RU188632U1 - Электрогидравлический привод устройства нагружения - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к испытательной технике с гидравлическими исполнительными механизмами, в частности к объемным гидроприводам дроссельного регулирования в составе системы нагружения (нагружающего устройства) стендов для прочностных испытаний авиационных конструкций и их элементов. Электрогидравлический привод устройства нагружения содержит исполнительный гидроцилиндр 1 со штоком 2 и гильзой 3, к одной из крышек 4 которой на ее монтажной поверхности 5 установлен и закреплен модульный блок гидроаппаратуры, включающий сопряженные между собой монтажными поверхностями своих корпусов и скрепленные соединительными средствами функциональные модули 6 первый модуль 6 - сервопропорциональный клапан управления (СПКУ), второй модуль 7 - блок управления и защиты (БУиЗ) и третий модуль 8 - клапан ограничения нагрузки (КОН), а также четвертый модуль 9 – блок управления (БУ) сервопропорциональным клапаном. В корпусе модуля 6 размещены электромеханический преобразователь 10, сервопропорциональный двухкаскадный распределительный клапан с элементом 11 сопло-заслонка в первом каскаде и пропорциональным распределительным золотником клапана 12 во втором каскаде и выполнены рабочие каналы подключения к каналам корпуса модуля 7 соединениями «А», «Р», «Т», «В». Электромеханический преобразователь 10 соединен с заслонкой элемента 11, а его сопла соединены с камерами управления золотника клапана 12., а также, через дроссели, – с каналом подключения к источнику давления. В корпусе модуля 7 размещены два гидрозамка 13, 14, представляющие собой нормально закрытые гидроаппараты, каждый из которых имеет полость управления. Для управления гидрозамками 13, 14 в корпусе модуля 7 размещен электроуправляемый распределитель 15. Также в корпусе модуля 7 выполнены канал подключения привода соединением «Р» к источнику давления, канал подключения соединением «Т» к сливу и рабочие каналы подключения соединениями «А», «В» входов гидрозамков 13, 14 к рабочим каналам корпуса модуля 6, а выходов гидрозамков 13, 14 - к полостям 16, 17 гидроцилиндра 1. При этом полости управления гидрозамков 13, 14 соединены с выходом распределителя 15, входы которого соединены с каналами соединениями «Р», «Т». Технический результат – упрощение технологии ремонтно-восстановительных работ, расширение функциональных возможностей, повышение надежности защиты от потери электропитания и/или гидропитания и от возникновения кавитационных процессов. 9 з.п. ф-лы, 5 ил.

Description

Полезная модель относится к испытательной технике с гидравлическими исполнительными механизмами, в частности к объемным гидроприводам дроссельного регулирования в составе системы нагружения (нагружающего устройства) стендов для прочностных испытаний авиационных конструкций и их элементов.

Известны устройства испытательной техники с гидравлическими исполнительными механизмами, в частности к гидроприводам системы нагружения стендов для прочностных испытаний авиационных конструкций и их элементов SU №№ 920638, 1225932, RU №№ 172981, 178925, 2206804, 2303804, 2643197, 2643198, CN 3 № 107765626.

В частности известен комбинированный гидравлический привод для прочностных испытаний авиационных конструкций, содержащий гидравлический источник питания, в состав которого входят емкость, насос, электродвигатель и предохранительный клапан, золотник, линейный электродвигатель, гидравлический цилиндр, электродинамометр (датчик усилия) и систему автоматического управления, отличающийся тем, что в комбинированном гидравлическом приводе установлены электродвигатель с напряжением 380 В с постоянным числом оборотов и насос, имеющий регулятор мощности, обеспечивающий автоматическое соотношение между подачей и давлением, при котором потребляемая насосом мощность примерно одинакова (RU № 178925).

Известен также способ регулирования контролируемого параметра выходного звена гидродвигателя электрогидравлического следящего привода и устройство для его реализации, содержащее гидродвигатель и электрогидравлический усилитель, путем изменения площади проходного сечения рабочего окна электрогидравлического усилителя, включающий задание потребного значения контролируемого параметра путем формирования электрического входного сигнала, формирование электрического сигнала обратной связи по давлению в полостях гидродвигателя и в напорной и сливной гидролиниях привода и последующее формирование на основе потребного значения контролируемого параметра и сигнала обратной связи электрического управляющего сигнала, подаваемого на вход электрогидравлического усилителя, причем дополнительно формируют электрический сигнал обратной связи по текущему значению контролируемого параметра, на основе сигналов обратной связи вычисляют величину потребной в текущий момент времени площади проходного сечения рабочего окна электрогидравлического усилителя, затем формируют электрический управляющий сигнал, соответствующий на основе экспериментальных данных величине потребной в текущий момент времени площади проходного сечения рабочего окна электрогидравлического усилителя, при этом величину упомянутой площади проходного сечения определяют с учетом утечек и перетечек рабочей жидкости, а также сжимаемости жидкости и податливости стенок каналов (RU № 2206804).

Наиболее близким к заявляемому является многоканальная система нагружения для прочностных испытаний конструкций, содержащая ЭВМ, источник гидропитания, один или несколько электрогидравлических приводов устройства нагружения, представляющих собой следящие каналы нагружения с обратной связью по силе, каждый из которых включает в себя генератор сигнала задания нагрузок, регулятор, гидроцилиндр и установленные на нем динамометр со встроенным нормирующим усилителем, а также сервоклапан (распределительный золотник), при этом сервоклапан соединен гидролиниями с полостями цилиндра и с источником гидропитания, а электрический вход сервоклапана подключен к регулятору, который электрически соединен с нормирующим усилителем динамометра, отличающаяся тем, что в каждом канале нагружения цифровые генератор сигнала задания нагрузок и регулятор выполнены на базе микропроцессора, установленного на гидроцилиндре, а с управляющей ЭВМ цифровые генератор сигнала задания нагрузок и регулятор соединены полевым шинным интерфейсом (RU № 2303804, прототип).

По существу каждый канал нагружения, представленный в прототипе, представляет собой электрогидравлический привод устройства нагружения и содержит реверсивный исполнительный гидроцилиндр со штоком и гильзой, к одной из крышек которой на ее монтажной поверхности закреплен модульный гидроблок, включающий сопряженные между собой монтажными поверхностями своих корпусов первый модуль и второй модуль, в корпусе первого модуля размещены электромеханический преобразователь, сервопропорциональный распределительный клапан и выполнены рабочие каналы подключения к каналам корпуса второго модуля, в котором выполнены канал подключения к источнику давления, канал подключения к сливу и рабочие каналы подключения к полостям гидроцилиндра, при этом рабочие каналы корпуса первого модуля подключены через каналы корпуса второго модуля к источнику давления и к сливу, один из других рабочих каналов первого модуля через рабочие каналы корпусов второго модуля подключен к одной из полостей гидроцилиндра, а второй из других рабочих каналов первого модуля через другие рабочие каналы корпуса второго модуля подключен с помощью трубопровода и соединительной арматуры, смонтированной на монтажной поверхности второй крышки гильзы, - к другой полости гидроцилиндра, шток которого связан с датчиком обратной связи, снабженным средствами подключения к генератору сигнала задания нагрузок, связанному через блок управления с электромеханическим преобразователем первого модуля с образованием замкнутого следящего контура привода. Блок управления выполнен в виде третьего модуля, сопряженного монтажной поверхностью своего корпуса с монтажной поверхностью корпуса второго модуля. Сопряженные монтажные поверхности крышки гидроцилиндра, корпусов модулей выполнены в виде монтажных плоскостей. Датчик обратной связи выполнен в виде датчика силы.

Недостатками известных устройств нагружения являются ограниченность функциональных возможностей по управлению сервоклапаном, недостаточная надежность защиты от потери электропитания электрогидравлического усилителя, от наличия воздуха в гидросистеме и от превышения допустимого давления в полостях гидроцилиндра, а также сложность конструкции и наладки гидросистемы, в частности, при заправке рабочей жидкостью, и отсутствие возможности визуального контроля давления.

Технической проблемой, разрешаемой с помощью настоящего технического решения, является создание эффективного электрогидравлического привода устройства нагружения для прочностных испытаний и расширение арсенала электрогидравлических приводов устройства нагружения.

Технический результат, обеспечивающий разрешение указанной проблемы заключается в расширении функциональных возможностей по управлению распределительным золотником для регулирования подачи/отвода рабочей среды в каждой из полостей гидроцилиндра, повышение надежности защиты от потери электропитания электрогидравлического усилителя за счет возможности оперативной изоляции полостей гидроцилиндра гидрозамками или сброса давления из полостей гидроцилиндра через электроуправляемый трехлинейный двухпозиционный распределитель, и оперативной защиты от превышения усилий, развиваемых гидроцилиндром, и от превышения допустимого давления в каждой из полостей гидроцилиндра с помощью непосредственно соединенного с ним клапана непрямого действия, в котором основной поток рабочей жидкости пропускается с минимальным перепадом давления на основном запорно-регулирующем элементе, а также повышение надежности за счет обеспечения полного выпуска воздуха при заправке, упрощение конструкции, в которой все гидравлические соединения в блоке гидроаппаратуры осуществляются через каналы корпуса блока управления и защиты, а каждый модуль может быть индивидуально проверен и, при необходимости, заменен, а также возможность визуального контроля давления непосредственно в каналах последнего.

Сущность полезной модели заключается в том, что электрогидравлический привод устройства нагружения содержит гидроцилиндр со штоком и гильзой, на одной из крышек которой установлен блок гидроаппаратуры, включающий сопряженные между собой монтажными поверхностями своих корпусов первый модуль – сервопропорциональный клапан управления (СПКУ), второй модуль - блок управления и защиты (БУиЗ) и третий модуль – блок клапанов ограничения нагрузки (КОН), в корпусе первого модуля размещены электромеханический преобразователь, сервопропорциональный распределительный клапан и выполнены каналы подключения последнего к каналам корпуса второго модуля, в котором размещены два гидрозамка, электроуправляемый распределитель и выполнены каналы для подключения привода к источнику давления и к сливу, а также каналы подключения входов гидрозамков к каналам корпуса первого модуля, а выходов гидрозамков - к полостям гидроцилиндра и к каналам корпуса третьего модуля, в котором размещены клапаны ограничения давления и выполнен, связанный с соответствующим каналом второго модуля, сливной канал этих клапанов, вход каждого из которых подключен к одному из каналов третьего модуля, связанному с одной из полостей гидроцилиндра, при этом два канала корпуса первого модуля подключены через каналы корпуса второго модуля к источнику давления и к сливу, один из двух других каналов корпуса первого модуля через первый гидрозамок и каналы корпуса второго модуля подключен к одной из полостей гидроцилиндра, а второй из упомянутых двух других каналов корпуса первого модуля через второй гидрозамок и каналы корпуса второго модуля подключен к другой полости гидроцилиндра, снабженного датчиком обратной связи (ДСТ), связанным с электрическим входом четвертого модуля - блока управления первым модулем, выполненного с возможностью подключения другим электрическим входом к средствами задания режимов, а электрическим выходом - с электромеханическим преобразователем первого модуля, при этом полости управления каждого из гидрозамков второго модуля соединены каналами с гидравлическим выходом электроуправляемого распределителя, вход электроуправления которого связан со средствами задания режимов, а гидравлические входы соединены с каналами подключения корпуса второго модуля к источнику давления и к сливу.

Предпочтительно, четвертый модуль выполнен с возможностью подключения соответствующим электрическим входом к средствам задания режимов в виде выносного пульта и электронно-вычислительной машины (ЭВМ).

Предпочтительно, корпус четвертого модуля выполнен с монтажной поверхностью для сопряжения с корпусом второго модуля, причем монтажные поверхности крышки гидроцилиндра и сопряженных между собой корпусов модулей выполнены в виде монтажных плоскостей.

В частных случаях реализации сервопропорциональный распределительный клапан первого модуля 6 выполнен двухкаскадным, с элементом сопло-заслонка в первом каскаде и пропорциональным распределительным золотником во втором каскаде.

В частных случаях реализации электроуправляемый распределитель второго модуля выполнен в виде трехлинейного двухпозиционного распределителя с электромагнитом управления на его электрическом входе, непосредственно подключенном к средствам задания режимов.

Предпочтительно, клапаны ограничения давления третьего модуля выполнены в виде клапанов непрямого действия.

Предпочтительно, второй модуль выполнен с отверстиями корпуса для подключения его каналов к манометрам и снабжен двумя противоположно включенными обратными клапанами, соединенными выходами между собой и с гидравлическим выходом электроуправляемого распределителя, причем на входе каждого из указанных обратных клапанов, соединенном с отверстием корпуса для подключения манометра, установлен регулируемый дроссель, соединенный с одним из каналов подключения выходов гидрозамков к полостям гидроцилиндра.

Предпочтительно, второй модуль снабжен двумя противоположно включенными дополнительными обратными клапанами, соединенными входами между собой и с каналом подключения к сливу, а выходами – с другими каналами, из которых один связан с соответствующей полостью гидроцилиндра непосредственно, а с другой полостью - с помощью наружного трубопровода.

Предпочтительно, крышки гильзы гидроцилиндра выполнены съемными, с кольцевыми поясками с одного торца для установки по внутренней поверхности гильзы и закреплены резьбовыми элементами к установленным с помощью резьбы на кольцевой наружной поверхности гильзы гидроцилиндра ободам.

Предпочтительно, гидроцилиндр выполнен реверсивным.

На чертеже фиг.1 изображена – структурная блок-схема устройства нагружения, на фиг.2 – принципиальная гидравлическая схема электрогидравлического привода устройства нагружения, на фиг.3 – гидроцилиндр с установленным на нем блоком гидроаппаратуры (общий вид), на фиг.4 – блок гидроаппаратуры (общий вид) в трех положениях, на фиг.5 – конструкция гидроцилиндра.

Электрогидравлический привод устройства нагружения (производственное наименование – «ось нагружения с сервоприводом», сокращенно: ОНС) содержит реверсивный гидроцилиндр 1 со штоком 2 и гильзой 3, на одной из крышек 4 которой установлен блок гидроаппаратуры, включающий сопряженные между собой монтажными поверхностями своих корпусов первый модуль 6 – сервопропорциональный клапан управления (СПКУ), второй модуль 7 - блок управления и защиты (БУиЗ) и третий модуль 8 – блок клапанов ограничения нагрузки (КОН).

На фиг.2 каналы корпусов модулей 6 – 8 изображены линиями, соединенными с гидроаппаратами, границы корпусов выделены утолщенными линиями.

В корпусе первого модуля 6 размещены электромеханический преобразователь 10, сервопропорциональный распределительный клапан 12 и выполнены каналы подключения последнего к каналам корпуса второго модуля 7. В корпусе первого модуля 6 выполнены рабочие каналы подключения к каналам корпуса второго модуля 7 соединениями, обозначенными «А», «Р», «Т», «В» на чертежах фиг.2 и фиг.4.

Сервопропорциональный распределительный клапан 12 первого модуля 6 выполнен, согласно фиг.2, двухкаскадным, с элементом 11 сопло-заслонка в первом каскаде и пропорциональным распределительным золотником во втором каскаде. Электромеханический преобразователь 10 кинематически соединен с заслонкой элемента 11, а его сопла непосредственно соединены с камерами управления по торцам распределительного золотника клапана 12, а также, через нерегулируемые балансные дроссели (не обозначены), – с каналом подключения к источнику давления (не изображен) через соединение Р. Нерегулируемые дроссели могут быть выполнены в виде пакетов тонких шайб с круглыми отверстиями. Сопла элемента 11 выполняются в виде цилиндрических насадков или в виде капиллярных каналов. Увеличение диаметра сопл приводит к увеличению расхода и быстродействия системы. Заслонка элемента 11 установлена с возможностью перемещения между его соплами от воздействия на нее электромеханического преобразователя 10. В иных случаях реализации модуля 6 электромеханический преобразователь может быть выполнен в виде электромагнита, непосредственно соединенного с пропорциональным распределительным золотником клапана 12 (здесь и далее – золотником в составе клапана 12).

В корпусе второго модуля 7 размещены два гидрозамка 13, 14, представляющие собой двухлинейные (с гидравлическими входом и выходом) нормально закрытые гидроаппараты, каждый из которых имеет полость управления для открывания (соединения входа и выхода) при подаче в нее давления. Для управления гидрозамками 13, 14 в корпусе второго модуля 7 размещен электроуправляемый (с толкающим электромагнитом управления) гидравлический распределитель 15. Распределитель 15 второго модуля 7 выполнен в виде трехлинейного двухпозиционного распределителя с электромагнитом управления на его входе электроуправления, непосредственно подключенным к средствам задания режимов, например, виде стендового выносного пульта 33 управления.

Также в корпусе второго модуля 7 выполнены канал подключения привода соединением «Р» к внешнему источнику давления (насосной станции), канал подключения соединением «Т» к сливу (баку) и рабочие каналы подключения соединениями «А», «В» входов гидрозамков 13, 14 к рабочим каналам корпуса первого модуля 6, а выходов гидрозамков 13, 14 - к полостям 16, 17 гидроцилиндра 1.

При этом полость управления каждого из гидрозамков 13, 14 соединена с гидравлическим выходом (выходной гидролинией) распределителя 15, гидравлические входы (входные гидролинии) которого связаны каналами с соединениями «Р», «Т» подключения каналов корпуса второго модуля 7 к источнику давления (насосной станции) и к сливу (баку), соответственно. В исходном состоянии при отсутствии электропитания на входе электроуправления распределителя 15 его гидравлический выход (выходная гидролиния) соединен со входом (входной гидролинией), подключенным каналами корпуса второго модуля 7 к сливу (соединению «Т»).

При этом два рабочих канала корпуса первого модуля 6 подключены соединениями «Р» и «Т» через каналы корпуса второго модуля 7 к источнику давления и к сливу, соответственно. Один из двух других рабочих каналов распределительного золотника клапана 12 первого модуля 6 через первый гидрозамок 13 и рабочие каналы корпуса второго модуля 7 подключен к одной из полостей – полости 16 гидроцилиндра 1, а второй из двух других рабочих каналов распределительного золотника клапана 12 первого модуля 6 через второй гидрозамок 14 и другие рабочие каналы корпуса второго модуля 7 подключен с помощью наружного трубопровода 20 и соединительной арматуры 21 (например, угловой штуцер), смонтированной на монтажной поверхности второй крышки 22 гильзы 3, - к другой полости 17 гидроцилиндра 1.

Корпус второго модуля 7 выполнен с отверстиями М1, М2 для подключения его каналов к манометрам и снабжен двумя встречно противоположно включенными обратными клапанами 27,28, соединенными выходами между собой и с гидравлическим выходом электроуправляемого распределителя 15, причем на входе каждого из указанных обратных клапанов 27, 28, соединенном с соответствующим отверстием М1, М2 корпуса для подключения манометра, установлен демпфирующий регулируемый дроссель 29,30, соединенный с одним из каналов подключения выходов гидрозамков 13, 14 к полостям 16, 17 гидроцилиндра 1.

Второй модуль 7 снабжен двумя встречно противоположно включенными дополнительными обратными клапанами 31, 32, соединенными входами между собой и с каналом подключения к сливу соединением Т,. а выходами – с другими каналами модуля 7, из которых один связан с соответствующей полостью 17 гидроцилиндра 1 непосредственно, а с другой полостью 16 - с помощью наружного трубопровода 20.

В частных случаях реализации привода второй модуль 7 может быть расположен на штоковой крышке 4 или на поршневой крышке 22 гильзы 3 гидроцилиндра 1. В частных случаях реализации привода первый модуль 6 может иметь до трёх ступеней гидроусиления. Любая ступень модуля 6 - электрогидравлического усилителя может быть оснащена дополнительным датчиком положения золотника клапана 12 с организацией цепи внутренней обратной связи модуля 6.

В корпусе третьего модуля 8 размещены двухкаскадные предохранительные клапаны 18, 19 непрямого действия и выполнен, связанный каналом корпуса второго модуля 7 с соответствующим соединением Т, сливной канал этих клапанов 18, 19, вход каждого из которых подключен к одному из рабочих каналов корпусов второго и третьего модулей 7, 8, связанных соединением «А» или соединением «В» с одной из полостей 16, 17 гидроцилиндра.1

Гидроцилиндр 1 снабжен датчиком 23 обратной связи (ДСТ).

Датчик 23 обратной связи представляет собой датчик силоизмерительный тензорезисторный (сокращенное производственное обозначение: ДСТ), и содержит упругий элемент с наклеенными на него тензорезисторами, соединенными по мостовой схеме, выполнен, предпочтительно, со встроенным, двухканальным усилителем. В частных случаях реализации привода датчик 23 обратной связи может быть установлен непосредственно на гидроцилиндре 1.

Датчик 23 обратной связи может иметь до трёх каналов измерения.

Датчик 23 обратной связи может быть выполнен со встроенным электронным усилителем.

Датчиков 23 обратной связи может быть несколько, одного или разных типов (например, датчик положения штока 2, датчик положения золотника клапана 12, два датчика давления в полостях 16, 17 для расчёта усилия).

Датчик 23 обратной связи (ДСТ) связан с электрическим входом четвертого модуля 9 (БУС).

Четвертый модуль 9 выполнен с возможностью подключения другим электрическим входом к средствами автоматической системы управления (АСУ), включающим ЭВМ 34 и/или стендовый выносной пульт 33; задания режимов, а электрическим выходом связан с электромеханическим преобразователем 10 первого модуля 6. Модуль 9 выполнен, предпочтительно, с программным ПИД-регулятором. ЭВМ 34 и стендовый выносной пульт 33 соединены между собой с возможностью обмена информацией.

Корпус четвертого модуля 9 выполнен с монтажной поверхностью для сопряжения с корпусом второго модуля 7, причем монтажные поверхности крышки 4 гидроцилиндра 1 и сопряженных между собой корпусов модулей 6,7,8,9 выполнены в виде монтажных плоскостей, сопряженных с образованием единого блока гидроаппаратуры, как это показано на фиг.4. При этом монтажные плоскости корпусов первого, третьего и четвертого модулей 6,8,9 и крышки 4 гидроцилиндра 1 сопряжены с четырьмя монтажными плоскостями корпуса второго модуля 7, расположенными с разных сторон последнего.

Крышки 4,22 гильзы 3 гидроцилиндра 1 выполнены съемными, с кольцевыми поясками 24,25 с одного торца для установки по внутренней поверхности гильзы 3 и закреплены резьбовыми элементами 35 к установленным с помощью резьбы на кольцевой наружной поверхности гильзы 3 гидроцилиндра 1 ободам 26.

В частных случаях реализации привода гидроцилиндр 1 может быть выполнен с двухсторонним штоком. В других частных случаях реализации привода гидроцилиндр 1 может быть выполнен одностороннего действия.

Для присоединения гидроцилиндра 1 могут использоваться разные средства крепления – фланцы, цапфы, проушины.

Гидроцилиндр 1 с крепежными элементами и элементами компенсации резьбовых зазоров (не обозначены) представляет собой силовозбудитель (СВ).

Электрогидравлический привод устройства нагружения поставляется на место эксплуатации в собранном виде в составе силовозбудителя (СВ) с блоком гидроаппаратуры, включающим модули 6-9, в виде единой ампулизированной сборки), как правило, под наименованием «Ось нагружения с сервоприводом» (ОНС).

Каждая модель (типоразмер) ОНС обозначается следующим образом:

Привод (ОНС) предназначен для эксплуатации в закрытом, защищенном от внешних метеорологических воздействий, помещении.

Электрогидравлический привод в составе устройства нагружения работает следующим образом.

Устройство нагружения с одним или несколькими (группой) электрогидравлическими приводами предназначено для эксплуатации в закрытом, защищенном от внешних метеорологических воздействий, помещении.

Электрогидравлический привод устройства нагружения устанавливается на подготовленное место на испытательном стенде и закрепляется с помощью проушин или иных конструкций, расположенных на штоке 2 и гильзе 3 гидроцилиндра 1. Допускается любое пространственное расположение гидроцилиндра 1 при эксплуатации.

Подключение стендовых гидравлических коммуникаций подачи и слива рабочей среды производится через присоединительные порты, расположенные на боковых поверхностях модуля 7 (БУиЗ). Порты (наружные гидравлические соединения) промаркированы буквами «Р» – напорная линия и «Т» – сливная линия.

Центральная ЭВМ (АСУ) 34 передает синхронизирующий сигнал, чтобы синхронизировать нагружение на всех приводах устройства нагружения. После получения синхронизирующего сигнала все приводы одновременно начинают генерацию усилия нагружения (растяжения или сжатия).

При работе привода силовозбудитель в составе ОНС развивает требуемое усилие в заданном направлении путём подачи под давлением РЖ в соответствующую полость гидроцилиндра 1.

Модуль 7 (БУиЗ) в составе ОНС реализует выполнение следующих функций:

- коммутацию потоков РЖ между напорной и сливной магистралями внешней гидросистемы, модуля 6 (СПКУ) и силовозбудителем (СВ);

- штатную работу модуля 6 СПКУ;

- возможность гидромеханического электроуправляемого отсечения модуля 6 (СПКУ) от силовозбудителя (СВ);

- подключение, при необходимости, средств измерения давления.

Модуль 6 (СПКУ) обеспечивает подачу рабочей жидкости (РЖ) в рабочие полости гидроцилиндра 1 силовозбудителя (СВ) пропорционально входному электрическому сигналу.

Модуль 9 (БУС) предназначен для управления силовозбудителем (СВ) по замкнутой схеме с обратной связью по датчику 23 (ДСТ). Управление осуществляется путем формирования электрического сигнала, подаваемого на модуль 6 (СПКУ). Параметры нагружения (режимы) задаются управляющей ЭВМ 34.

Модуль 8 (КОН) обеспечивает независимую от электронного блока управления гидромеханическую защиту от превышения максимального усилия СВ. на штоке 2

Датчик 23 (ДСТ) преобразует усилие, развиваемое СВ, в пропорциональный электрический сигнал.

Процесс работы устройства нагружения состоит из непрерывно повторяющихся во времени циклов нагружения.

Настройка цифровых регуляторов модуля 9 (БУС) производится по аналоговым или цифровым сигналам команд от средства задания режимов – ЭВМ 34 автоматической системы управления – (АСУ). На модуль 9 поступает сигнал управления в соответствии с полученными от ЭВМ 34 автоматической системы управления (АСУ) 34 сведениями о заданном режиме нагружения. Встроенное в модуль 9 программное обеспечение принимает команды и реализует плавное изменение нагрузки от предыдущего до заданного (по отрезку синусоиды или по отрезку иной зависимости).

В исходном положении до поступления сигнала от модуля 9 на электромеханический преобразователь 10 заслонка элемента 11 и распределительный золотник клапана 12 находятся в положении равенства давления в камерах управления по торцам распределительного золотника клапана 12.

В модули 6, 7 подается рабочая среда под давлением через соединение «Р» и отводится на слив через соединение «Т» модуля 7.

Формируемый модулем 9 (БУС) выходной сигнал при наличии сигнала разрешения работы (Enable) от пульта 33 подаётся на модуль 6 СПКУ.

Одновременно от выносного средства задания режимов - пультом 34 подается электропитание на электрический вход (электромагнит управления) распределителя 15 и его гидравлический выход (выходная гидролиния, канал) соединяется с входом, подключенным каналами корпуса второго модуля 7 к нагнетанию (соединению «Р»). Давление одновременно поступает в полости управления гидрозамков 13, 14, которые синхронно переключаются в открытое состояние.

Сигнал с датчика 23 (ДСТ) усиливается встроенным в него двухканальным усилителем до диапазона 2–10 В (6 В при нагрузке 0 Н, 2 В при максимальной силе растяжения, 10 В при максимальной силе сжатия). Этот сигнал является сигналом обратной связи при формировании управляющего сигнала на модуле 6 СПКУ для реализации заданного закона регулирования.

Сигнал обратной связи передаётся в модуль 9 (БУС), где оцифровывается и обрабатывается встроенным в него ПИД-регулятором.

Модуль 6 (СПКУ) воспринимает сигнал, подаваемый модулем 9, отклонением заслонки элемента 11 и изменением, тем самым, сопротивления на соплах элемента 11, что приводит к смещению распределительного золотника клапана 12 (СПКУ) и направлению потока РЖ с требуемыми параметрами в заданную полость 16 или 17 гидроцилиндра 1 силовозбудителя (СВ).

В соответствии с аналоговым или цифровым сигналом модуля 9 электромеханический преобразователь 10 поворачивает заслонку элемента 11 из исходного среднего положения, открывая одно сопло элемента 11 и прикрывая другое. В результате меняется в противоположных направлениях (одно уменьшается, а другое увеличивается) сопротивление истеканию текучей среды через сопла и нерегулируемые дроссели (не обозначены), благодаря чему формируется перепад давления в камерах управления по торцам распределительного золотника клапана 12.

Смещение золотника клапана 12, пропорциональное сигналу, поступившему от модуля 9, обеспечивает увеличение давления рабочей среды в одной и уменьшение в другой из полостей 16, 17 гидроцилиндра 1.

Благодаря перепаду давления в полостях 16, 17 шток 2 гидроцилиндра формирует усилие на нагрузке (объекте нагружения), при этом датчиком 23 формируется сигнал обратной связи, который в блоке 9 сравнивается с сигналом задания. Разность указанных сигналов (сигнал рассогласования) поступает на управление электромеханическим преобразователем электрогидравлического усилителя первого модуля (СПКУ) 6, осуществляющим дроссельное регулирование с помощью элемента 11 сопло-заслонка и распределительного золотника клапана 12 усилия гидроцилиндра 1, воздействующего на конструкцию объекта нагружения. По команде от ЭВМ 34 цифровой генератор модуля 9 может стабилизировать сигнал задания на любом уровне и продолжить его формирование по новой команде от ЭВМ 34 автоматической системы управления (АСУ).

Процесс работы привода состоит из непрерывно повторяющихся во времени циклов нагружения.

При каждом цикле нагружения центральная ЭВМ 34 АСУ задает для каждого привода группы приводов устройства нагружения следующие параметры нагружения:

Т - временной интервал (единый для всех приводов устройства нагружения);

U1n - уровень нагрузки очередного цикла нагружения.

При подаче напряжения опорный сигнал контролируемого уровня задается равным нулю.

В таблице указаны эксплуатационные параметры и их значения или диапазоны значений, при которых ведется нормальная эксплуатация привода (оси) нагружения.

Таблица

Возникающая осевая механическая нагрузка на объект нагружения измеряется датчиком 23, установленным на штоке 2 или на гильзе 3 гидроцилиндра 1. Формируемый датчиком 23 сигнал поступает в модуль 9, который по нему корректирует сигнал, подаваемый на элемент 11 модуля 6. Датчик 23 содержит два тензомоста. В штатном режиме модуль 9 работает по первому каналу (тензомосту) датчика 23. При выходе сигнала первого канала за границы 2-10 В, модуль 9, предпочтительно, переходит на работу по второму каналу. При выходе сигнала и второго канала за границы 2 -10 В, модуль 9 прерывает подачу сигнала на модуль 6 и распределитель 15, разгружая гидроцилиндр 1, и генерирует об этом сигнал «Fault».

Сигнал обратной связи с датчика 23 усиливается встроенным в него двухканальным усилителем до диапазона 2–10 В (6 В при нагрузке 0 Н, 2 В при максимальной силе растяжения, 10 В при максимальной силе сжатия). Сигнал обратной связи передаётся в модуль 9, где оцифровывается и обрабатывается ПИД-регулятором.

Этот сигнал является сигналом обратной связи при формировании в модулем 9 управляющего сигнала на модуле 6 для реализации заданного закона регулирования.

Программный ПИД-регулятор модуля 9 рассчитывает и выдаёт управляющий сигнал на сервоклапан модуля 6 для поддержания нагрузки на заданном уровне.

Сигнал с датчика положения золотника клапана 12 (не изображен) может служить дополнительным сигналом обратной связи для контроля отклонения от заданного уровня нагружения.

Модуль 9 принимает служебные команды от управляющей ЭВМ 34 АСУ и передаёт диагностическую и другую информацию. В модуле 9 реализован контроль ошибок измерения (отклонение между сигналом-командой и обратной связью) в статическом и динамическом режиме.

В случае выхода отклонения за заданный допуск отклонения модуль 9 передаёт на ЭВМ 34 АСУ специальное сообщение с кодом ошибки.

Информация о работе приводов (каналов) N₁...N_n нагружения поступает в ЭВМ 34 АСУ по полевому шинному интерфейсу.

Для передачи цифровых сигналов могут использоваться протоколы CAN, Ethercat, Modbus и двоичные сигналы. Уровни аналоговых сигналов могут быть унифицированными 0-10 В, ±10В, 4-20 мА или не унифицированными.

Элемент (гидроусилитель) 11 типа сопло-заслонка отличается простотой конструкции, надежностью в работе и быстродействием. К нему можно подводить жидкость с высоким давлением питания. В устройстве сопло-заслонка элемента 11 отсутствуют трущиеся пары, что обеспечивает его высокую надежность, чувствительность и быстродействие привода в целом, что позволяет расширить диапазон регулирования привода, т.е. его функциональные возможности.

Возможность подключения манометров (или иного измерительного оборудования) к рабочим каналам модуля 7 позволяет оператору визуально контролировать исправность привода. Группа обратных клапанов 27, 28, 31, 32 позволяет сократить время и повысить надежность полного заполнения каналов корпусов и гидроаппаратов рабочей жидкостью и выпуска воздуха при вводе привода в эксплуатацию, т.е. обеспечивают отсутствие кавитационных процессов при работе.

В случае внезапного отключения электропитания, в том числе и на входе электроуправления распределителя 15, последний возвращается в исходное положение, при котором его гидравлический выход и, следовательно, полости управления каждого из гидрозамков 13, 14 соединены с каналом подключения корпуса второго модуля 7 к сливу. При этом гидрозамки 13, 14 возвращаются в закрытое состояние, что позволяют исключить возникновение аварийных ситуаций, благодаря немедленной изоляции полостей 16, 17 путем перекрытия каналов корпуса модуля 7 (блока управления и защиты) между модулем 6 (сервопропорциональным клапаном) и полостями 16, 17 гидроцилиндра 1.

В случае внезапного отключения давления в соединении «Р» подвода рабочей среды под давлением и, следовательно, падения давления в полостях управления гидрозамков 13, 14, последние автоматически возвращаются в закрытое состояние, что позволяют исключить возникновение аварийных ситуаций, за счет немедленной изоляции полостей 16, 17, гидроцилиндра 1 путем перекрытия каналов корпуса второго модуля 7 (блока управления и защиты) между модулем 6 (сервопропорциональным клапаном) и полостями 16, 17 гидроцилиндра 1.

По существу корпус модуля 7 (блок управления и защиты) выполняет роль несущего элемента для компактного гидравлического, функционального и монтажного сопряжения модулей 6, 8 и 9 с гидроцилиндром 1. Оборудование модуля 7 выполняет функции аварийной защиты и разгрузки электрогидравлического привода устройства нагружения в целом и позволяет исключить возникновение несанкционированных режимов его работы и аварийных ситуаций.

Клапаны 18, 19 модуля 8 в случае недопустимого роста давления в полостях 16, 17 по любой причине обеспечивают ограничение усилия, развиваемого гидроцилиндром 1, при выдвижении штока 2 или втягивании штока 2 в гильзу 3.

Таким образом, достигается расширение функциональных возможностей, повышение надежности защиты от потери электропитания и/или прекращения гидропитания, и от возникновения кавитационных процессов, а также оперативная защита от превышения усилия, развиваемого гидроцилиндром, повышение надежности за счет обеспечения полного выпуска воздуха при заправке, упрощение конструкции, возможность визуального контроля давления. Упрощена также технология ремонтно-восстановительных работ, поскольку гидроаппаратура распределена между несколькими модулями, каждый из которых может быть индивидуально проверен и, при необходимости, оперативно заменен.

Claims (10)

1. Электрогидравлический привод устройства нагружения, содержащий гидроцилиндр (1) со штоком (2) и гильзой (3), на одной из крышек (4) которой установлен блок гидроаппаратуры, включающий сопряженные между собой монтажными поверхностями своих корпусов первый модуль (6) – сервопропорциональный клапан управления, второй модуль (7) - блок управления и защиты и третий модуль (8) – блок клапанов ограничения нагрузки, в корпусе первого модуля (6) размещены электромеханический преобразователь (10), сервопропорциональный распределительный клапан (12) и выполнены каналы подключения последнего к каналам корпуса второго модуля (7), в котором размещены два гидрозамка (13, 14), электроуправляемый распределитель (15) и выполнены каналы для подключения привода к источнику давления и к сливу, а также каналы подключения входов гидрозамков (13, 14) к каналам корпуса первого модуля (6), а выходов гидрозамков (13, 14) - к полостям (16, 17) гидроцилиндра (1) и к каналам корпуса третьего модуля (8), в котором размещены клапаны (18, 19) ограничения давления и выполнен, связанный с соответствующим каналом второго модуля (7), сливной канал этих клапанов (18, 19), вход каждого из которых подключен к одному из каналов третьего модуля (8), связанному с одной из полостей (16, 17) гидроцилиндра (1), при этом два канала корпуса первого модуля (6) подключены через каналы корпуса второго модуля (7) к источнику давления и к сливу, один из двух других каналов корпуса первого модуля (6) через первый гидрозамок (13) и каналы корпуса второго модуля (7) подключен к одной из полостей (17) гидроцилиндра (1), а второй из упомянутых двух других каналов корпуса первого модуля (6) через второй гидрозамок (14) и каналы корпуса второго модуля (7) подключен к другой полости (16) гидроцилиндра (1), снабженного датчиком (23) обратной связи, связанным с электрическим входом четвертого модуля (9) - блока управления первым модулем (6), выполненного с возможностью подключения другим электрическим входом к средствами (33, 34); задания режимов, а электрическим выходом - с электромеханическим преобразователем (10) первого модуля (6), при этом полости управления каждого из гидрозамков (13, 14) второго модуля (7) соединены каналами с гидравлическим выходом электроуправляемого распределителя (15), вход электроуправления которого связан со средствами (33, 34) задания режимов, а гидравлические входы соединены с каналами подключения корпуса второго модуля (7) к источнику давления и к сливу.

2.  Привод по п.1, отличающийся тем, что четвертый модуль (9) выполнен с возможностью подключения соответствующим электрическим входом к средствам (34) задания режимов.

3.  Привод по п.1, отличающийся тем, что корпус четвертого модуля (9) выполнен с монтажной поверхностью для сопряжения с корпусом второго модуля (7), причем монтажные поверхности крышки (4) гидроцилиндра (1) и сопряженных между собой корпусов модулей (6, 7, 8, 9) выполнены в виде монтажных плоскостей.

4.  Привод по любому из пп.1, 2, отличающийся тем, что сервопропорциональный распределительный клапан (12) первого модуля (6) выполнен двухкаскадным, с элементом (11) сопло-заслонка в первом каскаде и пропорциональным распределительным золотником во втором каскаде.

5. Привод по любому из пп.1, 2, отличающийся тем, что электроуправляемый распределитель (15) второго модуля (7) выполнен в виде трехлинейного двухпозиционного распределителя с электромагнитом управления на его электрическом входе, непосредственно подключенном к средствам задания режимов.

6. Привод по любому из пп.1, 2, отличающийся тем, что клапаны (18, 19) ограничения давления третьего модуля (8) выполнены в виде клапанов непрямого действия.

7.  Привод по любому из пп.1, 2, отличающийся тем, что второй модуль (7) выполнен с отверстиями корпуса для подключения его каналов к манометрам и снабжен двумя противоположно включенными обратными клапанами (27, 28), соединенными выходами между собой и с гидравлическим выходом электроуправляемого распределителя (15), причем на входе каждого из указанных обратных клапанов (27, 28), соединенном с отверстием корпуса для подключения манометра, установлен регулируемый дроссель (29, 30), соединенный с одним из каналов подключения выходов гидрозамков (13, 14) к полостям (16, 17) гидроцилиндра 1.

8. Привод по п.7, отличающийся тем, что второй модуль (7) снабжен двумя противоположно включенными дополнительными обратными клапанами (31,32), соединенными входами между собой и с каналом подключения к сливу,. а выходами – с другими каналами, из которых один связан с соответствующей полостью (16) гидроцилиндра (1) непосредственно, а с другой полостью (17) - с помощью наружного трубопровода (20).

9. Привод по любому из пп.1, 2, 8, отличающийся тем, что крышки (4, 22) гильзы (3) гидроцилиндра (1) выполнены съемными, с кольцевыми поясками (24, 25) с одного торца для установки по внутренней поверхности гильзы (3) и закреплены резьбовыми элементами (35) к установленным с помощью резьбы на кольцевой наружной поверхности гильзы (3) гидроцилиндра (1) ободам (26).

10. Привод по любому из пп.1-3, 8, отличающийся тем, что гидроцилиндр (1) выполнен реверсивным.

Images