RU6854U1

RU6854U1 - HYDRAULIC VOLUME CONTROL

Info

Publication number: RU6854U1
Application number: RU97110748/20U
Authority: RU
Inventors: Ю.Ю. Зуев; Д.Ю. Петров
Original assignee: Московский энергетический институт (Технический университет)
Priority date: 1997-06-26
Filing date: 1997-06-26
Publication date: 1998-06-16

Abstract

Гидропривод объемного регулирования, содержащий реверсивный насос переменной подачи; электродвигатель, механизм управления в виде двухкаскадного электрогидравлического усилителя, гидродвигатель, две гидролинии управления, соединяющие реверсивный насос с гидродвигателем, датчик перепада давлений в гидродвигателе; подпиточный насос с переливным клапаном, два подпиточных клапана, соединенные с гидролиниями управления, гидролинию питани, соединяющую подпиточный насос с механизмом управления, переливным клапаном и входами подпиточных клапанов, датчики угла поворота и угловой скорости, установленные на органе регулирования реверсивного насоса, первый сумматор, соединенный с датчиком угла поворота, электронный усилитель, установленный на входе механизма управления, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен датчиком давления подпиточного насоса и электронным блоком самонастройки, состоящего из трех электронных передающих преобразователей, дифференциатора, блока алгебраического сложения, входы которого соединены с выходами трех передающих преобразователей и дифференциатора, согласующего элемента, двух сумматоров, задающего элемента, формирователя коэффициента изменения давления питания механизма управления и элемента умножения; при этом входы дифференциатора и первого передающего преобразователя соединены с датчиком угловой скорости, вход второго преобразователя соединен с датчиком угла поворота, вход третьего преобразователя соединен с датчиком перепада давлений, вход согласующего элемента соединен с блоком алгебраического сложения, первые входы сумматоров соединены с согласующим �A volumetric hydraulic actuator comprising a variable displacement reversible pump; an electric motor, a control mechanism in the form of a two-stage electro-hydraulic amplifier, a hydraulic motor, two control lines connecting the reversing pump to the hydraulic motor, a differential pressure sensor in the hydraulic motor; make-up pump with overflow valve, two make-up valves connected to control lines, a supply line connecting the make-up pump to the control mechanism, overflow valve and make-up valve inlets, rotation angle and angular velocity sensors mounted on the control unit of the reversing pump, the first adder connected with a rotation angle sensor, an electronic amplifier installed at the input of the control mechanism, characterized in that it is additionally equipped with a pressure sensor for the charge pump CA and a self-tuning electronic unit, consisting of three electronic transmitting converters, a differentiator, an algebraic addition unit, the inputs of which are connected to the outputs of three transmitting converters and a differentiator, a matching element, two adders, a master element, a shaper of the supply pressure change coefficient of the control mechanism and the multiplication element; the inputs of the differentiator and the first transmitting converter are connected to the angular velocity sensor, the input of the second converter is connected to the angle sensor, the input of the third converter is connected to the differential pressure sensor, the input of the matching element is connected to the algebraic addition unit, the first inputs of the adders are connected to the matching �

Description

Гидропривод объемного регулирования.Hydraulic volume control.

Полезная модель относится к области общего машиностроения и в частности к гидроприводам объемного регулирования общего назначения и может быть использована в любых гидравлических автоматизированных или следящих системах (в системах вращения антенн, опорно-поворотных устройств мобильных или стационарных комплексов и т.д.).The utility model relates to the field of general mechanical engineering and, in particular, to general-purpose hydraulic volumetric control drives and can be used in any hydraulic automated or servo systems (in antenna rotation systems, slewing rings of mobile or stationary complexes, etc.).

Известен гидропривод объемного регулирования, содержащий реверсивный насос переменной подачи с двухкаскадным механизмом управления, гидродвигатель, гидролинии управления основного контура гидропривода, тахогенератор, установленные на органе регулирования реверсивного насоса, подпиточный насос постоянной подачи с релейным усилителем, электромагнит управления, двухпозиционный распределитель с дросселем на выходе, а также обратный клапан между гидролинией питания механизма управления и дросселем, при этом тахогенератор соединен с релейным усилителем 1.Known hydraulic volume control containing a reversible variable displacement pump with a two-stage control mechanism, a hydraulic motor, hydraulic control lines of the main hydraulic circuit, a tachogenerator installed on the control body of a reversing pump, a constant-pressure feed pump with a relay amplifier, a control solenoid, a two-position distributor with an output choke, and also a check valve between the power line of the control mechanism and the throttle, while the tachogenerator is connected to unctuous amplifier 1.

При управляющем сигнале ниже определенного значения подпиточный насос обеспечивает гидропитание первого и второго каскадов механизма управления, а также компенсацию утечек в гидролиниях управления. При увеличении величины управляющего сигнала и повышении скорости движения органа регулирования реверсивного насоса возрастает величина сигнала тахогенератора, срабатывают релейный усилитель и двухпозиционный распределитель блока управления, что обеспечивает поступление рабочей жидкости к механизму управления от гидролинии высокого давления основного контура гидропривода.When the control signal is below a certain value, the make-up pump provides hydropower to the first and second stages of the control mechanism, as well as compensation for leaks in the control lines. With an increase in the value of the control signal and an increase in the speed of movement of the control element of the reversing pump, the signal value of the tachogenerator increases, the relay amplifier and the on-off distributor of the control unit are activated, which ensures the flow of the working fluid to the control mechanism from the high pressure main line of the hydraulic drive circuit.

Недостатком такого гидропривода является ухудшение динамических характеристик при увеличении величины управляющего сигнала вследствие отбора части расхода рабочей жидкости из гидролинии высокого давления основного контура гидропривода. Отбор рабочей жидкости из гидролиний основного контура гидропривода приводит к снижению точности отработки управляющего сигнала, если гидропривод работает в режиме автоматического управления, либо к нарушению временной циклограммы работы в случае работы гидропривода в режиме цикловой автоматики.The disadvantage of such a hydraulic actuator is the deterioration of the dynamic characteristics with an increase in the magnitude of the control signal due to the selection of a part of the flow rate of the working fluid from the high pressure hydraulic line of the main hydraulic circuit. The selection of the working fluid from the hydraulic lines of the main circuit of the hydraulic actuator leads to a decrease in the accuracy of working out the control signal if the hydraulic actuator operates in automatic control mode or to a violation of the time sequence of operation if the hydraulic actuator operates in cyclic automatic mode.

Наиболее близким по технической сущности является гидропривод объемного регулирования, содержащий насос переменной подачи, приводимый вThe closest in technical essence is a volumetric hydraulic actuator containing a variable displacement pump driven in

МПК6Р15В11/04 MPK6R15V11 / 04

движение от электродвигателя, механизм управления подачей насоса в виде двухкаскадного электрогидравлического усилителя (в первом каскаде электромеханический преобразователь с гидроусилителем сопло-заслонка и во втором - золотниковый гидроусилитель), подпиточный насос постоянной подачи с переливным клапаном, гидродвигатель, приводящий в движение объект управления, гидролинии управления основного контура гидропривода, соединяющие насос с гидродвигателем, подпиточные клапаны гидролиний управления, гидролинии питания механизма управления, датчики угла поворота и угловой скорости органа регулирования насоса, датчик перепада давления в гидролиниях управления, электронный усилитель мощности и сумматор управляющего сигнала с сигналами от датчиков угла и скорости органа регулирования насоса 2.movement from an electric motor, a pump feed control mechanism in the form of a two-stage electro-hydraulic amplifier (an electromechanical converter with a hydraulic booster nozzle in the first stage and a spool hydraulic booster in the second one), a constant-feed feed pump with an overflow valve, a hydraulic motor that drives the control object, control hydraulic lines the main hydraulic circuit connecting the pump to the hydraulic motor, make-up valves for control lines, power lines for the control mechanism detecting sensors rotation angle and angular velocity of the pump regulator, a differential pressure sensor in the control hydraulic lines, the electronic power amplifier and adder control signal with signals from angle sensors, and pump speed regulator 2.

Недостатком прототипа является то, что на динамические характеристики такого гидропривода существенно влияет давление питания механизма управления, которое зависит от подачи подпиточного насоса, динамических характеристик переливного клапана, утечек в основном контуре гидропривода. В ходе эксплуатации гидропривода меняются расходы через подпиточные клапаны, что приводит к большему отбору рабочей жидкости от подпиточного насоса и уменьшению давления питания механизма управления, при котором ухудшаются динамические характеристики механизма управления и гидропривода в целом.The disadvantage of the prototype is that the dynamic characteristics of such a hydraulic actuator are significantly affected by the supply pressure of the control mechanism, which depends on the feed of the feed pump, the dynamic characteristics of the overflow valve, leaks in the main circuit of the hydraulic actuator. During operation of the hydraulic actuator, the flow rate through the make-up valves changes, which leads to a larger selection of the working fluid from the make-up pump and a decrease in the supply pressure of the control mechanism, at which the dynamic characteristics of the control mechanism and the hydraulic drive as a whole deteriorate.

Техническая задача предлагаемого изобретения заключается в улучшении динамических характеристик гидропривода объемного регулирования при работе в режимах с большими расходами и давлениями в основном контуре гидропривода.The technical task of the invention is to improve the dynamic characteristics of the volumetric hydraulic actuator when operating in high flow rates and pressures in the main hydraulic circuit.

Она достигается тем, что в известный гидропривод объемного регулирования, содержащий реверсивный насос переменной подачи; электродвигатель; механизм управления в виде двухкаскадного электрогидравлического усилителя; гидродвигатель; две гидролинии управления, соединяющие реверсивный насос с гидро двигателем; датчик перепада давлений в гидродвигателе; подпиточный насос с переливным клапаном; два подпиточных клапана, соединенные с гидролиниями управления; гидролинию питания, соединяющую подпиточный насос с механизмом управления, переливным клапаном и входами подпиточных клапанов; датчики угла поворота и угловой скорости, установленные на органе регулирования реверсивного насоса; первыйIt is achieved by the fact that in the well-known hydraulic volumetric control, containing a reversible variable pump; electric motor; control mechanism in the form of a two-stage electro-hydraulic amplifier; hydraulic motor; two control lines connecting the reversing pump to the hydraulic motor; differential pressure sensor in the hydraulic motor; make-up pump with overflow valve; two make-up valves connected to control lines; a power supply line connecting the make-up pump to the control mechanism, overflow valve and make-up valve inlets; rotation angle and angular velocity sensors mounted on the control body of the reversing pump; the first

сумматор, соединенный с датчиком угла поворота; электронный усилитель, установленный на входе механизма управления, дополнительно введены датчик давления подпиточного насоса и электронный блок самонастройки, состоящий из трех электронных передающих преобразователей, дифференциатора, блока алгебраического сложения, входы которого соединены с выходами трех передающих преобразователей и дифференциатора, согласующего элемента, двух сумматоров, задающего элемента, формирователя коэффициента изменения давления питания механизма управления и элемента умножения; при этом входы дифференциатора и первого передающего преобразователя соединены с датчиком угловой скорости, вход второго преобразователя соединен с датчиком угла поворота, вход третьего преобразователя соединен с датчиком перепада давлений, вход согласующего элемента соединен с блоком алгебраического сложения, первые входы сумматоров соединены с согласующим элементом, второй вход второго сумматора соединен с задающим элементом, а второй вход третьего сумматора соединен с датчиком давления подпиточного насоса, входы формирователя коэффициента изменения давления питания механизма управления соединены со вторым и третьим сумматорами, а выход - с элементом умножения, который встроен между первым сумматором и электронным усилителем.an adder connected to a rotation angle sensor; an electronic amplifier installed at the input of the control mechanism, an additional pressure sensor for the feed pump and an electronic self-tuning unit, consisting of three electronic transmitting transducers, a differentiator, an algebraic addition unit, the inputs of which are connected to the outputs of three transmitting transducers and a differentiator, a matching element, two adders, are additionally introduced, a master element, a driver of a coefficient of variation of a supply pressure of a control mechanism and a multiplication element; the inputs of the differentiator and the first transmitting converter are connected to the angular velocity sensor, the input of the second converter is connected to the angle sensor, the input of the third converter is connected to the differential pressure sensor, the input of the matching element is connected to the algebraic addition unit, the first inputs of the adders are connected to the matching element, the second the input of the second adder is connected to the master element, and the second input of the third adder is connected to the pressure sensor of the feed pump, the inputs of the shaper to the coefficient of change in the supply pressure of the control mechanism is connected to the second and third adders, and the output to the multiplication element, which is built between the first adder and the electronic amplifier.

Существо полезной модели поясняется функциональной схемой предлагаемого гидропривода объемного регулирования.The essence of the utility model is illustrated by the functional diagram of the proposed hydraulic control volumetric regulation.

Гидропривод объемного регулирования состоит из реверсивного насоса 1; электродвигателя 2; механизма управления 3; датчиков угла поворота 4 и угловой скорости 5, установленных на органе регулирования 6 реверсивного насоса 1; первого сумматора 7, соединенного с датчиком угла поворота 4; электронного усилителя 8; гидродвигателя 9 с объектом управления 10; гидролиний управления 11 и 12; датчика перепада давлений 13 в гидродвигателе 9; подпиточного насоса 14 с переливным клапаном 15; подпиточных клапанов 16 и 17; гидролинии питания 18, соединяющей подпиточный насос с механизмом управления 3, переливным клапаном 15 и входами подпиточных клапанов 16, 17; датчика давления 19 подпиточного насоса 14 и электронного блока самонастройки 20, встраиваемого между первым сумматором 7 и электронным усилителем 8. Блок самонастройки в свою очередь состоит из трех передающих преобразователей 21, 22 и 23, входы которых соединены с датчиками угла поворота 4, угловой скорости 5 и перепада давления 13, соответственно; дифференциатора 24, соединенного с датчикомThe volumetric hydraulic actuator consists of a reversible pump 1; electric motor 2; control mechanism 3; sensors of rotation angle 4 and angular velocity 5 mounted on the regulator 6 of the reversing pump 1; a first adder 7 connected to a rotation angle sensor 4; electronic amplifier 8; a hydraulic motor 9 with a control object 10; control lines 11 and 12; differential pressure sensor 13 in the hydraulic motor 9; make-up pump 14 with an overflow valve 15; make-up valves 16 and 17; a supply line 18 connecting the make-up pump to the control mechanism 3, the overflow valve 15 and the inlet of the make-up valves 16, 17; the pressure sensor 19 of the make-up pump 14 and the electronic self-adjusting unit 20, built in between the first adder 7 and the electronic amplifier 8. The self-adjusting unit, in turn, consists of three transmitting transducers 21, 22 and 23, the inputs of which are connected to the sensors of the angle of rotation 4, angular velocity 5 and differential pressure 13, respectively; differentiator 24 connected to the sensor

угловой скорости 5; блока алгебраического сложения 25, соединенного с блоками 21, 22, 23, 24; согласующего элемента 26, соединенного с блоком алгебраического сложения 25; второго сумматора 27, соединенного с задающим элементом 28 и блоком 26; третьего сумматора 29, соединенного с блоком 26 и датчиком 19; формирователя коэффициента изменения давления питания механизма управления 30, соединенного с сумматорами 27,29, и элемента умножения 31, соединенного с первым сумматором 7, электронным усилителем 8 и формирователем 30.angular velocity 5; block algebraic addition 25, connected with blocks 21, 22, 23, 24; matching element 26 connected to the block of algebraic addition 25; a second adder 27 connected to the driving element 28 and the block 26; the third adder 29 connected to the block 26 and the sensor 19; the shaper of the coefficient of variation of the supply pressure of the control mechanism 30, connected to the adders 27,29, and the multiplication element 31, connected to the first adder 7, an electronic amplifier 8 and the shaper 30.

При работе гидропривода объемного регулирования (фиг.1) сигнал управления Uy поступает от пульта управления на первый сумматор 7, на который также приходит сигнал обратной связи с датчика угла поворота 4 реверсивного насоса 1, приводимого во вращение электродвигателем 2. В соответствии с управляющим сигналом орган регулирования 6 поворачивается с заданными скоростью и ускорением или удерживается на заданном угле поворота. При этом реверсивный насос 1 обеспечивает подачу рабочей жидкости в гидролинии управления 11,12 и гидродвигатель 9 обеспечивает движение объекта управления 10 с заданными скоростью и ускореннием.When the hydraulic control volume control (Fig. 1), the control signal Uy is supplied from the control panel to the first adder 7, which also receives a feedback signal from the angle sensor 4 of the reversing pump 1, driven by the electric motor 2. In accordance with the control signal, the organ regulation 6 is rotated with a given speed and acceleration, or held at a given angle of rotation. In this case, the reversible pump 1 provides the supply of the working fluid to the control hydraulic line 11,12 and the hydraulic motor 9 provides the movement of the control object 10 with a given speed and acceleration.

Для обеспечения безкавитационной работы насоса 1 и гидродвигателя 9 объемные потери рабочей жидкости (утечки и потери на объемное сжатие жидкости под давлением) восполняются в гидролинии низкого давления через подпиточные клапаны 16 и 17 от расхода подпиточного насоса 14 через гидролинию питания 18. Давление питания рп подпиточного насоса 14 поддерживается переливным клапаном 15. Рабочая жидкость от подпиточного насоса 14 поступает также на питание механизма управления 3.To ensure cavitation-free operation of the pump 1 and the hydraulic motor 9, volumetric losses of the working fluid (leakage and losses due to the volumetric compression of the liquid under pressure) are compensated in the low pressure line through the make-up valves 16 and 17 from the feed pump flow 14 through the supply line 18. Supply pressure rp of the make-up pump 14 is supported by an overflow valve 15. The working fluid from the make-up pump 14 is also supplied to the control mechanism 3.

Блок самонастройки 20 обеспечивает постоянство скорости поворота органа регулирования насоса 1 при различных значениях давления питания подпиточного насоса 14, сохраняя тем самым заданный цикл работы гидропривода. В состав блока самонастройки введены элементы 21-31, обеспечивающие устойчивую и стабильную работу гидропривода.The self-adjusting unit 20 provides a constant rotation speed of the regulator of the pump 1 at different values of the supply pressure of the make-up pump 14, thereby preserving the given hydraulic drive operation cycle. Elements 21-31 are introduced into the composition of the self-adjusting unit, providing stable and stable operation of the hydraulic drive.

Передающий преобразователь 21 преобразует сигнал датчика угла поворота 4 в сигнал пропорцианальный позиционной составляющей нагрузки на органе регулирования насоса 1 с коэффициентом Ку. Преобразователь 22 преобразует сигнал датчика скорости 5 в сигнал пропорциальный скоростной составляющей нагрузки на органе регулирования с коэффициентом Кс. Дифференциатор 24The transmitting Converter 21 converts the signal of the angle sensor 4 into a signal proportional to the positional component of the load on the control element of the pump 1 with the coefficient Ku. The Converter 22 converts the signal of the speed sensor 5 into a signal proportional to the speed component of the load on the regulatory body with a coefficient of Kc. Differentiator 24

преобразует сигнал датчика скорости Uc в сигнал пропорцианальный инерционной составляющей нагрузки на органе регулирования по законуconverts the signal of the speed sensor Uc into a signal proportional to the inertial component of the load on the regulatory body according to the law

Uu-KuUc. Преобразователь 23 преобразует сигнал с датчика перепада давлений 13 в сигналUu-KuUc. The Converter 23 converts the signal from the differential pressure sensor 13 into a signal

пропорцианальный внешней составляющей нагрузки с коэффициентом Кр. Сигналы с элементов 21, 22, 23, 24 суммируются на блоке алгебраического сложения 25. Согласующий элемент 26 преобразует сигнал с блока 25 в сигнал пропорцианальный давлению нагрузки на 2-ом каскаде механизма управления 3. Блок 27 сравнивает сигналы номинального давления питания Unn механизма управления, формируемого задающим элементом 28, с сигналом от блока 26. Третий сумматор 29 сравнивает сигнал от датчика давления 19, соответствующий фактическому давлению питания механизма управления Ппф с сигналом U от блока 26, пропорцианальному давлению нагрузки. Блок 30 формирует коэффициент изменения фактического давления питания механизма управления от давления питания в номинальном режиме, равный отношению квадратных корней из значений сигналов с сумматоров 27 и 29. Блок умножения 31 обеспечивает перемножение сигнала рассогласование Ug с выхода первого сумматора 7 и сигнала с выхода блока 30, изменяя тем самым коэффициент передачи механизма управления 3.proportional to the external component of the load with the coefficient Кр. The signals from the elements 21, 22, 23, 24 are summed up on the algebraic addition unit 25. The matching element 26 converts the signal from the unit 25 into a signal proportional to the load pressure at the 2nd stage of the control mechanism 3. Block 27 compares the signals of the nominal supply pressure Unn of the control mechanism, generated by the master element 28, with the signal from block 26. The third adder 29 compares the signal from the pressure sensor 19, corresponding to the actual supply pressure of the control mechanism Ppf, with the signal U from block 26, proportional to the load pressure. Unit 30 generates a coefficient of change of the actual supply pressure of the control mechanism from the supply pressure in nominal mode, equal to the ratio of square roots of the signal values from adders 27 and 29. The multiplication unit 31 provides multiplication of the signal mismatch Ug from the output of the first adder 7 and the signal from the output of unit 30, thereby changing the gear ratio of the control mechanism 3.

Конструктивная реализация элементов 21-31 возможна как в виде отдельных электронных плат на базе стандартных микроэлектронных элементов, так и в виде логических блоков программы, реализованной с помощью ЭВМ, в зависимости от требований, предъявляемых к конкретной системе управления, в которой предполагается использование предлагаемого объемного гидропривода.The constructive implementation of elements 21-31 is possible both in the form of separate electronic boards based on standard microelectronic elements, and in the form of logical blocks of a program implemented using a computer, depending on the requirements for a specific control system in which the proposed volumetric hydraulic drive is supposed to be used .

Источники информации, принятые во внимание при составлении описания:Sources of information taken into account when compiling the description:

1.Авторское свидетельство СССР № 684168 кл. 3F15B 11/04, 1979, БИ №331. The author's certificate of the USSR No. 684168 class. 3F15B 11/04, 1979, BI No. 33

2.Смирнова В.И. и др. Основы проектирования и расчета следящих систем, М.: Машиностроение, 1983 (прототип).2.Smirnova V.I. et al. Fundamentals of design and calculation of tracking systems, M.: Mechanical Engineering, 1983 (prototype).

dt dt

Claims

A volumetric hydraulic actuator comprising a variable displacement reversible pump; an electric motor, a control mechanism in the form of a two-stage electro-hydraulic amplifier, a hydraulic motor, two control lines connecting the reversing pump to the hydraulic motor, a differential pressure sensor in the hydraulic motor; make-up pump with overflow valve, two make-up valves connected to control lines, a supply line connecting the make-up pump to the control mechanism, overflow valve and make-up valve inlets, rotation angle and angular velocity sensors mounted on the control unit of the reversing pump, the first adder connected with a rotation angle sensor, an electronic amplifier installed at the input of the control mechanism, characterized in that it is additionally equipped with a pressure sensor for the charge pump CA and a self-tuning electronic unit, consisting of three electronic transmitting converters, a differentiator, an algebraic addition unit, the inputs of which are connected to the outputs of three transmitting converters and a differentiator, a matching element, two adders, a master element, a shaper of the supply pressure change coefficient of the control mechanism and the multiplication element; the inputs of the differentiator and the first transmitting converter are connected to the angular velocity sensor, the input of the second converter is connected to the angle sensor, the input of the third converter is connected to the differential pressure sensor, the input of the matching element is connected to the algebraic addition unit, the first inputs of the adders are connected to the matching element, the second the input of the second adder is connected to the master element, and the second input of the third adder is connected to the pressure sensor of the feed pump, the inputs of the shaper to the coefficient of change in the supply pressure of the control mechanism is connected to the second and third adders, and the output is to the multiplication element, which is built between the first adder and the electronic amplifier.