Результат интеллектуальной деятельности: ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ

Изобретение относится к электрогидравлическим системам управления скоростью перемещения инерционной нагрузки, соединенной с выходом исполнительного гидродвигателя, по задаваемому алгоритму перемещения, например, к электрогидравлическим системам подъема и опускания.

Известен мембранный исполнительный механизм [1], содержащий исполнительный электродвигатель с шестеренным насосом, подпружиненную мембрану, рабочая полость которой соединена с нагнетательной линией насоса, причем управление электродвигателем осуществляется через регулятор, управляемый по сигналу датчика положения мембраны.

Недостатком данного аналога является его функциональная ограниченность, уменьшающая область применения изобретения.

Известны электрогидравлические системы объемного регулирования типа регулируемый гидронасос - гидродвигатель [2].

Недостатком таких систем является повышенная сложность конструкции.

Кроме того, при работе объемно-замкнутого насоса на гидроцилиндры с неравными объемами поршневой и штоковой полостей необходимо дополнительное усложнение приводов. Примером такого усложнения может служить гидросистема мобильной машины [3].

Известны электрогидравлические системы регулирования скорости объемно-дроссельного регулирования, содержащие в своем составе регулируемый насос и регулируемые гидрораспределители с LS-каналом измерения давления нагрузки, например электрогидравлическая система управления [4], которая наиболее близка по технической сущности к заявляемому изобретению и принята за прототип.

Прототип содержит насос с электрогидравлическим управлением, гидрораспределители с LS-каналом измерения давления, причем чувствительным элементом является первый датчик давления, второй датчик давления, измеряющий давление насоса, функциональный блок управления, причем система поддерживает давление на выходе насоса, необходимое для управления максимальной из нагрузок, а скорость рабочих органов задается величинами отклонения золотников гидрораспределителей, пропорциональных управляющим сигналам с пульта управления.

Недостатком прототипа является повышенная сложность конструкции, оправданная при работе на несколько гидродвигателей. При необходимости же управления одним гидродвигателем этот недостаток проявляется в значительной мере.

Целью предлагаемого технического решения является упрощение конструкции электрогидравлической системы управления скоростью перемещения нагрузки, соединенной с исполнительным гидродвигателем.

Указанная цель достигается тем, что в электрогидравлическую систему, содержащую гидробак, насос переменной производительности, блок управления, блок задания скорости, исполнительный гидродвигатель, при этом первый выход блока управления соединен с управляющим входом насоса, введены релейный гидрораспределитель, регулируемый дросселирующий гидрораспределитель, причем выход насоса гидролиниями соединен с входом релейного гидрораспределителя и с управляющим входом дросселирующего гидрораспределителя, выходы релейного гидрораспределителя гидролиниями соединены с входами исполнительного гидродвигателя, сливная линия релейного гидрораспределителя соединена с напорным входом дросселирующего гидрораспределителя, выход дросселирующего гидрораспределителя гидролинией соединен с гидробаком, второй и третий выходы блока управления электрически соединены с управляющими входами релейного гидрораспределителя, вход блока управления электрически соединен с выходом устройства задания скорости.

Насос переменной производительности может быть выполнен в варианте с электрогидравлическим управлением наклона люльки насоса, возможно также регулирование расхода рабочей жидкости за счет изменения скорости вращения приводного электродвигателя, например применение шестеренного насоса с регулируемым электродвигателем.

Материалы заявки поясняются следующими графическими материалами, где:

- на фиг.1 изображена блок-схема заявляемого устройства;

- на фиг.2 представлен вариант структуры блока управления;

- на фиг.3 представлен вариант исполнения блока задания скорости;

- на фиг.4 приведена расходная характеристика дросселирующего гидрораспределителя для электрогидравлического привода мощностью до 1 кВт.

Электрогидравлическая система управления (фиг.1) состоит из гидробака 1, насоса переменной производительности 2, релейного гидрораспределителя 3, дросселирующего гидрораспределителя 4, блока управления 5, исполнительного гидродвигателя 6 и блока задания скорости 7, причем выход насоса переменной производительности 2 гидравлически связан с напорным входом релейного гидрораспределителя 3 и с управляющим входом дросселирующего гидрораспределителя 4, первый выход блока управления 5 электрически соединен с управляющим входом насоса переменной производительности 2, второй выход блока управления 5 электрически соединен с первым управляющим входом релейного гидрораспределителя 3, третий выход блока управления 5 электрически соединен со вторым управляющим входом релейного гидрораспределителя 3, выходы релейного гидрораспределителя 3 гидролиниями соединены с входами исполнительного гидродвигателя 6, вход блока управления электрически соединен с выходом блока задания скорости 7, сливная линия релейного гидрораспределителя 3 соединена с напорным входом дросселирующего гидрораспределителя 4, сливная линия гидрораспределителя 4 и всасывающая магистраль насоса 2 соединены с гидробаком 1.

Электрогидравлическая система управления скоростью работает следующим образом.

При появлении электрического сигнала от блока задания скорости 7 блок управления 5, включающий в себя блок питания 8 (фиг.2), усилитель управления насоса 9, каскады включения релейного распределителя 10, а также функциональный преобразователь 11, вырабатывает по заданному алгоритму усиленный по мощности сигнал управления насосом переменной производительности 2 (фиг.1), в соответствии с которым насос 2 обеспечивает расход рабочей жидкости, в соответствии с заданным алгоритмом. В случае использования нерегулируемого насоса и регулируемого приводного электродвигателя необходимый расход рабочей жидкости обеспечивается за счет изменения оборотов приводного электродвигателя, например при широтно-импульсном регулировании питающего напряжения приводного электродвигателя постоянного тока. Давление на выходе насоса 2 является управляющим для дросселирующего гидрораспределителя 4. Кроме того, блок управления 5 формирует в соответствии со знаком сигнала скорости команду включения одного из электромагнитов релейного гидрораспределителя 3. При этом поток рабочей жидкости поступает в одну из полостей исполнительного гидродвигателя 6 (например, гидроцилиндр), который перемещает расположенную на нем нагрузку в заданном направлении и со скоростью, задаваемой расходом насоса 2. Вариант реализации блока задания скорости приведен на фиг.3.

Во избежание неуправляемого перемещения нагрузки, то есть при условии совпадения направлений векторов скорости и внешней силы, действующей на нагрузку (например, силы тяжести), дросселирующий гидрораспределитель 4 (фиг.1) создает необходимый перепад давления в сливной линии гидродвигателя 6, величина которого пропорциональна величине дополнительной попутной нагрузки. Превышение создаваемого дросселирующим гидрораспределителем 4 давления над давлением, создаваемым нагрузкой, незначительно и определяется расходной характеристикой дросселирующего гидрораспределителя 4. Как правило, это несколько атмосфер.

В случае несовпадения направлений векторов скорости и силы, действующей на гидроцилиндр с расположенной на нем нагрузкой, то есть при встречной нагрузке, давление насоса 2, необходимое для преодоления веса нагрузки, вызывает необходимое (при значительных нагрузках - полное) открытие дросселирующего гидрораспределителя 4 и соответственно минимальные гидравлические потери на нем.

Таким образом, обеспечивается экономичная работа электрогидравлической системы во всех режимах работы.

Золотник дросселирующего гидрораспределителя 4 перемещается в корпусе под воздействием давления насоса 2 и возвратной пружины. Его расходная характеристика (для одного из вариантов привода) в зависимости от перемещения золотника, которое пропорционально давлению насоса 2, приведена на фиг.4. Зона нечувствительности на характеристике создается начальным поджатием пружины и сформирована для повышения надежности перемещения золотника.

Работа электрогидравлической системы управления скоростью оценена с помощью математического моделирования, при этом определены области устойчивого регулирования в зависимости от характеристик дросселирующего гидрораспределителя, объема рабочей жидкости в исполнительном гидродвигателе и величины нагрузки.

Экспериментальные испытания электрогидравлической системы в составе стенда, имитирующего подъем и опускание инерционной нагрузки, подтвердили работоспособность электрогидравлической системы управления.

Кроме того, заявляемая электрогидравлическая система управления обладает достоинством с точки зрения обеспечения техники безопасности, поскольку при отказе насоса или его приводного двигателя не происходит неуправляемого перемещения нагрузки вследствие запирания канала слива дросселирующим гидрораспределителем. При пропадании электропитания в системе каналы перекрываются релейным гидрораспределителем.

Библиографические данные:

1. Патент РФ №2094667, кл. F 15 В 9/03, 1993.

2. "Следящие приводы", под редакцией Б.К. Чемоданова, "Энергия", 1976.

3. Патент РФ №2158861, кл. F 16 Н 39/02, 1998.

4. Патент РФ №2162551, кл. F 15 В 9/04, 1999.