RU2237826C2

RU2237826C2 - Backed-up electrohydraulic drive

Info

Publication number: RU2237826C2
Application number: RU2002126038A
Authority: RU
Inventors: П.Г. Редько (RU); П.Г. Редько; С.В. Таркаев (RU); С.В. Таркаев; А.В. Амбарников (RU); А.В. Амбарников; А.С. Чугунов (RU); А.С. Чугунов; К.В. Нахамкес (RU); К.В. Нахамкес; Н.А. Верин (RU); Н.А. Верин; А.Б. Тихонов (RU); А.Б. Тихонов
Original assignee: Открытое акционерное общество "Павловский машиностроительный завод ВОСХОД"
Priority date: 2002-09-30
Filing date: 2002-09-30
Publication date: 2004-10-10

Abstract

FIELD: automatic control systems.

SUBSTANCE: proposed drive contains housing with delivery and drive channels for working liquid, single-chamber hydraulic motor with space channels and series-connected electromagnetic cut-in - cross-feeding valve, electrohydraulic power amplifier and servo cylinder, hydraulic distributor with mechanical non-power run of drive connected with rod of servo cylinder and hydraulic systems change-over valve communicating with two independent hydraulic supply systems. Hydraulic systems change-over valve is provided with discrete-action automatic bypass devices with indicator rods and is made in form of two control devices opposite built into common cylindrical channel of housing and separated by bushing and provided with "valve-seat" locking elements, each consisting of cover, guide cup and support bushing with sealing rings on outer cylindrical surfaces and inner step bores secured in cover housing channel and mechanically interconnected spring-loaded disk nonreturn valve with bypass device installed in bores of support bushing, and spring-loaded plunger hermetically fitted in larger bore step guide cup and furnished with inner partition, at one side of which spring is mounted, and at other side operating control chamber is formed which can communicate with supply pressure main line and, through disk nonreturn valve, built into smaller step of guide cup bore, with pressure channel of operating mechanism. Bores of large steps of support bushings of both control devices are cross-fed and are placed in communication with drain channel of operating mechanism. Said mechanical circuit is made in form of axially movable piston-seat of nonreturn valve bypass device sealed over outer surface and placed in inner bore, stepped cylindrical indicator rod installed for axial displacement and interacting through its working end faces with end face surfaces of partition of plunger and shutoff member of nonreturn valve formed as flat plate gate with outer spherical guide part and lopped to sealing edges of piston-seat made in form of ring concentrically arranged knife projections. Groove between knife projections is made toroidal, with radius of circle forming the torus, equal to height of projection, and center of torus is located in plane of sealing edges of knife projections. Guaranteed ring clearance to pass working medium set between outer surface of small step of indicator rod and surface of inner bore of piston-seat.

EFFECT: increased reliability.

2 cl, 8 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к резервированным следящим гидромеханическим, одноканальным и многоканальным электрогидравлическим приводам, нашедшим широкое распространение в качестве исполнительных механизмов в системах управления летательных аппаратов, и может быть использовано в любой отрасли промышленности, где находят применение высоконадежные системы автоматического управления.The present invention relates to redundant follow-up hydromechanical, single-channel and multi-channel electro-hydraulic drives, which are widely used as actuators in aircraft control systems, and can be used in any industry where highly reliable automatic control systems are used.

Известны резервированные гидроприводы с замещением гидросистем, в которых гидропитание осуществляется от двух независимых гидросистем, одна из которых является основной, а другая дублирующей. Подключение к приводу дублирующей системы гидропитания осуществляется специальным гидравлическим краном (клапаном переключения), срабатывающим автоматически по падению давления в гидросистеме, от которой работает привод (см. Гониодский В.И. и др. Привод рулевых поверхностей самолетов, М.: Машиностроение, 1974 г., стр. 181, рис. 4.26(а).Redundant hydraulic drives with replacement of hydraulic systems are known, in which hydropower is supplied from two independent hydraulic systems, one of which is the main one and the other one is a backup. Connection to the drive of the backup hydraulic power supply system is carried out by a special hydraulic valve (switching valve), which is automatically activated by the pressure drop in the hydraulic system from which the drive works (see Goniodsky V.I. et al. Aircraft steering surfaces drive, M .: Mechanical Engineering, 1974 ., p. 181, Fig. 4.26 (a).

Наиболее близким по технической сущности является резервированный следящий электрогидравлический привод системы управления вертолетом (см. патент ФРГ №2931533, кл. F 15 В 20/00, фиг.2).The closest in technical essence is a redundant servo electro-hydraulic drive of the helicopter control system (see Germany patent No. 2931533, class F 15 V 20/00, figure 2).

Известный резервированный следящий электрогидравлический привод (привод) содержит максимальное количество сходных с заявляемым приводом признаков, а именно: оба привода относятся к резервированным следящим электрогидравлическим приводам для систем управления летательными аппаратами и содержат однокамерный гидродвигатель с полостными каналами, последовательно соединенные элементы автоматической системы управления (электромагнитный клапан включения, электрогидравлический усилитель мощности и сервоцилиндр), гидрораспределители с механической несиловой проводкой управления приводом, связанной со штоками сервоцилиндров, и клапан переключения гидросистем, сообщенный с двумя независимыми гидравлическими источниками питания.The well-known redundant servo electro-hydraulic actuator (actuator) contains the maximum number of features similar to the claimed actuator, namely: both actuators belong to redundant servo electro-hydraulic actuators for aircraft control systems and contain a single-chamber hydraulic motor with cavity channels, elements of an automatic control system connected in series (solenoid valve inclusions, electro-hydraulic power amplifier and servocylinder), hydrodistributors with mechanical non-power wiring for control of the drive associated with the rods of the servo cylinders, and a valve for switching hydraulic systems in communication with two independent hydraulic power sources.

Достоинством известного привода является то, что в нем за счет применения однокамерного исполнительного гидродвигателя сокращено количество сложных конструктивных элементов, значительно сокращены габариты и масса привода.The advantage of the known drive is that due to the use of a single-chamber executive hydraulic motor, the number of complex structural elements is reduced, the dimensions and weight of the drive are significantly reduced.

Однако существенным недостатком указанного привода является то, что для обеспечения герметичности и минимальных перетоков из одной гидросистемы в другую применяемый в клапане переключения известного привода цилиндрический распределительный золотник по наружной цилиндрической поверхности должен выполняться с высокой точностью и очень незначительной шероховатостью и устанавливаться во внутренний канал гильзы или корпуса с минимально допускаемыми кольцевыми зазорами (4...6 мкм).However, a significant drawback of this drive is that in order to ensure tightness and minimal overflows from one hydraulic system to another, the cylindrical spool valve used in the switching valve of the known actuator on the outer cylindrical surface must be made with high accuracy and very little roughness and installed in the inner channel of the sleeve or housing with the minimum permissible annular gaps (4 ... 6 microns).

Большая вероятность “заклинивания” или затяжеления перемещения такого золотника в процессе работы (например, в случае возможного загрязнения рабочей жидкости) приводит или к отказу привода или к нестабильности и увеличению времени перекладки золотника, чем существенно снижается надежность работы привода, в то время когда переключение на резервную (аварийную) систему гидропитания летательного аппарата должно быть безотказным и осуществляться практически мгновенно.The greater likelihood of “jamming” or aggravating the movement of such a slide valve during operation (for example, in the event of a possible contamination of the working fluid) leads either to a drive failure or instability and an increase in the transfer time of the slide valve, which significantly reduces the reliability of the drive, while switching to the backup (emergency) aircraft power supply system must be trouble-free and be carried out almost instantly.

Кроме того, в известном приводе не исключена возможность просадки исполнительного штока гидродвигателя под воздействием внешней нагрузки - шарнирного момента от действия аэродинамических нагрузок на рулевую поверхность в момент, когда они превышают максимальное усилие, развиваемое гидроприводом. Просадка штока, в свою очередь, сопровождается резким толчком (ударом) ручки управления, который психологически воспринимается летчиком как отказ или потеря управления летательным аппаратом, что также относится к существенным недостаткам известного привода.In addition, the known drive does not exclude the possibility of subsidence of the actuator rod of the hydraulic motor under the influence of an external load - the articulated moment from the action of aerodynamic loads on the steering surface at a time when they exceed the maximum force developed by the hydraulic drive. The drawdown of the rod, in turn, is accompanied by a sharp push (stroke) of the control handle, which is psychologically perceived by the pilot as a failure or loss of control of the aircraft, which also relates to significant disadvantages of the known drive.

Недостатком известного привода является также конструктивная сложность выполнения клапана переключения гидросистем, которая во многом обусловлена его расположением между распределительными устройствами (золотниками) и исполнительным гидродвигателем, а также введением специальных устройств, предотвращающих переключение источников гидропитания при кратковременном падении давления или полностью отключающих отказавшую гидросистему питания.A disadvantage of the known actuator is also the structural complexity of the hydraulic valve switching valve, which is largely due to its location between switchgears (spools) and the hydraulic actuator, as well as the introduction of special devices that prevent the switching of hydraulic power sources during a short-term pressure drop or completely turn off the failed hydraulic power system.

В связи с применением на современных летательных аппаратах быстродействующих распределительных устройств и, следовательно, высоких скоростей течения рабочей среды у известного следящего привода при работе в режиме комбинированного управления (ручное управление с коррекцией от системы автоматического управления) мгновенное (скачкообразное) подключение закрытых (тупиковых) полостей вспомогательного серводвигателя (188А) к источнику давления, при известных условиях, может явиться причиной резкого повышения (заброса) давления, сопровождающегося эффектом гидравлического удара, который может явиться ложным сигналом по переходу клапана переключения (122) на работу от другой (резервной) системы питания из-за срабатывания реверсивного контрольного клапана (200), сбрасывающего командное давление из полости управления (164) клапана переключения (122) в слив (R). Неустойчивость работы клапана переключения при комбинированном режиме управления существенно снижает надежность работы привода в целом.Due to the use of high-speed switchgears on modern aircraft and, therefore, high flow rates of the working medium of a well-known servo drive when operating in combined control mode (manual control with correction from the automatic control system), instantaneous (spasmodic) connection of closed (dead-end) cavities auxiliary servomotor (188A) to the pressure source, under certain conditions, can cause a sharp increase (cast) pressure, accompanied by resulting in a water hammer effect, which may be a false signal when the switching valve (122) switches to work from another (backup) power supply system due to the actuation of the reversible control valve (200), which relieves the command pressure from the control cavity (164) of the switching valve (122) ) to the drain (R). The instability of the switching valve during the combined control mode significantly reduces the reliability of the drive as a whole.

Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение надежности привода и, следовательно, надежности системы управления летательного аппарата за счет повышения надежности и быстродействия срабатывания клапана переключения гидросистем привода путем подключения клапана к источникам командного давления, дистанционно управляемым из кабины по сигналам летчика, исключения из клапана прецизионной золотниковой пары с переходом на клапанную систему распределения рабочей среды, при которой обеспечивается высокая чувствительность из-за нулевых перекрытий проходных окон и исключаются условия для возникновения ударной (толчковой) нагрузки на ручке управления летчика в момент воздействия максимальных аэродинамических нагрузок на рулевые поверхности.The technical task of the invention is to increase the reliability of the drive and, therefore, the reliability of the control system of the aircraft by improving the reliability and speed of response of the valve switching hydraulic systems of the drive by connecting the valve to command pressure sources remotely controlled from the cockpit by the signals of the pilot, excluding the precision spool pair from the valve with the transition to a valve system for distributing the working medium, which provides a high sensitivity awn due feedthrough null overlap windows and excludes conditions for occurrence of the shock (jogging) the load on the pilot control handle at the time of exposure to the maximum air loads on the control surfaces.

Другой технической задачей является исключение повышения (заброса) давления (гидроудара) в линии слива сверх заданной величины, определяемой характеристикой (жесткостью) поджатой пружины, на всех режимах работы привода, включая режим стоянки летательного аппарата, и обеспечение минимально допустимых перетоков из одной гидросистемы питания привода в другую, в том числе и при условиях возможного загрязнения рабочей жидкости.Another technical task is to eliminate the increase (casting) of pressure (water hammer) in the drain line in excess of a predetermined value, determined by the characteristic (stiffness) of the preloaded spring, in all operating modes of the drive, including the aircraft parking mode, and ensuring the minimum permissible overflows from one hydraulic drive power supply system in another, including under conditions of possible contamination of the working fluid.

Поставленные задачи решаются тем, что в предлагаемом приводе, содержащем корпус с нагнетательными и сливными каналами для рабочей жидкости, однокамерный гидродвигатель с полостными каналами, последовательно соединенные электромагнитный клапан включения-кольцевания, электрогидравлический усилитель мощности и сервоцилиндр, гидрораспределитель с механической несиловой проводкой привода, связанной со штоком сервоцилиндра, и клапан переключения гидросистем, сообщенный с двумя независимыми гидравлическими системами питания, согласно изобретению клапан переключения гидросистем снабжен автоматическими перепускными устройствами дискретного действия с индикаторными стержнями и выполнен в виде двух опозитно встроенных в общий цилиндрический канал корпуса и разделенных между собой разобщающей втулкой устройств управления с запирающими элементами типа “клапан-седло”, каждое из которых состоит из неподвижно установленных в канале корпуса крышки, направляющего стакана и опорной втулки с уплотнительными кольцами на наружных цилиндрических поверхностях и внутренними ступенчатыми расточками и кинематически связанных между собой подпружиненных тарельчатого обратного клапана с перепускным устройством, установленных в расточках опорной втулки, и подпружиненного плунжера, герметично размещенного в расточке большей ступени направляющего стакана и снабженного внутренней перегородкой, с одной стороны которой размещена пружина, а с другой образована рабочая камера управления с возможностью сообщения ее с подводящей напорной магистралью и через обратный тарельчатый клапан, встроенный в малую ступень расточки направляющего стакана, с напорным каналом исполнительного механизма, при этом расточки больших ступеней опорных втулок обоих устройств управления закольцованы между собой и сообщены со сливным каналом исполнительного механизма, а указанная кинематическая связь выполнена в виде размещенного во внутренней расточке аксиально подвижного уплотненного по внешней поверхности подпружиненного поршня-седла перепускного устройства обратного клапана, ступенчатого цилиндрического индикаторного стержня с возможностью осевого перемещения и взаимодействия своими рабочими торцами с торцовыми поверхностями перегородки плунжера и запорного органа обратного клапана, образованного в виде плоского тарельчатого затвора с наружной сферической направляющей частью и притертого к уплотнительным кромкам поршня-седла, выполненным в виде кольцевых, концентрично расположенных ножевых выступов, при этом канавка между ножевыми выступами выполнена тороидальной с радиусом круга, образующего тор, равным высоте выступа, а центр тора расположен в плоскости уплотнительных кромок ножевых выступов, причем между наружной поверхностью малой ступени индикаторного стержня и поверхностью внутренней расточки поршня-седла установлен гарантированный кольцевой зазор для прохода рабочей среды, а клапан переключения гидросистем подключен к дистанционно управляемым источникам командного давления.The tasks are solved in that in the proposed drive, comprising a housing with discharge and drain channels for the working fluid, a single-chamber hydraulic motor with cavity channels, a servo-ring solenoid valve, an electro-hydraulic power amplifier and a servo-cylinder, a valve with mechanical non-power drive wiring associated with by a servo-cylinder rod, and a hydraulic switching valve in communication with two independent hydraulic power systems, according to In accordance with the invention, the hydraulic switching valve is equipped with discrete automatic bypass devices with indicator rods and is made in the form of two control devices with shut-off valve-saddle-type locking elements, which are integrally mounted in the common cylindrical channel of the housing and separated by a disconnecting sleeve, each of which consists of fixedly installed in the channel of the lid body, guide cup and support sleeve with O-rings on the outer cylindrical surfaces and the inner stepped bores and kinematically connected spring-loaded poppet check valves with a bypass device installed in the bores of the support sleeve and a spring-loaded plunger sealed in the bore of a larger stage of the guide cup and provided with an internal baffle, on one side of which a spring is placed, and on the other, a working one is formed control chamber with the possibility of communicating with the supply pressure line and through a check valve integrated in the small stage bores of the guide cup, with the pressure channel of the actuator, while the bores of the large steps of the supporting bushes of both control devices are looped together and communicated with the drain channel of the actuator, and the specified kinematic connection is made in the form of an axially movable spring-loaded piston sealed on the inner surface of the bore -seats of the bypass valve check valve, stepped cylindrical indicator rod with the possibility of axial alternating communicating and interacting with their working ends with the end surfaces of the plunger baffle and the shutoff valve of the non-return valve, formed in the form of a flat disk shutter with an external spherical guide part and rubbed against the sealing edges of the piston-seat, made in the form of annular, concentrically arranged knife protrusions, while the groove between the knife protrusions is made toroidal with a radius of the circle forming the torus equal to the height of the protrusion, and the center of the torus is located in the plane of the sealing edges but cheek protrusions, and between the outer surface of the small stage of the indicator rod and the surface of the inner bore of the piston-saddle, a guaranteed annular gap is established for the passage of the working medium, and the hydraulic switching valve is connected to remotely controlled command pressure sources.

Перевод работы клапана переключения на клапанную систему распределения рабочей среды и принудительно-дистанционное управление клапаном переключения гидросистем с помощью электромагнитных клапанов, дистанционно управляемых по сигналу летчика, обеспечивает надежное и мгновенное срабатывание клапана переключения при экстремальных и аварийных ситуациях, а установка в клапане переключения гидросистем обратных тарельчатых клапанов в линиях напорных магистралей (в малых ступенях расточек направляющих стаканов) обеспечивает перекрытие каналов подачи (напора) на момент воздействия внешней нагрузки, превышающей максимальное усилие, развиваемое приводом, чем исключается просадка его исполнительного штока и возникновение удара (толчка) на ручке управления летчика.Transferring the switching valve to a valve system for distributing the working medium and forcing remote control of the hydraulic switching valve using electromagnetic valves remotely controlled by the pilot's signal ensures reliable and instantaneous actuation of the switching valve in extreme and emergency situations, and installation of a reverse disk valve in the switching valve valves in the lines of the pressure lines (in small steps of the bores of the guide glasses) provides shut-off supply ports (pressure) at the time of exposure to external loading exceeding the maximum drive force than the excluded drawdown its actuating rod and the occurrence of impact (shock) on the pilot control handle.

Применение в клапане переключения автоматического перепускного устройства в запорной линии слива предохраняет привод от гидроударов и разрушительных повреждений на всех режимах работы, включая и режим стоянки летательного аппарата, при которых перепускное устройство выполняет роль термоклапана, перепуская часть объема вытесняемой жидкости из внутренних полостей агрегата в сливную магистраль при нагревании ее под воздействием температуры окружающей среды.The use of an automatic bypass device in the switching valve in the drain drain line protects the drive from water hammer and destructive damage in all operating modes, including the aircraft’s parking mode, in which the bypass device acts as a thermal valve, bypassing part of the volume of the displaced liquid from the unit’s internal cavities to the drain line when heated under the influence of ambient temperature.

Кроме этого, использование клапана переключения с автоматическими перепускными устройствами, например, в многоканальных приводах с двумя или более независимыми электрогидравлическими блоками управления и общим жестким элементом связи, мгновенно исключает сверхдопустимое взаимонагружение входящих в блоки управления рулевых машин (РМ) в случаях неисправности или отказа одного из каналов управления до момента полного его отключения по сигналу формируемого системой дистанционного управления (СДУ) летательного аппарата. Выполняя предохранительную функцию, клапан переключения не допускает разрушение элементов РМ.In addition, the use of a switching valve with automatic bypass devices, for example, in multi-channel actuators with two or more independent electro-hydraulic control units and a common rigid communication element, instantly eliminates the super-permissible mutual loading of steering machines (PM) included in the control units in case of failure or failure of one of control channels until it is completely turned off by the signal generated by the remote control system (SDU) of the aircraft. Performing a safety function, the switching valve does not allow the destruction of PM elements.

Замена в клапанной системе распределения рабочей среды традиционно применяемых в таких случаях пар “шаровой запорный орган - седло” на “тарельчатый запорный орган - седло” повышает эффективность работы этой системы, обеспечивает более высокую степень герметичности и минимально допустимые величины перетоков из одной гидросистемы питания в другую, за счет сведения контактной уплотняемой поверхности между плоским затвором и седлом до минимума.The replacement in the valve system of the distribution of the working medium of the traditionally used in such cases pairs of “ball shut-off valve-seat” with “plate-shaped shut-off valve-seat” increases the efficiency of this system, provides a higher degree of tightness and the minimum permissible values of flows from one hydraulic power system to another , by reducing the contact sealing surface between the flat shutter and the seat to a minimum.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, где:The essence of the invention is illustrated by drawings, where:

на фиг.1 представлена общая схема привода с клапаном переключения гидросистем, снабженного автоматическими перепускными устройствами и подключенного к дистанционно управляемым источникам командного давления - электромагнитным клапанам при работе в режиме комбинированного управления, при котором ручное управление через входное звено (рычаг) корректируется системой автоматического управления, функционирующей от сигналов автопилота с помощью рулевой машины, включенной по дифференциальной схеме.figure 1 presents a General diagram of the actuator with a hydraulic switching valve equipped with automatic bypass devices and connected to remotely controlled sources of command pressure - electromagnetic valves when operating in combined control mode, in which manual control through the input link (lever) is adjusted by the automatic control system, functioning from the autopilot signals with the help of a steering machine included in a differential circuit.

Привод оснащен гидрораспределительным устройством с плоским поворотным золотником, отличающимся более высокой надежностью в работе, герметичностью и отсутствием опасности “заклинивания” подвижных элементов. (Башта Т.М. Гидравлические приводы летательных аппаратов. М.: Машиностроение, 1967 г., с.239).The drive is equipped with a hydraulic distributor with a flat rotary valve, characterized by higher reliability, tightness and the absence of danger of “jamming” of moving elements. (Bashta T.M. Hydraulic drives of aircraft. M: Mechanical Engineering, 1967, p.239).

На фиг.2 представлен общий вид, разрез клапана переключения гидросистем с автоматическими перепускными устройствами и тарельчатыми обратными клапанами.Figure 2 presents a General view, section of a valve switching hydraulic systems with automatic bypass devices and poppet check valves.

На фиг.3 показана общая схема привода с дистанционным управлением, содержащего клапан переключения гидросистем с электромагнитными клапанами и гидрораспределитель с плоским поворотным золотником.Figure 3 shows a general diagram of a remote control actuator containing a hydraulic system switching valve with electromagnetic valves and a directional control valve with a flat rotary valve.

На фиг.4 показан общий вид, разрез клапана переключения при работе от первой гидросистемы питания. На электромагнитный клапан 48 подан электрический сигнал управления. Электромагнитный клапан 48 второй гидросистемы питания обесточен.Figure 4 shows a General view, a section of a switching valve when operating from the first hydraulic power system. An electromagnetic control signal is provided to solenoid valve 48. The electromagnetic valve 48 of the second hydraulic power supply is de-energized.

На фиг.5 показан общий вид, разрез клапана переключения при работе от второй гидросистемы питания. На электромагнитный клапан 48 подан электрический сигнал управления. Электромагнитный клапан 49 первой гидросистемы питания обесточен.Figure 5 shows a General view, a section of a switching valve when operating from a second hydraulic power system. An electromagnetic control signal is provided to solenoid valve 48. The solenoid valve 49 of the first hydraulic power system is de-energized.

На фиг.6 показан узел Б на фиг.2.Figure 6 shows the node B in figure 2.

На фиг.7 показан узел В на фиг.2.Figure 7 shows the node In figure 2.

На фиг.8 показан общий вид, разрез клапана переключения при работе привода в режиме комбинированного управления от 1-й гидросистемы питания, когда в запорной полости слива 37 происходит резкое повышение давления (заброс) рабочей среды.On Fig shows a General view, a section of the switching valve when the actuator is in the combined control mode from the 1st hydraulic power system, when in the shut-off cavity drain 37 there is a sharp increase in pressure (casting) of the working medium.

Привод (см. фиг.1) содержит корпус 1 с нагнетательными 2 (3) и сливными 4 (5) каналами для рабочей жидкости, однокамерный гидродвигатель 6 с полостными каналами 7 и 8, электромагнитный клапан включения-кольцевания 9, электрогидравлический усилитель мощности (ЭГУ) 10 и сервоцилиндр 11, гидрораспределитель 12 с механической несиловой проводкой привода 13, связанной со штоком 14 сервоцилиндра 11, и клапан переключения гидросистем 15, сообщенный с двумя независимыми гидравлическими системами питания 2 (4) и 3 (5).The drive (see Fig. 1) contains a housing 1 with discharge 2 (3) and drain 4 (5) channels for the working fluid, a single-chamber hydraulic motor 6 with cavity channels 7 and 8, an on-ring solenoid valve 9, and an electro-hydraulic power amplifier (EHU ) 10 and a servocylinder 11, a hydraulic distributor 12 with mechanical non-power wiring of the actuator 13, connected to the rod 14 of the servocylinder 11, and a hydraulic switching valve 15, in communication with two independent hydraulic power systems 2 (4) and 3 (5).

Клапан переключения гидросистем 15 (см. фиг.1, 2) снабжен подпружиненными автоматическими перепускными устройствами 16 дискретного и прямого действия с индикаторными стержнями 39 и выполнен в виде двух опозитно встроенных в общий цилиндрический канал 18 корпуса 1 и разделенных между собой разобщающей втулкой 19 устройств управления 20 и 21 с запирающими элементами типа “клапан-седло”, каждое из которых состоит из неподвижно установленных в канале 18 крышки 22, направляющего стакана 23 и опорной втулки 24, имеющих внутренние ступенчатые расточки 25 и 26 соответственно и кинематически связанных между собой подпружиненных тарельчатого обратного клапана 27, с перепускным устройством 16, установленных в расточках 26 опорной втулки 24 и подпружиненного плунжера 28, герметично размещенного в расточке большей ступени 25 направляющего стакана 23 и имеющего внутреннюю перегородку 29, с одной стороны которой размещена пружина 30, а с другой образована рабочая камера управления 31, сообщающаяся через радиальные каналы 32 плунжера 28 и направляющего стакана 23 с подводящими напорными магистралями 33 и 34, а через обратный тарельчатый клапан 35, встроенный в малую ступень расточки 25 направляющего стакана 23, с напорным каналом 36 исполнительного механизма (гидрораспределителя 12 и рулевой машины 11).The hydraulic switching valve 15 (see figures 1, 2) is equipped with spring-loaded automatic bypass devices 16 of discrete and direct action with indicator rods 39 and is made in the form of two opositely integrated control devices in the common cylindrical channel 18 of the housing 1 and separated by a disconnecting sleeve 19 20 and 21 with locking elements of the "valve-seat" type, each of which consists of a cover 22 fixedly installed in the channel 18, a guide cup 23 and a support sleeve 24 having internal stepped bores 25 and 26, respectively, and kinematically connected to each other, spring-loaded poppet check valves 27, with a bypass device 16 installed in the bores 26 of the support sleeve 24 and the spring-loaded plunger 28, sealed in the bore of a larger stage 25 of the guide cup 23 and having an inner partition 29, on one side of which a spring 30 is placed, and on the other a working control chamber 31 is formed, communicating through the radial channels 32 of the plunger 28 and the guide cup 23 with the supply pressure lines 33 and 34, and Through a check valve 35, built into the small stage of the bore 25 of the guide cup 23, with a pressure channel 36 of the actuator (valve 12 and steering machine 11).

Расточки 26 больших ступеней опорных втулок 24 обоих устройств управления 20 и 21 закольцованы между собой каналом 37 и соединены со сливным каналом 38 исполнительного механизма. Кинематическая связь между подпружиненным обратным тарельчатым клапаном 27 с перепускным устройством 16 и плунжером 28 осуществляется через ступенчатый цилиндрический индикаторный стержень 39, который своими рабочими торцами 40 и 41 взаимодействует с торцовыми поверхностями перегородки 29 плунжера 28 и поверхностью запорного органа обратного клапана 27, образованного в виде плоского тарельчатого затвора с наружной сферической направляющей частью 42 (см. фиг.6) и притертого к уплотнительным кромкам 43 поршня-седла 16, выполненным в виде кольцевых концентрично расположенных ножевых выступов, при этом канавка 44 между ножевыми выступами выполнена тороидальной с радиусом круга, образующего тор, равным высоте выступа, а цент тора расположен в плоскости уплотнительных кромок 43 ножевых выступов. Между наружной поверхностью малой ступени индикаторного стержня 39 и поверхностью внутренней расточки поршня-седла 16 образован гарантированный кольцевой зазор 45 для прохода рабочей среды в сливной канал 46 или 47 (фиг.2). Клапан переключения подключен к источникам командного давления - электромагнитным клапанам 48 и 49 (см. фиг.1), дистанционно управляемым из кабины по сигналу летчика.Bores 26 of the large steps of the support sleeves 24 of both control devices 20 and 21 are looped together by a channel 37 and connected to a drain channel 38 of the actuator. The kinematic connection between the spring-loaded check valve 27 with the bypass device 16 and the plunger 28 is through a stepped cylindrical indicator rod 39, which with its working ends 40 and 41 interacts with the end surfaces of the baffle 29 of the plunger 28 and the surface of the shut-off element of the check valve 27, formed in the form of a flat disk lock with an outer spherical guide portion 42 (see Fig.6) and ground to the sealing edges 43 of the piston-seat 16, made in the form of an annular concentrically located knife protrusions, the groove 44 between the knife protrusions is made toroidal with a radius of a circle forming a torus equal to the height of the protrusion, and the center is located in the plane of the sealing edges 43 of the knife protrusions. Between the outer surface of the small stage of the indicator rod 39 and the surface of the inner bore of the piston-seat 16 is formed a guaranteed annular gap 45 for the passage of the working medium into the drain channel 46 or 47 (figure 2). The switching valve is connected to the sources of command pressure - the electromagnetic valves 48 and 49 (see figure 1), remotely controlled from the cockpit by a signal from the pilot.

Привод в режиме ручного управления работает следующим образом.The drive in manual control mode operates as follows.

На электромагнитный клапан 48 первой гидросистемы питания подан электрический сигнал управления (см. фиг.1, 4). Электромагнитный клапан 49 второй гидросистемы питания обесточен. Под действием электрического сигнала управления якорь электромагнитного клапана 48 выдвигается наружу (по схеме влево), аксиально перемещая подпружиненный золотник на рабочий ход. При этом радиальные каналы высокого давления клапана соединяются и обеспечивают проход рабочей среды в камеру управления 31 устройства управления 20 клапана переключения гидросистем. Далее рабочая жидкость под давлением через обратный тарельчатый клапан 35 и внутренний канал разобщающей втулки 19 поступает в полость обратного тарельчатого клапана 35 другого опозитно расположенного устройства управления 21.An electromagnetic control signal is supplied to the electromagnetic valve 48 of the first hydraulic power supply system (see Figs. 1, 4). The electromagnetic valve 49 of the second hydraulic power supply is de-energized. Under the influence of an electric control signal, the armature of the electromagnetic valve 48 extends outward (according to the diagram to the left), axially moving the spring-loaded spool on the stroke. In this case, the high pressure radial channels of the valve are connected and provide the passage of the working medium into the control chamber 31 of the control device 20 of the hydraulic switching valve. Further, the working fluid under pressure through the non-return poppet valve 35 and the inner channel of the uncoupling sleeve 19 enters the cavity of the non-poppet valve 35 of another opositely located control device 21.

Тарельчатый запорный орган клапана 35, закрывая центральный канал подвода напора из второй гидросистемы, обеспечивает проход рабочей среды в канал 36 подающей магистрали к гидрораспределителю 12.The valve-shaped locking element of the valve 35, closing the central channel for supplying pressure from the second hydraulic system, ensures the passage of the working medium into the channel 36 of the supply line to the control valve 12.

Летчик через тягу механической несиловой проводки 13 перемещает управляющий плоский золотник гидрораспределителя 12. Управляющий золотник, перемещаясь (поворачиваясь на определенный от нейтрального положения угол в ту или другую сторону), сообщает соответствующие полости гидродвигателя 6 с напорным 2 и сливным 4 каналами источника питания.The pilot through the thrust of mechanical non-power wiring 13 moves the control flat spool of the valve 12. The control spool, moving (turning to a certain angle from a neutral position in one direction or another), communicates the corresponding cavity of the hydraulic motor 6 with pressure 2 and drain 4 channels of the power source.

Под действием рабочего давления в камере управления 31 плунжер 28 устройства управления 20, сжимая пружину 30, перемещается вправо до упора своей торцовой поверхностью перегородки 29 в наружный торец поршня-седла 16, аксиально перемещая в ту же сторону ступенчатый цилиндрический индикаторный стержень 39, который торцом малой ступени 41 отжимает подпружиненный тарельчатый запорный орган обратного клапан 27 от поршня-седла 16, обеспечивая проход сливного давления, поступающего от гидродвигателя по каналу 37, через кольцевой зазор 45 в сливной канал 46, в каналы электромагнитного клапана 48 и в сливную магистраль первой гидросистемы.Under the action of the working pressure in the control chamber 31, the plunger 28 of the control device 20, compressing the spring 30, moves to the right with its end surface of the baffle 29 against the outer end of the piston-seat 16, axially moving the stepped cylindrical indicator rod 39, which end face is small of stage 41 presses a spring-loaded poppet locking element of the non-return valve 27 from the piston-seat 16, ensuring the passage of the drain pressure coming from the hydraulic motor through the channel 37 through the annular gap 45 into the drain channel 4 6 into the channels of the electromagnetic valve 48 and into the drain line of the first hydraulic system.

Аналогично, при подаче электрического сигнала управления на электромагнитный клапан 49 (см. фиг.1, 5) рабочее давление второй гидросистемы подается в камеру управления 31 устройства управления 21, откуда через обратный клапан 35 поступает в тот же канал 36 подающей магистрали к гидрораспределителю 12, при этом слив от гидродвигателя в сливную магистраль второй гидросистемы происходит через отжатый индикаторным стержнем 39 обратный клапан 27 устройства управления 21 и сливной канал 47.Similarly, when an electrical control signal is applied to the electromagnetic valve 49 (see FIGS. 1, 5), the working pressure of the second hydraulic system is supplied to the control chamber 31 of the control device 21, from where it enters the same channel 36 of the supply line to the control valve 12 through the non-return valve 35, while the drain from the hydraulic motor into the drain line of the second hydraulic system occurs through the check valve pressed by the indicator rod 39, the check valve 27 of the control device 21 and the drain channel 47.

Привод в режиме комбинированного управления (ручное управление с коррекцией от автоматической системы управления) работает следующим образом.The drive in combined control mode (manual control with correction from the automatic control system) works as follows.

Поданы электрические сигналы на электромагнитный клапан 48 первой гидросистемы питания, на электрогидравлический усилитель мощности (ЭГУ) 10 от автоматической системы управления (автопилота), электромагнитный клапан включения-кольцевания 9 (см. фиг.1, 4).Electrical signals are sent to the electromagnetic valve 48 of the first hydraulic power system, to an electro-hydraulic power amplifier (EGU) 10 from an automatic control system (autopilot), an on-ring solenoid valve 9 (see Figs. 1, 4).

При этом, как и в первом случае, рабочая жидкость из первой гидросистемы питания подается на гидрораспределитель 12, чем обеспечивается ручное управление гидродвигателем 6. Полости сервоцилиндра 11 раскольцовываются и рабочая жидкость поступает к ЭГУ. Рабочая жидкость от ЭГУ через клапан включения-кольцевания 9 поступает в рабочие полости сервоцилиндра 11, который, перемещаясь, передвигает жестко связанный с ним плоский золотник гидрораспределителя 12. Управляющий золотник, перемещаясь, сообщает соответствующие рабочие полости гидродвигателя с напорным 2 или сливным 4 каналами источника питания.In this case, as in the first case, the working fluid from the first hydraulic supply system is supplied to the control valve 12, which provides manual control of the hydraulic motor 6. The cavities of the servocylinder 11 are slid off and the working fluid flows to the EHU. The working fluid from the EHU through the on-ring valve 9 enters the working cavities of the servocylinder 11, which, moving, moves the flat spool of the hydraulic distributor rigidly connected to it 12. The control spool, moving, communicates the corresponding working cavities of the hydraulic motor with a pressure 2 or drain 4 channels of the power source .

Управляющие сигналы летчика и сигналы от сервоцилиндра суммируются, чем определяется направление, величина и скорость перемещения исполнительного штока привода.The pilot's control signals and signals from the servocylinder are summed up, which determines the direction, magnitude and speed of movement of the actuator's actuator rod.

Привод в момент воздействия максимальных аэродинамических нагрузок на рулевые поверхности летательного аппарата работает следующим образом (см. фиг.1, 2).The drive at the time of exposure to maximum aerodynamic loads on the steering surfaces of the aircraft operates as follows (see figure 1, 2).

Рабочие полости цилиндра гидродвигателя 6 соединены через систему канализации и гидрораспределитель с тарельчатыми обратными клапанами 35, смонтированными на входе каналов нагнетания 33 и 34 клапана переключения 15. В момент воздействия максимальной аэродинамической нагрузки любого знака на рулевые поверхности летательного аппарата обратный клапан 35 клапана переключения функционирующей системы управления запирает рабочую жидкость цилиндра гидродвигателя 6, благодаря чему ударная нагрузка от шарнирного момента на ручку управления воспринимается запертой в цилиндре жидкостью. Привод в этом случае работает как демпфер, обеспечивая легкое и плавное управление летательным аппаратом.The working cavities of the hydraulic motor cylinder 6 are connected through a sewer system and a hydraulic distributor to poppet check valves 35 mounted at the inlet of the discharge channels 33 and 34 of the switching valve 15. At the moment of the maximum aerodynamic load of any sign on the steering surfaces of the aircraft, the check valve 35 of the switching valve of a functioning control system locks the working fluid of the hydraulic cylinder 6, so that the shock load from the articulated moment on the control handle restores receive are trapped in the liquid cylinder. The drive in this case works as a damper, providing easy and smooth control of the aircraft.

Работа привода в режиме комбинированного управления при воздействии сверхдопустимых забросов давлений (гидроударов) в запорной линии слива от мгновенных (скачкообразных) сигналов управления от автоматической системы управления или, аналогично, работа привода в режиме стоянки летательного аппарата и воздействии на него высоких положительных температур окружающей среды (см. фиг.1, 8).The operation of the drive in the combined control mode when exposed to super-permissible pressure overshoots (water hammer) in the shut-off line from instantaneous (spasmodic) control signals from the automatic control system or, similarly, the drive operates in the aircraft’s standby mode and when exposed to high positive ambient temperatures ( see figures 1, 8).

Под воздействием заброса давления рабочей жидкости в запорной линии слива 37 тарельчатый затвор 27, установленный в расточке опорной втулки 24 неработающей гидросистемы, воздействует на подвижную часть обратного клапана, выполненного в виде уплотненного по наружной поверхности поршня 16, который одновременно служит седлом для тарельчатого затвора 27. Преодолевая усилие сжатой пружины 30, поршень-седло 16 перепускного устройства вместе с тарельчатым затвором 27 аксиально перемещаются в сторону неподвижного плунжера 28, выбирая установленный зазор по торцам индикаторного стержня 39. Затвор 27, упираясь в торец 41 индикаторного стержня 39, останавливается, а поршень-седло 16, продолжая перемещаться относительно неподвижного индикаторного стержня 39, отрывается от уплотняющей части тарельчатого затвора 27, образуя при этом рабочую щель, через которую дискретно перепускается часть объема рабочей жидкости по кольцевому зазору 45 в канал слива 47 до момента установления расчетного перепада давления слива, определенного характеристикой сжатой пружины 30, при котором поршень-седло 16 под действием этой пружины возвращается в исходное положение, перекрывая канал слива 47 и обеспечивая тем самым гашение сверхдопустимых забросов давления в приводе.Under the influence of pressure build-up of the working fluid in the discharge line 37, the poppet valve 27, mounted in the bore of the support sleeve 24 of the inoperative hydraulic system, acts on the movable part of the check valve, which is made in the form of a piston 16 sealed on the outer surface, which simultaneously serves as a seat for the poppet valve 27. Overcoming the force of the compressed spring 30, the piston-saddle 16 of the bypass device together with the poppet valve 27 axially move towards the stationary plunger 28, choosing installed the azor at the ends of the indicator rod 39. The shutter 27, abutting against the end 41 of the indicator rod 39, stops, and the piston-seat 16, continuing to move relative to the stationary indicator rod 39, is torn off from the sealing part of the poppet valve 27, forming a working gap through which part of the working fluid volume is discretely transferred along the annular gap 45 to the drain channel 47 until the calculated differential pressure drop is established, determined by the characteristic of the compressed spring 30, at which the piston-seat 16 under tviem this springs back to its original position, closing the drain channel 47 and thereby quenching casting repeated excessive pressure in the actuator.

Привод с клапаном переключения позволяет повысить надежность и эффективность работы самого привода и, следовательно, надежность системы управления летательного аппарата за счет:An actuator with a shift valve improves the reliability and efficiency of the actuator itself and, therefore, the reliability of the aircraft control system due to:

- исключения из конструкции клапана переключения прецизионной золотниковой пары, склонной к “заклиниванию” в случаях работы на загрязненной рабочей жидкости и перехода на клапанную систему распределения рабочей среды,- exceptions to the design of the switching valve of a precision spool pair, prone to “jamming” in cases of operation on a contaminated working fluid and switching to a valve system for distributing a working medium,

- подключения клапана переключения к дистанционно управляемым источникам командного давления,- connecting the switching valve to remotely controlled sources of command pressure,

- исключения возникновения ударной нагрузки на ручке управления летчика в момент воздействия максимальных аэродинамических нагрузок на рулевые поверхности летательного аппарата,- elimination of the occurrence of shock load on the pilot’s control handle at the time the maximum aerodynamic loads act on the steering surfaces of the aircraft,

- исключения возникновения сверхдопустимых забросов давлений и гидроударов во внутренних полостях гидропривода при всех режимах его работы, включая стоянку летательного аппарата, а также сведения до минимума величин перетоков рабочей жидкости из одной гидросистемы в другую.- elimination of the occurrence of super-permissible pressure and water shock in the internal cavities of the hydraulic actuator under all modes of its operation, including aircraft parking, as well as minimizing the values of the flow of the working fluid from one hydraulic system to another.

Claims

1. A redundant servo electro-hydraulic actuator comprising a housing with discharge and drain channels for the working fluid, a single-chamber hydraulic motor with cavity channels, a servo-ring solenoid valve, an electro-hydraulic power amplifier and a servo cylinder, a valve with mechanical non-power drive wiring connected to the servo cylinder stem, and a hydraulic changeover valve in communication with two independent hydraulic power systems, characterized the fact that the hydraulic switching valve is equipped with discrete automatic bypass devices with indicator rods and is made in the form of two oppositely built-in control devices with locking valve-saddle elements, which are integrated into the common cylindrical channel of the body, each of which consists of motionlessly installed in the channel of the housing of the cover, guide cup and support sleeve with O-rings on the outer cylindrical surfaces and internal tupered bores and kinematically connected spring-loaded poppet check valves with a bypass device installed in the bores of the support sleeve and a spring-loaded plunger sealed in the bore of a larger stage of the guide cup and provided with an internal baffle, on one side of which a spring is placed, and on the other is formed working control chamber with the possibility of communicating with the supply pressure line and through a check valve integrated into the small stage bores of the guide cup, with the pressure channel of the actuator, while the bores of the large steps of the supporting bushes of both control devices are looped together and communicated with the drain channel of the actuator, and the specified kinematic connection is made in the form of an axially movable spring-loaded piston sealed on the inner surface of the bore -seats of the bypass valve check valve, stepped cylindrical indicator rod with the possibility of axial alternating communicating and interacting with their working ends with the end surfaces of the plunger baffle and the shutoff valve of the non-return valve, formed in the form of a flat disk shutter with an external spherical guide part and rubbed against the sealing edges of the piston-seat, made in the form of annular, concentrically arranged knife protrusions, while the groove between the knife protrusions is made toroidal with a radius of the circle forming the torus equal to the height of the protrusion, and the center of the torus is located in the plane of the sealing edges but cheek protrusions, and between the outer surface of the small stage of the indicator rod and the surface of the inner bore of the piston-saddle, a guaranteed annular gap is established for the passage of the working medium.

2. The actuator according to claim 1, characterized in that the hydraulic valve switching valve is connected to remotely controlled sources of command pressure.