с электрической обратной связью по расходу

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, это и мощные виброустановки в современных системах поиска нефти и газа, это и прокатные станы в металлургии и ряд других применений.

Известны двухкаскадные и трехкаскадные электрогидравлические усилители с электрической обратной связью американской фирмы MOOG серий D765 и D792 [каталог «Сервоклапаны фирмы MOOG Gmbh. Нижегородский филиал, Россия, 2003»].

Указанные электрогидравлические усилители, являющиеся на сегодняшний день наиболее совершенными, примем в качестве прототипов.

Обобщенная принципиальная электрогидравлическая схема для двухкаскадных и трехкаскадных электрогидравлических усилителей, взятых в качестве прототипов изображена на фиг. 1 и содержит:

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

- однокаскадный или двухкаскадный управляющий электрогидравлический усилитель (2), электрический вход которого соединен с выходом суммирующего операционного усилителя (1), двумя гидролиниями соединенный с гидролиниями нагнетания и слива;

- гидрораспределитель выходного каскада (3), соединенный с гидролиниями нагнетания и слива, двумя гидролиниями, соединенный с однокаскадным или двухкаскадным управляющим электрогидравлическим усилителем (2) и имеющий две выходные гидролинии для соединения с потребителем; - электрический датчик обратной связи (4), подвижный элемент которого, якорь, кинематически связан с подвижным элементом, золотником, гидрораспределителя выходного каскада (3);

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

Основным недостатком рассмотренного электрогидравлического усилителя- прототипа является зависимость распределяемого гидроусилителем расхода рабочей жидкости от перепада давлений между выходными гидролиниями гидрораспределителя выходного каскада, что снижает кл.д. силовой части гидропривода, в составе которого работает гидроусилитель.

Задачей предлагаемого изобретения является устранение отмеченного недостатка.

Поставленная задача решается тем, что усовершенствованный электрогидравлический усилитель содержит:

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

- однокаскадный или двухкаскадный управляющий электрогидравлический усилитель, электрический вход которого соединен с выходом суммирующего операционного усилителя, двумя гидролиниями соединенный с гидролиниями нагнетания и слива;

- гидрораспределитель выходного каскада, соединенный с гидролиниями нагнетания и слива, двумя гидролиниями, соединенный с однокаскадным или двухкаскадным управляющим электрогидравлическим усилителем и имеющий две выходные гидролинии для соединения с потребителем;

- электрический датчик обратной связи, подвижный элемент которого, якорь, кинематически связан с подвижным элементом, золотником, гидрораспределителя выходного каскада;

- согласующую аппаратуру, вход которой соединен с сигнальной обмоткой электрического датчика обратной связи, при этом новым является то, что, согласно изобретению, в принципиальную электрогидравлическую схему заявленного электрогидравлического усилителя включены:

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

- электронное вычислительное устройство, один вход которого соединен с выходом согласующей аппаратуры электрического датчика обратной связи гидрораспределителя выходного каскада, 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, 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 _BX );

- однокаскадный или двухкаскадный управляющий электрогидравлический усилитель (2), электрический вход которого соединен с выходом суммирующего операционного усилителя (1), двумя гидролиниями соединенный с гидролиниями нагнетания и слива;

гидрораспределитель выходного каскада (3), соединенный с гидролиниями нагнетания и слива, двумя гидролиниями, соединенный с однокаскадным или двухкаскадным управляющим электрогидравлическим усилителем (2) и имеющий две выходные гидролинии для соединения с потребителем;

- электрический датчик обратной связи (4), подвижный элемент которого, якорь, кинематически связан с подвижным элементом, золотником, гидрораспределителя выходного каскада (3);

- согласующую аппаратуру (5), вход которой соединен с сигнальной обмоткой электрического датчика обратной связи (4), - электрогидравлический датчик перепада давлений (6), двумя гидролиниями соединенный с выходными гидролиниями гидрораспределителя выходного каскада (3);

- электронное вычислительное устройство (7), один вход которого соединен с выходом (Ui ) согласующей аппаратуры (5) электрического датчика обратной связи (4) гидрораспределителя выходного каскада (3), а другой вход соединен с электрическим выходом ( U ₂ ) электрогидравлического датчика перепада давлений (6), выход электронного вычислительного устройства (7) ( U _oc ) соединен со вторым входом суммирующего операционного усилителя (1).

Заявленный электрогидравлический усилитель работает следующим образом . На вход суммирующего операционного усилителя (1) подается входной управляющий сигнал ( U _BX ). Выход суммирующего операционного усилителя соединен с электрическим входом одно- или двухкаскадного управляющего электрогидравлического усилителя (2), который обеспечивает требуемые энергетические характеристики, необходимые для управления гидрораспределителем выходного каскада (3); подвижный элемент гидрораспределителя, золотник, кинематически связан с подвижным элементом, якорем, электрического датчика обратной связи (4), электрический сигнал с сигнальной обмотки этого датчика, через согласующую аппаратуру (5) ( Uj ) поступает на один вход электронного вычислительного устройства (7). Другой вход электронного вычислительного устройства (7) соединен с электрическим выходом (U ₂ ) датчика перепада давлений (6) между выходными гидролиниями гидрораспределителя выходного каскада.

Электронное вычислительное устройство вычисляет сигнал обратной связи (U _oc ), подаваемый на второй вход суммирующего операционного усилителя.

Для формирования замкнутого контура усовершенствованного гидроусилителя определим передаточную функцию по каналу электрической обратной связи.

Текущее значение расхода рабочей жидкости ( Q ), распределяемого гидрораспределителем выходного каскада, при коэффициенте перетечек равном нулю, определяется по формуле:

где

μ - коэффициент расхода рабочих окон гидрораспределителя выходного каскада;

Ь _щ - ширина рабочих окон гидрораспределителя выходного каскада, Ь _щ = const; g - ускорение силы тяжести;

γ - удельный вес рабочей жидкости;

х ₃ - текущее значение координаты золотника гидрораспределителя выходного каскада;

ΔΡ ₀ = const, ΔΡ ₀ = Р _п - Р _и

Р _п - давление в гидролинии нагнетания;

Pi - давление в гидролинии слива;

ДР = Р ₁ - Р ₂ , где

Р _г и Р ₂ - давления в выходных гидролиниях гидроусилителя;

Введем согласующий коэффициент К _с :

где:

\]™ _с - максимальное значение сигнала обратной связи;

Qo - расход рабочей жидкости при максимальном входном сигнале U _BX и

ΔΡ = 0:

х ₀ - максимальное значение координаты, определяющей величину и знак смещения золотника гидрораспределителя выходного каскада от нейтрального положения при максимальном входном управляющем сигнале ( U _BX ) и при

б

где

U-L - электрический сигнал на выходе согласующей аппаратуры датчика обратной связи гидрораспределителя выходного каскада:

/с _дос - коэффициент передачи электрического датчика обратной связи;

к _СА - - коэффициент передачи согласующей аппаратуры;

U ₂ - электрический сигнал, соответствующий ΔΡ„;

ί/° - электрический сигнал, соответствующий ΔΡ ₀ ,

то ормула для определения сигнала обратной связи U _oc примет вид:

В итоге для гидропривода, управляемого заявленным гидроусилителем, имеем:

• инвариантность скоростной характеристики к изменению перепада давлений от нагрузки на выходном звене исполнительного механизма;

• существенное, в 1,7 раза увеличение коэффициента полезного действия (КПД) силовой части при перепаде давлений от нагрузки, составляющего от максимального значения;

• возможность, в случае необходимости, ограничения скорости выходного звена исполнительного механизма с помощью ограничения входного сигнала.