ЭЛЕКТРОГИДРОСТАТИЧЕСКИЙ ПРИВОД С ВЗВОДИМЫМ ГИДРОКОМПЕНСАТОРОМ И КЛАПАНОМ ДЕМПФИРОВАНИЯ
ELECTROHYDROSTATIC DRIVE WITH COCKED HYDRAULIC COMPENSATOR AND DAMPING VALVE

Предлагаемое устройство относится к следящим электрогидравлическим системам управления и может быть использовано в качестве автономного исполнительного электрогидравлического механизма в системах управления летательных аппаратов.
Известен электрогидростатический привод с взводимым гидрокомпенсатором, схема которого показана на Фиг.1 (см. Патент РФ №2289878 на изобретение «Электрогидростатический привод с взводимым гидрокомпенсатором» от 18.07.2005).
Привод содержит электронные блоки управляющего микропроцессора и усилителя-инвертора, обеспечивающего работу бесколлекторного электродвигателя постоянного тока 9, реверсивный нерегулируемый насос 8, гидроцилиндр 15 и вспомогательные элементы: взводимый гидрокомпенсатор 5, клапаны подпитки 3, предохранительные клапаны 4, электрогидравлический клапан стопорения штока гидроцилиндра 14, ограничители расхода 2, фильтр 7 с его предохранительным клапаном 10. Привод замкнут позиционной обратной связью с помощью датчика положения штока гидроцилиндра 1.
Скорость перемещения штока гидроцилиндра 15 регулируется подачей насоса 8, которая, в свою очередь, управляется скоростью вращения вала электродвигателя 9, задаваемой управляющим микропроцессором.
Взводимый гидрокомпенсатор 5 имеет пружинный блок 6 с ограничением максимальной длины предварительно сжатой пружины, плунжер взвода 11, под торец которого подведено давление в одной из ветвей основного гидравлического контура привода, упор 13 пружинного блока и электромагнит 12 снятия взвода компенсатора. При выключенном приводе пружинный блок 6 имеет возможность сместиться на своем основании вправо и не давит на поршень компенсатора, при этом избыточное давление жидкости в компенсаторе практически отсутствует.
Для взвода гидрокомпенсатора после включения привода его управляющий контроллер включает обмотку клапана стопорения штока гидроцилиндра 14, фиксируя выходной шток привода для исключения силового воздействия привода на объект регулирования, приводит во вращение насос и развивает давление в одной из ветвей основного гидравлического контура привода, которое подается под торец плунжера 11 взвода гидрокомпенсатора. При этом плунжер взвода смещается до упора влево и надвигает пружинный блок на поршень компенсатора. При крайне левом положении плунжера взвода упор 13 фиксирует его в этом положении, после чего взведенное состояние гидрокомпенсатора сохраняется вне зависимости от величины давления под торцом плунжера взвода 11. При рабочем положении пружинного блока две его обоймы сближаются и предварительно сжатая пружина, упираясь в поршень компенсатора, развивает давление в нем. После взвода компенсатора сигнал с электродвигателя снимается и открывается клапан стопорения, после чего привод готов к работе. Для снятия взвода гидрокомпенсатора после выключения привода кратковременно включается обмотка его электромагнита, который освобождает пружинный блок.
Клапаны подпитки 3 обеспечивают восполнение жидкости в основном гидравлическом контуре привода и ограничивают падение давления в нем ниже минимального уровня, задаваемого работой гидрокомпенсатора 5. Предохранительные клапаны 4 ограничивают величину максимального давления в приводе.
В общем случае отказа какого-либо из основных элементов привода (например, электродвигателя или его усилителя-инвертора, насоса, датчика положения выходного звена) он может задавать неконтролируемое перемещение управляемого объекта или зафиксировать его в неопределенном положении. Появление подобного активного отказа привода при выходе из строя какого-либо из его основных элементов является существенным недостатком привода и значительно усложняет его применение в резервированных системах автоматического управления.
Недостатком привода-прототипа является и сложность конструкции фиксатора примененного в нем взводимого гидрокомпенсатора.
Технической задачей заявляемого изобретения является устранение указанных недостатков.
Поставленная задача решается тем, что заявляемый электрогидростатический привод с взводимым гидрокомпенсатором и клапаном демпфирования (привод), содержащий электронные блоки управляющего микропроцессора и усилителя-инвертора, бесколлекторный электродвигатель постоянного тока, реверсивный нерегулируемый насос, гидроцилиндр, взводимый гидрокомпенсатор, обеспечивающий во взведенном состоянии повышенное давление (порядка 2…3 МПа) в своей рабочей полости, фильтр, клапаны подпитки, предохранительные клапаны, датчик положения штока гидроцилиндра,
согласно изобретению снабжен дренажным гидрокомпенсатором, антикавитационными клапанами насоса, обратным клапаном дренажных полостей, стоящим между рабочей и дренажной полостью взводимого гидрокомпенсатора, командным электрогидравлическим клапаном, соединяющим свой выходной канал либо с полостью дренажного гидрокомпенсатора, либо с рабочей камерой взводимого гидрокомпенсатора, двухпозиционным клапаном демпфирования, на один торец которого действуют силы пружины и давления жидкости в дренажном гидрокомпенсаторе, а на другой торец - выходное давление командного клапана, при этом клапан демпфирования в одном положении соединяет полости гидроцилиндра с насосом, а в другом замыкает их демпфирующим и нагрузочным дросселями соответственно, а взводимый гидрокомпенсатор выполнен с возвратной пружиной, электрогидравлическим клапаном-фиксатором плунжера взвода и герметичной дренажной полостью, соединенной с дренажным гидрокомпенсатором.
Согласно изобретению предлагаемый привод отличается от прототипа:
- Использованием дренажного гидрокомпенсатора, поддерживающего низкое давление (порядка 0,1…0,3 МПа) в дренажных каналах привода и компенсирующего утечки из привода, а также температурные изменения объема жидкости в нем.
- Выполнением взводимого гидрокомпенсатора с возвратной пружиной, электрогидравлическим клапаном-фиксатором плунжера взвода, герметичной дренажной полостью, соединенной с дренажным гидрокомпенсатором.
- Использованием маломощного командного электрогидравлического клапана, соединяющего свой выходной канал либо с полостью дренажного гидрокомпенсатора, либо с рабочей камерой взводимого гидрокомпенсатора.
- Применением двухпозиционного клапана демпфирования, на один торец которого действуют силы пружины и давление жидкости, подведенной от дренажного гидрокомпенсатора, а на другой торец - выходное давление командного клапана. Клапан демпфирования либо соединяет полости гидроцилиндра с насосом, либо замыкает полости гидроцилиндра демпфирующим дросселем, а патрубки насоса -нагрузочным дросселем.
- Использованием обратного клапана дренажных полостей, стоящим между рабочей камерой и дренажной полостью взводимого гидрокомпенсатора.
- Применением антикавитационных клапанов насоса.
Указанные отличия позволяют:
- Переключать электрогидростатический привод из активного режима в режим пассивного демпфирования выходного звена при отказах его агрегатов (опорожнении рабочей камеры взводимого гидрокомпенсатора, обрыве линии управления командного клапана, отказе насосной станции привода, выявленной системой контроля привода, заложенной в программу управляющего микропроцессора и т.д.) путем снятия напряжения с обмотки командного электрогидравлического клапана и, как следствие, отключения насоса от гидроцилиндра и замыкания его полостей демпфирующим дросселем.
- Повысить функциональные возможности привода за счет переключения исправного привода из активного режима в режим пассивного демпфирования и обратно в произвольное время при получении управляющим микропроцессором привода соответствующего командного сигнала.
- Использовать маломощный электрический сигнал для переключения мощного клапана демпфирования, обеспечивающего при активном режиме работы привода любой мощности минимальные потери давления в своих каналах.
- Обеспечить взвод гидрокомпенсатора за счет использования нагрузочного дросселя в клапане демпфирования, вызывающего необходимое повышение давления под торцом плунжера взвода гидрокомпенсатора во время включения привода.
- Обеспечить после снятия взвода взводимого гидрокомпенсатора автоматический перелив возможного избытка жидкости в дренажных полостях привода в рабочую камеру взводимого гидрокомпенсатора для подготовки привода к последующей работе. Перелив осуществляется под действием возвратной пружины взводимого гидрокомпенсатора и пружины дренажного гидрокомпенсатора через обратный клапан дренажных полостей.
- Упростить конструкцию взводимого гидрокомпенсатора за счет использования электрогидравлического клапана-фиксатора плунжера взвода.
- Обеспечить безкавитационную работу насоса при замыкании его патрубков нагрузочным дросселем клапана демпфирования.
Указанные отличия являются принципиальными и создают новизну предлагаемого решения.
Сущность заявляемого изобретения поясняется чертежами, где
на Фиг.1 показана схема прототипа электрогидростатического привода с взводимым гидрокомпенсатором,
на Фиг.2 показана принципиальная схема заявляемого электрогидростатического привода с взводимым гидрокомпенсатором и клапаном демпфирования.
Электрогидростатический привод с взводимым гидрокомпенсатором и клапаном демпфирования (привод) работает следующим образом:
В выключенном состоянии привода с обмоток электрогидравлических командного клапана 20 и клапана-фиксатора 18 снято напряжение, при этом клапан демпфирования 3 под действием пружины переключен в состояние, когда выходные патрубки насоса 13 замкнуты нагрузочным дросселем 5.
к
к
При включении привода используется пусковой алгоритм управляющего микропроцессора для взвода гидрокомпенсатора 19, по которому подачей командного сигнала на бесконтактный электродвигатель постоянного тока 16 раскручивается вал насоса 13 до скорости, при которой давление в правой ветви основного гидравлического контура поднимается до величины 5…10 МПа за счет сопротивления нагрузочного дросселя 5. На обмотку электрогидравлического клапана-фиксатора 18 кратковременно подается напряжение, он открывается и высокое давление правой ветви основного гидравлического контура подается под торец плунжера взвода 17, который сдвигает пружинный блок взводимого гидрокомпенсатора 19. Этот блок имеет предварительно сжатую пружину 8 с ограничением ее максимальной длины. При сдвиге пружинного блока в рабочее положение предварительно сжатая пружина 8 дополнительно сжимается и развивает повышенное давление Р порядка 2…3 МПа в рабочей (левой) камере компенсатора 19. Взведенное положение плунжера 17 фиксируется путем закрытия клапана-фиксатора 18 вплоть до выключения привода. Пусковой алгоритм завершается прекращением раскрутки вала насоса 13, замыканием в управляющем микропроцессоре следящего контура привода сигналом обратной связи с датчика 21 и подачей напряжения на обмотку командного клапана 20, который подводит давление Р под правый торец клапана демпфирования 3, переключая привод в активный режим работы.
При активном режиме работы выходные патрубки насоса 13 соединены клапаном 3 с полостями гидроцилиндра 1. При этом скорость и направление движения штока гидроцилиндра определяется подачей насоса, которая, в свою очередь, задается скоростью и направлением вращения вала бесколлекторного электродвигателя 16, управляемого микропроцессором. Таким образом, в активном режиме привод работает как гидростатический привод с повышенным уровнем давления в сливной полости, равным давлению в рабочей камере гидрокомпенсатора 19.
Дренажная полость 9 взводимого гидрокомпенсатора 19 соединена с дренажным гидрокомпенсатором 10 малого объема, который служит для поддержания нижнего уровня давления в автономном приводе порядка 0,1…0,2 МПа при наличии утечек и изменения температуры жидкости.
Использование повышенного давления взводимого гидрокомпенсатора позволяет:
- повысить динамическую жесткость привода за счет исключения влияния нерастворенного воздуха в жидкости,
- обеспечить надежное переключение клапана демпфирования привода любой мощности при использовании маломощного командного электрогидравлического клапана,
- уменьшить объем рабочей камеры взводимого гидрокомпенсатора за счет устранения вспенивания рабочей жидкости.
В случае необходимости, например, после выявленного отказа какого-либо из основных элементов привода или привода в целом последний переводится в режим демпфера выходного звена путем снятия напряжения с обмотки командного клапана 20. При этом снятие напряжения осуществляется либо управляющим микропроцессором привода (по команде программы контроля текущего состояния привода), либо внешней по отношению к приводу системой контроля резервированной системы управления объектом (на фиг.2 не показана). Отключение командного клапана 20 приводит к выравниванию давлений на торцах клапана демпфирования 3 и он под действием пружины переключается в состояние, когда полости гидроцилиндра 1 соединены через демпфирующий дроссель 4. Нагрузочный дроссель 5, включающийся при этом в гидравлический контур насоса 13, позволяет контролировать состояние электродвигателя и насоса во время режима демпфера привода путем задания тестового командного сигнала, поддерживающего малые обороты насоса. Для предотвращения кавитации насоса в этом режиме служат антикавитационные клапаны 12.
Возможны повторные переводы привода из режима демпфера в активный режим путем включения клапана 20.
При работе привода и, особенно, при переключениях клапана демпфирования 3 небольшое количество жидкости из основной гидросистемы привода может перетекать в дренажный гидрокомпенсатор 10. Для исключения постоянного накопления объема утечек в дренажном гидрокомпенсаторе в приводе предусмотрена автоматическая перекачка избытка жидкости в дренажном гидрокомпенсаторе в рабочую камеру взводимого гидрокомпенсатора 19 при выключении привода после полета. При выключении привода снимается взвод гидрокомпенсатора 19 путем кратковременного включения клапана 18, при этом поршень гидрокомпенсатора 19 и плунжер взвода 17 приводятся в исходное состояние возвратной пружиной 7. Во время этого движения давление в рабочей камере взводимого гидрокомпенсатора ниже давления в дренажных полостях и возможный избыток жидкости в дренажных полостях привода перекачивается пружиной дренажного гидрокомпенсатора 10 через обратный клапан дренажных полостей 6 в рабочую камеру взводимого гидрокомпенсатора.
Предохранительные клапаны 11, открываясь при чрезмерном нагружении привода, ограничивают величину максимального давления в нем. Предохранительный клапан фильтра 14 обеспечивает работу привода и целостность фильтра при его засорении. Клапаны подпитки 2 препятствуют падению давления в полостях гидроцилиндра ниже давления в рабочей полости взводимого гидрокомпенсатора при наличии помогающей силы на штоке.