колесе 4 (коронная шестерня 4 заторможена через рейку 6 поршнем 13) с помощью зубчатого колеса 2 и трех зубчатых колес (сателлитов) 3 вращение передается валу 7 дифференциала с укрепленным на нем зубчатым колесом (разрезной шестерней) 8, которое посредством своего зубчатого венца поворачивает золотник 9 распределительного устройства, открывая проходные сечения рабочих каналов золотника 9.
Рабочая жидкость по каналам в корпусе цилиндра 12 подается в одну из полостей (23 - на выдвижение или 25 - на втягивание штока) гидравлического цилиндра 12 и перемешает поршень 13 со штоком. Благодаря равенству эффективных площадей штоковой полости 25 и площади торца фальштока 14 в полости 23, при подаче давления в любую из полостей 23, 25 усилие на штоке поршня 13 имеет одинаковую величину, при минимальных габаритах цилиндра 12 (т.е. без выполнения штока двусторонним). В результате отработка команд на перемещение в обоих направлениях (на выдвижение и втягивание штока) осуществляется с одинаковым усилием, без рывков, сбоев, заклинивания, с минимальной временной задержкой. При этом обеспечена установка цилиндра 12 на опоре 27, расположенной вдоль оси цилиндра 12, тем самым улучшены компоновочные возможности.
Перемещаясь, поршень 13 приводит в движение рейку 6, которая поворачивает через сектор 5 шестерню 4 дифференциала и передает вращение зубчатым колесам (сателлитам) 3 и связанному с ними валу (водилу) 7 дифференциала. При движении поршня 13 со штоком поворачивается зубчатое колесо (разрезная шестерня) 8 и возвращает золотник 9 распределительного устройства в нулевое положение, закрывая проходные сечения рабочих каналов. Подача рабочей жидкости в полости 23 и 25 гидравлического цилиндра 12 прекращается, поршень 13 со штоком останавливаются.
Таким образом, вал 7 дифференциала осуществляет суммирование 2-х сигналов - поворота вала шагового электродвигателя 1 и поворота коронной шестерни 4, а золотник 9 отрабатывает рассогласование этих 2-х поворотов - сравнение и отработка сигнала обратной связи для возврата золотника 9 в нейтральное положение осуществляется непосредственно тем же редуктором, который осуществляет задающее перемещение золотника 9, без задействования для этого электрических цепей, т.е. рассогласование по положению золотника 9 выбирается во внутренней цепи обратной связи, механическими средствами с высокой точностью и надежностью.
В результате настоящего изобретения упрощена конструкция, сокращены габариты и вес электрогидравлического рулевого привода. При этом обеспечено равное усилие при выдвижении и втягивании штока дифференциального цилиндра 12, т.е. эффект симметричного двустороннего действия, улучшены компоновочные возможности. Для отработки золотником 9 сигнала обратной связи не требуется преобразования видов энергии (из механической в электрическую и обратно) во внутренней цепи обратной связи. Все это приводит к повышению точности и надежности устройства.