Электрогидравлическая система

)5 Р 15 В 9/О ОБРЕТЕНИЯ С ВИДЕТЕЛ ЬСТ АВТО РС(71) Производственное обьединение "Ижсрский завод", Институт горного дела им,А,А.Скочинского и Харьковский автомобильно-дорожный институт(56) Авторское свидетельство СССРВ 1714219, кл. Р 15 В 9/03, 1989,(57) Изобретение относится к области гидроавтоматики и может быть использовано вэлектрогидравлических приводах экскава.1 ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССР(ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИ торов и землеройно-транспортных машин. Целью изобретения является повышение КПД и быстродействияЗадатчиком 1 формируется переменное напряжение, на выходе выпрямителя постоянное напряжение, пропорциональное заданной подаче насоса 7 и скорости гидромотора 11, Механизм 6 отрабать 1 вает параметр регулирования, При этом осуществляется измерение сигнала, пропорционального текущей частоте вращения гидромотора 11, введение на этапе переходного процесса разгона (либо торможения) рабочего органа 12 с большим моментом инерции положительной обратной связи по частоте вращения гидромотора 11 с оптимальным, определяемым по полученным в данном решении зависимости, коэф1781467 4 фициентом усиления, обеспечивающим поддержание в течение переходного процесса неизменного, максимально-допустимого значения давления, а также исключающим влияние на механическую характеристику в режимах разгона и торможения значения коэффициента отсечки контура отрицательной обратной связи по давлению, автоматйческую коррекцию коэффициента усиления цепи обратной связи по частоте вращения гидромотора 11, обеспечивающую поддержание оптимального коэффициента усиления этой связи при возможных изменениях в процессе эксплуатации коэффициентов усиления отдельных элементов системы, а также отключение обратной связи по частоте вращения в установившемся режиме работы, 4 ил,Изобретение относится к области гид- суммирующий усилитель 22 и нуль-орган 23,роавтоматики и может быть использовано в а блок 18 коррекции включает инвертируюэлектрогидравлических приводах экскава- щий усилитель 24, первый диод 25, четверторов и землеройно-транспортных агрега- . тый электронный суммирующий усилительтов. 5 26, первый оптрон 27, содержащий первыйЦелью изобретения является повыше- фотодиод 28 и первыйфоторезистор 29, втоние КПД и быстродействия. рой оптрон 30, содержащий второй фотодиНа фиг.1 изображена принципиальная од 31 и второй фоторезистор 3схема электрогидравлической системы; на потенциометрЗЗ,второйдиод 34 иисточникфиг,2 - принципиальная схема блока кор 35 опорного напряжения, причем второйа ф г.З - зависимость подачи на- вход блока 18 коррекции, которым является.соса от давления; нз фиг.4 - механические вход усилителя 24, присоединен к выходухарактеристики. первого датчика 13 давления, третий входЭлектрогидравлическая система содер- блока 18 коррекции; которым является аноджит последовательно сОединенные задат второго диода 34, соединен с выходом вточик 1, фазочувствительный выпрямитель 2, рого датчика 14 давления, второй вход сумпервый электронный суммирующий усили- мирующего усилителя 21 подключен ктель 3 с первым (дополнительным) нелиней- выходу потенциометра 33 блока 18 коррекным блоком 4 типа "зона ции,выходусилителя 21 соединен счетвернечувствительности" в цепи его обратной 20 тым входом усилителя 3, первый входсвязи, электрогидравлический усилитель 5 с усилителя 22 подключен к выходу датчика 17электромагнитом(неизображен), механизм частоты вращения гидромотора 11, второй6 изменения подачи насоса 7, подключенно- вход усилителя 22 соединен с выходом фаго через гидравлические линии 8,9 к предо- зочувствительного выпрямителя 2, выходхранительномуа ительному клапану 10 и к 25 усилителя 22 соединен со входом нуль-оргагидродвигателю в виде гидромотора 11, вал на 23, к выходу которого подключен управ(не обозначен) которого соединен с рабочим ляющий вход бесконтактного замыкающегоорганом 12, имеющим большой момент ключа 19,инерции, а также первый датчик 13 давле- К последовательно соединенным,инния и второй датчик 14 давления в линиях 8, 30 вертирующему усилителю 24, первому дио 9,выходыэтихдатчиковчерезвторойитре- ду 25 и четвертому электронномутий нелинейные блоки 15, 16 типа "зона суммирующему усилителю 26 блоха 18 корнечувствительности" соединены со вторым рекции (фиг.2) подключены катод первогои третьим входами первого суммирующего фотодиода 28,и анод второго фотодиода 31,усилителя 3. 35 первый фоторезистор 29 включен паралКроме того система содержит последо- лельно первому рабочему участку потенцивательно соединенные датчик 17 скорости, ометра 33, второй фоторезистор 32 включент.е, частоты вращения гидромотора 11, блок параллельно второму рабочему участку по 18 коррекции, управляемый бесконтактный тенциометра 33, к первому входу четвертогозамыкающий ключ 19, апериодическое зве суммирующего усилителя 26 подсоединенно 20 и второй электронный суммирующий катод второго диода 34, а третий вход усиусилитель , а т ктель 21 а также третий электронный лителя 26 соединен с источником 35 опорного напряжения,. вход потенциометра 33,который является первым входом блока 18коррекции, подключен к выходу датчика 17частоты вращения гидромотора 11, выходомблока 18 коррекции является средний вывод. где К,д - коэффициент пропорциональности, значения Рв - давление в линии высокого давления, М - момент на валугидромотора 11 связаны соотношением М=КмРв (2), где Км - коэффициент пропорциональности,Злектрогидравлическая система работает следующим образом.На выходе задатчика 1 формируется переменное напряжение Окв, и подача насосаС 1 з в установившемся режиме, пропорциональна заданной установившейся частотейЬ вращения гидромотора 11 после окончания переходного процесса разгона рабочего органа,.12 с большим моментоминерции. Напряжение Окв поступает навход фазочувствительного выпрямителя 2,постоянное напряжение на выходе которого Оз также пропорционально заданной подаче Оз и заданной частоте вращения вз,и полярность напряжения Оз определяет заданное направление вращения гидромотора 11,Напряжение Оз, например, положительной полярности поступает на первыйвход суммирующего усилителя 3, на второйвход которого подается напряжение 015 свыхода блока 15. При давлении РвРотснапряжение 015 равно нулю. При давленииРвРотс НаПряжЕНИЕ 015 ПрОПОрцИОНаЛЬНОразности давлений Рв - Ротс (3) и определяется уравнением:015 = К 2(Рв - Ротс) (4)где К 2 - коэффициент пропорциональности;Ротс - давление отсечки.Напряжение 015 имеет отрицательнуюполярность, противоположную полярностиположительного задающего напряженияОз.На четвертый вход усилителя 3 поступает напряжение 021 с выхода блока 21 коррекции, полярность которогб совпадает .сполярностью напряжения Оз, а величинанапряжения 021 пропорциональна частотеа вращения гидромотора 11, измеряемойдатчиком 17 частоты вращения,Напряжение Оэм на выходе суммирующего усилителя 3 определяется уравнением Оэм = КЗОЗ+ К 4 Кдс й К 2(Рв Ротс) К 5,(5)где Кдс - коэффициент передачи последовательно соединенных датчика 17 частотывращения и блока 18 коррекции;5 Кз, К 4; К 5 - коэффициенты усиления усилителя 3 по его первому, четвертому и второму входам; соответственно;Напряжение,.Оэм подводится к электромагниту усилителя 5 и на его выходе появля ется давление управления Ру," поступающее:на вход механизма 6 изменения подачи на-соса 7, который изменяет параметр регули-рования насоса у, т.е. подачу насоса О.В установившемся режиме подача на соса 0 пропорциональна напряжению Оэм0 = К 60 эм, (6)где К 6 - коэффициент пропорциональности.С учетом уравнения (5) получаем0 КЗК 6 ОЗ+ К 4 КдсК 6 СО К 2 К 5 К 6(Рв Ротс),(7) 20 Уравнение(7) может быть использованои при анализепереходных режимов разгона(торможения) рабочего органа 12 с большиммоментом инерции, поскольку в этих режимах некоторая инерционность механизма 6 25 и усилителя 5 не оказывает, практически,влияния на зависимость подачййасоса 0 отнапряжения ОэмПри анализе этих переходных режимовможйо не учитывать"1 акжевЛйяние сжимае-" 30 мости рабочей жидкости в гидравлическихлиниях 7, 8, при этом частота вращенияа пропорциональна подаче насоса 0 - согласно уравнению (2). С учетом равенств (2)и (3) уравнение (7) преобразуется к виду 35а=аз М+ав, (8)Мст Мотсгде. з - заданная частота вращения, опре 40 деляемая зависимостьюЮз =Уз К . (9)КЗ К 645 КоэффициентщзМст Мотссвязан с коэффициентами пропорциональности уравнений (2), (3) и (7) соотношениемФЗК 2 К 5 Кба - коэффициент, определяющий эффективность обратной связи по частоте вращения гидромотора 11, связан скоэффициентами уравнений (2) и (7) зависимостью55 К 4 Кдс К 6Момент М гидромотора 11 вызываетразгон рабочего органа 12 с большим моментом инерции согласно уравнению(17) б 0) Уравнение (15) остается справедливымМ= - "независимо от значения коэффициента отгде 3 - момент инерции гидромотора 11 и сечки Котс.связанного с ним рабочего органа 12. Это позволяет выбирать необходимоеМаксимальный запас устойчивости сис значение Котс, т,е, давления отсечки Ротс;темы обеспечивается при минимально-воз- исходя только из требований устойчивостиможном коэффициенте усиления цепи замкнутой системы, поскольку значениеотрицательной обратной связи по давле- Р 0 с не влияет на длительность переходныхнию, т.е. при минимальной величине коэф- процессов. Кривые 1 фиг,З соответствуютфициента отсечки Котс = О, т,е. при давлении 10 данному предложенному техническому реотсечки Ротс=О, которому, согласно уравне- шению, при а, = 1; кривые 2 фиг.З пока. нию (3), соответствует момент отсечки Мотс = зывают зависимости 0 = 1(Р и со = 1(М) приО. В результате совместного решения исход- коэффициенте а1; кривые 3 - при а1.ных уравнений (8) и (12) при момент Мыс = О Кривые 4 фиг.З соответствуют известномуполучаем уравнение переходного процесса 15 техническому решению(прототип),для момента гидромотора 11:.Усилитель. 22 осуществляет сравнение- (р-м) заданной частоты вращения гидромотораМ = Мс, е" , (13) аз, которая, согласно равенству(9), пропорциональна задающему напряжению Оз. сгде .. 20 действительным значением частоты вращеЗОЕЙ (14) нияв,котораяизмеряетСядатчиком 17.На"Лст . пряжение на выходе усилителя 22механическая постоянная времени. пропорционайьно разности этих скоростей.При значении коэффициента а= 1 уравнение (3) принимает вид 25 О 22 = К 7 фз - й,(19)М = Мст, (15)т.е; в течение всего времени переходного где К 7-коэффициентпропорциональности,процесса разгона поддерживается "неиз- В течение всего времени переходйогоменная величина момента гидромотора 11, процесса напряжению на выходе усилителяравная его максимально-допустимому сто- ЗО 22, поступающему на вход нуль-органа 23,порному значению Мст и соответствующее соответствует напряжение О 2 з на выходеэтому моменту неизменное, максимально нуль-органа 23, равное логическому нулюдопустимое давление Рв = Рст. При этом, НапряжениеО 2 зпоступаетнауправляющийсогласно уравнению(12), втечение всего входзамыкающего ключа 19, поэтому втевремени переходного процесса реализует чение всегопереходного процесса разгонася максимально возможное ускорение ключ 19 разомкнут.В конце переходного процесса разгона,с 3 в Мст когда часгота" в-ращения гидромотора(1),3. ( ) а становится близкой к заданной частоте40 вращения вз, напряжение 022 на выходет.е. обеспечивается минимально-возмож- усилителя 22 становится достаточно малымное время переходного процесса, а и на выходе нуль-органа 23 появляется наследовательно, максимальная производи- пряжение, равное логической. единице,тельность механизма. ключ 19 при этом замыкается и на вход апеПри а1 момент гидромотора 11 по 45 риодического звена 20, имеющего единичмере разгона постепенно убывает, а при ный коэффициент усиления, подаетсяа 1-постепенно возрастает. Следователь-. напряжение Ов с выхода блока 18.коррекно, оптимальное значение коэффициента ции. Напряжение О 2 о на выходе усилителяа равно единице 20 нарастабщее после замыкания ключа 1950 поэкспоненциальному закону, имеет поляр" а =1. нос Н; "прогйвойоложную полярности напряжения Ов, поэтому после замыканияСоответствующее оптимальное значе- .ключа 19 напряжение О 21, поступающее с. ние коэффициента усиления усилителя 3 по выхода усилителя 21 на четвертый вход усичетвертому входу, согласно равенству (11), лителя 3, начинает постепенно уменьшать 55определяется зависимостью ся. По завершению переходного процесса вапериодическом звене 20 напряжение О 21К Кд, " становится равным нулю, поскольку напря-К 40 пт = К ( ) жение О 20 становится. равным напряжению6(22) 01 в, но имеет противополокную полярность,Апериодическое звено 20 обеспечивает плавное снижение до нуля коэффициента усиления цепи обратной связи по скорости в конце переходного процесса разгона, пот сле достижения заданной установившейся частоты вращения гидромотора 11.Блок 18 обеспечивает автоматическую самоподстройку цепи обратной связи по частоте вращения гидромотора 11 путем коррекции коэффициента передачи Кдс, входящего в уравнение (11), обеспечивающей поддержание сптимального значения коэффициента а =аопт =1, при котором в течение всего переходного процесса имеют место неизменные значения момента М =Уст и давления Рв = Рст.Отрицательное напрякение 01 з с выхода датчика 13 давления подводится через инвертор 24 к аноду диода 25, а к аноду диода 34 подведено положительное напряжение 01 а с выхода датчика 14 давления,Диоды 25 и 34 выделяют большее из этих напряжений. Так, например, при поло жительной полярнбсти задающего сигнала Оз высокое давление будет в линии 8, при этом имеет место неравенство 01 зО 1 а . (20) При этом соотношения между напряжениями 01 з и 01 а диод 25 будет откоыт, а диод 34 - заперт, Поэтому на вход усилителя 26 поступает напряжение 01 з, которое сравнивается с напряжением Озв от источника 35 опорного напряжения, причем величина на пряжения 0 зЫ пропорциональна стопорному давлению Рст. Напряжение. на выходе усилителя 26 - 026 пропорционально разности между абсолютным текущим значением давления Р и стопорным значением этого давления 026= Ке (РстРв ) (21) где Кв - коэффициент пропорциональности. При Ро - Рст напряжение 026 равно нулю, поэтому ток в фотодиодах 28 и 31 также 45 равен нулю, т.е. сопротивления фоторезисторов 29 и 32 имеют максимальные значения и не оказывают, практически; влияния на отношение напряжения 01 в, снимаемого с потенциометра 33, к напряжению 017, 50проводимому к нему, которое определяетсякоэффициентом Таким образом, если в течение переходного процесса имеет место равенство Р=Рст. оптроны 27 и 31 не оказывают влияния на работу системы управления.Если в процессе разгона(либо торможения) давление Р станет меньше стопорного значения Рст, чему соответствует значение коэффициента а 1, то на выходе усилителя 26 появится напряжение положительной полярности, при которой будет протекать ток в фотодиоде 31 оптрона 30, следовательно, уменьшиться сопротивление Фоторезистора 32, включенного параллельно верхнему (по чертежу) участку потенциометра 33, что вызовет увеличение коэффициента р т,е. при данном значенйи найряжения Оцвырастает напряжение 016 на выходе блока .18 коррекции. Происходит увеличение коэффициента передачи В результате этого коэффициент а по равенству (11) возрастает и давление Рв приближается к стопорному значению Рст.Если же в процессе разгона давление Р превысит стопорное значение Рст, чему соответствует значение коэффициента а1, то на выходе усилителя 22 появится напряжение отрицательной полярности. При этом протекает ток в фотодиоде 28 и уменьшается сопротивление фоторезистора 29 оптрона 27, что вызывает уменьшение коэффициента.т,е. при данном напряженйи 017 напряже- . ние 01 в на выходе блока 18 коррекции уменьшается. Происходит уменьшение коэффициента передачиКдс (24). В результате этого снижается значение коэффициента по равенству (11), соответственно давление Рв также уменьшается и приближается к стопорному значению Рст.При отрицательной полярности задающего напряжения Обустройство управления работает подобно описанному, но .в этом случае высокое давление будет в линии 9, сигнал отрицательной обратной связи. по давлению формируется датчиком 14 давления и блоком 16.Ка входе блока 18 коррекции при этом имеет место неравенство01 з01 а, (26)1781467 12 7 поэтому диод 26 будет заперт, а диод 34 - открыт; т.е. на вход усилителя 26 поступает напряжение 014 с выхода датчика 14 давления.Формула изобретенияЭлектрогидравлическая система. со держащая последовательно соединенные задатчик, фазочувствительный выпрямитель, первый электронный суммирующий усилитель, электрогидравлический усилитель и механизм изменения подачи насоса, 10 подключенного гидравлическимй линиями к гидродвигателю, соединенному с рабочим органом, а также датчики давления в гидравлических линиях, соединенные каждый через соответствующий нелинейный блок 15 типа зойа нечувствительности с входами первого электронного суммирующего усилителя, и управляемый бесконтактный ключ, от л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения КПД и быстродействия, она.20 снабжена вторым и третьим электронными суммирующими усилителями, апериодическим звеном, дополнительным нелинейным блоком типа зона нечувствительности, нуль- органом и блоком коррекции в виде двух 25 диодов, потенциометра, инвертирующего усилителя, четвертого электронного суммирующего усилителя и двух оптронов, каждый из которых включает фотодиод и фоторезистор, при этом один датчик давления через инвертирующий усилитель и первый диод, а другой датчик давления через второй диод соединены с входами.четвертого электронного суммирующего усилителя, датчик скорости - с входом потенциометра, а выход последнего непосредственно связан с одним входом и через последовательно включенные управляемый бесконтактный ключ и апериодическое звено - с другим входом второго алектронного суммирующего усилителя, причем к управляющему входу управляемого бесконтактного ключа подключен выход нуль-органа, вход которого соединен с выходом третьего электронного суммирующего усилителя, входь которого подключены к датчику скорости и выходу фазочувствительного выпрямителя, а выход второго электронного суммирующего усилителя соединен с входом первого электронного суммирующего усилителя, в цепь обратной связи которого включен дополнительный нелинейный блок типа зона нечувствительности, к выходу четвертого электронного суммирующего усилителя подключены катод одного и анод другого фотодиодов, а фотореэисторы включены параллельно рабочим участкам потенциометра.ественский Корректор П.Герещ иэобретениям и5, Раушская наб иэводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород; ул.Гагарина, 1 аэ 4264 ТиражВНИИПИ Государственного комитета113035, Москва, Ж писноеоткрытиям при ГКНТ СССР