RU2488719C1 - One-stage hydraulic booster with flow rate electric feedback - Google Patents

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: proposed booster comprises adding operating amplifier with two inputs, electronic power amplifier, electromechanical converter, hydraulic control valve articulated with feedback electric transducer moving element. The latter is hydraulically communicated with delivery and rain lines and has two output lines for connection with using equipment. It comprises also matching hardware with its input connected with signal winding of hydraulic control valve feedback electric transducer. It comprises pressure difference hydroelectric transducer communicated by two hydraulic lines with hydraulic control valve output lines. Besides it includes computer with one input connected to hydraulic control valve feedback electric transducer matching hardware and another input connected with pressure difference hydroelectric transducer electric output. Output of said computer is connected with second input of adding operating amplifier.

EFFECT: higher efficiency.

2 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к электрогидравлическим автоматическим системам, широко применяемым в различных отраслях техники, где используются быстродействующие электрогидравлические усилители. Это и испытательные стенды в автомобильной и авиационной промышленностях, и мощные виброустановки в современных системах поиска нефти и газа, и прокатные станы в металлургии и ряд других применений.The invention relates to the field of mechanical engineering, namely to electro-hydraulic automatic systems, widely used in various branches of technology, where high-speed electro-hydraulic amplifiers are used. These are test benches in the automotive and aviation industries, and powerful vibroinstallations in modern oil and gas search systems, and rolling mills in metallurgy and a number of other applications.

Известны однокаскадные электрогидравлические усилители американской фирмы MOOG серии D633 и D634 [каталог «Сервоклапаны фирмы MOOG Gmbh. Нижегородский филиал, Россия, 2003»].Known single-stage electro-hydraulic amplifiers of the American company MOOG series D633 and D634 [catalog "Servo valves of the company MOOG Gmbh. Nizhny Novgorod branch, Russia, 2003 ”].

В качестве прототипа примем однокаскадный электрогидравлический усилитель серии D633.As a prototype, we take a single-stage electro-hydraulic amplifier of the D633 series.

Принципиальная электрогидравлическая схема электрогидравлического усилителя-прототипа изображена на фиг.1 и содержит:The principal electro-hydraulic circuit of the electro-hydraulic amplifier of the prototype is shown in figure 1 and contains:

- суммирующий операционный усилитель (1) с двумя входами, на один из которых подается управляющий сигнал (U_вх);- summing operational amplifier (1) with two inputs, one of which is supplied with a control signal (U _I );

- электронный усилитель мощности (2), вход которого соединен с выходом суммирующего операционного усилителя (1);- an electronic power amplifier (2), the input of which is connected to the output of the summing operational amplifier (1);

- электромеханический преобразователь (3), управляющая обмотка которого соединена с выходом электронного усилителя мощности (2), а якорь кинематически связан с подвижным элементом (золотником) гидрораспределителя (6);- an electromechanical converter (3), the control winding of which is connected to the output of the electronic power amplifier (2), and the armature is kinematically connected to the movable element (spool) of the valve (6);

- гидрораспределитель (6), кинематически связанный с подвижным элементом электрического датчика обратной связи (5), гидравлически соединенный с гидролиниями нагнетания и слива и имеющий две выходные гидролинии для соединения с потребителем;- a control valve (6) kinematically connected with the movable element of the electric feedback sensor (5), hydraulically connected to the discharge and discharge hydraulic lines and having two output hydraulic lines for connecting to the consumer;

- согласующую аппаратуру (4), вход которой соединен с сигнальной обмоткой электрического датчика обратной связи (5) гидрораспределителя (6), а выход согласующей аппаратуры соединен со вторым входом суммирующего операционного усилителя (1).- matching equipment (4), the input of which is connected to the signal winding of the electric feedback sensor (5) of the control valve (6), and the output of matching equipment is connected to the second input of the summing operational amplifier (1).

Недостатком рассмотренного электрогидравлического усилителя-прототипа является зависимость распределяемого гидроусилителем расхода рабочей жидкости от перепада давлений от нагрузки в исполнительном устройстве следящего привода, в составе которого работает гидроусилитель, что снижает КПД этого привода.The disadvantage of the considered electro-hydraulic amplifier prototype is the dependence of the distribution of hydraulic fluid flow of the working fluid on the differential pressure from the load in the actuating device of the tracking drive, which includes a hydraulic booster, which reduces the efficiency of this drive.

Задачей предлагаемого изобретения является устранение отмеченного недостатка.The task of the invention is to remedy this drawback.

Поставленная задача решается тем, что электрогидравлический усилитель содержит:The problem is solved in that the electro-hydraulic amplifier contains:

- суммирующий операционный усилитель с двумя входами, на один из которых подается управляющий сигнал;- a summing operational amplifier with two inputs, one of which is supplied with a control signal;

- электронный усилитель мощности, вход которого соединен с выходом суммирующего операционного усилителя;- an electronic power amplifier, the input of which is connected to the output of the summing operational amplifier;

- электромеханический преобразователь, управляющая обмотка которого соединена с выходом электронного усилителя мощности, а якорь кинематически связан с подвижным элементом (золотником) гидрораспределителя;- an electromechanical converter, the control winding of which is connected to the output of the electronic power amplifier, and the armature is kinematically connected to the movable element (spool) of the valve;

- гидрораспределитель, кинематически связанный с подвижным элементом электрического датчика обратной связи, гидравлически соединенный с гидролиниями нагнетания и слива и имеющий две выходные гидролинии для соединения с потребителем;- a control valve kinematically connected to the movable element of the electric feedback sensor, hydraulically connected to the discharge and discharge hydraulic lines and having two output hydraulic lines for connecting to the consumer;

- согласующую аппаратуру, вход которой соединен с сигнальной обмоткой электрического датчика обратной связи гидрораспределителя,- matching equipment, the input of which is connected to the signal winding of the electrical valve feedback sensor,

при этом новым является то, что согласно изобретению в принципиальную схему заявленного электрогидравлического усилителя включены:while new is that according to the invention in the circuit diagram of the claimed electro-hydraulic amplifier includes:

- электрогидравлический датчик перепада давлений, гидравлически соединенный двумя гидролиниями с выходными гидролиниями гидрораспределителя;- electro-hydraulic differential pressure sensor, hydraulically connected by two hydraulic lines to the output hydraulic lines of the valve;

- электронное вычислительное устройство, один вход которого соединен с выходом согласующей аппаратуры электрического датчика обратной связи гидрораспределителя, а другой вход соединен с электрическим выходом электрогидравлического датчика перепада давлений, выход электронного вычислительного устройства соединен со вторым входом суммирующего операционного усилителя.- an electronic computing device, one input of which is connected to the output of the matching equipment of the electrical valve feedback sensor, and the other input is connected to the electrical output of the electro-hydraulic differential pressure sensor, the output of the electronic computing device is connected to the second input of the summing operational amplifier.

Сущность заявленного изобретения поясняется чертежом (фиг.2), на котором представлена принципиальная электрогидравлическая схема усовершенствованного электрогидравлического усилителя, которая содержит:The essence of the claimed invention is illustrated in the drawing (figure 2), which shows a schematic electro-hydraulic circuit of an advanced electro-hydraulic amplifier, which contains:

- суммирующий операционный усилитель (1) с двумя входами, на один из которых подается управляющий сигнал (U_вх);- summing operational amplifier (1) with two inputs, one of which is supplied with a control signal (U _I );

- электронный усилитель мощности (2), вход которого соединен с выходом суммирующего операционного усилителя (1);- an electronic power amplifier (2), the input of which is connected to the output of the summing operational amplifier (1);

- электромеханический преобразователь (3), управляющая обмотка которого соединена с выходом электронного усилителя мощности (2), а якорь кинематически связан с подвижным элементом (золотником) гидрораспределителя (6);- an electromechanical converter (3), the control winding of which is connected to the output of the electronic power amplifier (2), and the armature is kinematically connected to the movable element (spool) of the valve (6);

- гидрораспределитель (6), кинематически связанный с подвижным элементом электрического датчика обратной связи (5), гидравлически соединенный с гидролиниями нагнетания и слива и имеющий две выходные гидролинии для соединения с потребителем;- a control valve (6) kinematically connected with the movable element of the electric feedback sensor (5), hydraulically connected to the discharge and discharge hydraulic lines and having two output hydraulic lines for connecting to the consumer;

- согласующую аппаратуру (4), вход которой соединен с сигнальной обмоткой электрического датчика обратной связи (5) гидрораспределителя (6);- matching equipment (4), the input of which is connected to the signal winding of the electric feedback sensor (5) of the control valve (6);

- электрогидравлический датчик перепада давлений (7), гидравлически соединенный двумя гидролиниями с выходными гидролиниями гидрораспределителя (6);- electro-hydraulic differential pressure sensor (7), hydraulically connected by two hydraulic lines to the output hydraulic lines of the valve (6);

- электронное вычислительное устройство (8), один вход которого соединен с выходом (U₁) согласующей аппаратуры (4) электрического датчика обратной связи (5) гидрораспределителя (6), а другой вход соединен с электрическим выходом (U₂) электрогидравлического датчика перепада давлений (7), выход (U_ОС) электронного вычислительного устройства (8) соединен со вторым входом суммирующего операционного усилителя(1).- electronic computing device (8), one input of which is connected to the output (U ₁ ) of matching equipment (4) of the electric feedback sensor (5) of the control valve (6), and the other input is connected to the electrical output (U ₂ ) of the electro-hydraulic differential pressure sensor (7), the output (U _OS ) of the electronic computing device (8) is connected to the second input of the summing operational amplifier (1).

Заявленный электрогидравлический усилитель работает следующим образом (см. фиг.2).The claimed electro-hydraulic amplifier operates as follows (see figure 2).

На вход суммирующего операционного усилителя (1) поступает входной управляющий сигнал U_вх. Выход суммирующего операционного усилителя соединен со входом электронного усилителя мощности (2), предназначенного для усиления электрического сигнала, поступающего на управляющую обмотку электромеханического преобразователя (3), якорь которого кинематически связан с подвижным элементом (золотником) гидрораспределителя (6), кинематически связанного с подвижным элементом электрического датчика обратной связи (5), электрический сигнал (U₁) с сигнальной обмотки этого датчика, через согласующую аппаратуру (4), поступает на первый вход электронного вычислительного устройства (8). Второй вход электронного вычислительного устройства (8) соединен с электрическим выходом (U₂) датчика перепада давлений (7), измеряющего разность давлений в выходных гидролиниях заявленного гидроусилителя.The input of the summing operational amplifier (1) receives the input control signal U _in . The output of the summing operational amplifier is connected to the input of an electronic power amplifier (2), designed to amplify the electrical signal fed to the control winding of the electromechanical converter (3), the armature of which is kinematically connected to the movable element (spool) of the valve (6), kinematically connected to the movable element an electrical feedback device (5), an electrical signal (U ₁₎ with the sensor signal wiring, through the matching apparatus (4) is supplied to a first input elec ronnogo computing device (8). The second input of the electronic computing device (8) is connected to the electrical output (U ₂ ) of the differential pressure sensor (7), which measures the pressure difference in the output hydraulic lines of the declared hydraulic booster.

Электронное вычислительное устройство вычисляет сигнал обратной связи по расходу (U_ОС), подаваемый на второй вход суммирующего операционного усилителя, соответствующий модулю и знаку расхода рабочей жидкости Q, распределяемого заявленным гидроусилителем.The electronic computing device calculates the flow feedback signal (U _OS ) supplied to the second input of the summing operational amplifier, corresponding to the module and sign of the working fluid flow Q distributed by the claimed hydraulic booster.

Для пояснения принципа работы усовершенствованного гидроусилителя рассмотрим согласующий коэффициент К_с:To clarify the principle of operation of the improved hydraulic booster, consider the matching coefficient K _c :

$$K_C=\frac{U_{ОС}^m}{Q_0};$$

$$K_C=\frac{U_{\mathrm{ABOUT}\mathrm{FROM}}^m}{Q_0};$$

где:Where:

$$U_{OC}^m$$

- максимальное значение сигнала обратной связи на выходе электронного вычислительного устройства; $$U_{OC}^m$$

- the maximum value of the feedback signal at the output of the electronic computing device;

$$Q_0=\mu b_{щ}{x}_0\sqrt{\frac{g}{\gamma }\Delta P_o},$$

$$Q_0=\mu b_u{x}_0\sqrt{\frac{g}{\gamma }\Delta P_o},$$

Q₀ - расход рабочей жидкости при х₀ и ΔP_n=0;Q ₀ - flow rate of the working fluid at x ₀ and ΔP _n = 0;

x₀ - максимальное значение координаты, определяющей величину и знак смещения золотника гидрораспределителя выходного каскада от нейтрального положения при максимальном управляющем сигнале (U_вх) и при ΔP_n=0;x ₀ - the maximum value of the coordinate that determines the magnitude and sign of the displacement of the valve of the control valve of the output stage from the neutral position at the maximum control signal (U _in ) and at ΔP _n = 0;

ΔР₀=P_n-P_l,ΔP ₀ = P _n -P _l ,

где:Where:

P_n - давление в гидролинии нагнетания;P _n - pressure in the discharge line;

P_l - давление в гидролинии слива;P _l - pressure in the discharge line;

ΔP_n=P₁-P₂,ΔP _n = P ₁ -P ₂ ,

где:Where:

P₁ и P₂ - давления в выходных гидролиниях гидроусилителя;P ₁ and P ₂ - pressure in the output hydraulic lines of the hydraulic booster;

µ - коэффициент расхода рабочих окон гидрораспределителя;µ is the flow coefficient of the working windows of the valve;

b_щ - ширина рабочих окон гидрораспределителя;b _u - the width of the working windows of the valve;

g - ускорение силы тяжести;g is the acceleration of gravity;

γ - удельный вес рабочей жидкости.γ is the specific gravity of the working fluid.

Текущее значение расхода (Q):Current Flow Rate (Q):

$$Q=\mu b_{щ}{х}_{з}\sqrt{\frac{g}{\gamma }\Delta P_0(1-\frac{\Delta P_n}{\Delta P_o}Sgn{x}_{з})},$$

$$Q=\mu b_u{x}_s\sqrt{\frac{g}{\gamma }\Delta P_0(\mathrm{one}-\frac{\Delta P_n}{\Delta P_o}Sgn{x}_s)},$$

где х_з - текущее значение координаты золотника гидрораспределителя выходного каскада.where x _s is the current value of the coordinate of the spool valve of the output stage.

Рассмотрим выражение:Consider the expression:

$${К}_{С}Q=\frac{U_{OC}^m}{Q_o}Q=U_{OC}^m\frac{x_{з}}{{х}_0}\sqrt{1-\frac{\Delta P_n}{\Delta P_0}Sgn{x}_{з}}.$$

$${\mathrm{TO}}_{\mathrm{FROM}}Q=\frac{U_{OC}^m}{Q_o}Q=U_{OC}^m\frac{x_s}{x_0}\sqrt{\mathrm{one}-\frac{\Delta P_n}{\Delta P_0}Sgn{x}_s}.$$

Если учесть, что $$\frac{{х}_{з}}{{х}_0}=\frac{U_1}{U_{OC}^m}$$

(с учетом того, что $$U_{OC}^m$$

соответствует x₀) и $$\frac{\Delta P_n}{\Delta P_0}=\frac{U_2}{U_2^0}$$

, то формула для определения сигнала обратной связи U_OC примет вид:Given that $$\frac{x_s}{x_0}=\frac{U_{\mathrm{one}}}{U_{OC}^m}$$

(given that $$U_{OC}^m$$

corresponds to x ₀ ) and $$\frac{\Delta P_n}{\Delta P_0}=\frac{U_2}{{\mathrm{<figure-callout\; id="2"\; label="U"\; filenames="00000012.png,00000013.png"\; state="\{\{state\}\}">U</figure-callout>}}_2^0}$$

, then the formula for determining the feedback signal U _OC will take the form:

$$U_{OC}=U_1\sqrt{1-\frac{U_2}{U_2^0}Sgn{U}_1},$$

$$U_{OC}=U_{\mathrm{one}}\sqrt{\mathrm{one}-\frac{U_2}{{\mathrm{<figure-callout\; id="2"\; label="U"\; filenames="00000012.png,00000013.png"\; state="\{\{state\}\}">U</figure-callout>}}_2^0}Sgn{U}_{\mathrm{one}}},$$

где:Where:

U₁ - электрический сигнал на выходе согласующей аппаратуры датчика обратной связи гидрораспределителя;U ₁ - an electrical signal at the output of the matching equipment of the feedback sensor of the valve;

U₂ - электрический сигнал, соответствующий ΔP_n;U ₂ is an electrical signal corresponding to ΔP _n ;

$$U_2^0$$

- электрический сигнал, соответствующий ΔP₀. $${\mathrm{<figure-callout\; id="2"\; label="U"\; filenames="00000012.png,00000013.png"\; state="\{\{state\}\}">U</figure-callout>}}_2^0$$

is an electrical signal corresponding to ΔP ₀ .

При замыкании контура, у которого на входе U_вх, а на выходе х_з, и при последующей подстановке х_з в формулу для определения расхода рабочей жидкости, распределяемого гидроусилителем, получаем независимость указанного расхода от изменения, в заданных пределах, перепада давлений между выходными гидролиниями гидроусилителя.On closing the circuit, which inlet U _Rin, and the output x _s, and in the subsequent substitution x _of a formula for determining the hydraulic fluid flow dispensed booster, being independent of said rate of change within the prescribed limits, the pressure differential between the output hydraulic lines power steering.

В итоге имеем:As a result, we have:

Инвариантность скоростной характеристики к изменению перепада давлений от нагрузки гидропривода дроссельного регулирования, управляемого заявленным гидроусилителем.The invariance of the speed characteristics to the change in pressure drop from the load of the throttle control hydraulic drive controlled by the claimed hydraulic booster.

Увеличение коэффициента полезного действия (КПД) силовой части вышеуказанного гидропривода.The increase in the coefficient of performance (COP) of the power part of the above hydraulic drive.

Возможность, в случае необходимости, реализации ограничения по скорости выходного звена исполнительного механизма с помощью ограничения входного сигнала (U_вх).The ability, if necessary, to implement the speed limit of the output link of the actuator by limiting the input signal (U _I ).

Claims (1)

Однокаскадный электрогидравлический усилитель с электрической обратной связью по расходу, содержащий
суммирующий операционный усилитель с двумя входами, на один из которых подается управляющий сигнал;
электронный усилитель мощности, вход которого соединен с выходом суммирующего операционного усилителя;
электромеханический преобразователь, управляющая обмотка которого соединена с выходом электронного усилителя мощности, а якорь кинематически связан с подвижным элементом гидрораспределителя;
гидрораспределитель, кинематически связанный с подвижным элементом электрического датчика обратной связи, гидравлически соединенный с гидролиниями нагнетания и слива и имеющий две выходные гидролинии для соединения с потребителем;
согласующую аппаратуру, вход которой соединен с сигнальной обмоткой электрического датчика обратной связи гидрораспределителя, отличающийся тем, что в принципиальную схему заявленного электрогидравлического усилителя включены
электрогидравлический датчик перепада давлений, гидравлически соединенный двумя гидролиниями с выходными гидролиниями гидрораспределителя;
электронное вычислительное устройство, один вход которого соединен с выходом согласующей аппаратуры электрического датчика обратной связи гидрораспределителя, а другой вход соединен с электрическим выходом электрогидравлического датчика перепада давлений; выход электронного вычислительного устройства соединен со вторым входом суммирующего операционного усилителя. A single-stage electro-hydraulic amplifier with electric flow feedback, containing
a summing operational amplifier with two inputs, one of which is supplied with a control signal;
an electronic power amplifier, the input of which is connected to the output of the summing operational amplifier;
an electromechanical converter, the control winding of which is connected to the output of an electronic power amplifier, and the armature is kinematically connected to a movable valve element;
a directional valve kinematically connected to the movable element of the electric feedback sensor, hydraulically connected to the discharge and discharge hydraulic lines and having two output hydraulic lines for connecting to the consumer;
matching equipment, the input of which is connected to the signal winding of the electrical valve feedback sensor, characterized in that the circuit diagram of the claimed electro-hydraulic amplifier included
electro-hydraulic differential pressure sensor, hydraulically connected by two hydraulic lines to the output hydraulic lines of the valve;
an electronic computing device, one input of which is connected to the output of the matching equipment of the electrical valve of the hydraulic control valve feedback, and the other input is connected to the electrical output of the electro-hydraulic differential pressure sensor; the output of the electronic computing device is connected to the second input of the summing operational amplifier.

Images