электрогидравлический агрегат, следящий двухкаскадный гидроусилитель и регулируемый силовой дроссель

Формула изобретения

1. Электрогидравлический агрегат, содержащий установленную на горизонтальной опорной плите вертикальную панельную плиту, на которой установлены и закреплены гидравлические и электрогидравлические элементы-распределители с электромагнитным управлением, регулируемые силовые дроссели и редукторы давления, встроенные в блоки, выполненные в виде брусьев в форме прямоугольных параллелепипедов, часть из которых закреплена на вертикальной панельной плите, а другая часть - на них, а коммуникационные гидравлические каналы выполнены внутри блоков и в вертикальной панельной плите, причем междублочные стыки каналов уплотнены, отличающийся тем, что агрегат снабжен следящими двухкаскадными гидроусилителями, вертикальная панельная плита выполнена в виде вертикального бруса, а в качестве материала для блоков и плиты использован материал с большим акустическим декрементом затухания.

2. Следящий двухкаскадный гидроусилитель, содержащий электромеханический преобразователь двустороннего действия, якорь которого контактирует с управляющим золотником, размещенным в следящей гильзе, имеющей напорные и управляющие окна, соединенные с полостями управляющих торцов распределительного золотника, имеющего шток, кинематически связанный со следящей гильзой с помощью механизма, регулирующего величину внутренней обратной связи между каскадами узла, отличающийся тем, что распределительный золотник выполнен с четырмя внутренними полостями, каждая из которых имеет радиальные выходные каналы в двух параллельных плоскостях, перпендикулярных оси золотника, расположенных у правого и левого торцов полости, расстояние между которыми, а также расстояние между плоскостями каналов соседних полостей равно шагу t, ответно каналам в корпусе или гильзе распределительного золотника выполнено девять кольцевых расточек с тем же шагом t по оси золотника, при этом в нейтральном положении распределительного золотника расточки смещены относительно плоскостей каналов на расстояние, равное t/2, при этом к средней расточке корпуса или гильзы распределительного золотника подведен канал "Напор", крайние расточки соединены между собой и с каналом "Слив", расточки, соседние со средней, соединены с расточками через одну от них, расположенными в направлении соответствующего ближайшего торца золотника, а расточки, расположенные между ними, соединены с каналами соответствующих полостей силового гидроцилиндра.

3. Регулируемый силовой дроссель, содержащий корпус и дросселирующий элемент, выполненный в виде стакана, на наружной поверхности которого выполнена дросселирующая канавка, отличающийся тем что, что он снабжен вторым дросселирующим элементом, выполненным в виде второго стакана, вложенного с возможностью поворота внутрь первого стакана соосно с ним при этом на наружных поверхностях первого и второго стаканов выполнен ряд параллельных канавок, например, прямоугольного сечения, переменной длины, начинающихся от сквозной продольной прорези, выполненной вдоль образующей стакана, причем первый стакан помещен с возможностью поворота в гильзу, неподвижно установленную в корпус и имеющую прорезь вдоль образующей.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое решение относится к области электрогидравлического следящего привода и может быть использовано в различных сферах народного хозяйства в системах управления.

Известно конструктивное выполнение "Универсальной системы элементов промышленной пневмоавтоматики" (УСЭППА), см. Т.К. Берендс и др. Элементы и схемы пневмоавтоматики. - М.: Машиностроение, 1968, глава 1, раздел 2, рис.20...28, глава III, стр. 190, рис.120. Этот же рисунок приводится в статье об УСЭППА в БСЭ, т. 27, стр. 15, третье изд., 1977 г., М.: Советская энциклопедия, где приводится компактное описание конструктивов УСЭППА.

УСЭППА представляет собой набор конструктивно и функционально завершенных пневматических элементов. Устройства из элементов УСЭППА монтируются на платах, соединения между элементами осуществляются с помощью каналов, проходящих внутри плат. Для создания систем управления используется агрегатный принцип.

Агрегат состоит из крупных функциональных блоков, которые, в свою очередь, состоят из модулей, а модули - из отдельных элементов. Плата с элементами является одновременно и несущей панелью.

К недостаткам конструктивов УСЭППА следует отнести односторонний монтаж на плате, что сужает конструктивные и коммуникационные возможности.

Как известно, при использовании в качестве несущей панели прямоугольного бруса, имеющего 6 притычных плоскостей, для навешивания на него блоков могут быть использованы 2...4 плоскости, за вычетом установочных поверхностей. В УСЭППА этот принцип не реализуется, что сужает ее конструктивные и коммуникационные возможности.

Известен принцип соединения нескольких блоков на горизонтальной плите, на корпусах которых размещены различные гидравлические элементы. См. справочник Свешникова В.К., Усова А.А. Станочные гидроприводы. - М.: Машиностроение, 1988, с.192-194, 211, 212, рис. 5.63.

К недостаткам компоновки такого устройства следует отнести отсутствие вертикальной плиты, что сужает конструктивные и коммуникационные возможности.

Наиболее близким по технической сущности является патент США №3680589, F 15 B 13/00, в котором применена вертикальная плита с выполненными в ней коммутационными каналами, к которой крепятся блоки и гидравлические элементы.

К недостаткам следует отнести отсутствие встроенных в плиту гидравлических элементов и отсутствие горизонтальной плиты.

Известен электрогидравлический усилитель по авт. свид. №1479714, МПК F 15 B 9/03, содержащий электромеханический преобразователь, управляющий плунжер и соединенный с ним гидролиниями распределительный золотник, связанный с датчиком обратной связи. Распределительный золотник имеет четыре щели, дросселирующие поток рабочей среды, что обуславливает "срабатывание" на каждой щели значительного перепада давления и ведет к неудовлетворительным виброакустическим характеристикам.

Известен также "Электрогидравлический усилитель" по авт. свид. №1432279, МПК F 15 B 9/03, содержащий электромеханический преобразователь, управляющий плунжер, соединенный с ним гидролиниями распределительный золотник, датчик обратной связи. Распределительный золотник имеет четыре рабочих щели, что обуславливает те же недостатки, что и у предыдущего аналога.

Наиболее близким среди гидроусилителей является "Следящий механизм с отслеживающей втулкой сервозолотника", см. книгу Т.М. Башта Гидропривод и гидропневмоавтоматика. - М.: Машиностроение, 1972, глава IV, стр. 171, рис. 124, содержащий электромеханический преобразователь, контактирующий с управляющим плунжером, размещенным в плавающей гильзе, связанной с помощью рычажного механизма с золотниковым распределителем, причем магистрали "напор" и "слив" подключены к управляющему плунжеру и распределительному золотнику, полости которого подключены также к магистралям полостей силового гидроцилиндра, а окна плавающей гильзы соединены с управляющими полостями распределительного золотника.

К недостаткам устройства можно отнести небольшое количество рабочих щелей на пути силового потока рабочей жидкости, что приводит к значительному "срабатыванию" давления на каждой щели и связанной с этим невозможностью получения хороших виброакустических характеристик.

Известен дроссель, регулирование сопротивления в котором достигается изменением длины дроссельного канала, см. Т.М. Башта Машиностроительная гидравлика. Справочное пособие. - М.: Машиностроение, 1971, стр. 397, рис. 232(а). Изменение длины канала осуществляется за счет ввинчивания или вывинчивания винта, на котором выполнена канавка прямоугольно сечения.

К недостаткам дросселя можно отнести недостаточную пропускную способность и узкий диапазон регулирования.

Известен также "Дроссель" по авт. свид. 461266, МПК F 16 K 47/06, принятый авторами в качестве прототипа среди дросселей, выполненный в виде шлицевых валика и втулки, на сопрягаемых поверхностях которых нарезана винтовая канавка.

К недостаткам дросселя можно отнести недостаточный диапазон регулирования.

Задачей предлагаемого изобретения является улучшение виброакустических и массогабаритных характеристик и повышение надежности.

Для решения указанной задачи электрогидравлический агрегат, содержащий установленную на горизонтальной опорной плите вертикальную панельную плиту, на которой установлены и закреплены гидравлические и электрогидравлические элементы - распределители с электромагнитным управлением, регулируемые силовые дроссели и редукторы давления, встроенные в блоки, выполненные в виде брусьев в форме прямоугольных параллелепипедов, часть из которых закреплена на вертикальной панельной плите, а другая часть - на них, а коммуникационные гидравлические каналы выполнены внутри блоков и в вертикальной панельной плите, причем междублочные стыки каналов уплотнены, снабжен следящими двухкаскадными гидроусилителями, вертикальная панельная плита выполнена в виде вертикального бруса, а в качестве материала для блоков и плиты использован материал с большим акустическим декрементом затухания; следящий двухкаскадный гидроусилитель, содержащий электромеханический преобразователь двустороннего действия, якорь которого контактирует с управляющим золотником, размещенным в следящей гильзе, имеющей напорные и управляющие окна, соединенные с полостями управляющих торцов распределительного золотника, имеющего шток, кинематически связанный со следящей гильзой с помощью механизма, регулирующего величину внутренней обратной связи между каскадами узла, в котором распределительный золотник выполнен с четырьмя внутренними полостями, каждая из которых имеет радиальные выходные каналы в двух параллельных плоскостях, перпендикулярных оси золотника, расположенных у правого и левого торцов полости, расстояние между которыми, а также расстояние между плоскостями каналов соседних полостей равно шагу t, ответно каналам в корпусе или гильзе распределительного золотника выполнено девять кольцевых расточек с тем же шагом t по оси золотника, при этом в нейтральном положении распределительного золотника расточки смещены относительно плоскостей каналов на расстояние, равное t/2; при этом к средней расточке корпуса или гильзы распределительного золотника подведен канал "напор", крайние расточки соединены между собой и с каналом "слив", расточки, соседние со средней, соединены с расточками "через одну" от них, расположенными в направлении соответствующего ближайшего торца золотника, а расточки, расположенные между ними, соединены с каналами соответствующих полостей силового гидроцилиндра; регулируемый силовой дроссель, содержащий корпус и дросселирующий элемент, выполненный в виде стакана, на наружной поверхности которого выполнена дросселирующая канавка, снабженный вторым дросселирующим элементом, выполненным в виде второго стакана, вложенного с возможностью поворота внутрь первого стакана соосно с ним, при этом на наружных поверхностях первого и второго стаканов выполнен ряд параллельных канавок, например, прямоугольного сечения, переменной длины канавок, начинающихся от сквозной продольной прорези, выполненной вдоль образующей стакана, причем первый стакан помещен с возможностью поворота в гильзу, неподвижно установленную в корпус и имеющую прорезь вдоль образующей.

На фиг.1...3 представлена электрогидравлическая схема агрегата; на фиг.4 - полуконструктивная схема следящего гидроусилителя; на фиг 5...8 виды на агрегат соответственно спереди, сбоку, сверху и сзади; на фиг.9 - осевой разрез двухкаскадного дросселя; на фиг.10, 11 - поперечные разрезы, причем на фиг.11 втулки дросселя представлены в частично повернутом положении; на фиг.12, 13 - развертка поверхностей стаканов с выполненными на них канавками.

В приложении представлена гидрокинематическая схема агрегата в аксонометрической проекции.

Агрегат управляет работой следующих исполнительных механизмов:

- основным гидроцилиндром 1;

- дополнительным гидроцилиндром 2.

Агрегат содержит следующие гидравлические элементы:

- распределитель четырехлинейный двухпозиционный с электромагнитным и ручным управлением 3...8;

- распределитель четырехлинейный двухпозиционный с гидравлическим управлением 9...11;

- распределитель двухлинейный двухпозиционный с гидравлическим управлением 12...14;

- дроссель шайбовый 15...30;

- дроссель силовой канавочный двухступенчатый 31...36;

- элемент ИЛИ гидравлический 37;

- фильтр 38;

- редуктор давления 39, 40;

- управляющая золотниковая пара с электромеханическим и ручным управлением 41, 42;

- золотник распределительный - 43, 44.

Золотниковые гидравлические элементы выполнены следующим образом:

- управляющая золотниковая пара 41 (42) содержит собственно управляющий золотник 45, перемещающийся от преобразователя электромеханического (ПЭМа) 46 в следящей гильзе 47 в неподвижной гильзе 48, установленной в корпусе. Прорези в следящей гильзе образуют с поясками золотника 45 дросселирующие щели. Неподвижная гильза 48 имеет собирающие окна, выполненные несколько шире окон в следящей гильзе 47 с учетом ее хода.

- золотник распределительный 43 (44) содержит собственно золотник 49 и перемещается в неподвижной гильзе 50, установленной в корпусе золотника распределительного 43 и имеет четыре внутренних полости 51, каждая из которых сообщается с наружной поверхностью золотника 49 каналами 52. В гильзе 50 выполнены 9 кольцевых расточек 53 или групп отверстий (на одну больше, чем количество каналов 52) с тем же шагом по оси золотника. Золотник 49 имеет два штока, один из которых кинематически связан со следящей гильзой 47 с помощью механизма, регулирующего величину внутренней обратной связи между каскадами узла, а другой - с поворотным датчиком электрической обратной связи 55 следящей системы.

Золотниковая пара 41 (42) и золотник распределительный 43 (44) представляют собой функционально законченный узел.

В состав узла входят также дроссели 18, 19 и редуктор давления 39. Гидравлические связи показаны на фиг.4.

Устройство содержит также следующие электрические элементы:

- коммутирующие блоки 56, 57, 58, 59;

- блоки микропереключателей 60...65. Гидравлические и электрические связи выполнены в соответствии со схемой электрогидравлической, см. фиг.1...3.

Конструктивно агрегат выполнен следующим образом. Гидравлические элементы скомпонованы в ряд блоков, а именно:

- блок управления силовыми дросселями 66;

- блок силовых дросселей 67;

- блок распределителей 68;

- блок управления первым каналом 69;

- блок управления вторым каналом 70.

Основанием конструкции является горизонтальная опорная плита 71, устанавливаемая на 4 амортизаторах, на которой с помощью болтов закреплен блок распределителей 68, корпус которого выполнен в виде вертикальной панельной плиты 72, которая в сечении представляет собой прямоугольник, вытянутый в высоту и имеющий в верхней части два добавочных амортизатора. На лицевой части устройства к блоку распределителей 68 с помощью болтов крепятся в верхней части - блок управления первым каналом 58, а в нижней части - блок управления вторым каналом 70.

На задней стороне к блоку распределителей 68 с помощью болтов крепится блок силовых дросселей 67, к которому, в свою очередь, также на болтах крепится блок управления силовыми дросселями 66.

Все каналы, соединяющие между собой гидравлические элементы, выполнены сверлеными в монолитных корпусах блоков 66 ... 70. Стыки каналов соседних блоков уплотнены с помощью резиновых колец.

С задней стороны агрегата находятся штуцера "Напор первого канала" (НАПОР К1), "Напор второго канала" (НАПОР К2), штуцера подвода и отвода рабочего тела в основной гидроцилиндр ("1-ОСН", "2-ОСН"), тоже для дополнительного гидроцилиндра ("1-ДОП", "2-ДОП"), а также штуцер "СЛИВ". Штуцер "ДРЕНАЖ" расположен в верхней части агрегата.

Устройство имеет резервные органы ручного управления, а именно рукоятки 73 управления соответственно первым и вторым каналами, а также фланцеобразные эллиптические по форме органы ручного управления 74...79 распределителей четырехлинейных двухпозиционных 3...8 соответственно.

Ряду гидролиний, связывающих гидравлические элементы на разных фигурах, присвоены номера позиций, а именно поз. 80...88.

Электрогидравлический агрегат (ЭГА) входит в состав автоматизированной рулевой машины для управления рулями объекта. Он работает в нескольких режимах по сигналам задания от системы управления в автоматическом режиме, либо от рукояток ручного управления в следующих режимах:

- при работе одним основным гидроцилиндром с меньшей скоростью перекладки руля;

- при работе основным и дополнительным гидроцилиндрами с большей скоростью перекладки руля.

ЭГА представляет собой двухканальное конструктивно и функционально законченное изделие с регулируемым расходом рабочей жидкости.

Принцип действия ЭГА при работе на первом канале управления при большей скорости перекладки руля

В этом случае электромагниты распределителей 3...8 обесточены, а выходы основного и дополнительного гидроцилиндров соединены с выходами золотника распределительного 43 через полости распределителей 9 и 10. Одновременно напор рабочей жидкости через элемент 37 ИЛИ и фильтр 38 поступает на редукторы давления 39, 40, где давление понижается до величины давления управления и далее поступает через распределители 3...8 в торцевые полости распределителей 9, 10, 11, 12, 13, устанавливая их в положение по схеме. Давление управления поступает также к управляющей золотниковой паре 41. Управляющий золотник 45 этой пары находится при этом в нулевом положении и перекрывает рабочие окна в следящей гильзе 47 и отсекает поступление рабочей жидкости в торцовые полости золотника 49, находящегося в среднем (нулевом) положении. Давление через дроссели 31 (32), распределители 12 (14) поступает в одну полость золотника распределительного 43 (44), а другая его полость через распределитель 13 и дроссель 36 соединяется со сливной магистралью. Другие режимы управления обеспечиваются дополнительным включением электромагнитов соответствующего набора распределителей 3, 6, 7, 8 и силовых дросселей 33, 35, что обеспечивает работу на одном основном гидроцилиндре с малым уровнем шумности.

Также в конструкции обеспечивается возможность выполнения работы с местного поста управления, организованного от рукоятки 73 гидроусилителя первого канала при потере электрического питания.

В этом случае при отклонении рукоятки 73 она воздействует на управляющий золотник 45 гидроусилителя, который при своем перемещении соединяет напорную линию 85 управляющего напора с торцевой полостью золотника распределительного 43 гидроусилителя, а другую торцевую полость золотника распределительного 43 соединяет с дренажем. При своем перемещении золотник распределительный 43 через механизм обратной связи 54 перемещает следящую гильзу 47, которая перекрывает дросселирующие и управляющие окна, чем обеспечивает следящий режим работы гидроусилителя. Золотник распределительный 43 при своем перемещении подает силовой расход рабочей среды через полости распределителя 9, соединенные при снятом электропитании с электромагнита с полостями гидроцилиндра рулевой машины, которая разворачивает руль на необходимый угол. При достижении заданного угла разворота руля рукоятка 73 гидроусилителя устанавливается оператором в нулевое положение и руль останавливается. Таким образом, происходит управление перекладкой руля с местного поста.

Выход золотника распределительного 44 гидроусилителя второго каскада агрегата отсечен от гидроцилиндра рулевой машины полостями распределителя 11.

Дроссели 31, 33, 35, 36 выполнены малошумными, способными "сработать" большой перепад давления. Это достигается за счет того, что они имеют два каскада дросселирования с двумя подвижными поворотными втулками, на которых выполнены канавки переменной длины.

Управляющая золотниковая пара с электромеханическим и ручным управлением 41 (42) совместно с золотником распределительным 43 (44) представляют собой следящий двухкаскадный гидроусилитель, который работает следующим образом. Разность управляющих токов подается на электромеханический преобразователь 46, его якорь вместе с соединенным с ним управляющим золотником 45 перемещается, допустим, влево; открываются окна в следящей гильзе 47, и рабочая жидкость через окно в гильзе, дроссель 18 (20) поступает в торцевую полость (правую) золотника 49, который, перемещаясь влево, открывает окна в соответствующих полостях гильзы 50, которые коммутируют поступление рабочей жидкости в необходимую полость гидроцилиндра. Одновременно через жесткую обратную связь 54 золотник 49 воздействует на следящую гильзу 47, которая смещается в сторону закрытия ее окон, чем достигается следящий режим работы. Золотник 49 останавливается в положении, обеспечивающем расход, соответствующий требуемой скорости перекладки руля.

Конструкция золотника 49 и контактирующей с ним гильзы 50 и соответствующая коммутация обеспечивают проход рабочей среды последовательно через 8 рабочих щелей гильзы, что создает возможность разбиения общего перепада давления на ряд составляющих перепадов на отдельных щелях, выбранных таким образом, чтобы исключить кавитационные режимы работы каждой дросселирующей щели. Заданные таким образом перепады давления на дросселирующих щелях улучшают виброакустические характеристики устройства.

В агрегате многократно использованы дроссели двухступенчатые 31-36, встроенные в цилиндрические отверстия корпуса 89. В них размещены цилиндрические гильзы 90, имеющие по длине рабочей части прорезь 91, к которой через отверстие 92 в корпусе 89 подводится рабочая среда под давлением. В гильзу 90 вложен, с возможностью поворота, стакан 93, на наружной поверхности которого имеется прорезь 94, также по всей длине рабочей части, из которой берут начало дросселирующие канавки 95 прямоугольного сечения. Для данного примера исполнения сечения канавок 2×2 мм, а количество 120 шт.

Канавки 95 образуют первый каскад дросселирования. Канавки имеют различную длину (см. развертку фиг.12). В стакан 93 вложен с возможностью поворота другой стакан 96, также имеющий прорезь 97 по всей длине рабочей части и канавки 98 переменной длины, образующие второй каскад дросселирования. Настройка пропускной способности дросселя производится за счет разворота стаканов 93 и 96. При настройке дросселя в каждом каскаде меняется количество и длина канавок, вступивших в работу, что повышает возможности регулировки. Соосное расположение каскадов улучшает массогабаритные характеристики. Расположение дросселей в агрегате попарное, "задняя часть к задней части", что упрощает коммуникации.

Заявленные признаки реализуются за счет следующих факторов:

- виброакустические характеристики агрегата улучшаются за счет того, что каналы для прохода рабочей среды выполнены в монолитных блоках, а не в трубках, которые при значительных расходах и давлениях являются источниками вибрации, а также за счет применения гидроусилителя с разбиением перепада давления на нескольких щелях золотниковой пары;

- применение пониженного давления для каналов управления приводит к снижению перестановочных усилий на золотниках, уменьшению распорного усилия между блоками, что позволяет уменьшить их габариты и вес;

- компоновка агрегата типа “блок на блоке” улучшает массогабаритные характеристики.

Заявленное техническое решение, по мнению авторов, не является очевидным и соответствует понятию "изобретение".

Возможность применения изделия не вызывает сомнений, так как:

- изделие предназначено для использования в конкретной сфере народного хозяйства;

- реализация изделия возможна с помощью описанных в заявке технических средств;

- устройство способно обеспечить достижение заявленного технического эффекта;

- устройство технологично в изготовлении.