ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ПРИВОД
ELECTROHYDRAULIC DRIVE

Изобретение относится к области гидроавтоматики и может быть использовано в конструкциях летательных аппаратов для управления положением рулевых исполнительных органов летательных аппаратов.
Известен электрогидравлический привод для управления исполнительными органами летательных аппаратов, содержащий питающую установку с объемным насосом и параллельно подключенные к ней линиями нагнетания и слива рулевые приводы дискретного углового перемещения по числу приводимых исполнительных органов (RU №2027078, 1995).
Недостатками этого привода являются низкая надежность, ограниченный срок хранения в составе летательного аппарата, сложность и высокая трудоемкость регламентного обслуживания и контроля готовности к выполнению работы.
Известен электрогидравлический привод для управления положением исполнительных органов летательных аппаратов, содержащий питающую установку с объемным насосом и параллельно подключенные к ней линиями нагнетания и слива рулевые приводы дискретного углового перемещения по числу приводимых исполнительных органов, каждый из которых содержит поворотный шаговый электродвигатель, связанный зубчатой передачей с установленным на оси плоским поворотным распределительным золотником, и поворотный гидродвигатель (RU №2266234, 2005, прототип).
Недостатками этого привода также являются низкая надежность, ограниченный срок сохранения готовности к работе в составе летательного аппарата в любых климатических условиях, сложность и высокая трудоемкость контроля готовности к выполнению работы.
Технической задачей изобретения являются создание эффективного электрогидравлического привода и расширение арсенала электрогидравлических приводов.
Технический результат, обеспечивающий решение задачи, заключается в повышении надежности, увеличении срока сохранения готовности к работе в составе летательного аппарата, особенно в условиях разреженных слоев атмосферы, упрощение конструкции и снижение трудоемкости контроля готовности к выполнению работы.
Сущность изобретения состоит в том, что электрогидравлический привод исполнительных органов, содержащий установку подачи рабочей среды с объемным насосом, имеющим корпус с камерами нагнетания и всасывания, и приводной электродвигатель, связанный с приводным валом насоса, а также группу параллельно подключенных к соответствующим камерам насоса гидролиниями нагнетания и слива рулевых приводов дискретного углового перемещения исполнительных органов, в состав каждого из которых входят поворотный гидродвигатель и гидравлический распределитель с механизмом управления, подключенный к рабочим полостям гидродвигателя и к гидролиниям нагнетания и слива, при этом он снабжен автономным подпорным устройством, содержащим емкость, герметично разделенную подвижным разделительным элементом на жидкостную полость с рабочей средой, связанную через обратный клапан с всасывающей камерой насоса, и пневмополость, к которой подключен источник горячего газа под давлением, выполненный в виде твердотопливного газогенератора и снабженный электрически воспламеняемым инициирующим пиропатроном, при этом механизм управления каждого рулевого привода выполнен в виде шагового электродвигателя, связанного цепью контроля стыковки с инициирующим пиропатроном, в гидролинии нагнетания установлен клапан ограничения давления, выполненный с возможностью сброса рабочей среды в гидролинию слива и подключенный к камере всасывания насоса, а приводной электродвигатель последнего снабжен автономным источником электроэнергии.
Предпочтительно, разделительный элемент подпорного устройства выполнен в виде поршня или мембраны.
Предпочтительно, в гидролинии слива установлен гидроразъем для подключения регламентной питающей установки.
Предпочтительно, гидравлический распределитель каждого рулевого привода подключен к гидролиниям нагнетания и слива с помощью гидроразъемов.
Предпочтительно, объемный насос снабжен компенсационно-поддавливающим устройством, выполненным в виде полого двухступенчатого поршня и соединенного с ним сильфона, закрепленного на корпусе насоса с образованием полости, соединенной с внутренним объемом корпуса насоса, при этом сильфон жестко закреплен одним краем к корпусу, а другим - к полому двухступенчатому поршню, дополнительно установленному на корпусе с образованием дифференциальной полости, соединенной с нагнетанием насоса, и с возможностью поступательного перемещения указанного поршня по участку наружной поверхности корпуса насоса.
Предпочтительно, полый двухступенчатый поршень выполнен с двумя поясками и с двумя внутренними кольцевыми уплотнениями и установлен с возможностью перемещения по участку поверхности корпуса, выполненному ступенчатым.
Предпочтительно, внутренний объем корпуса насоса соединен с полостью сильфона со стороны, противоположной приводному валу насоса.
Предпочтительно, автономный источник электроэнергии для приводного электродвигателя насоса выполнен одноразовым.
На чертеже фиг. 1 изображена схема гидравлическая принципиальная электрогидравлического привода, на фиг. 2 - конструктивная схема объемного насоса источника питания привода.
Электрогидравлический привод для управления исполнительными органами летательного аппарата (не изображены, т.к. не входят в состав заявляемого привода), содержит питающую насосную установку 1 подачи рабочей среды (рабочей жидкости) с объемным, предпочтительно, регулируемым по давлению нагнетания аксиально поршневым насосом 2, имеющим корпус 19 и приводной электродвигатель 30, связанный с приводным валом 29 насоса 2, а также группу подключенных к объемному насосу 2 гидролиниями 3, 4 нагнетания и слива, соответственно, рулевых приводов 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 индивидуального дискретного углового перемещения исполнительных органов. В состав каждого из рулевых приводов 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 (число которых равно числу приводимых исполнительных органов) входят поворотный гидродвигатель 14 и гидравлический распределитель 13, подключенный своими соответствующими линиями к полостям гидродвигателя 14 и, через гидроразъемы 33, к гидролиниям 3, 4 нагнетания и слива.
Гидродвигатель 14, выполнен, предпочтительно, в виде неполноповоротного объемного аксиально поршневого или радиально поршневого высокомоментного реверсивного гидромотора.
Гидравлический распределитель 13 выполнен, предпочтительно, в виде нормально закрытого плоского поворотного четырехлинейного трехпозиционного золотника с электромеханическим механизмом управления (не изображен), связанным с системой управления летательного аппарата. Механизм управления плоского золотника каждого распределителя 13 реализован, например, как и в устройстве - прототипе, в виде поворотного шагового электродвигателя с магнитным фиксатором, связанного зубчатой передачей с установленным на оси плоским поворотным золотником распределителя 13.
Электрогидравлический привод снабжен подключенным через дроссель 38 и редуктор 39 давления к всасыванию (всасывающей полости) объемного насоса 2 и к линии 4 слива рулевых приводов 5…12 одноразовым ампулизированным подпорным устройством 15.
Устройство 15 содержит емкость 17, герметично разделенную подвижным разделительным элементом 16 на камеру 37 с рабочей средой и приводную камеру 32, к которой подключен источник горячего газа под давлением, выполненный в виде твердотопливного газогенератора 35 и снабженный электрически воспламеняемым инициирующим пиропатроном 36. Одновременно, объемный насос 2 питающей насосной установки 1 снабжен компенсационно-поддавливающим устройством, выполненным в виде полого двухступенчатого поршня 21 и соединенного с ним сильфона 18, закрепленного на корпусе 19 насоса 2 с образованием в нем полости 20, соединенной с внутренним объемом (являющимся всасыванием) корпуса 19 из которого происходит всасывание рабочей жидкости насосом 2. При этом сильфон 18 жестко закреплен одним краем к корпусу 19, а другим - к полому двухступенчатому поршню 21, установленному на корпусе 19 с образованием дифференциальной полости 31, соединенной с нагнетанием насоса 2, и с возможностью поступательного перемещения указанного поршня 21 по участку наружной поверхности корпуса 19 насоса 2, приводной электродвигатель 30 которого снабжен автономным источником 34 электроэнергии.
Разделительный элемент 16 выполнен в виде поршня или мембраны, а инициирующий пиропатрон 36 выполнен в виде одноразового порохового заряда с встроенным электровоспламенителем, связанным с системой управления летательного аппарата, в составе которого предназначен эксплуатироваться привод.
В гидролинии 4 слива установлен предохранительный клапан 24 ограничения давления на всасывании, выполненный с возможностью сброса рабочей среды при несанкционированном увеличении давления на всасывании насоса 2 выше допускаемого значения в окружающую среду или в технологическую емкость.
В гидролинии 4 слива установлен гидроразъем 25, предназначенный для подключения вспомогательной (технологической) питающей установки, которая относится к стационарному наземному оборудованию, временно подключается к приводу перед вводом в эксплуатацию, только на период опрессовки и регламентных проверок работоспособности перед монтажом привода на летательный аппарат.
Распределитель 13 каждого рулевого привода 5…12 подключен к гидролиниям 3,4 установки 1 подачи рабочей среды с помощью гидроразъемов 33.
Полый двухступенчатый поршень 21 выполнен с двумя поясками 22, 23 и с двумя внутренними кольцевыми уплотнениями 27, 28 и установлен с возможностью перемещения по участку наружной поверхности корпуса 19, выполненному ступенчатым.
Внутренний объем корпуса 19 насоса соединен с полостью сильфона 18 со стороны, противоположной приводному валу 29 насоса 2.
Автономный источник 34 электроэнергии для приводного электродвигателя 30 насоса 2 установки 1 подачи рабочей среды может быть выполнен одноразовым, например, в виде химического аккумулятора или батареи.
Электрогидравлический привод работает следующим образом.
При изготовлении привод ампулизируется, т.е. заполняется рабочей жидкостью и изолируется от окружающего пространства. При этом все технологические отверстия и внешние гидроразъемы заглушены. В состоянии дежурства летательного аппарата, которое может продолжаться длительное время, привод должен быть готов к включению, т.е. его полости должны быть гарантированно заполнены рабочей жидкостью. Однако, в течение времени хранения (дежурства) в замкнутом объеме привода происходят неизбежные процессы выделения воздуха из рабочей жидкости, а также диффузионного проникновения выделенного воздуха и жидкости через резиновые уплотнения питающей установки 1 и рулевых приводов 5-12 в атмосферу. Кроме того, любое изменение температуры окружающей среды приводит к изменению объема рабочей жидкости в приводе благодаря явлению температурного расширения-сжатия. Наличие сильфона 18, обладающего пружинными свойствами, компенсирует за счет соответствующего смещения сильфона 18 изменение объема рабочей жидкости в приводе в результате температурного расширения-сжатия. При падении давления в корпусе 19 насоса 2 двухступенчатый (дифференциальный) поршень 21 под действием атмосферного давления смещается, изменяя объем сильфона 18 и поддерживая тем самым постоянное заполнение всасывающей полости насоса 2 и полостей рулевых приводов 5-12 рабочей жидкостью. В исходном положении при отсутствии электрического питания встроенный магнитный фиксатор (не изображен) соответствующего шагового электродвигателя обеспечивает фиксацию распределителя 13 в нормальнозакрытом положении и, тем самым, фиксацию вала каждого из рулевых приводов 5-12 в устойчивом положении.
2
Для отработки управления исполнительными органами летательного аппарата электрогидравлический привод задействуется по команде системы управления. Так как управление производится, как правило, в условиях пониженной температуры окружающей среды, пониженного атмосферного давления, имеющихся в разреженных слоях атмосферы, необходимо обеспечить неразрывность потока рабочей жидкости на всасывании насоса 2, всасывающего рабочую жидкость из объема корпуса 19. Соответствующий гарантированный подпор на всасывании насоса 2 обеспечивается устройством 15, на которое от системы управления подается команда на воспламенение пиропатрона 36 твердотопливного газогенератора 35. В результате воспламенения твердого топлива заряда 35 в приводную камеру 32 подпорного устройства 15 поступает горячий газ под давлением, воздействующий на разделительный элемент 16. Энергия горячего газа непосредственно преобразуется в давление рабочей жидкости в камере 37. В результате под действием горячего газа элемент 16 поступательно перемещается и рабочая жидкость вытесняется из камеры 37 емкости 17 через дроссель 38 и клапан 39 и поступает в сильфон 18 под давлением ~7 кгс/см. Поскольку сильфон 18 закреплен с образованием полости 20, соединенной с внутренним объемом корпуса 19, давлением устройства 15 обеспечивается необходимое избыточное давление и, тем самым, неразрывность потока рабочей жидкости на всасывании насоса 2.
2
Кроме того, на шаговый электродвигатель каждого из рулевых приводов 5-12. подается команда в виде последовательности однополярных прямоугольных управляющих импульсов напряжением 26 В. Благодаря дифференциальности ступеней 22, 23 поршня 21 давление, в корпусе 19, одновременно являющемся всасывающей полостью насоса 1, редуцируется до оптимального значения и не превышает допустимых значений, например, 4 кгс/см. Если же давление приблизится к предельно допустимому значению, срабатывает клапан 24, осуществляющий сброс части объема рабочей жидкости и, тем самым ограничивающий значение давления. Насос 2, вал 29 которого приводится во вращение электродвигателем 28, в течение времени работы последнего подает рабочую жидкость по гидролинии 3 в рулевые приводы 5-12, а по гидролинии 4 рабочая жидкость возвращается на всасывание насоса 2. Наличие давления нагнетания в полости 31 не допускает возникновения разрежения на всасывании насоса 2, т.е. во внутреннем объеме корпуса 19, тем самым надежно обеспечивается работоспособность насоса 2 и каждого из рулевых приводов 5…12 при любых условиях окружающей среды.
При этом последовательность управляющих импульсов, поступающая на электродвигатели приводов 5-12, преобразуется в угловое перемещение, которое через зубчатую передачу передается золотнику распределителя 13. В результате введенного этим рассогласования формируется перепад давления и приводится в движение соответствующий гидродвигатель 14, вал которого поворачивается, отрабатывая рассогласование. При подаче одного импульса вал электродвигателя рулевого привода 5-12 поворачивается на угол 3°. Режим работы электродвигателя в приводах 5-12 повторно-кратковременный. Частота отработки шагов 0,5-500 Гц, потребляемый ток не более 2А.
В процессе дежурства периодически следует контролировать состояние золотников распределителей 13 рулевых приводов 5-12. Для этого от вспомогательной питающей установки рабочая жидкость под давлением может быть подана через гидроразъем 25 и функционирование приводов 5-12 может быть проверено без задействования одноразовых средств емкости 17 и одноразового источника энергии электродвигателя 30. После этого для установки золотника распределителя 13 каждого рулевого привода 5-12 в нейтральное положение необходимо подачей импульсов на электродвигатель установить золотник распределителя 13 в нейтральное положение. При подаче давления вал соответствующего гидродвигателя 14, отрабатывая рассогласование с золотником распределителя 13, займет нейтральное (исходное) положение.
В результате изобретения создан эффективный электрогидравлический привод и расширен арсенал электрогидравлических приводов.
При этом повышена надежность, увеличен срок сохранения готовности к работе в составе летательного аппарата, упрощена конструкция и снижена трудоемкость контроля готовности к выполнению работы.