Электрогидравлический привод

/42 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН РСКОМУ С ТЕЛЬСТВУ К СУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМИ ГКНТ СССР(71) Производственное объединение "Ижорский завод", Институт горного дела им,А.Скочинского и Харьковский автомобильно-дорожный институт(54) ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧ ЕСКИЙ ПРИВОД(57) Изобретение относится к гидроавтоматике и может быть использовано в электрогидравлических системах экскаваторов,дорожных машин и промышленных роботов, Целью изобретения является повышение надежности, На вход усилителя 13подается задающее напряжение Оз, величина которого пропорциональна требуемойскорости рабочего органа 7, С выхода усилителя 13 напряжение поступает на модуль 3, на выходе которого устанавливается давление управления, пропорциональное значению его тока. При этом пропорционально изменяется подача С 1 насоса 1. Напряжения реле 9, 10 поступают на входы элементов 11, 12, Если сигнал на выходе реле 9(10) превышает зону нечувствительности элемента 11(12), то на выходе соответствующего элемента появляется напряжение, поступающее на другой вход усилителя 13, т.е. осуществляется нелинейная обратная связь по давлению, В режиме ударного стопорения рабочего органа 7 удар вызывает динамический выброс давления, вычисляемый усилителем 17. а на выходе блока 18 напряжение пропорционально скорости нарастания давления, Сигналы на входах усилителя 19 имеют одинаковую полярность, а с его выхода сигнал поступает на вход порогового элемента 20, после переключения которого распределитель 23 подключает гидроаккумулятор 24 к гидролинии 5. 5 ил.Изобретение относится к гидроавтоматике и может быть использовано в электро- гидравлических системах экскаваторов, дорожных машин и промышленных роботов,Целью изобретения является повышение надежности,На фиг.1 изображена принципиальная схема электрогидравлического привода; на фиг,2 - структурная схема механизма изменения подачи насоса; на фиг,3 - принципиалы 1 ая схема электронной модели механизма изменения подачи насоса; на фиг,4 и 5 - статические и динамические хара кте р исти ки п ри вода.Злектрогидравлический привод содержит регулируемый насос 1 с гидравлическим механизмом 2 изменения подачи и соединенный с его входом электромагнитный модуль 3 дистанционного пропорционального управления, подключеннь 1 й к насосу 1 через гидролинии 4 и 5, гидродвигатель в виде гидроцилиндра 6, шток которого (не обозначен) соединен с оабочим органам 7, и соединенный с гидролиниями 4 и 5 предохранительный клапан 8, Кроме того, привод содержит первое и второе реле 9 и 10 давления, первый и второй нелинейные элементы 11 и 12 с зоной нечувствительности, первый суммирующий усилитель 13, электронную модель 14 механизма изменения подачи насоса, датчик 15 тока электромагнитного модуля 3 дистанционного управления подачей насоса, второй суммирующий усилитель 16, третий суммирующий усилитель 17, блок 18 дифференцирования, четвертый суммирующий усилитель 19, пороговый элемент 20, ТЧ-триггер 21, усилитель 22 мощности, распределитель 23 с рлектромагнитом управления (не изображен), гидроаккумулятор 24, нуль-орган 25 и полупроводниковый диод 26.При этом входы реле 9 и 10 присоединены к гидролиниям 4 и 5, а их выходы через нелинейные элементы 11 и 12 подключены к первому и второму входам первого суммирующего усилителя 13, выход которого соединен с электромагнитным модулем 3 дистанционного управления, третий вход усилителя 13 подключен к задатчику(не изображен) напряжения Оз, Выход датчика 15 тока подключен к входу электронной модели 14, выход которой соединен с первым входом второго суммирующего усилителя 16, второй вход усилителя 16 подключен к третьему входу первого суммирующего усилителя 13, третий вход усилителя 16 соединен с источником постоянного напряжения О 1(не изображсн), выход усилителя 16 через последовательно соединенные третий суммирующий усилитель 17, четвертый суммирующий усилитель 19 и пороговый элемент 20 подключен к 5-входу ТЧ-триггера 21. Второй вход усилителя 17 соединен с 5 выходом первого реле 9 давления, Второйвход усилителя 19 подключен к выходу блока 18 дифференцирования, вход которого соединен с выходом усилителя 17, выход ТЧ-триггера 21 соединен с его Ч-входом, а 10 через усилигель 22 мощности подключен кэлектромагниту распределителя 23, который соединен с гидроаккумулятором 24, а Т-вход ТЧ-триггера 21 подключен через нуль-орган 25 к выходу нелинейного эле мента 11.На фиг.2 в структурной схеме гидравлического механизма 2 иэмененич подачи насоса 1 обозначены Т 1 н: Тгн - постоянные времени; Кдн - коэффициент передачи, На 20 вход этого механизма поступает давлениеуправления Ру с выхода модуля 3 дистанционного управления, выходам гидравлического механизма 2 изменения подачи является подача 0 насоса 1.25 Структурной схеме (фиг,2) соответствует передаточная функция- (1)У Р Т 1 н +РТ 1 н +1где Р - оператор Лапласа.Схема электронной модели 14 механизма 2 изменения подачи насоса 1(фиг;3) имеет передаточную функциюО 1 а Р ) 2 й Зи 15 (Р ) й 1 Ргйгйзс 1 + Рй 2 сг + 1(2)где Оц, О 15 - напряжения на выходах модели 14 и датчика 15;Й 1, Йг, Яз - сопротивления;40 С 1, Сг - емкости.В статических и динамических режимахработы электрогидравлического привода скорость штока гидроцилиндра 6 Ч и подача насоса 1 О следующие:45Ч = 1(ГШ); (3)О = (Рв), (4)Ч= -0(5)А50 (6)Гш - усилие на штоке гидроцилиндра 6;А - рабочая площадь поршня гидроцилиндра 6;А - рабочая площадь поршня гидроци 55 линдра 6Р - давление в напорной гидролинии4(5).Характеристики 1 (фиг,4 и 5) соответствуют статическому режиму работы привода; характеристики 2 (фиг.4 и 5) -динамическому режиму стопорения рабочего органа 7.На фиг.4 обозначены. Чз и 0 - заданное значение скорости штока гидроцилиндра 6 и подачи насоса 1; Ротс и Рот, - усилие и давление отсечки; Ест и Рст - статические стопорные значения усилия и давления.Электрогидравлический и ривод работает следующим образом.На третий вход усилителя 13 подается задающее напряжение Оз, величина которого пропорциональна требуемому значению подачи Оз насоса 1, т.е. скорости перемещения штока гидроцилиндра б и рабочего органа 7.Напряжение с выхода усилителя 13 поступает на электромагнитный модуль 3 дистанционного управления подачей насоса 1.На выходе модуля 3 устанавливается давление управления Ру, которое изменяется пропорционально значению тока 1 эм его электромагнита.Давление управления Ру воздействует на гидравлический механизм 2 изменения подачи насоса 1. При этом пропорциональко изменяется параметр регулирования у насоса 1 и пропорционально значению у изменяется подача 0 насоса 1. В установившемся режиме согласно уравнению (1)О = Кдн Ру (7) т,е. подача насоса 1 пропорциональна давлению управления Ру на выходе модуля 3.На выходе реле 9, 10 давления вырабатываются электрические напряжения, пропорциональные давлению в гидролиниях 4 и 5. Эти напряжения поступают на входы нелинейных элементов 11 и 12. Зона нечувствительности нелинейных элементов 11 и 12 пропорциональна давлению отсечки Ротс т.е. усилию отсечки Ротс.Если напряжение на выходе реле 9(10) давления превышает зону нечувствительности нелинейного.элемента 11(12), то на выходе соответствующего элемента появляется напряжение, которое поступает на первый либо второй вход усиЛителя 13. Полярность этого напряжения противоположна полярности задающего напряжения Оз. Поэтому по мере роста давления Рв в напорной гидролинии (при РвРотс) напряжение на выходе усилителя 13 постепенно уменьшается, что приводит к уменьшению тока вы, к пропорциональному снижению давления управления Ру и к соответствующему снижению подачи О, т.е, к снижению скорости рабочего органа 7.Таким образом, благодаря действию в схеме управления нелинейной отрицательной обратной связи по давлению Рв в напорной гидролинии формируется статическая механическая характеристика (фиг.4, в виде кривой 1), обеспечивающая зтумеханическую характеристику зависимость подачи 0 от давления Рв, приведенная на фиг,5 кривая 1, которая описывается уравнениемРв = -- + РотсОз 0(9)Рст Ротса- угол наклона статической характеристики 0= ЦРв) на участке, соответствующем Р, Ротс (кривая 1,фиг,5).При снижении заданной подачи Оз статические характеристики в области РвРотс располагаются параллельно, т.е, значение угла а не изменяется (кривая 3, фиг.5).В режиме резкого ударного стопорения рабочего органа 7, которое возникае при встрече рабочего органа 7 с непреодолимым препятствием, зависимости (3) и (4) представлены кривыми 2 (фиг,4 и 5).При внезапном стопорении рабочего органа 7 снижение подачи 0 насоса 1 в функции давления Рв происходит с запаздыванием, которое определяется электромагнитной инерционностью модуля 3 и механической инерционностью механизма 2. Поэтому значения давления Рв в режиме резкого стопорения соответствуют не статической характеристике 1, а динамической характеристике 2 (фиг.5). Расхождение между значениями давления Рв по характеристикам 2 и 1 представляет собой динамический выброс давления Рв в режиме стопоренияЬР (10) где Рв - значение давления Рв по динамической характеристике 2, фиг.5;Рвстат - значения давления Рв по статической характеристике 1 (фиг.5) и по соответствующему этой статистической характеристике уравнению (8);Ь Рв - динамический выброс давления Рв в режиме стопорения.Переход электрогидравлического привода в режим стопорения характеризуется не только появлением динамических выбросов давления Л Рв по уравнению(10), но также и значительными скоростями нарастания давления Рв, которое определяется уравнениемгде Сгэ - эквивалентная жесткость "гидравлической пружины" гидравлической магистрали высокого давления,На вход электронной модели 14 гидравлического механизма изменения подачи насоса 1 подается напряжение 015 от датчика тока 15. 015 = К 15 эмгде К 15 - коэффициент передачи датчикатока 15;1 эм - ток модуля 3.Давление управления Ру на выходе модуля 3 пропорционально току 1 эм.Ру КЗ эм (12)где Кз - коэффициент пропорциональности,Следовательно015= Ру=К 1 Ру,К 15Кз(14)Таким образом, напряжение 015 на входе модели 14 пропорционально давлениюРу, поступающему на вход механизма 2,Из сопоставления уравнения (1) и (2) реального объекта и его электронной модели14 получаем зависимости для расчета параметров схемы (фиг.3),- = - Кдн13 К 2Я 1 К 1(15)В 2 С 2 = Т 1 Н (1 6)ЯзСз = Т 2 н (17)При соблюдении равенств (15) - (17) напряжение 014 на выходе модели 14 пропорционально текущему значению подачи Онасоса 1, В схеме (фиг.3) и в уравнении (14)К 2 - коэффициент пропорциональности между подачей О насоса 1 и напряжением 014на выходе модели 14.Суммирующий усилитель 16 осуществляет вычисление статической составляюощей давления Рв в функции текущего значенияподачи О согласно уравнению (8).Напряжение на втором входе усилителя16 пропорционально члену Оз/кр 2 уравнения (8), поскольку этот вход усилителя 16подключен к задающему напряжению Оз.величина которого пропорциональна заданной подаче Оз,Третий вход усилителя 16 подключен кпостоянному напряжению 01, величина которого пропорциональна,Рос в уравнении(8), На второй и третий входы усилителя 16поступают сигналы одного знака. На первый вход усилителя 16 с выхода модели 14подается напряжение, пропорциональноетекущему значению подачи насоса О, т.е.пропорциональное члену О/Крг уравнения(8). Напряжение на первом входе усилителя16 имеет полярность, противоположную по 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 лярностям напряжений на его втором и третьем входах, т.е. в усилителе 16 осуществляется решение уравнения (8). Напряжение на выходе усилителя 16 пропорционально значению давления Рэ по статической характеристике 1 (фиг,5), т.е, пропорционально члену Рв статического уравнения (10),Суммирующий усилитель 17 осуществляет вычисление динамического выброса давления ЬРэ в режиме стопорения согласно уравнению (10). На первый вход усилителя 17 подается напряжение с выхода реле 10 давления, которое пропорционально действительному давлению Рэ в напорной гидро- линии 4(5).На второй вход усилителя 17 поступает напряжение с выхода усилителя 16, которое пропорционально статическому значению давления Р, я Это напряжение имеет полярность, обратную полярности на первом входе усилителя 17, следовательно,напряжение на выходе усилителя 17 пропорционально динамическому выбросу давления Л Рв в режиме стопорения.Напряжение с выхода усилителя 17 подается на вход блока 18 дифференцирования. Напряжение на выходе блока 18 пропорционально скорости нарастания давления Ь Рэ в режиме стопорения,Усилитель 19 осуществляет диагностирование перехода привода в режим стопорения. На первый вход усилителя 19 подается напряжение с выхода усилителя 17, пропорциональное динамическому выбросу давления в режиме стопорения Ь Рв, На второй вход этого усилителя поступает напряжение с выхода блока 18 дифференцирования, которое пропорционально скорости нарастания давления Рэ в режиме стопорения. Сигналы на первом и втором входах усилителя 19 имеют одинаковую полярность, Сигнал с выхода усилителя 19 поступает на вход порогового элемента 20. При наступлении режима стопорения сигнал на входе порогового элемента 20 достигает порога переключения, после чего на его выходе появляется сигнал "Логическая единица", который поступает на 5-вход ТЧ- триггера 21, Последний переключается в состояние "1". На его выходе появляется сигнал "Логическая единица", который поступает на Ч-вход ТЧ-триггера 21, что снимает запрет на его последующую работу по Т-входу, Сигнал "Логическая единица" с выхода триггера 21 подается через усилитель 22 мощности на электромагнит распределителя 23, который подключает к гидролинии 5 гидроаккумулятор 24, 1629631После подключения гидроаккумулятора 24 резко снижается эквивалентная жесткость "гидравлической пружины" гидравлического канала, Это обеспечивает снижение динамических выбросов давления напорной гидролинии и динамических усилий на штоке гидроцилиндра 6 в режиме стопорения рабочего органа 7, что повышает надежность в эксплуатации.После окончания режима стопорения, когда давление Рв станет равным давлению отсечки Ротс исчезает напряжение на выходе нелинейного элемента 11, что приводит к появлени 1 о сигнала "Логическая единица" на выходе нуль-органа 25, Этот сигнал подается на Т-вход ТЧ-триггера и переводит его в состояние "О". Сигнал на выходе триггера 21 становится равным нулю, поэтому распределитель 23 отключается и отключает от гидролинии 5 гидроаккумулятор 24,Таким образом, осуществляется адаптация структуры электрогидравлического привода к режиму его работы путем диагностирования перехода привода в режим стопорения и включения в этом режиме ;:Фмдропневмоэккумулятора, обеспечивающего снижение динамических нагрузок в режиме стопорения рабочего органа.Формула изобретения Электрогидравлический привод. содер- жащий регулируемый насос с механизмом изменения подачи, задатчиком и модулем дистанционного управления, гидродвигатель, соединенный гидролиниями с насосом и кинематически связанный с рабочим органом, а также подключенные к гидролиниям предохранительный клапан и гидроэккумулятор, на входе которого установлен распределитель с электромагнитом управ вход которого соединен с третьим входом первого суммирующего усилителя, связанным с задатчиком, а выход подключен к одному входу третьего суммирующего 25 усилителя, другой вход которого соединенс одним из реле давления, а выход подключен непосредственно к одному и через блок дифференцирования к другому входам четвертого суммирующего усилителя, соеди ненного выходом через пороговыйэлемент с 5-входом триггера, Т-вход которого через нуль-орган связан с выходом одного нелинейного элемента, а Ч-вход соединен с выходом триггера, подключенным к 35 электромагниту распределителя, при этомвыход третьего суммирующего усилителя .соединен через диод с его входом, подключенным к выходу второго суммирующего усилителя. 5 10 15 20 ления, связанным со схемой управления, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения надежности, он снабжен электронной моделью механизма изменения подачи насоса, а.схема управления выполнена в виде четырех суммирующих усилителей, двух нелинейных элементов с зоной нечувствительности, блока дифференцирования, порогового элемента, нуль- органа, ТЧ-триггера, полупроводникового диода, датчика тока модуля дистанционного управления и двух, подключенных к гидролиниям реле давления, соединенных через нелинейные элементы с двумя входами первого суммирующего усилителя, выход которого подключен к входу модуля дистанционного управления, датчик тока которого соединен с входом электронной модели, подключенной выходом к одному из входов второго суммирующего усили 1 еля, другой1629634Составитель С. Рождественскии Редактор М, Бланар Техред М.Моргентал Корректор М. Максимишинец Заказ 425 Тираж 391 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ С113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5изводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101