РЕЗЕРВИРОВАННЫЙ СЛЕДЯЩИЙ ГИДРОМЕХАНИЧЕСКИЙ ПРИВОД
STANDBY SERVO HYDROMECHANICAL DRIVE

Предлагаемое изобретение относится к устройству, которое может быть использовано в системах управления летательных аппаратов.
Известен резервированный следящий гидропривод для системы управления летательного аппарата, содержащий корпус с размещенными в нем гидрораспределителями и каналами нагнетания и слива от независимых гидравлических источников питания, многокамерный силовой гидродвигатель, механизм передачи управляющего сигнала и пр. (патент РФ №2271306 С1, МПК В64С 13/42, SU 1840015 А1, МПК В64с 13/36).
Известен также резервированный следящий гидромеханический привод для системы управления летательного аппарата, содержащий корпус с размещенными в нем гидрораспределителями с плоскими золотниками, управляющими поворотными валами и регулирующим устройством перемещения золотников, которое встроено в кинематику передачи управляющего сигнала, с каналами нагнетания и слива от двух независимых гидравлических источников питания, двухкамерный силовой гидродвигатель, гидроклапаны разности давлений, каждый из которых сообщен с противоположными полостями управления одного из гидроцилиндров гидродвигателя (см. патент РФ №2266234 С1, МПК В64с 13/00).
В известных приводах применены нерезервированные гидрораспределители с плоскими золотниками более надежные в работе по сравнению с цилиндрическими за счет того, что при попадании в рабочую щель между золотником и прижимной пятой частицы из рабочей жидкости, пята имеет возможность приподняться и обусловить выталкивание частицы из указанной щели посредством рабочего перемещения золотника или потока жидкости.
Но, однако, при многократных попаданиях в рабочую щель твердых частиц (в виде продуктов износа деталей привода, например, из полостей гидроцилиндра) и с последующими, также многократными выталкиваниями их из щели, не исключена возможность образования надиров на поверхностях пяты и золотника. Кроме того, во время приподнимания пяты, не исключена возможность ее подклинивания.
В надирах будут застревать и скапливаться очередные частицы, не имея возможности быть вытолкнутыми из рабочей щели вследствие постепенного из-за этого увеличения величины трения скольжения золотника относительно распределительной плиты и прижимной пяты.
В конечном итоге все вышеуказанные обстоятельства могут создать условие для заклинивания золотника гидрораспределителя и, как следствие, привести к отказу в работе привода и системы управления летательного аппарата в целом.
Наиболее близким по технической сущности (прототипом) является резервированный следящий гидромеханический привод (см. книгу Т.М.Башта «Гидравлические приводы летательных аппаратов», «Машиностроение», 1967 г, стр.356, рис.287).
Известный резервированный следящий гидромеханический привод содержит сходные с заявляемым приводом признаки, а именно - оба привода относятся к резервированным следящим гидромеханическим приводам для систем управления летательными аппаратами и содержат корпус с каналами нагнетания и слива от двух независимых гидравлических систем, с размещенными в нем гидрораспределителями, двухкамерный силовой гидродвигатель двухстороннего действия, входное звено с механизмом, состоящего из системы качалок, кинематически связанных между собой, передачи управляющего сигнала на гидрораспределитель.
Достоинством известного привода является то, что в случае заклинивания в процессе работы одного из золотников, нагрузка от входного звена передается на соответствующее, встроенное в корпус привода, устройство -шариковый фиксатор, открывающий специальный перепускной клапан, шунтирующий полости того гидроцилиндра, который управлялся заклиненным золотником.
К недостаткам известных приводов следует отнести сложность конструктивных решений по введению запорно-шунтирующих, блокировочно-переливных устройств, шариковых фиксаторов, пружинных защелок с целью:
- обеспечения дублированного управления приводом в случае возможного заклинивания одного из золотников гидрораспределителя,
- исключение превышения давления в одном цилиндре гидродвигателя по сравнению с другим при небольших отклонениях золотников.
Все это приводит к снижению надежности в работе привода, а также системы управления в целом.
Технической задачей предполагаемого изобретения является повышение надежности в работе следящего гидромеханического привода для системы управления летательного аппарата за счет упрощения и улучшения конструкции механизма передачи управляющего сигнала на гидрораспределитель и привода в целом.
Поставленная задача решается тем, что в предлагаемом резервированном следящем гидромеханическом приводе, содержащем корпус с каналами нагнетания и слива от двух независимых гидравлических систем, с размещенными в нем гидрораспределителями, состоящими из плоских золотников с рапределительными буртами и распределительными расточками, плит с распределительными окнами, управляющих поворотных валов, элементов регулировки перемещения золотника относительно плит, подпружиненных двухбуртовых стопоров, подпружиненных клапанов кольцевания, обратных клапанов, двухкамерный силовой гидродвигатель двухстороннего действия с выходным звеном, соединенные между собой гидравлическими каналами, входное звено с механизмом, состоящего из системы качалок, кинематически связанных между собой, передачи управляющего сигнала на гидрораспределители, при этом у гидрораспределителей при работе от каждой из двух гидросистем, путем перемещения золотников с распределительными буртами и распределительными расточками относительно распределительных окон плит, совмещены середины зон нечувствительности, а качество их совмещения подтверждено проверкой отсутствия перемещения выходного звена гидродвигателя при поочередной работе привода от каждой гидросистемы и закрепленном при этом в неподвижном положении входном звене, согласно изобретению, в приводе для каждой гидросистемы установлен механизм блокировки гидрораспределителя, состоящий из двух подпружиненных общей пружиной цилиндрических двухступенчатых соосных плунжеров, каждый с глухим отверстием, выполненным в ступени большего диаметра со стороны пружины, с двумя лысками на наружной поверхности указанной ступени, расположенных через 180° друг относительно друга и примыкающих к торцу со стороны ступени меньшего диаметра, с радиальным отверстием, находящимся между лысок и сообщающих наружную поверхность плунжера с глухим отверстием, причем плунжера установлены с возможностью перемещения внутри также двухступенчатой соосной расточки, выполненной в корпусе, с образованием в средней ее части полости с упорами, сообщенной со сливом, в которой установлена пружина, а также попарно расположенные в расточке большего диаметра, относительно указанной полости, четыре проточки, две из них, ближние к полости сообщены с нагнетанием и межбуртовыми полостями стопора, а две другие проточки, со стороны ступени меньшего диаметра - с пружинными полостями стопора и клапана кольцевания, кроме того, указанные проточки в одном крайнем положении плунжеров посредством радиальных и глухих отверстий соединены со сливом и отсоединены от ближних к полости проточек, а в другом крайнем положении плунжеров отсоединены от слива и соединены посредством лысок с ближними к полости проточками, согласно изобретению каждый плунжер механизма блокировки гидрораспределителей контактирует наружным торцем ступени меньшего диаметра с упорным выступом на конце подвижной тяги, выполненной в виде цилиндрического стержня, также размещенной в корпусе параллельно оси плунжеров, причем указанные тяги одним из своих концов кинематически соединены шарнирным звеном с качалкой механизма передачи управляющего сигнала.
Сущность предполагаемого изобретения поясняется чертежами, где на:
- фиг.1 представлена общая схема привода в нейтральном положении золотников гидрораспределителей и наличие гидропитания в обеих гидросистемах (I и II),
- фиг.2 представлена общая схема привода с отклоненным золотником в одной гидросистеме (I) и заклиненным золотником в нейтральном положении в другой гидросистеме (II),
- фиг.3 представлена схема расположения радиального, глухого отверстия и лысок двухступенчатого плунжера по сеч. А-А,
- фиг.4 представлена схема гидрораспределителя привода по сеч. В-В,
- фиг.5 представлена схема привода с заклиненным золотником в гидросистеме (II) в отклоненном положении аналогично представленной на фиг.2.
Привод (фиг.1) содержит корпус 1 с каналами нагнетания и слива от двух независимых гидравлических систем (I и II), с размещенными в нем гидрораспределителями 2 и 3, состоящими из плоских золотников 4 (фиг.4) с распределительными буртами 5 и распределительными расточками 6, плит 7 с распределительными окнами 8, управляющих поворотных валов 9, элементов регулировки 10 перемещения золотников относительно плит 7, подпружиненных двухбуртовых стопоров 11 (фиг.2), подпружиненных клапанов кольцевания 12 (фиг.2), обратных клапанов 13, двухкамерный силовой гидродвигатель 14 с полостями 15 и 16, поршнем с выходным звеном 17. Привод также содержит входное звено 18 с механизмом, состоящим из системы качалок 19, 20, 21, кинематически связанных между собой, передачи управляющего сигнала на гидрораспределитель.
В приводе для каждой гидросистемы установлен механизм блокировки гидрораспределителя, состоящий из двух подпружиненных общей пружиной 22 цилиндрических двухступенчатых соосных плунжеров 23, каждый с глухим отверстием 24, выполненным в ступени большего диаметра 25 (со стороны пружины), с двумя лысками 26 (фиг.3, сеч. А-А) на ней, расположенных через 180° относительно друг друга и примыкающих к торцу со стороны ступени меньшего диаметра 27.
На наружной поверхности плунжеров выполнено радиальное отверстие 28 (фиг.3), находящееся между лысок и соединяющее эту поверхность с глухим отверстием 24.
Плунжера 23 установлены с возможностью перемещения внутри также двухступенчатой соосной расточки 29 (фиг.2), выполненной в корпусе 1, с образованием в средней ее части полости 30 с упорами 31, сообщенной посредством канала 32 с линией слива.
В указанной расточке в ступени большего диаметра попарно расположены относительно полости 30 четыре проточки, две из них 33 (ближние к полости 30) каналами 34 и 35 сообщены с линией нагнетания, а каналом 36 с межбуртовой полостью 37 стопора 11. Две другие проточки 38 (со стороны ступени меньшего диаметра) каналами 39 и 40 сообщены с пружинными полостями 41 стопора и пружинными полостями 42 клапана кольцевания 12. Каждый плунжер 23 (фиг.1) контактирует наружным торцем 43 ступени меньшего диаметра 27 с упорным выступом 44 на конце подвижной тяги 45, выполненной в виде цилиндрического стержня и размещенной в корпусе параллельно оси плунжеров 23. Причем указанные тяги одним из своих концов кинематически соединены шарнирным звеном 46 с качалкой 19 механизма передачи управляющего сигнала.
В приводе установлены приводные механизмы 47, связанные с сигнализаторами 48, а также фильтроэлементы 49, ограничитель 50 перемещения золотников 4 (фиг.4).
Привод работает следующим образом.
При наличии в обеих гидросистемах давления нагнетания, все элементы привода находятся в положении, соответствующем чертежу на фиг.1, при этом:
- плунжера клапанов кольцевания 12 (Фиг.2) под действием давления нагнетания, поступающего по каналам 35 и 51 под его нижний торец, находятся в крайнем верхнем положении (по рисунку); полости 15 и 16 силового гидродвигателя 14 (фиг.1) разобщены друг от друга, соответственно,
- стопора 11 (фиг.2), под действием давления нагнетания, поступающего по каналам 35 и 36 в его межбуртовую полость 37, находятся в крайнем нижнем положении (по рисунку); качалки 21 с отверстием 52 расстопорены и имеют возможность перемещаться,
- плунжера 23 (фиг.1) механизма блокировки гидрораспределителей под действием усилия пружин 22 находятся в крайних положениях (по рисунку) и контактируют наружным торцем 43 ступеней меньшего диаметра 27 с упорным выступом 44, при этом проточки 38 (фиг.2), посредством радиальных и глухих отверстий 28 (фиг.1) и 24, соответственно, и каналов 32 соединены с линией слива и отсоединены от проточек 33 (фиг.2), а точка 53 (фиг.1) общая для качалки 19 и шарнирного звена 46 становится неподвижной.
Летчик, посредством системы управления, передвигает входное звено 18 и через качалки 20, 19, 21 механизма передачи управляющего сигнала относительно неподвижной точки 53, одновременно перемещает плоские золотники 4 (фиг.4) гидрораспределителей 2 и 3 на величину, определяемую ограничителем 50.
Золотники, перемещаясь (поворачиваясь на определенный угол относительно оси поворотного вала 9 и относительно плит 7 (фиг.4) посредством распределительных буртов 5, расточек 6 и распределительных окон 8 плит, сообщают соответствующие полости 15 и 16 гидродвигателя 14 с линиями нагнетания и слива двух независимых гидравлических систем.
Под действием давлений нагнетания поршень с выходным звеном 17 поступательно перемещается и отклоняет рулевые поверхности летательного аппарата в ту или другую сторону от нейтрального положения.
При этом в приводе, у распределителей при работе от каждой из двух гидросистем, путем перемещения золотников с распределительными буртами и расточками относительно распределительных окон плит, посредством регулировочных элементов 10, совмещены середины зон нечувствительности, а качество их совмещения подтверждено проверкой отсутствия перемещения выходного звена гидродвигателя при поочередной работе привода от каждой гидросистемы и закрепленном при этом в неподвижном положении входном звене.
Отсутствие перемещения выходного звена будет следствием того, что в результате совмещения середин зон нечувствительности происходит совпадение торцев распределительных буртов 5 и расточек 6 золотников 4 с прилегающими к ним кромками распределительных окон 8 плит 7, и поступление рабочей жидкости в полости 15 и 16 гидродвигателя не происходит.
Это будет свидетельствовать об исключении взаимного нагружения поршней в полостях гидродвигателя во время перемещения.
В случае заклинки плоского золотника (например, в нейтральном положении и, например, в гидросистеме II) его управляющий поворотный вал 9 становится неподвижным.
В этом случае становится неподвижной и точка 54 (фиг.2) - общая для качалок 19 и 21.
Летчик, перемещая через входное звено 18 качалку 20 (например, вправо по рисунку), поворачивает качалку 19:
- левую, как было указано выше, относительно неподвижной точки 53, поворачивая при этом плоский золотник (левый по рисунку),
- правую относительно неподвижной точки 54.
При повороте правой качалки 19 последняя посредством шарнирного звена 46 передвигает тягу 45 с механизмом 47 и с упорным выступом 44 (опертым на контактирующий с наружным торцем 43 ступени меньшего диаметра 27 плунжера 23) и, преодолевая усилие пружины 22, перемещает плунжер в крайнее положение внутрь (вправо по рисунку) до упора 31.
При этом посредством лысок 26 плунжера 23 проточка 38 расточки 29 сообщается с проточкой 33, а отверстие 28 располагается между указанными проточками.
В результате этого рабочая жидкость под давлением нагнетания поступает из левой проточки 38 (по рисунку) по каналу 39 в правую проточку, воздействуя на разность площадей большей и меньшей ступеней плунжера, перемещает его в крайнее положение внутрь (влево по рисунку до упора 31), затем по каналу 55 - в подпружиненные полости 41, 42 стопора 11 и клапана кольцевания 12, соответственно.
Под действием давления нагнетания стопор переместится вверх (по рисунку) и дополнительно застопорит качалку 21, а плунжер клапана кольцевания переместится вниз (по рисунку) до упора и зашунтирует полости 16 гидродвигателя.
Работа привода будет осуществляться посредством одной гидросистемы с меньшим вдвое усилием и с выдачей в систему управления через сигнализатор 48 соответствующей информации.
В случае заклинки золотника 4 (фиг.4) гидрораспределителя 2, например в крайнем положении, качалка 21 с отверстием 52 и стопор 11 расположатся так, как показано на фиг.5. Стопор под действием давления нагнетания в подпружиненной полости 41 упрется в качалку 21 и дополнительно прижмет ее к корпусу 1.
Работа привода будет аналогична работе его при заклиненном золотнике в нейтральном положении.
В случае отказа одной из гидросистем, золотник ее гидрораспределителя будет застопорен в нейтральном положении, а клапан кольцевания зашунтирует соответствующие полости гидродвигателя, и привод будет продолжать работать аналогично вышеуказанному с выдачей соответствующей информации.
Стопора служат для предполетной проверки работоспособности механизма блокировки гидрораспределителей.
Таким образом, за счет упрощения и улучшения конструкции механизма передачи управляющего сигнала и введения механизма блокировки гидрораспределителей, качественно улучшается эффективность управляемости приводом, что приводит к повышению надежности в его работе и системы управления в целом.
Многочисленные испытания, в том числе и летные, указанных приводов, выполненных в соответствии с прилагаемой схемой, полностью подтвердили их преимущество по сравнению с известными приводами в повышении надежности в работе системы управления.