Электрогидравлический усилитель

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 710866 А 1 Р 15 В 90 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН К АВТОРСКОМУ СВ ЕЛЬ ТВ едовательский пов, М.А. Ма о СССР980,ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИРИ ГКНТ СССР(57) Изобретение относится к годроавтоматике и может быть использовано для регулирования давления в цилиндрах активных подвесок систем подрессоривания самоходных машинЦель изобретения = повышение КПД и устойчивости, а также Изобретение относится к гидроавтоматике, предназначено преимущественно для систем стабилизации шасси транспортных машин при движении по неровностям и может быть использовано для регулирования давления в цилиндрах активных систем подрессоривания.Известны электрогидравлические усилители (ЭГУ) с обратной связью по давлечию, которые могут применяться для эегулирования давления и расхода в активчых подвесках ходовой части транспортных машин,ЭГУ содержат последовательно соединенные электромеханический преобразова;ель, управляемый гидравлический мостик а элементах сопло - заслонка с постоянны. стабилизация характеристик. В неподвижном состоянии машины и отсутствии управляющего сигнала задатчика давление нагрузки удерживает машину. При наезде активной подвеской 6 на выбоину давление нагрузки уменьшается, Статическое равновесие золотника 3 нарушается, и он смещается, обеспечивая дополнительную подачу рабочей жидкости. При наезде на валик давление нагрузки увеличивается, золотник 3 смещается, обеспечивая сброс рабочей жидкости. При больших скоростях обкатки профиля подвеской 6 в цепи отрицательной обратной связи сигнал ограничивается нелинейным элементом 8, что уменьшает демпфирующий сигнал. Это способствует более быстрому смещению золотника 3 и абилизирует давление нагрузки. 1 3, и,лы, 4 ил. ми дросселями, в диагональ которого вклю- ф чен золотник, снабженный плунжерами обратной связи по давлению нагрузки.авейОни могут управлять либо двухполост- С) ной нагрузкой (ЭГУ БС 3.254.017) либо од р нополостной 303 2 ЕН 10), что необходимо для применения с однополостными цилиндрами активных подвесок, Благодаря плунжерной обратной связи такие ЭГУ могут обеспечить мягкую обкатку неровностей без возмущений шасси дополнительными уси-а лиями на штоке,Известны также мощные трехкаскадные ЭГУ позиционного типа (без обратной связи по давлению), содержащие датчик перемещений выходного золотника для регулирования его позиции (ЭГУ типа 4 И/53ЕЕ 22), однако они не могут применяться непосредственно в активных подвесках, так как не обеспечивают маловозмущенной обкатки неровностей из-за жесткой обратной связи по перемещению золотника.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является гидроусилитель ЗОЯ 2 Е Н 10, содержащий последовательно соединенные электромеханический преобразователь, элемент сопло - заслонка и двухкромочный золотник с плунжером обратной связи по давлению нагрузки.Специфика применения ЭГУ для активной подвески нагруженных транспортных средств требует давления питания мощного золотника с уровнем до 25 МПа в сети и расходом до 3 л/с при обеспечении широкой полосы пропускания (до 40 Гц) расходных возмущений от цилиндров ходовой части. Для удобства эксплуатации питание первого каскада ЭГУ сопло - заслонка целесообразно осуществить от той же сети 25 МПа. Кроме того, управление положением транспортного средства на стоянке и движение на участках ровной дороги (без расходов через гидроцилиндр) требует положительных перекрытий.в полостях нагнетания и слива для снижения энергетических потерь, т. е. реализации непроточного золотника с общими статическими потерями ЭГУ до 0,1 л/с.Такая конструкция с питанием первого каскада высоким давлением в сочетании с мощным непроточным золотником и плунжерной обратной связью создает проблемы с демпфированием ЭГУ,Экспериментальная обработка и расчет показывают, что такая конструкция оказывается неустойчивой с наличием автоколебаний в контуре обратной связи по давлению, Амплитуда автоколебаний ограничивается только давлением сети,Демпфирование автоколебаний в известных ЭГУ достигается за счет отрицательных перекрытий в полостях нагнетания и слива, т, е. применение проточных золотников,Подобным образом демпфируются ЭГУ БСЗ.254 017 и 3082 ЕН 10, однако при этом существенно снижается КПД и ухудшаются энергетические показатели. Если применение проточных ЭГУ приемлемо при построении маломощных гидроприводов, то их применение в активных подвесках создает недопустимь 1 е потери мощности из сети, приводит к перегреву на стоянке и существенному снижению КПД транспортной машины. Расчеты показывают, что использование дополнительных дросселей55 ального ухудшения внешних расходных характеристик, так как основная задача ЭГУ в соответствии со спецификой применения - это обеспечить инвериантность (нечувствительность) к расходным возмущениям, а жесткая обратная связь по перемещению 10152025 3035 40 45 50 внутри силового золотника не решает,полностью вопросов устойчивости и не позволяет выполнить золотники неп роточн ыми. Ктому же со снижением перетечек подобнаяконструкция оказывается более критичной к отношению эффективных площадей дополнительных дросселей (в пределах 0,1 - 0,15)и температурных разбросов.В гидроусилителе не предусмотрено демпфирующих элементов, поэтому устойчивая работа может быть достигнута только за счет снижения коэффициента обратной связи по давлению, падения быстродействия иповышения потерь в элементе сопла - заслонка.Особенности применения непроточныхЭГУ с цилиндрами активных подвесок заключаются также в изменении сжимаемых объемов масла при движении штока вызывающих соответственно изменения динамических характеристик ЭГУ (собственной частоты, демпфирования, быстродействия и др)Целью изобретения является эффективное демпфирование ЭГУ при одновременном повышении КПД.С этой целью в электрогидроусилитель, содержащий последовательно соединенные электромеханический преобразователь, элемент сопло - заслонка и золотник сплунжером обратной связи по давлению нагрузки, введены датчик перемещений золотника (ДПЗ), дифференциатор, электронный усилитель и входной сумматор, причем выход датчика через дифференциатор, сумматор и электронный усилитель к электромеханическому преобразователю, а вход электрогидравлического усилителя связан с вторым входом сумматора, кроме того, золотник выполнен непроточным.Применение ДПЗ в трехкаскадных ЭГУ известно однако в известном решении ДПЗ применен как главная обратная связь для позиционирования силового золотника, что невозможно применять в активных подвесках. Существенным отличием применения ДПЗ в предлагаемом ЭГУ является его подключение через дифференциатор для демпфирования контура главной обратной связи по давлению нагрузки, реализуемого плунжером. Введение в ЭГУ наряду с обратной связью по давлению дополнительной жесткой обратной связи по перемещению золотника неприемлемо из-за принципидействует в противоположном направлении. Кроме того, она не имеет достаточных запасов устойчивости по фазе, что снижает ее эффективность в части демпфирования контура главной обратной связи.Дальнейшим усовершенствованием изобретения является введение нелинейного элемента типа "ограничение" на входе дифференциатора с насыщением на уровне 250 от полного хода золотника, Дело в том, что смещение золотника соответствует расходам Он через нагрузку, При этом пропорционально росту расхода (смещение золотника) падает коэффициент передачи бРпо давлению от смещения золотника Х. Это повышает устойчивость ЭГУ, что и обеспечивает демпфирование проточных золотников.Для эффективного демпфирования непроточного предлагаемого ЭГУ на стоянке машины при Он=О достаточно действия вводимой обратной связи в упомянутом диапазоне линейности /Х/ 0,25 Хмакс. За границами этого диапазона, как показывают расчеты и эксперимент, ЭГУ будетдостаточно хорошо демпфирован расходами нагрузки Он, несмотря на насыщение канала обратной связи по ДПЗ. Такой подход обеспечивает эффективное демфирование ЭГУ на стоянке машины и при движении по ровной дороге, когда смещение Х близко к О. В то же время вводимая обратная связь при выходе на ограничение не препятствует быстрому перемещению золотника и мягкой маловозмущенной обкатке подвесками неровностей большой амплитуды (2 Н 0,2 М) и высокой частоты (1 2 Гц) при Он 0 25 Омакс Поскольку предлагаемый ЭГУ является непроточным, то существенное влияние нэ его динамические характеристики (полосу пропускания, фазовое запаздывание и др,) оказывает изменение сжимаемого объема (гидроцилиндра активной подвески), который варьируется от 0,2 до 2 л при движении штока подвески в крайние положения. Для стабилизации динамических характеристик ЭГУ целесообразно использовать в его выходной полости гидропневмоаккумулятор (ГПА) .малой емкости (до 0,15 л) с начальной заправкой до 0,3 давления сети, При этом ЭГУ обеспечит одновременно со стабилизацией характеристик поглощения возмущений высокой (более 20 Гц) частоты и малой амплитуды (траковых возмущений), Динамика сжатия определяется в этом случае не объемом масла, а давлением и объемом газа, что стабилизирует характеристики ЭГУ, Небольшое (до 20 ) фазовое запаздывание по давлению 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 на частоте 10 - 20 Гц, вносимое ГПА при его малой емкости, не препятствует использованию в составе замкнутых систем активного подрессоривания.На фиг. 1 представлена функциональная схема ЭГУ; на фиг. 2 - переходный процесс по управлению без обратной связи на базе ДПЗ; на фиг, 3 - то же, при наличии обратной связи; на фиг, 4 - амплитудно-частотные характеристики ЭГУ по расходным возмущениям,Электрогидравлический усилитель (фиг.1) содержит задатчик (не показан), последовательно соединенные электромеханический преобразователь 1, элемент сопло - заслонка 2, представляющий регулируемый мост, в одну диагональ которого включен источник гидравлической энергии с давлением сети Рс=25 МПа, а в другую - управляемый золотник 3. Внутри золотника 3 расположен плунжер 4 обратной связи по давлению цилиндра Рц. Золотник 3 имеет положительные перекрытия в полостях нагнетания и слива. К выходной полости гидроусилителя может быть подсоединен пневмогидроаккумулятор 5. Нагрузкой является активная управляемая подвеска (цилиндр) б. Смещение Х золотника 3 измеряется датчиком 7 перемещений золотника. Датчик 7 перемещений золотника является устройством индуктивного типа с питанием 5 кГц, преобразующим перемещение золотника в напряжение, Это напряжение может быть ограничено по смещению Х золотника 3 на уровне 0,25 Х с помощью нелинейного элемента 8 ограничения на входе дифференцирующего элемента 9. Выход дифференциатора 9 связан с одним входом суммирующего устройства 10, второй вход 11 которого является входом ЭГУ. Выход сумматора 10 через электронный усилитель 12, например, дифференциального типа соединен с электромеханическим преобразователем 1,В неподвижном состоянии машины О=О и при отсутствии управляющего сигнала О на входе 11 золотник 3 располовинивает давление сети Рс. При этом давление в циРслиндре Рц= 2 = 12,5 Мпа удерживает машину с помощью активной подвески б в номи нал ьном клиренсе. Это реализуется за счет главных обратных связей по положению шасси (не показаны). Уравнение статического равновесия золотника 3 определяется площадью ппунжера 4 обратной связи по давлению нагрузки Рос, а также площадями двух торцов золотника Ез и Ез-Рос, Гидравлический мост 2 настраческого уравнения ивается так, чтобы обеспечить на управляемой диагонали статическое располовинивание сетьевого давления. Под торцамиРозолотника давления 2, поэтому из статиРс(Ез Рос)+Рц Рос = 2РзРо Рсдавление в цилиндре Рц=2 Отрицательная обратная связь по скорости перемещения золотника 3, реализуемая датчиком 7, дифферечциатором 9, входным сумматором 10 и усилителем 11 мощности, обеспечивает эффективное демпфирование ЭГУ в полосе частот до 150 Гц, ограниченной постоянными времени 7=0,0005 с фильтра в канале дифференциатора 9. При наезде машины активной подвеской 6 на выбоину каток движется вниз, давление Рц уменьшается относительно стаРотического уровня Рц= . Падение давле 2ния в цилиндре мгновенно нарушает статическое равновесие и воздействует на золотник 3 так, что он смещается (на фиг, 1 вверх), обеспечивая подачу масла из сети через кромку нагнетания. При наезде на валик шток подвески 6 движется вверх, повышая давление на плунжере 4. Золотник 3 смещается (на фиг, 1 вниз), автоматически сбрасывая масло из цилиндра через сливную кромку, обеспечивая маловозмущенную обкатку неровностей. При больших скоростях обкатки микропрофиля подвеской 6 и соответственно расходах нагрузки О, когда смещение золотника.З превышает 0,25 Хааке, отрицательная обратная связь в канале ДПЗ ограничивается нелинейным элементом 8 на входе дифференциатора 9, что уменьшает демпфирующий сигнал и соответствующую реакцию от заслонки на сопла, Это способствует более быстрому смещению силового золотника 3 и повышает точность стабилизации давления Рц при действии расходных возмущений, а следовательно, и плавность хода машины.Давление заправки аккумулятора 5 выбирается 5,0 - 7,0 МПа, поэтому в статичеРсском состоянии при Рц= мембрана2аккумулятора 5 находится в промежуточном положении, Статическое перемещение штока подвески 6 практически не изменяет податливость рабочей полости нагрузки, которая определяется жесткостью аккуму 10 15 20 25 30 35 40 4550 55 лятора 5. Это стабилизирует динамическиехарактеристики ЭГУ,Кроме того, аккумулятор 6 позволяет поглотить импульсы расхода нагрузки О малой амплитуды и траковой частоты (1 10 Гц), что снижает высокочастотную тряску, например, при движении по брусчатке.На фиг, 2 показан переходный процесс в ЭГУ при отключении электрической обратной связи, реализуемой датчиком перемещений золотника, в ЭГУ без ГПА. Процесс сопровождается незатухающими автоколебаниями 50 Гц вокругРсравновесного состояния Рц= . Автоко 2лебания ограничиваются давлением сети Ро. Включение к выходной полости ЭГУ дополнительного ГПА уменьшает частоту авто- колебаний до 20 Гц, но не решает вопросов демпфирования.На фиг, 3 показан тот же переходный процесс при введении электрической обратной связи по перемещению золотника в соответствии с изобретением. Из фиг. 3 следует эффективность демпфирования ЭГУ упомянутым способом с обеспечением безрезонансных характеристик, Ограничение сигнала нелинейным элементом 8 на входе дифференциатора 9 практически не изменяет переходный процесс, так как вариации давления Рц при О= 0 осуществляются смещением золотника в пределах положительных перекрытий /Х/0,05 ХмаксНа фиг. 4 показаны амплитудно-частотные характеристики ЭГУ с параметрами РС=25 МПа, О=З л/с по расходным возмущениям при амплитуде расхода ОД=1,4 л/с, полученные при исследовании на ЦВМ полной нелинейной модели ЭГУ с разложением в ряд и выделением первой гармоники давления цилиндра Рц, При этом кривая 13 показывает характеристику ЭГУ без аккумулятора 5 и ограничения 8 на входе дифференциатора 9, кривая 14 - характеристики ЭГУ без ограничения 8, но при наличии аккумулятора 5, кривая 15 - при наличии аккумулятора 5 и ограничения 8 на входе дифференциатора 9, Статический коэффициент передачи - 30 дБ (фиг, 4) при частоте1 возмущающего расхода 1 2 Гц, (щ = 12 - )с соответствует изменению давления на 0,8 Мпа относительно номинального, уровня 12,5 Мпа при ОД=1,4 л/с, С ростом частоты возмущения О растет амплитуда изменения давления. Наиболее эффективное подавление расходных возмущений достигается при сочетании аккумулятора 5 с ограничением 8 (фиг. 4, кривая 15). Расчеты и экспериментальные исследования показывают, что отсутствие аккумулятора 5 изменяет средне-и высокочастотную область АЧХ (кривую 13) при вариации объема подвески 6. 5Таким образом, введение датчика перемещений золотника и его подключение через дифференциатор с ограничением на входе, сумматор и электронный усилитель в отрицательной обратной связи к электроме ханическому преобразователю позволяет обеспечить эффективное демпфирование непроточного золотника, увеличить КПД за счет исключения проточных потерь на стоянке машины, а также повысить динамиче скую точность воспроизведения усилия при расходных возмущениях, Кроме того, благодаря ДПЗ упрощается диагностика всей гидросистемы. Подключение к выходной полости аккумулятора малого объема обеспе чивает стабилизацию динамических характеристик и подавление высокочастотных возмущений в ходовой части,Формула изобретения 1, Электрогидравлический усилитель, содержащий последовательно связанные задатчик, сумирующее .устройство, гидро- управляемый золотник с плунжером обратной связи по давлению нагрузки усилителя, а также датчик перемещения золотника, соединенный цепью обратной связи по перемещению с суммирующим устройством, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения КПД и устойчивости, цепь обратной связи по перемещению снабжена последовательно установленными перед суммирующим устройством нелинейным элементом "ограничение" и дифференцирующим элементом.2, Усилитель по и, 1, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью стабилизации характеристик, он снабжен гидропневматическим аккумулятором, подключенным к нагрузке усилителя,оставитель С,Рождественскийехред М.Моргентал Корректор Н,Король актор С.Пека Тираж Подписноеударственного комитета по изобретениям и открьтиям при ГКНТ СС113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Заказ 326ВНИИП Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 10