ОДНОКАСКАДНЫЙ ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКИЙ УСИЛИТЕЛЬ МОЩНОСТИ С ПЛОСКИМ ЗОЛОТНИКОМ ДВУХСТОРОННЕГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ
ONE-STAGE ELECTROHYDRAULIC POWER AMPLIFIER WITH TWO-SIDED HYDRAULIC CONTROL SPOOL VALVE

Изобретение относится к электрогидравлическим следящим приводам (ЭГСП), широко применяемым в различных отраслях современной техники. Это системы управления летательных аппаратов, автоматизированное испытательное оборудование в авиационной и автомобильной промышленностях, станки с цифровым программным управлением, системы управления прокатными станами и непрерывной разливки металлов, а также целый ряд других применений. Главным элементом любого ЭГСП, во многом определяющим его статические, динамические и эксплуатационные характеристики, является электрогидравлический усилитель мощности (ЭГУ). ЭГУ различается по числу каскадов усиления (однокаскадные, двухкаскадные и трехкаскадные) и по типу гидрораспределителя (ГР), управляемого электромеханическим преобразователем (ЭМП) (ЭГУ типа «сопло-заслонка», ЭГУ типа «струйная трубка» и ЭГУ золотникового типа). Золотниковые ЭГУ, в свою очередь, подразделяются на ЭГУ с цилиндрическим золотниковым ГР и ЭГУ с плоским золотниковым ГР на упругом подвесе. Последний тип ЭГУ подробно описан в работе [Разинцев В.И. Электрогидравлические усилители мощности. М., Машиностроение, 1980 г.], в которой показано, что этот тип ЭГУ, применяемый как однокаскадный гидроусилитель или в качестве первого каскада в многокаскадных гидроусилителях, имеет целый ряд преимуществ по сравнению с другими типами ЭГУ (работа на полном давлении нагнетания, гарантированный зазор, лучшие энергетические характеристики).
С учетом вышеизложенного в предлагаемом изобретении в качестве прототипа будет рассматриваться однокаскадный ЭГУ с плоским золотниковым ГР на упругом подвесе, принципиальная схема которого изображена на рис.2 вышеупомянутой книги.
Однокаскадный ЭГУ-прототип с плоским золотниковым ГР содержит
- электромеханический преобразователь, выходное звено которого, рычаг, кинематически связан с регулирующим органом плоского золотникового ГР - цилиндрической втулкой;
- основание гидроусилителя с каналами подвода и отвода рабочей жидкости, соединенное с электромеханическим преобразователем через стакан;
- основание плоского золотникового ГР, в котором с помощью двух втулок выполнены рабочие окна и каналы для подвода и отвода рабочей жидкости;
- стойку, установленную на основании плоского золотникового ГР, с подвижной пластиной на упругом подвесе, образованном двумя продольными параллельными прорезями и четырьмя поперечными выемками.
Недостатки ЭГУ-прототипа.
1. Сложность изготовления поперечных выемок с обеспечением жестких требований к толщине образуемых выемками перемычек, формирующих пружинную подвеску подвижной пластины с определенной жесткостью.
2. Жесткость пружин подвеса подвижной пластины определяется ее устойчивостью к усилию от давления нагнетания, действующего на торец цилиндрической втулки. В свою очередь, жесткость пружин подвеса определяет мощность ЭМП. Эти особенности ЭГУ-прототипа ограничивают величину давления нагнетания.
3. Ограничение расхода рабочей жидкости, распределяемого ЭГУ из-за:
- увеличения диаметра цилиндрической втулки и, как следствие, увеличения усилия, действующего на торец этой втулки, что, в свою очередь, требует увеличения жесткости пружин упругого подвеса плоского золотникового ГР и увеличения мощности ЭМП;
- резонансных колебаний подвижной пластины с цилиндрической втулкой и якоря ЭМП с рычагом, вызванных турбулизированным потоком рабочей жидкости в сливной полости ЭГУ.
Технической задачей предлагаемого изобретения является устранение указанных недостатков.
Поставленная задача решается тем, что в заявленном однокаскадном электрогидравлическом усилителе мощности, содержащем
- электромеханический преобразователь, выходное звено которого, через рычаг, кинематически связано с регулирующим органом плоского золотникового гидрораспределителя - цилиндрической втулкой;
- основание гидроусилителя с каналами подвода и отвода рабочей жидкости, соединенное с электромеханическим преобразователем через стакан,
при этом согласно изобретению
- регулирующий орган плоского золотникового гидрораспределителя, цилиндрическая втулка, запрессована или установлена с радиальным зазором, равным (0,2÷0,3)Δ, где Δ - величина перекрытий по рабочим кромкам гидрораспределителя, в рычаг электромеханического преобразователя перпендикулярно его продольной оси;
- введен проставок, один торцовый фланец которого крепится к фланцу электромеханического преобразователя, а второй торцовый фланец крепится к основанию гидроусилителя;
- к проставку, перпендикулярно к оси цилиндрической втулки, напротив друг друга, прикреплены две крышки, в каждой из которых с помощью двух втулок выполнены рабочие окна гидрораспределителя и каналы отвода и подвода рабочей жидкости; в крышках, соосно с продольной осью цилиндрической втулки, запрессованы защитные втулки с радиальным зазором (относительно наружного диаметра цилиндрической втулки), равным расчетному значению максимального перемещения цилиндрической втулки от ее нейтрального положения; защитные втулки установлены так, чтобы обеспечить разворот сливного потока рабочей жидкости на 90° через продольные пропилы в защитных втулках шириной, равной 1/3 диаметра защитной втулки и длиной, равной длине выступающей над крышкой части защитной втулки;
1
2
- соединение четырех («слив», «нагнетание» и два канала управления p и р) рабочих каналов основания гидроусилителя с рабочими окнами в двух крышках, с каналом нагнетания и полостью слива гидроусилителя, реализуется через каналы в проставке и в двух крышках;
- между основанием гидроусилителя и стаканом установлено радиальное уплотнение.
Сущность заявленного изобретения поясняется чертежами, фиг.1 и 2, на которых изображена принципиальная конструктивная схема усовершенствованного электрогидравлического усилителя мощности, который содержит электромеханический преобразователь (ЭМП) (1) с выходным звеном, рычагом (3), кинематически связанным с распределительным органом ЭГУ - цилиндрической втулкой (5). Основание ЭГУ (7) соединено с ЭМП (1) через стакан (4). Цилиндрическая втулка (5) запрессована в рычаг (3) или установлена в нем с радиальным зазором, равным (0,2÷0,3)Δ, где Δ - величина перекрытий по рабочим кромкам гидрораспределителя. Для сохранения отработанной технологии совместной обработки подвижной и неподвижной частей золотникового гидрораспределителя в конструкцию усовершенствованного ЭГУ введен проставок (14), который одним торцовым фланцем крепится к ЭМП (1), а другим торцовым фланцем крепится к основанию (7). На проставке (14) установлены две крышки - верхняя (12) и нижняя (16), в каждой из которых выполнены каналы подвода и отвода рабочей жидкости и рабочие окна золотникового гидрораспределителя. Для предотвращения «шумов» (колебаний подвижных частей ЭГУ с широким спектром частот и амплитуд) в верхнюю (12) и нижнюю (16) крышки, соосно с цилиндрической втулкой (5), запрессованы защитные втулки (20) и (21). В каждой из защитных втулок параллельно продольной оси, напротив друг друга, выполнены два продольных пропила шириной, равной ,
зв
d - внешний диаметр защитной втулки,
и длиной, равной длине выступающей над плоскостью крышек (12) и (16) части защитных втулок. Защитные втулки (20), (21) запрессовываются так, чтобы обеспечить разворот сливной струи рабочей жидкости на 90°. В торце основания (7) выполнены четыре отверстия, одно из которых («слив») соединено с внутренней полостью стакана (4), другое («нагнетание»), через проставок (14) и нижнюю крышку (16), соединено с отверстием «с», и два отверстия, которые через проставок (14) и два отверстия «а» и «б» соединяются с тем или иным устройством гидроавтоматики.
Усовершенствованный ЭГУ работает следующим образом.
При поступлении управляющего сигнала на управляющую обмотку ЭМП (1) его якорь и жестко связанный с ним рычаг (3) с установленной в нем цилиндрической втулкой (5) отклоняется от своего нейтрального положения на величину, пропорциональную модулю управляющего сигнала, и в направлении, соответствующем знаку этого сигнала. В результате происходит смещение цилиндрической втулки (5) относительно четырех рабочих окон, выполненных в верхней (12) и в нижней (16) крышках. Рабочая жидкость под давлением нагнетания поступает в центральное отверстие цилиндрической втулки (5) через отверстие «с», которое через втулку (18), нижнюю крышку (16) и основание (7) связано с линией нагнетания. Распределяемая цилиндрической втулкой (5) рабочая жидкость подводится и отводится через рабочие окна и систему каналов в верхней (12) и нижней (16) крышках и в проставке (14) через каналы «а» и «б», и далее через каналы в основании гидроусилителя (7).
Сливной поток рабочей жидкости из верхнего и нижнего рабочих окон попадает вначале в кольцевые зазоры между цилиндрической втулкой (5) и защитными кольцами (20) и (21), затем поворачивается на 90° и далее через окна в защитных кольцах (20) и (21) поступает в полость слива гидроусилителя, откуда через отверстие в основании (7) соединяется с гидролинией слива.
Описанный выше разворот сливного потока позволяет разгрузить подвижный элемент ЭМП (1) - якорь и рычаг (3) от турбулизированного потока рабочей жидкости.
В итоге имеем:
- уменьшение мощности ЭМП;
- упрощение технологии изготовления и снижение стоимости ЭГУ;
- увеличение давления нагнетания;
- увеличение расхода рабочей жидкости, распределяемого ЭГУ;
- исключение «шумов» подвижных частей ЭГУ, обусловленных турбулизированным потоком рабочей жидкости в сливной полости ЭГУ.