ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ПРИВОД ДИСКРЕТНОГО УГЛОВОГО ПЕРЕМЕЩЕНИЯ
HYDRAULIC DRIVE OF DISCRETE ANGULAR MOVEMENT

Изобретение относится к области гидроавтоматики, в частности к системам управления различных, преимущественно, летательных, аппаратов.
Известен гидравлический привод, содержащий поворотный рычаг, кинематически связанный с установленным на оси поворотным плоским золотником, размещенным с зазором на основании, кинематически связанным с валом поворотного гидродвигателя, золотник выполнен с размещенными по полуокружности отверстиями, при этом в крышке выполнены полость напора и полость слива, а в отверстиях золотника установлены полые распределительные втулки, опертые на поверхность основания (RU №2027078, 1995).
Известен гидравлический привод, содержащий поворотный шаговый электродвигатель, связанный передачей с установленным на оси поворотным плоским золотником, размещенным с зазором между крышкой с каналами напора и слива и плитой, кинематически связанным с валом поршневого гидродвигателя поворотного рабочего органа, а также датчик положения золотника, выполненного с размещенными по полуокружности распределительными отверстиями одинакового диаметра, при этом в крышке и плите выполнены полость напора и полость слива (RU №2266234, 2005, прототип).
Недостатками известного привода являются большие габариты и вес, связанные с преобразованием поступательного перемещения поршней в поворотное движение рабочего органа, нестабильность момента, развиваемого на валу, изменяющегося в зависимости от текущего угла поворота, недостаточный диапазон углов поворота рабочего органа, ограниченность максимальной нагрузки на рабочем органе.
Технической задачей изобретения является создание эффективного гидравлического привода дискретного углового перемещения, а также расширение арсенала гидравлических приводов.
Технический результат, обеспечивающий решение задачи, состоит в том, что уменьшены габариты и вес, благодаря непосредственному преобразованию перепада давления на золотнике в поворотное движение рабочего органа - выходного вала, стабилизирован момент, развиваемый на валу, и практически неизменный при всех текущих углах поворота, расширен диапазон углов поворота рабочего органа до ±50° в любом направлении, повышено значение допустимой максимальной нагрузки на рабочем органе и значение допустимого максимального давления до 25-30 МПа. Одновременно снижены утечки, повышены точность, чувствительность и надежность привода.
Сущность изобретения состоит в том, что гидравлический привод дискретного углового перемещения содержит поворотный шаговый электродвигатель, связанный зубчатой передачей с установленным на оси плоским поворотным золотником, размещенным между основанием, имеющим каналы напора и слива, и плитой, имеющей распределительные каналы, подключенные к неполноповоротному пластинчатому гидродвигателю, ротор которого кинематически связан с плитой плоского золотника и выполнен с каналами, связанными с распределительными каналами этой плиты и с рабочими камерами гидродвигателя, ограниченными в радиальном направлении ротором и статором, в окружном направлении - пластинами, установленными в роторе и в статоре, а в осевом направлении - крышками ротора, установленными на подшипниках в корпусе по обе стороны статора, размещенного в корпусе соосно ротору и зафиксированного от проворота вокруг последнего.
Предпочтительно ротор гидродвигателя выполнен составным и включает выходной вал с установленными на нем крышками ротора и распределительный вал, кинематически связанный с плитой плоского золотника и соосно закрепленный внутри выходного вала с образованием двух кольцевых промежуточных полостей, связанных с распределительными каналами плиты плоского золотника и с рабочими камерами гидродвигателя.
Предпочтительно распределительный вал ротора выполнен заодно с плитой плоского золотника, выходной вал выполнен с двумя диаметрально противоположными наружными выступами, а статор - с двумя диаметрально противоположными внутренними выступами, при этом пластины размещены в продольных пазах, выполненных в выступах выходного вала и статора, с образованием четырех рабочих камер, ротор и статор снабжены упругими плоскими уплотнителями, установленными в пазах параллельно пластинами, в выступах ротора и статора выполнены по два продольных паза, в каждом из которых установлены пластина и плоский уплотнитель, при этом плоские уплотнители установлены на не обращенных друг к другу сторонах соседних пластин, статор выполнен в форме кольцевой гильзы, зафиксированной от проворота шлицевым выступом, размещенным в ответном пазу корпуса с возможностью смещения для самоустановки статора в осевом направлении, крышки ротора закреплены резьбой на выходном валу ротора.
Кроме того, золотник выполнен заодно с сектором зубчатой передачи, установлен на оси, соосной с валом гидродвигателя, и снабжен скользящими контактными пружинами токосъемника для взаимодействия с ламелью - концентричными неподвижными неполнокольцевыми контактами (токопроводящими пластинами), шаговый электродвигатель выполнен в виде 4-фазной электрической машины с импульсным возбуждением и с встроенным магнитным фиксатором.
На фиг.1 изображен гидравлический привод дискретного углового перемещения, на фиг.2 - разрез А-А по фиг.1.
Гидравлический привод дискретного углового перемещения содержит поворотный шаговый электродвигатель 1, связанный зубчатой передачей 2 с установленным на оси 3 поворотным плоским золотником 4, размещенным с зазором между основанием 5, имеющим каналы напора и слива (не обозначены), и плитой 6, кинематически связанной с распределительным валом 7 составного ротора неполноповоротного пластинчатого гидродвигателя.
Составной ротор неполноповоротного пластинчатого гидродвигателя выполнен с каналами 8, 9, 10, 11, связанными с распределительными каналами (не изображены) плиты 6 и с рабочими камерами 12, 13, 14, 15, ограниченными в окружном направлении пластинами (эквивалентно - лопатками, лопастями) 16, 17, а в осевом направлении - крышками 18, 19 ротора, установленными на подшипниках 20, 21 в корпусе 22 по обе стороны статора 23, размещенного в корпусе 22 соосно ротору и зафиксированного от проворота вокруг последнего.
Составной ротор «катушечного» типа включает выходной вал 24 с установленными на нем крышками 18,19 и распределительный вал 7, кинематически связанный с плитой 6 плоского золотника 4 и соосно закрепленный внутри выходного вала 24 с образованием двух кольцевых промежуточных полостей 25, 26, связанных каналами 8, 9, 10, 11 с распределительными каналами плиты 6 плоского золотника и каналами 27, 28 с рабочими камерами 12, 13, 14, 15 гидродвигателя.
Выходной вал 24 выполнен с двумя диаметрально противоположными наружными выступами 29, 30, а статор 23 - с двумя диаметрально противоположными внутренними выступами 31, 32, при этом пластины 16, 17 размещены в продольных пазах (не обозначены), выполненных в выступах вала 24 и статора 23, с образованием четырех рабочих камер 12, 13, 14, 15.
Ротор и статор снабжены упругими плоскими уплотнителями 33, 34, установленными в пазах параллельно пластинами 16, 17 с возможностью взаимодействия с внутренней поверхностью статора 23 и с обращенными к статору сторонами крышек 18, 19. Тем самым обеспечивается надежное уплотнение (разобщение) камер 12, 13, 14, 15 с минимальным трением по всему периметру.
В выступах 29, 30 выполнены по два продольных паза, в каждом из которых установлены пластина 16 или 17 и плоский уплотнитель 33 или 34, при этом плоские уплотнители 33, 34 установлены на не обращенных друг к другу сторонах соседних пластин 16, 17.
Статор 23 выполнен в форме кольцевой гильзы, зафиксированной от проворота шлицевым выступом 35, размещенным в ответном пазу корпуса 22 с возможностью смещения для самоустановки статора 23 в осевом направлении.
Крышки 18, 19 ротора закреплены резьбой на выходном валу 24 ротора.
Плита 6 предпочтительно выполнена заодно с валом 7 гидродвигателя, связанным с потенциометрическим датчиком 37 положения вала 7.
Золотник 4 выполнен заодно с сектором 38 зубчатой передачи 2, установлен на оси 3, соосной с валом 7 гидродвигателя. Золотник 4 снабжен скользящими контактными пружинами 39 токосъемника для взаимодействия с ламелью - концентричными неподвижными неполнокольцевыми контактами 40 (токопроводящими пластинами) датчика 41.
Подвод рабочей жидкости осуществляется через канал штуцера 42.
Шаговый электродвигатель 1 выполнен в виде 4-фазной электрической машины с импульсным возбуждением, 4-мя обмотками, встроенным магнитным фиксатором и добавочным сопротивлением, включенным в общий провод (не изображены). Вал (не изображен) электродвигателя 1 соединен зубчатой передачей 2 и сектором 38 с золотником 4. Сектор 38 предпочтительно выполнен заодно с золотником 4.
Гидравлический привод дискретного углового перемещения работает следующим образом.
В исходном положении при отсутствии электрического питания встроенный магнитный фиксатор шагового электродвигателя 1 обеспечивает фиксацию его вала в любом устойчивом положении.
Информация от системы управления подается на шаговый электродвигатель 1 в виде последовательности однополярных прямоугольных управляющих импульсов напряжением 26 В. При подаче одного импульса вал электродвигателя поворачивается на угол 3°. Режим работы электродвигателя повторно-кратковременный. Частота отработки шагов 0,5-500 Гц, потребляемый ток не более 2А. После отработки управляющего сигнала вал электродвигателя 1 останавливается.
Поворот вала электродвигателя 1 преобразуется в угловое перемещение, которое через зубчатую передачу 2 передается поворотному сектору 38 золотника 4. При отработке сигнала благодаря запаздыванию между поворотом золотника 4 и выходного вала 24 возникает угловое рассогласование и рабочие щели распределительных отверстий золотника 4 останутся открытыми. В результате поворота золотника 4 одна из полостей 25, 26, связанных каналами 8, 9, 10, 11 с распределительными каналами плиты 6 плоского золотника 4, соединяется с нагнетанием, а другая - со сливом. Каналами 27, 28 через полости 25, 26 две рабочие камеры из четырех (12, 13, 14, 15) гидродвигателя соединяются с нагнетанием, а две другие - со сливом. Плоскими уплотнителями 33, 34 обеспечивается герметичное разделение камер 12-15 по их наружному и боковому периметру, утечки практически исключены. На пластины 16 ротора действует усилие, а на выходном валу 24 формируется крутящий момент. Выходной вал 24 ротора поворачивается вместе с крышками 18, 19 в подшипниках 20, 21 на угол, пропорциональный количеству импульсов, поданных на электродвигатель 1. Одновременно с выходным валом 24 вращается распределительный вал 7 и его рассогласование с золотником 4 исчезает. Давление во всех камерах 12, 13, 14, 15 гидродвигателя выравнивается и выходной вал 24 останавливается.
Одновременно при повороте валов 7, 24 гидродвигателя движок потенциометра датчика 37 также поворачивается на угол, пропорциональный углу поворота вала 24, смещаясь от своего среднего положения. Выходное напряжение датчика 37 пропорционально углу поворота вала 24. В этом положении золотник 4 устанавливается в среднее положение, и поступление рабочей жидкости в камеры 12, 13, 14, 15 прекращается.
Золотник 4 выполнен таким образом, чтобы обеспечить доступ рабочей жидкости в полости 25, 26 при угловом рассогласовании между валом шагового электродвигателя 1 и валами 7, 24 гидродвигателя до 120 шагов в любую сторону, что соответствует повороту вала электродвигателя 1 на угол ±360°.
Благодаря возможности самоустановки статора 23 в корпусе исключено его заедание в контакте с крышками 18, 19.
Вал 7 при отсутствии давления может принять любое случайное положение - прокручивается при приложении внешнего усилия. Для установки его в нейтральное положение необходимо подачей импульсов на электродвигатель 1 установить золотник 4 в нейтральное положение, контролируемое с помощью датчика 41 положения золотника 4. Когда золотник 4 находится в нейтральном положении, ток идет через обе цепи контактного устройства этого датчика. При подаче давления вал 7 гидродвигателя, отрабатывая рассогласование с золотником 4, займет нейтральное (исходное) положение.
Наличие ламельного устройства датчика 41 позволяет совместить электрический нуль золотника 4 с гидравлическим, проводить регламентные проверки без подачи давления, получать информацию о положении золотника 4 относительно нейтрального положения вала 7 гидродвигателя, фиксируемого датчиком 37.
В эксплуатации обеспечиваются следующие параметры:
- время перемещения вала 7 гидродвигателя из одного крайнего положения в другое при частоте управляющих импульсов 500 Гц - 0,5 с;
- угол поворота вала 7 гидродвигателя до ±50° в любом направлении;
2
- номинальный момент на валу 7 гидродвигателя свыше 10 кгс·м при давлении до 300 кгс/см.
Таким образом, создан эффективный гидравлический привод дискретного углового перемещения, а также расширен арсенал гидравлических приводов.
При этом уменьшены габариты и вес, благодаря непосредственному преобразованию перепада давления на золотнике в поворотное движение рабочего органа, стабилизирован момент, развиваемый на валу и практически неизменный при всех текущих углах поворота, расширен диапазон углов поворота рабочего органа до 40°-50°, повышено значение допустимой максимальной нагрузки на рабочем органе. Одновременно снижены утечки, повышены точность, чувствительность и надежность привода.