Электрогидравлический привод

 

Использование: в системах нагружения испытательных стендов и в системах управления самолетов, подъемно-транспортных и других машин. Сущность изобретения: обмотка управления электромеханического преобразователя электрогидравлического усилителя мощности подключена к выходу электронного блока управления, один выход к-рого соединен с выходом задатчика управляющего сигнала. Каждая рабочая полость дифференциального гидроцилиндра соединена с источником питания постоянного давления и сливом через индивидуальный электрогидравлический усилитель мощности, обмотки управления преобразователей к-рых подключены к разным выходам электронного блока управления. Отношение электрических сигналов на выходах электронного блока управления равно отношению эффективных площадей поршня гидроцилиндра со стороны его соответствующих рабочих полостей, возведенному в степень с показателем, определяемым для обоих возможных направлений движения выходного звена гидроцилиндра исходя из заданной системы неравенств. 1 ил.

Изобретение относится к области объемного гидропривода, а именно к электрогидравлическим приводам с дроссельным управлением и дифференциальными гидроцилиндрами, и может быть использовано, например, в системах нагружения испытательных стендов и в системах управления самолетов, подъемно-транспортных и других машин.

Известен электрогидравлический привод, содержащий источник питания постоянного давления, дифференциальный гидроцилиндр и электрогидравлический усилитель мощности, обмотка управления электромеханического преобразователя которого подключена к выходу электронного блока управления, один из входов которого соединен с выходом задатчика управляющего сигнала (1). В данном электрогидравлическом приводе одна из рабочих полостей дифференциального гидроцилиндра соединена с источником питания постоянного давления и сливом через электрогидравлический усилитель мощности, а другая рабочая полость гидроцилиндра непосредственно соединена со сливом, вследствие чего на выходном звене гидроцилиндра возможно создание усилий только одного знака (направления), что ограничивает область применения известного привода и является его техническим недостатком.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту является принятый в качестве прототипа электрогидравлический привод, содержащий источник питания постоянного давления, дифференциальный гидроцилиндр и электрогидравлический усилитель мощности, обмотка управления электромеханического преобразователя которого подключена к выходу электронного блока управления, один из входов которого соединен с выходом задатчика управляющего сигнала (2).

Если потери давления на рабочем окне выходного каскада электрогидравлического усилителя мощности, сообщающем со сливом рабочую полость гидроцилиндра, со стороны которой эффективная площадь поршня имеет меньшее значение, в силу соответствующей величины попутной (совпадающей по направлению со скоростью движения выходного звена гидроцилиндра) нагрузки близки к значению давления питания электрогидравлического привода, то в другой рабочей полости гидроцилиндра, которая при этом сообщается с выходом источника питания, и, таким образом, является напорной, давление снижается до упругости насыщенного пара рабочей жидкости и начинается кавитация, что отрицательно сказывается на характеристиках работы привода в целом, т.е. является его техническим недостатком.

Параметры гидропривода с дроссельным управлением выбирают, в первую очередь, исходя из условия обеспечения требуемого закона движения объекта управления, или, говоря другими словами, из условия совместимости диаграммы нагрузки, представляющей собой связь потребных усилия на выходном звене гидродвигателя и скорости его движения, и механической характеристики гидропривода, представляющей собой зависимость скорости движения выходного звена гидродвигателя, которую может обеспечить привод, от нагружения на этом звене. Суть указанного условия состоит в том, что диаграмма нагрузки всеми своими точками должна располагаться внутри области скоростей и усилий на выходном звене гидродвигателя, обеспечиваемых согласно механической характеристике гидропривода, то есть при любом допустимом значении нагрузки должна обеспечиваться скорость движения выходного звена гидродвигателя, не меньшая той, что требуется по диаграмме нагрузки.

Для исключения кавитационных явлений при работе с попутной нагрузкой на выходном звене рассматриваемого электрогидравлического привода с дроссельным управлением и дифференциальным гидроцилиндром приходится завышать давление питания привода по сравнению со значением, необходимым при прочих равных условиях из условия обеспечения требуемого закона движения объекта управления.

Завышение величины давления питания известного электрогидравлического привода приводит к повышенным потерям энергии при его эксплуатации, что также является его техническим недостатком.

Технической задачей данного изобретения является создание электрогидравлического привода с дроссельным управлением и дифференциальным гидроцилиндром, обладающего пониженными потерями энергии и повышенными динамической жесткостью и частотой собственных колебаний и исключающего кавитационные явления в полостях гидроцилиндра при нагружении выходного звена последнего попутным усилием.

Сущность изобретения заключается в том, что в электрогидравлическом приводе, содержащем источник питания постоянного давления, дифференциальный гидроцилиндр и электрогидравлический усилитель мощности, обмотка управления электромеханического преобразователя которого подключена к выходу электронного блока управления, один из входов которого соединен с выходом задатчика управляющего сигнала, каждая из рабочих полостей дифференциального гидроцилиндра соединена с источником питания и сливом через индивидуальный электрогидравлический усилитель мощности, обмотки управления электромеханических преобразователей которых подключены к разным выходам электронного блока управления, причем отношение электрических сигналов на упомянутых выходах электронного блока управления равно отношению эффективных площадей поршня дифференциального гидроцилиндра со стороны его соответствующих рабочих полостей, возведенному в степень с показателем R, определяемым для обоих возможных направлений движения выходного звена гидроцилиндра из системы неравенств: где Aнп, Aсп эффективные площади поршня дифференциального гидроцилиндра соответственно со стороны его напорной и сливной полостей; fнп, fсп коэффициенты пропорциональности переменных составляющих силы трения в подвижных парах гидроцилиндра значениям давления рабочей жидкости соответственно в напорной и сливной полостях гидроцилиндра; постоянная составляющая силы трения в подвижных парах гидроцилиндра; Pсл давление слива; Рп давление рабочей жидкости, создаваемое источником питания постоянного давления; Rпоп max максимально возможное значение попутной нагрузки на выходном звене гидроцилиндра; Pдоп minPдоп max соответственно минимальное и максимальное допустимые значения давления в рабочих полостях гидроцилиндра.

Соединение каждой из рабочих полостей дифференциального гидроцилиндра с источником питания постоянного давления и сливом через индивидуальный электрогидравлический усилитель мощности, обмотки управления электромеханических преобразователей которых подключены к разным выходам электронного блока управления, и обеспечение равенства отношения электрических сигналов на упомянутых выходах электронного блока управления отношению эффективных площадей поршня дифференциального гидроцилиндра со стороны его соответствующих рабочих полостей в степени с показателем R, определяемым из приведенной выше системы неравенств, обеспечивают при принятом значении давления питания электрогидравлического привода и прочих условиях: исключение в процессе работы привода уменьшения давления в рабочих полостях дифференциального гидроцилиндра ниже допустимой величины Pдоп min и, соответственно, исключение кавитационных явлений в полостях гидроцилиндра, исключение увеличения давления в полостях гидроцилиндра сверх допустимой величины Pдоп max, а также одновременное изменение в противофазе давления в обеих рабочих полостях гидроцилиндра во всем рабочем диапазоне изменения нагрузок на его выходном звене. В силу последнего обстоятельства (по сравнению со случаем, когда уменьшение давления в полостях гидроцилиндра ограничивается определенным уровнем посредством системы подпитки) предлагаемый электрогидравлический привод обладает повышенными значениями динамической жесткости и частоты собственных колебаний.

На чертеже изображена структурная схема электрогидравлического привода.

Электрогидравлический привод, включает в себя дифференциальный гидроцилиндр 1, каждая из рабочих полостей 2 и 3 которого через индивидуальный электрогидравлический усилитель мощности соединена с источником питания постоянного давления 4 и сливом, а именно: полость 2 через усилитель 5, а полость 3 через усилитель 6.

Электрогидравлические усилители мощности 5 и 6 выполнены идентичными и имеют конструкцию, обеспечивающую пропорциональность площади (в соответственно и проводимости) рабочих окон, открываемых дросселирующим золотником выходного каскада усиления, величине управляющего электрического сигнала на обмотке управления электромеханического преобразователя усилителя (на чертеже дросселирующие золотники и электромеханические преобразователи электрогидравлических усилителей мощности 5 и 6 не показаны). Это могут быть усилители мощности с подпружиненным относительно корпуса дросселирующим золотником или с неподпружиненным золотником и механической силовой, гидромеханической, либо электрической обратной отрицательной связью по положению золотника.

Обмотки управления электромеханических преобразователей электрогидравлических усилителей мощности 5 и 6 подключены к разным выходам электронного блока управления 7, причем отношение электрических сигналов на упомянутых выходах электронного блока управления 7 равно отношению эффективных площадей поршня дифференциального гидроусилителя 1 со стороны его соответствующих рабочих полостей, возведенному в степень с показателем R, определяемым из системы неравенств: (1)
(2)
где Aнп, Aсп эффективные площади поршня дифференциального гидроцилиндра 1 соответственно со стороны его напорной и сливной полостей;
fнп, fсп коэффициенты пропорциональности переменных составляющих силы трения в подвижных парах гидроцилиндра 1 значениям давления рабочей жидкости соответственно в напорной и сливной полостях гидроцилиндра;
постоянная состоящая силы трения в подвижных парах гидроцилиндра 1;
Pсл давление слива;
Pп давление рабочей жидкости, создаваемое источником питания постоянного давления 4;
Rпоп max максимально возможное значение попутной нагрузки на выходном звене гидроцилиндра 1 при рассматриваемом направлении движения выходного звена;
Pдоп min, Рдоп max соответственно минимальное и максимальное допустимые значения давления в рабочих полостях гидроцилиндра 1.

Выходным звеном дифференциального гидроцилиндра 1 в зависимости от способа его установки может быть шток или корпус гидроцилиндра.

Один из выходов электронного блока управления 7 соединен с выходом задатчика 8 управляющего сигнала.

В зависимости от значения и области применения электрогидравлического привода другие входы электронного блока 7 могут быть соединены через устройства обратной связи с датчиками контролируемых параметров (на чертеже устройства обратной связи и датчики контролируемых параметров не показаны).

Электронный блок управления 7 предназначен для формирования (на основании поступающих на его входы сигналов от задатчика 8 и устройств обратной связи) усиленных электрических сигналов для управления электрогидравлическими усилителями мощности 5 и 6.

Электрогидравлический привод работает следующим образом.

При поступлении на соответствующий вход электронного блока 7 управляющего сигнала с выхода задатчика 8 на выходах блока 7, к которым подключены обмотки управления электромеханических преобразователей электрогидравлических усилителей мощности 5 и 6 (на чертеже электромеханические преобразователи не показаны), формируются усиленные электрические сигналы, которые отличаются в (А23)R раз, где А2, А3 эффективные площади поршня дифференциального гидроцилиндра 1 соответственно со стороны его рабочих полостей 2 и 3.

На нарушая общности рассуждений, для определенности положили, что в рассматриваемом случае рабочая полость 2 дифференциального гидроцилиндра 1 посредством усилителя 5 сообщается с источником питания постоянного давления 4, то есть является напорной, а полость 9 гидроцилиндра 1 посредством усилителя 6 сообщается со сливом, то есть является сливной. При этом A2 Aнп, A3 Aсп u и поршень гидроцилиндра 1 перемещается относительно его корпуса в сторону сливной полости.

Поскольку проводимости рабочих окон, открываемых дросселирующими золотниками выходных каскадов усиления усилителей 5 и 6 (на чертеже дросселирующие золотники не показаны), пропорциональны величинам управляющих электрических сигналов, поступающих на обмотки управления электромеханических преобразователей усилителей, то проводимость Gнп рабочего окна, через которое напорная полость гидроцилиндра 1 сообщается с источником питания 4, в (Aнп/Aсп)R раз отличается от проводимости Gсп рабочего окна, через которое сливная полость гидроцилиндра 1 сообщается со сливом, то есть
Gнп (Aнп/Aсп)RGмп (3)
При квадратичном законе сопротивления, который в подавляющем большинстве случаев имеет место при течении жидкости через рабочее окно, открываемое дросселирующим золотником:


где Qнп, Pнп соответственно расход рабочей жидкости и потери давления на рабочем окне с проводимостью Gнп;
Qсп, Pсп соответственно расход рабочей жидкости и потери давления на рабочем окне с проводимостью Gсп.

При пренебрежении утечками и перетечками рабочей жидкостью, а также сжимаемостью рабочей жидкости и податливостью стенок каналов, в которых она заключена:
Qсп=AспQнп/Aнп (6)
При пренебрежении потерями давления на остальных участках привода по сравнению с потерями давления Pнп и Pсп на рабочих окнах, открываемых дросселирующими золотниками электрогидравлических усилителей мощности, текущие значения давления Pнп и Рсп соответственно с напорной и сливной рабочих полостях гидроцилиндра 1 могут быть представлены следующим образом:
Pнп=Pп-Pнп (7)
Pсл=Pсл+Pсп (8)
Сила трения в подвижных парах гидроцилиндра может быть представлена в виде суммы составляющих: постоянной и переменной, равной
fнпPнп+fспPсп
(fнп<A; fсп<A)
Тогда уравнение сил, действующих на выходное звено гидроцилиндра 1, имеет вид:
(Aнп-fнп)Pнп=(Aсп+fсп)Pсп++R (9)
где R усилие на выходном звене гидроцилиндра.

На основании выражений (3)-(9) получаем соотношения:


Для того, чтобы при выбранном исходя из условия обеспечения требуемого закона движения объекта управления, значении Pп давления питания привода при работе последнего с попутной нагрузкой на выходном звене Rпоп дифференциального гидроцилиндра давление в напорной полости гидроцилиндра не уменьшалось ниже величины Pдоп min, а сливной полости гидроцилиндра не повышалась сверх величины Pдоп max, согласно выражениям (10) и (11) должны выполняться неравенства:


Но поскольку неравенства (12) и (13) полностью совпадают с неравенствами (1) и (2), на основании которых для обоих возможных направлений движения выходного звена дифференциального гидроцилиндра 1 приводился выбор значения показателя степени R то для рассматриваемого электрогидравлического привода они заведомо выполняются.

Отметим, что для случая: =0, fсп=fнп=0, P=Pдоп min=0 Pдорmax=Pп и Rпоп max=AспPп неравенства (1) и (2) имеют единственное решение: R 1.

В известных гидроприводах с дроссельным управлением проводимости рабочих окон, через которые жидкость движения от источника питания постоянного давления в напорную полость гидроцилиндра и из сливной полости гидроцилиндра на слив, практически равны, что соответствует значению R 0.

При известном значении показателя степени R неравенства (12) и (13) позволяют определить давление питания гидропривода P*, необходимое для того, чтобы при работе привода с попутной нагрузкой на выходном звене дифференциального гидроцилиндра давление в напорной полости гидроцилиндра не уменьшалось ниже допустимой величины Pдоп, а в сливной полости гидроцилиндра не повышалось сверх допустимой величины Pдоп max.

Для случая: R 0, =0,, fнп=fсп=0, Pсл=Pдоп min 0 Pдоп max=P* и Rпоп= AспPп из условия выполнения сформулированных выше требований получаем, что давление питания гидропривода P* должно быть не меньше большего из значений
(Aнп/Aсп)2Pп и [(Aнп/Aсп)3-Aнп/Aсп+1)-1Pп
вычисленных для обоих возможных направлений движения выходного звена гидроцилиндра.

При отношении большей из эффективных площадей поршня дифференциального гидроцилиндра к меньшей, равном, например, 1,25, имеем P* 1,5625 Pп, то есть в рассматриваемом случае при традиционном исполнении гидропривода величина его давления питания, необходимая из условия обеспечения бескавитационной работы привода, в 1,5625 раза превышает величину, необходимую исходя из условия обеспечения требуемого закона движения объекта управления.

Из описания работы заявляемого электрогидравлического привода видно, что реализация предложенного технического решения, характеризующегося вышеизложенными отличительными признаками, обеспечивает уменьшение потребной величины давления питания привода от значения, необходимого исходя из условия обеспечения бескавитационной работы привода, до значения, необходимого исходя из условия обеспечения требуемого закона движения объекта управления, т. е. реализация предложенного технического решения обеспечивает бескавитационную работу гидропривода с дроссельным управлением с дифференциальным гидроцилиндром и при пониженном значении давления питания привода. Указанное уменьшение величины давления питания электрогидравлического привода влечет за собой снижение потерь энергии в процессе его эксплуатации и, соответственно, повышение экономичности привода. Помимо этого, снижение потерь энергии способствует улучшению теплового режима работы привода.

Уменьшение величины давления питания гидропривода позволяет использовать в нем насос и проводящий двигатель с меньшими значениями установочной мощности, что ведет к снижению массы и габаритов привода.

При изменении условий эксплуатации предлагаемого электрогидравлического привода требуемое в новых условиях соотношение проводимостей рабочих окон, через которые жидкость поступает в напорную полость дифференциального гидроцилиндра 1 и вытесняется из его сливной полости, легко устанавливается путем регулирования отношения электpических сигналов на выходах электронного блока управления 7, к которым подключены обмотки управления электрогидравлических усилителей мощности 5 и 6.


Формула изобретения

Электрогидравлический привод, содержащий источник питания постоянного давления, дифференциальный гидроцилиндр и электрогидравлический усилитель мощности, обмотка управления электромеханического преобразователя которого подключена к выходу электронного блока управления, один из входов которого соединен с выходом задатчика управляющего сигнала, отличающийся тем, что каждая из рабочих полостей дифференциального гидроцилиндра соединена с источником питания постоянного давления и сливом через индивидуальный электрогидравлический усилитель мощности, обмотки управления электромеханических преобразователей которых подключены к разным выходам электронного блока управления, причем отношение электрических сигналов на упомянутых выходах электронного блока управления равно отношению эффективных площадей поршня дифференциального гидроцилиндра со стороны его соответствующих рабочих полостей, возведенному в степень с показателем R, определяемым для обоих возможных направлений движения выходного звена гидроцилиндра из системы неравенств

где Aн.п и Aс.п эффективные площади поршня дифференциального гидроцилиндра соответственно со стороны его напорной и сливной полостей;
fн.п и fc.п коэффициенты пропорциональности переменных составляющих силы трения в подвижных парах гидроцилиндра значениям давления рабочей жидкости соответственно в напорной и сливной полостях гидроцилиндра;
постоянная составляющая силы трения в подвижных парах гидроцилиндра;
Pсл давление слива;
Pп давление рабочей жидкости, создаваемое источником питания постоянного давления;
Rпоп.max максимальное возможное значение попутной нагрузки на выходном звене гидроцилиндра;
Pдоп.min и Pдоп.max соответственно минимальное и максимальное допустимые значения давления в рабочих полостях гидроцилиндра.

РИСУНКИ

Рисунок 1



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к общему машиностроению, в частности к гидроприводам самоходных машин, эксплуатируемых в условиях низких температур окружающей среды

Изобретение относится к устройствам для привода пульсационных аппаратов и может быть использовано для перемешивания жидких сред и суспензий в полости технологического аппарата в химической, гидрометаллургической и других отраслях промышленности

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в различных производствах при получении изделий из сыпучих и синтетических материалов

Изобретение относится к гидравлическим устройствам, предназначенным для создания гидравлических пульсаций, импульсов давления в жидкой среде и потоке жидкости и может быть использовано для интенсификации технологических процессов, тепло- и массопереноса в аппаратах химической технологии, нефтехимической и целлюлозно-бумажных промышленности, промышленности производства строительных материалов, в пищевых производствах и энергетике

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при обработке металлов и других материалов пульсирующим давлением

Изобретение относится к общему машиностроению и предназначено для применения на тракторах, а также на погрузчиках и других мобильных машинах

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при заполнении внутренних полостей устройств, в частности термочувствительных систем датчиков-реле температуры жидким наполнителем с предварительным удалением воздуха

Изобретение относится к гидроавтоматике и может быть использовано в конструкциях контрольно-испытательного и защитного оборудования гидросистем

Изобретение относится к испытательным установкам, в частности позволяющим проводить испытания по изучению течений перед водозаборником

Изобретение относится к машиностроению, преимущественно к испытательному оборудованию

Изобретение относится к энергомашиностроению и может быть использовано в системах диагностики турбин и других энергетических машин

Изобретение относится к диагностированию объемных гидроприводов и может быть использовано для определения коэффициентов полезного действия объемных гидромашин

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для испытания различных элементов гидропривода преимущественно в процессе их эксплуатации, например, с целью определения технического состояния и остаточного ресурса, а также при их изготовлении

Изобретение относится к машиностроению, а конкретно к гидроприводам машин, и может использоваться при учебных испытаниях насосов

Изобретение относится к области испытания электрогидравдических устройств и может найти применение при изготовлении и разработке указанных устройств

Изобретение относится к области объемного гидропривода, а именно к электрогидравлическим приводам с дроссельным управлением и дифференциальными гидроцилиндрами, и может быть использовано, например, в системах нагружения испытательных стендов и в системах управления самолетов, подъемно-транспортных и других машин

Наверх