Способ резервирования электрогидравлической системы регулирования частоты вращения и устройство для его осуществления

 

1. Способ резервирования электрогидравлической системы регулирования частоты вращения преимущественно двигателя внутреннего сгорания, заключающийся в том, что вырабатывают сигнал электрогидравлической системы , на вход гидромеханического регулятора подают сигнал задания, вырабатывают сигнал ошибки, равный разности между сигналом задания и сигналом , соответствующим замеренной частоте вращения двигателя, и сигнал, пропорциональный сумме сигнала ошибки и интеграла от сигнала ошибки, и воздействуют при помощи исполнительного сервомотора ни орган топливоподачи двигателя, отличающийс я тем, что, с целью повьшгения экономичности и надежности двигателя, вырабатывают сигнал управления, при помощи которого включают электрогидравлическую систему и одновременно отключают гидромеханический регуля ор путем выбора из сигналов управления и задания максимального сигнала, формирования первого сигнала рассогласования , равного разности между мак симальным сигналом и сигналом, соответствующим замеренной частоте вращения двигателя, второго сигнала рассог ласования, равного алгебраической сумме сигналов управления и интервала от сигнала ошибки, придания величине сигнала ошибки, меньшего из значений первого и второго сигналов рассогласования , причем на второй вход исполнительного сервомотора подают сигнал электрогидравлической системы. (О 2.Способ ПОП.1, отличающийся тем, что, с целью исключения влияния гидромеханического регулятора на работу электрогидравлической системы во всем диапазоне изменения частоты вращения двигателя, сигнал управления по величине подают с sl превьш1ением максимального значения 4 сигнала задания. сл 3.Устройство для резервирования электрогидравлической системы регусо лирования частоты вращения преимущественно двигателя внутреннего сгорания , содержащее гидромеханический регулятор, снабженный измерителем частоты вращения, сочлененным с первым входом управляющего органа с золотником , связанным с узлом компенсации статизма и исполнительным сервомотором , отличающееся тем, что, с целью повьппения экономичности и надежности двигателя, оно дополнительно содержит механизм управления с задатчиком сигнала управле

СОЮЗ СООЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (51) 4

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3582782/25-06 (22) 22.04.83 (46) 23.08.85. Бюл. № 31 (72) С.А.Абрамов, О.А.Горбунов, А.Н.Киреев, Б.П.Колосов

А.И.Коробенкав, Е.Е.Коссов, А.М.Попов, В.Н.Серегин и Б.С.Швайнштейн (71) Коломенский тепповозостроительный завод им. В.В.Куйбьппева (53) 621.432.55(088.8) (56) Бюллетень фирмы "Вудворд", США, № 82504 А, опублик 1969. (54) СПОСОБ РЕЗЕРВИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ

ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ

ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ. (57) 1. Способ резервирования электрогидравлической системы регулирования частоты вращения преимущественно двигателя внутреннего сгорания, заключающийся в том, что вырабатывают сигнал электрогидравлической системы, на вход гидромеханического регулятора подают сигнал задания, вырабатывают сигнал ошибки, равный разности между сигналом задания и сигналом, соответствующим замеренной частоте вращения двигателя, и сигнал, пропорциональный сумме сигнала ошибки и интеграла от сигнала ошибки, и воздействуют при помощи исполнительного сервомотора на орган топливоподачи двигателя, о т л и ч а ю щ и й— с я тем, что, с целью повьппения экономичности и надежности двигателя, вырабатывают сигнал управления, при помощи которого включают электрогид— равлическую систему и одновременно

„„30„„1174579 A отключают гидромеханический регулятор путем выбора из сигналов управления и задания максимального сигнала, формирования первого сигнала рассогласования, равного разности между мак симальным сигналом и сигналом, соответствующим замеренной частоте вращения двигателя, второго сигнала рассог ласования, равного алгебраической сумме сигналов управления и интервала от сигнала ошибки, придания величине сигнала ошибки, меньшего из значений первого и второго сигналов рассогласования, причем на второй вход исполнительного сервомотора подают сигнал электрогидравлической системы.

2. Способ по п.1, о т л и ч а ю— .шийся тем, что, с целью исключения влияния гидромеханического регулятора на работу электрогидравлической системы во всем диапазоне изменения частоты вращения двигателя, сигнал управления по величине подают с превьппением максимального значения сигнала задания.

3. Устройство для резервирования электрогидравлической системы регулирования частоты вращения преимущественно двигателя внутреннего сгорания, содержащее гидромеханический регулятор, снабженный измерителем частоты вращения, сочлененным с первым входом управляющего органа с золотником, связанным с узлом компенсации статизма и исполнительным сервомотором, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повьппения экономичности и надежности двигателя, оно дополнительно содержит механизм управления с эадатчиком сигнала управле1174579 ния, соединенным с органом задания, и суммирующий элемент с двумя входами и одним выходом, причем к его первому входу подключен узел компенсации статизма, к второму — механизм управ ления, выход — к золотнику управляющего органа, а электрогидравлическая система подключена к второму входу управляющего органа.

4. Устройство по п.3, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что задатчик сигнала управления связан с органом задания через механизм управления.

5. Устройство по пп. 3 и 4, о т— л и ч а ю щ е е с я тем, что меха— низм управления выполнен в виде сервомотора, снабженного золотником с электрическим приводом.

6. Устройство по пп.3 †5, о т л ич а ю щ е е с я тем, что сервомотор механизма управления соединен с .оргао ном задания, а выход суммирующего элемента связан с золотником управИзобретение относится к машиностроению,в частности, к дьигателестроению,а именно к способу и устройствам резервирования электрогидравлической системы регулированиячастоты вращения,5 преимущественно внутреннего сгорания.

Цель изобретения — повьппение экономичности и надежности двигателя путем обеспечения всережимной работы резервного регулирования и использования одного исполнительного сер вомотора.

На фиг.! представлена блок-схема системы регулирования; на фиг.2— первый вариант устройства, реализующего способ резервирования; на фиг.3 второй вариант устройства, реализующего способ резервирования; на фиг,4. вариант выполнения органа задания.

Система регулирования (фиг,!)со†2О держит электрогидравлическую систему и резервный регулятор, состоящий из первого селектора 2, первого сумматора 3, второго селектора 4, второго сумматора 5, интегратора 6 (устройства компенсации статизма) ляющего органа при помощи односторон них упоров, 7, Устройство по пп. 3,5 и 6, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что орган задания выполнен в виде электрогидравлического следящего привода, снабженного эадатником частоты вращения, дополнительным золотником и гидравлическим исполнительным сервомотором задания, управляющая полость которого соединена с:дополнительным золотником при помощи канала, 8. Устройство по пп, 3,5-7, о т— л и ч а ю щ е е с я тем, что задатчик сигнала управления подключен к зад .тчику частоты вращения следящего привода.

9, Устройство по пп. 3,5,7, о т— л и ч а ю щ е е с я тем, что в канале установлен вспомогательный золотник, связанный с задатчиком сигнала управления, и исполнительного сервомотора 7, имеющего первый и второй входы.

На вход первого селектора 2 поступаз т сигналы задания х и управле9 ния х . Селектор 2 производит опера3 цию выбора макс, (x>, х„). Поскольку сигнал х превьплает максимальный сигнал х>, то выходной .сигнал.селектора 2 равен х при отсутствии сигнала управления и х при его подаче. Пер вый сумматор 3 измеряет первый сигнал рассогласования 4 между выходным сигналом первого селектора 2 и фактической частотой вращения Q двигателя.

Одновременно во втором сумматоре 5 формируется второй сигнал рассогласования о как алгебраическая сумма сигнала управления х, сигнала х „ интегратора 6 и постоянной составляющей а. Сигналы рассогласования g и 3 поступают во второй селектор 4, выходной сигнал которого является сигналом о!пибки Е . Второй селектор 4 производит операцию выбора мин (Ь,Sj, т.е б=й, при h 3 и f=S при 3- .

1174579 при наличии рассогласования 1, Частота вращения двигателя определяется уровнем сигнала задания х, который изменяется от минимального до макси5 мального в зависимости от условий работы двигателя.. Таким образом обеспечивается всережимность резервного регулирования.

Первый вариант устройства (фиг.2), реализующего предложенный способ, содержит задатчик сигнала управления (не показан), формирующий сигнал управления х >, задающий рычаг 8, воздействующий через сектор 9 на орган

5 IO задания измерителя скорости, выполненный в виде стакана и задающий натяжение всережимной пружины ll, измеритель 12 скорости, управляющий орган, содержащий золотник 13, буксу

I4 с управляющим окном 15, втулку 16 с управляющим окном 17, перемещающуюся в буксе 14, устройство 6 компенсации статизма (интегратор), представляющее собой сервомотор цифференци5 ального типа, управляющая (нижняя) полость которого соединена с окном 15 буксы 14, исполнительный сервомотор

7 также дифференциального типа, уп— равляющая полость которого соединена с окном 17 во втулке 16, механизм управления, выполненный в виде сервомотора 18 дифференциального типа, уп равляющая (верхняя) полость которого соединена золотником 19 с электрическим приводом 20, суммирующий элемент, выполненный в виде суммирующего рычага 21, соединенного с сервомотором 6, сервомотором 18 и взаимодействующего через рычажную передачу 22- с золотником 13. Сервомотор 18 воздействует на стакан 10 а рычаг 22 — на золотник

13 с помощью односторонних упоров 23 и 24, жестко связанных соответствен— но со стаканом 10 и золотником 13.

Сервомоторы 6 и 7 электрогидравлической системы 1 сочленены с втулкой 16 рычажной передачей 25. Измеритель 12 скорости получает вращение от коленчатого вала двигателя,(привод измерителя скорости не показан).;

Устройство работает следующим образом.

При необходимости осуществления ре зервного регулирования, связанного, например, с отказом основной электрогидравлической системы 1, снимается сигнал управления х который отклю5 % чает электрогидравлическую систему

Способ реализуется следующим образом.

На первый вход 8 исполнительного сервомотора 7 подают выходной сигнал электрогидравлической системы 1, на второй вход 9 — сигнал, пропорциональный сумме сигнала ошибки E и интеграла от сигнала ошибки х, а исполнительным сервомотором 7 управляют органом (не показан ) топливоподачи двигателя.

При работе электрогидравлической системы 1 ее выходным сигналом через сервомотор 7 управляют органом топливоподачи двигателя, а с целью исключения влияния резервного регулятора иа работу всей системы величине сигнала ошибки и величине интеграла от сигнала ошибки х; задают постоянное значение. Для этого подают сигнал управления х> на электрогидравлическую систему 1, на вход второго сумматора 5 и через первый селектор

2 на вход первого сумматора 3. Сиг.нал х включает в работу электрогидравлическую систему I. Параметр а выбран таким образом, что в этом случае > 8 и сигнал ошибки 1-. вторым селектором 4 приравнивается второму сигналу рассогласования 1, благодаря 0 чему интегратор через второй сумма— тор 5 и второй селектор 4 охватывается жесткой отрицательной обратной связью, Вследствие этого сигнал ошибки становится равным нулю, а выход- 35 ной сигнал х интегратора — постоян1 ной величине, определяемой уровнем сигнала х и параметра а

При необходимости включения в работу резервного регулятора, например, 40 в связи с отказом электрогидравлической системы, последнюю отключают, снимая сигнал управления х . При этом . сигнал х снимается также с второго сумматора 5 и первого селектора 2. 45

В этом случае S ) h и сигнал ошибки селектором 4 приравнивается первому сигналу рассогласования, обратная связь интегратора 6 разрывается.

Сигнал ошибки !, изменяясь в соответ50 ствии с разностью сигнала задания х> .и фактической частотой вращения двигателя, поступает на второй вход 9 сервомотора 7,< на который заводится также интеграл х, от сигнала ошибки. 55

Сумма указанных сигналов E и х„ управляет сервомотором 7, который перемещает орган тонливоподачи двигателя

1174579

I, переводя ее выходной орган в риксированное положение, и обесточивает электромагнит 20, в результате чего золотник 19 с электрическим приводом под действием пружины 26 перемещается вверх, соединяя управляющую (верхнюю) полость сервомотора 18 со сливом,. Сервомотор 18 под действием давления, поступающего в нижнюю полость, 1!! перемещается вверх до механического упора, поднима суммирующий рычаг 21 вверх, а рычаг 22 вниз, и освобождает стакан 10 и золотник 13. Между рычагом 22 и упором 24 и .сервомотором 15

18 и упором 23 образуются соответственно зазоры а, и в. Положение стакана 10, а следовательно, и усилие всережимной пружины 11 определяется сигналом х задающего ры ага 8. На уста- 20 новившемся режиме работы двигателя усилие всережимной пружины 11 равно центробежной силе измерителя !2 скорости, и золотник 13, сочлененный с измерителем 12 скорости, находится

/ в р авнове сном (среднем) положении, 3 при котором он своими управляюшими поясками перекрывает управляющие окна 15 в буксе 14 и окна 17 во втулке

16, вследствие чего сервомоторы 6 и

7 неподвижны и занимают положение,. при .котором подача топлива в двигатель соответствует нагрузке, При изменении сигнала задания х, 35 например, в сторону увеличения сектор 9 через стакан 10 затягивает всережимную пружину 11, равновесие золотника 13 нарушается и он опускается вниз, соединяя управляющую по- ®б лость сервомотора 6 через окно 15 с напорной полостью, а управляющую полость сервомотора 7 через окно 17 со сливной. Движение сервомотора 6 через рычажную передачу 25 передает— ся втулке 16, которая под действием сервомотора 6 еще больше открывает окно 17. Сервомотор 7 смещается вниз и перемещает орган топливоподачи двигателя в сторону увеличения подачи топлива. Частота вращения двигателя возрастает до тех пор, пока центробежная сила измерителя 12 не станет равной усилию пружины 11 и золотник не перекроет регулирующее ок- 55 но 15. При этом втулка 16 также занимает исходное положение под действием обратной связи от сервомотора

7, осуществляемой через рычажную передачу 25.

При нарушении равновесия, связанном, например, с увеличением нагрузки на двигатель, частота вращения уменьшается, и золотник 13 смещается вниз. При этом так же, как описано выше, сервомотор 7 увеличивает подачу топлива до тех пор пока частота вращения не восстановится. На новом установившемся режиме золотник 13 и втулка 16 занимают исходное состояние, смещение сервомотора 7 в сторону подачи топлива скомпенсировано пропорциональным перемещением сервомотора

6. При этом исключается влияние сервомотора 6 на положение золотника 13, так как между рычагом 22 и упором 24 имеется зазор а при всех положениях сервомотора 6.

При работе основной электрогидравлической системы 1 задатчик сигнала управления подает сигнал управления х у, который включает электрогидравли ческую систему и одновременно,запитывает электромагнит 20, который опускает золотник 19 вниз. Золотник

19 соединяет управляющую полость сервомотора 18 с напорной масляной магистралью, и сервомотор 18 перемещается вниз. При перемещении вниз сервомотор выбирает зазор в и смещает стакан 10, который затягивает пружиI ну 11. Ход сервомотора 18 регулируется винтом 27 и выбирается таким, чтобы усилие пружины 11 под действием перемещения стакана 10 от сервомотора 18 было больше на 5-10Х, чем от максимального сигнала задания х . При этом сектор 9 поворачивается по часовой стрелке, и его левый упор отрывается от задающего рычага

8. Однако золотник 13 в этом случае не смещается вниз, так как сервомотор 18 одновременно через суммирующий рычаг 21 поднимает рычаг 22, который выбирает зазор а и, воздействуя на упор 24, поддерживает золотник в среднем положении, Таким образом, сервомотор 6 посредством рычага 21, рычажной передачи 22 и упора

24 охватывается жесткой отрицательной обратной связью, благодаря чему он занимает строго определенное положение, а золотник 13 — среднее положение, при котором его рабочий поясок перекрывает управляющее ок1174579 рого связана с треугольной пластиной

31, перемещающейся под действием элек тромагнитов 32, подключ нных к задат чику 33 скорости. На эадатчик 33 ско рости воздействует сигнал заданиях

3 и может также воздействовать эадатчик сигнала управления х . Остальные элементы устройства те же, что на !

О фиг.2, на фиг.3 не показаны.

Устройство работает следующим образом.

При работе резервной системы сигнал х отсутствует, сервомотор IS l5 находится на верхнем упоре, между упором 24 и рычагом 22 имеется зазор

Сигнал х > задает комбинацию включения электромагнитов 32 (кроме комбинации, при которой включены все магниты), определяющую положение сервомотора 10, натяжение всережимной пружины.11 и, следовательно, частоту вращения двигателя.

На установившемся режиме дополни—

25 тельныи золотник 28 перекрывает управляющую полость сервомотора 10, вследствие чего он неподвижен, а частота вращения двигателя соответствует натяжению всережимной пружиЗ0 ны 11. При необходимости изменения частоты вращения, например в сторону увеличения, сигналом x задается другая комбинация включения электро. магнитов 32,.под действием которых треугольная пластина 31, через рычаг

30 опускает вниз дополнительный золотник 28, соединяющий управляющую полость сервомотора 10 с напорной масляной магистралью. Сервомотор 10

40 под действием давления масла опускается вниз, сжимает всережимную пружину 11 и одновременно через тя— гу 29 и рычаг 30 возвращает дополнительный золотник 28 в исходное поло45 жение, после чего он останавливается. но 15 в буксе 14. Если под действием сервомотора 18 золотник 1З.оказывается не в среднем положении, а например, вышее, то он через окно 15 сообщает управляющую полость сервомо тора 6 со сливом и сервомотор 6 перемещается вниз, устанавливая золотник 13 в исходное среднее положение через рычаг 21 и рычажную передачу

22. Положение сервомотора 6 в дальнейшем не изменяется, так как оно определяется постоянными величинами, а именно: ходом сервомотора 18, параметрами рычажных передач 21 и 22 и положением упора 24 относительно золотника 13. Таким образом, золотник 13 и сервомотор 6, определяющие соответственно сигнал ошибки с (фиг ° 1) и интеграл х, от сигнала ошибки, занимают строго определенное положение и не влияют на работу электрогидравлической системы 1. Для электрогидравлической системы 1 в качестве исполнительного механизма используется сервомотор 7 (фиг.2) резервного регулятора. В этом случае сервомотором 7 управляет втулка 16..

На установившемся режиме она занимает среднее положение и окно 17 перекрыто пояском золотника 13. При изменении выходного сигнала электрогидравлической системы 1, связанным, например, с изменением нагрузки двигателя, выходной орган электрогидрав лической системы 1 перемещает, например вниз, правый конец рычага 25 и втулку 16, окно 17 которой, а следовательно, и управляющая полость сервомотора 7 соединяются с напорной магистралью. Сервомотор 7 перемещается вверх, уменьшая подачу топлива в двигатель, и возвращает через рычажную передачу, 25 втулку 16 в исходное состояние.

Второй вариант устройства (фиг.3) отличается тем, что сервомотор 18 механизма управления воздействует только на суммирующий рычаг 21, а орган задания выполнен в виде электрогидравлического следящего привода, включающего гидравлический исполнительный орган )О задания (сервомотор), управляющая (верхняя) полость которого соединена с дополнительным золотником 5

28. Сервомотор задания 10 охвачен отрицательной обратной связью через тягу 29 и рычаг 30, средняя точка котоВозросшее усилие всережимной пружи. ны 11 нарушает равновесие золотника

13„ в результате чего он опускается

50 вниз, а сервомотор 7 (фиг.2) как это описано выше, смещается в сторону увеличения подачи топлива, при этом частота вращения двигателя возрастает до значения, при котором зо5 лотник 13 занимает исходное среднее положение. Так осуществляется позиционное резервное всережимное регулн рование частоты вращения.

1174579

При работе. электрогидравлической системы задатчик сигнала управления вырабатывает сигнал управления х>,, Под действием сигнала х задатчик 33 скорости (фиг.3) запитывает все электромагниты 32, треугольная пластина

3! опускается вниз, смещая также вниз золотчик 28, в результате чего сервомотор 10 под действием давления масла движется вниз, сжимает всере— жимную пружину 11 и через тягу 29 и рычаг 30 возвращает дополнительный золотник 28 в исходное состояние.

Сервомотор 10 под действием сигнала управления х, когда эапитываются все электромагниты 32, смещается на 510Х больше, чем от максимального сигнала х, при работе резервной системы. Поэтому измеритель 12 скорости (фиг.2) не влияет на работу, так как его центробежная сила в рабочем диапазоне частот вращения двигателя меньше усилия всережимной пружины 11.

В остальном работа устройства аналогична описанию первого варианта выполнения (фиг.2).

На фиг.4 задатчик сигнала управления х воздействует на орган задания через вспомогательный золотник 34, включенный в канал, соединяющий управляющую полость сервомотора 10 задания с дополнительным золотником 28.

При работе резервного регулятора электромагнит 35 обесточен, вспомога10 тельный золотник 34 пружиной 36 смещен вниз и соединяет управляющую полость сервомотора 10 с дополнительным золотником 28. Положение сервомотора 10 определяется выходным сиг15 налом задатчика 33 скорости (комбинацией включения электромагнитов 32) . !

При подаче сигнала управления х вспомогательный золотник 34, смещаясь вверх, соединяет управляющую полость сервомотора 10 с напорной масляной магистралью, под действием которой он смещается вниз. Величина его смещения регулируется упором 37. В остальном работа устройства аналогична работе второго варианта выполнения (фиг. 3) .

3174579

1174579

1174579

Составитель В.Славников

Редактор A.Ñàáî Техред Т.Фанта Корректор М,Максимишинец

Заказ 5156/33 Тираж 538 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4