Основными элементами электрогидравлического следящего привода (ЭГСП) являются гидродвигатель, электрогидравлический усилитель мощности (ЭГУ), усилитель сигнала ошибки (УСО), устройство обратной связи (ОС).

В качестве двигателей ЭГСП используются гидромоторы, поворотные гидродвигатели, гидроцилиндры. Тип двигателя и характер его соединения с объектом управления определяются потребным видом движения объекта управления и ожидаемыми значениями нагрузки на выходном звене гидродвигателя.

Усиление сигнала ошибки, а также преобразование его с целью улучшения динамических свойств ЭГСП осуществляется при помощи магнитных, электронных или полупроводниковых усилителей. Использование этих усилителей обусловлено их высоким быстродействием, простотой обеспечения необходимого коэффициента усиления, возможностью суммирования сигнала с сигналом обратной связи и введения корректирующих сигналов.

В качестве элементов электрической обратной связи, измеряющих и преобразующих выходную координату в электрический сигнал, используются потенциометры, сельсины, вращающие трансформаторы и другие, индукционные и индуктивные электромеханические преобразователи, для работы с ко­торыми применяются в качестве электрических усилителей-сумматоров фазо-чувствительные электрические усилители переменного тока. Измерение и преобразование в электрическое напряжение скорости гидродвигателей осуществляется тахогенераторами и индуктивными датчиками.

Под электрогидравлическим усилителем мощности (ЭГУ) понимают устройство для преобразования и усиления мощности входного электрического управляющего сигнала в мощность направленного потока рабочей жидкости в соответствии с командной информацией. Простейший ЭГУ состоит из электромеханического управляющего устройства и регулирующего гидроаппарата.

Регулирующий, гидроаппарат предназначен в ЭГУ для изменения расхода, давления и направления потока рабочей жидкости при изменении своих дросселирующих щелей пропорционально управляющему воздействию.

ЭГУ объединяют маломощные электрические системы изменения, уси­ления и преобразования сигнала ошибки с мощными гидродвигателями; их коэффициент усиления по мощности в некоторых конструкциях превышает 300000. Применение ЭГУ значительно упрощает привод и во многом определяет его быстродействие, надежность и габариты.

Классификация ЭГУ может быть проведена по следующим признакам: по числу регулирующих гидроаппаратов - однокаскадные, двухкаскадные и т.д.; по типу управляющего дросселя - с переменным и комбинированным сочетанием (переменные и постоянные) дросселей; по схеме включения дросселей - с последовательным и параллельным соединением дросселей; по виду регулирующего гидроаппарата, непосредственно соединенного с ЭМП, - золотниковые усилители, сопло-заслонка и струйные; по виду электрического управляющего сигнала - с непрерывным и дискретным (релейным, импульс­ным и цифровым) управлением; по наличию устройства обратной связи - с обратной связью и без обратной связи; по виду устройств обратной связи - с механической, электрической и гидравлической обратной связью.

Наиболее простыми ЭГУ без обратной связи являются однокаскадные усилители, состоящие из ЭМП и дросселирующего гидрораспределителя с цилиндрическим и плоским золотником. Примером таких ЭГУ являются усилители типа ЭГП -1, конструктивная схема которого представлена на рис. 1.7. Достоинством подобных ЭГУ является сравнительная простота. Однако реализация его затруднена, так как ЭМП перемещает золотник, который непосредственно распределяет рабочую жидкость, поступающую в гидродвигатель, и осевые силы на золотнике в процессе работы достигают значительных величин. Поэтому сила сухого трения устраняется путем сообщения

золотнику осциллирующих осевых перемещений с повышенной частотой и амплитудой, достаточной для их стабильного поддержания, выполнения на всех шейках разгрузочных канавок, подвода давления в центре и слива по краям золотника.

 

Применение однокаскадных струйных ЭГУ долгое время ограничивалось из-за низких давлений на входе в струйную трубку и, как следствие этого, небольшой мощностью на исполнительном органе. При повышении давления подачи рабочей жидкости из-за слабых демпфирующих свойств гидрораспределителей со струйной трубкой возникают пульсации потока жидкости, что вызывает высокочастотные колебания струйной трубки, этому способствует также гидродинамическое воздействие обратных струй. Однако совершенствование конструкции струйных гидрораспределительных устройств, выбор рациональных параметров системы трубка-плата, разворот приемных окон относительно плоскости, в которой происходит вращение струйной трубки, установка демпфирующих элементов в зоне распределения потоков и т.д. - позволило создать струйные ЭГУ с устойчивыми режимами работы и исключительно высокой выходной мощностью (до 4 кВт) для однокаскадной схемы ЭГУ.

До недавнего времени считалось, что статические и энергетические характеристики гидрораспределителя со струйной трубкой приближаются к характеристикам четырехщелевого дросселирующего гидрораспределителя сопло-заслонка. Упоминается о сложности регулировки гидрораспределителей со струйной трубкой.

Некоторые исследователи считают, что точность работы и максимальный КПД следящих приводов со струйными усилителями имеют промежуточные значения между соответствующими характеристиками следящих приводов с одно-четырехщелевыми золотниками.

Современные публикации обращают внимание на большие преимущества гидрораспределителя со струйной трубкой перед другими типами гидрораспределителей.

Основные достоинства струйных усилителей:

·        современные ЭГУ со струйной трубкой работают при давлениях до 20МПа и обеспечивают регулирование расхода до 50 л/мин;

·        КПД струйных усилителей отдельных конструктивных схем достигает значения 0,45, что превышает оптимальный КПД всех типов дросселирующих гидрораспределителей;

·        мала чувствительность к загрязнению рабочей жидкости, так как наименьшим проходным сечением у них является отверстие насадка струйной трубки диаметром 0,5.. 1,5 мм;

·        отсутствие "ухода" нуля при изменении давления питания, вязкости рабочей жидкости, ее температуры;

·        отсутствие трущихся частей в зоне распределения потоков жидкости;

·        простота конструкции и технологичность изготовления.

1- УСО; 2-ЭМП; 3-струйная трубка; 4-гидродвигатель;5-ДОС

Рис.1.8. Электрогидравлический следящий привод со струйной трубкой

 

в направлении совершенствования струйных гидрораспределителей с поворотной струйной трубкой достигнуты в Государственном ракетном центре им. академика В.П. Макеева. С 1960 года именно приводами с поворотной струйной трубкой комплектуются тепловые установки специального назначения (рис. 1.8). Несмотря на широкое использование приводов такого типа (рис. 1.10), многолетний опыт эксплуатации и доводки, характерных для ракетостроения, струйные гидравлические приводы (СГП) имеют большой разброс статических и динамических характеристик.

На рис. 1.9 приведены безразмерные статические характеристики СГП 18 типоразмеров серийно выпускаемых изделий. Разброс характеристик вызван сложностью гидродинамических течений высокоскоростных (более 100 м\с) струй жидкости в гидрораспределителе с малыми (до 1 мм) размерами проточ-

 

ной части гидрораспределителя. Приемы доводки СГП на стадии производства хотя и отработаны, но весьма обременительны.

Применения ЭГСП со струйными гидрораспределителями требует создания методик расчета, основанных на широких теоретических и экспериментальных исследованиях.

 

Теоретический анализ подобных приводов затруднен из-за ряда специфических особенностей струйного гидрораспределителя:

·              преобразование одного вида энергии в другой;

·              наличие полуограниченных стенками потоков рабочей жидкости;

·              взаимодействие как сопутствующих, так и встречных струй;

·              сложность поля скоростей и давлений в струе;

·              различные режимы течения в струйном гидрораспределителе;

·              характер взаимодействия отклоняемой струи с обратными струями и сканалами приемной платы.

Экспериментальные исследования высоконапорньтх струйных гидроусилителей, несмотря на внешнюю простоту струйных элементов, затруднены их малыми размерами и исключительной сложностью явлений в проточной части: наличием эжекции, нескольких типов и форм кавитации и других.