RU2308659C2

RU2308659C2 - Tank armament stabilizer

Info

Publication number: RU2308659C2
Application number: RU2005133975/02A
Authority: RU
Inventors: Николай Сергеевич Говоров (RU); Николай Сергеевич Говоров; Алексей Валентинович Молокин (RU); Алексей Валентинович Молокин
Original assignee: Николай Сергеевич Говоров; Алексей Валентинович Молокин
Priority date: 2005-11-02
Filing date: 2005-11-02
Publication date: 2007-10-20
Also published as: RU2005133975A

Abstract

FIELD: automatic control and adjustment systems, in particular, tank armament stabilizers.

SUBSTANCE: the training electric drive circuit uses a power recuperator, whose inputs connected to the output of the power amplifier, and the recuperator output is connected to the input of the power amplifier.

EFFECT: improved operating characteristics of the tank armament stabilizer.

2 dwg

Description

Изобретение относится к системам автоматического управления и регулирования, а именно к стабилизаторам танкового вооружения (СТВ).The invention relates to automatic control and regulation systems, in particular to stabilizers of tank weapons (STV).

Известен электрогидравлический стабилизатор танкового вооружения 2Э28М, канал горизонтального наведения (ГН) которого представляет собой электрогидравлическую систему, выполненную на базе гидромотора большого момента (ГБМ). Инерционный разгон башни танка и возникающее вследствие этого повышение давления в гидросистеме сопровождаются срабатыванием предохранительных клапанов, входящих в устройство ГБМ, которые выполняют при этом предохранительные и демпфирующие функции («Стабилизаторы танкового вооружения 2Э28М (2Э28М-2)», М.: Воениздат Минобороны СССР, 1979, стр. 84-106. Гриф ДСП с книги снят по Решению А01003 от 12.08.87, подробное описание в БК1.370.050. ТО, ТУ, ИЭ). Названный аналог является морально устаревшим изделием и имеет следующие недостатки: низкий КПД, невысокий ресурс работы (600-1000 часов), низкая перебросочная скорость наведения (не более 18 град/сек), пожаробезопасность, значительные габариты.Known electro-hydraulic stabilizer tank weapons 2E28M, the horizontal guidance channel (GN) which is an electro-hydraulic system based on a high torque hydraulic motor (GBM). The inertial acceleration of the tank turret and the resulting increase in pressure in the hydraulic system are accompanied by the operation of the safety valves included in the GBM device, which perform safety and damping functions (“Tank arms stabilizers 2E28M (2E28M-2)”, Moscow: Military Ministry of the USSR, 1979, pp. 84-106. The chipboard bar is removed from the book by Decision A01003 of 08/12/87, a detailed description is in BK1.370.050., TU, IE). The aforementioned analogue is a morally obsolete product and has the following disadvantages: low efficiency, low service life (600-1000 hours), low transfer speed of guidance (no more than 18 deg / s), fire safety, significant dimensions.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков к изобретению является техническое решение стабилизатора танкового вооружения с электроприводом горизонтального наведения на базе мотор-редуктора, которое принимается за прототип (свидетельство на Российскую полезную модель №11880. Прототип включает в себя мотор-редуктор, механизм поворота башни, башню («колпак») гироскопические датчики, пульт управления, блок управления, преобразователь напряжения и усилитель мощности. Прототип в значительной мере свободен от недостатков предыдущего аналога, однако предусматривает обязательное наличие сдающего устройства в механизме поворота башни (например, фрикционной муфты) во избежание поломки механизма, т.к. другие демпфирующие устройства в системе не предусмотрены. Не предусмотрен также сброс или рекуперация энергии при инерционном разгоне привода ГН башней, т.е. при переходе двигателя в генераторный режим. Эта особенность прототипа в совокупности с тем обстоятельством, что на нем применен высоковольтный электродвигатель, может быть причиной недопустимого повышения напряжения на обмотках электродвигателя при его работе в генераторном режиме, что может иметь последствием межвитковый пробой обмоток электродвигателя и выход его из строя. Напряжение в этом случае может достигать величины нескольких киловольт, что представляет угрозу безопасности экипажа и требует особых кабельных изделий для соединения элементов электропривода, а также применения специальных схем обеспечения электробезопасности экипажа и оборудования танка. Применение высоковольтного электродвигателя в составе мотор-редуктора представляется неоправданным еще и по той причине, что повышение напряжения питания в электродвигателях малой мощности (потребная мощность привода СТВ не превышает 5 кВт) не обеспечивает существенного снижения массы и габаритов электродвигателя, но ухудшает тепловые условия работы его обмоток и КПД (Кацман М.М. Электрические машины. М.: Высшая школа, 1990, стр.334).The closest set of essential features to the invention is the technical solution of a tank weapon stabilizer with horizontal guidance electric drive based on a gear motor, which is taken as a prototype (certificate for Russian utility model No. 11880. The prototype includes a gear motor, turret rotation mechanism, turret (“Cap”) gyroscopic sensors, control panel, control unit, voltage converter and power amplifier. The prototype is largely free from the disadvantages of the previous leading analogue, however, provides for the obligatory presence of a delivery device in the rotation mechanism of the tower (for example, a friction clutch) in order to avoid breakdown of the mechanism, since other damping devices are not provided in the system, and there is no discharge or recovery of energy during inertial acceleration of the GN tower drive, i.e., when the engine enters the generator mode, this feature of the prototype, together with the fact that it uses a high-voltage electric motor, can cause an unacceptable increase in voltages on the motor windings when it is operating in the generator mode, which may result in inter-turn breakdown of the motor windings and its failure. The voltage in this case can reach several kilovolts, which poses a threat to the crew’s safety and requires special cable products to connect the electric drive elements, as well as the use of special electrical safety schemes for the crew and tank equipment. The use of a high-voltage electric motor as part of the gearmotor is also unreasonable because the increase in the supply voltage in low-power electric motors (the required drive power of the STV does not exceed 5 kW) does not significantly reduce the mass and dimensions of the electric motor, but worsens the thermal conditions of its windings and efficiency (Katsman MM Electric machines. M .: Higher school, 1990, p. 344).

Целью изобретения является улучшение эксплуатационных характеристик стабилизатора танкового вооружения. При использовании изобретения достигаются следующие технические результаты:The aim of the invention is to improve the operational characteristics of the stabilizer of tank weapons. When using the invention, the following technical results are achieved:

1. Улучшается энергобаланс танка.1. Improves the energy balance of the tank.

2. Повышается КПД электропривода ГН.2. Increases the efficiency of the electric drive GN.

3. Осуществляется демпфирование инерционных нагрузок на башню и орудие.3. Damping of inertial loads on the turret and gun is carried out.

4. Повышается электробезопасность экипажа.4. Increases the electrical safety of the crew.

5. Повышается надежность стабилизатора.5. Increases the reliability of the stabilizer.

6. Сохраняется боеспособность танка и экипажа при форсировании водных преград даже в условиях негерметичности силовой части электропривода.6. The combat effectiveness of the tank and crew is maintained when crossing water barriers even in the event of a leak in the power part of the electric drive.

Сущность изобретения заключается в следующем: стабилизатор танкового вооружения, содержащий основание с установленными на нем мотор-редуктором и механизмом поворота башни, башню с установленными на ней гироскопическими датчиками, блок управления, усилитель мощности, аккумулятор и пульт управления, причем выходной вал мотор-редуктора, механизм поворота башни и башня последовательно механически соединены между собой, а выходы гироскопических датчиков электрически соединены со входами блока управления, с другими входами которого соединен также выход пульта управления, выход же блока управления соединен с управляющим входом усилителя мощности, силовой вход которого соединен с аккумулятором, а выход соединен с мотор-редуктором, дополнительно снабжен рекуператором мощности, вход которого соединен с выходом усилителя мощности, а выход рекуператора мощности соединен со входом усилителя мощности.The essence of the invention is as follows: a tank weapon stabilizer, comprising a base with a gear motor mounted thereon and a turret turning mechanism, a turret with gyroscopic sensors mounted on it, a control unit, a power amplifier, a battery and a control panel, the output shaft of the gear motor, the rotation mechanism of the tower and the tower are sequentially mechanically interconnected, and the outputs of the gyroscopic sensors are electrically connected to the inputs of the control unit, with the other inputs of which are connected the control panel output is also not available, the output of the control unit is connected to the control input of the power amplifier, the power input of which is connected to the battery, and the output is connected to the gear motor, is additionally equipped with a power recuperator, the input of which is connected to the output of the power amplifier, and the output of the power recuperator is connected with power amplifier input.

Обозначенная сущность изобретения связана с заявленными техническими результатами следующим образом соответственно:The essence of the invention is associated with the claimed technical results as follows, respectively:

1. При переходе электродвигателя мотор-редуктора в генераторный режим при его инерционном разгоне башней напряжение на входе в электродвигатель повысится, превысит напряжение бортовой сети, и электроэнергия через рекуператор мощности начнет поступать в аккумулятор, заряжая его. Таким образом, будет осуществляться превращение механической мощности движения башни в электрическую мощность, которая будет запасаться в аккумуляторе, что улучшит энергобаланс танка.1. When the electric motor of the gearmotor enters the generator mode when it is inertially accelerated by the tower, the voltage at the input to the electric motor will increase, exceed the voltage of the on-board network, and electricity will begin to flow through the power recuperator into the battery, charging it. Thus, the mechanical power of the tower’s movement will be converted into electric power, which will be stored in the battery, which will improve the energy balance of the tank.

2. КПД привода ГН увеличивается в связи с исключением из схемы преобразователя напряжения, который является устройством с достаточно низким КПД (не более 80% для полупроводниково-трансформаторных устройств).2. The efficiency of the GN drive increases due to the exclusion of a voltage converter from the circuit, which is a device with a sufficiently low efficiency (not more than 80% for semiconductor-transformer devices).

3. При зарядке аккумулятора в режиме рекуперации мощности привода ГН аккумулятор, как низкоомная нагрузка, обеспечит тормозной момент на валу мотор-редуктора, причем тормозной момент будет пропорционален угловой скорости вала, чем и обеспечится демпфирование инерционных нагрузок на башню и орудие.3. When charging the battery in the recovery mode of the power of the GN drive, the battery, as a low-impedance load, will provide braking torque on the shaft of the geared motor, and the braking torque will be proportional to the angular velocity of the shaft, which will ensure damping of inertial loads on the turret and gun.

4. При сбросе энергии в аккумулятор предотвращается значительное повышение напряжение на выводах электродвигателя мотор-редуктора, т.к. аккумулятор является низкоомной нагрузкой, обеспечивая практически короткое замыкание выводов электродвигателя в режиме рекуперации (электродвижущей силой при этом является разность напряжения на выводах электродвигателя и собственной электродвижущей силы аккумулятора). В соответствии с расчетами напряжение в бортовой сети 27 В, в пиковых значениях при режиме рекуперации не превысит величины 40 В, что является безопасным для экипажа.4. When dumping energy into the battery, a significant increase in voltage at the terminals of the motor of the geared motor is prevented, since the battery is a low-impedance load, providing an almost short circuit of the motor terminals in the recovery mode (the electromotive force is the voltage difference between the motor terminals and the battery’s own electromotive force). According to the calculations, the voltage in the on-board network is 27 V, in peak values during the recovery mode, will not exceed 40 V, which is safe for the crew.

5. Надежность электропривода ГН повышается за счет того, что исключаются режимы работы электродвигателя, при которых значительно повышается напряжение на его выводах, увеличивается вероятность электрического пробоя в витках его обмоток, что может вызывать утечки, опасные для работоспособности других элементов привода, в частности полупроводниковых элементов блока управления.5. The reliability of the GN electric drive is increased due to the fact that the operation of the electric motor is excluded, at which the voltage at its terminals increases significantly, the likelihood of electrical breakdown in the turns of its windings increases, which can cause leaks that are dangerous for the performance of other drive elements, in particular semiconductor elements control unit.

6. В условиях попадания воды (особенно морской) в электрические соединения силовой части привода при форсировании танком водных преград вероятность отказа электропривода уменьшается с уменьшением величины питающего его напряжения, а так же с уменьшением пиковых значений напряжения в тормозных режимах, что и обеспечивается предлагаемым техническим решением.6. Under conditions of water (especially marine) getting into the electrical connections of the drive’s power unit when the tank forces water obstacles, the probability of failure of the electric drive decreases with decreasing voltage supply, as well as with a decrease in peak voltage values in braking conditions, which is provided by the proposed technical solution .

На Фиг.1 изображена структурная схема стабилизатора танкового вооружения.Figure 1 shows the structural diagram of the stabilizer of tank weapons.

На Фиг.2 изображена структурная схема стабилизатора танкового вооружения с использованием коллекторного электродвигателя в качестве электродвигателя мотор-редуктора и двухполупериодного выпрямителя, включенного встречно-параллельно усилителю мощности, в качестве рекуператора мощности.Figure 2 shows a structural diagram of a tank weapons stabilizer using a collector motor as an electric motor of a gear motor and a half-wave rectifier connected in parallel with the power amplifier as a power recuperator.

Стабилизатор танкового вооружения (Фиг.1, Фиг.2), содержит основание (1) с установленным на нем мотор-редуктором (2) и механизмом поворота башни (3), развязанную по углу поворота от основания башню (4) с установленными на ней гироскопическими датчиками (5), блок управления (6), усилитель мощности (7), аккумулятор (8) и пульт управления (9), причем выходной вал мотор-редуктора (2), механизм поворота башни (3) и башня (4) последовательно механически соединены между собой, а сигнальные выходы гироскопических датчиков (5) электрически соединены со входами блока управления (6), с другими входами которого соединен также выход пульта управления (9), выход же блока управления (6) соединен с управляющим входом усилителя мощности (7), силовой вход которого соединен с аккумулятором (8), а выход соединен с питающими выводами мотор-редуктора (2), кроме того, стабилизатор танкового вооружения дополнительно снабжен рекуператором мощности (10), вход которого соединен с выходом усилителя мощности (7), а выход рекуператора мощности соединен со входом усилителя мощности (7).A tank weapon stabilizer (FIG. 1, FIG. 2), contains a base (1) with a gear motor (2) mounted on it and a turret rotation mechanism (3), a turret (4) untied at the angle of rotation from the base, with the turret installed on it gyroscopic sensors (5), a control unit (6), a power amplifier (7), a battery (8) and a control panel (9), and the output shaft of the gear motor (2), the rotation mechanism of the tower (3) and the tower (4) mechanically connected in series, and the signal outputs of the gyroscopic sensors (5) are electrically connected to the inputs of the unit board (6), with other inputs of which the output of the control panel (9) is also connected, the output of the control unit (6) is connected to the control input of the power amplifier (7), the power input of which is connected to the battery (8), and the output is connected to the power supply the motor gearbox leads (2), in addition, the tank weapons stabilizer is additionally equipped with a power recuperator (10), the input of which is connected to the output of the power amplifier (7), and the output of the power recuperator is connected to the input of the power amplifier (7).

В качестве простейшего устройства, выполняющего функцию рекуператора мощности (10) при использовании коллекторного электродвигателя в составе мотор-редуктора (2), может быть использован двухполупериодный выпрямитель, включенный встречно-параллельно усилителю мощности (7) (Фиг.2). При использовании многофазного синхронного бесколлекторного электродвигателя в качестве рекуператора мощности (10) может использоваться многофазная мостовая вентильная схема, в том числе совмещающая функции силового каскада усилителя мощности 7 (не показана). Возможно также применение специальных схем с принудительной тактовой коммутацией, обеспечивающей заданную проводимость рекуператора в зависимости от режима работы электродвигателя (не показана).As the simplest device, performing the function of a power recuperator (10) when using a collector motor as part of a gear motor (2), a half-wave rectifier connected in parallel with the power amplifier (7) can be used (Figure 2). When using a multiphase synchronous brushless motor as a power recuperator (10), a multiphase bridge valve circuit can be used, including combining the functions of the power stage of a power amplifier 7 (not shown). It is also possible to use special circuits with forced clock switching, providing a given conductivity of the recuperator, depending on the operating mode of the electric motor (not shown).

Стабилизатор танкового вооружения работает следующим образом. В режиме стабилизации система работает как обычная замкнутая следящая система с отрицательной обратной связью. Параметры наведения и стабилизации задаются с помощью пульта управления (9). Рекуператор мощности (10) заперт подобно клапану, поскольку напряжение на аккумуляторе (8) превышает напряжение на выводах электродвигателя вследствие его некоторого падения на усилителе мощности (7). При резком развороте шасси танка и укрепленного на нем основания (1) вследствие значительного совокупного момента инерции башни танка (4) и расположенного на ней вооружения может осуществляться режим разгона электродвигателя мотор-редуктора (2) до скорости, превышающей скорость его холостого хода, в результате чего электродвигатель переходит в генераторный режим, и напряжение на его выводах повышается по сравнению с напряжением на аккумуляторе (8). В этом случае происходит передача электроэнергии от мотор-редуктора 2 к аккумулятору (8), причем башня (4) испытывает торможение (демпфирование) со стороны мотор-редуктора (2) через механизм поворота башни (3). Поскольку аккумулятор (8) обладает низким внутренним сопротивлением, тормозной момент может достигать значительной величины, которая будет пропорциональна угловой скорости движения башни (4) относительно основания (1). Значительного повышения напряжения на выводах мотор-редуктора (2) при этом не произойдет, т.к. аккумулятор (8) при закачке в него электроэнергии ведет себя как низкоомная нагрузка, реагирующая увеличением зарядного тока при увеличении величины закачиваемой энергии. Это справедливо и тогда, когда аккумулятор (8) полностью заряжен, в этом случае закачиваемая энергия расходуется на нагрев аккумулятора и система ведет себя подобно классической системе генераторного торможения при нагружении электродвигателя на низкоомный реостат.The stabilizer of tank weapons operates as follows. In stabilization mode, the system works like a normal closed loop tracking system with negative feedback. The guidance and stabilization parameters are set using the control panel (9). The power recuperator (10) is locked like a valve, since the voltage on the battery (8) exceeds the voltage at the motor terminals due to its slight drop on the power amplifier (7). With a sharp turn of the tank chassis and the base fixed on it (1) due to the significant cumulative moment of inertia of the tank turret (4) and the weapons located on it, the motor of the gear motor (2) can be accelerated to a speed exceeding its idle speed, as a result whereby the electric motor enters the generator mode, and the voltage at its terminals increases compared to the voltage on the battery (8). In this case, there is a transmission of electricity from the gear motor 2 to the battery (8), and the tower (4) experiences braking (damping) from the side of the gear motor (2) through the rotation mechanism of the tower (3). Since the battery (8) has a low internal resistance, the braking torque can reach a significant value, which will be proportional to the angular velocity of the tower (4) relative to the base (1). A significant increase in voltage at the terminals of the motor gearbox (2) will not occur, because the battery (8), when the electric energy is injected into it, behaves like a low-impedance load, which reacts with an increase in the charging current with an increase in the amount of injected energy. This is true even when the battery (8) is fully charged, in this case, the injected energy is spent on heating the battery and the system behaves like a classical generator braking system when the electric motor is loaded on a low-resistance rheostat.

Claims

A tank armament stabilizer comprising a base with a gear motor mounted thereon and a turret turning mechanism with gyroscopic sensors mounted on it, a control unit, a power amplifier, a battery and a control panel, the output gearmotor shaft and turret turning gear being mechanically interconnected in series and the outputs of the gyroscopic sensors are electrically connected to the inputs of the control unit, with the other inputs of which the output of the control panel is connected, the output of the control unit is connected n with a control input of the power amplifier, the power input of which is connected to the battery, and the output is connected to the gear motor, characterized in that it is additionally equipped with a recuperator, the input of which is connected to the output of the power amplifier, and the output of the recuperator is connected to the input of the power amplifier.