Резервированный электромеханический привод
REDUNDANT ELECTROMECHANICAL DRIVE

Изобретение относится к резервированным электромеханическим приводам, исполнительные механизмы которых защищены от заклинивания и предназначены для приведения в движение аэродинамических поверхностей или шасси летательного аппарата.
В настоящее время в системах управления летательных аппаратов в основном используются резервированные электрогидравлические приводы управления рулевыми поверхностями и системами шасси. Использование резервированного электромеханического привода вместо электрогидравлического способствует снижению массогабаритных показателей и простоте обслуживания. Недостатком применения известных резервированных электромеханических приводов является их недостаточная надежность.
Известны резервированные электромеханические приводы, исполнительные механизмы которых (патенты US 2015/0204427 кл. В64 с 25/20; GB 0604131.3 RU 2486104) состоят из двух каналов управления, каждый из которых имеет свой электродвигатель и механическую передачу. Один канал является основным и обеспечивает управление объектом регулирования - аэродинамической поверхностью или шасси, а второй, получивший название антизаклинивающего или резервного, используется для отключения основного при электрическом или механическом отказе, имеет меньшую или ту же мощность и работает только в аварийных ситуациях.
Недостатком этих приводов является то, что их каналы не могут работать одновременно с суммированием моментов, каналы управления не равноценны.
Известен резервированный электромеханический привод (патент RU №2408125 от 27.01.2010), состоящий из двух приводов, каждый из которых содержит электродвигатель, волновую передачу с телами качения и электромагнитную муфту сцепления и расцепления валов, размещенную между электродвигателем и волновой передачей.
Недостатком этого резервированного привода является недостаточная надежность, так как отказ волновой передачи одного из каналов может привести к отказу управления аэродинамической поверхностью.
Известен привод с исполнительным механизмом, построенным на основе дифференциальной волновой передачи с гибким колесом (патент GB 0618902.1, он же RU 2466316 кл. F16H 37/06, D64C 25/00), включающей волнообразователь, гибкое и жесткое колеса и два канала управления, каждый из которых содержит электродвигатель с электромагнитным тормозом и механическую передачу, входной вал которой соединен с валом ротора электродвигателя, а выходной с одним из входных звеньев дифференциальной волновой передачи.
Достоинства этого привода заключаются:
- в возможности переключения каналов так, что отказавший канал не создает сопротивления исправному каналу;
- время переключения каналов мало и определяется временем срабатывания электромагнитных тормозов;
- реализуется режим стопорения объекта регулирования путем выключения электромагнитных тормозов обоих каналов;
- реализуется режим демпфирования путем замыкания обмоток электродвигателя одного из каналов накоротко или создания противодействующего момента при задействовании электромагнитного тормоза второго канала.
Недостатками рассматриваемого привода являются:
- использование дифференциального механизма, как сумматора скоростей каналов, а не их моментов;
- каналы не идентичны, что обуславливает неодинаковые их динамические характеристики, так как каналу, передающему движение через жесткое колесо необходимо преодолевать дополнительный момент инерции всей волновой передачи, и не позволяет обеспечивать одновременную работу двух каналов с половинной мощностью для повышения ресурса их работы и уровня безотказности;
- использование волновой передачи с гибким колесом обуславливает большой наружный диаметр передачи, большое трение скольжения гибкого колеса с волнообразователем и жестким колесом;
- использование кулачкового волнообразователя с гибким подшипником обуславливает большой момент инерции передачи на порядки превышающий момент инерции волнообразователя с дисками.
Привод по патенту GB 0618902.1 с дифференциальной волновой передачей и двумя каналами управления обладает наибольшим количеством общих признаков и для предлагаемого изобретения принят за прототип.
Целью данного изобретения является устранение указанных недостатков.
Поставленная цель достигается тем, что резервированный электромеханический привод, защищенный от заклинивания, состоящий из основного и резервного каналов управления, каждый из которых содержит бескорпусной бесколлекторный электродвигатель с электромагнитным тормозом и механическую передачу, входной вал которой соединен с валом ротора электродвигателя, а выходной с одним из входных звеньев дифференциальной волновой передачи, включающей волнообразователь, гибкое и жесткое колеса, при этом основной и резервный каналы выполнены одинаковыми, с резервированными электродвигателями и электромагнитными тормозами или имеющими по две обмотки на статорах, а в качестве дифференциальной волновой передачи и механических передач использованы волновые передачи с телами качения, у которых гибкими колесами являются сепараторы с телами качения, а волнообразователи выполнены из подшипников, насаженных на оси с эксцентриками, а у волновых передач, оси волнообразователей которых соединены с валом роторов электродвигателей, сепараторы закреплены к корпусу, выходными звеньями являются жесткие колеса, на которых установлены эксцентрики с подшипниками, образующими волнообразователи дифференциальной волновой передачи, при этом сепаратор дифференциальной волновой передачи установлен с возможностью вращения относительно корпуса, а его тела качения, взаимодействующие с волнообразователем основного канала, контактируют с жестким колесом, являющимся выходным звеном привода, а тела качения, взаимодействующие с волнообразователем резервного канала с жестким колесом, закреплены к корпусу.
Предложенное техническое решение поясняется чертежом.
На фиг. 1 приведено продольное сечение резервированного электромеханического привода.
Резервированный электромеханический привод состоит из основного и резервного каналов управления, дифференциальной волновой передачи с телами качения и датчика положения объекта регулирования (датчик положения располагается на валу объекта регулирования и на фиг. 1 не показан).
Каждый канал управления содержит волновую передачу 1 с телами качения 2 (на фиг. 1 использованы ролики), два бескорпусных бесколлекторных электродвигателя 3 (как показано на фиг. 1) или один с двумя обмотками на статоре, электромагнитный тормоз 4 с двумя обмотками управления (как показано на фиг. 1) или по тормозу на каждый электродвигатель 3, по два датчика 5 положения вала 6 роторов электродвигателей 3 и два датчика тока (на фиг. 1 не показаны).
Волновая передача с телами качения каждого канала включает волнообразователь, который является входным звеном, сепаратор 7 с телами качения 2, который является промежуточным звеном, закрепленным к корпусу 8, и выходное жесткое колесо 9. Волнообразователи выполнены дисковыми на подшипниках 10 с эксцентриками 11, насаженными на ось 12, жестко соединенную с валом 6 роторов электродвигателей 3. На жестких колесах 9 каждого канала размещены эксцентрики 13 с подшипниками 14, которые являются волнообразователями - ведущими звеньями дифференциальной волновой передачи. Дифференциальная волновая передача выполнена по схеме с общим сепаратором 15 и двумя жесткими колесами 16 и 17. Сепаратор 15 установлен с возможностью вращения относительно корпуса 8, а его тела качения 18, взаимодействующие с волнообразователем основного канала, контактируют с жестким колесом 16, являющимся выходным звеном привода, а тела качения 18, взаимодействующие с волнообразователем резервного канала с жестким колесом 17, закрепленым к корпусу 8.
Резервированный электромеханический привод работает следующим образом. В исходном положении при отключенном электропитании электромагнитные тормоза 4 находятся в положении «сцеплено», при котором валы 6 роторов электродвигателей 3 основного и резервного каналов застопорены на корпус 8 и в результате выходное жесткое колесо 16 дифференциальной волновой передачи не может поворачиваться под действием внешнего момента.
При включении электропитания подается напряжение на электродвигатели 3 и электромагнитные тормоза 4 основного канала. Электромагнитный тормоз 4 основного канала срабатывает и переключается в положение «расцеплено».
При наличии сигнала управления на электродвигатели 3 они вращаются со скоростью, пропорциональной сигналу управления, и их развиваемые моменты на общем валу 6 роторов передаются на ось 12 волнообразователя. Вращательное движение оси 12 волнообразователя и его эксцентриков 11 с подшипниками 10 преобразуется в возвратно-поступательное движение тел качения 2 относительно неподвижного сепаратора 7. Под действием тел качения 2 жесткое колесо 9 вращается в ту же сторону, что и вал 6 роторов электродвигателей 3, со скоростью, меньшей скорости электродвигателей 3 пропорционально передаточному числу волновой передачи.
Вместе с жестким колесом 9 вращательное движение совершают установленные на нем эксцентрики 13 с подшипниками 14. Их вращательное движение преобразуется в возвратно-поступательное движение тел качения 18 относительно сепаратора 15.
Сепаратор 15 удерживается от вращения электромагнитным тормозом 4 резервного канала. Вместе с валом 6 роторов электродвигателей 3 под действием тел качения 18 в ту же сторону вращается жесткое колесо 16, являющееся выходным валом привода. Скорость вращения выходного жесткого колеса 16 дифференциальной волновой передачи меньше скорости жесткого колеса волновой передачи пропорционально передаточному числу дифференциальной волновой передачи.
При отказе в цепи управления одного из электродвигателей 3 или непосредственно самого электродвигателя 3 основного канала отключается питание этого электродвигателя, а управление выходным валом осуществляет канал с оставшимся исправным электродвигателем 3.
При отказе второго электродвигателя 3 основного канала или элементов цепи его управления или волновой передачи с телами качения отключается электропитание основного канала, при этом подаются сигналы на включение электромагнитного тормоза 4 и обмотки электродвигателей 3 резервного канала. В результате электромагнитный тормоз 4 резервного канала срабатывает и переключается в положение «расцеплено».
При наличии сигнала управления оба электродвигателя 3 резервного канала работают также, как работали электродвигатели 3 основного канала с половинной мощностью (половинным моментом). Вращение электродвигателей 3 приводит к вращению жесткого колеса 9 волновой передачи совместно с установленными на нем эксцентриками 13 с подшипниками 14. Их вращение преобразуется в возвратно-поступательное движение тел качения 18, которое при неподвижном жестком колесе 17 преобразуется во вращательное движение сепаратора 13 в направлении, противоположном вращению электродвигателей 3. Сепаратор 15 вращается относительно корпуса 8 совместно с жестким колесом 16, элементами волнообразователя дифференциальной волновой передачи 13, 14, 18, жестким колесом 9, элементами волнообразователя волновой передачи 10, 11,2, 12, элементами электромагнитного тормоза 4, находящихся в положении «расцеплено», и валом 6 роторов электродвигателей 3 основного канала.
При отказе в цепи управления одного из электродвигателей 3 или самого электродвигателя 3 резервного канала, аналогично работе основного канала, отключается питание этого электродвигателя, а управление выходным валом осуществляется оставшимся исправным электродвигателем.
Таким образом, предлагаемый резервированный электромеханический привод с дифференциальным механизмом и двумя электродвигателями в основном и резервном каналах управления, позволяет обеспечить надежную работу при прохождении, как минимум, двух разнородных отказов.
Использование двух однотипных каналов управления позволяет каждому каналу быть основным или резервным. Такое переназначение каналов позволяет осуществлять их поочередное включение, что существенно увеличивает ресурс работы резервированного электромеханического привода.
Использование волновых передач с телами качения в каналах управления и в дифференциальном механизме позволяет за счет использования тел качения, размещенных в сепараторах, исключить заклинивание тел качения, уменьшить трение и габаритный наружный диаметр, а использование волнообразователей на основе эксцентриков с подшипниками существенно уменьшить момент инерции и улучшить динамические характеристики привода.