RU200792U1 - Сервогидравлический привод - Google Patents

Abstract

Сервогидравлический привод содержит гидроцилиндр (1) со штоком (2) и гильзой (3), на одной из крышек (4) которой установлен блок гидроаппаратуры, включающий сопряженные между собой плоскими монтажными поверхностями своих корпусов первый модуль (6) - сервопропорциональный клапан управления, второй модуль (7) - блок управления и защиты, третий модуль (8) - блок клапанов ограничения нагрузки и четвертый модуль (9) - блок управления сервоклапаном, в корпусе модуля (6) размещены электромеханический преобразователь (10), сервопропорциональный распределительный элемент (12) и выполнены канал подвода рабочей среды под давлением, сливной канал и два распределительных отводящих канала. В корпусе модуля (7) выполнены каналы для подключения к источнику рабочей среды под давлением и к сливу размещены первый и второй гидрозамки (13, 14), первый электроуправляемый распределитель (15) и выполнены каналы, соединенные со входами гидрозамков (13, 14), выходы которых подключены другими каналами корпуса второго модуля (7) к полостям (16, 17) гидроцилиндра (1) и к каналам корпуса модуля (8), в котором размещены клапаны (18, 19) ограничения давления и выполнен сливной канал клапанов (18, 19). Блок гидроаппаратуры снабжен пятым модулем (5) - модулем изоляции, который содержит размещенные в его корпусе третий и четвертый гидрозамки (24, 25), а также второй электроуправляемый распределитель(26), корпус пятого модуля (5) выполнен с каналами подключения к каналам корпуса модуля (6) и к каналам корпуса модуля (7). Канал подвода рабочей среды и сливной канал корпуса модуля (6) подключены к источнику давления и к сливу через последовательно соединенные каналы корпусов модулей (5, 7), входы гидрозамков (24, 25) подключены каждый одним из каналов корпуса модуля (5) к одному из отводящих каналов корпуса модуля (6), а выходы гидрозамков (24, 25) подключены ко входам гидрозамков (13, 14). В результате достигается повышение надежности защиты от потери электропитания и/или прекращения гидропитания, а также оперативная защита от превышения усилия, развиваемого гидроцилиндром (https://new.fips.ru/registers-doc-view/DeEndhttps://new.fips.ru/registers-doc-view/ClStart).

Description

Полезная модель относится к испытательной технике с гидравлическими исполнительными механизмами, в частности к объемным гидроприводам дроссельного регулирования в составе системы нагружения, в частности, в составе многоканального 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.

Известна 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).

По существу каждый канал нагружения, представленный в последнем, представляет собой сервогидравлический 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.

Известен сервогидравлический (электрогидравлический) привод устройства нагружения, содержащий 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, второй модуль - блок управления и защиты и третий модуль - блок клапанов ограничения нагрузки, 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 двух других каналов корпуса первого модуля через второй гидрозамок и каналы корпуса второго модуля подключен к другой полости гидроцилиндра, снабженного датчиком обратной связи, 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 к источнику давления и к сливу. Четвертый модуль выполнен с возможностью подключения электрическим входом к средствам задания режимов. Сервопропорциональный распределительный клапан первого модуля выполнен двухкаскадным, с элементом сопло-заслонка в первом каскаде и распределительным золотником во втором каскаде. Электроуправляемый распределитель второго модуля выполнен в виде трехлинейного двухпозиционного распределителя с электромагнитом управления на его электрическом входе. 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 обратных клапанов, соединенном с отверстием корпуса для подключения манометра, установлен регулируемый дроссель, соединенный с одним из каналов подключения выходов гидрозамков к полостям гидроцилиндра (RU № 188632, прототип).

Недостатками данного сервогидравлического привода являются ограниченность функциональных возможностей по величине нагрузки, диапазону управления нагрузкой, а также недостаточная надежность в режимах многоканального нагружения и удержания нагрузки в заданном положении.

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

Технический результат, обеспечивающий разрешение указанной проблемы заключается в расширении функциональных возможностей по возможностей по величине нагрузки, диапазону управления нагрузкой при управлении распределительным золотником для регулирования подачи/отвода рабочей среды в каждой из полостей гидроцилиндра, повышение надежности защиты от потери электропитания электрогидравлического усилителя за счет возможности более надежной двухступенчатой изоляции каналов модулей и, тем самым, полостей гидроцилиндра последовательно включенными гидрозамками или сброса давления из полостей гидроцилиндра, и оперативной защиты от превышения усилий, развиваемых гидроцилиндром, и от превышения допустимого давления в каждой из полостей гидроцилиндра, а также повышение надежности в режимах многоканального нагружения и удержания нагрузки в заданном положении, а также возможность автоматического контроля давления многоканального устройства нагружения.

Сущность полезной модели заключается в том, что сервогидравлический привод 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, второй модуль - блок управления и защиты, третий модуль - блок клапанов ограничения нагрузки и четвертый модуль - блок управления сервоклапаном, в корпусе первого модуля размещены электромеханический преобразователь, сервопропорциональный распределительный элемент и выполнены канал подвода рабочей среды под давлением, сливной канал и два распределительных отводящих канала, в корпусе второго модуля выполнены каналы для подключения к источнику рабочей среды под давлением и к сливу, размещены первый и второй гидрозамки, первый электроуправляемый распределитель, и выполнены каналы, соединенные со входами первого и второго гидрозамков, выходы которых подключены другими каналами корпуса второго модуля 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 клапанов ограничения давления, вход каждого из которых подключен к одному из каналов третьего модуля, связанному с одной из полостей гидроцилиндра, который снабжен датчиком обратной связи, связанным с электрическим входом четвертого модуля, выполненного с возможностью подключения другими электрическими входами к средствами задания режимов, а электрическим выходом - к электромеханическому преобразователю первого модуля, при этом камеры управления первого и второго гидрозамков второго модуля соединены каналами с гидравлическим выходом первого электроуправляемого распределителя, гидравлические входы которого связаны с каналами корпуса второго модуля для подключения к источнику давления и к сливу, а вход электроуправления выполнен с возможностью подключения к средствам задания режимов, блок гидроаппаратуры снабжен пятым модулем - модулем изоляции, выполненным с корпусом, который сопряжен своими монтажными поверхностями с монтажными поверхностями корпусов первого и второго модулей и содержит размещенные в его корпусе третий и четвертый гидрозамки, а также второй электроуправляемый распределитель, корпус пятого модуля выполнен с каналами подключения к каналам корпуса первого модуля и к каналам корпуса второго модуля, причем канал подвода рабочей среды под давлением и сливной канал корпуса первого модуля подключены к источнику давления и к сливу через последовательно соединенные каналы корпусов пятого и второго модулей, входы третьего и четвертого гидрозамков подключены каждый одним из каналов корпуса пятого модуля к одному из отводящих каналов корпуса первого модуля, а выходы третьего и четвертого гидрозамков подключены каждый одним из каналов корпуса пятого модуля и одним из каналов корпуса второго модуля ко входам первого и второго гидрозамков соответственно, при этом камеры управления третьего и четвертого гидрозамков пятого модуля соединены каналами с гидравлическим выходом второго электроуправляемого распределителя, гидравлические входы которого связаны через каналы корпуса пятого модуля с каналами корпуса второго модуля для подключения к источнику давления и к сливу, а вход электроуправления подключен к четвертому модулю.

Предпочтительно, блок гидроаппаратуры выполнен ступенчатой формы на основе прямоугольных параллелепипедов, при этом сопрягаемые монтажные поверхности корпусов первого, второго, третьего, четвертого и пятого модулей выполнены в виде монтажных плоскостей.

Предпочтительно, сопрягаемые монтажные поверхности крышки гидроцилиндра и корпуса второго модуля выполнены в виде монтажных плоскостей.

Предпочтительно, первый и второй электроуправляемые распределители второго и пятого модулей выполнены каждый в виде трехлинейного двухпозиционного распределителя с электромагнитом управления на его электрическом входе, с возможностью подключения к средствам задания режимов.

Предпочтительно, клапаны ограничения давления третьего модуля (8) 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 первого 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 первого и второго 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, гидроцилиндр выполнен реверсивным.

На чертеже фиг. 1 изображена - структурная блок-схема сервогидравлического привода в составе устройства нагружения, на фиг. 2 - схема принципиальная гидравлическая сервогидравлического привода устройства нагружения, на фиг. 3 - общий вид гидроцилиндра с установленным на нем блоком гидроаппаратуры, на фиг. 4 - график сигнала обратной связи при формировании и ограничении управляющего сигнала, на фиг. 5 - график процесса нагружения.

Заявляемый сервогидравлический привод представляет собой силовозбудитель с контуром обратной связи по силе, управляемый от системы верхнего уровня, в составе стендового устройства нагружения Сервогидравлический привод устройства нагружения может поставляться под различными торговыми наименованиями: цифровой сервопривод нагружения, ось нагружения с сервоприводом, воспроизводитель типовых полетов и т.д. и т.п.

Сервогидравлический привод содержит реверсивный гидроцилиндр 1 со штоком 2, крышками 4,22 и гильзой 3, на одной из крышек которой установлен блок гидроаппаратуры, включающий сопряженные между собой плоскими монтажными поверхностями своих корпусов модули:

- первый модуль 6 - сервопропорциональный клапан управления (СПКУ);

- второй модуль 7 - блок управления и защиты (БУиЗ);

- третий модуль 8 - блок клапанов ограничения нагрузки (КОН);

- четвертый модуль 9 - блок управления серво(пропорциональным)клапаном (БУС), т.е. первым модулем 6;

- пятый модуль 5 - модуль изолирующий (МИ).

На фиг. 2 каналы корпусов модулей 5 - 8 изображены линиями, соединенными с гидроаппаратами модулей, границы корпусов модулей выделены утолщенными линиями.

В корпусе первого модуля 6 размещены электромеханический преобразователь 10, сервопропорциональный распределительный элемент (сервопропорциональный золоник) 12 с датчиком его положения (не изображен) и выполнены канал подвода рабочей среды (жидкости) под давлением, сливной канал и два регулируемых распределительных отводящих канала. В корпусе второго модуля 7 выполнены каналы для подключения блока гидроаппаратуры к источнику рабочей среды под давлением (источнику давления) и к сливу, размещены первый и второй гидрозамки 13, 14, первый электроуправляемый распределитель 15 и выполнены каналы соединенные со входами первого и второго гидрозамков 13, 14, выходы последних подключены другими каналами корпуса второго модуля 7 к полостям 16, 17 гидроцилиндра 1 и к каналам корпуса третьего модуля 8. В корпусе третьего модуля 8 размещены клапаны 18, 19 ограничения давления и выполнен, связанный с соответствующим каналом второго модуля 7, объединенный сливной канал клапанов 18, 19 ограничения давления, вход каждого из которых подключен к одному из каналов третьего модуля 8, связанному с одной из полостей 16, 17 гидроцилиндра 1. Гидроцилиндр 1 снабжен датчиком 23 обратной связи, установленным на штоке 2 и связанным с электрическим входом четвертого модуля 9.

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. Датчик 23 обратной связи может быть установлен на штоке гидроцилиндра 1.

Датчик 23 обратной связи может иметь до трех каналов измерения и может быть выполнен со встроенным электронным усилителем.

Четвертый модуль 9 выполнен, предпочтительно, с программным ПИД-регулятором и с возможностью подключения остальными электрическими входами к средствами задания режимов - средствами автоматической системы управления (АСУ) устройства нагружения (испытательного стенда), представляющим собой ЭВМ 34 с модулем обмена, и/или стендовый выносной пульт 33. При этом ЭВМ 34 и стендовый выносной пульт 33 соединены между собой с возможностью обмена информацией.

Электрическим выходом модуль 9 подключен к электромеханическому преобразователю 10 первого модуля 6. Камеры управления первого и второго гидрозамков 13, 14 второго модуля 7 соединены каналами с гидравлическим выходом первого электроуправляемого распределителя 15, гидравлические входы которого связаны с каналами корпуса второго модуля 7 для подключения к источнику давления и к сливу, а вход электроуправления выполнен с возможностью подключения модулем 9 к средствам 33, 34 задания режимов.

Блок гидроаппаратуры снабжен пятым модулем 5 - модулем изоляции, выполненным с корпусом, который сопряжен своими плоскими монтажными поверхностями с плоскими монтажными поверхностями корпусов первого и второго модулей 6,7 и содержит размещенные в его корпусе третий и четвертый гидрозамки 24,25, а также второй электроуправляемый распределитель 26. Корпус пятого модуля 5 выполнен с каналами подключения к каналам корпуса первого модуля 6 и к каналам корпуса второго модуля 7.

Канал подвода рабочей среды под давлением и сливной канал корпуса первого модуля 6 подключены к источнику давления и к сливу через последовательно соединенные каналы корпусов пятого и второго модулей 5,7. Входы третьего и четвертого гидрозамков 24,25 подключены каждый одним из каналов корпуса пятого модуля 5 к одному из отводящих каналов корпуса первого модуля 6, а выходы третьего и четвертого гидрозамков 24,25 подключены каждый одним из каналов корпуса пятого модуля 5 и одним из каналов корпуса второго модуля (7) ко входам первого и второго гидрозамков 13,14, соответственно. При этом камеры управления третьего и четвертого гидрозамков 24,25 пятого модуля 5 соединены каналами с гидравлическим выходом второго электроуправляемого распределителя 26, гидравлические входы которого связаны через каналы корпуса пятого модуля 5 с каналами корпуса второго модуля 7 для подключения к источнику давления и к сливу, а вход электроуправления подключен к дополнительному входу четвертого модуля 9, причем управление распределителя 26 пятого модуля осуществляется от четвертого модуля 9 без использования дополнительных сигналов от управляющей ЭВМ 34.

Таким образом, два канала корпуса первого модуля 6 подключены к источнику давления и к сливу через последовательно соединенные каналы корпусов пятого и второго модулей 5,7, при этом третий гидрозамок 24 последовательно включен каналами корпуса пятого модуля (5) между одним из двух отводящих каналов корпуса первого модуля 6 и первым гидрозамком 13, подключенным к одной из полостей 17 гидроцилиндра 1, а четвертый гидрозамок 25 последовательно включен каналами корпуса пятого модуля 5 между вторым из упомянутых отводящих каналов первого модуля (6) и вторым гидрозамком 14, подключенным к другой полости 16 гидроцилиндра 1.

В корпусах модулей 5-8 выполнены соединения, обозначенные на фиг.2 буквами «Р» и «Т», подключения соответствующих каналов корпусов модулей к источнику давления и сливу, соответственно, и соединения, обозначенные «А» и «В», подключения каналов корпусов модулей 5-8 и полостей гидроцилиндра 1 к регулируемым распределительным отводящим каналам корпуса сервопропорционального клапана управления модуля 6.

Блок гидроаппаратуры выполнен ступенчатой формы на основе прямоугольных параллелепипедов, при этом сопрягаемые монтажные поверхности корпусов первого, второго, третьего, четвертого и пятого модулей 6,7,8,9,5 выполнены в виде монтажных плоскостей. Предпочтительно, сопрягаемые монтажные поверхности крышки 4 гидроцилиндра 1 и корпуса второго модуля 7 выполнены в виде монтажных плоскостей. Крышки 4,22 гильзы 3 гидроцилиндра 1 выполнены съемными, с кольцевыми поясками с одного торца для установки по внутренней поверхности гильзы 3 и закреплены резьбовыми элементами к установленным с помощью резьбы на кольцевой наружной поверхности гильзы 3 гидроцилиндра 1 ободам (не изображено). Гидроцилиндр 1 может быть выполнен с двухсторонним штоком. Для присоединения гидроцилиндра 1 могут использоваться разные средства крепления - фланцы, цапфы, проушины. Крышки 4,22 гидроцилиндра 1 выполняются таким образом, что перемещение (перестановка и/или переустановка) модулей 5,6,7,8 с одной крышки на другую крышку гидроцилиндра 1 невозможно и не допускается.

Сервопропорциональный распределительный клапан первого модуля 6 выполнен двухкаскадным, с элементом 11 сопло-заслонка (на фиг. 2) в первом каскаде и пропорциональным распределительным золотником 12 во втором каскаде.

Золотник 12 снабжен датчиком его положения (не изображен), подключенным к четвертому модулю 9. При этом 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 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 клапаном, снабженным датчиком его положения.

Первый и второй электроуправляемые распределители 15,26 второго и пятого модулей 7,5 выполнены каждый в виде трехлинейного двухпозиционного распределителя с электромагнитом управления на его электрическом входе, и с возможностью подключения модулем 9 к средствам 33,34 задания режимов. В исходном состоянии при отсутствии электропитания на входе электроуправления каждого из распределителей 15,26, гидравлический выход (выходная гидролиния) распределителя 15,26 соединен с его входом (входной гидролинией), подключенным каналами корпусов пятого и второго модулей 5, 7 к сливу (соединению «Т»). Соответственно, камеры управления всех гидрозамков 13,14,24,25 также подключены каналами корпусов пятого и второго модулей 5, 7 к сливу (соединению «Т»), а входы и выходы каждого из гидрозамков 13,14,24,25 разъединены, т.е. они находятся в нормально закрытом состоянии.

Клапаны 18, 19 ограничения давления третьего модуля 8 выполнены в виде клапанов непрямого действия.

Корпус второго модуля 7 выполнен с отверстиями М1, М2 для подключения, при необходимости, его каналов к манометрам (не изображены) 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. и соединительной арматуры 21 (например, угловой штуцер).

Сервогидравлический привод поставляется на место эксплуатации в собранном виде в составе гидроцилиндра 1 (силовозбудителя - СВ) с блоком гидроаппаратуры, включающим модули 5-9, в виде единой ампулизированной сборки, как правило, под наименованием «Ось нагружения с сервоприводом» (ОНС), или иным.

Сервогидравлический привод предназначен для эксплуатации в закрытом, защищенном от внешних метеорологических воздействий, помещении.

Сервогидравлический привод в составе стендового устройства нагружения работает следующим образом.

Сервогидравлический привод устанавливается на подготовленное место на испытательном стенде (устройстве нагружения) 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 второго модуля 7 (БУиЗ). Порты (наружные гидравлические соединения) промаркированы буквами «Р» - напорная линия и «Т» - сливная линия. Давление рабочей среды в напорной линии (соединении «Р») 16 - 25 МПа, расход 40 - 75 л/мин. Рабочая среда - масло гидравлическое минеральное кинематической вязкостью от 20 до 380 сСт.

В исходном положении сервогидравлического привода до поступления сигнала от модуля 9 на электромеханический преобразователь 10 заслонка элемента 11 и распределительный золотник клапана 12 модуля 6 находятся в положении равенства давления в камерах управления по торцам распределительного золотника клапана 12. В отводящих каналах первого модуля (6) перепад давления отсутствует, гидрозамки 13, 14, 24, 25 модулей 7,5 находятся в нормально закрытом состоянии, камеры управления гидрозамков 13, 14, 24, 25 соединены через распределители 15,26, соответственно, и каналы корпусов модулей 7,5 со сливом, а рабочая среда в полости 16,17 гидроцилиндра не поступает.

Устройство нагружения (испытательный стенд), как правило, выполняется с одним или с несколькими (группой каналов) сервогидравлическими приводами.

Процессом нагружения управляет центральная ЭВМ (АСУ) 34 и/или стендовый выносной пульт 33, как при индивидуальном использовании сервогидравлического привода, так и при групповой работе сервогидравлических приводов в составе многоканального устройства нагружения. В обоих случаях функционирование всех его модулей 5-9 идентично.

При работе сервогидравлического привода в модули 5, 6, 7 подается рабочая среда под давлением через соединение «Р» и отводится на слив через соединение «Т» модуля.7.

В процессе работы каждый сервогидравлический привод (силовозбудитель) в составе устройства нагружения развивает требуемое усилие в заданном направлении путем подачи под давлением рабочей среды в соответствующую полость гидроцилиндра 1.

При этом в составе сервогидравлического привода:

- первый модуль 6 (СПКУ) обеспечивает подачу рабочей среды (РЖ) в рабочие полости гидроцилиндра 1 силовозбудителя (СВ) пропорционально входному электрическому сигналу, подаваемому модулем 9 на электромеханический преобразователь 10;.

- второй модуль 7 (БУиЗ) реализует выполнение следующих функций:

коммутацию потоков рабочей среды от соединений «Р» и «Т» подключения к источнику давления и сливу;

подвод и отвод рабочей жидкости от первого модуля 6;

возможность гидромеханического электроуправляемого отсечения первого и пятого модулей 6,5 от гидроцилиндра 1;

подключение, при необходимости, средств измерения давления (манометр);

операции по выпуску воздуха из корпусов модулей 5-8.

- третий модуль 8 (КОН) обеспечивает независимую от электронных средств 33, 34 задания режимов гидромеханическую защиту от превышения максимального усилия на штоке 2;

- четвертый модуль 9 (БУС) предназначен для приема сигналов управления от электронных средств 33, 34 задания режимов и управления сервогидравлическим приводом (силовозбудителем - СВ) по замкнутой схеме с обратной связью и непосредственного управления распределителем 26 пятого модуля 5;

- пятый модуль 5 (МИ) служит для одновременной изоляции, при необходимости, первого модуля 6 от соединений «А» и «В» подключения к гидроцилиндру 1 и от соединений «Р» и «Т», подключения каналов к источнику давления и сливу. Это позволяет исключить аварийные ситуации и минимизировать потери рабочей среды, проводить автономную проверку функционирования первого, второго и третьего модулей 6,7,8 и гидроцилиндра 1. В случае возникновения аварийной ситуации, а равно и при отсутствии разрешения работы от управляющей ЭВМ 34, четвертый модуль 9 (БУС) не подает сигнал на распределитель 26 пятого модуля 5, гидрозамки 24,25 закрываются, таким образом, каналы корпуса первого модуля 6 отсечены от каналов корпуса второго модуля 7.

При работе в составе многоканального устройства нагружения процессом нагружения каждого сервогидравлического привода управляет центральная ЭВМ (АСУ) 34 и/или стендовый выносной пульт 33 повторяя в каждом цикле нагружения две операции:

- передача параметров нагружения (временной интервал и уровень нагрузки) для последующей операции нагружения;

- передача синхронизирующего сигнала, по которому начинается генерирование операции нагружения всеми модулями 9 (БУС) одновременно. После получения синхронизирующего сигнала все сервогидравлические приводы одновременно начинают генерацию сигнала нагружения.

Процесс нагружения состоит из непрерывно повторяющихся во времени циклов нагружения. Процесс нагружения в виде функции U(T) зависимости нагрузки от времени цикла представлен на фиг. 5.

Время Т цикла нагружения задается ЭВМ 34 и/или стендовым выносным пультом 33 для каждого цикла нагружения.

Значения нагрузки U_0n и U_1n - соответственно, уровни начала и конца нагружения.

При каждом цикле нагружения центральная ЭВМ задает для каждого БУС следующие параметры нагружения:

- Т (единый для всех БУС временной интервал);

- U_1n (уровень нагрузки следующего цикла нагружения).

Четвертый модуль 9 (БУС) осуществляет при этом управление 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 9 (БУС) принимает служебные команды от управляющей ЭВМ 34 и передает ей диагностическую и другую информацию. При разрешении работы от управляющей ЭВМ 34 и отсутствии аварийной ситуации четвертый модуль 9 подает сигнал на распределитель 26 пятого модуля 5, соединяя, тем самым, каналы корпусов первого, пятого и второго модулей 6, 5, 7.

Датчик 23 (ДСТ) преобразует усилие, развиваемое гидроцилиндром 1, в пропорциональный электрический сигнал.

Сигнал с датчика по положению золотника 12 модуля 6 является дополнительным сигналом (фиг. 4) обратной связи при формировании и ограничении управляющего сигнала на модуль 6 (СПКУ) в соответствии с соотношениями:

.

Сигналы обратной связи и положения золотника 12 модуля 6 через модуль 9 БУС передаются на управляющую ЭВМ 34 и служат для контроля отклонения от заданного уровня нагружения. В случае выхода отклонения за заданный допуск модуль 9 (БУС) передает на ЭВМ 34 специальное сообщение с кодом ошибки.

Настройка цифровых регуляторов четвертого модуля 9 (БУС) производится по аналоговым или цифровым сигналам команд от средства задания режимов - ЭВМ (компьютер) 34 автоматической системы управления - (АСУ). Параметры взаимодействия с системой управления (АСУ) 34 приведены в таблице.

Таблица

Наименование параметра	Значение
Тип полевой шины связи с ведущим устройством (компьютером) 34	CANBus
Протокол связи с ведущим устройством (компьютером) 34	CANOpen
Максимальная скорость обмена по интерфейсу CAN, Мбит/с	1
Уровень выходного напряжения датчика 23 силоизмерительного тензорезисторного, В	6±4
Количество мостов датчика 23 силоизмерительного тензорезисторного	2

На модуль 9 поступает сигнал управления в соответствии с полученными от ЭВМ 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).

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

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 12 первого модуля 6. Одновременно по сигналу модуля 9 происходит переключение распределителей 15,26 и перевод гидрозамков 13,14,24,25 в открытое состояние. Тем самым обеспечивается направление потока рабочей среды с требуемыми параметрами в заданную полость 16 или 17 гидроцилиндра 1.

Управление заслонкой элемента 11 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 12.

Смещение золотника 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 1 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).

Одновременно подается электропитание на электрические входы (электромагниты управления) распределителей 15, 26 и их гидравлические выходы (выходные гидролинии, каналы) соединяются с входом, подключенным каналами корпусов второго и пятого модулей 7, 5 к нагнетанию (соединению «Р» от источника давления).

Рабочая среда под давлением одновременно поступает в камеры управления гидрозамков 13, 14, 24, 25, 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.

При каждом цикле нагружения центральная ЭВМ 34 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.

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 передается 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 выдает управляющий сигнал на сервоклапан модуля 6 для поддержания нагрузки на заданном уровне.

Сигнал с датчика положения элемента 12 может служить дополнительным сигналом обратной связи для контроля отклонения от заданного уровня нагружения.

Модуль 9 принимает служебные команды от управляющей ЭВМ 34 АСУ и передает 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 передает на ЭВМ 34 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.

При возникновении аварийной ситуации, а равно и при отсутствии разрешения работы от управляющей ЭВМ 34, модуль 9 не подает сигнал на распределитель 26 модуля 5, таким образом каналы (гидравлические линии) корпуса модуля 6 отсечены от каналов (гидравлических линий) корпуса модуля 7.

Это позволяет обеспечить наиболее эффективную. защиту устройства нагружения в целом от различных аварийных ситуаций.

В частности, в случае внезапного отключения электропитания, в том числе и на входах электроуправления распределителей 15, 26, последние возвращаются в исходное положение, при котором их гидравлические выходы и, следовательно, камеры управления каждого из гидрозамков 13, 14, 24, 25 соединены с каналом подключения корпуса второго модуля 7 к сливу. При этом гидрозамки 13, 14, 24, 25 возвращаются в закрытое состояние, что позволяют исключить возникновение аварийных ситуаций, благодаря немедленной дублированной изоляции каждой из полостей 16, 17 путем перекрытия каналов корпусов модулей 5 и 7 между модулем 6 (сервопропорциональным клапаном) и изоляции полостей 16, 17 гидроцилиндра 1.

В иных случаях, например, в случае внезапного отключения давления в соединении «Р» подвода рабочей среды под давлением и, следовательно, падения давления в полостях управления гидрозамков 13, 14, 24, 25 последние автоматически возвращаются в закрытое состояние, что позволяют исключить возникновение аварийных ситуаций, за счет немедленной дублированной изоляции каждой из полостей 16, 17, гидроцилиндра 1 путем перекрытия каналов корпусов пятого и второго модулей 5, 7 между модулем 6 (сервопропорциональным клапаном) и изоляции полостей 16, 17 гидроцилиндра 1.

По существу корпуса модулей 5 и 7 выполняют функции несущего элемента для компактного гидравлического, функционального и конструктивного объединения и монтажного сопряжения блока гидроаппаратуры с гидроцилиндром 1. Оборудование модулей 5 и 7 выполняет функции дублированной 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 аварийных ситуаций, в частности, от потери электропитания и/или прекращения гидропитания, и от возникновения кавитационных процессов, а также оперативная защита от превышения усилия, развиваемого гидроцилиндром (https://new.fips.ru/registers-doc-view/DeEndhttps://new.fips.ru/registers-doc-view/ClStart).

Claims (8)

1. Сервогидравлический привод, 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, третий модуль (8) - блок клапанов ограничения нагрузки и четвертый модуль (9) - блок управления сервоклапаном, в корпусе первого модуля (6) размещены электромеханический преобразователь (10), сервопропорциональный распределительный элемент (12) и выполнены канал подвода рабочей среды под давлением, сливной канал и два распределительных отводящих канала, в корпусе второго модуля (7) выполнены каналы для подключения к источнику рабочей среды под давлением и к сливу, размещены первый и второй гидрозамки (13, 14), первый электроуправляемый распределитель (15) и выполнены каналы, соединенные со входами первого и второго гидрозамков (13, 14), выходы которых подключены другими каналами корпуса второго модуля (7) 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 клапанов (18, 19) ограничения давления, вход каждого из которых подключен к одному из каналов третьего модуля (8), связанному с одной из полостей (16, 17) гидроцилиндра (1), который снабжен датчиком (23) обратной связи, связанным с электрическим входом четвертого модуля (9), выполненного с возможностью подключения другими электрическими входами к средствами (33, 34) задания режимов, а электрическим выходом - к электромеханическому преобразователю (10) первого модуля (6), при этом камеры управления первого и второго гидрозамков (13, 14) второго модуля (7) соединены каналами с гидравлическим выходом первого электроуправляемого распределителя (15), гидравлические входы которого связаны с каналами корпуса второго модуля (7) для подключения к источнику давления и к сливу, а вход электроуправления выполнен с возможностью подключения к средствам (33, 34) задания режимов, отличающийся тем, что блок гидроаппаратуры снабжен пятым модулем (5) - модулем изоляции, выполненным с корпусом, который сопряжен своими монтажными поверхностями с монтажными поверхностями корпусов первого и второго модулей (6, 7), и содержит размещенные в его корпусе третий и четвертый гидрозамки (24, 25), а также второй электроуправляемый распределитель (26), корпус пятого модуля (5) выполнен с каналами подключения к каналам корпуса первого модуля (6) и к каналам корпуса второго модуля (7), причем канал подвода рабочей среды под давлением и сливной канал корпуса первого модуля (6) подключены к источнику давления и к сливу через последовательно соединенные каналы корпусов пятого и второго модулей (5, 7), входы третьего и четвертого гидрозамков (24, 25) подключены каждый одним из каналов корпуса пятого модуля (5) к одному из отводящих каналов корпуса первого модуля (6), а выходы третьего и четвертого гидрозамков (24, 25) подключены каждый одним из каналов корпуса пятого модуля (5) и одним из каналов корпуса второго модуля (7) ко входам первого и второго гидрозамков (13,14) соответственно, при этом камеры управления третьего и четвертого гидрозамков (24, 25) пятого модуля (5) соединены каналами с гидравлическим выходом второго электроуправляемого распределителя (26), гидравлические входы которого связаны через каналы корпуса пятого модуля (5) с каналами корпуса второго модуля (7) для подключения к источнику давления и к сливу, а вход электроуправления подключен к четвертому модулю (9).

2. Привод по п. 1, отличающийся тем, что блок гидроаппаратуры выполнен ступенчатой формы на основе прямоугольных параллелепипедов, при этом сопрягаемые монтажные поверхности корпусов первого, второго, третьего, четвертого и пятого модулей (6, 7, 8, 9, 5) выполнены в виде монтажных плоскостей.

3. Привод по п. 2, отличающийся тем, что сопрягаемые монтажные поверхности крышки (4) гидроцилиндра (1) и корпуса второго модуля (7) выполнены в виде монтажных плоскостей.

4. Привод по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что первый и второй электроуправляемые распределители (15, 26) второго и пятого модулей (7, 5) выполнены каждый в виде трехлинейного двухпозиционного распределителя с электромагнитом управления на его электрическом входе с возможностью подключения к средствам (33, 34) задания режимов.

5. Привод по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что клапаны (18, 19) ограничения давления третьего модуля (8) выполнены в виде клапанов непрямого действия.

6. Привод по любому из пп. 1-3, 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 первого 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 первого и второго гидрозамков (13, 14) к полостям (16, 17) гидроцилиндра 1.

7. Привод по п. 6, 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).

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

Images