Электрогидравлическое устройство управления

Электрогидравлическое устройство управления

Реферат

 

Изобретение может быть применено для построения электрогидравлических систем управления. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства. Электрогидравлическое устройство управления содержит элемент сравнения, усилитель сигнала ошибки, гидроусилитель, гидравлический исполнительный механизм в виде поворотного гидроцилиндра, элемент обратной связи, а также импульсный формирователь, одновибратор, двухпозиционное реле, две сопло-заслонки, электрогидравлический распределитель со струйной трубкой, который соединен гидравлическими каналами с гидроусилителем, причем последний выполнен в виде сопряжения втулки и штока с перфорированными в них отверстиями с радиусами перфораций соответственно r_в и r_ш , начальным смещением штока относительно втулки =2(r_в-r_ш), при этом количество перфораций во втулке 2n, а в штоке 2m, они связаны соотношением n = m + 1. 4 ил.

Изобретение относится к элементам автоматики, входящим в состав электрогидравлических систем автоматического управления, а именно системам автоматического управления мобильных установок, где требуется развитие больших мощностей в единицу времени для достижения большего быстродействия и точности, например электрогидравлических следящих систем, которыми оборудуются динамические стенды полунатурного моделирования подвижных объектов.

Известен электрогидравлический сервомеханизм (электрогидравлические приводы) с широтно-импульсным управлением, включающий усилитель-модулятор, одновременно являющийся элементом сравнения сигналов, электромеханический преобразователь (ЭМП), астатический гидравлический усилитель типа сопло-заслонки, дроссельный исполнительный привод (золотник-гидроцилиндр), элемент обратной связи. При отсутствии сигнала управления усилитель-модулятор генерирует последовательность импульсов напряжения скважности - 0,5. Под действием импульсов тока заслонка перебрасывается от одного сопла к другому. При прохождении заслонкой нейтрали разгруженный золотник начинает перемещаться в каком-нибудь направлении до упора и остается на нем до тех пор, пока заслонка при своем обратном движении, вызванном переключением тока в обмотке ЭМП, снова не перейдет в нейтраль. При этом золотник перебрасывается к противоположному упору. Таким образом, в течение одного полупериода расход жидкости подается в одну полость гидроцилиндра, а в течение другого в другую. Среднее за период значение скорости штока равно нулю, поскольку равны полупериодные расходы жидкости.

С подачей сигнала управления изменяется скважность , т. е. в течение периода Т перераспределяется время нахождения заслонки на соплах и золотника на упорах, появляется среднее значение скорости штока. Привод, замкнутый жесткой отрицательной обратной связью, будет следящим по положению с астатизмом первого порядка. Управляющим элементом в импульсном приводе является широтно-импульсный модулятор.

Основными недостатками этого сервомеханизма являются вибрация штока силового цилиндра с несущей частотой и непроизводительный расход рабочей жидкости через золотник вследствие его вынужденных колебаний с большой амплитудой. Последнее сужает функциональные возможности сервомеханизма, так как не позволяет его использовать в прецизионных электрогидравлических следящих системах с большими инерционными массами нагрузок на валу их исполнительных механизмов и с широким регулированием их скоростей движения, особенно в диапазонах малых значений этих скоростей.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей электрогидравлического устройства управления.

Цель достигается тем, что электрогидравлическое устройство управления, содержащее подключенный к входному каналу элемент сравнения, выход которого подключен к входу усилителя сигнала ошибки, а также последовательно соединенные гидроусилитель и исполнительный механизм в виде поворотного гидроцилиндра, к выходу которого подключен датчик обратной связи, выходом подключенный к второму входу элемента сравнения, снабжено подключенными к выходу усилителя сигнала ошибки последовательно включенными формирователем импульсов, одновибратором и двухпозиционным поляризованным реле, а также двумя элементами сопло-заслонка, заслонки которых кинематически соединены с выходами поляризованного реле, подключенным к выходу двухпозиционного реле, электрогидравлическим распределением со струйной трубкой, который соединен гидравлическими каналами с управляющими полостями золотника гидроусилителя, на средней части которого установлены втулки с входными отверстиями, образующими с заслонками соответствующих элементов сопло-заслонка клапаны, причем на сопряженных частях золотника гидроусилителя и втулок выполнены отверстия, сообщающиеся посредством кольцевого паза, выполненного в соответствующей части золотника гидроусилителя, причем радиусы отверстий связаны соотношением r_в = 1/2 r_ш, где r_в - радиус отверстия во втулке; r_ш - радиус отверстия в золотнике гидроусилителя, количество отверстий во втулке выполнено четным, в золотнике гидроусилителя выполнены два отверстия, через которые соответствующий кольцевой паз золотника сообщен с его соответствующей управляющей полостью, расстояние между отверстиями в каждой втулке равно диаметру отверстия во втулке, а каждое отверстие в золотнике расположено под первым, начиная с внешней стенки, отверстием и следующей за ним перемычкой между отверстиями в соответствующей втулке.

Введение в устройство электронного усилителя, импульсного формирователя и одновибратора, предназначенных для формирования управляющего импульс-сигнала заданной формы и продолжительности с амплитудой, пропорциональной каждому дискретному сигналу, позволяет исключить усилитель-модулятор (один из элементов прототипа), а вместе с ним и недостатки прототипа, обусловленные тем, что при больших глубинах модуляции ( близка к нулю или единице) золотник не успевает дойти до противоположного упора к моменту прихода возвращающего сигнала, и при определенной скважности , при которой заслонка уже не переходит нейтраль, заслонка залипает, т. е. остается на упоре. При этом характеристика управления ( = f/t при данной несущей частоте) отличается от линейной, а это в свою очередь сказывается на статике и динамике всего замкнутого контура электрогидравлического преобразователя и, как следствие, на его функциональных возможностях.

На фиг. 1 изображена структурная схема электрогидравлического устройства управления; на фиг. 2 - принципиальная схема электрогидропривода устройства; на фиг. 3 показан качественный характер движения рабочего органа (лопасти) поворотного гидроцилиндра во времени и в зависимости от управляющих импульс-сигналов, подаваемых на клеммы электромагнитов сопл-заслонок и на клеммы электромагнита струйного гидрораспределителя; на фиг. 4 показаны перфорированные отверстия во втулке и штоке гидроусилителя.

Электрогидравлическое устройство управления (фиг. 1) содержит элемент 1 сравнения сигналов, усилитель 2 сигнала ошибки, импульсный формирователь 3, одновибратор 4, двухпозиционное поляризованное реле 5, сопло-заслонки 6,7, электрогидравлический распределитель 8 со струйной трубкой, гидроусилитель 9, поворотный гидроцилиндр 10, датчик 11 обратной связи.

Электрогидропривод устройства (фиг. 2) включает сопло-заслонки 6,7, электрогидравлический распределитель 8 со струйной трубкой, гидроусилитель 9, поворотный гидроцилиндр 10, шток 12 гидроусилителя 9. В штоке 12 выполнены каналы 13,14. На шток 12 насажены втулки 15,16. Он соединен с электрогидрораспределителем 8 со струйной трубкой гидравлическими каналами 17,18. Во втулках 15,16 и в штоке 12 выполнены отверстия 19,20,21,24, сообщающиеся посредством пазов 22,23 (фиг. 4). Радиусы отверстий связаны соотношением r_в = 1/2 r_ш, где r_в - радиус перфорированных отверстий во втулке; r_ш - радиус перфорированных отверстий в штоке.

При этом количество перфорированных отверстий во втулке 2n, в штоке имеются два перфорированных отверстия. Расстояние между перфорированными отверстиями во втулке равно диаметру перфорированных отверстий во втулке, а каждое перфорированное отверстие в штоке расположено под первым перфорированным отверстием и следующей за ней перемычкой между перфорированными отверстиями во втулке.

Радиус перфорированных отверстий во втулках 15,16 определяют как величину, равную максимальному ходу штока 12 гидроусилителя 9 (золотника), деленому на суммарное количество перфорированных отверстий во втулках 15,16, а радиус перфорированных отверстий в штоке определен соотношением r_ш = 2r_в.

Назначение перфорированных отверстий заключается в дросселировании потока жидкости через гидроусилитель 9 во время действия управляющих импульс-сигналов U₇, U₈.

Кроме того, перфорированные отверстия обеспечивают дозированный расход рабочей жидкости на каждом шаге перемещения его штока в одну из сторон движения (влево или вправо, фиг. 2), обеспечивая тем самым квантованный характер движения штока 12 и выходного вала гидроцилиндра 10 с постоянной скоростью и вместе с тем расширяя возможности его применения, например, в цифровых автоматических системах. Последнее позволяет, например, расширить диапазон постоянных скоростей выходного вала гидроцилиндра 10, что непосредственно связано с расширением функциональных возможностей устройства.

На фиг. 2 Р_н - давление в линии нагнетания электрогидрораспределителя 8 со струйной трубкой; U₆ и U₇ - величины напряжений прямоугольных импульсов, которые подаются на электромагниты сопл-заслонок 6 и 7; U₈ - величина напряжения прямоугольных импульсов, которые подаются на электромагнит электрогидравлического струйного распределителя 8. При U₈ = 0 расход жидкости из струйной трубки подается сразу в обе полости гидроцилиндра 10 и его лопасть находится в среднем заторможенном положении.

Электрогидравлическое устройство управления работает следующим образом.

При отсутствии сигнала ошибки электрогидравлического устройства (фиг. 1) импульс-сигнал на входе одновибратора 4, на входе двухпозиционного поляризованного реле 5, на входе сопл-заслонок 6,7 и на входе электрогидравлического распределителя 8 со струйной трубкой равен нулю. Поэтому сопло-заслонки 6,7 закрыты, а следовательно, закрыт канал слива гидроусилителя 9. Струйная трубка гидрораспределителя 8 находится в среднем положении, создавая равные давления жидкости в каналах 13 и 14 штока 12 гидроусилителя 9 и равные давления жидкости в левой и правой полостях поворотного гидроцилиндра 10. Значит, шток 12 гидроусилителя 9 и лопасть поворотного гидроцилиндра 10 находятся в среднем заторможенном положении.

При появлении сигнала ошибки электрогидравлического устройства, усиленного усилителем 2, на выходе импульсного формирователя 3 появляется импульс-сигнал, который подается на вход одновибратора 4 (ждущего мультивибратора), с выхода которого прямоугольный управляющий импульс подается на вход двухпозиционного поляризованного реле 5, вследствие чего реле 5 соединяет выход одновибратора 4 с входом сопло-заслонки 7. Одновременно с этим прямоугольный управляющий импульс с выхода одновибратора 4 подается на вход гидрораспределителя 8, струйная трубка которого отклоняется и занимает одно из своих крайних положений, например крайнее левое положение, создавая давление питания в левом канале 13 (фиг. 2) канале гидроусилителя 9. Таким образом, при подаче электрического сигнала (например, положительной полярности в виде прямоугольных импульсов U₈, фиг. 3) на вход гидрораспределителя 8 со струйной трубкой, отклоняющего его струйную трубку в одно из крайних положений, например в левое положение, а также одновременно электрического импульса U7 на клеммы электромагнита одной из сопл-заслонок, например правой сопло-заслонки 7 правый канал 14 гидроусилителя 9 и правая полость поворотного гидроцилиндра 10 соединяются со сливом на время действия импульса. При этом шток 12 гидроусилителя 9 перемещается вправо на величину Х (фиг. 3), а лопасть гидроцилиндра 10 поворачивается по часовой стрелке на величину , пропорциональную произведению скорости ее перемещения на время действия импульса, и шток гидроусилителя и лопасть гидроцилиндра находятся в ждущем режиме до прихода следующего импульса.

После прихода следующего импульса цикл его действия повторяется до смены полярности импульса. После смены полярности импульса двухпозиционное поляризованное реле 5 переключает свои контакты и соединяет выход одновибратора 4 с входом сопло-заслонки 6. Одновременно с этим прямоугольный управляющий импульс с выхода одновибратора 4 подан на вход гидрораспределителя 8 со струйной трубкой, струйная трубка которого отклоняется и занимает другое (правое) крайнее положение, создавая давление питания теперь уже в правый канал 14 гидроусилителя 9.

Итак, при подаче электрического импульс-сигнала U₈противоположной (отрицательной) полярности в виде прямоугольных импульсов на вход гидрораспределителя 8 со струйной трубкой, отклоняющего его струйную трубку в другое (правое) крайнее положение, а также одновременно электрического импульс-сигнал U₆ на клеммы электромагнита левой сопло-заслонки 6 левый канал 13 гидроусилителя 9 и левая полость поворотного гидроцилиндра 10 соединяются со сливом на время действия импульса. При этом шток 12 гидроусилителя 9 перемещается на величину Х, фиг. 3, а лопасть поворотного гидроцилиндра 10 поворачивается по часовой стрелке на величину , пропорциональную произведению скорости ее перемещения на время действия импульса, и шток гидроусилителя и лопасть гидроцилиндра находятся в ждущем режиме до прихода следующего импульса.

После прихода следующего импульса цикл его действия повторяется до смены полярности импульса и вследствие этого происходят переключения контактов реле 5 с входа одной сопло-заслонки на вход другой.

Предлагаемое техническое решение может быть реализовано на стандартных элементах систем автоматического регулирования и управления. Так, в качестве усилителя 2 сигнала сравнения можно взять любой из усилителей постоянного тока, например УУ-2 или УУ-3, который одновременно совмещает функции усилителя и элемента 1 сравнения сигналов. В качестве ключа (элемент 3, на фиг. 1) можно взять любой электронный ключ (дискретный преобразователь). Одновибратор 4 может быть построен по типовой схеме ждущего мультивибратора или кипп-реле. Двухпозиционным поляризованным реле 5 может быть, например, реле типа РП-4 или любое другое, подобное ему. В качестве сопл-заслонок 6,7 могут быть выбраны стандартные сопло-заслонки, а в качестве струйного гидрораспределителя 3 например, электрогидравлический усилитель со струйной трубкой по авт. св. N 332254.

Благодаря такому построению и сочетанию входящих элементов появляется возможность получить дополнительный эффект, заключающийся в постоянстве скорости вращения вала гидродвигателя, высокой точности его вращения, так как ошибка не накапливается от шага к шагу, стабильности его характеристик, возможности управления им от цифровой вычислительной машины с широкими логическими возможностями, большие возможности по развиваемой мощности, так как она определяется в основном мощностью гидравлического источника питания, возможностью работы как в широтно-импульсном, так и в частотно-импульсном режимах. (56) Гидравлический следящий привод. / Под ред. В. А. Лещенко. М. : Машиностроение, 1968, с. 480-494.

Формула изобретения

ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ , содеpжащее подключенный к входному каналу элемент сpавнения, выход котоpого подключен к входу усилителя сигнала ошибки, а также последовательно соединенные гидpоусилитель и исполнительный механизм в виде повоpотного гидpоцилиндpа, к выходу котоpого подключен датчик обpатной связи, выходом подключенный к втоpому входу элемента сpавнения, отличающееся тем, что оно снабжено подключенными к выходу усилителя сигнала ошибки последовательно включенными фоpмиpователями импульсов, одновибpатоpом и двухпозиционным поляpизованным pеле, а также двумя элементами сопло-заслонка, заслонки котоpых кинематически соединены с выходами поляpизованного pеле, подключенным к выходу двухпозиционного поляpизованного pеле, электpогидpавлическим pаспpеделителем со стpуйной тpубкой, котоpый соединен гидpавлическими каналами с упpавляющими полостями золотника гидpоусилителя, на сpедней части котоpого установлены втулки с входными отвеpстиями, обpазующими с заслонками соответствующих элементов сопло-заслонка клапаны, пpичем на сопpяженных частях золотника гидpоусилителя и втулок выполнены отвеpстия, сообщающиеся посpедством кольцевого паза, выполненного в соответствующей части золотника гидpоусилителя, пpичем pадиусы отвеpстий связаны соотношением r_в = 1/2r_ш, где r_в - радиус отверстия во втулке; r_ш - радиус отверстия в золотнике гидроусилителя, количество отверстий во втулке выполнено четным, в золотнике гидроусилителя выполнено два отверстия, через которые соответствующий кольцевой паз золотника сообщен с его соответствующей управляющей полостью, расстояние между отверстиями в каждой втулке равно диаметру отверстия во втулке, а каждое отверстие в золотнике расположено под первым, начиная с внешней стенки, отверстием и следующей за ним перемычкой между отверстиями в соответствующей втулке.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4