Автономные электрогидравлические приводы и перспективы их развития

Автономные электрогидравлические приводы с регулируемым рабочим объёмом насоса.

Передача энергии к рулевым приводам по электрическим линиям всегда привлекала конструкторов летательных аппаратов в части гибкости соединений и упрощения эксплуатации энергетических систем. Далее мы будем использовать термин «автономный электрогидравлический привод» в смысле привода, в котором исполнительный механизм – гидравлический, а энергия к этому исполнительному механизму подводится электрическая, по проводам. Для такого привода централизованная гидравлическая система не требуется. Привод включает в свой состав источник гидравлической энергии в виде насоса. Автономные электрогидравлические приводы прошли большой путь развития. В первых моделях таких приводов в качестве источника гидравлической энергии использовались аксиально-поршневые насосы с вращающимся блоком насосов или кинетором и изменяемым рабочим объёмом.

Первые автономные рулевые электрогидравлические приводы на борту летательных аппаратов появились много лет назад (в 1944 году такие приводы применялись для управления полётом германской ракетой ФАУ-2) и были построены в соответствии с общей принципиальной схемой, которая показана на рис.8.1.1.

Первые автономные рулевые электрогидравлические приводы на борту летательных аппаратов появились много лет назад (в 1944 году такие приводы применялись для управления полётом германской ракетой ФАУ-2) и были построены в соответствии с общей принципиальной схемой, которая показана на рис.8.6.1.

Рис. 2.1.

Общая схема построения традиционного автономного электрогидравлического привода с насосом переменной производительности.

Здесь приняты следующие обозначения: Uупр – сигнал управления; Кус – коэффициент усиления электрических сигналов; q(γ) – рабочий объём насоса, изменяющийся с изменением угла наклона шайбы или блока цилиндров; nн – скорость вращения ротора насоса; Qн – объёмный расход рабочей жидкости на выходе насоса; Fн – внешняя сила; Хп – перемещение поршня; Р1, Р2 – давление в полостях гидроцилиндра; Кос – коэффициент позиционной обратной связи.

Вал электродвигателя в таком приводе вращается постоянно с максимально возможной скоростью (n_max). Рабочий объём аксиально-поршневого насоса, которые в основном применяются в таких приводах, изменяется путём поворота блока цилиндров или наклонной шайбы с помощью механической пространственной передачи, которая работает постоянно в режиме нагружения шарнирных соединений. Для поворота наклонной шайбы необходим специальный сервопривод, преобразующий электрические сигналы в изменение рабочего объёма насоса (q). Нетрудно видеть, что скорость выходного звена привода в первом приближении определяется соотношением:

. (2.1)

Здесь входным сигналом в исполнительный механизм привода является поворот наклонной шайбы или блока насоса. Представленная схема показывает лишь общий принцип управления выходным звеном привода. Схема привода объемного регулирования, более приближенная к реальности, показана на рис.8.2.

Рис.2.2.

Принципиальная схема исполнительного механизма автономного электрогидравлического привода с регулируемым объёмом гидронасоса.

Здесь приняты обозначения: Uупр. – канал управления; nн – скорость вращения вала электродвигателя; – угол поворота наклонной шайбы насоса; qн() – рабочий объём насоса в функции угла поворота наклонной шайбы; Рк – давление настройки предохранительных напорных клапанов; Рком – давление в полости компенсатора; Р1, Р2 – давление в полостях гидроцилиндра; СП – сервопривод, управляющий поворотом наклонной шайбы; НШ – наклонная шайба.

На этой схеме в составе привода появились устройства, необходимые для работы привода: предохранительные клапаны, ограничивающие давление в полостях гидроцилиндра и гидроагрегата; компенсатор утечек и температурных деформаций рабочей жидкости. Рассмотрим некоторые соотношения между координатами состояния и внешними воздействиями (сигналы управления и нагрузка на шток гидроцилиндра), которые определяют характеристики привода.

Скоростная характеристика привода. Эта характеристика определяется скоростью вращения ротора насоса, рабочим объёмом насоса и площадью поршня гидроцилиндра. Рабочий объём аксиально-поршневого насоса – q н определяется количеством гидроцилиндров в блоке насоса (5 – 9) – Z; диаметром каждого гидроцилиндра – d; диаметром окружности, на которой расположены центры поршней - D; углом поворота наклонной шайбы – γ (если используется насос с наклонной шайбой). Выражение для оценки рабочего объёма насоса записывается в следующем виде:

. (2.2)

Максимальный угол наклона шайбы насоса обычно не превышает 10 - 12˚.

Можно ввести понятие параметра регулирования насоса:

. (2.3)

Это выражение безразмерное и изменяется от -1 до +1. Используя его можно получить выражение для изменяемого рабочего объёма реверсивного насоса в виде:

(2.4)

В соответствии с принципиальной схемой, представленной на рис.8.2, и с приведенными выше выражениями скоростная характеристика исполнительного механизма привода будет определяться следующим соотношением:

. (2.5)

Параметр регулирования является функцией электрического сигнала рассогласования (Ue) и коэффициента передачи сервопривода ():

(2.6)

Поскольку в насосе всегда имеются утечки рабочей жидкости, даже на холостом ходу, то в выражение для скоростной характеристики необходимо ввести объёмный коэффициент полезного действия, который определяет объёмные потери в насосе и зависит от давления в насосе. Окончательно выражение для скоростной характеристики исполнительного механизма на холостом ходу примет вид:

. (2.7)

Объёмный коэффициент полезного действия на холостом ходу для типового насоса зависит от выходного давления (р) и составляет 0.9 – 0.95. Реальный вид скоростной характеристики показан на рис.2.3.

Рис.2.3

Дата добавления: 2014-01-07