Гибридный электрогидравлический рулевой привод

Полезная модель относится к области транспортного машиностроения, а именно к системам рулевого управления колесных машин, однако также может быть использована в качестве исполнительного электрогидравлического механизма в системах управления летательных аппаратов, речных и морских судов и т.д.
Известны двухрежимные электрогидравлические приводы, среди которых можно выделить двухрежимный электрогидравлический привод с нереверсивным насосом (патент на изобретение RU №2484314, МПК F15В 9/09, 2011 г.) и двухрежимный электрогидравлический привод с дополнительными режимами кольцевания и демпфирования выходного звена (патент на изобретение RU №2483977, МПК В64С 13/36, F15B 9/00, 2011 г.). Известны резервированные гидроприводы с замещением гидросистем, в которых гидропитание осуществляется от двух независимых гидросистем, одна из которых является основной, а другая дублирующей. Подключение к приводу дублирующей системы гидропитания осуществляется специальным гидравлическим краном (клапаном переключения), срабатывающим автоматически по падению давления в основной гидросистеме, от которой работает привод (см. Гониодский В.И. и др. Привод рулевых поверхностей самолетов. - М.: Машиностроение, 1974, стр. 181, рис. 4.26 (а).
Наиболее близким из указанных является электрогидравлический привод с нереверсивным насосом RU 2484314
Главной особенностью двухрежимного электрогидравлического привода является его способность работать как в режиме обычного электрогидравлического привода с дроссельным управлением скоростью поршня гидроцилиндра и питанием от централизованной гидросистемы, так и в режиме автономного электрогидростатического привода с питанием от силовой электросистемы.
Привод в целом можно разделить на четыре функциональные части: магистральную часть, автономную, клапаны переключения режимов работы и общую выходную часть, в которую входят гидроцилиндр с датчиком обратной связи (ДОС), а также антикавитационный и предохранительный клапаны. Магистральная часть привода включает клапаны подключения привода к централизованной гидромагистрали и, входной фильтр и двухкаскадный электрогидравлический усилитель, состоящий из золотникового гидрораспределителя (ЗГР) и управляющего электрогидравлического усилителя (ЭГУ). Автономная часть привода состоит из электронного блока управления электродвигателем, нерегулируемого нереверсивного насоса, вал которого вращается бесконтактным двигателем постоянного тока (БДПТ), гидрокомпенсатора с датчиком контроля его состояния, а также системы клапанов (челночного и предохранительных), обеспечивающих работу автономной части привода. Переключение режимов работы привода осуществляет система клапанов, куда входят двухпозиционный клапан режима работы с датчиком контроля его состояния, клапан блокировки и отключения ЭГУ и клапан полетной блокировки. Между нерегулируемым нереверсивным насосом и клапаном переключения режимов работы установлен пропорциональный клапан реверса с большой площадью рабочих окон, управляемый линейным электродвигателем. В приводе использован демпфирующий дроссель между полостями гидроцилиндра и двухпозиционный клапан демпфирования с дополнительным толкателем, отключающий этот демпфирующий дроссель при подаче высокого давления либо в торцевую камеру клапана, либо в торцевую камеру его дополнительного толкателя, при этом торцевая камера дополнительного толкателя клапана демпфирования соединена с гидроаккумулятором, с выходным каналом насоса через обратный клапан, и с гидрокомпенсатором через электрогидравлический запирающий клапан. В приводе применен электрогидравлический управляющий клапан, соединяющий торцовые камеры клапана переключения и клапана демпфирования с магистралью нагнетания централизованной гидросистемы или с гидрокомпенсатором.
Недостатком известных двухрежимных электрогидравлических приводов является большое количество сложных электрогидравлических и гидравлических устройств, повышающих стоимость двухрежимного электрогидравлического рулевого привода, увеличивающих его массу и габариты, а также снижающих общую его надежность. Так, использование двух электрогидравлических сервоклапанов (клапана реверса и золотникового электрогидравлического усилителя мощности) приводит к необходимости применения в двухрежимном электрогидравлическом приводе клапана переключения активных режимов, к которому подводится обе гидросистемы и выход из строя которого приводит к выходу из строя всего двухрежимного электрогидравлического привода.
Также при отказе в централизованной гидросистеме отключается исправный электрогидравлический усилитель и подключается пропорциональный клапан реверса с большой площадью рабочих окон, управляемый линейным электродвигателем, состояние которого на момент включения неизвестно, т.к. при работе централизованной гидросистемы он находился в выключенном состоянии и мог перейти в неисправное состояние под действием внешних факторов (вибрации, температуры и т.д.). Для контроля состояния пропорционального клапана реверса и других клапанов необходимо проводить периодический тест-контроль с переходом на автономный режим работы.
Поставленная задача решается тем, что в заявляемом гибридном электрогидравлическом рулевом приводе, состоящем из гидроцилиндра с датчиками давления, установленными в каждой из двух его полостей, пропорционального электрогидравлического сервоклапана с непосредственным управлением положением золотника, с напорной гидролинией в которой установлен датчик давления и сливной гидролинией, нереверсивного нерегулируемого гидронасоса с напорной гидролинией и всасывающей гидролинией с установленным в ней датчиком давления, управляемого электродвигателя, блока управления электродвигателем, блока управления приводом, гидроаккумулятора, предохранительного клапана, датчика положения штока гидроцилиндра, напорной и сливной гидролиний централизованной гидросистемы, согласно полезной модели в конструкцию привода введен блок переключения линий гидропитания, соединенный с напорной и сливной гидролиниями централизованной гидросистемы, напорной и всасывающей гидролиниями нереверсивного нерегулируемого насоса, напорной и сливной гидролиниями пропорционального электрогидравлического сервоклапана с непосредственным управлением положением золотника, выходы которого соединены с полостями гидроцилиндра.
Согласно полезной модели в состав блока переключения линий гидропитания входят два обратных клапана, причем вход первого обратного клапана соединен с напорной гидролинией централизованной гидросистемы, вход второго обратного клапана соединен с напорной гидролинией нереверсивного нерегулируемого насоса, а выходы обоих обратных клапанов соединены с напорной гидролинией пропорционального электрогидравлического сервоклапана с непосредственным управлением положением золотника, а сливная гидролиния сервоклапана соединена с всасывающей гидролинией нереверсивного нерегулируемого насоса и сливной гидролинией централизованной гидросистемы, снабженной предохранительным клапаном.
Согласно полезной модели блок управления приводом является многорежимным: один режим управления используется при энергопитании гибридного привода от централизованной гидросистемы, а другие - при энергопитании гибридного привода от электросистемы.
Согласно полезной модели предлагаемый привод отличается от прототипа:
использованием в приводе блока переключения линий гидропитания, соединенного с напорной и сливной гидролиниями централизованной гидросистемы, напорной и всасывающей гидролиниями нереверсивного нерегулируемого насоса, напорной и сливной гидролиниями пропорционального электрогидравлического сервоклапана с непосредственным управлением положением золотника, выходы которого соединены с полостями гидроцилиндра;
использованием в приводе блока переключения линий гидропитания в состав которого входят два обратных клапана, причем вход первого обратного клапана соединен с напорной гидролинией централизованной гидросистемы, вход второго обратного клапана соединен с напорной гидролинией нереверсивного нерегулируемого насоса, а выходы обоих обратных клапанов соединены с напорной гидролинией пропорционального электрогидравлического сервоклапана с непосредственным управлением положением золотника, а сливная гидролиния сервоклапана соединена с всасывающей гидролинией нереверсивного нерегулируемого насоса и сливной гидролинией централизованной гидросистемы, снабженной предохранительным клапаном;
использованием в приводе многорежимного блока управления приводом: один режим управления используется при гидропитании гибридного привода от внешней гидросистемы, а другие - при гидропитании гибридного привода от встроенного нереверсивного нерегулируемого насоса.
Указанные отличия позволяют упростить конструкцию двухрежимного электрогидравлического привода с уменьшением его конечной стоимости, снизить массу и уменьшить его габариты при одновременном повышении его надежности.
Указанные отличия являются принципиальными и создают новизну предлагаемого решения.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где:
на фиг. 1 показана принципиальная схема заявляемого гибридного электрогидравлического рулевого привода.
Гибридный электрогидравлический рулевой привод содержит гидроцилиндр 1 с датчиками давления 2, 3, установленными в каждой из двух его полостей, пропорциональный электрогидравлический сервоклапан с непосредственным управлением положением золотника 4, с напорной гидролинией 5 в которой установлен датчик давления 6 и сливной гидролинией 7, нереверсивный нерегулируемый гидронасос 8 с напорной гидролинией 9 и всасывающей гидролинией 10 с установленным в ней датчиком давления 11, управляемый электродвигатель 12, блок управления электродвигателем 13, блок управления приводом 14, гидроаккумулятор 15, предохранительный клапан 16, датчик положения штока гидроцилиндра 17, напорную 18 и сливную 19 гидролинии централизованной гидросистемы, блок переключения линий гидропитания 20, соединенный с напорной 18 и сливной 19 гидролиниями централизованной гидросистемы, напорной 9 и всасывающей 10 гидролиниями нереверсивного нерегулируемого насоса 8, напорной 5 и сливной 6 гидролиниями пропорционального электрогидравлического сервоклапана с непосредственным управлением положением золотника 4, выходы которого соединены с полостями гидроцилиндра 1. В состав блока переключения линий гидропитания 20 входят два обратных клапан 21 и 22, причем вход первого обратного клапана 21 соединен с напорной гидролинией 18 централизованной гидросистемы, вход второго обратного клапана 22 соединен с напорной гидролинией 9 нереверсивного нерегулируемого гидронасоса 8, а выходы обоих обратных клапанов соединены с напорной гидролинией 5 пропорционального электрогидравлического сервоклапана с непосредственным управлением положением золотника 4, а сливная гидролиния 6 сервоклапана 4 соединена со всасывающей гидролинией 10 нереверсивного нерегулируемого гидронасоса 5 и сливной гидролинией 15 централизованной гидросистемы, снабженной предохранительным клапаном 23.
Гибридный электрогидравлический рулевой привод работает следующим образом:
привод может работать в двух режимах энергопитания: основном с энергопитанием от централизованной гидросистемы и в резервном (автономном) с энергопитанием от электросистемы.
При наличии давления в централизованной гидросистеме привод работает в основном (штатном) режиме. Рабочая жидкость под давлением из напорной гидролинии централизованной гидросистемы 18 через один из входов блока переключения линий гидропитания 20 поступает в напорную гидролиниию 5 пропорционального электрогидравлического сервоклапана с непосредственным управлением положением золотника 4. По командам блока управления приводом 14 пропорциональный электрогидравлический сервоклапан 4 распределяет потоки жидкости в полости гидроцилиндра 1. Шток гидроцилиндра 1 перемещается, датчик положения штока гидроцилиндра 17 выдает сигнал для замыкания позиционной обратной связи в блоке управления приводом 14. Скорость и направление перемещения штока гидроцилиндра 1 определяются положением золотника пропорционального электрогидравлического сервоклапана 4 т.е. управление приводом происходит в дроссельном режиме.
При отказе централизованной гидросистемы давление в ее напорной гидролинии 18 падает и привод по электрической команде, поступающей в блок управления приводом 14, переходит на резервный автономный режим работы.
Блок управления электродвигателем 13 по команде запускает электродвигатель 12 и нереверсивный нерегулируемый гидронасос 8 по напорной линии 9 подает рабочую жидкость в блок переключения линий гидропитания 20, через который она поступает в напорную гидролинию 5 пропорционального электрогидравлического сервоклапана с непосредственным управлением положением золотника 4, выходы которого соединены с полостями гидроцилиндра.
Блок управления приводом по команде переходит на режим работы, который обеспечивает резервный (автономный) режим работы привода. В этом режиме блок управления приводом выдает управляющие сигналы на пропорциональный электрогидравлический сервоклапан, задавая положение его золотника, и на блок управления электродвигателем, задавая частоту вращения электродвигателя и, соответственно, подачу нерегулируемого гидронасоса. На малых сигналах управление осуществляется в основном за счет изменения положения золотника при постоянных небольших оборотах гидронасоса (дроссельное регулирование), на больших сигналах управление осуществляется в основном за счет изменения оборотов гидронасоса, при больших открытиях золотника (объемное регулирование), с плавным переходом от одного режима к другому, чем создаются оптимальные условия работы для управляемого электродвигателя и минимизируется потребление электроэнергии от электросистемы за счет снижения гидравлических потерь. Настройки блока управления приводом позволяют также осуществлять и иные режимы управления приводом в резервном автономном режиме его работы.