Электрогидравлическая система управления
ELECTRO-HYDRAULIC CONTROL SYSTEM

Изобретение относится к области машиностроительной гидравлики, а именно, электрогидравлическим системам управления подъемом и опусканием антенн мобильных радиолокационных станций.
Известна гидросистема мобильной машины по патенту РФ №2158861 «Гидросистема мобильной машины», которая по совокупности признаков наиболее близка к заявляемому техническому решению и принята за прототип.
Гидросистема прототипа содержит регулируемый реверсивный насос с электрогидравлическим управлением (далее регулируемый насос), предохранительный клапан, вспомогательный насос, гидробак, первый и второй двухпозиционные четырехлинейные гидрораспределители, первый и второй гидроцилиндры (ГЦ), первый и второй обратные клапаны, устройство управления (УУ), первый и второй выходы которого соединены с управляющими входами первого и второго двухпозиционных четырехлинейных гидрораспределителей, третий выход УУ соединен с управляющим входом регулируемого насоса, напорная гидролиния вспомогательного насоса соединена через первый и второй обратные клапаны с первой и второй рабочими магистралями регулируемого насоса соответственно и через предохранительный клапан с гидробаком, гидролиния всасывания вспомогательного насоса соединена с гидробаком, первые входы первого и второго двухпозиционных четырехлинейных гидрораспределителей соединены с первой рабочей магистралью регулируемого насоса, первый и второй выходы первого двухпозиционного четырехлинейного гидрораспределителя соединены с поршневой и штоковой полостями первого ГЦ.
Вследствие температурного расширения рабочей жидкости в полостях ГЦ, а также утечек и перетечек в системе, удержание положения нагрузки в неизменном состоянии длительное время не обеспечивается, и требуется вмешательство оператора для восстановления положения нагрузки, что является недостатком прототипа.
Стабильность удержания положения нагрузки (например, углового положения антенны) может быть существенно повышена с помощью введения механического стопорения штока ГЦ относительно его корпуса.
Однако функциональная ограниченность гидросистемы мобильной машины прототипа не позволяет осуществлять управление ГЦ со встроенными механическими устройствами стопорения.
Технической задачей, решаемой заявляемым изобретением, является расширение функциональных возможностей электрогидравлической системы, а именно обеспечение перемещения нагрузки как ГЦ без устройства механического стопорения штока, так и обеспечение перемещения и удержания нагрузки ГЦ с устройством механического стопорения штока.
Данная задача решается тем, что в электрогидравлическую систему управления, содержащую регулируемый реверсивный насос с электрогидравлическим управлением (далее регулируемый насос), предохранительный клапан, вспомогательный насос, гидробак, первый и второй двухпозиционные четырехлинейные гидрораспределители, первый и второй ГЦ, первый и второй обратные клапаны, УУ, первый и второй выходы которого соединены с управляющими входами первого и второго двухпозиционных четырехлинейных гидрораспределителей, третий выход УУ соединен с управляющим входом регулируемого насоса, напорная гидролиния вспомогательного насоса соединена через первый и второй обратные клапаны с первой и второй рабочими магистралями регулируемого насоса соответственно и через предохранительный клапан с гидробаком, гидролиния всасывания вспомогательного насоса соединена с гидробаком, первые входы первого и второго двухпозиционных четырехлинейных гидрораспределителей соединены с первой рабочей магистралью регулируемого насоса, первый и второй выходы первого двухпозиционного четырехлинейного гидрораспределителя соединены с поршневой и штоковой полостями первого ГЦ, введены третий обратный клапан, первый и второй гидродроссели, устройство коммутации гидравлического потока, двухпозиционный двухлинейный гидрораспределитель, причем второй ГЦ выполнен с устройством механического стопорения штока, второй двухпозиционный четырехлинейный гидрораспределитель выполнен с функцией изменения направления потока рабочей жидкости, при этом четвертый выход УУ соединен с управляющим входом двухпозиционного двухлинейного гидрораспределителя, вторая рабочая магистраль регулируемого насоса через третий обратный клапан соединена со вторыми входами первого и второго двухпозиционных четырехлинейных гидрораспределителей и через первый гидродроссель со входом двухпозиционного двухлинейного гидрораспределителя, выход которого соединен с гидробаком, первый и второй выходы второго двухпозиционного четырехлинейного гидрораспределителя через устройство коммутации гидравлического потока соединены с поршневой и штоковой полостями второго ГЦ соответственно, а также через второй гидродроссель между собой.
ГЦ с устройством механического стопорения штока содержит втулку, закрепленную одним своим торцом на корпусе ГЦ соосно выполненному отверстию, стопорный поршень, пружину, заглушку, уплотнение, упорное кольцо ограничения хода поршня, причем стопорный поршень с уплотнением размещен во внутренней полости втулки, уплотнение установлено на наружной поверхности стопорного поршня, при этом пружина, размещенная в глухом отверстии стопорного поршня, создает осевое усилие для перемещения стопорного поршня относительно заглушки, закрывающей второй торец втулки, упорное кольцо ограничения хода поршня соединено со штоком ГЦ и размещено между поршнем ГЦ и крышкой ГЦ, закрывающей его штоковую полость, причем в упорном кольце ограничения хода поршня выполнена канавка, соответствующая форме выступа стопорного поршня для обеспечения фиксации штока ГЦ в его выдвинутом положении, стопорный поршень и упорное кольцо ограничения хода поршня установлены с зазорами относительно корпуса ГЦ.
УУ содержит первый, второй, третий, четвертый и пятый ключи, сумматор-усилитель, причем входы всех ключей соединены с положительной шиной питания, выход первого ключа соединен с неинвертирующим входом сумматора-усилителя, выход второго ключа соединен с инвертирующим входом сумматора-усилителя, выход третьего ключа является первым выходом УУ, выход четвертого ключа является вторым выходом УУ, выход пятого ключа является четвертым выходом УУ, выход сумматора-усилителя является третьим выходом УУ.
В результате введения новых элементов расширяются функциональные возможности электрогидравлической системы, а именно обеспечивается перемещение нагрузки как ГЦ без дополнительных устройств, так и перемещение и удержание нагрузки ГЦ, в составе которого реализовано устройство механического стопорения штока.
Материалы заявки поясняются графическими материалами, где:
- на Фиг. 1 - представлена структурная схема заявляемого устройства;
- на Фиг. 2 - представлен вариант исполнения ГЦ с устройством механического стопорения штока;
- на Фиг. 3 - представлен вариант исполнения УУ.
Электрогидравлическая система управления содержит регулируемый реверсивный насос с электрогидравлическим управлением 1 (далее регулируемый насос), предохранительный клапан 2, вспомогательный насос 3, гидробак 4, первый 5 и второй 6 двухпозиционные четырехлинейные гидрораспределители, первый 7 и второй 8 ГЦ, первый 9 и второй 10 обратные клапаны, УУ 11, первый и второй выходы которого соединены с управляющими входами первого 5 и второго 6 двухпозиционных четырехлинейных гидрораспределителей, третий выход УУ 11 соединен с управляющим входом регулируемого насоса 1, напорная гидролиния вспомогательного насоса 3 соединена через первый 9 и второй 10 обратные клапаны с первой и второй рабочими магистралями регулируемого насоса 1 соответственно и через предохранительный клапан 2 с гидробаком 4, гидролиния всасывания вспомогательного насоса 3 соединена с гидробаком 4, первые входы первого 5 и второго 6 двухпозиционных четырехлинейных гидрораспределителей соединены с первой рабочей магистралью регулируемого насоса 1, первый и второй выходы первого двухпозиционного четырехлинейного гидрораспределителя 5 соединены с поршневой и штоковой полостями первого ГЦ 7, при этом дополнительно введены третий обратный клапан 12, первый 13 и второй 14 гидродроссели, устройство коммутации гидравлического потока 15, двухпозиционный двухлинейный гидрораспределитель 16, причем второй 8 ГЦ выполнен с устройством механического стопорения штока, второй двухпозиционный четырехлинейный гидрораспределитель 6 выполнен с функцией изменения направления потока рабочей жидкости, при этом четвертый выход УУ 11 соединен с управляющим входом двухпозиционного двухлинейного гидрораспределителя 16, вторая рабочая магистраль регулируемого насоса 1 через третий обратный клапан 12 соединена со вторыми входами первого 5 и второго 6 двухпозиционных четырехлинейных гидрораспределителей и через первый гидродроссель 13 с входом двухпозиционного двухлинейного гидрораспределителя 16, выход которого соединен с гидробаком 4, первый и второй выходы второго двухпозиционного четырехлинейного гидрораспределителя 6 через устройство коммутации гидравлического потока 15 соединены с поршневой и штоковой полостями второго 8 ГЦ с устройством механического стопорения штока, а также через второй гидродроссель 14 между собой.
Второй 8 ГЦ с устройством механического стопорения штока содержит втулку 17 (Фиг. 2), закрепленную одним своим торцом на корпусе 18 ГЦ, соосно выполненному отверстию, стопорный поршень 19, пружину 20, заглушку 21, уплотнение 22, упорное кольцо ограничения хода поршня 23, причем стопорный поршень 19 с уплотнением 22 размещен во внутренней полости втулки 17, уплотнение 22 установлено на наружной поверхности стопорного поршня 19, при этом пружина 20, размещенная в глухом отверстии стопорного поршня 19, создает осевое усилие для перемещения стопорного поршня 19 относительно заглушки 21, закрывающей второй торец втулки 17, упорное кольцо ограничения хода поршня 23 соединено со штоком 24 ГЦ и размещено между поршнем 25 ГЦ и крышкой 26 ГЦ, закрывающей штоковую полость, причем в упорном кольце ограничения хода поршня 23 выполнена канавка, соответствующая по форме выступу стопорного поршня 19 для обеспечения фиксации штока 24 ГЦ в его выдвинутом положении, стопорный поршень 19 и упорное кольцо ограничения хода поршня 23 установлены с зазорами относительно корпуса 18 ГЦ.
УУ 11 (Фиг. 3) содержит первый 27, второй 28, третий 29, четвертый 30 и пятый 31 ключи, сумматор-усилитель 32, причем входы всех ключей соединены с положительной шиной питания, выход первого ключа 27 соединен с неинвертирующим входом сумматора-усилителя 32, выход второго ключа 28 соединен с инвертирующим входом сумматора-усилителя 32, выход третьего ключа 29 является первым выходом УУ 11, выход четвертого ключа 30 является вторым выходом УУ 11, выход пятого ключа 31 является четвертым выходом УУ 11, выход сумматора-усилителя 32 является третьим выходом УУ 11.
Работа электрогидравлической системы управления рассмотрена для последовательности управления приводами подъема и опускания антенны радиолокационной системы, в которых применено данное техническое решение. Электрогидравлическая система управления работает следующим образом: после включения приводного двигателя (не показан) в напорной магистрали вспомогательного насоса 3 (Фиг. 1) формируется поток рабочей жидкости с уровнем давления, определяемым предохранительным клапаном 2, при этом на первую и вторую рабочие магистрали регулируемого насоса 1 поступает через первый 9 и второй 10 обратные клапаны давление от вспомогательного насоса 3.
При наличии напряжения питания в УУ 11 система готова к работе. Оператор включением ключей 27-31 (Фиг. 3) задает последовательность подключения рабочих органов системы.
Для подъема нагрузки вторым 8 ГЦ с устройством механического стопорения штока оператор включением второго ключа 28 подает сигнал управления на инвертирующий вход сумматора-усилителя 32 и далее с третьего выхода УУ 11 (Фиг. 1) на управляющий вход регулируемого насоса 1. При такой полярности управляющего сигнала с первой рабочей магистрали регулируемого насоса 1 рабочая жидкость поступает на первый вход второго двухпозиционного четырехлинейного гидрораспределителя 6 и далее с его первого выхода через замкнутое устройство коммутации гидравлического потока 15 в поршневую полость второго 8 ГЦ с устройством механического стопорения штока. Затем включением пятого ключа 31 (Фиг. 3) подается сигнал на четвертый выход УУ 11 (Фиг. 1) и далее на управляющий вход двухпозиционного двухлинейного гидрораспределителя 16, который переключается в открытое состояние, образуя канал слива рабочей жидкости из штоковой полости второго 8 ГЦ с устройством механического стопорения штока через устройство коммутации гидравлического потока 15, второй двухпозиционный четырехлинейный гидрораспределитель 6, первый гидродроссель 13, двухпозиционный двухлинейный гидрораспределитель 16 в гидробак 4. Рабочая жидкость, поступающая через второй 14 гидродроссель, и вытесняемая рабочая жидкость из штоковой полости второго 8 ГЦ с устройством механического стопорения штока создает на первом 13 гидродросселе перепад давления, таким образом, в штоковой полости создается давление, обеспечивающее на торце стопорного поршня 19 (Фиг. 2) усилие, необходимое для сжатия пружины 20 и перемещения стопорного поршня 19 во втулке 17, закрепленной одним своим торцом на корпусе 18, в полностью втянутое положение, до касания с заглушкой 21, при этом уплотнение 22, размещенное на внешней поверхности стопорного поршня 19, не позволяет рабочей жидкости из штоковой полости поступать в полость стопорного поршня 19, во втянутом положении выступ стопорного поршня 19 не мешает движению штока 24, с установленными на нем поршнем 25 и упорным кольцом ограничения хода поршня 23, в корпусе. Под действием рабочей жидкости, поступающей в поршневую полость, его шток выдвигается и происходит подъем нагрузки вторым 8 ГЦ с устройством механического стопорения штока.
После полного перемещения штока 24 в выдвинутое положение, упорное кольцо ограничения хода поршня 23 упирается в крышку 26, при этом поток рабочей жидкости из штоковой полости прекращается, и давление в штоковой полости снижается до уровня, определяемого соотношением параметров первого 13 (Фиг. 1) и второго 14 гидродросселей. Оператор отключает второй 28 ключ УУ 11 (Фиг. 3), при этом перестает поступать сигнал на третий выход УУ 11 и подача рабочей жидкости от регулируемого насоса 1 (Фиг. 1) прекращается, давление в поршневой и штоковой полостях второго 8 ГЦ с устройством механического стопорения штока снижается. Процесс снижения давления в поршневой и штоковой полостях второго 8 ГЦ с устройством механического стопорения штока происходит с существенно различной скоростью за счет как различного объема жидкости в полостях (в поршневой полости содержится объем, близкий к полному объему ГЦ, в штоковой - близкий к нулю), так и следующих условий: в начальный период после прекращения подачи рабочей жидкости от регулируемого насоса 1, давление в поршневой полости соответствует максимальному давлению в системе, а давление в штоковой полости определяется соотношением параметров первого 13 и второго 14 гидродросселей и существенно меньше максимального. Кроме того, жидкость из штоковой полости второго 8 ГЦ с устройством механического стопорения штока истекает только через первый гидродроссель 13, а из поршневой - через последовательно включенные первый 13 и второй 14 гидродроссели. Таким образом, в штоковой полости второго 8 ГЦ происходит быстрое снижение давления, т.е. усилия на стопорном поршне 19 (Фиг. 2). При этом под действием пружины 20 стопорный поршень 19 перемещается и входит в зацепление с упорным кольцом ограничения хода поршня 23 и происходит механическое стопорение штока 24. После этого оператор отключает пятый ключ 31 УУ 11 (Фиг. 3) и производит расстыковку устройства коммутации гидравлического потока 15 (Фиг. 1).
Для подъема нагрузки первым 7 ГЦ оператор включает третий ключ 29 УУ 11 (Фиг. 3) и с первого выхода УУ 11 (Фиг. 1) поступает сигнал на управляющий вход первого двухпозиционного четырехлинейного гидрораспределителя 5, который переключается в открытое состояние. Одновременно оператор включает первый ключ 27 (Фиг. 3), при этом сигнал поступает на неинвертирующий вход сумматора-усилителя 32 и далее с третьего выхода УУ 11 (Фиг. 1) сигнал поступает на управляющий вход регулируемого насоса 1. При такой полярности управляющего сигнала рабочая жидкость с второй рабочей магистрали регулируемого насоса 1 через третий обратный клапан 12 и открытый первый двухпозиционный четырехлинейный гидрораспределитель 5 поступает в поршневую полость первого 7 ГЦ, обеспечивая подъем нагрузки. Выдавливаемая из штоковой полости первого 7 ГЦ жидкость через второй канал первого двухпозиционного четырехлинейного гидрораспределителя 5 поступает в первую рабочую магистраль регулируемого насоса 1, при этом нагнетание рабочей жидкости для обеспечения нормального всасывания регулируемого насоса 1 происходит от вспомогательного насоса 3 через второй обратный клапан 10. После подъема нагрузки первым 7 ГЦ на требуемую высоту оператор переводит первый 27 (Фиг. 3) и третий 29 ключи в УУ 11 выключенное положение.
Для опускания нагрузки первым 7 ГЦ (Фиг. 1) оператор переводит третий ключ 29 УУ 11 (Фиг. 3) во включенное положение и с первого выхода УУ 11 (Фиг. 1) поступает сигнал на управляющий вход первого двухпозиционного четырехлинейного гидрораспределителя 5, который переключается в открытое состояние. Одновременно оператор включает второй ключ 28 УУ 11 (Фиг. 3). При этом сигнал поступает на инвертирующий вход сумматора-усилителя 32. Проинвертированный сигнал с выхода сумматора-усилителя 32 и далее через третий выход УУ 11 (Фиг. 1) поступает на управляющий вход регулируемого насоса 1. С первой рабочей магистрали регулируемого насоса 1 рабочая жидкость поступает на первый вход первого двухпозиционного четырехлинейного гидрораспределителя 5 и далее с его второго выхода в штоковую полость первого 7 ГЦ. Затем включением пятого ключа 31 УУ 11 (Фиг. 3) подается сигнал на четвертый выход УУ 11 (Фиг. 1) и далее на управляющий вход двухпозиционного двухлинейного гидрораспределителя 16, который переключается в открытое состояние, образуя канал слива рабочей жидкости из поршневой полости первого 7 ГЦ. Вытесняемая из поршневой полости первого 7 ГЦ рабочая жидкость через открытый первый двухпозиционный четырехлинейный гидрораспределитель 5, через первый гидродроссель 13 и открытый двухпозиционный двухлинейный гидрораспределитель 16 поступает в гидробак 4, при этом режим всасывания обеспечивается подачей жидкости от вспомогательного насоса 3 через первый обратный клапан 9. Скорость опускания нагрузки определяется параметрами первого гидродросселя 13. После опускания нагрузки первым 7 ГЦ оператор переводит второй 28 (Фиг. 3), четвертый 30 и пятый 31 ключи УУ 11 в выключенное положение.
Для опускания нагрузки вторым 8 ГЦ с устройством механического стопорения штока (Фиг. 1) (режим попутной нагрузки) оператор состыковывает устройство коммутации 15 гидравлического потока. Затем оператор включает второй ключ 28 УУ 11 (Фиг. 3). При этом сигнал поступает на инвертирующий вход сумматора-усилителя 32. Проинвертированный сигнал с выхода сумматора-усилителя 32 и далее через третий выход УУ 11 (Фиг. 1) поступает на управляющий вход регулируемого насоса 1. С первой рабочей магистрали регулируемого насоса 1 рабочая жидкость поступает на первый вход второго двухпозиционного четырехлинейного гидрораспределителя 6 и далее с его первого выхода в поршневую полость второго 8 ГЦ с устройством механического стопорения штока, при этом происходит снижение усилия в точке зацепления упорного кольца ограничения хода поршня 23 (Фиг. 2) и стопорного поршня 19. Затем включением пятого ключа 31 УУ 11 (Фиг. 3) подается сигнал на четвертый выход УУ 11 (Фиг. 1) и далее на управляющий вход двухпозиционного двухлинейного гидрораспределителя 16, который переключается в открытое состояние, образуя канал слива рабочей жидкости из штоковой полости второго 8 ГЦ с устройством механического стопорения штока через устройство коммутации гидравлического потока 15, второй двухпозиционный четырехлинейный гидрораспределитель 6, первый гидродроссель 13, двухпозиционный двухлинейный гидрораспределитель 16 в гидробак 4. При этом в штоковой полости второго 8 ГЦ с механическим стопорением штока создается давление, определяемое соотношением первого 13 и второго 14 гидродросселей, которое создает на стопорном поршне 19 (Фиг. 2) усилие, достаточное для сжатия пружины 20. Стопорный поршень 19 перемещается и выходит из зацепления с упорным кольцом ограничения хода поршня 23. Далее оператор включает четвертый ключ 30 (Фиг. 3), при этом сигнал поступает со второго выхода УУ 11 (Фиг. 1) на управляющий вход второго двухпозиционного четырехлинейного гидрораспределителя 6, переключая при этом фазу потока рабочей жидкости. Таким образом, рабочая жидкость от регулируемого насоса 1 поступает в штоковую полость второго 8 ГЦ с устройством механического стопорения штока и происходит опускание нагрузки. Скорость опускания нагрузки при этом определяется параметрами первого гидродросселя 13. После опускания нагрузки вторым 8 ГЦ с устройством механического стопорения штока оператор переводит второй 28 (Фиг. 3), четвертый 30 и пятый 31 ключи УУ 11 в выключенное положение.
Заявляемое техническое решение было проверено в рамках работы по созданию электрогидравлической системы управления свертывания-развертывания антенной системы с положительными результатами.