Система совмещенного управления приводами по двум независимым координатам

)5 В ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ЪСТВУ ОРСКОУУ СВИ ГОСУДАРСТВЕ ННЫ Й КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(54) СИСТЕМА СОВМЕЩЕННОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРИВОДАМИ ПО ДВУМ НЕЗАВИСИМЫМ КООРДИНАТАМ(57) Изобретение относится к системам автоматического комбинированного управления рулевыми, тормозными и другимиустройствами транспортных средств, а также для широкого круга других устройств, гденеобходимо совмещенное управление одновременно поворотным и осевым перемещениями. Цель изобретения - расширениефункциональных возможностей при одновременном обеспечении равномерности передачи крутящего момента, исключениехолостых ходов и упрощение системы, Кольцевая полость 29 корпуса 30 ротора дополнена п 1 равномерно расположенными по окружности сегментообразными полостями 31. Размещенный в этой полости ротор 28 выполнен в виде цельного кольца и имеет два п 2 каналов сообщения с гидролиниями нагнетания и слива и п 2 симметрично расположенных по окружности радиальных каналов для размещения подвижных в радиальном направлении пластин, взаимодействующих с сегментообразным профилем корпуса, при этом п 1 не менее чем на единицу больше п 2, но не более чем на три, Золотник размещен во втулке с радиальными окнами, при этом золотник и втулка имеют осевые щели, сообщающие гидролинии нагнетания и слива с рабочими полостями поршня-ротора. Поршень связан с кольцевым ротором 28 шлицевым соединением со скользящей посадкой, шлицы которого расположены по осям симметрии пластин ротора. В теле ротора выполнены каналы, в которых установлены обратные клапаны для прижима пластин к сегментообразному профилю корпуса. 10 ил.Изобретение относится к системам автоматического комбинированного управления рулевыми, тормозными и другими устройствами транспортных средств, а такжедля широкого круга другихустройств, где необходимо совмещенное управление одновременно поворотным и осевым перемещением.Известны системы управления одновременно двумя объектами, которые имеют самостоятельные каналы для управления двумя двигателями - независимым поршневым исполнительным механизмом, осуществляющим осевое перемещение и поворотным исполнительным двигателем, осуществляющим вращение,Наличие двух систем управления и двух независимых исполнительных механизмов при необходимости управления объектами по двум независимым координатам приводит к значительной сложности конструкции, а также к значительным габаритам и массам при ограниченных функциях: обеспечиваются либо только осевые, либо только поворотные движения исполнительных органов.Известен и выбран за прототип гидравлический следящий двигатель, который обеспечивает перемещение исполнительного вала по двум независимым координатам. Он содержит электродинамический преобразователь, управляемый каналом управления, двигатель осевого и вращательного перемещения, включающий золотник и поршень-ротор, объект управления, электродинамический преобразователь выполнен в виде управляемого двумя взаимосвязанными электродинамическими системами - поворотного и осевого перемещения - выходного вала, жестко связанного с гильзой золотника, которая размещена в отверстии поршня и выполнена с глухими осевыми каналами, разделенными перегородкой и радиальными окнами, сообщающими гидролинии нагнетания и слива с рабочими полостями поршня-ротора, который содержит указанный поршеньи ротор, размещенный в кольцевой полости корпуса, при этом ротор и поршень установлены с возможностью поворота и осевого перемещения исполнительного вала.Известный двигатель имеет возможность только неполных поворотных движений исполнительного вала, поскольку его ротор размещен в кольцевой полости корпуса и выполнен в виде подвижных и неподвижных лопастей. Кроме этого, в устройстве не предусмотрены средства, обеспечивающие равномерную передачу крутящего момента, Это ограничивает функциональные возможности устройства и, в случае необхо 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 димости получения сложного перемещения исполнительного вала, приводит к необходимости использования двух независимых систем управления с самостоятельными двигателями, что неоправдано дорого и сложно.Цель изобретения - расширение функциональных возможностей при одновременном обеспечении равномерности передачи крутящего момента, исключение холостых ходов и упрощение устройства.Поставленная цель достигается тем, что кольцевая полость корпуса ротора дополнена п 1 равномерно расположенными по окружности сегментообразными полостями, размещенный в этой полости ротор выполнен в виде цельного кольца и имеет два пг каналов сообщения с гидролиниями нагнетания и слива и пг симметрично расположенных по окружности радиальных каналов для размещения подвижных в радиальном направлении пластин, взаимодействующих с сегментообразным профилем корпуса, при этом п 1 не менее чем на единицу больше пг, но не более чем на 3, золотник размещен во втулке с радиальными окнами, при этом золотник и втулка имеют осевые щели, сообщающие гидролинии нагнетания и слива с рабочими полостями поршня-ротора, поршень связан с кольцевым ротором шлицевым соединением со скользящей посадкой, шлицы которого расположены по осям симметрии пластин ротора, в теле ротора выполнены каналы, в которых установлены обратные клапаны для прижима пластин к сегментообразному профилю корпуса.Сущность предложенного технического решения состоит в том, что в этой конструкции обеспечивается полноповоротное вращение и осевое перемещение исполнительного вала, что дает возможность управления по двум незавимым координатам с отслеживанием движения исполнительного вала.На фиг. 1 представлена блок-схема канала упоавления; на фиг. 2 - конструктивная схема гидравлического следящего двигателя, обеспечивающего управление по двум независимым координатам; на фиг. 3 - А на фиг. 2; на фиг. 4 - разрез Б-Б на фиг. 2; на фиг. 5 - разрез В-В на фиг. 2; на фиг, 6 - разрез Г-Г на фиг, 2; на фиг. 7 - узелна фиг. 6; на фиг. 8 - разрез Д - Д на фиг. 2; на фиг. 9 - разрез Е - Е на фиг. 2; на фиг.10 - разрез Ж - Ж на фиг. 2.Канал управления содержит (фиг. 1) задающие элементы 1, 1, которые предназначены для задания программы управления объектом, Программа сформирована в виде электрического сигнала. На выходе задающих элементов 1, 1 установлены делители 2, 2 входного сигнала, предназначенныедля разделения сигнала с задающих элементов 1, 1 на разные части; одна половина сигнала с делителей 2, 2 поступает вцепь обратной связи, а другая - на входэлектронных усилителей 3, 3 сигнала.Выход электронных усилителей 3, 3 сигнала подключен к входу функционального электродинамического преобразователя 4, предназначенного для преобразования электрических сигналов с электронных усилителей 3, 3 в совмещенные механическиеперемещения (по двум независимым координатам). Как следует из фиг. 2, вал 5 электродинамического преобразователя 4жестко связан с золотником 6 двигателя 7осевого и вращательного перемещений. Золотник 6 двигателя 7 выполнен в виде гильзы 8, осуществляющей жесткую связь золотника 6 с валом 5 электродинамического преобразователя 4, Гильза 8 золотника 6 размещена во втулке 9. Гильза 8 золотника 6 выполнена с глухими осевыми каналами10, 10, разделенными перегородками 11. Глухие соевые каналы 10, 10 служат для обеспечения через них с гидролиниями нагнетания Ф 2 и слива 13 и регулирования подачи рабочей среды. Для этих целей вгильзе 8 золотника 6 выполнены несколько радиальных окон 14, регулирующих совместно с радиальными окнами 15 втулки 9 подачу рабочей среды через каналы 16, 17 в подпоршневые полости 18, 19 поршня 20. 354045 5055 Кроме того, в гильзе 8 золотника 6 выполнены осевые щели 21, а во втулке 9 золотника 6 - осевые щели 22, регулирующие подачу рабочей среды от гидролиний нагнетания 12 и слива 13 в радиальные каналы 23поршня-ротора 24. Поршень-ротор 24 двигателя 7 имеет исполнительный вал 25, кинематически связанный с объектами управления 26, 27 (фиг, 1) и собственно совершающий осевые и вращательные полноповоротные перемещения - вращательное перемещение передается объекту управления 26, а осевое перемещение передается объекту управления 27, Осевое перемещение создается собственно поршнем 20, а вращательное - ротором 28.Ротор 28 поршня-ротора 24 двигателя 7 выполнен в виде цельного кольца и размещен в кольцевой полости 29 корпуса 30(фиг, 3). Кольцевая полость 29 соответствует параметрам кольцевого ротора 28, но дополнена и равномерно расположенными по внешней окружности кольцевой полости 29 корпуса 30 выемками - сегментообразными полостями 31 (фиг. 3), В теле ротора 28 выполнены каналы 32, 33 (всего 2 п каналов),1015202530 сообщающиеся с гидролинией нагнетания 12 и имеющие возможность реверса. При этом за каналами 32 и 33 имеются каналы 32, 33 сообщающие с гидролинией слива 13 соответственно свой сливной канал при реверсе.Кроме этого, в теле ротора 28 выполнены ирадиальных направляющих пазов 34 для перемещения внутри них иподвижных в радиальном направлении пластин 35, взаимодействующих своими торцами с сегментообразным профилем 36 корпуса 30, Пластины 35 симметрично расположены по окружности (фиг, 3). Для равномерности передачи крутящего момента и исключения холостых ходов экспериментально установлено, что необходимо выдержать, чтобы п было не менее чем на единицу более пг, где п 1 - число сегментообразных полостей, пг - число пластин.Сегментообразный профиль 36 отверстия в корпусе 30 образован кривыми сегментов сегметообразных полостей 31 и соединяющими их перемычками 37 - отрезками наружной окружности кольцевой полости 29 между сегментообразными полостями 31 (фиг, 3). Каналы 38, 39 служат для подачи в них рабочей среды и прижима торцов пластин 35 к сегментообразному профилю 36 корпуса 30.В каналах 38, 39 установлены обратныеклапаны 40, 41, которые задают режим прижима и величину давления на пластины 35 в радиальных пазах 34 (фиг, 3). Поршень 20 связан с кольцевым ротором 28 шлицевым соединением 42 со скользящей посадкой для передачи исполнительному валу 25 одновременно осевого и вращательного перемещений. В теле поршня 20 выполнены радиальные каналы 43,43 для подачи рабочей среды из гидролиний нагнетания 12 и на слив 13. В устройстве (фиг. 1) предусмотрены блок питания 44, обеспечивающий сообщение рабочих полостей гидравлического двигателя 7 с гидролиниями нагнетания 12 и слива 13.Исполнительный вал 25 гидравлического двигателя 7 связан с объектами управления 26, 27 через кинематические передачи 45,46. Блок обратной связи 47 представляет собой электронное устройство с датчиками обратной связи, выход которого подключен к входу блока сравнения 49, предназначенного для сравнения заданного сигнала с делителей 2, 2 входного сигнала и сигналов обратной связи.Выходы блока сравнения 49 подключены к входам сумматоров 50, 50; второй вход которых подключен к выходу делителей 2, 2 задан ного сигнала.10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 На фиг. 1 показаны сумматоры 51, 51 жесткой единичной обратной связи по положению, имеющейся в гидравлическом двигателе 7 между золотником 6 и ротором 28.Устройство работает следующим образом.С задающих элементов 1, 1 (фиг. 1) заданный сигнал поступает в делитель 2, 2 входного сигнала, где он делится пополам и усиливается, Одна половина сигнала поступает на сумматоры 50, 50, а другая - в цепь обратной связи на вход блока сравнения 49 (фиг. 1), С выходов блока сравнения 49 сигнал поступает на входы сумматоров 50, 50, где суммируется с заданным сигналом иФ усиливается на электронных усилителях 3, 3 , С выхода электронных усилителей 3, 3 сигналы поступают на вход функционального электрического преобразователя 4, который выполнен в виде выходного вала 5 со сложным осевращательным движением, который управляется двумя связанными электромагнитнымии (электродинамическими) системами, одна .из которых создает осевое перемещение выходному валу 5, а другая сообщает ему (выходному валу 5) вращательное перемещение (фиг. 2).Выходной вал 5 жестко связан с гильзой 8 золотника 6, которая то же совершает вместе с валом 5 осевые и поворотные перемещения (фиг. 2).В этом случае рабочая среда поступает из гидролинии нагнетания 12 через радиальные каналы 43 поршня 20 в глухой осевой канал 10 гильзы 3 золотника, канал 1 в рабочую полость 18 поршня 20 (фиг, 2 - 4). Одновременно в момент перемещения золотника вниз по чертежу открываются радиальные окна 14 слива и рабочая жидкость из полости 19 поршня 20 поступает в глухой осевой канал 10 гильзы 8 и далее по радиальным каналам 43 в гидролинию слива 13 (фиг. 2 - 4). При этом поршень 20 перемещается вниз, Аналогично происходит открывание каналов при перемещении золотника вверх. При этом осевое положение поршня 20 пропорционально входному сигналу, Это достигается тем, что в этом положении гильзы 8 золотника 6 относительно втулки 9 радиальные окна 15 втулки 9 золотника 6 перекрыты радиальными окнами 14 гильзы 8 золотника 6 и эта величина перекрытия пропорциональна перемещению гильзы 8, т, е. входному сигналу. Следовательно, расход рабочей среды, подводимой в рабочие полости 18, 19 поршня 20,таков, что положение поршня 20 отслеживает положение гильзы 8 (фиг. 2),Поршень 20 перемещается до тех пор, пока радиальные окна 15 гильзы 8 золотника 6 не перекроются втулкой 9 относительногидролинии нагнетания 12,При осевом перемещении поршня 20элементы шлицевого соединения 4 скользятпо внутренним шлицам ротора 28. При вращательном движении ротора 28 поршень 20 поворачивается одновременно с ним, так как связан шлицевым соединением 42. Таким образом, исполнительный вал 25 можетпроизводить сложные полноповоротные иосевые перемещения,Это происходит следующим образом, Рабочая среда из глухого соевого канала 10 гильзы 8 золотника 6, который в это время сообщен с гидролинией нагнетания 12 через радиальные отверстия 43, осевые щели 21 и 22 соответственно гильзы 8 и втулки 9 золотника, радиальные каналы 23 поршня- ротора 24 и каналы 32 и 33 поступает в сегментообразные полости 31, при этом одна половина сегментообразной полости 31,которая разделена пластиной 35 на две части,сообщена с гидролинией нагнетания 12,а другая - с гидролинией слива 13,Под действием разности давления, оказываемого на пластину 35 с двух сторон и за счет неравенства давлений, оказываемых на пластину 35, поршень 24 под действием крутящего момента начинает поворачиваться. При этом поворот поршня-ротора 24 отслеживает поворотные положения гильзы 8 золотника 6 за счет перекрытия осевых щелей 21, 22 соответственно гильзы 8 и втулки 9 золотника 6.Прижим пластин 35 к сегментообразному профилю 36 осуществляется через сообщенные с гидролинией нагнетания 12 и слива 13 каналы 38, 39, в них установлены обратные клапаны 40, 41, которые пропускают рабочую среду из гидролинии нагнетания и запирают гидролинию слива 13. При этом за счет обратных клапанов 40, 41 в радиальном канале 34 устанавливается давление, необходимое для прижима пластин 35 к сегментообразному профилю 36. Шлицы шлицевого соединения 42 расположены между пластинами 35 и равноудалены от них, чем обеспечивается равномерная передача крутящего момента на исполнительный вал 25, который одновременно совершает осевое перемещение. Для тех же целей - равномерности передачи крутящего момента - необходимо, чтобы взаимно противоположные пластины 35 находились в процессе работы в противофазе или равномерно и взаимно противоположно перемещались друг по отношению к другу, исключая при этом холостые ходы. Установлено экспериментом, что это может быть достигнуто тем, что сегментообразн ые полости (иполостей)1736769 10 50 55 расположены равномерно по окружности, а радиальные пазы с пластинами (их п 2), симметрично расположены по окружности, при этом и не менее чем на единицу больше пг, но не более чем на 3, а также равномерным 5 размещением по окружности элементов шлицевого соединения.42.Положительный эффект предлагаемого устройства заключается в обеспечении полноповоротных вращений с одновременным 10 осевым перемещением исполнительного вала, что исключает необходимость установки двух следящих двигателей. Кроме этого, в устройстве передача полноповоротного вращения осуществляет ся при равномерной передаче крутящего момента, что достигается равномерным размещением шлицевых соединений между. каждой парой пластин, а также равномерным расположением пластин по окружно сти и симметричным расположением сегментообразных полостей.Еще одно преимущество устройства состоит в том,что в конструкции обеспечивается слежение исполнительного вала за 25 входным сигналом как при его вращении,- так и при его осевом перемещении. Формула изобретенияСистема совмещенного управления 30 приводами по двум независимым координатам, содержащая последовательно соединенные задающие элементы, делитель входного сигнала, сумматор, электронный усилитель, электродинамический преобра зователь, двигатель осевого и вращательного перемещений, включающий золотник, и поршень-ротор, объект управления, блок обратной связи с электронным усилителем, блок сравнения, выходы которого подклю цены к входам сумматоров, при этом электродинамический преобразователь выполнен в виде управляемого двумя взаи- . мосвязанными электродинамическими сис 45 темами поворотного и осевого перемещения выходного вала, жестко связанного с гильзой золотника, которая выполнена с глухими осевыми каналами, разделенными перегородкой, и размещена в отверстии поршня, при этом гильза золотника выполнена с радиальными окнами, сообщающими гидролинии нагнетания и слива с рабочими полостями поршня-ротора, который содержит указанный поршень и ротор, размещенный-в кольцевой полости корпуса, при этом ротор и поршень установлены с возможностью поворота и осевого перемещения исполнительного вала, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей при одновременном обеспечении равномерности передачи крутящего момента, исключения холостых ходов, упрощения устройства, кольцевая полость корпуса ротора выполнена с п равномерно расположенными по окружности сегментообразными полостями, размещенный в упомянутой:полости ротор выполнен в виде цельного кольца и снабжен двумя п 2 каналами сообщения с гидролиниями нагнетания и слива и п 2 симметрично расположенными по окружности радиальными пазами для размещения подвижных в радиальном направлении пластин, взаимодействующих с сегментообразным профилем корпуса, при этом п 1 не менее чем на единицу больше пг, но не более чем на 3, золотник размещен во втулке с радиальными окнами, при этом золотник и втулка имеют осевые щели; сообщающие гидролинии нагнетания и слива с рабочими полостями поршня-ротора, поршень связан с кольцевым ротором шлицевым соединением со скользящей посадкой, шлицы которого расположены на осях симметрии пластин ротора, в теле ротора выполнены каналы, в которых установлены обратные клапаны для прижима пластин к сегментообразному профилю корпуса поршня-ротора.17367691 Еог,В игРг. 70Составитель А. Барыков Редактор М. Товтин Техред. М, Моргентал Корректор А, Осауленк аказ 1858 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5изводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина