Однокаскадный электрогидравлический усилитель с электрической обратной связью по расходу

Авторы патента:

F15B9/03 - управляемые электрическими средствами

Владельцы патента RU 2488719:

Разинцев Валерий Иванович (RU)

Усилитель предназначен для автоматических систем. Усилитель содержит суммирующий операционный усилитель с двумя входами, электронный усилитель мощности, электромеханический преобразователь, гидрораспределитель, кинематически связанный с подвижным элементом электрического датчика обратной связи, гидравлически соединенный с гидролиниями нагнетания и слива и имеющий две выходные гидролинии для соединения с потребителем; согласующую аппаратуру, вход которой соединен с сигнальной обмоткой электрического датчика обратной связи гидрораспределителя; электрогидравлический датчик перепада давлений, гидравлически соединенный двумя гидролиниями с выходными гидролиниями гидрораспределителя; электронное вычислительное устройство, один вход которого соединен с выходом согласующей аппаратуры электрического датчика обратной связи гидрораспределителя, а другой вход соединен с электрическим выходом электрогидравлического датчика перепада давлений, выход электронного вычислительного устройства соединен со вторым входом суммирующего операционного усилителя. Технический результат - увеличение КПД. 2 ил.

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к электрогидравлическим автоматическим системам, широко применяемым в различных отраслях техники, где используются быстродействующие электрогидравлические усилители. Это и испытательные стенды в автомобильной и авиационной промышленностях, и мощные виброустановки в современных системах поиска нефти и газа, и прокатные станы в металлургии и ряд других применений.

Известны однокаскадные электрогидравлические усилители американской фирмы MOOG серии D633 и D634 [каталог «Сервоклапаны фирмы MOOG Gmbh. Нижегородский филиал, Россия, 2003»].

В качестве прототипа примем однокаскадный электрогидравлический усилитель серии D633.

Принципиальная электрогидравлическая схема электрогидравлического усилителя-прототипа изображена на фиг.1 и содержит:

- суммирующий операционный усилитель (1) с двумя входами, на один из которых подается управляющий сигнал (U_вх);

- электронный усилитель мощности (2), вход которого соединен с выходом суммирующего операционного усилителя (1);

- электромеханический преобразователь (3), управляющая обмотка которого соединена с выходом электронного усилителя мощности (2), а якорь кинематически связан с подвижным элементом (золотником) гидрораспределителя (6);

- гидрораспределитель (6), кинематически связанный с подвижным элементом электрического датчика обратной связи (5), гидравлически соединенный с гидролиниями нагнетания и слива и имеющий две выходные гидролинии для соединения с потребителем;

- согласующую аппаратуру (4), вход которой соединен с сигнальной обмоткой электрического датчика обратной связи (5) гидрораспределителя (6), а выход согласующей аппаратуры соединен со вторым входом суммирующего операционного усилителя (1).

Недостатком рассмотренного электрогидравлического усилителя-прототипа является зависимость распределяемого гидроусилителем расхода рабочей жидкости от перепада давлений от нагрузки в исполнительном устройстве следящего привода, в составе которого работает гидроусилитель, что снижает КПД этого привода.

Задачей предлагаемого изобретения является устранение отмеченного недостатка.

Поставленная задача решается тем, что электрогидравлический усилитель содержит:

- суммирующий операционный усилитель с двумя входами, на один из которых подается управляющий сигнал;

- электронный усилитель мощности, вход которого соединен с выходом суммирующего операционного усилителя;

- электромеханический преобразователь, управляющая обмотка которого соединена с выходом электронного усилителя мощности, а якорь кинематически связан с подвижным элементом (золотником) гидрораспределителя;

- гидрораспределитель, кинематически связанный с подвижным элементом электрического датчика обратной связи, гидравлически соединенный с гидролиниями нагнетания и слива и имеющий две выходные гидролинии для соединения с потребителем;

- согласующую аппаратуру, вход которой соединен с сигнальной обмоткой электрического датчика обратной связи гидрораспределителя,

при этом новым является то, что согласно изобретению в принципиальную схему заявленного электрогидравлического усилителя включены:

- электрогидравлический датчик перепада давлений, гидравлически соединенный двумя гидролиниями с выходными гидролиниями гидрораспределителя;

- электронное вычислительное устройство, один вход которого соединен с выходом согласующей аппаратуры электрического датчика обратной связи гидрораспределителя, а другой вход соединен с электрическим выходом электрогидравлического датчика перепада давлений, выход электронного вычислительного устройства соединен со вторым входом суммирующего операционного усилителя.

Сущность заявленного изобретения поясняется чертежом (фиг.2), на котором представлена принципиальная электрогидравлическая схема усовершенствованного электрогидравлического усилителя, которая содержит:

- суммирующий операционный усилитель (1) с двумя входами, на один из которых подается управляющий сигнал (U_вх);

- согласующую аппаратуру (4), вход которой соединен с сигнальной обмоткой электрического датчика обратной связи (5) гидрораспределителя (6);

- электрогидравлический датчик перепада давлений (7), гидравлически соединенный двумя гидролиниями с выходными гидролиниями гидрораспределителя (6);

- электронное вычислительное устройство (8), один вход которого соединен с выходом (U₁) согласующей аппаратуры (4) электрического датчика обратной связи (5) гидрораспределителя (6), а другой вход соединен с электрическим выходом (U₂) электрогидравлического датчика перепада давлений (7), выход (U_ОС) электронного вычислительного устройства (8) соединен со вторым входом суммирующего операционного усилителя(1).

Заявленный электрогидравлический усилитель работает следующим образом (см. фиг.2).

На вход суммирующего операционного усилителя (1) поступает входной управляющий сигнал U_вх. Выход суммирующего операционного усилителя соединен со входом электронного усилителя мощности (2), предназначенного для усиления электрического сигнала, поступающего на управляющую обмотку электромеханического преобразователя (3), якорь которого кинематически связан с подвижным элементом (золотником) гидрораспределителя (6), кинематически связанного с подвижным элементом электрического датчика обратной связи (5), электрический сигнал (U₁) с сигнальной обмотки этого датчика, через согласующую аппаратуру (4), поступает на первый вход электронного вычислительного устройства (8). Второй вход электронного вычислительного устройства (8) соединен с электрическим выходом (U₂) датчика перепада давлений (7), измеряющего разность давлений в выходных гидролиниях заявленного гидроусилителя.

Электронное вычислительное устройство вычисляет сигнал обратной связи по расходу (U_ОС), подаваемый на второй вход суммирующего операционного усилителя, соответствующий модулю и знаку расхода рабочей жидкости Q, распределяемого заявленным гидроусилителем.

Для пояснения принципа работы усовершенствованного гидроусилителя рассмотрим согласующий коэффициент К_с:

$K_{C} = \frac{U_{О С}^{m}}{Q_{0}};$

где:

$U_{O C}^{m}$ - максимальное значение сигнала обратной связи на выходе электронного вычислительного устройства;

$Q_{0} = μ b_{щ} x_{0} \sqrt{\frac{g}{γ} Δ P_{o}},$

Q₀ - расход рабочей жидкости при х₀ и ΔP_n=0;

x₀ - максимальное значение координаты, определяющей величину и знак смещения золотника гидрораспределителя выходного каскада от нейтрального положения при максимальном управляющем сигнале (U_вх) и при ΔP_n=0;

ΔР₀=P_n-P_l,

где:

P_n - давление в гидролинии нагнетания;

P_l - давление в гидролинии слива;

ΔP_n=P₁-P₂,

где:

P₁ и P₂ - давления в выходных гидролиниях гидроусилителя;

µ - коэффициент расхода рабочих окон гидрораспределителя;

b_щ - ширина рабочих окон гидрораспределителя;

g - ускорение силы тяжести;

γ - удельный вес рабочей жидкости.

Текущее значение расхода (Q):

$Q = μ b_{щ} х_{з} \sqrt{\frac{g}{γ} Δ P_{0} (1 - \frac{Δ P_{n}}{Δ P_{o}} S g n x_{з})},$

где х_з - текущее значение координаты золотника гидрораспределителя выходного каскада.

Рассмотрим выражение:

$К_{С} Q = \frac{U_{O C}^{m}}{Q_{o}} Q = U_{O C}^{m} \frac{x_{з}}{х_{0}} \sqrt{1 - \frac{Δ P_{n}}{Δ P_{0}} S g n x_{з}} .$

Если учесть, что $\frac{х_{з}}{х_{0}} = \frac{U_{1}}{U_{O C}^{m}}$ (с учетом того, что $U_{O C}^{m}$ соответствует x₀) и $\frac{Δ P_{n}}{Δ P_{0}} = \frac{U_{2}}{U_{2}^{0}}$ , то формула для определения сигнала обратной связи U_OC примет вид:

$U_{O C} = U_{1} \sqrt{1 - \frac{U_{2}}{U_{2}^{0}} S g n U_{1}},$

где:

U₁ - электрический сигнал на выходе согласующей аппаратуры датчика обратной связи гидрораспределителя;

U₂ - электрический сигнал, соответствующий ΔP_n;

$U_{2}^{0}$ - электрический сигнал, соответствующий ΔP₀.

При замыкании контура, у которого на входе U_вх, а на выходе х_з, и при последующей подстановке х_з в формулу для определения расхода рабочей жидкости, распределяемого гидроусилителем, получаем независимость указанного расхода от изменения, в заданных пределах, перепада давлений между выходными гидролиниями гидроусилителя.

В итоге имеем:

Инвариантность скоростной характеристики к изменению перепада давлений от нагрузки гидропривода дроссельного регулирования, управляемого заявленным гидроусилителем.

Увеличение коэффициента полезного действия (КПД) силовой части вышеуказанного гидропривода.

Возможность, в случае необходимости, реализации ограничения по скорости выходного звена исполнительного механизма с помощью ограничения входного сигнала (U_вх).

Однокаскадный электрогидравлический усилитель с электрической обратной связью по расходу, содержащий
суммирующий операционный усилитель с двумя входами, на один из которых подается управляющий сигнал;
электронный усилитель мощности, вход которого соединен с выходом суммирующего операционного усилителя;
электромеханический преобразователь, управляющая обмотка которого соединена с выходом электронного усилителя мощности, а якорь кинематически связан с подвижным элементом гидрораспределителя;
гидрораспределитель, кинематически связанный с подвижным элементом электрического датчика обратной связи, гидравлически соединенный с гидролиниями нагнетания и слива и имеющий две выходные гидролинии для соединения с потребителем;
согласующую аппаратуру, вход которой соединен с сигнальной обмоткой электрического датчика обратной связи гидрораспределителя, отличающийся тем, что в принципиальную схему заявленного электрогидравлического усилителя включены
электрогидравлический датчик перепада давлений, гидравлически соединенный двумя гидролиниями с выходными гидролиниями гидрораспределителя;
электронное вычислительное устройство, один вход которого соединен с выходом согласующей аппаратуры электрического датчика обратной связи гидрораспределителя, а другой вход соединен с электрическим выходом электрогидравлического датчика перепада давлений; выход электронного вычислительного устройства соединен со вторым входом суммирующего операционного усилителя.

Изобретение относится к дроссельным электрогидроприводам (ЭГП), предназначенным для управления исполнительными органами различных объектов, например рулями летательных аппаратов.

Дроссельный электрогидропривод // 2474732

Привод электрогидравлический // 2474731

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в станкостроении. .

Дроссельный электрогидропривод // 2473823

Следящий пневмо- или гидропривод вращательного движения // 2473822

Изобретение относится к области общего машиностроения и может быть использовано в следящих пневмо- или гидроприводах с высокоточным регулированием параметров вращения.

Способ управления вращением приводного вала следящего пневмо- или гидропривода // 2472978

Изобретение относится к области общего машиностроения и может быть использовано в следящих пневмо- или гидроприводах различного назначения. .

Электрогидравлический следящий привод // 2467214

Изобретение относится к области гидроавтоматики и гидропривода и может быть использовано, например, в системах управления объектов с высокими динамическими свойствами при воздействии на них электромагнитных помех, повышенной радиации и работе во взрывоопасных помещениях.

Электрогидравлический дистанционный привод для двигателя внутреннего сгорания // 2466288

Изобретение относится к области регулирования и управления двигателями внутреннего сгорания, в частности, содержащие средства управления с электрическим приводом.

Пневматический привод // 2464451

Изобретение относится к области автоматизации управления арматурой трубопроводов и касается устройства для осуществления перестановки и следящего движения запорного органа запорной и регулирующей арматуры газо- и нефтепродуктопроводов.

Гидравлический привод дискретного углового перемещения // 2445517

Изобретение относится к области гидроавтоматики, в частности к системам управления различных, преимущественно, летательных, аппаратов. .

Позиционер приводного механизма // 2489606

Изобретение относится к комплектующим пневмоприводов мембранного или поворотного типа систем автоматического регулирования или дистанционного управления технологическими процессами в химической промышленности, нефтехимических, нефтегазоперерабатывающих, нефтегазодобывающих и других производствах

Гидропривод дискретного углового хода // 2497027

Гидропривод предназначен для управления летательными аппаратами. Гидропривод содержит корпус 1, представляющий собой статор неполноповоротного исполнительного гидродвигателя. Корпус 1 снабжен крышкой 2 статора гидродвигателя. В расточке 3 корпуса 1 с образованием рабочих полостей 4 и 5 установлены ротор 6 гидродвигателя с валом 7 и поворотной лопастью 8, разделитель 9 рабочих полостей 4, 5. Разделитель 9 крепится к внутреннему торцу расточки 3 корпуса 1 с помощью штифтов 10. Вал 7 имеет продольные каналы 16 для подвода рабочей жидкости в полости 4, 5 от торца 17, служащего основанием гидрораспределителя. Гидрораспределитель расположен в соединенной со сливной линией 32 расточке корпуса 1 и включает торец 17 в качестве основания, крышку 18 и поворотный плоский золотник 19. Крышка 18 жестко, а плоский золотник 19 с возможностью поворота закреплены к торцу 17 вала 7 с помощью ввинченного в ротор 6 болта 20. Распорная шайба 21, установленная на пояске болта 20, служит осью поворота для золотника 19. Болт 20 имеет канал 29, соединенный с напорной линией 30. Через пакет сопряженных болтом 20 частей 17-19 гидрораспределителя проходят два сквозных отверстия 22, соосные каналам 16 и соединенные с ними. В золотнике 19 в отверстия 22 установлены втулки 23, а в крышке 18 имеют заглушки 24, закрывающие отверстия 22 со стороны, противоположной каналам 16. Втулки 23 разделяют кольцевые канавки 25 на обоих торцах золотника 19 на напорный 26 и сливной 27 секторы. Подпружиненный поршень 41 выполнен с коническим хвостовиком 42, вокруг которого в радиальных отверстиях 43 вала 7 установлены шаровые фиксаторы 44 с возможностью взаимодействия с лунками 45 в крышке 2. Технический результат - уменьшение массогабаритных показателей гидропривода в целом и издержек его производства, с одновременным повышением КПД, увеличением диапазона углов поворота вала до 240°, а также надежность автоматической фиксации вала в нулевом положении при хранении и транспортировании в составе основного изделия. 6 з.п. ф-лы, 3 ил.

Прецизионный комплектный цифровой линейный гидропривод // 2498118

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к программируемым гидроприводам механообрабатывающего оборудования с числовым программным управлением. Гидропривод содержит одноштоковый силовой гидроцилиндр с позиционным датчиком обратной связи, гидрораспределитель с пропорциональным электромагнитом или задающим шаговым электродвигателем, при этом датчик выполнен работающим на принципе фотоэлектрического преобразования, кинематически связан со штоком гидроцилиндра через фрикционный ролик с магнитным бандажом и установлен соосно с роликом в эксцентричной втулке, обеспечивающей возможность регулирования натяга в сопряжении ролика со штоком. Технический результат - получение сквозного цифрового преобразования управляющих сигналов, упрощение конструкции и повышение надежности работы гидропривода. 2 ил.

Комбинированный агрегат управления // 2532634

Привод предназначен для применения в системах управления летательных аппаратов. Привод содержит двухкамерный гидродвигатель тандемного типа, два блока управления, имеющих однотипную конструкцию, каждый из которых содержит корпус с каналами, соединенными с линиями нагнетания и слива одной из двух независимых гидросистем объекта, дублированный золотниковый распределитель, состоящий из основного золотника, соосно расположенного внутри дублирующего золотника, электрогидравлический усилитель мощности, рулевую машину с датчиком обратной связи, подпружиненный стопор, клапан кольцевания, электрогидравлические клапаны включения режима комбинированного управления и стопорения основного золотника, при этом основные золотники и шток рулевой машины каждого блока управления кинематически связаны между собой и с входным и выходным звеньями гидродвигателя таким образом, что позволяет осуществлять коррекцию управления по двум электрическим каналам системы автоматического управления при совместной работе обеих гидросистем и по одному электрическому каналу при отказе любой из гидросистем. Технический результат - повышение надежности управления. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Двухканальный электрогидравлический усилитель мощности // 2553588

Усилитель используется в электрогидравлических следящих приводах с резервированием, применяемых в системах дистанционного управления, например, в системе управления рулевыми поверхностями высокоманевренных летательных аппаратов. Усилитель содержит электромеханический преобразователь с двумя катушками, корпус с соплами и дросселями усилителя сопло-заслонка первого каскада, дросселирующим золотником второго каскада и индукционными датчиками положения золотника, при этом каждая из катушек электромеханического преобразователя имеет две обмотки, расположенные друг над другом и соединенные попарно, два датчика положения золотника расположены соосно золотнику с разных его сторон в расточках корпусов с возможностью осевого перемещения для совмещения электрического нуля датчика с нейтральным положением золотника, причем в корпусе выполнены радиальные пазы соответственно радиальным резьбовым отверстиям в датчике, а в радиальные резьбовые отверстия установлены винты, фиксирующие датчик после регулировки. Усилитель обеспечивает сохранение технических характеристик после отказа одного электрического канала. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Электрогидравлический следящий привод // 2554152

Привод предназначен для использования в высокоточных приводах слежения, наведения. Привод содержит гидравлически замкнутые между собой аксиально-поршневой гидромотор и регулируемый аксиально-поршневой насос с наклонным диском и гидростатическими опорами, электрогидравлический механизм управления, приводной двигатель, механическую передачу, объект регулирования, вспомогательный насос, предохранительный клапан, первый и второй подпиточные клапаны, пополнительный бак, первый и второй сумматоры, первый и второй датчики угла, при этом напорная гидролиния вспомогательного насоса соединена с входами первого и второго подпиточных клапанов, выходы которых соединены с магистралями, соединяющими регулируемый насос и гидромотор, вход предохранительного клапана соединен с напорной гидролинией вспомогательного насоса и гидравлическим входом механизма управления, вход вспомогательного насоса и выход предохранительного клапана соединены с пополнительным баком, вал приводного двигателя кинематически соединен с входными валами регулируемого насоса и вспомогательного насоса, первый датчик угла кинематически соединен с выходным валом механической передачи и своим электрическим выходом соединен с вторым входом первого сумматора, первый вход которого является управляющим входом привода, второй датчик угла кинематически соединен с наклонным диском регулируемого насоса и своим электрическим выходом соединен с вторым входом второго сумматора, первый вход которого соединен с выходом первого сумматора, выход второго сумматора соединен с электрическим входом механизма управления, вал гидромотора через механическую передачу кинематически соединен с объектом регулирования, причем гидромотор выполнен с наклонным диском и гидростатическими опорами. Технический результат - уменьшение зоны нечувствительности привода. 5 ил.

Электрогидравлический следящий привод // 2554153

Электрогидравлический привод // 2561254

Привод может быть использован в регулируемых объемно-замкнутых электрогидравлических приводах. В привод введены датчик угла наклонного диска регулируемого аксиально-поршневого насоса с наклонным диском и контактирующими с ним гидростатическими опорами с поршнями, сумматор, обратный клапан, гидравлический аккумулятор, при этом механизм управления насоса выполнен электрогидравлическим, а датчик угла кинематически соединен с наклонным диском и своим электрическим выходом соединен со вторым входом сумматора, первый вход которого является управляющим входом привода, выход сумматора соединен с электрическим входом механизма управления, напорная гидролиния вспомогательного насоса через обратный клапан соединена с гидравлическим аккумулятором и гидравлическим входом механизма управления. Технический результат - повышение КПД электрогидропривода и уменьшение стабильной частоты вращения вала гидромотора. 2 ил.

Электрогидравлический привод // 2593325

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в высокоточных быстродействующих приводах слежения, наведения. В приводе аксиально-поршневой регулируемый насос выполнен с наклонным диском и гидростатическими опорами, в блоке цилиндров которого установлены поршни со сферическими головками, в каждой из которых выполнено осевое отверстие дросселя-регулятора и дополнительные каналы, выходящие на рабочую часть сферической головки, на которую ответно установлена гидростатическая опора с центральной приемной камерой, соединенной дополнительными отверстиями с кольцеобразной разгрузочной камерой, окруженной уплотняющими поясками, выходящими в дренажную полость, торец гидростатической опоры взаимодействует с упорным диском, а на рабочей части сферической головки поршня выполнена кольцевая канавка, объединяющая дополнительные каналы головки поршня, образуя на сферической головке поршня поясок, создающий положительное перекрытие с приемной камерой гидростатической опоры. Технический результат - повышение точности наведения. 3 ил.

Система автоматического управления положением седел шарового крана // 2613010

Система содержит блок управления, связанный с пневмогидравлическим приводом поворота шаровой пробки. Аварийный дублер с ручным насосом. В зоне седел шарового крана, выполненного в виде ступенчатого поршня, образованы две полости с соответствующим председловым и постседловым штуцерами. В системе дополнительно установлен обратный клапан с подрывом поршневого типа, вход которого соединен с выходным патрубком селективного клапана и с первым патрубком трехходового крана ручного управления. Корпусная полость обратного клапана соединена с председловыми штуцерами каждого седла. Выход корпусной полости обратного клапана соединен с атмосферой и закрыт запорным элементом. Надпоршневая полость клапана соединена со всеми постседловыми и со вторым патрубком трехходового крана ручного управления, третий патрубок которого соединен с полостями цилиндра пневмогидравлического привода, последние связаны через блок управления с атмосферой, либо с выходным патрубком селективного клапана. Трехходовой кран устанавливает два рабочих положения: первое положение - «ручное управление закрыто», при котором линия первого патрубка перекрыта, а соединены между собой второй и третий патрубки, и второе положение - «ручное управление открыто», при котором линия третьего патрубка перекрыта, а соединены между собой первый и второй патрубки. 4 ил.