Электрогидравлический приводной механизм: Электрогидравлический привод принцип работы

Содержание

ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ПРИВОД

Изобретение относится к области гидроавтоматики и может быть использовано в конструкциях летательных аппаратов для управления положением рулевых исполнительных органов летательных аппаратов.

Известен электрогидравлический привод для управления исполнительными органами летательных аппаратов, содержащий питающую установку с объемным насосом и параллельно подключенные к ней линиями нагнетания и слива рулевые приводы дискретного углового перемещения по числу приводимых исполнительных органов (RU №2027078, 1995).

Недостатками этого привода являются низкая надежность, ограниченный срок хранения в составе летательного аппарата, сложность и высокая трудоемкость регламентного обслуживания и контроля готовности к выполнению работы.

Известен электрогидравлический привод для управления положением исполнительных органов летательных аппаратов, содержащий питающую установку с объемным насосом и параллельно подключенные к ней линиями нагнетания и слива рулевые приводы дискретного углового перемещения по числу приводимых исполнительных органов, каждый из которых содержит поворотный шаговый электродвигатель, связанный зубчатой передачей с установленным на оси плоским поворотным распределительным золотником, и поворотный гидродвигатель (RU №2266234, 2005, прототип).

Недостатками этого привода также являются низкая надежность, ограниченный срок сохранения готовности к работе в составе летательного аппарата в любых климатических условиях, сложность и высокая трудоемкость контроля готовности к выполнению работы.

Технической задачей изобретения являются создание эффективного электрогидравлического привода и расширение арсенала электрогидравлических приводов.

Технический результат, обеспечивающий решение задачи, заключается в повышении надежности, увеличении срока сохранения готовности к работе в составе летательного аппарата, особенно в условиях разреженных слоев атмосферы, упрощение конструкции и снижение трудоемкости контроля готовности к выполнению работы.

Сущность изобретения состоит в том, что электрогидравлический привод исполнительных органов, содержащий установку подачи рабочей среды с объемным насосом, имеющим корпус с камерами нагнетания и всасывания, и приводной электродвигатель, связанный с приводным валом насоса, а также группу параллельно подключенных к соответствующим камерам насоса гидролиниями нагнетания и слива рулевых приводов дискретного углового перемещения исполнительных органов, в состав каждого из которых входят поворотный гидродвигатель и гидравлический распределитель с механизмом управления, подключенный к рабочим полостям гидродвигателя и к гидролиниям нагнетания и слива, при этом он снабжен автономным подпорным устройством, содержащим емкость, герметично разделенную подвижным разделительным элементом на жидкостную полость с рабочей средой, связанную через обратный клапан с всасывающей камерой насоса, и пневмополость, к которой подключен источник горячего газа под давлением, выполненный в виде твердотопливного газогенератора и снабженный электрически воспламеняемым инициирующим пиропатроном, при этом механизм управления каждого рулевого привода выполнен в виде шагового электродвигателя, связанного цепью контроля стыковки с инициирующим пиропатроном, в гидролинии нагнетания установлен клапан ограничения давления, выполненный с возможностью сброса рабочей среды в гидролинию слива и подключенный к камере всасывания насоса, а приводной электродвигатель последнего снабжен автономным источником электроэнергии.

Предпочтительно, разделительный элемент подпорного устройства выполнен в виде поршня или мембраны.

Предпочтительно, в гидролинии слива установлен гидроразъем для подключения регламентной питающей установки.

Предпочтительно, гидравлический распределитель каждого рулевого привода подключен к гидролиниям нагнетания и слива с помощью гидроразъемов.

Предпочтительно, объемный насос снабжен компенсационно-поддавливающим устройством, выполненным в виде полого двухступенчатого поршня и соединенного с ним сильфона, закрепленного на корпусе насоса с образованием полости, соединенной с внутренним объемом корпуса насоса, при этом сильфон жестко закреплен одним краем к корпусу, а другим — к полому двухступенчатому поршню, дополнительно установленному на корпусе с образованием дифференциальной полости, соединенной с нагнетанием насоса, и с возможностью поступательного перемещения указанного поршня по участку наружной поверхности корпуса насоса.

Предпочтительно, полый двухступенчатый поршень выполнен с двумя поясками и с двумя внутренними кольцевыми уплотнениями и установлен с возможностью перемещения по участку поверхности корпуса, выполненному ступенчатым.

Предпочтительно, внутренний объем корпуса насоса соединен с полостью сильфона со стороны, противоположной приводному валу насоса.

Предпочтительно, автономный источник электроэнергии для приводного электродвигателя насоса выполнен одноразовым.

На чертеже фиг. 1 изображена схема гидравлическая принципиальная электрогидравлического привода, на фиг. 2 — конструктивная схема объемного насоса источника питания привода.

Электрогидравлический привод для управления исполнительными органами летательного аппарата (не изображены, т.к. не входят в состав заявляемого привода), содержит питающую насосную установку 1 подачи рабочей среды (рабочей жидкости) с объемным, предпочтительно, регулируемым по давлению нагнетания аксиально поршневым насосом 2, имеющим корпус 19 и приводной электродвигатель 30, связанный с приводным валом 29 насоса 2, а также группу подключенных к объемному насосу 2 гидролиниями 3, 4 нагнетания и слива, соответственно, рулевых приводов 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 индивидуального дискретного углового перемещения исполнительных органов.

В состав каждого из рулевых приводов 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 (число которых равно числу приводимых исполнительных органов) входят поворотный гидродвигатель 14 и гидравлический распределитель 13, подключенный своими соответствующими линиями к полостям гидродвигателя 14 и, через гидроразъемы 33, к гидролиниям 3, 4 нагнетания и слива.

Гидродвигатель 14, выполнен, предпочтительно, в виде неполноповоротного объемного аксиально поршневого или радиально поршневого высокомоментного реверсивного гидромотора.

Гидравлический распределитель 13 выполнен, предпочтительно, в виде нормально закрытого плоского поворотного четырехлинейного трехпозиционного золотника с электромеханическим механизмом управления (не изображен), связанным с системой управления летательного аппарата. Механизм управления плоского золотника каждого распределителя 13 реализован, например, как и в устройстве — прототипе, в виде поворотного шагового электродвигателя с магнитным фиксатором, связанного зубчатой передачей с установленным на оси плоским поворотным золотником распределителя 13.

Электрогидравлический привод снабжен подключенным через дроссель 38 и редуктор 39 давления к всасыванию (всасывающей полости) объемного насоса 2 и к линии 4 слива рулевых приводов 5…12 одноразовым ампулизированным подпорным устройством 15.

Устройство 15 содержит емкость 17, герметично разделенную подвижным разделительным элементом 16 на камеру 37 с рабочей средой и приводную камеру 32, к которой подключен источник горячего газа под давлением, выполненный в виде твердотопливного газогенератора 35 и снабженный электрически воспламеняемым инициирующим пиропатроном 36. Одновременно, объемный насос 2 питающей насосной установки 1 снабжен компенсационно-поддавливающим устройством, выполненным в виде полого двухступенчатого поршня 21 и соединенного с ним сильфона 18, закрепленного на корпусе 19 насоса 2 с образованием в нем полости 20, соединенной с внутренним объемом (являющимся всасыванием) корпуса 19 из которого происходит всасывание рабочей жидкости насосом 2.

При этом сильфон 18 жестко закреплен одним краем к корпусу 19, а другим — к полому двухступенчатому поршню 21, установленному на корпусе 19 с образованием дифференциальной полости 31, соединенной с нагнетанием насоса 2, и с возможностью поступательного перемещения указанного поршня 21 по участку наружной поверхности корпуса 19 насоса 2, приводной электродвигатель 30 которого снабжен автономным источником 34 электроэнергии.

Разделительный элемент 16 выполнен в виде поршня или мембраны, а инициирующий пиропатрон 36 выполнен в виде одноразового порохового заряда с встроенным электровоспламенителем, связанным с системой управления летательного аппарата, в составе которого предназначен эксплуатироваться привод.

В гидролинии 4 слива установлен предохранительный клапан 24 ограничения давления на всасывании, выполненный с возможностью сброса рабочей среды при несанкционированном увеличении давления на всасывании насоса 2 выше допускаемого значения в окружающую среду или в технологическую емкость.

В гидролинии 4 слива установлен гидроразъем 25, предназначенный для подключения вспомогательной (технологической) питающей установки, которая относится к стационарному наземному оборудованию, временно подключается к приводу перед вводом в эксплуатацию, только на период опрессовки и регламентных проверок работоспособности перед монтажом привода на летательный аппарат.

Распределитель 13 каждого рулевого привода 5…12 подключен к гидролиниям 3,4 установки 1 подачи рабочей среды с помощью гидроразъемов 33.

Полый двухступенчатый поршень 21 выполнен с двумя поясками 22, 23 и с двумя внутренними кольцевыми уплотнениями 27, 28 и установлен с возможностью перемещения по участку наружной поверхности корпуса 19, выполненному ступенчатым.

Внутренний объем корпуса 19 насоса соединен с полостью сильфона 18 со стороны, противоположной приводному валу 29 насоса 2.

Автономный источник 34 электроэнергии для приводного электродвигателя 30 насоса 2 установки 1 подачи рабочей среды может быть выполнен одноразовым, например, в виде химического аккумулятора или батареи.

Электрогидравлический привод работает следующим образом.

При изготовлении привод ампулизируется, т.е. заполняется рабочей жидкостью и изолируется от окружающего пространства. При этом все технологические отверстия и внешние гидроразъемы заглушены. В состоянии дежурства летательного аппарата, которое может продолжаться длительное время, привод должен быть готов к включению, т.е. его полости должны быть гарантированно заполнены рабочей жидкостью. Однако, в течение времени хранения (дежурства) в замкнутом объеме привода происходят неизбежные процессы выделения воздуха из рабочей жидкости, а также диффузионного проникновения выделенного воздуха и жидкости через резиновые уплотнения питающей установки 1 и рулевых приводов 5-12 в атмосферу. Кроме того, любое изменение температуры окружающей среды приводит к изменению объема рабочей жидкости в приводе благодаря явлению температурного расширения-сжатия. Наличие сильфона 18, обладающего пружинными свойствами, компенсирует за счет соответствующего смещения сильфона 18 изменение объема рабочей жидкости в приводе в результате температурного расширения-сжатия. При падении давления в корпусе 19 насоса 2 двухступенчатый (дифференциальный) поршень 21 под действием атмосферного давления смещается, изменяя объем сильфона 18 и поддерживая тем самым постоянное заполнение всасывающей полости насоса 2 и полостей рулевых приводов 5-12 рабочей жидкостью. В исходном положении при отсутствии электрического питания встроенный магнитный фиксатор (не изображен) соответствующего шагового электродвигателя обеспечивает фиксацию распределителя 13 в нормальнозакрытом положении и, тем самым, фиксацию вала каждого из рулевых приводов 5-12 в устойчивом положении.

Для отработки управления исполнительными органами летательного аппарата электрогидравлический привод задействуется по команде системы управления. Так как управление производится, как правило, в условиях пониженной температуры окружающей среды, пониженного атмосферного давления, имеющихся в разреженных слоях атмосферы, необходимо обеспечить неразрывность потока рабочей жидкости на всасывании насоса 2, всасывающего рабочую жидкость из объема корпуса 19. Соответствующий гарантированный подпор на всасывании насоса 2 обеспечивается устройством 15, на которое от системы управления подается команда на воспламенение пиропатрона 36 твердотопливного газогенератора 35. В результате воспламенения твердого топлива заряда 35 в приводную камеру 32 подпорного устройства 15 поступает горячий газ под давлением, воздействующий на разделительный элемент 16. Энергия горячего газа непосредственно преобразуется в давление рабочей жидкости в камере 37. В результате под действием горячего газа элемент 16 поступательно перемещается и рабочая жидкость вытесняется из камеры 37 емкости 17 через дроссель 38 и клапан 39 и поступает в сильфон 18 под давлением ~7 кгс/см2. Поскольку сильфон 18 закреплен с образованием полости 20, соединенной с внутренним объемом корпуса 19, давлением устройства 15 обеспечивается необходимое избыточное давление и, тем самым, неразрывность потока рабочей жидкости на всасывании насоса 2.

Кроме того, на шаговый электродвигатель каждого из рулевых приводов 5-12. подается команда в виде последовательности однополярных прямоугольных управляющих импульсов напряжением 26 В. Благодаря дифференциальности ступеней 22, 23 поршня 21 давление, в корпусе 19, одновременно являющемся всасывающей полостью насоса 1, редуцируется до оптимального значения и не превышает допустимых значений, например, 4 кгс/см2. Если же давление приблизится к предельно допустимому значению, срабатывает клапан 24, осуществляющий сброс части объема рабочей жидкости и, тем самым ограничивающий значение давления. Насос 2, вал 29 которого приводится во вращение электродвигателем 28, в течение времени работы последнего подает рабочую жидкость по гидролинии 3 в рулевые приводы 5-12, а по гидролинии 4 рабочая жидкость возвращается на всасывание насоса 2. Наличие давления нагнетания в полости 31 не допускает возникновения разрежения на всасывании насоса 2, т.е. во внутреннем объеме корпуса 19, тем самым надежно обеспечивается работоспособность насоса 2 и каждого из рулевых приводов 5…12 при любых условиях окружающей среды.

При этом последовательность управляющих импульсов, поступающая на электродвигатели приводов 5-12, преобразуется в угловое перемещение, которое через зубчатую передачу передается золотнику распределителя 13. В результате введенного этим рассогласования формируется перепад давления и приводится в движение соответствующий гидродвигатель 14, вал которого поворачивается, отрабатывая рассогласование. При подаче одного импульса вал электродвигателя рулевого привода 5-12 поворачивается на угол 3°. Режим работы электродвигателя в приводах 5-12 повторно-кратковременный. Частота отработки шагов 0,5-500 Гц, потребляемый ток не более 2А.

В процессе дежурства периодически следует контролировать состояние золотников распределителей 13 рулевых приводов 5-12. Для этого от вспомогательной питающей установки рабочая жидкость под давлением может быть подана через гидроразъем 25 и функционирование приводов 5-12 может быть проверено без задействования одноразовых средств емкости 17 и одноразового источника энергии электродвигателя 30. После этого для установки золотника распределителя 13 каждого рулевого привода 5-12 в нейтральное положение необходимо подачей импульсов на электродвигатель установить золотник распределителя 13 в нейтральное положение. При подаче давления вал соответствующего гидродвигателя 14, отрабатывая рассогласование с золотником распределителя 13, займет нейтральное (исходное) положение.

В результате изобретения создан эффективный электрогидравлический привод и расширен арсенал электрогидравлических приводов.

При этом повышена надежность, увеличен срок сохранения готовности к работе в составе летательного аппарата, упрощена конструкция и снижена трудоемкость контроля готовности к выполнению работы.




Что такое электрогидравлический привод?

Электрогидравлический привод — это устройство, предназначенное для обеспечения переключения или приведения в действие различных систем, использующих гидравлическое усилие, которое постоянно регулируется обратной связью от датчиков системы. Этот уровень управления срабатыванием необходим в системах с постоянными колебаниями спроса. Управление приводом стало возможным благодаря включению сервосистемы, которая ассимилирует входные сигналы датчика и регулирует поток гидравлической жидкости в привод. Помимо этой особенности, электрогидравлический привод функционирует почти так же, как и другие приводы с гидравлическим приводом, и состоит из поршня в закрытой трубке или гильзе, приводимой в движение вперед или назад под давлением жидкости. Этот тип привода обычно доступен в линейной, четвертьоборотной и многооборотной конфигурациях.

В большинстве традиционных исполнительных механизмов используются электродвигатели или давление сжатого воздуха и масла для перемещения механизма, который, в свою очередь, обеспечивает приведение в действие другого механизма, такого как клапан, заслонка или переключатель. В этих случаях привод обеспечивает довольно простое движение конечной величины. Другими словами, он будет перемещать затвор, установленный из закрытого в открытое положение, только без промежуточного позиционного управления. Многие системные процессы требуют более высокой степени точного управления приводом, как с точки зрения расстояния, на которое перемещается привод, так и количества подаваемой мощности. Когда используются гидравлические приводы, одним из способов достижения этого типа управления является использование электрогидравлического привода.

Электрогидравлический привод имеет много общего с другими вариантами гидравлического одиночного рабочего цикла в том, что он состоит из масляного резервуара и насоса, который подает сжатое гидравлическое масло в закрытый поршень. Давление масла перемещает поршень, который обеспечивает приводное движение. Однако, в отличие от более простых приводов простого действия, электрогидравлический привод постоянно приспосабливается к требованиям системы с приращением соразмерной величины. Этот широкий диапазон рабочих перемещений стал возможен благодаря включению сервоусилителя и набора клапанов в цепь привода. Входы системного датчика отправляются на усилитель, который интерпретирует системные требования и отправляет соответствующие сигналы в набор сервоклапанов.

Затем сервоклапан действует в качестве регулятора, который контролирует продолжительность движения электрогидравлического привода, скорость, с которой он движется, и величину крутящего момента или мощности, которые он оказывает. Эти приводы доступны в нескольких конфигурациях, которые включают линейные, четвертьоборотные и многооборотные типы. Линейный привод обеспечивает движение приведения в движение по прямой линии, в то время как два других типа имеют вращательное действие. Привод на четверть оборота обычно используется на клапанах типа «бабочка», для работы которых требуется только четверть оборота, и на многооборотных клапанах типа затворов, для открытия или закрытия которых требуется один полный оборот или более.

ДРУГИЕ ЯЗЫКИ

Электрогидравлический привод

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в высокоточных быстродействующих электрогидравлических приводах (ЭГП) следящих систем. В ЭГП, содержащем приводной двигатель, кинематически соединенный с ним регулируемый насос (РН), гидродвигатель, позиционный электрогидравлический механизм управления, состоящий из датчика положения, сумматора и электрогидравлического механизма управления, вспомогательный насос, кинематически связанный с валом РН, предохранительный клапан, первый и второй подпиточные клапаны, пополнительный бак, исполнительный механизм, кинематически соединенный с валом или штоком гидродвигателя, гидродвигатель и РН связаны объемно-замкнутыми силовыми гидравлическими магистралями, введены дополнительный вспомогательный насос, кинематически связанный с валом РН, и дополнительный предохранительный клапан. Технический результат направлен на увеличение диапазона регулирования и улучшение динамических характеристик ЭГП, а также на эффективное использование гидравлической энергии, т.е. на повышение КПД ЭГП. 2 ил.

 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в высокоточных быстродействующих электрогидравлических приводах (ЭГП) следящих систем.

Известен объемно-замкнутый гидропривод (патент №2318148), который содержит регулируемый насос с электрогидравлическим механизмом управления (ЭГМУ), гидродвигатель, соединенный гидролиниями с насосом, вспомогательный насос, кинематически соединенный с валом регулируемого поршневого насоса, предохранительный клапан, два подпиточных регулируемых редукционных клапана. Выход вспомогательного насоса соединен с входами предохранительного клапана, электрогидравлического механизма управления, двух подпиточных регулируемых редукционных клапанов. Линии управления редукционных клапанов соединены с междроссельными камерами ЭГМУ.

Недостатками известного объемно-замкнутого гидропривода (ОЗГП) являются:

1 Если в качестве насоса и гидродвигателя применены аксиально-поршневые гидромашины с наклонным диском со свободно посаженными в отверстиях блока цилиндров поршнями, ведение которых осуществляется при помощи давления рабочей жидкости вспомогательного насоса, то такая конструкция практически неприменима в высокоэнергоемких быстродействующих электрогидравлических следящих приводах по причине малой мощности.

2 Вспомогательный насос обеспечивает питание одновременно, как ЭГМУ, так и подпитку силовой части ОЗГП. В динамическом режиме происходит взаимовлияние процессов в ЭГМУ и в силовой части гидропривода, которое проявляется в уменьшении давления питания вспомогательного насоса и соответственно снижению быстродействия и коэффициента усиления ОЗГП.

3 Подсоединение к междроссельным камерам линий управления регулируемых редукционных клапанов приводит к увеличению присоединенных объемов и утечек рабочей жидкости, что ухудшает динамические характеристики ОЗГП.

4 Несмотря на подключение регулируемых редукционных клапанов, вспомогательный насос при его полных подаче и давлении работает постоянно, что снижает КПД ОЗГП. А наличие редукционных клапанов способствует дополнительному образованию потерь гидравлической энергии в процессе снижения величины давления вспомогательного насоса до давления в силовых гидравлических линиях ОЗГП.

5 Внутренняя механическая обратная связь в ОЗГП, выполненная в виде рычажного механизма, передающего движение от регулирующего органа насоса через пружины к золотнику ЭГМУ, снижает быстродействие ОЗГП.

Рассмотренный ОЗГП в лучшем случае может быть применен в транспортных, строительных и других машинах, но не в высокоточных и быстродействующих электрогидравлических приводах слежения, наведения.

Известен ЭГП, например, в изделии СП190 (Руководство по эксплуатации АЮИЖ.461324.001 РЭ АО «ВНИИ «Сигнал» г. Ковров, 2005 г.), принятый за прототип.

ЭГП прототипа содержит приводной двигатель, гидравлически замкнутые между собой аксиально-поршневые гидромотор и регулируемый насос с электрогидравлическим механизмом управления, управляющим положением регулирующего органа регулируемого насоса, объект регулирования, вспомогательный насос, предохранительный клапан, первый и второй подпиточные клапаны, пополнительный бак, сумматор, датчик положения регулирующего органа насоса, при этом вход вспомогательного насоса и выход предохранительного клапана соединены с пополнительным баком, а выход вспомогательного насоса — с гидравлическим входом электрогидравлического механизма управления, с входом предохранительного клапана и с входами первого и второго подпиточных клапанов, выходы которых соединены с соответствующими силовыми гидравлическими магистралями ЭГП, вал приводного двигателя кинематически соединен через вал регулируемого насоса с валом вспомогательного насоса. Датчик положения кинематически соединен с регулирующим органом регулируемого насоса, а своим электрическим выходом соединен с первым входом сумматора, второй электрический вход которого является управляющим входом ЭГП, а его электрический выход соединен с электрическим входом ЭГМУ.

Недостатками указанного ЭГП являются:

1 Уменьшение давления питания ЭГМУ при подаче рабочей жидкости от вспомогательного насоса одновременно на ЭГМУ и в подпиточные клапаны приводит к уменьшению коэффициента усиления, быстродействия ЭГМУ и, как следствие, к уменьшению полосы пропускания на верхних частотах отработки управляющего воздействия.

2 Значительная зона нечувствительности к смене знака управляющего воздействия вследствие относительно высокого давления подпитки.

3 Большое тепловыделение от работы вспомогательного насоса при необходимом значении давления и подачи, особенно в статическом режиме работы ЭГП. Это снижает КПД и определяет наличие отдельной системы охлаждения в составе ЭГП.

4 Повышенное давление подпитки силовых гидравлических магистралей приводит к значительным утечкам в регулируемом насосе и гидродвигателе. Требуется время для создания требуемого перепада давления на гидродвигателе для восполнения этих утечек и преодоления момента или усилия трения в гидродвигателе.

Изобретение направлено на увеличение диапазона регулирования и улучшение динамических характеристик ЭГП, в частности на уменьшение зоны нечувствительности при управляющем воздействии малой частоты и амплитуды, на увеличение полосы пропускания при отработке управляющего воздействия, а также на эффективное использование гидравлической энергии, т.е. на повышение КПД ЭГП.

Технический результат достигается тем, что в ЭГП, содержащий приводной двигатель, кинематически соединенный с ним регулируемый насос (РН), гидродвигатель, позиционный электрогидравлический механизм управления (ПЭГМУ), состоящий из датчика положения, сумматора и ЭГМУ, вспомогательный насос, кинематически связанный с валом РН, предохранительный клапан, первый и второй подпиточные клапаны, пополнительный бак, исполнительный механизм, кинематически соединенный с валом или штоком гидродвигателя, гидродвигатель и РН связаны объемно-замкнутыми силовыми гидравлическими магистралями, вход вспомогательного насоса и выход предохранительного клапана соединены с пополнительным баком, а выход вспомогательного насоса — с входом предохранительного клапана, и с входами первого и второго подпиточных клапанов, выходы которых соединены с соответствующими объемно-замкнутыми силовыми гидравлическими магистралями ЭГП, механический вход датчика положения кинематически соединен с выходом ЭГМУ и с регулирующим органом РН, а электрический выход соединен с первым входом сумматора, второй электрический вход которого является управляющим входом для ЭГП, а выход сумматора соединен с управляющим электрическим входом ЭГМУ, введены дополнительный вспомогательный насос, кинематически связанный с валом РН, и дополнительный предохранительный клапан. Вход дополнительного вспомогательного насоса соединен с пополнительным баком, а его выход — с входом дополнительного предохранительного клапана и с гидравлическим входом ЭГМУ, выход дополнительного предохранительного клапана соединен с пополнительным баком, причем давление питания ПЭГМУ РпитПЭГМУ, подаваемое от дополнительного вспомогательного насоса, определяется соотношением (Кулагин А.В. и др. Основы теории и конструирования объемных гидропередач. М.: Машиностроение. 1969 г. стр. 334):

где РпитПЭГМУ — давление питания ПЭГМУ,

τ — постоянная времени ПЭГМУ,

а — периметр дросселирующей щели,

ψ — эквивалентный коэффициент расхода,

F — площадь, например, управляющего поршня ПЭГМУ,

ρ — плотность рабочей жидкости,

ΔРзап1 — запас давления, назначаемый в зависимости от конструктивных особенностей, технологического состояния и требований к виброустойчивости ЭГМУ, при этом давление подпитки, подаваемое от вспомогательного насоса через первый и второй подпиточные клапаны в объемно-замкнутые силовые гидравлические магистрали ЭГП РпитСГМ, для устранения кавитации в них, определяется соотношением (Башта Т. М. Машиностроительная гидравлика. Справочное пособие. М.: Машгиз 1963 г. стр. 94-96):

где РпитСГМ_ давление подпитки объемно-замкнутых силовых гидравлических магистралей ЭГП,

к — коэффициент, характеризующий тип гидромашины,

ρ — плотность рабочей жидкости,

v — скорость вытеснителя (например, поршня) гидромашины,

Pt — давление насыщенных паров рабочей жидкости,

ΔРзап2 — запас давления, назначаемый в зависимости от конструктивных особенностей РН и гидродвигателя и обеспечивающий виброустойчивость ЭГП.

Но при этом давление подпитки объемно-замкнутых силовых гидравлических магистралей РпитСГМ должно быть не менее давления, рекомендуемого в паспортах элементов ЭГП, особенно на входе всасывающей гидравлической магистрали РН и на выходе гидродвигателя, давление настройки дополнительного предохранительного клапана соответствует давлению питания ПЭГМУ (РпитПЭГМУ) (1), а давление настройки предохранительного клапана соответствует давлению подпитки объемно-замкнутых силовых гидравлических магистралей РпитСГМ (2) ЭГП с учетом потерь давления на первом и втором подпиточных клапанах и присоединенных к ним гидравлических линий.

На фиг. 1 приведена структурная схема электрогидравлического привода. На фиг. 2 показано сравнение развиваемых мощностей одного вспомогательного насоса в составе ЭГП и развиваемых мощностей двух предлагаемых вспомогательных насосов.

ЭГП (фиг. 1) содержит приводной двигатель 1, кинематически связанный с ним РН 2, гидродвигатель 3, ПЭГМУ 4, состоящий из датчика положения 5, сумматора 6 и ЭГМУ 7, вспомогательный насос 8, кинематически связанный с валом РН 2, предохранительный клапан 9, первый 10 и второй 11 подпиточные клапаны, пополнительный бак 12, исполнительный механизм 13, кинематически соединенный с валом или штоком гидродвигателя 3, гидродвигатель 3 и РН 2 связаны объемно-замкнутыми силовыми гидравлическими магистралями 14 и 15, вход вспомогательного насоса 8 и выход предохранительного клапана 9 соединены с пополнительным баком 12, а выход вспомогательного насоса 8 — с входом предохранительного клапана 9 и с входами первого 10 и второго 11 подпиточных клапанов, выходы которых соединены с соответствующими объемно-замкнутыми силовыми гидравлическими магистралями 14, 15, механический вход датчика положения 5 кинематически соединен с выходом ЭГМУ 7 и с регулирующим органом РН 2, а электрический выход соединен с первым входом сумматора 6, второй электрический вход которого является управляющим входом ЭГП, а выход сумматора 6 соединен с управляющим электрическим входом ЭГМУ 7.

В ЭГП введены дополнительный вспомогательный насос 16, кинематически связанный с валом РН 2, и дополнительный предохранительный клапан 17, вход дополнительного вспомогательного насоса 16 соединен с пополнительным баком 12, а его выход — с входом дополнительного предохранительного клапана 17 и с гидравлическим входом ПЭГМУ 4, выход дополнительного предохранительного клапана 17 соединен с пополнительным баком 12, причем давление питания ПЭГМУ 4 РпитПЭГМУ определяется соотношением (1), а давление подпитки, подаваемое через первый 10 и второй 11 подпиточные клапаны в силовые объемно-замкнутые гидравлические магистрали 14, 15 РпитСГМ определяется соотношением (2). При этом давление подпитки объемно-замкнутых силовых гидравлических магистралей 14, 15 должно быть не менее давления, рекомендуемого в паспортах элементов электрогидравлического привода, особенно на входе всасывающей гидравлической магистрали РН 2 и на входе гидродвигателя 3, давление настройки дополнительного предохранительного клапана 17 соответствует давлению питания ПЭГМУ 4, а давление настройки предохранительного клапана 9 соответствует давлению подпитки объемно-замкнутых силовых гидравлических магистралей 14, 15, с учетом дополнительных потерь давления на первом 10 и втором 12 подпиточных клапанах и присоединенных к ним гидравлических линий. Кинематическая связь вала приводного двигателя 1 с валами РН 2, вспомогательного насоса 8, дополнительного вспомогательного насоса 16 может быть выполнена непосредственно напрямую с каждым из насосов либо через валы указанных насосов, соединяемых в любой комбинации, последовательно или параллельно.

При вращении вала приводного двигателя 1 и кинематически связанных с ним валов РН 2, вспомогательного насоса 8, дополнительного вспомогательного насоса 16, вспомогательный насос 8 и дополнительный вспомогательный насос 16 всасывают рабочую жидкость из пополнительного бака 12. Дополнительный вспомогательный насос 16 подает рабочую жидкость на вход дополнительного предохранительного клапана 17 и на гидравлический вход ПЭГМУ 4, при этом возникает давление, равное давлению питания ПЭГМУ 4, определяемое настройкой дополнительного предохранительного клапана 17. Вспомогательный насос 8 подает рабочую жидкость на вход предохранительного клапана 9 и на входы подпиточных клапанов 10 и 11 по присоединенным к ним гидравлическим линиям, при этом возникает давление, определяемое настройкой предохранительного клапана 9, равное давлению подпитки объемно-замкнутых силовых гидравлических магистралей 14, 15, с учетом дополнительных потерь давления на первом 10 и втором 11 подпиточных клапанах и присоединенных к ним гидравлических линий. С выходов предохранительных клапанов 9, 17 рабочая жидкость поступает в пополнительный бак 12. С выходов первого 10 и второго 11 подпиточных клапанов рабочая жидкость поступает в силовые объемно-замкнутые гидравлические магистрали 14, 15 соответственно, подпитывая РН 2 и гидродвигатель 3, восполняя утечки.

Электрический сигнал с датчика положения 5 поступает на первый вход сумматора 6, образуя отрицательную обратную связь по положению регулирующего органа РН 2. На второй вход сумматора 6 подается управляющий электрический сигнал Uупр. Результирующий электрический сигнал с выхода сумматора 6 поступает на электрический вход ЭГМУ 7.

При отсутствии управляющего сигнала Uупр РН 2 с регулирующим органом, находящемся в нейтральном (нулевом) положении, подачу рабочей жидкости не производит, поэтому вал (шток) гидродвигателя 3 неподвижен. На электрическом входе ЭГМУ 7 формируется сигнал, как разность управляющего воздействия Uупр. и сигнала обратной связи с датчика положения 5, кинематически связанного с регулирующим органом РН 2. При увеличении на втором входе сумматора 6 управляющего воздействия Uупр. пропорционально изменяется положение регулирующего органа РН 2 и, соответственно, обеспечивается подача рабочей жидкости в одну из объемно-замкнутых силовых гидравлических магистралей 14 или 15 (напорная гидролиния). После начала движения вала (штока) гидродвигателя 3, рабочая жидкость возвращается по одной из объемно-замкнутых силовых гидравлических магистралей 15 или 14 (сливная магистраль) в РН 2. Пропорционально управляющему воздействию Uупр. перемещается регулирующий орган РН 2 и с пропорциональной скоростью перемещается исполнительный механизм 13.

Исследования в АО «ВНИИ «Сигнал» показали следующее. При отсутствии управляющего сигнала Uупр. в обеих объемно-замкнутых силовых гидравлических магистралях 14 и 15 устанавливается давление подпитки, поэтому в обеих магистралях 14 и 15, РН 2 и гидродвигателе 3 появляются начальные утечки рабочей жидкости. В элементах ходовой части гидродвигателя 3 имеются гидромеханические потери, увеличивающиеся с увеличением давления подпитки. С увеличением управляющего сигнала Uупр. увеличивается давление в одной из объемно-замкнутых силовых гидравлических магистралей 14 или 15 и соответственно, растет величина утечек из РН 2, и особенно из гидродвигателя 3, увеличиваясь до значительной величины.

Давление в одной из объемно-замкнутых силовых гидравлических магистралей 14 или 15 возрастает до давления страгивания, после чего вал (шток) гидродвигателя 3 начинает перемещаться, при этом утечки в гидродвигателе 3 уменьшаются до величины, пропорциональной перепаду давления в объемно-замкнутых силовых гидравлических магистралях 14 или 15. Особенно это характерно для гидродвигателей типа аксиально-поршневых гидромоторов с наклонным диском и гидростатическими опорами. Величины давления страгивания и утечек до и после начала движения исполнительного механизма 13 определяют величину минимальной устойчивой скорости гидродвигателя 3.

Уменьшение давления питания объемно-замкнутых силовых гидравлических магистралей 14, 15 по сравнению с давлением питания ЭГМУ 7 при их раздельном питании обеспечивает уменьшение величины утечек рабочей жидкости и гидромеханических потерь в гидродвигателе 3, особенно в гидромоторах аксиально-поршневого типа с наклонным диском и гидростатическими опорами (до 100 раз). Кроме того, снижение давления питания объемно-замкнутых силовых гидравлических магистралей уменьшает зону нечувствительности ЭГП и, соответственно, уменьшает запаздывание на низких частотах, особенно при смене знака скорости движения на выходе гидродвигателя 3. При этом минимальное значение давления подпитки объемно-замкнутых силовых гидравлических магистралей 14, 15 выбирается по условиям, исключающим кавитацию в них или не менее давления, рекомендованного в паспортах элементов ЭГП, например, для входа в РН 2 или для выхода из гидродвигателя 3.

Кроме того, возможность повышения давления питания ПЭГМУ 4, а именно ЭГМУ 7, например типа «сопло-заслонка-золотник», как свидетельствует выражение (1) для постоянной времени ПЭГМУ 4, приводит к улучшению динамических показателей ЭГП, так как постоянная времени т уменьшается, соответственно, увеличивается полоса пропускания ЭГП. Таким образом, повышается точность отработки управляющих воздействий в расширенном диапазоне как низких, так и высоких частот.

На фиг. 2 показано сравнение мощностей подводимой энергии к ПЭГМУ 4 и объемно-замкнутым силовым гидравлическим магистралям 14, 15, где N1 = РпитПЭГМУ ⋅ QпитПЭГМУ — мощность, подводимая к ПЭГМУ 4;

N2 = РпитСГМ ⋅ QпитСГМ — мощность, подводимая к объемно-замкнутым силовым гидравлическим магистралям 14, 15, в качестве подпитки, где РпитПЭГМУ_ давление питания ПЭГМУ 4;

QпитПЭГМУ — расход рабочей жидкости в ПЭГМУ 4;

РпитСГМ_ давление питания силовых гидравлических магистралей 14, 15;

QпитСГМ_ расход рабочей жидкости для подпитки силовых гидравлических магистралей 3, 4.

В случае наличия предлагаемых двух вспомогательных насосов 8, 16, подводимая мощность равна N1+N2. В случае наличия одного вспомогательного насоса (прототип) подводимая мощность равна N1+N2+N3, где N3 = (PпитПЭГМУ — РпитСГМ) QпитСГМ — сэкономленная мощность (достигающая до 40% по отношению к подводимой мощности прототипа). Соотношения (для наглядности) приведены из условия одинакового давления питания ПЭГМУ в прототипе и в предлагаемом ЭГП.

Таким образом, повышается КПД ЭГП, уменьшается тепловыделение в ЭГП, снижается масса и энергоемкость оборудования, охлаждающего рабочую жидкость.

Испытания, проведенные в АО «ВНИИ «Сигнал», подтвердили эффективность предлагаемых технических решений.

Электрогидравлический привод, содержащий приводной двигатель, кинематически соединенный с ним регулируемый насос, гидродвигатель, позиционный электрогидравлический механизм управления, состоящий из датчика положения, сумматора и электрогидравлического механизма управления, вспомогательный насос, кинематически связанный с валом регулируемого насоса, предохранительный клапан, первый и второй подпиточные клапаны, пополнительный бак, исполнительный механизм, кинематически соединенный с валом или штоком гидродвигателя, гидродвигатель и регулируемый насос связаны объемно-замкнутыми силовыми гидравлическими магистралями, вход вспомогательного насоса и выход предохранительного клапана соединены с пополнительным баком, а выход вспомогательного насоса — с входом предохранительного клапана и с входами первого и второго подпиточных клапанов, выходы которых соединены с соответствующими объемно-замкнутыми силовыми гидравлическими магистралями электрогидравлического привода, механический вход датчика положения кинематически соединен с выходом электрогидравлического механизма управления и с регулирующим органом регулируемого насоса, а электрический выход соединен с первым входом сумматора, второй электрический вход которого является управляющим входом для электрогидравлического привода, а выход сумматора соединен с управляющим электрическим входом электрогидравлического механизма управления, отличающийся тем, что в него введены дополнительный вспомогательный насос, кинематически связанный с валом регулируемого насоса, и дополнительный предохранительный клапан, вход дополнительного вспомогательного насоса соединен с пополнительным баком, а его выход — с входом дополнительного предохранительного клапана и с гидравлическим входом позиционного электрогидравлического механизма управления, выход дополнительного предохранительного клапана соединен с пополнительным баком, причем давление питания позиционного электрогидравлического механизма управления, подаваемое от дополнительного вспомогательного насоса, определяется соотношением

где РпитПЭГМУ — давление питания позиционного электрогидравлического механизма управления;

τ — постоянная времени позиционного электрогидравлического механизма управления;

а — периметр дросселирующей щели;

ψ — эквивалентный коэффициент расхода;

F — площадь, например, управляющего поршня позиционного электрогидравлического механизма управления;

ρ — плотность рабочей жидкости;

ΔРзап1 — запас давления, назначаемый в зависимости от конструктивных особенностей, технологического состояния и требований к виброустойчивости электрогидравлического механизма управления,

при этом давление подпитки, подаваемое от вспомогательного насоса через первый и второй подпиточные клапаны в объемно-замкнутые гидравлические магистрали электрогидравлического привода для устранения кавитации в них, определяется соотношением

где РпитСГМ — давление подпитки объемно-замкнутых силовых гидравлических магистралей электрогидравлического привода,

к — коэффициент, характеризующий тип гидромашины;

ρ — плотность рабочей жидкости;

v — скорость вытеснителя (например, поршня) гидромашины;

Pt — давление насыщенных паров рабочей жидкости;

ΔРзап2 — запас давления, назначаемый в зависимости от конструктивных особенностей регулируемого насоса и гидродвигателя и обеспечивающий виброустойчивость электрогидравлического привода, но при этом давление подпитки объемно-замкнутых силовых гидравлических магистралей должно быть не менее давления, рекомендуемого в паспортах элементов электрогидравлического привода, особенно на входе всасывающей гидравлической магистрали регулируемого насоса и на выходе гидродвигателя, давление настройки дополнительного предохранительного клапана соответствует давлению питания позиционного электрогидравлического механизма управления, а давление настройки предохранительного клапана соответствует давлению подпитки объемно-замкнутых силовых гидравлических магистралей электрогидравлического привода с учетом дополнительных потерь давления на первом и втором подпиточных клапанах и присоединенных к ним гидравлических линий.

Электрогидравлический привод

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в регулируемых объемно-замкнутых электрогидравлических приводах (ЭГП). Привод содержит регулируемый аксиально-поршневой насос (РАПН) с электрогидравлическим механизмом управления, гидродвигатель, датчик положения люльки РАПН, приводной двигатель, предохранительный клапан, первый и второй подпиточные клапаны, пополнительный бак, сумматор, вспомогательный насос, введены первый и второй антикавитационные клапаны, входы которых гидролинией соединены с выходом предохранительного клапана и с пополнительным баком, а выходы — с соответствующими силовыми магистралями гидродвигателя, при этом третий и четвертый каналы гидрораспределителя второго каскада соединены между собой через гидродроссель и каждый из них гидролиниями соединен с соответствующими силовыми магистралями гидродвигателя. Технический результат — повышение надежности ЭГП в случае выхода из строя приводного двигателя ЭГП. 1 ил.

 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в регулируемых объемно-замкнутых электрогидравлических приводах.

Известен электрогидравлический привод (ЭГП) по патенту РФ №2646169 «Электрогидравлический привод», принятый за прототип.

Данный ЭГП содержит регулируемый аксиально-поршневой насос (РАПН) с электрогидравлическим механизмом управления и гидродвигатель, кинематически соединенный с объектом регулирования, датчик положения люльки РАПН, приводной двигатель, предохранительный клапан, первый и второй подпиточные клапаны, пополнительный бак, сумматор, вспомогательный насос, при этом напорная гидролиния вспомогательного насоса соединена с гидравлическим входом механизма управления РАПН, а также с входом предохранительного клапана и с входами первого и второго подпиточных клапанов, выходы которых соединены с силовыми магистралями гидродвигателя, вход вспомогательного насоса и выход предохранительного клапана соединены с пополнительным баком, электрический выход датчика положения люльки РАПН соединен с первым входом сумматора, второй вход которого является управляющим входом ЭГП, а выход сумматора соединен с электрическим входом электрогидравлического механизма управления РАПН, вал приводного двигателя кинематически соединен с входными валами РАПН и вспомогательного насоса, третий и четвертый подпиточные клапаны, двухкаскадный двухпозиционный четырехлинейный гидрораспределитель, состоящий из гидрораспределителя первого каскада с электромагнитным управлением и гидрораспределителя второго каскада с гидравлическим управлением, при этом напорная гидролиния вспомогательного насоса соединена со входами третьего и четвертого подпиточного клапанов, выходы которых соединены с соответствующими силовыми магистралями РАПН, напорная гидролиния вспомогательного насоса дополнительно соединена с первым каналом, а также с третьим заглушенным каналом гидрораспределителя первого каскада, четвертый канал гидрораспределителя первого каскада соединен с управляющим гидравлическим входом гидрораспределителя второго каскада, а второй канал гидрораспределителя первого каскада гидролинией соединен с пополнительным баком, первый и второй каналы гидрораспределителя второго каскада соединены между собой и каждый из них с соответствующей силовой магистралью РАПН, а третий и четвертый каналы гидрораспределителя второго каскада разъединены между собой и соединены с соответствующей силовой магистралью гидродвигателя.

Недостатками данного ЭГП являются:

1. При перемещении объекта регулирования с большой скоростью и в случае выхода из строя приводного двигателя ЭГП, объект регулирования переходит в неуправляемый режим перемещения по инерции. Данная аварийная ситуация, приводит к выходу из строя гидродвигателя ЭГП и элементов конструкции объекта регулирования,

2. Кроме того, при не работающем приводном двигателе происходит разрыв потока рабочей жидкости во всасывающей силовой магистрали гидродвигателя, переходящего в этом случае в насосный режим работы, ввиду отсутствия давления подпитки рабочей жидкости от вспомогательного насоса.

3. Разрыв потока рабочей жидкости сопровождается выделением воздуха из растворенного состояния в рабочей жидкости в нерастворенное, что отрицательно отразится на технических характеристиках ЭГП, таких как точность отработки управляющего входного сигнала и ресурс работы ЭГП.

Целью предлагаемого изобретения является повышение надежности ЭГП в случае выхода из строя приводного двигателя ЭГП при перемещении объекта регулирования с большой скоростью, с сохранением работоспособности гидродвигателя из состава ЭГП и элементов конструкции объекта регулирования, посредством ограничения скорости потока рабочей жидкости через гидродвигатель, за счет введения гидродросселя в гидролинию, соединяющую третий и четвертый каналы гидрораспределителя второго каскада, а также посредством уменьшения загазованности рабочей жидкости путем введения в состав ЭГП двух антикавитационных клапанов.

Данная техническая задача решается тем, что в электрогидравлический привод, содержащий РАПН с электрогидравлическим механизмом управления и гидродвигатель, кинематически соединенный с объектом регулирования, датчик положения люльки РАПН, приводной двигатель, предохранительный клапан, первый и второй подпиточные клапаны, пополнительный бак, сумматор, вспомогательный насос, при этом напорная гидролиния вспомогательного насоса соединена с гидравлическим входом механизма управления РАПН, а также с входом предохранительного клапана и с входами первого и второго подпиточных клапанов, выходы которых соединены с силовыми магистралями гидродвигателя, вход вспомогательного насоса и выход предохранительного клапана соединены с пополнительным баком, электрический выход датчика положения люльки РАПН соединен с первым входом сумматора, второй вход которого является управляющим входом ЭГП, а выход сумматора соединен с электрическим входом электрогидравлического — механизма управления РАПН, вал приводного двигателя кинематически соединен с входными валами РАПН и вспомогательного насоса, третий и четвертый подпиточные клапаны, двухкаскадный двухпозиционный четырехлинейный гидрораспределитель, состоящий из гидрораспределителя первого каскада с электромагнитным управлением и гидрораспределителя второго каскада с гидравлическим управлением, при этом напорная гидролиния вспомогательного насоса соединена со входами третьего и четвертого подпиточного клапанов, выходы которых соединены с соответствующими силовыми магистралями РАПН, напорная гидролиния вспомогательного насоса дополнительно соединена с первым каналом, а также с третьим заглушенным каналом гидрораспределителя первого каскада, четвертый канал гидрораспределителя первого каскада соединен с управляющим гидравлическим входом гидрораспределителя второго каскада, а второй канал гидрораспределителя первого каскада гидролинией соединен с пополнительным баком, первый и второй каналы гидрораспределителя второго каскада соединены между собой и каждый из них с соответствующей силовой магистралью РАПН, введены первый и второй антикавитационные клапаны, входы которых гидролинией соединены с выходом предохранительного клапана и с пополнительным баком, а выходы с соответствующими силовыми магистралями гидродвигателя, при этом третий и четвертый каналы гидрораспределителя второго каскада соединены между собой через гидродроссель и каждый из них гидролиниями соединен с соответствующими силовыми магистралями гидродвигателя.

Изобретение поясняется чертежом, на котором представлена схема заявляемого электрогидравлического привода.

В заявляемый ЭГП, содержащий РАПН 1 с электрогидравлическим механизмом управления 2 и датчиком положения люльки 3, приводимый в действие приводным двигателем 4, гидродвигатель 5, кинематически соединенный с объектом регулирования 6, сумматор 7, пополнительный бак 8, предохранительный клапан 9, первый 10, второй 11, третий 12 и четвертый 13 подпиточные клапаны, вспомогательный насос 14, кинематически соединенный с валом РАПН 1, причем всасывающая гидролиния 15 вспомогательного насоса 14 соединена с пополнительным баком 8, напорная гидролиния 16 вспомогательного насоса 14 соединена с гидравлическим входом электрогидравлического механизма управления 2, а через предохранительный клапан 9 с пополнительным баком 8, напорная гидролиния 16 вспомогательного насоса 14 также соединена с входами первого 10 и второго 11 подпиточных клапанов, выходы которых гидролиниями соединены с соответствующими силовыми магистралями 17 и 18 гидродвигателя 5, электрический выход датчика положения люльки 3 соединен с первым входом сумматора 7, второй вход которого является управляющим входом ЭГП, а выход сумматора 7 соединен с электрическим входом электрогидравлического механизма управления 2, двухкаскадный четырехлинейный двухпозиционный гидрораспределитель 19 с гидрораспределителем первого каскада 20 с электромагнитным управлением и гидрораспределителем второго каскада 21 с гидравлическим управлением, при этом напорная гидролиния 16 вспомогательного насоса 14 соединена со входами третьего 12 и четвертого 13 подпиточных клапанов, выходы которых соединены с соответствующими силовыми магистралями 22 и 23 РАПН 1, напорная гидролиния 16 вспомогательного насоса 14 соединена с первым каналом, который соединен с третьим заглушенным каналом гидрораспределителя первого каскада 20, четвертый канал которого соединен с гидравлическим управляющим входом гидрораспределителя второго каскада 21 и со своим вторым каналом, который гидролинией соединен с пополнительным баком 8, первый и второй каналы гидрораспределителя второго каскада 21 соединены между собой и каждый из них с соответствующими силовыми магистралями 22, 23 РАПН 1, введены первый 24 и второй 25 антикавитационные клапаны входы которых гидролинией соединены с выходом предохранительного клапана 9 и с пополнительным баком 8, а их выходы с соответствующими силовыми магистралями 17, 18 гидродвигателя 5, при этом третий и четвертый каналы гидрораспределителя второго каскада 21 соединены между собой через вновь введенный гидродроссель 26 и каждый из них гидролиниями соединен с соответствующими силовыми магистралями 17, 18 гидродвигателя 5.

Повышение надежности ЭГП в результате выхода из строя приводного двигателя ЭГП или его аварийного отключения от электрической сети осуществляется следующим образом.

При работе ЭГП в динамическом режиме и выходе из строя приводного двигателя 4 вспомогательный насос 14 перестает создавать давление подпитки, в результате рабочая жидкость через предохранительный клапан 9 и гидрораспределитель первого каскада с электромагнитным управлением 20 не поступает на гидравлически управляемый вход гидрораспределителя второго каскада 21, вследствие чего гидрораспределитель 21 переходит с позиции II в позицию I, соединяя через гидродроссель 26 третий и четвертый каналы гидрораспределителя 21 с силовыми магистралями 17 и 18 соответственно. В результате чего в силовых магистралях 17, 18 соединенных с гидродвигателем 5 давление подпитки исчезает, объект регулирования 6 переходит в неуправляемый режим перемещения по инерции, а гидродвигатель 5 переходит в насосный режим работы, при этом рабочая жидкость из одной силовой магистрали например 17 перемещается в другую — 18. Вследствие этого уменьшается давление, например в силовой магистрали 17, что приводит к открытию антикавитационного клапана 24 и рабочая жидкость из пополнительного бака 8 через предохранительный клапан 9 поступает на вход антикавитационного клапана 24 и далее в силовую магистраль 17. При изменении направления перемещения вала (штока) гидродвигателя 5 аналогично срабатывает симметрично расположенный антикавитационный клапан 25.

Поступление рабочей жидкости из пополнительного бака 8 через антикавитационный клапан 24 или 25 в соответствующие силовые магистрали 17 или 18 гидродвигателя 5, предотвращает разрыв потока рабочей жидкости, сопровождаемый выделением воздуха из растворенного состояния рабочей жидкости в нерастворенное, следствием чего является отсутствие кавитационных явлений в гидродвигателе 5 и гидроаппаратуре ЭГП. При последующей работе ЭГП в его рабочей жидкости будет отсутствовать нерастворенный воздух, благодаря чему будет сохраняться точность отработки ЭГП управляющего входного сигнала.

Рабочая жидкость, например, из силовой магистрали 18 перетекает по гидролинии, соединенной с третьим каналом гидрораспределителя второго каскада 21 и через гидродроссель 26 в гидролинию, соединяющую четвертый канал гидрораспределителя 21 с силовой магистралью 17, при этом создается противодавление, что приводит к уменьшению скорости перемещения объекта регулирования 6, а также сокращению времени до его полной остановки и уменьшению пройденного им пути.

Таким образом, повышается надежность ЭГП за счет уменьшения скорости и пути перемещения объекта регулирования 6, в результате сохраняется целостность гидродвигателя 5, а также элементов конструкции объекта регулирования 6 и уменьшается загазованность рабочей жидкости.

Дополнительным положительным техническим эффектом заявляемого изобретения является возможность осуществления ручного перемещения объекта регулирования 6, при отсутствии управляющего сигнала на электрическом входе гидрораспределителя первого каскада с электромагнитным управлением 20 для проведения технического обслуживания ЭГП или его установки в требуемое положение (наведение).

Таким образом, заявляемый ЭГП выполняет заявленные цели изобретения, что подтверждается его положительными испытаниями в АО «ВНИИ «Сигнал».

Электрогидравлический привод, содержащий регулируемый аксиально-поршневой насос (РАПН) с электрогидравлическим механизмом управления и гидродвигатель, кинематически соединенный с объектом регулирования, датчик положения люльки РАПН, приводной двигатель, предохранительный клапан, первый и второй подпиточные клапаны, пополнительный бак, сумматор, вспомогательный насос, при этом напорная гидролиния вспомогательного насоса соединена с гидравлическим входом механизма управления РАПН, а также с входом предохранительного клапана и с входами первого и второго подпиточных клапанов, выходы которых соединены с силовыми магистралями гидродвигателя, вход вспомогательного насоса и выход предохранительного клапана соединены с пополнительным баком, электрический выход датчика положения люльки РАПН соединен с первым входом сумматора, второй вход которого является управляющим входом ЭГП, а выход сумматора соединен с электрическим входом электрогидравлического механизма управления РАПН, вал приводного двигателя кинематически соединен с входными валами РАПН и вспомогательного насоса, третий и четвертый подпиточные клапаны, двухкаскадный двухпозиционный четырехлинейный гидрораспределитель, состоящий из гидрораспределителя первого каскада с электромагнитным управлением и гидрораспределителя второго каскада с гидравлическим управлением, при этом напорная гидролиния вспомогательного насоса соединена со входами третьего и четвертого подпиточного клапанов, выходы которых соединены с соответствующими силовыми магистралями РАПН, напорная гидролиния вспомогательного насоса дополнительно соединена с первым каналом, а также с третьим заглушенным каналом гидрораспределителя первого каскада, четвертый канал гидрораспределителя первого каскада соединен с управляющим гидравлическим входом гидрораспределителя второго каскада, а второй канал гидрораспределителя первого каскада гидролинией соединен с пополнительным баком, первый и второй каналы гидрораспределителя второго каскада соединены между собой и каждый из них с соответствующей силовой магистралью РАПН, отличающийся тем, что в него введены первый и второй антикавитационные клапаны, входы которых гидролинией соединены с выходом предохранительного клапана и с пополнительным баком, а выходы — с соответствующими силовыми магистралями гидродвигателя, при этом третий и четвертый каналы гидрораспределителя второго каскада соединены между собой через вновь введенный гидродроссель и каждый из них гидролиниями соединен с соответствующими силовыми магистралями гидродвигателя.

Электрогидравлический преобразователь — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 4

Электрогидравлический преобразователь

Cтраница 4

В предыдущем параграфе были рассмотрены принципы построения электрогидравлических преобразователей для непрерывных входных и выходных сигналов и основные их элементы.  [46]

Сигнал управления переходным процессом формируется релейной приставкой электрогидравлического преобразователя. Эта приставка отрабатывает импульс прямоугольной формы заданной длительности и остаточный сигнал, затухающий по времени. Регулировка производится через клапан 1, открывающий слив рабочей жидкости из импульсной линии, чем резко снижается мощность турбины.  [48]

Как получается и какой является передаточная функция электрогидравлического преобразователя.  [49]

Испытания системы регулирования серийных турбин, оснащенных электрогидравлическими преобразователями ( ЭГП), могут быть произведены путем парового сброса нагрузки ( мгновенным закрытием только регулирующих клапанов) без отключения генератора от сети.  [50]

Перемещение катушек реле 4 используется для управления электрогидравлическим преобразователем — усилителем гидравлического исполнительного механизма.  [51]

Испытания системы регулирования серийных турбин, оснащенных электрогидравлическими преобразователями ( ЭГП), могут быть произведены путем парового сброса нагрузки ( мгновенным закрытием только регулирующих клапанов) без отключения генератора от сети.  [52]

Ко второй группе устройств управления исполнительным механизмом относятся электрогидравлический преобразователь и гидроцилиндр, а объектом управления — собственно управляемый механизм. Датчики в этом случае фиксируют положение управляющего механизма.  [54]

На рис. 13.21 схематически показана одна из конструкций электрогидравлического преобразователя, являющегося исполнительным элементом автоматических регуляторов мощности паровых турбин. От знака и значения тока регулятора зависит количество масла, поступающего в двигатель приводного механизма регулирующих клапанов турбины.  [55]

На рис. 16.17 схематически показана одна из конструкций электрогидравлического преобразователя, являющегося исполнительным элементом автоматических регуляторов мощности паровых турбин. От знака и значения тока регулятора зависит количество масла, поступающего в двигатель приводного механизма регулирующих клапанов турбины. Электрогидравлический преобразователь состоит из магнитоэлектрического электромеханического преобразователя ЭМП и гидравлического усилителя ГУ с дроссельным золотником. Верхний конец подвижного штока через пружину 8 связан с установочным винтом 9, а на нижнем его конце закреплено отбойное кольцо 4 дроссельного золотника.  [56]

В тех случаях, когда для других типов электрогидравлических преобразователей можно будет воспользоваться аналогией с электропневматическими, эта возможность сокращения объема книги также будет использована.  [57]

Страницы:      1    2    3    4

Электрогидравлический барабанный тормоз TKG Производители и поставщики — Китайский завод

Введение компании:

Henan Zhongyuan Brake Co., Ltd является фабрикой специального оборудования для крановых и подъемных механизмов. В настоящее время завод выпускает краны серии DRUM BRAKES TKG (TKG-160, TKG-200, TKG-300, TKG-400, TKG-500), серии ELECTRO-HYDRAULIC THRUSTERS TE (TE-30, TE-50, TE-80 ) для барабанных тормозов и резисторных коронок серии BR6F (аналог B6, BRF, BK).

Описание продуктов:

Тормоз TKG-300 V2 подъемная тяга 251.11.00.000-01 строительство и сборка гусеничного крана DEK-251, DEC-321 DEC-401 DEC-631 «-Chelyabinets» — смонтирована слева и справа от механизма, связанного с одним с каждой стороны с собственной шестерней, передачей крутящего момента от электродвигателя, а с другой — с барабанной сборкой для намотки подъемного троса. Ингибирование этой системы необходимо остановить и удерживать нагрузку, поднятую краном на определенной высоте. Когда тормозное устройство TAG-300U2 должно зажать и удерживать шкив тормозных колодок 2511-16-1.01, его механизм части, который является частью зубчатой втулки 251.11.08.000, соединенной с половиной соединения 06.01.2511.


Тормоз TAG-300U2 имеет привод (380 В, 3 фазы, 50 Гц), приводной механизм тормозной колодки, зажимающий и отпускающий тормозной шкив 2511-16-1.01 — электрогидравлический.

Чокты TYPE TAG

Подлокотники предназначены для остановки и удержания валов механизмов (в основном из машин для обработки материалов) в заторможенном состоянии с нерабочим приводом. Монтаж вертикально с горизонтальной осью на механизмах тормозного шкива, работающих в условиях пожароопасности. При установке на механизмы, работающие на открытом воздухе, необходимо защищать кожух от падающего дождя и действия солнечной радиации.

Основные технические характеристики и характеристики, общие и монтажные размеры. Параметры тормоза электрогидравлические толкатели. Тормозной тормоз TKG-160 200-TCG-TCG 300 TCG 400 TCG 500, тормозной момент, Нм, не менее 100 300 800 1500 2500 диаметр шкива, мм 160 200 300 400 500 Тип толкатель FC-30 FC-30 FC -50 FC- 80 FC-80 Номинальное напряжение V 380 380 380 380 380 Частота, Гц 50 50 50 50 50 Потребляемая мощность, Вт, не более 160 160 250 370 370 Средняя сила на стержне толкателя, H 300 300 500 800 800 Труды толкателя стержень, мм 32 32 65 65 65 Масса тормоза, кг 30 34 68113188.

Структура и принцип работы.

Тормоз состоит из механизма тормозного рычага, а механизм рычага электрогидравлического тормоза толкателя состоит из следующих основных частей: основание, на котором расположены рычаги с губками, регулировочные эксцентрики и пружинный стержень. На холостом плунжере под действием сжатого пружинного рычага нажимают подушки на поверхность тормозного диска. Когда толкатель толкает свою поршневую штангу вверх, рычаги, освобожденные от действия пружины, расходятся с растормаживной шкив. Расторжение завершено, когда стержень самого верхнего положения плунжера. Режим электрогидравлического толкателя допустимое количество масляных штемпелей включения для различных температур окружающей среды определяется с помощью толкателя данных, установленного на тормозе.

Тормоз TAG используется практически во всех российских башенных и мостовых кранах, в частности при движении подъемных устройств и механизмов крана, универсален и может использоваться в любых устройствах, где необходимо, чтобы шахта была неподвижной. Теперь трудно найти современный лебедкой или механизмами, в которых используются коробки передач, где я не буду использовать тормоз TCH. Он поставляется с серией толкателей и топливных элементов, предназначенных для удерживания редукторов и двигателей в запертом состоянии. Рама представляет собой деталь без механического толкателя. При нанесении напряжения функция удерживает диаметр шкива растормаживания от 100 до 800 мм. При включении в сеть толкателя работает с использованием движения штока до рычага, тем самым подталкивая подушки, удерживаемые шкивом. Долговечность механизма зависит от частоты его использования и обычно от трех до шести лет, после этого периода происходит ослабление и деформация основных движущихся частей, вследствие чего он не может выполнять свои функции должным образом. Цена тормоза TAG зависит от толкателя, который установлен на тормоз, потому что теперь было много китайских и российских поставщиков этих продуктов. Соответственно, цены на сталь для разных толкателей определяют качество сборки и срок службы толкателя.

Причины разрыва толкателя разные и могут состоять в утечке масла, нерегулярном сетевом напряжении и производственных дефектах, израсходованных на срок службы. Тормозные колодки теряют свои свойства из-за износа и могут быть полностью или частично заменены путем изменения прокладок. Тормозные тормозные колодки тормозных колодок снабжены фрикционной накладкой, которая надежно удерживает валы механизмов под действием силы трения.

Тормоз TKG-100, тормоз TKG-160 и тормоз TKG-200 могут быть оснащены толкателями серии TE-16, TE-25 и TE-30. Тормоз TKG-300 оснащен только толкателями TE-50 тормозом TKG-400, TAG- 500, оснащенные только толкателями TE-80 TKG-brake 600, могут быть оснащены толкателями TE-150, TE-160 и TE-200 тормозом TKG-700, оснащенными толкателями, только TE-200 Ex тормоз TAG завершал толкатели серии RV и MRI.

Размеры тормоза TKG

Технический параметр тормоза TKG

Hot Tags: электрогидравлический барабанный тормоз tkg, Китай, производители, поставщик, завод, индивидуальный

Роторный электрогидравлический двигатель — PatentDB.ru

Роторный электрогидравлический двигатель

Иллюстрации

Показать все

Устройство предназначено для использования в двигателестроении, преимущественно в силовых установках транспортных средств. Двигатель содержит управляющую систему, средства для осуществления мониторинга температуры и давления в рабочих камерах с электродами и технологической жидкостью, а также частоты вращения и крутящего момента на выходном звене, связанном с валом ротора, и подключенные к управляющей системе, систему формирования высоковольтных импульсов и систему подачи рабочей жидкости. Статор двигателя может перемещаться в радиальном направлении относительно ротора и имеет внутреннюю цилиндрическую полость, в которой установлен ротор с равномерно размещенными относительно вала рабочими камерами, по меньшей мере тремя. Ротор установлен внутри статора с эксцентриситетом, регулируемым путем радиальных перемещений статора от индивидуального приводного механизма, задаваемых управляющей системой по данным мониторинга. Рабочие камеры выполнены в виде размещенных в выступах ротора цилиндров замкнутого объема с подвижными плунжерами и исходным уровнем технологической жидкости. Достигается возможность регулирования выходных параметров двигателя путем изменения эксцентриситета и подаваемого на электроды импульса. Позволяет использовать двигатель в силовых установках транспортных средств, в частности легковых автомобилей, в качестве экономичного и экологичного двигателя, альтернативного ДВС. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Реферат

Изобретение относится к области двигателестроения и может быть использовано в различных отраслях машиностроения, в частности в транспортостроении, преимущественно в автомобилестроении.

Известны роторные электрогидравлические двигатели, содержащие статор с тангенциальными электрогидравлическими камерами и ротор с валом и выступами, образующими подвижные стенки рабочих камер, в каждой из которых размещена пара электродов, причем один закреплен на статоре, а другой — на роторе (а.с. SU 629356, 1978 г.; патент RU 2023908, 1994 г.) или, например, выполненные в виде гидроцилиндра, на валу (роторе) которого установлены перегородки, делящие объем цилиндра на две наполненные жидкостью камеры, и обхваты для восприятия давления, возникающего под действием электрогидравлического удара, формируемого в разрядной камере с технологической жидкостью и электродами, расположенной вне цилиндра и связанной шлангами с его камерами (патент RU 2088796, 1997 г.). Эти двигатели обладают недостаточными выходными параметрами.

Наиболее близким аналогом (прототипом) изобретения является роторный электрогидравлический двигатель по а.с. SU 1828942, 1993 г., содержащий выходное звено, статор, ротор, выполненный в виде закрепленного на его валу набора дисков с выступами, расположенными под одинаковым углом к валу, а также ряд размещенных в статоре и равномерно расположенных относительно вала ротора рабочих камер с установленными в них электродами, связанных трубопроводами с системой подачи технологической жидкости, включающей в себя гидроаккумулятор, насос и накопительную емкость. Управляющей системой служит набор распределителей с кулачками, размещенных между дисками. Электроды подключены к системе формирования высоковольтного импульса.

Вращение ротора обеспечивается за счет поочередного вдоль ряда формирования ударной волны при воссоединении определенных рабочих камер с выступами соответствующих им дисков. Изменение мощности двигателя регулируется числом участвующих в цикле дисков и камер.

К недостаткам прототипа следует отнести недостаточные выходные параметры двигателя и узкий диапазон регулирования этих параметров, отсутствие возможности реверса двигателя, в силу чего такой двигатель не пригоден для использования в силовых установках транспортных средств.

Задача изобретения — расширить область распространения технических средств, основанных на использовании электрогидравлического эффекта, и создать компактный, экономичный и экологичный двигатель для транспортных средств.

Технический результат, получаемый от использования изобретения, заключается в повышении выходной мощности двигателя и обеспечении автоматического регулирования момента и частоты вращения на выходном звене и реверса.

Технический результат достигается тем, что роторный электрогидравлический двигатель, содержащий статор, ротор с валом и расположенными под одинаковым углом к валу выступами, по меньшей мере тремя, рабочие камеры с технологической жидкостью и электродами, управляющую систему и подключенные к ней системы подвода технологической жидкости и формирования высоковольтных импульсов, а также связанное с валом ротора выходное звено, например выходной вал, согласно изобретению снабжен подключенными к управляющей системе средствами для осуществления мониторинга температуры и давления в рабочих камерах и частоты вращения и крутящего момента на выходном звене, и в нем рабочие камеры выполнены в виде размещенных в выступах ротора цилиндров замкнутого объема с подвижными плунжерами, электроды в них расположены под плунжерами, статор выполнен с возможностью радиальных перемещений относительно ротора от индивидуального подключенного к управляющей системе приводного механизма и имеет внутреннюю полость цилиндрической формы, а ротор установлен внутри этой полости с эксцентриситетом, регулируемым с помощью упомянутых перемещений статора, задаваемых управляющей системой по данным мониторинга.

Дополнительные отличия состоят в том, что:

— плунжеры имеют на выступающем из цилиндра торце тело вращения, например завальцованный ролик;

— рабочие камеры снабжены отражателями ударной волны в виде параболического дна цилиндра.

Предлагаемое решение взаимосвязи статора и ротора, а также выполнения и размещения рабочих камер обеспечивает:

— возможность создания большего момента за счет действия большего давления на большую площадь (сечения плунжеров) при наличии эксцентриситета и регулировки его величины;

— бесступенчатое изменение момента за счет плавного изменения эксцентриситета при неизменных параметрах электрического разряда;

— возможность плавного изменения выходной мощности двигателя за счет плавного регулирования момента и частоты вращения ротора, изменением величины подаваемого электрического сигнала;

— бесступенчатый реверс вращения выходного вала смещением оси статора относительно оси ротора.

К тому же исключена необходимость циркуляции жидкости при каждом цикле работы из рабочих камер двигателя на слив и обратно, что позволяет сэкономить электрическую энергию на работу системы подачи жидкости.

На представленных чертежах: на фиг.1 дан общий вид двигателя в разрезе; на фиг.2 — сечение А-А на фиг.1; на фиг.3 — разрез Б-Б на фиг.2; на фиг.4 — разрез В-В на фиг.2.

Статор 1 имеет внутреннюю гладкую цилиндрическую поверхность с осью «О1» и установлен в направляющих 2 рамы машины (на фиг. не показано) с возможностью радиальных перемещений от приводного механизма 3.

Ротор 4 с валом 5 установлен внутри статора 1 таким образом, что его ось «О2» смещена относительно оси «О1» полости статора 1 на величину эксцентриситета «е».

Выполнен ротор 4 с выступами 6, по меньшей мере тремя, равномерно расположенными на валу 5 под одинаковым углом к нему. В каждом выступе 6 размещена рабочая камера 7 в виде цилиндра 8 с параболическим дном и подвижным плунжером 9. Объем камеры 7 между дном и торцом плунжера 9 наполнен технологической жидкостью с исходным заданным уровнем, и ниже уровня установлены электроды 10 и 11 с разрядным промежутком 12. Число рабочих камер 7 определяется требуемой мощностью двигателя и должно быть нечетным, не менее трех.

Система формирования высоковольтных импульсов 13 представляет собой источник электрической энергии 14 и блок формирования высоковольтных импульсов 15, состоящий, например, из соединенных между собой последовательно генератора импульсов 16, транзисторного коммутатора 17 и повышающего трансформатора 18. Такое выполнение блока 15 наиболее оптимально, особенно при реализации изобретения на транспортном средстве, но он может быть выполнен и другим каким-либо известным образом. В конкретном примере исполнения (фиг.3) генератор импульсов 16 запитан от источника электроэнергии 14 и на выходе к нему подключен своим входом транзисторный коммутатор 17, имеющий по количеству рабочих камер число выходов, подключенных к соответствующим им входам повышающего трансформатора 18, который в свою очередь через цепь высокого напряжения подключен к соответствующему контактному кольцу подвода электрического питания 19, установленному на валу 5 ротора 4, и далее к рабочей камере 8. Контактное кольцо 19 на своем внутреннем диаметре имеет «контактное пятно», непрерывно касающееся контакта 20, вмонтированного в вал 5.

В качестве управляющей системы 21 служит микроконтроллер или может быть использован бортовой компьютер.

Объем камеры 7 и исходный уровень жидкости в ней устанавливается конструктивно и/или за счет определенного изменения эксцентриситета «е», исходя из условия обеспечения выходных служебных характеристик двигателя таких, как крутящий момент и частота вращения его выходного звена.

Для изменения объема технологической жидкости в рабочих камерах 7 в зонах заданных параметров служит управляемая от микроконтроллера 21 система подвода технологической жидкости 22, которая может иметь различное конструктивное исполнение, например, как показано на фиг.1, в виде наполненной рабочей жидкостью емкости 23 с насосом низкого давления 24, предохранительным переливным клапаном 25 и фильтром 26. Камеры 7 подключены к системе 22 через управляемые от микроконтроллера 21 электромагнитные клапаны 27, получающие электрические команды на открытие/закрытие по цепи управления, проходящей внутри вала 5 ротора 4 через контакт 28, вмонтированный в вал 5, и кольцо подвода электрического сигнала управления 29.

Электрод 11 соединен с контактом 20 электрической цепью питания, находящийся внутри вала 5, к которому подводится электрический ток от контактного кольца 19, подключенного к силовому выходу трансформатора 18 системы 13. Электрод 11 и цепь его питания внутри вала 5 ротора надежно изолированы от корпуса ротора 4 во избежание электрических потерь и короткого замыкания. Электрод 10 замкнут на массу ротора.

Приводной механизм 3 может иметь различное конструктивное исполнение, выбираемое в зависимости от назначения двигателя по соображениям экономичности, конструктивной целесообразности и надежности срабатывания. Его функция заключается в перемещении статора 1 относительно ротора 4 для регулировки выходных характеристик двигателя путем изменения эксцентриситета «е».

Системы 13 и 22, рабочие камеры 7 и приводной механизм 3 по цепи управления подключены к системе 21 через средства для обеспечения мониторинга по температуре и давлению в рабочих камерах 7, а также по частоте вращения и крутящему моменту на выходном звене, которые включают в себя быстросрабатывающие датчики температуры, например датчики сопротивления, и датчики давления, например пьезометрические, размещенные в цилиндрах 8, а также размещенные на выходном звене двигателя датчик частоты вращения, например датчик Холла, и датчик крутящего момента (на чертежах условно не показаны).

При пуске двигателя и включении источника электроэнергии 14 управляющая система 21 загружается, проводит мониторинг всех систем, т.е. отслеживает сигналы, поступающие от датчиков температуры, давления, частоты вращения выходного звена, крутящего момента, изменения эксцентриситета «е», угла поворота ротора, сравнивает их с заложенным в программу алгоритмом работы двигателя и подает команду на формирование электрических разрядов с определенной частотой и энергией в рабочие камеры 7, находящиеся между отметками 0° и 180° по ходу вращения ротора по часовой стрелке (фиг.1). По командам от системы 21 механизмом 3 перемещается статор 1 и устанавливается заданный эксцентриситет «е» между осью «О1» и «О2», что дает возможность изменять рабочий объем камеры 7 и, соответственно, управлять объемом рабочей жидкости, меняя таким образом выходные характеристики двигателя (момент и частоту вращения) в широком диапазоне. Блок формирования импульсов 15, генератор импульсов 16 и транзисторный коммутатор 17 соответствующим образом формируют импульсы установленной частоты и силы тока, которые в свою очередь повышающим трансформатором 18 преобразуются в импульсы высокого напряжения (20-30 кВ) и далее по высоковольтной цепи питания через контактное кольцо 19 подвода питания к контакту 20 подаются в промежуток 12 между электродами 10 и 11 соответствующей рабочей камеры 7.

При разрядах в камере 7 рабочая жидкость мгновенно «вскипает», образуется парогазовая смесь, которая, расширяясь, воздействует на плунжер 9. Последний, выдвигаясь из цилиндра 8, создает усилие на внутреннюю поверхность статора 1 и, благодаря эксцентриситету «е», составляющая компонента этого усилия, направленная по касательной к траектории вращения ротора 4, создает момент вращения ротора. Далее при прохождении камерой отметки около 180° по команде от микроконтроллера 21 прекращается подача импульсов в эту рабочую камеру, парогазовая смесь охлаждается и конденсируется, что приведет к резкому понижению давления в ней, и плунжер 9 переместится во внутрь цилиндра, а ротор 4 при этом завершит оборот по часовой стрелке от 180 до 0°. Описанный рабочий цикл повторяется для каждого из цилиндров, и подача разрядов в них производится с заданным углом опережения стартовой отметки (когда плунжеры 9 проходят отметку около 0°) по команде от микроконтроллера 21 в соответствии с алгоритмом и текущими условиями работы двигателя при определенных характеристиках (частота, напряжение).

Для изменения оборотов вращения и крутящего момента вала 5 ротора по команде от микроконтроллера 21 изменением эксцентриситета «е» с помощью приводного механизма 3 задается нужный объем рабочей камеры 7 с объемом технологической жидкости в ней и при необходимости подается командный сигнал по цепи управления от микроконтроллера 21 через кольцо подвода сигнала управления 29, контакта 28, вмонтированного в выходной вал 5, (фиг.2 и 4) на электромагнитный клапан 27 для его открытия, и система 22 через трубопроводы подает дополнительную или сливает лишнюю рабочую жидкость.

Охлаждение двигателя воздушное, поскольку самого вращения ротора 4 внутри статора 1 достаточно для создания движения потока воздуха с нужной скоростью и объемами для его охлаждения, для чего предусматриваются щели в статоре 1 и оптимальная форма ротора 4.

Тела качения, например ролики 30, завальцованные в торце плунжера 9, снижают трение ротора 4 о внутреннюю поверхность статора 1, что снижает нагрев двигателя, облегчает его запуск и в целом повышает общий КПД двигателя.

В двигателе предусмотрена также возможность реверса вала 5 (против часовой стрелки) для создания обратного хода машины за счет установки отрицательного эксцентриситета «е» приводным механизмом 3 по команде от микроконтроллера 21, соответствующего переноса стартовой отметки 0° и изменения порядка и последовательности (частоты и энергии) электрических разрядов внутри рабочих камер 7, что повышает гибкость управления и эффективность работы роторного электрогидродинамического двигателя в целом.

1. Роторный электрогидравлический двигатель, содержащий статор, ротор с валом и расположенными под одинаковым углом к валу выступами, по меньшей мере, тремя, рабочие камеры с технологической жидкостью и электродами, управляющую систему и подключенные к ней системы формирования высоковольтных импульсов и подачи технологической жидкости, а также связанное с валом ротора выходное звено, например выходной вал, отличающийся тем, что в нем имеются подключенные к управляющей системе средства для осуществления мониторинга температуры и давления в рабочих камерах, и частоты вращения, и крутящего момента на выходном звене, рабочие камеры выполнены в виде размещенных в выступах ротора цилиндров замкнутого объема с подвижными плунжерами и электроды в них расположены под плунжерами, статор выполнен с возможностью радиальных перемещений относительно ротора от подключенного к управляющей системе приводного механизма, которым он снабжен, и имеет внутреннюю полость цилиндрической формы, и ротор установлен внутри этой полости с эксцентриситетом, регулируемым путем упомянутых перемещений статора, задаваемых управляющей системой по данным мониторинга.

2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что плунжеры имеют на выступающем из цилиндра торце тело вращения, например завальцованный ролик.

3. Двигатель по п.1 или 2, отличающийся тем, что рабочие камеры снабжены отражателями ударной волны в виде параболического дна цилиндра.

Электрогидравлические приводы: Сделано в раю

Джейк Митчелл из Bosch Rexroth подчеркивает роль электрогидравлических решений в современных промышленных приложениях.

Созданные более 200 лет как эффективный и удобный способ передачи энергии множеству промышленных применений, гидравлические системы сегодня остаются в центре промышленных процессов в огромном спектре секторов.

Преимущества гидравлики и Industrie 4.0

Преимущества гидравлических систем остаются очевидными. Рентабельность и надежность по сравнению с альтернативами, огромное количество и плотность мощности, которую они могут обеспечить, означает, что в некоторых приложениях с высокими требованиями они остаются единственным вариантом. Обладая высокой устойчивостью к ударам и вибрации, они также могут поместиться в ограниченном пространстве благодаря своей компактной конструкции.

Как и в случае с любой другой системой в рамках промышленной обработки, разработчики гидравлических продуктов и систем постоянно совершенствуют свои технологии, чтобы идти в ногу с другими областями модернизации, не в последнюю очередь в направлении Индустрии 4.0 набирает обороты.

Принятие Индустрии 4.0 требует определенного уровня взаимодействия с другими системами, а также способности отслеживать фактические и ожидаемые проблемы производительности и активно реагировать на них, которые во многих случаях даже не рассматривались бы 20 лет назад. Это идет рука об руку с более широким желанием многих производителей подробно разобраться в работе отдельных систем, проблемах, влияющих на них, и передовых методах обслуживания.

Электрогидравлические приводы и возможности

Однако было бы неправильно предполагать, что Industry 4.0 — единственный драйвер изменений в области гидравлики. Во всех секторах давление на цены и рост цен на энергию требуют от производителей изучения всех аспектов проектирования и эксплуатации, чтобы гарантировать их максимальную эффективность. Между тем, все более жесткие местные, национальные и международные нормы в таких областях, как устойчивость, экологическая практика, здоровье и безопасность, требуют от разработчиков систем стремления интегрировать интеллектуальные компоненты, такие как интеллектуальные контроллеры, датчики и технологии мониторинга, в свои гидравлические системы.

Электрогидравлическая ось

: все в одном решении

Короче говоря, современные гидравлические системы должны обеспечивать эффективность, безопасность и возможность подключения, позволяя осуществлять постоянный мониторинг состояния (и реагировать на изменения в состоянии), не жертвуя при этом их уникальной способностью передавать мощность. Это привело к разработке гибридных или электрогидравлических решений, которые сочетают в себе возможности гидравлики с эффективностью, безопасностью и возможностью подключения электрических и электронных систем.

Фактически, электронизация дополнительно расширяет возможности гидравлических систем по мощности, поскольку она предлагает возможность более сложных последовательностей управления движением, гарантируя оптимальное использование крутящего момента в различных областях применения. Опираясь на закон Бернулли, согласно которому в идеальном состоянии более быстро текущая жидкость будет оказывать меньшее давление, самые современные датчики и гидравлические средства управления обеспечивают повышенную гибкость и изменчивость потока и давления, чтобы обеспечить оптимальную производительность, когда дело доходит до крутящего момента.

Регулируемая скорость и значение для подключенных гидроприводов

Более того, благодаря интенсивным исследованиям и разработкам ведущих игроков в этом секторе программная автоматизация стала реальной возможностью. Это означает, что гидравлическими системами во многих областях можно управлять с помощью тех же инструментов, что и электроприводы, что позволяет инженерам-проектировщикам использовать преимущества гидравлических систем, которые ранее были лишены этой возможности из-за ограниченных знаний и подготовки.

Электрогидравлические приводы: привод насоса с регулируемой скоростью

В новейших системных решениях для электрогидравлических приводов используются те же электронные блоки управления и логика, что и в электроприводах. Используя открытые стандарты, такие как интерфейсы Multi-Ethernet , они могут быть добавлены к горизонтально и вертикально подключенным к сети машинным архитектурам точно так же. Электрогидравлические оси вводятся в действие теми же инженерными средствами, что и электроприводы, но с двумя четкими различиями.Во-первых, «мастер» логически направляет техника по вводу в эксплуатацию гидравлических осей и предлагает значения параметризации, которые приведут к желаемому результату. Во-вторых, лучшие в своем классе контроллеры разумно компенсируют особенности технологии жидкости в фоновом режиме. Ключевым моментом является то, что уполномоченным по системам не обязательно иметь какие-либо специальные знания о гидравлических системах, чтобы получить эффективные результаты от этих технологий. Между тем, новейшие приводы насосов с регулируемой скоростью могут снизить потребление энергии гидравлическими осями на 80 процентов.

В последние годы в модульном программном обеспечении были смоделированы почти все модели движения и особые характеристики жидкостной технологии — даже такие специфические характеристики, как кинематика трансмиссии и управляемая синхронизация. Теперь доступны различные онлайн-конфигураторы для компонентов и модулей с инструментами моделирования, которые проверяют все компоненты на предмет правильности размеров и позволяют конструкторам виртуально тестировать самые разные конфигурации. Современные решения основаны на распределенном интеллекте и открытых стандартах программирования и коммуникации.Более того, контроллеры перемещения без шкафа могут еще больше упростить конструкцию.

Это означает, что пригодность электрогидравлических приводов для любого применения может быть оценена, а автоматизация реализована так же, как и с любой другой технологией.

Подходы к профилактическому обслуживанию электрогидравлических приводов

Цифровые двойники гидравлических компонентов теперь поддерживают моделирование и программные изменения процессов, а сетевая гидравлика отслеживает и обнаруживает ошибки с вероятностью 99% до того, как они приведут к отказу.Специализированные датчики могут собирать информацию о различных рабочих условиях в гидроагрегатах, таких как качество масла, температура и вибрация, а также подсчитывать циклы переключения клапанов, возвращая эту информацию в реальном времени в системы управления и позволяя заранее и своевременно внедрять соответствующие меры предосторожности. плановые перерывы в производстве.

Мониторинг состояния энергоблоков

Электрогидравлические приводы

отличаются уникальной удельной мощностью, эффективностью и надежностью — конструкция системы, параметризация, ввод в эксплуатацию, эксплуатация и программная диагностика столь же удобны, как и для других приводных технологий.

Благодаря цифровому интеллекту, сетевая гидравлика теперь может быть легко интегрирована в мульти-технологические концепции и концепции Индустрии 4.0, что означает, что они являются и останутся жизненно важным компонентом современного машиностроения.

«Переменная скорость — ключ к успеху»: Подробнее

________________________________________________________________________________________________________________________

Автор: Джейк Митчелл
Должность: Менеджер по развитию OEM
Электронная почта: Джейк[email protected]

________________________________________________________________________________________________________________________

Гидравлический привод с прямым приводом для новых топологий силовых агрегатов внедорожной мобильной техники

Основные характеристики

Оценка использования гидравлического привода с прямым приводом для приложений NRMM.

Подробный анализ топологий трансмиссии на основе диаграмм Санки.

DDH использует электрическую трансмиссию без использования обычных регулирующих клапанов.

Повышение эффективности на 174% за счет преобразования традиционной NRMM в электрическую топологию.

Реферат

Ужесточение правил выбросов и желание повысить энергоэффективность еще больше подталкивают к необходимости гибридизации внедорожной мобильной техники (NRMM).Следовательно, в этой статье показан потенциал применения гидравлического привода с прямым приводом (DDH) для NRMM с точки зрения энергоэффективности. Управление системой DDH осуществлялось напрямую с помощью серводвигателя, приводящего в действие насос, без обычных гидравлических регулирующих клапанов. Угловая скорость серводвигателя, входящий поток масла от насоса и выходящий поток к гидравлическому двигателю определяли скорость поршня цилиндра двустороннего действия. Более раннее исследование авторов показало, что гидромеханические потери были доминирующими в исходной установке DDH.Итоговое теоретическое исследование показало, что наилучшая эффективность сценария для DDH оценивается в 76,7%. Поэтому в данной статье представлен подробный анализ на основе диаграмм Санки различных топологий трансмиссии с DDH. Это исследование силовых агрегатов показало, что DDH имеет наибольшее влияние с повышением эффективности на 174% с электрическим NRMM, питаемым от батарей, а не с традиционной топологией.

Сокращения

DDH

Гидравлическая система с прямым приводом

NRMM

Внедорожная мобильная техника

Ключевые слова

Привод

Гидравлика с прямым приводом

Энергоэффективность

Топология

Внедорожная подвижная техника 9vomotor

control

Гидравлика

Рекомендуемые статьиЦитирующие статьи (0)

© 2017 Авторы.Опубликовано Elsevier BV

Рекомендуемые статьи

Цитирующие статьи

Интерфейс электрогидравлических приводов с IoT, Индустрия 4.0

Электрогидравлические приводы по-прежнему в значительной степени связаны через аналоговые интерфейсы и централизованные замкнутые контуры управления, но предпринимаются шаги для развития будущего — новые технологии, которые легко интегрируются в требования Интернета вещей и Индустрии 4.0.

Предоставлено: Бенно Бирке, старший вице-президент по технической и промышленной гидравлике, и Альберт Кёкеманн, менеджер по развитию, промышленная электроника, Bosch Rexroth, Лор-на-Майне, Германия

Изображение любезно предоставлено Bosch Rexroth

Электрогидравлические приводы в основном используются в тех случаях, когда для отдельных приложений требуются высокое соотношение мощности и веса, компактный размер и / или большие усилия.Эти приводы часто используются в машинах вместе с электроприводом. Однако с точки зрения автоматизации, в отличие от электроприводов, современные электрогидравлические приводы по-прежнему в основном подключаются через аналоговые интерфейсы и централизованные замкнутые контуры управления.

Чтобы компенсировать присущие технологии гидравлического привода различия и в то же время значительно повысить его производительность и возможности диагностики, Bosch Rexroth разработал согласованную платформу автоматизации, которую можно настроить как для централизованных, так и для децентрализованных систем.

В этой статье сначала дается обзор того, что уже доступно и как это связано с миром автоматизации. Во-вторых, мы более подробно рассмотрим децентрализованные диски, объясним их преимущества и представим некоторые важные приложения.

Технический ландшафт

Новейшие гидравлические системы и средства управления делают переработку пластмасс более точной, экономичной и безопасной.

Текущее развитие и целевые цели можно охарактеризовать следующими отправными точками:

  • Клапаны и насосы: Сегодня большинство клапанов и регулирующих насосов управляются через аналоговые интерфейсы (± 10 В, от 4 до
    20 мА).Для современного уровня автоматизации необходимы подходящие цифровые интерфейсы.
  • Контуры управления Axis: контуры управления в основном управляются централизованно в системах автоматизации более высокого уровня. В будущем должны быть доступны алгоритмы управления, специально разработанные для гидравлических требований и с соответствующей вычислительной мощностью.
  • Шинные системы с возможностью работы в реальном времени: В области технологий автоматизации все большее распространение получают шинные системы на базе Ethernet. Преобладание различных производителей систем управления на отдельных рынках и в отдельных регионах приводит, к сожалению, к очень неоднородной ситуации в отношении шинных систем, которые машиностроители и пользователи должны поддерживать.Наши системы могут обрабатывать несколько протоколов связи (мульти-Ethernet).

Для полной интеграции «классических» электрогидравлических приводов, а также учета новых «гибридных» систем, таких как сервонасос и автономная ось, целевая ситуация определяет недавно разработанную последовательную систему автоматизации:

  • Электрогидравлическими клапанами и сервонасосами можно управлять напрямую через шинную систему.
  • Что касается клапанов, следует различать функцию интегрированной полевой шины (IFB) и функцию интегрированного управления осью
    (IAC).В IFB система шин на основе Ethernet заменяет аналоговые интерфейсы. Встроенная шина позволяет обмениваться дополнительными данными с системой управления верхнего уровня для настройки клапана или для передачи внутренних переменных состояния. Задачи управления приводом с разомкнутым и замкнутым контуром остаются в рамках управления верхнего уровня (централизованная структура).

Встроенное управление осью обычно используется в литьевых машинах для управления движением и усилием.

В IAC контуры управления осями (управление положением, скоростью, давлением и / или силой) работают децентрализованно.Система управления верхнего уровня просто предоставляет значения команд и сигналы состояния в реальном времени.

  • Система «сервонасос» (продукт Sytronix компании Rexroth) использует те же соединения автоматизации, что и в технологии электропривода.
  • То же самое и с гибридным приводом, который состоит из электрического сервопривода с гидростатической трансмиссией (так называемая «автономная ось»). Функции управления осями в этой гидравлической подсистеме реализованы как часть прошивки преобразователя.

Требования к целевой системе
В развитии перспективной отрасли 4.0, требования можно разделить на следующие три области:

Функциональные (основные) требования:

Желательные требования и подходы:

  • Единый инструмент программирования и ввода в эксплуатацию для всех форм привода (электрические и гидравлические приводы)
  • Идентичные шинные соединения для всех форм приводов (конечных автоматов)
  • Идентичные обозначения параметров и масштабирование машинных данных для всех типов приводов
  • Программно-поддерживаемые инструменты, такие как «мастера» и алгоритмы автоматической оптимизации, упрощают ввод в эксплуатацию (в частности, гибридных приводов).

Благодаря программированию на ПК и инструменту параметризации IndraWorks (IW) от Bosch Rexroth, который можно в равной степени использовать как для электрических, так и для гидравлических приводов, инженеры могут неизменно соответствовать этим требованиям. Следовательно, технологии электрического и гидравлического привода рассматриваются одинаково. Диалоги в IW, специально разработанные для отдельных устройств, учитывают особые характеристики приводов и упрощают ввод в эксплуатацию.

Коммерческие требования:

  • Для принятия пользователем требуется портфель компонентов и приводов, которые можно широко масштабировать с точки зрения производительности и функциональности, поскольку клиенты платят только за то, что действительно требуется для конкретного приложения.
  • Дополнительные затраты, связанные с оцифровкой электроники клапана и насоса, должны быть оправданы в реальных приложениях за счет добавленной стоимости, обеспечиваемой прямой интеграцией шины, сокращением затрат на ввод в эксплуатацию, меньшими затратами на прокладку кабелей и важными дополнительными возможностями, такими как децентрализованное управление и мониторинг состояния.

Децентрализованные приводные системы

В качестве дополнительных сведений рассмотрим компоненты и подсистемы приводов IAC.Доступные для этого компоненты можно разделить на следующие подсистемы:

  • Клапаны: пропорциональные и быстродействующие клапаны прямого и пилотного управления семейства 4WRPE в настоящее время доступны в размерах 6, 10, 16, 25, 27 и 35.
  • Насосы: насосы с сервоуправлением моделей серий A10 и A4 типоразмеров 28, 45, 71, 100, 140, 180, 250 и 355 доступны сегодня.
  • Цифровая встроенная электроника (называемая бортовой электроникой или OBE) для этих клапанов и насосов используется в вариантах IFB и IAC, как более подробно описано ниже.

Что касается аппаратного обеспечения, прочная электроника IP65 доступна в IFB и IAC. Оба оснащены интерфейсами для подключения до четырех датчиков давления (диапазон сигнала тока или напряжения). В IAC также доступны интерфейсы для систем измерения положения (SSI) и инкрементальные интерфейсы (1 Vpp). Для связи встроенный интерфейс multi-Ethernet позволяет подключаться к одной из следующих шинных систем:

Sercos, EtherCAT, POWERLINK, VARAN, PROFINET или EtherNet / IP.

Другими словами, каждый компонент «говорит» на шести языках. Таким образом можно избежать аппаратных изменений из-за различных шинных систем. Это также интересно для пользователей, которым необходимо запускать различные централизованные элементы управления из-за требований своих клиентов. Выбранная шинная система активируется через программное обеспечение.

Безопасность также является важным фактором. Такие возможности, как «Safe Halt», «Safe Direction» и «Central Position Monitoring», работают независимо от шинной системы через два сертифицированных цифровых входа и два связанных цифровых выходных сигнала.Что касается клапанов, то они обеспечивают безопасное отключение выходных каскадов для соленоида. Такой подход позволяет выполнять функции безопасности без необходимости проектировать всю шинную систему, включая ведущую, как безопасную систему.

Rexroth Sytronix SVP 7010 — это частотно-регулируемый привод насоса, обеспечивающий высокую точность и динамические характеристики при низком энергопотреблении.

Программные функции OBE для приводов с клапаном (аналогичные функции доступны для регулирующих насосов) включают в себя различные шинные системы, как описано выше.Другие соображения:

  • Контроллер клапана: хотя динамическое поведение клапана может быть изменено только производителем, пользователь может регулировать характеристику клапана (кривую).
  • Регулирование расхода с обратной связью: с помощью до четырех встроенных датчиков давления, встроенных в многослойную пластину непосредственно под клапаном, можно реализовать электронную «функцию компенсации давления» (поток, не зависящий от нагрузки). Это особенно полезно для приложений, где использование системы измерения положения исключено из-за стоимости или технических причин (например, в функции вытягивания сердечника в машинах для производства пластмасс).
  • Регулирование давления с обратной связью: Помимо простых функций управления прессом (давление и перепад давления), могут быть активированы чередующиеся режимы управления и ограничения усилия.
  • Контроллер положения: Все алгоритмы, необходимые для технологии гидравлического привода, хранятся в контроллере. Сюда также входят процессы обратной связи по состоянию и непрерывного управления траекторией.

Прочие рекомендации включают средства диагностики и ввода в эксплуатацию. Помимо инструментов анализа, таких как программный осциллограф и журнал ошибок, система предоставляет мастера для предварительного расчета параметров управления, а также инструменты автоматической оптимизации для контроллеров осей в режимах непрерывного управления траекторией.В будущих версиях программного обеспечения будут реализованы функции мониторинга состояния.

Однако настройка уже контролирует функции клапана. Кроме того, IAC также предлагает функции контроля осей (такие как максимальные скорости, силы и динамические ошибки следования).

Наконец, в систему встроен ПЛК. Он позволяет заказчику программировать такие функции, как настройка контроллера в соответствии с индивидуальными приложениями, специальными профилями движения или реакцией на ошибки в зависимости от конкретного приложения. Здесь заказчик может гибко интегрировать свои ноу-хау и соответствующим образом защищать их.

Примеры применения
Такая конструкция привода особенно полезна для приложений, в которых:

  • Различные оси станка могут работать независимо друг от друга, или
  • Как движение одной оси зависит от движения другой, необходимо учитывать только при генерации значений команд (например, с интерполирующими осями).

Автономные гибридные линейные оси сочетают в себе электрический привод и гидроцилиндр. Они сокращают пространство для установки и время разработки и совместимы с Интернетом вещей.

Еще одним критерием использования IAC может быть управление большим количеством осей. Децентрализованный подход к управлению избавляет от централизованного управления большинством задач, и, кроме того, можно значительно сократить затраты на прокладку кабелей.

Например, IAC обычно используется в машинах для литья под давлением для управления движением и усилием. Оптимизированное цифровое управление процессом впрыска с обратной связью обеспечивает высокую точность, например, превышение давления, скорости и силы при закрытии и зажиме формы. Это связано с тем, что переход от управления скоростью зажима к управлению давлением — с высокой точностью — необходим для поддержания стабильности размеров впрыскиваемой детали, а также механической целостности станка.Это также сокращает время цикла при одновременном повышении энергоэффективности машины.

Контроль дифференциального усилия позволяет приложить только необходимые силы, помогая защитить пресс-форму без снижения скорости. И, как отмечалось ранее, гидравлические приводы со встроенной электроникой могут повысить безопасность таких машин. Одна из очевидных причин — защитить рабочих во время зажима. Но также, если деталь не отделяется чисто и остается в форме, электрогидравлическая система управления обнаруживает неисправность, останавливает движение и предотвращает повреждение машины.

Другой пример применения — автоматизация осей на лесопилке. В этом случае потребность в большом количестве автономных осей и значительных физических расстояниях между ними была решающей для выбора децентрализованной структуры привода. EtherNet / IP использовался в качестве системы шины для связи по мере необходимости с органами управления более высокого уровня. Система, проработавшая в трехсменном режиме более года в тяжелых условиях эксплуатации, демонстрирует прочность и надежность электрогидравлической системы.

Наконец, рассмотрим очень сложную индексно-поворотную машину. Требования к приводным осям и всей системе автоматизации чрезвычайно высоки: до 48 интерполируемых электрогидравлических осей плюс электрические сервоприводы. Требования к непрерывной траектории и точности позиционирования составляют порядка нескольких микрон.

Sytronix DFE подает давление и расход по запросу. Регулируемый электропривод управляет аксиально-поршневым насосом с электрогидравлическим приводом.

Технология ЧПУ, используемая для осей, должна обрабатывать до 28 каналов ЧПУ.Здесь IAC работают вместе с системой управления MTX и шинной системой Sercos. Результат — увеличение производительности на 20% по сравнению с предыдущими версиями машины. В то же время более низкие затраты на кабельную разводку и ввод в эксплуатацию, а также оптимизированная производительность ЧПУ снизили общие затраты на систему. Машины работают безотказно круглосуточно.

Эффективность электрогидравлических приводов и, не в последнюю очередь, их полная и «простая» возможность интеграции в системы автоматизации, помимо стоимости, являются важнейшими критериями конкуренции, которые говорят в пользу этой приводной технологии.Представленные здесь концепции отличаются единообразием с точки зрения автоматизации. Ключевые аспекты:

  • Интеграция интерфейсов открытой шины в гидравлические компоненты
  • Интеграция гидравлического «ноу-хау» во встроенное ПО привода
  • Поведение, идентичное поведению электрических сервоприводов, когда дело доходит до автоматизации
  • Единый инструмент для ввода в эксплуатацию и диагностики для всех типов приводов, включая системы с клапаном, насосом и гибридные системы, состоящие из электрического сервопривода с гидростатической трансмиссией ниже по потоку.

Выбор центрального или децентрализованного управления осями зависит от конкретного приложения. Тем не менее, такие концепции делают технологию гидравлического привода «Индустрия 4.0» готовой, сохраняя при этом ее конкурентоспособность, поскольку она физически компактна, надежна и способна работать на высоких скоростях и больших усилиях.

Bosch Rexroth
boschrexroth.com


Из рубрики: Статьи журнала Fluid Power World, Slider
С тегами: boschrexroth

Разработка системы электрогидравлического привода для вибрационной конвейерной ленты экскаватора-инвертора арахиса

Тест моделирования программного обеспечения

Моделирование в программном обеспечении позволило проверить, какие и сколько компонентов потребуются для работы системы на следующем этапе тестирования, что позволило определить их как требуемые компоненты Два 4/3-ходовых распределителя, два распределителя 4 / 2 сквозных и четыре регулирующих клапана потока, а также гидравлический двигатель.Моделирование позволило оценить, что эти компоненты будут необходимы и достаточны для правильного функционирования системы на испытательном стенде.

Описание работы электрогидравлической системы основано на рис. 3, а числа ниже в скобках относятся к компонентам системы.

Для этого испытания скорость двигателя регулировалась путем изменения открытия клапанов управления потоком, размещенных в линиях подачи гидравлического двигателя.

Направляющий клапан (1) представляет собой клапан дистанционного управления трактором, который при активации подает масло в гидравлическую систему, позволяя гидравлическому двигателю (9) перемещать вибрирующую конвейерную ленту вперед или назад, в зависимости от положения клапана.

Если клапан (1) расположен вправо, выпущенное масло перемещает гидравлический двигатель вперед (9), и при повороте направляющего клапана (2) вправо масло направляется в направляющий клапан (3). Если клапан (3) расположен слева, гидравлическое масло проходит через клапан управления потоком (5), чтобы получить первый оборот гидравлического двигателя. Если клапан (3) расположен вправо, гидравлическое масло подается в клапан регулирования потока (6), чтобы получить второй оборот гидравлического двигателя.

Если гидрораспределитель (2) расположен влево, гидравлическая жидкость направляется к гидрораспределителю (4), который, повернув вправо, определяет третье вращение в гидравлическом двигателе, и масло транспортируется в регулятор потока. клапан (7). Однако, если клапан (4) повернут влево, четвертый оборот гидравлического двигателя достигается за счет прохождения гидравлического масла через клапан регулирования потока (8).

При повороте направляющего клапана (1) в левое положение гидравлическое масло направляется к клапану регулирования потока (10), а гидравлический двигатель (9) вращается в противоположном направлении (меняя направление вибрирующей конвейерной ленты).

Стендовые испытания

После моделирования в программном обеспечении система была смонтирована для стендовых испытаний из компонентов, определенных в вычислительном моделировании, с учетом ручного привода с расходом на входе 60 л мин. -1 и смещением 125,7 см. 3 rev -1 (Таблица 2).

Это испытание показало, что можно изменять вращение гидравлического двигателя, моделируя четыре различных заранее установленных вращения вибрирующей конвейерной ленты экскаватора-инвертора и изменяя направление вращения.Инверсию можно использовать в случае остановки конвейерной ленты из-за возможной перегрузки гидравлического двигателя.

Аналогичным образом, [21] представил дизайн и моделирование автоматического регулятора скорости переключения комбайна для уборки сахарного тростника с использованием гидравлических и механических параметров комбайна в моделировании. Авторы пришли к выводу, что контроллеры могут включать в себя управленческие стратегии, которые делают уборку урожая более подходящей для каждой ситуации и облегчают работу оператора.[22] они адаптировали монитор продуктивности с ударной картой для выращивания арахиса с двумя различными конфигурациями крепления, одной плавающей и одной шарнирной, получив среднюю ошибку 12,7% в плавающей конфигурации и 6,6% в шарнирной конфигурации.

Стремясь улучшить урожай арахиса, [23] разработал систему контроля глубины от копания до землекопа-встряхивателя-инвертора, контролирующего положение трехточечной гидравлической системы, чтобы уменьшить потери арахиса на различных типах почвы.Оборудование было испытано в [24] на трех типах текстуры различных почв (песчаный, средний и глинистый), в результате чего был сделан вывод о том, что разработанный прототип продемонстрировал потенциал в снижении потерь на 47 $ га -1 . Таким образом, предполагается, что в полевых условиях электрогидравлическая система может способствовать большему контролю качества при копании, обеспечивая большую автономность в работе стартера-встряхивателя-инвертора.

Кроме того, моделирование испытательного стенда позволило убедиться, что можно уменьшить количество компонентов системы, заменив направляющие клапаны и регуляторы потока пропорциональным направляющим клапаном.Этот пропорциональный распределитель представляет собой соленоидный клапан, который позволяет изменять вращение в желаемом диапазоне, регулируя поток масла с бесконечными приращениями. Таким образом, повышение напряжения обеспечивает небольшие колебания потока гидравлического масла, позволяя желаемое изменение вращения.

Полевые испытания

Основываясь на результатах полевых испытаний с использованием экскаватора-вибропреобразователя с электрогидравлической системой, было замечено, что на видимые потери влияло взаимодействие скорости переключения и увеличения скорости вращения конвейерной ленты во всех испытанных комбинациях, за исключением тех случаев, когда механизированный агрегат (трактор-землерой), перемещаемый со скоростью 4.2 км h -1 .

Экскаватор-встряхиватель не оказал статистического влияния на невидимые потери во время выкапывания арахиса (данные не показаны). Этого результата следовало ожидать, поскольку невидимые потери не связаны с приводной системой стартера, а возникновение таких потерь связано с такими факторами, как тип почвы, содержание влаги в почве и ее созревание, которые могут действовать изолированно или даже вместе [25–26].

Видимые потери при копании (рис. 4) для скорости 3,5 км ч -1 показывают выпуклую кривую, указывающую на большие потери при наименьшем и наибольшем исследованных вращениях, в то время как наименьшие потери наблюдались в точке перегиба, примерно 110 об / мин.Поведение кривой показывает, что копание при меньших и высоких оборотах увеличивало потери, в то время как самые высокие потери наблюдались при самом низком вращении (80 об / мин). Следовательно, чтобы минимизировать видимые потери экскаватора для этой скорости, оптимальное рабочее вращение конвейера составляет от 100 до 120 об / мин, а максимальная производительность экскаватора-инвертора составляет 110 об / мин.

Рис. 4. Расчетные видимые потери в зависимости от вращения вибрирующей конвейерной ленты для скоростей 3,5 и 5 км ч -1 .

Уравнение корректировки каждого взаимодействия показано ниже на рис. 4, когда это было значимым с помощью F-теста (p <0,05). Скорость 4,2 км ч -1 не получила существенной корректировки (нс).

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0203300.g004

Однако было замечено, что при вращении конвейерной ленты на скорости 100 об / мин наблюдалось значительное увеличение видимых потерь, так что, когда увеличилась скорость переключения, также увеличились потери (34.63 кг га -1 и 132,96 кг га -1 при скорости 3,5 км ч -1 и 5,0 км ч -1 соответственно). Эти результаты показывают, что, когда экскаватор-встряхиватель электрогидравлической системы выполняет операцию копания на низких скоростях, рекомендуется использовать вращение конвейерной ленты со скоростью 100 об / мин.

Полевые испытания с использованием электрогидравлического стартера модели также позволили в целом проверить, что, независимо от скорости перемещения трактора-экскаватора, использование наименьших вращений в вибрационном коврике экскаватора-встряхивателя было тем, что были получены самые высокие уровни потерь.

Этот факт в основном связан с увеличением материала, собираемого экскаватором-встряхивателем под конвейерной лентой, и из-за того, что он находится в малом вращении, не может выполнять процесс реверсирования растений. Таким образом, растения дольше находятся в процессе вибрации конвейерной ленты, и, следовательно, отрыв стручков растений, в основном стручков с высокой степенью созревания [27]. В этом случае нельзя сказать, что потери напрямую связаны с количеством растительной массы на вибрирующей конвейерной ленте, как было обнаружено в [28], где сообщается, что увеличение растительной массы в вибрационном коврике смягчает воздействие вибрации. уменьшение взлета стручков.

Для механизированной заданной скорости перемещения 5 км / ч -1 потери оставались высокими на самых низких оборотах до 110 об / мин, с тенденцией к уменьшению на более высоких оборотах, что можно наблюдать по поведению кривой и потерям. при 120 об. / мин. Этот результат показывает, что 120 об / мин являются наиболее подходящими для этой скорости с точки зрения потерь при копании (рис. 4).

Если принять во внимание, что урожай арахиса неоднороден в производстве и количестве растительного материала, это указывает на то, что вращение конвейерной ленты должно быть отрегулировано в соответствии со скоростью перемещения трактора, однако эта регулировка должна выполняться на протяжении всей операции. копать и принимать во внимание отношения завод-машина.

В работе, предшествующей разработке предложенной в этой работе электрогидравлической системы с использованием аналогичных скоростей перемещения, было подтверждено, что, когда экскаватор-инвертор приводится в действие от ВОМ, он также получает высокие уровни потерь [26,28–29 ] и остановитесь на техническое обслуживание из-за увеличения массы растений в ленте вибрационного конвейера.

Стоит отметить, что приводные экскаваторы с ВОМ требуют вращения примерно 350 об / мин в TDP, чтобы обеспечить хорошее качество в процессе реверсирования установок [4], они не имеют механизма реверсирования в случае, если лишней овощной массы на коврике, что увеличивает время простоя для обслуживания.Однако это вращение, указанное производителем экскаватора, ниже предела, установленного техническими стандартами для сельскохозяйственной техники, который составляет 540 об / мин, и имеет вращательное движение только в одну сторону.

С другой стороны, привод экскаватора-инвертора с помощью электрогидравлической системы, разработанной в данной работе, позволяет запускать экскаватор-инвертор независимо от вращения двигателя трактора, поскольку он имеет свою собственную систему привода и возможность реверсирования движения вибрационной конвейерной ленты, как описано в методике.Кроме того, рытье грунта может выполняться с более высокими скоростями перемещения, чем обычные (до 5 км / ч -1 ), для более высоких значений необходимы новые полевые испытания для проверки эффективности оборудования в этих условиях.

Так же важны, как и потери, габаритные характеристики валка (высота и ширина), сформированного после процесса копания-инвертора, имеют основополагающее значение для успешного сбора стручков, последующей операции, которая происходит через три дня после копания.

Использование наименьших оборотов конвейерной ленты (80 и 90 об / мин) было теми, которые обеспечивали большую высоту и ширину валка, когда использовались скорости 3,5 и 5 км ч. -1 (Рис. 5). Поскольку было увеличено вращение конвейерной ленты, высота валка уменьшалась на этих скоростях, более того, скорость перемещения механизированного узла вмешивалась в эту характеристику, уменьшая высоту валка, поскольку это увеличивало скорость на малейшее вращение и обратное вращение 90 об / мин.

Рис. 5. Зависимость высоты валка от вращения вибрирующей конвейерной ленты для скоростей 3,5 e 5,0 км -1 .

Уравнение корректировки каждого взаимодействия показано ниже на рис. 5, когда это было значимым с помощью F-теста (** p <0,05). Скорость 4,2 км ч -1 не получила существенной корректировки (нс).

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0203300.g005

Несмотря на нестабильность в поддержании значений, близких к средним, с относительно большими колебаниями при самых малых оборотах, когда механизированная установка перемещалась со скоростью 5.0 км ч -1 (Рис. 5), определенная однородность отмечается во время валка при оборотах выше 100 об / мин, что подтверждается Т-тестом. Эта равномерность распределения растений интересна, поскольку показывает, что стартер может работать с диапазоном оборотов без потери качества работы. Когда экскаватор-инвертор выполняет копку, формируя однородные валки, вариабельность потерь при уборке имеет тенденцию к снижению [29], что, следовательно, оптимизирует эффективность комбайна.

Что касается ширины валка, было замечено, что самые высокие обороты, независимо от скорости смещения, обеспечивали меньшую ширину валка (Рис. 6). Эффект скорости переключения мешал только тогда, когда операция выполнялась с вращением 90 об / мин, обеспечивая более широкий валок, когда операция выполнялась на самой высокой и самой низкой скорости.

Рис. 6. Зависимость ширины валка от вращения конвейерной ленты после прохождения механизированной установки на скоростях.

Уравнение настройки каждого взаимодействия показано ниже на рис.05). Скорость 4,2 км ч -1 не получила существенной корректировки (нс).

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0203300.g006

Ширина валка зависит не только от вращения вибрирующей конвейерной ленты, так как это правильная регулировка очереди пальцев на спине. экскаватора, который придает валку формат, в основном ширину. Однако регулировка пальцев в очереди сохранялась для всех условий полевых испытаний. Таким образом, полученные результаты позволяют сделать вывод, что чем выше вращение конвейерной ленты, тем больше ширина валка и меньше высота.Более высокие обороты могли отбросить растения дальше, что и привело к этим результатам. Однако в литературе нет данных об идеальных размерах валка, образовавшегося после арахиса.

При неравномерном распределении валка с точками, изолированными от скопления растений, может увеличиваться изменчивость потерь и снижаться качество уборочной операции, так как это имеет тенденцию к увеличению потока материала в машине для сбора. платформы, что может увеличить потери в платформе подачи, вызывая потери еще до того, как материал пройдет в системе пути и отделения машины [29].

Таким образом, очень важно, чтобы оператор тракторно-экскаваторной установки следил за вращением вибрирующего коврика стартера, регулируя его в соответствии с потребностями работы. Подчеркивается, что с помощью электрогидравлической системы можно регулировать внутреннюю часть кабины трактора.

Что такое привод? | Описание пневматических и гидравлических приводов

Привод — это устройство, которое использует форму мощности для преобразования управляющего сигнала в механическое движение.Электроприводы — от электрических дверных замков в автомобилях до элеронов самолетов — повсюду. Промышленные предприятия используют приводы для управления клапанами, заслонками, гидравлическими муфтами и другими устройствами, используемыми в управлении производственными процессами. Промышленный привод может использовать воздух, гидравлическую жидкость или электричество в качестве движущей силы. Их называют пневматическими, электрогидравлическими или электрическими приводами.

Пневматические приводы

Пневматические приводы могут иметь цилиндрическую, мембранную или поворотную конструкцию.Сжатый воздух воздействует на поршень или лопасть, перемещая его в одном направлении. Противодействующая сила, состоящая из пружины или второго объема сжатого воздуха, применяется к противоположной стороне поршня или лопасти для изменения или сохранения положения. Для промышленного управления пневматический привод требует позиционирующей электроники и пневматической системы КИПиА. Из трех типов приводов у пневматики, как правило, самая низкая начальная цена. Однако эксплуатационные расходы высоки из-за необходимости генерировать чистый, сухой, сжатый воздух.Требования к техническому обслуживанию также являются самыми высокими из трех типов приводов.

Вы используете приводы?

и уже знаете, что вам нужно?

У вас есть вопрос?

Отправьте электронное письмо специалисту Beck Engineer здесь

Гидравлический привод

Электрогидравлические приводы приводят в действие поршень с маслом под давлением.Насос с электроприводом направляет жидкость из резервуара через регулирующий клапан (клапаны) к противоположным сторонам цилиндра. Высокая удельная мощность этой системы обеспечивает высокую тягу и высокие рабочие скорости. Электрогидравлическое оборудование обычно имеет высокую начальную цену. Регулярное обслуживание включает периодическую замену уплотнений, уплотнительных колец и т. Д. Поскольку масло, используемое в гидравлическом оборудовании, может представлять опасность возгорания, этот тип привода может не подходить для некоторых промышленных сред.

В электрических приводах используется электродвигатель и редуктор для создания силы или крутящего момента.Для конструкции электропривода можно использовать самые разные технологии. Двигатели могут использовать питание переменного или постоянного тока, а также асинхронную (с короткозамкнутым ротором) или синхронную конструкцию. Системы зубчатой ​​передачи могут включать, среди прочего, червячную, прямозубую, скотч-вилку. Смазка зубчатых передач может состоять из коробки передач, заполненной маслом, или смазки для тяжелых условий эксплуатации, нанесенной на поверхности шестерен. Часто доступны различные аксессуары для контроля и составления отчетов о состоянии привода и рабочих условиях. На рынке представлен широкий выбор электрических приводов с различными технологиями, ценами, характеристиками и качеством.

Поскольку приводы тесно интегрированы с ведомыми элементами, такими как клапаны и демпферы, их часто называют узлами. Примеры включают клапаны с электроприводом (MOV), пневматические клапаны (AOV) и приводы заслонок. Часто предполагается, что привод идет в комплекте с оборудованием. Примеры включают регулирующий клапан или воздушную заслонку. На практике исполнительные механизмы являются важнейшим звеном между системой управления и конечным элементом. Его производительность может существенно повлиять на многие аспекты работы промышленного предприятия и продукции.Следует позаботиться о том, чтобы выбрать правильную технологию и тип привода.

При выборе исполнительного механизма он должен иметь рабочие характеристики, которые позволят системе управления работать так, как было задумано.

Основные рабочие характеристики привода следующие:

  • Точное, повторяемое позиционирование обычно лучше 0,15% диапазона.
  • Возможность мгновенного пуска и останова без потери времени или превышения положения.
  • Продолжительный режим без ограничений по количеству пусков в минуту.
  • Работает стабильно и не зависит от нагрузки.
  • Прочная промышленная конструкция, способная работать в сложных условиях без снижения производительности.
  • Требуется минимальное периодическое обслуживание.

Привод, разработанный с такими характеристиками, дает два чрезвычайно важных преимущества:

  1. Возможность точно и мгновенно отслеживать сигнал запроса от контроллера.Это гарантирует, что привод будет реагировать точно так, как указано контроллером. Таким образом, исполнительный механизм не является ограничивающим фактором в контуре управления, и контроллер может работать на оптимальном уровне.
  2. Высокая надежность, не требующая обслуживания. Привод, предназначенный для работы, как описано выше, по умолчанию более прочен, чем типичные приводы. Таким образом, по конструкции он обладает гораздо более высокой степенью надежности.

Электрические приводы Beck обеспечивают необходимый контроль и надежность, которые требуются для многих применений заслонок.Линейка приводов Группы 11 часто используется в системах с низким и средним крутящим моментом (от 20 фунт-футов до 5200 фунт-футов). Приводы группы 22 используются для приложений с высоким крутящим моментом (от 3000 до 8000 фунт-футов), а компактные поворотные приводы группы 31 используются для приложений с низким крутящим моментом (от 15 до 30 фунт-футов).

Повышенная эффективность благодаря гидравлике | Силовая электроника

Ни для кого не секрет, что источник энергии для движения машины может сильно влиять на количество энергии, потребляемой машиной.Традиционно считается, что электрические приводы более эффективны, чем их гидравлические аналоги. Но для некоторых задач гидравлика берет верх. Оборудование с одним управляемым гидравлическим насосом и гидроаккумулятором может потреблять меньше энергии, чем электродвигатели и редукторы в приложениях с большим возвратно-поступательным движением, перемещением или удержанием тяжелых грузов или имеющих большое количество осей движения.

Представьте себе большого робота, который заливает бетон в формы для канализационных труб, подземных хранилищ и водосборных бассейнов.Производитель машин, Hawkeye Group из Медиаполиса, штат Айова, перешел на гидравлику, потому что электродвигатели, изначально приводившие в действие две оси робота, не подходили для тяжелых и переменных нагрузок. Заполненный бетоном механизм подачи весит до 10 тонн, и инженеры Hawkeye обнаружили, что такие нагрузки могут «сработать» и отключить электромеханические приводы. Система тратит впустую электроэнергию и не всегда может производить необходимое движение.

Для таких применений требуются очень большие электродвигатели, чтобы соответствовать движущей силе гидравлических рычагов.К тому же, что усугубляет неэффективность литейного робота Hawkeye, одна ось движения перемещает основание движения другой, поскольку рука робота следует различным контурам разливки. Таким образом, вес двигателя на верхней оси становится дополнительной тратой энергии на базовой оси.

Для сравнения: двигатель значительно меньшего размера приводит в действие гидравлический насос в модернизированной схеме, экономя энергию, а приводы весят намного меньше, чем электродвигатели, которые они заменяют. Такое же преимущество в весе привело к тому, что гидравлика стала стандартом для тяжелой строительной и мобильной техники.

Преимущества гидравлики

Преимущества гидравлики в энергосбережении в вышеупомянутом приложении проистекают из того факта, что один электродвигатель и гидравлический насос могут приводить в действие множество осей движения. И каждая ось, в свою очередь, составляет долю веса приводного механизма с электродвигателем эквивалентной мощности. Кроме того, двигатель гидравлического насоса может быть рассчитан на среднюю нагрузку, которую должна выдерживать система. Это может быть значительно меньше, чем в электромеханических системах, где двигатель, приводящий каждую ось, должен быть рассчитан на пиковые нагрузки.

Гидравлические системы сглаживают потребность в энергии с помощью аккумуляторов. Эти простые устройства хранят энергию в виде жидкости под давлением и высвобождают ее при необходимости, что делает их полезными инструментами при разработке эффективных схем.

Большинство гидроаккумуляторов используют сжимаемость газа — обычно азота — для хранения энергии. В основном гидропневматический аккумулятор имеет отсек для жидкости и отсек для газа с газонепроницаемым элементом, разделяющим их. Например, баллонные аккумуляторы состоят из сосуда высокого давления и внутреннего эластомерного баллона, содержащего газ.Баллон заряжается через газовый клапан в верхней части аккумулятора, а тарельчатый клапан внизу предотвращает выброс баллона с вытекающей жидкостью.

Когда давление в системе превышает давление предварительной зарядки азота, тарельчатый клапан открывается и гидравлическая жидкость поступает в аккумулятор. Изменение объема газа между минимальным и максимальным рабочим давлением определяет полезный объем жидкости.

Таким образом, аккумуляторы накапливают энергию, когда потребности ниже среднего, и передают энергию обратно в систему для удовлетворения пиковых потребностей.Достаточная емкость аккумулятора гарантирует, что гидравлический насос не будет реагировать на резкие изменения потребности в масле.

Гидравлика также экономит энергию, когда машины должны двигаться медленно. Это связано с тем, что переключение электродвигателей через редукторы может быть неэффективным. Общий КПД зависит от КПД двигателя и коробки передач вместе. Но характеристики КПД редукторов в каталогах, как правило, основаны на одной рабочей точке и не совсем точны для каждого случая применения.

Продолжить на следующей странице

Потери мощности в коробке передач в основном связаны с трением, в результате которого выделяется тепло. А трение зависит от качества передачи, количества зацеплений зубьев и крутящего момента нагрузки. Основное правило для прямозубых шестерен — потеря 10% за одно зацепление. И, как правило, чем меньше нагрузка и выше передаточное число, тем меньше вероятность того, что коробка передач достигнет заявленной производителем эффективности. Например, КПД одного цилиндрического редуктора диаметром 16 мм составляет от 87% до 6.Соотношение 3: 1 примерно до 40% при соотношении 10 683: 1.

Во многих случаях, когда двигатель работает с максимальной эффективностью, редуктор — нет. (Подробнее см. «Второй взгляд на эффективность коробки передач», 20 июня 2002 г., журнал Machine Design .)

Дополнительным фактором в пользу гидравлики перед системами с шестеренчатым приводом является инерция и люфт. Это может затруднить точное управление редукторными системами при перемещении тяжелых грузов на высокой скорости с большим количеством возвратно-поступательных движений. Некоторые машины перешли на линейные двигатели, чтобы улучшить отзывчивость, но они тоже приносят в жертву эффективность, поскольку линейные двигатели могут быть намного менее эффективными, чем роторные двигатели с зубчатой ​​передачей.(См. «Подготовка к повышению эффективности», июль / август 2009 г., Energy Efficiency & Technology .)

Зажим — еще одна область, в которой гидравлика имеет преимущество. Неподвижный гидравлический привод, удерживающий нагрузку, не потребляет энергии при правильной регулировке клапанов. Это контрастирует с удержанием точного положения с помощью электродвигателя против силы или веса. Чтобы избежать потерь энергии, может потребоваться сложное сцепление или тормозной механизм для удержания груза.

Повышение гидравлического КПД

Конечно, гидравлические системы также теряют мощность из-за гидравлического трения в насосах, клапанах и трубопроводах, и гидравлические системы должны быть спроектированы так, чтобы нейтрализовать эти эффекты.Сегодня производители по всему миру вводят более энергоэффективные гидравлические компоненты, от насосов и клапанов до уплотнений, фильтров и даже жидкостей. Они также делают упор на более эффективный общий дизайн. Несколько недавних примеров см. В разделах «Определение размеров трубопроводов для эффективной гидравлики», «Гидравлические жидкости, улучшающие экономию топлива» и «Повышение эффективности использования гидравлической энергии» соответственно от 20 мая, 23 сентября и 18 ноября. 2010 выпуски журнала Machine Design .

Что можно сделать, чтобы гидравлика стала еще более энергоэффективной? Один из способов — добавить элементы управления, позволяющие запускать гидравлический насос только при необходимости, исключая потери энергии при работе на холостом ходу; и с нужной точной скоростью, избавляя систему от работы больше, чем необходимо.

Системы управления гидравлическими насосами с регулируемой скоростью, применяемые сегодня, часто зависят от частотно-регулируемых приводов электродвигателей (VFD). ЧРП запускается только тогда, когда контур требует расхода и точно регулирует скорость насоса. Он также плавно увеличивает и уменьшает скорость, избегая переходных процессов электрического запуска, которые являются расточительными и могут повредить находящуюся поблизости электронику. ЧРП обычно связываются через сетевые интерфейсы с контроллерами машины или завода для обеспечения высокой производительности и эффективности.

Один тип применения, в котором выигрывают от этого подхода, — это прессы с простоями между циклами сжатия.По возможности гидравлический насос можно полностью отключить. Но когда холостой ход необходим (например, для охлаждения гидравлической жидкости), он может происходить на более низкой скорости, чем это необходимо для поддержки полной работы.

В некоторых случаях «интеллектуальные» системы управления насосами позволяют производителям машин повысить эффективность гидравлической системы за счет бесклапанных конструкций. Клапаны обычно регулируют движение или давление путем дросселирования потока, и это ограничение неэффективно генерирует тепло. Системы, в которых точно управляемый насос отправляет только необходимое количество жидкости к приводу без промежуточных клапанов, исключают эти потери.

Например, вместо использования обычных сервоприводов или пропорциональных клапанов для управления потоком и давлением в контуре гидравлического пресса, привод PSH, разработанный Voith Turbo H + L Hydraulic в Германии, регулирует скорость вращения и крутящий момент электрического серводвигателя, который приводит в движение гидравлический насос. Регулирование скорости и крутящего момента двигателя с обратной связью, в свою очередь, контролирует расход и давление в гидравлической системе пресса.

Сервонасос может изменять поток, имеет высокую динамическую реакцию и работает бесшумно.Привод развивает высокие скорости при малых нагрузках, а затем увеличивает давление по мере увеличения нагрузки. По имеющимся данным, это повышает производительность и приводит к более высокому качеству готовых деталей. Привод хорошо подходит для прессов, поскольку он управляет одной осью. Официальные лица говорят, что это экономит до 50% затрат на электроэнергию. Это также упрощает конструкцию пресса без ограничения производительности.

Продолжить на следующей странице

Гидравлические «трансформаторы» — еще одна новинка. Они сочетают в себе функции насоса и гидравлического двигателя и могут преобразовывать входной поток при одном давлении в выходной поток при другом давлении.Преобразование также обратимо, за исключением небольших потерь энергии из-за внутреннего трения и утечки. По сути, произведение входного давления и расхода равно выходному давлению и расходу. Эта концепция сравнима с концепцией электрического трансформатора, где произведение напряжения и тока, в принципе, остается постоянным.

По словам официальных лиц Innas, Бреда, Нидерланды, высокоэффективные устройства могут управлять нагрузками с минимальными потерями на дросселирование. Трансформаторы имеют высокий динамический отклик, могут усиливать и непрерывно изменять давление или поток для управления линейными цилиндрами или роторными двигателями и исполнительными механизмами и подходят как для стационарного, так и для мобильного оборудования.

Поскольку они могут преобразовывать высокий поток при низком давлении в меньший поток при более высоком давлении, это дает возможность рекуперации энергии. Например, когда вилочный погрузчик опускает груз, энергия может быть восстановлена ​​и сохранена в аккумуляторе. То же самое касается рекуперации энергии торможения в гибридных транспортных средствах.

Представители

Innas отмечают, что независимые измерения семипоршневого трансформатора с изогнутой осью показали эффективность до 83%. Теоретический КПД девятиплунжерного варианта до 90%.

Улучшения процесса

Путь к повышению эффективности — это не только строгая экономия энергии среди компонентов привода. Плавное, скоординированное движение между несколькими приводами также позволяет машинам двигаться быстрее и работать более продуктивно. Что касается гидравлики, есть некоторые особые соображения, когда речь идет об управлении движением.

Использование универсального электромеханического контроллера для гидравлических осей обычно не рекомендуется по нескольким причинам. Даже с медленно движущимися приводами управление гидравлическим движением обычно включает нелинейные отношения между входами и выходами, поэтому установка и настройка контуров управления намного проще с использованием контроллеров, специально разработанных для этой задачи.Использование универсального контроллера обычно влечет за собой гораздо больше времени на настройку и настройку, чтобы, как мы надеемся, достичь производительности, присущей электрогидравлическому контроллеру.

Контроллеры Axis

для гидравлических приводов также предназначены для оптимизации динамических характеристик. Усовершенствованные контроллеры могут плавно переходить от точного позиционирования гидравлического привода к управлению силой, которую он прилагает — это сложно сделать с компьютерами общего назначения без скачков или прерывистых движений.Гидравлические контроллеры движения используют специальные предварительно запрограммированные функции для плавного изменения ускорения и замедления, что в конечном итоге позволяет увеличить рабочие скорости и продлить срок службы машины.

Новейшие электрогидравлические контроллеры движения также обеспечивают простой интерфейс со стандартными коммуникационными сетями. Большинство из них поддерживает ряд промышленных полевых шин, из которых наиболее распространенным интерфейсом является Ethernet. Используя EtherNet / IP, ПК может загружать параметры движения в контроллер и считывать результаты шагов движения.Персонал производственного контроля даже может контролировать процессы удаленно через Интернет или интранет-соединение с машиной.

Например, преобразование электродвигателей в гидравлику в системе Hawkeye потребовало новой системы управления, чтобы в полной мере использовать гидравлические возможности. Компания выбрала электрогидравлический контроллер движения Delta Computer Systems RMC150, который обеспечивал более быстрое и точное отслеживание движения. Робот заливал формы быстрее, чем раньше, и чем быстрее система подачи бетона перемещается по форме, тем тоньше слой, который она может уложить.Конечным результатом является не только более быстрое производство, но и более качественные бетонные изделия.

В другом случае компания Valley Hay Co. в Гаррисбурге, штат Орегон, также повысила эффективность производства, когда точное электрогидравлическое управление заменило электромеханическую систему движения.

RMC150 управляет и синхронизирует четыре гидроцилиндра диаметром 13 дюймов и ходом 72 дюйма, которые сжимают тюки органического материала для транспортировки. Улучшенная многоосная синхронизация сократила цикл сжатия тюка с 300 секунд в случае тюков райграса до 53 секунд.А грузовые контейнеры, на загрузку которых требовалось два часа, теперь могут быть загружены всего за 45 минут. Модернизация гидравлического управления повысила эффективность всей производственной деятельности Valley Hay.

Продолжить на следующей странице

Системный подход

Как предполагают эти приложения, энергия может быть потрачена впустую во многих областях вокруг машины. Обдуманный подход к решениям, например, о том, когда запустить гидравлический насос и когда его выключить, является примером более широкого анализа на уровне системы, который может помочь машиностроителям в экономии энергии.И этот анализ гарантирует, что все компоненты трансмиссии работают на наиболее эффективных скоростях.

Проектировщик может упустить суть, сосредоточившись на том, является ли привод с приводом от электродвигателя более эффективным, чем гидравлический привод, или наоборот. Вместо этого посмотрите на систему в целом и определите, какой тип мощности движения наиболее эффективен в этом случае.

Но рассмотрите гидравлику для любого приложения с одним или несколькими из следующих требований: удерживающая сила или давление; совершать точные медленные движения; перемещение тяжелых грузов; один исполнительный механизм перемещает другой исполнительный механизм; и где быстрое, плавное линейное перемещение может сократить общее время цикла, тем самым уменьшая потребность в энергии связанных систем.

Исследователи сосредотачиваются на эффективности гидравлической энергии

Центр компактной и эффективной гидравлической энергии (CCEFP) со штаб-квартирой в Миннеаполисе представляет собой сеть исследователей, преподавателей и отраслевых экспертов, стремящихся сделать гидравлические и пневматические системы более эффективными и действенными. CCEFP — это Центр инженерных исследований Национального научного фонда, поддерживаемый NSF, а также семью участвующими университетами и 55 промышленными партнерами.

До создания Центра в 2006 году U.У С. не было крупного исследовательского центра гидроэнергетики — по сравнению с тридцатью центрами в Европе.

Целями 25 текущих исследовательских проектов являются:

  • Повысьте эффективность использования гидравлической жидкости, чтобы значительно снизить потребление нефти, энергии и загрязнение окружающей среды. А также повысьте эффективность перевозок за счет разработки экономичных гидравлических гибридных транспортных средств.

  • Изучите новые технологии, которые сделают гидравлическую энергию чище, тише и безопаснее.

  • Разработка более компактных систем для нового поколения устройств, таких как автономные спасательные и сервисные роботы, оборудование для повышения мобильности стареющего населения и переносные ручные инструменты с гидравлическим приводом.

Подробнее

Центр компактной и эффективной гидравлической энергии, www.ccefp.org

Hawkeye Group, www.hawkeyepipe.com

Innas, www.innas.com

Machine Design, http://machinedesign.com

Valley Hay Co., http://valleyhayco.com

Voith Turbo H + L Hydraulic, www.us.voithturbo.com

СИСТЕМА ЭЛЕКТРО-ГИДРАВЛИЧЕСКОГО ПРИВОДА ДЛЯ РАБОЧЕЙ МАШИНЫ

Настоящее изобретение относится к системе электрогидравлического привода для приведения в действие корпуса конструкции, установленного на рабочей машине или подобном, с использованием гидравлического (гидравлического) двигателя и электродвигателя.Например, настоящее изобретение относится к системе электрогидравлического привода, использующей гидравлический двигатель и электродвигатель.

Обычно силовые механизмы, такие как гидравлические экскаваторы, краны, колесные погрузчики и бульдозеры (в спецификации и формуле изобретения эти силовые механизмы вместе именуются «рабочими машинами»), использовались в различных областях. Например, будет описан гидравлический экскаватор. Гидравлический ковш сконфигурирован так, что верхний вращающийся корпус (корпус конструкции) установлен на верхней части нижнего движущегося объекта, а верхний вращающийся корпус включает двигатель, сиденье водителя, рычаг, прикрепленный к ковшу на конце. из них стрела, соединенная с рычагом, и т. д.Таким образом, гидравлическая лопата имеет большой вес. Верхнее вращающееся тело может поворачиваться в верхней части нижнего движущегося объекта за счет приведения в действие клапана дистанционного управления, предусмотренного в сиденье водителя, во время работы, а ковш, прикрепленный к верхнему концу рычага, выполняет различные виды работ.

В последние годы в качестве одного из примеров рабочих машин предлагается рабочая машина, включающая в себя электродвигатель в качестве приводного устройства для привода верхнего вращающегося тела и т. Д.

Например, есть рабочая машина, в которой Гидравлический насос и генератор / электродвигатель установлены параллельно редуктору, который приводится в действие двигателем в качестве источника энергии, и они приводятся в действие, гидравлический привод приводится в действие гидравлическим маслом от гидравлического насоса, вырабатывается электроэнергия в генераторе хранится в батарее, а генератор / электродвигатель работает как электродвигатель по мере необходимости (например,g., см. Патентную литературу 1, 2).

В качестве другого известного уровня техники существует рабочая машина, в которой гидравлический насос присоединен к двигателю в качестве источника энергии привода, гидравлический насос снабжен генератором / электродвигателем через редуктор или муфту, гидравлический цилиндр или ходовой гидравлический двигатель приводится в действие гидравлическим маслом от гидравлического насоса, приводимого в действие движущей силой двигателя, а электрическая энергия, генерируемая в генераторе, хранится в батарее и используется для вращения вращающегося электродвигателя (например,g., см. Патентную литературу 2, 3).

В качестве еще одного известного уровня техники существует рабочая машина, в которой двигатель в качестве источника энергии привода и генератор объединены друг с другом, гидравлический цилиндр и т.п. приводится в действие гидравлическим маслом от гидравлического насоса, приводимого в действие генератором. , и верхнее вращающееся тело приводится в действие электродвигателем (например, Патентная литература 4).

Патентная литература 1: Публикация выложенной японской патентной заявки № 2005-237178

Патентная литература

2: Публикация выложенной японской патентной заявки №2003-9308

Патентная литература 3: Публикация японской выложенной патентной заявки № 2007-218003

Патентная литература 4: Японская выложенная патентная заявка № 2002-275945

Однако в Патентной литературе 1 есть существует потребность в редукторе большого размера для привода гидравлического насоса и генератора / электродвигателя, что приводит к увеличению габаритов всего устройства и сложной конфигурации. Из-за этого сложно обеспечить работоспособность и надежность подключения устройства.Кроме того, количество компонентов устройств велико, что требует высокой стоимости производства и т. Д.

В случае патентных документов 2 и 3 требуется муфта и т.п. между двигателем и гидравлическим насосом или генератором. / электродвигатель, что приводит к увеличению габаритов аппарата в целом и сложной конфигурации. Из-за этого сложно обеспечить работоспособность и надежность подключения устройств, высокую стоимость изготовления и т. Д.необходимы.

В случае Патентной литературы 4, хотя двигатель и генератор объединены друг с другом для уменьшения размера, двигатель, объединенный с генератором, является специализированным компонентом. Поэтому необходимо заново спроектировать приводное устройство и изготовить компоненты для каждой отдельной рабочей машины, что требует высоких производственных затрат и длительного времени изготовления.

Кроме того, в вышеупомянутом уровне техники каждая из рабочих машин сконфигурирована так, что вращающееся тело в качестве структурного тела рабочей машины приводится в движение только электродвигателем.В некоторых случаях вращающееся тело не может вращаться, если генератор не приводится в действие источником мощности привода для выработки электроэнергии, которая должна храниться в батарее. Это требует длительного времени выработки энергии в источнике мощности привода. В этих условиях трудно эффективно использовать движущую силу всей рабочей машины.

Целью настоящего изобретения является создание системы электрогидравлического привода для рабочей машины, которая включает в себя гидравлический двигатель и электродвигатель для приведения в действие корпуса конструкции рабочей машины, а также включает гидравлический насос и электродвигатель. которые приводятся в действие источником мощности, чтобы обеспечить эффективную работу с использованием гидравлического давления (давления жидкости) и электроэнергии и добиться снижения затрат.

Для достижения вышеописанной цели в соответствии с настоящим изобретением предоставляется система электрогидравлического привода для рабочей машины, которая приводит в движение корпус конструкции путем управления расходом гидравлической жидкости с помощью регулирующего клапана, содержащая: устройство подачи, которое включает в себя гидравлический насос, приводимый в действие источником мощности, и первый электродвигатель, и подает гидравлическую жидкость; приводное устройство, которое включает в себя гидравлический двигатель, вращаемый гидравлической жидкостью, подаваемой из устройства подачи, и второй электродвигатель, и приводит в движение опорный корпус; и контроллер, который определяет рабочее состояние первого электродвигателя и рабочее состояние второго электродвигателя на основе нагрузки устройства питания и нагрузки устройства привода.В описании и формуле изобретения термин «рабочее состояние электродвигателя» означает состояние, в котором электродвигатель работает как «приводной блок», или состояние, в котором электродвигатель работает как «генератор». Это позволяет приводить корпус рабочей машины в действие гидравлическим давлением (давлением жидкости), подаваемым от гидравлического насоса, приводимого в действие источником энергии, на гидравлический двигатель через регулирующий клапан, а выработка энергии или привод должны выполняться эффективно за счет с использованием первого электродвигателя и второго электродвигателя.Таким образом, становится возможным построить систему электрогидравлического привода, эффективно используя электроэнергию и гидравлическое давление (давление жидкости).

Первый электродвигатель может иметь функцию генератора, предназначенную для преобразования мощности привода, передаваемой от источника мощности привода, в электрическую энергию, и функцию узла привода, способствующую приведению в действие гидравлического насоса за счет использования электроэнергии; и контроллер может выполнять управление для работы первого электродвигателя в качестве генератора или привода на основе состояния заряда в зарядном устройстве, которое хранит электроэнергию, генерируемую функцией генератора, и рабочем состоянии первого электродвигателя.Поскольку первый электродвигатель может работать как блок привода или генератор в соответствии с состоянием заряда в блоке зарядки и рабочим состоянием первого электродвигателя, может быть реализована эффективная работа.

Второй электродвигатель может иметь функцию генератора, предназначенную для преобразования энергии инерции в электрическую энергию во время замедления гидравлического двигателя, и функцию привода, которая помогает приведения в движение гидравлического двигателя за счет использования электроэнергии; и контроллер может выполнять управление для работы второго электродвигателя в качестве генератора или привода на основе состояния заряда в зарядном устройстве, которое хранит электроэнергию, генерируемую функцией генератора, и рабочем состоянии второго электродвигателя.Поскольку второй электродвигатель может работать как блок привода или генератор в соответствии с состоянием заряда в блоке зарядки и рабочим состоянием второго электродвигателя, может быть реализована эффективная работа. Кроме того, поскольку один или оба из первого электродвигателя устройства питания и второго электродвигателя устройства привода могут работать в качестве генератора (генераторов), энергия может быть эффективно восстановлена.

Приводное устройство может быть сконфигурировано так, что гидравлический двигатель и второй электродвигатель составляют одно целое друг с другом; второй электродвигатель может включать в себя ротор, соединенный с вращающимся валом гидравлического двигателя, и статор, расположенный на внешней периферии ротора; и ротор может быть расположен так, чтобы окружать внешнюю периферию корпуса гидравлического двигателя, так что ротор находится на заданном расстоянии от внешней периферии корпуса; и подшипник для поддержки ротора на кожухе и уплотнительный элемент для герметизации зазора между ротором и кожухом могут быть расположены между ротором и кожухом.В соответствии с этой конфигурацией, поскольку второй электродвигатель расположен на внешней периферии гидравлического двигателя, приводное устройство может быть сконфигурировано компактно. Кроме того, поскольку уплотнительный элемент закрывает зазор между внешней периферией корпуса гидравлического двигателя и ротором второго электродвигателя, который расположен на расстоянии от внешней периферии корпуса, становится возможным предотвратить смазывание. масло и т.п. от утечки из гидравлического двигателя во второй электродвигатель, и, следовательно, предотвращение ухудшения или т.п. характеристик второго электродвигателя.

Подающее устройство может быть сконфигурировано так, что гидравлический насос и первый электродвигатель составляют одно целое друг с другом. В соответствии с этой конфигурацией источник мощности привода может быть снабжен устройством подачи, включающим в себя гидравлический насос и первый электродвигатель, без значительного изменения традиционной монтажной конструкции для соединения гидравлического насоса с источником мощности привода. Кроме того, подающее устройство, включающее в себя гидравлический насос и первый электродвигатель, может иметь единую конфигурацию и может быть малогабаритным.В результате можно снизить стоимость.

В соответствии с настоящим изобретением можно сконструировать систему привода для рабочей машины, которая способна эффективно работать за счет гидравлического давления (давления жидкости) и электроэнергии, используя гидравлический двигатель и электродвигатель, которые приводят в движение структурный корпус рабочей машины, а также гидравлический насос и электродвигатель, которые приводятся в движение источником энергии.

Кроме того, поскольку гидравлический двигатель и электродвигатель имеют единую конфигурацию или гидравлический насос и электродвигатель имеют единую конфигурацию, устройство может быть уменьшено в размере, а стоимость может быть уменьшена.

РИС. 1 представляет собой блок-схему, показывающую систему электрогидравлического привода для рабочей машины согласно настоящему изобретению.

РИС. 2 — гидравлическая схема системы электрогидравлического привода, показанной на фиг. 1.

ФИГ. 3A-3D — виды сбоку, схематически показывающие пример конфигурации электрогидравлического интегрированного устройства подачи в системе электрогидравлического привода, показанной на фиг. 1.

ФИГ. 4A-4C — виды сбоку, схематически показывающие другой пример конфигурации электрогидравлического интегрированного устройства подачи в системе электрогидравлического привода по фиг.1.

РИС. 5 — вид в разрезе электрогидравлического встроенного приводного устройства в электрогидравлической приводной системе, показанной на фиг. 1.

Далее будет описан вариант осуществления настоящего изобретения со ссылкой на чертежи. В варианте осуществления, описанном ниже, в качестве примера «гидравлической жидкости» будет описано «гидравлическое масло». В качестве примера рабочей машины можно привести гидравлический экскаватор, включающий гидроцилиндр, ходовой гидромотор, верхний вращающийся корпус и т. Д.будет описано. Кроме того, в варианте осуществления система электрогидравлического привода, включающая в себя электрогидравлическое интегрированное устройство подачи (в дальнейшем именуемое «электрогидравлический насос»), в котором гидравлический насос является неотъемлемой частью первого электродвигателя, и электрогидравлический будет описано, например, интегрированное приводное устройство (в дальнейшем именуемое «электрогидравлический двигатель»), в котором гидравлический насос является одним целым со вторым электродвигателем.

Как показано на фиг. 1, система электрогидравлического привода 1 настоящего варианта осуществления включает двигатель 2 , который является источником мощности привода, электрогидравлический насос 3 , приводимый в действие двигателем 2 , регулирующий клапан 6 для управления расходом гидравлического масла, выходящего из гидравлического насоса 4 электрогидравлического насоса 3 , первого электродвигателя 5 электрогидравлического насоса 3 , зарядного устройства 8 заряжен электроэнергией, генерируемой в первом электрогенераторе 5 через контроллер 7 , и электрогидравлический двигатель 9 (электрогидравлический роторный двигатель), который приводится в действие гидравлическим маслом от регулирующего клапана 6 и электроэнергия, подаваемая через контроллер 7 .Как будет описано позже, электрогидравлический двигатель 9 включает в себя гидравлический двигатель 10 , приводимый в действие гидравлическим маслом от регулирующего клапана 6 , и второй электродвигатель 11 , приводимый в действие электрической мощностью, подаваемой через контроллер. 7 .

Гидравлическое масло, подаваемое от электрогидравлического насоса 3 , подается через регулирующий клапан 6 , например, в гидроцилиндр для выдвижения и сжатия стрелы, приводной гидравлический двигатель 15 и т. Д., чтобы вести их. Электрогидравлический двигатель 9 также приводится в действие гидравлическим маслом, подаваемым через регулирующий клапан 6 , и вращает верхний вращающийся корпус 16 .

Электрогидравлический двигатель 9 имеет функцию выработки электроэнергии за счет использования инерции верхнего вращающегося тела и т. Д. Генерируемая электроэнергия заряжается в зарядный блок 8 через контроллер 7 .

Электроэнергия, заряженная в зарядный блок 8 , используется в качестве вспомогательной приводной мощности для приведения в действие второго электродвигателя 11 электрогидравлического двигателя 9 и вспомогательной приводной мощности для приведения в действие первого электродвигателя 5 электрогидравлического насоса 3 , через контроллер 7 , если необходимо.

Как показано на фиг. 2, гидравлический контур в системе электрогидравлического привода 1 настоящего варианта осуществления сконфигурирован для определения направления вращения и скорости вращения верхнего вращающегося тела в зависимости от направления наклона, угла наклона, скорости наклона и т. Д. ., поворотной ручки 21 , прикрепленной к клапану дистанционного управления 20 , который определяет рабочий объем, такой как направление вращения, скорость вращения и т.д., верхнего вращающегося тела.Что касается рабочей величины клапана дистанционного управления 20 , перепад давления между правым и левым портами, который определяется датчиком давления 22 , вводится в контроллер 7 как команда скорости (команда вращения) для вращения вращающееся тело. Между тем, гидравлический двигатель 10 электрогидравлического двигателя 9 также приводится в действие гидравлическим маслом, выпускаемым из гидравлического насоса 4 электрогидравлического насоса 3 .Гидравлическое масло подается от гидравлического насоса 4 в масляные каналы 24 и 25 в контуре гидромотора 23 через регулирующий клапан 6 . Через масляные каналы 24 и 25 гидравлическое масло подается во всасывающий канал гидравлического двигателя 10 . Регулирующий клапан 6 регулирует расход гидравлического масла, подаваемого в контур гидравлического двигателя 23 . Положение всасывающего и нагнетательного патрубков гидравлического двигателя 10 зависит от направления вращения.

Схема гидравлического двигателя 23 снабжена электромагнитными предохранительными клапанами 26 для предотвращения потерь, возникающих на стороне нагнетания гидравлического двигателя 10 , во время замедления гидравлического двигателя 10 . Электромагнитные предохранительные клапаны , 26, открываются во время замедления гидравлического двигателя 10 , тем самым позволяя второму электродвигателю 11 эффективно восстанавливать рекуперативную электрическую энергию за счет использования энергии инерции гидравлического двигателя 10 .Поскольку гидравлическое масло течет в противоположных направлениях во время вращения вперед и назад гидравлического двигателя 1 , электромагнитные предохранительные клапаны , 26, направляются в масляные каналы , 24, и , 25, , соответственно. Кроме того, между масляными каналами 24 и 25 предусмотрены предохранительные клапаны 27 для работы так, чтобы гидравлическое масло выпускалось в бак 29 , когда давление превышает давление при нормальном использовании, и обратные клапаны. 28 для всасывания масла из резервуара 29 , когда количество масла, циркулирующего в масляных каналах 24 и 25 , уменьшается.

В настоящем варианте осуществления для регулирования количества гидравлического масла с помощью регулирующего клапана 6 , электромагнитные клапаны понижения давления 31 предусмотрены в управляющих портах 30 (поворотные секции) регулирующего клапана 6 . К электромагнитным редукционным клапанам 31 подается вторичное давление клапана дистанционного управления 20 как первичное давление.

Регулирующий клапан 6 управляется с помощью электромагнитных клапанов понижения давления 31 на основе сигнала управления степенью открытия от контроллера 7 , так что гидравлическое масло в количестве, соответствующем рабочему объему пульта дистанционного управления Регулирующий клапан 20 поступает на гидромотор 10 .Контроллер 7 регулирует степень открытия электромагнитного редуктора давления, клапаны 31 , управляя регулирующим клапаном 6 с помощью управляющего давления, полученного путем снижения давления пилотного масла (вторичного давления), подаваемого от клапана дистанционного управления 20 электромагнитными клапанами понижения давления 31 , в зависимости от рабочей величины клапана дистанционного управления 20

Датчики давления 35 прикреплены к всасывающему патрубку и патрубку нагнетания гидравлического двигателя 10 соответственно.Перепад давления между давлениями, обнаруженными датчиками давления , 35, , вводится в контроллер 7 в качестве обратной связи по перепаду давления. На основе этой обратной связи по перепаду давления контроллер 7 оценивает крутящий момент, который должен быть создан в гидравлическом двигателе 10 (обратный крутящий момент, когда сигнал обратной связи по перепаду давления является отрицательным сигналом).

Второй электродвигатель 11 подключен к зарядному устройству 8 для хранения электроэнергии через контроллер 7 .Контроллер 7, сконфигурирован для обеспечения передачи электроэнергии между зарядным устройством 8 и вторым электродвигателем 11 . Во время ускорения гидравлического двигателя 10 для вращения верхнего вращающегося тела контроллер 7 разряжает электрическую энергию из зарядного устройства 8 и подает электроэнергию на второй электродвигатель 11 , взаимодействующий с гидравлическим двигателем 10 .С другой стороны, во время замедления гидравлического двигателя 10 контроллер 7 заставляет второй электродвигатель 11 выполнять регенеративное действие для торможения гидравлического двигателя 10 и заряжает генерируемую рекуперативную электрическую энергию в зарядное устройство 8 . Таким образом, контроллер 7 выдает команду вращения на второй электродвигатель 11 , взаимодействующий с гидравлическим двигателем 10 во время ускорения гидравлического двигателя 10 , в то время как контроллер 7 выдает регенеративную команду для второй электродвигатель 11 для торможения гидравлического двигателя 10 во время замедления.

Далее, второй электродвигатель 11 прикреплен с датчиком оборотов 36 . Датчик числа оборотов , 36, определяет число оборотов (число оборотов) и вводит обнаруженные обороты в контроллер 7 в качестве обратной связи по скорости. На основе обратной связи по скорости контроллер 7 вычисляет скорость ускорения из разницы между фактическими оборотами и командой скорости (командой вращения) от клапана дистанционного управления 20 .

Первый электродвигатель 5 электрогидравлического насоса 3 соединен с датчиком оборотов 37 . Датчик числа оборотов , 37, определяет число оборотов (число оборотов) и вводит обнаруженные обороты в контроллер 7 в качестве обратной связи по числу оборотов. На основе обратной связи по оборотам контроллер 7 вычисляет точный объем нагнетания гидравлического насоса 4 . Контроллер 7, выдает команду наклона для наклона гидравлического насоса 4 и команду вращения на двигатель 2 .10 , обратная связь по скорости (фактические обороты) на основе сигнала вращения второго электродвигателя 11 и обратная связь по оборотам (фактическая величина нагнетания) на основе сигнала вращения первого электродвигателя 5 , контроллер 7 вращает второй электродвигатель 11 для получения крутящего момента, необходимого для электрогидравлического двигателя 9 , и посылает сигнал управления степенью открытия на электромагнитные клапаны понижения давления 31 , чтобы компенсировать недостаток крутящего момента второго электрического двигателя. двигатель 11 , тем самым управляя регулирующим клапаном 6 .Кроме того, контроллер 7, управляет операцией наклона гидравлического насоса 4 и рабочим состоянием первого электродвигателя 5 , если необходимо.

Контроллер 7 управляет электромагнитными клапанами понижения давления 31 регулирующего клапана 6 таким образом, что, когда будет определено, что клапан дистанционного управления 20 сработал, а гидравлический двигатель 10, , должен быть ускорен, и электрическая энергия, которая обеспечивает работу второго электродвигателя 11 , хранится в зарядном блоке 8 , второй электродвигатель 11 приводится в действие преимущественно этой электрической энергией.Таким образом, гидравлический двигатель 10 , приводимый в действие гидравлическим маслом, подаваемым через регулирующий клапан 6 , управляемый, как описано выше, компенсирует недостаток крутящего момента.

С другой стороны, когда определено, что клапан дистанционного управления 20 был задействован и гидравлический двигатель 10 должен быть замедлен, контроллер 7 заставляет второй электродвигатель 11 выполнять регенеративная реакция для преобразования энергии инерции в электрическую энергию для зарядки регенеративной электроэнергии в зарядном устройстве 8 .В случае, когда приводная мощность, генерируемая в двигателе 2 , больше, чем необходимо, первый электродвигатель 5 электрогидравлического насоса 3 работает как генератор, и генерируемая электрическая энергия заряжается в зарядное устройство 8 .

Как описано выше, поскольку контроллер 7 способен управлять регулирующим клапаном 6 , первым электродвигателем 5 и вторым электродвигателем 11 на основе сигнала от клапана дистанционного управления 20 сигнал от электрогидравлического насоса 3 и сигнал от электрогидравлического двигателя 9 , электрогидравлического двигателя 9 и электрогидравлического насоса 3 можно эффективно контролировать в зависимости от рабочих условий. состояния устройств.Таким образом, можно сконструировать систему электрогидравлического привода 1 с улучшенной энергоэффективностью. То есть, в зависимости от рабочего состояния электрогидравлического насоса 3 и рабочего состояния электрогидравлического двигателя 9 , контроллер 7 управляет электромагнитными редукционными клапанами 31 регулирующего клапана. 6 , чтобы регулировать количество гидравлического масла, и заставляет первый электродвигатель 5 и второй электродвигатель 11 выполнять операцию выработки энергии или операцию движения.Таким образом, система электрогидравлического привода 1 может реализовать эффективную работу, используя электроэнергию и гидравлическое давление (давление жидкости).

РИС. 3 показан пример конфигурации электрогидравлического насоса 3 (электрогидравлическое интегрированное питающее устройство). Например, в случае, когда два гидравлических насоса расположены последовательно, в примере на фиг. 3A, первый электродвигатель 5 расположен на стороне двигателя 2 (с левой стороны на ФИГ.3A) относительно гидравлического насоса 4 , ротор 41 первого электродвигателя 5 прикреплен к вращающемуся валу 40 , а статор 42 расположен на внешней периферии ротора 41 . В примере на фиг. 3B, первый электродвигатель 5 расположен между двумя гидравлическими насосами 4 , ротор 41 первого электродвигателя 5 прикреплен к вращающемуся валу 40 , а статор 42 расположен на внешней периферии ротора 41 .В примере на фиг. 3C, первый первый электродвигатель 5 расположен на противоположной стороне двигателя 2 относительно гидравлического насоса 4 , ротор 41 первого электродвигателя 5 прикреплен к вращающийся вал 40 выдвинут, а статор 42 расположен на внешней периферии ротора 41 . В примере на фиг. 4С, первый электродвигатель 5 соединен с коробкой отбора мощности (далее именуемой «ВОМ»), установленной в гидравлическом насосе 4 , ротор 41 соединен с валом отбора мощности 43 и статор 42 расположен на внешней периферии ротора 41 .

РИС. 4 показан другой пример конфигурации электрогидравлического насоса 3 (электрогидравлическое интегрированное питающее устройство). Например, в случае, когда два гидравлических насоса 4 расположены параллельно, в примере на фиг. 4A, первый электродвигатель 5 расположен на стороне двигателя 2 (слева на фиг. 4A) относительно гидравлического насоса 4 , ротора 41 первого электродвигателя 5 прикреплен к вращающемуся валу 40 , а статор 42 расположен на внешней периферии ротора 41 .В примере на фиг. 4B, первый первый электродвигатель 5 расположен на противоположной стороне двигателя 2 относительно гидравлического насоса 4 , ротор 41 первого электродвигателя 5 прикреплен к вращающийся вал 40 выдвинут, а статор 42 расположен на внешней периферии ротора 41 . В примере на фиг. 4C, первый электродвигатель 5 соединен с валом отбора мощности, установленным в гидравлическом насосе 4 , ротор 41 соединен с валом отбора мощности 43 , а статор 42 расположен на внешней периферии ротор 41 .

В соответствии с конфигурациями, показанными на фиг. 3 и 4, гидравлический насос 4 может быть снабжен первым электродвигателем 5 без значительного изменения конструкции крепления относительно двигателя 2 по сравнению с традиционной конфигурацией. Таким образом, например, путем замены гидравлического насоса в рабочей машине на электрогидравлический насос 3 (электрогидравлическое интегрированное питающее устройство) становится возможным легко реализовать эффективную работу при снижении расхода топлива. в системе привода.

Как показано на фиг. 5, в настоящем варианте осуществления электрогидравлический двигатель 9 (электрогидравлическое интегрированное приводное устройство) включает в себя второй электродвигатель 11 , который соединен с редуктором 50 , снабженным шестерней 51 для вращает верхний вращающийся корпус и вращает выходной вал 70 , через который приводная мощность передается на входной вал 52 редуктора 50 и гидравлический двигатель 10 для вращения вращающегося вала 60 расположен соосно с выходным валом 70 .Устройство редуктора 50 в этом примере может устанавливаться на устройство с помощью монтажного фланца 53 .

Гидравлический двигатель 10 — поршневой двигатель с наклонной шайбой фиксированной мощности. Гидравлический двигатель 10 включает в себя вращающийся вал 60 , блок цилиндров 61 , множество поршней 62 и наклонную шайбу 63 и размещен в кожухе 64 . Вращающийся вал , 60, расположен внутри корпуса , 64, в состоянии, в котором одна концевая часть на выходном валу , 70, выступает наружу.Вращающийся вал , 60, поддерживается с возможностью вращения кожухом , 14, на обоих концах посредством подшипников , 65, , соответственно. Блок цилиндров , 61, цилиндрической формы прикреплен к другой концевой части вращающегося вала , 60, посредством шлицевания и т.п., так что блок цилиндров 61 может вращаться вместе с вращающимся валом 60 . Блок цилиндров , 61, снабжен множеством поршневых камер , 66, , сформированных с равными интервалами в окружном направлении.Каждая поршневая камера , 66, открывается в концевой части блока цилиндров 61 со стороны наклонной шайбы 63 и открывается в другой концевой части блока цилиндров 61 через порт цилиндра 67 . Поршень 62 вставлен в каждую поршневую камеру 66 со стороны наклонной шайбы 62 .

Поршень 42 совершает возвратно-поступательное движение в поршневой камере 66 . Сферическая внешняя поверхность одной концевой части поршня 62 установлена ​​на башмак 68 , расположенный на наклонной шайбе 63 .Качающаяся шайба 63 расположена на вращающемся валу 60 на стороне выходного вала 70 , а не на блоке цилиндров 61 , и установлена ​​на корпусе 64 с заданным углом наклона относительно оси. L поворотного вала 60 .

В соответствии с гидравлическим двигателем 10 , сконфигурированным, как описано выше, гидравлическое масло подается в поршневую камеру 66 через всасывающий канал, а подаваемое гидравлическое масло выходит из поршневой камеры 66 через выпускное отверстие. порт, тем самым позволяя поршню 62 совершать возвратно-поступательное движение.Качающаяся шайба , 63, наклонена с заданным углом наклона. Из-за этого, когда поршень 62 совершает возвратно-поступательное движение, башмак 68 скользит по наклонной шайбе 63 , а блок цилиндров 61 вращается вокруг оси L. Поскольку блок цилиндров 61 вращается вместе с поворотным вал 60 , поворотный вал 60 вращается согласно вращению блока цилиндров 61 .

Второй электродвигатель 11 встроен в гидравлический двигатель 10 , сконфигурированный, как описано выше.Второй электродвигатель 11 — трехфазный синхронный электродвигатель. Второй электродвигатель 11, включает выходной вал , 70, , вращатель , 71, и статор, , 72, , которые размещены в корпусе 3 . Корпус 3 имеет форму цилиндра с дном и расположен на внешней периферии корпуса 64 гидравлического двигателя 10 . Внешний фланец , 69, , выступающий радиально наружу, предусмотрен на всей осевой промежуточной части внешней периферийной поверхности корпуса 64 , а открывающаяся концевая часть 74 корпуса 73 прикреплена к наружному фланцу 69 .

Вышеописанным способом второй электродвигатель 11 монтируется как единое целое с внешней периферией гидравлического двигателя 10 таким образом, что часть электродвигателя 11 , где вращающийся вал 60 гидравлического двигателя 10 выступает наружу, размещен в корпусе 73 коаксиально с выходным валом 70 , и они соединены между собой шлицами или подобным образом, чтобы иметь возможность вращаться вместе, и второй электродвигатель 11 расположен вокруг гидравлического двигателя 10 .

Опорная секция 75 вращателя 71 поддерживается в торцевой части корпуса 64 на стороне выходного вала 70 посредством подшипника 80 в месте, разнесенном на заданный зазор от внешняя периферия. В настоящем варианте осуществления опорная секция 75 ротора 71 выполнена как единое целое с выходным валом 70 , и эта часть выходного вала 70 поддерживается корпусом 73 с помощью подшипник 81 .

Уплотняющий элемент 82 предусмотрен на подшипнике 80 в месте расположения второй стороны электродвигателя (сторона статора) для герметизации зазора между опорной секцией 75 ротора 71 и кожухом 64 . Уплотнительный элемент , 82, , предусмотренный на подшипнике , 80, в месте расположения второй стороны электродвигателя, предотвращает утечку масла внутри гидравлического двигателя 10 в пространство между ротором 71 и статором 72 во втором электродвигателе 11 через подшипник 80 .В дополнение к этому уплотнительный элемент , 83, предусмотрен на подшипнике , 81, в месте со стороны второго электродвигателя. Уплотнительный элемент , 83, , предусмотренный на подшипнике , 81, в месте со стороны второго электродвигателя, предотвращает утечку масла изнутри редуктора 50 в пространство между ротором 71 и статором 72 во втором электродвигателе 11 через подшипник 81 .Таким образом, можно предотвратить утечку масла в пространство между ротором и статором во втором электродвигателе 11 , что в противном случае ухудшило бы характеристики электродвигателя.

В соответствии с электрогидравлическим двигателем 9 , сконфигурированным, как описано выше, второй электродвигатель 11 может быть компактно установлен на гидравлический двигатель 10 , что может уменьшить количество компонентов и, следовательно, стоимость. Кроме того, поскольку масло в гидравлическом двигателе 10 не течет внутрь второго электродвигателя 10 , операция может выполняться без снижения эффективности гидравлического двигателя 10 и второго электродвигателя. 11 .Кроме того, поскольку передаточное число или подобное между гидравлическим двигателем 10, и вторым электродвигателем 11 регулируется эффективно, можно повысить энергоэффективность.

Как описано выше, в соответствии с системой электрогидравлического привода 1 , контроллер 7 может выполнять выборочное управление для гидравлического насоса 4 и первого электродвигателя 5 , регулирующего клапана 6 или гидравлический двигатель 10 и второй электродвигатель 11 в зависимости от рабочих состояний рабочей машины, включая верхний вращающийся корпус и т. д.с помощью электрогидравлического насоса 3 (подающее устройство), включая гидравлический насос 4 и первый электродвигатель 5 и электрогидравлический двигатель 9 (приводное устройство), включая гидравлический двигатель 10 и второй электродвигатель 11 . Следовательно, электрогидравлический насос 3 и электрогидравлический двигатель 9 могут эффективно работать в зависимости от рабочих состояний устройств. В результате можно сконструировать систему электрогидравлического привода 1 с улучшенной энергоэффективностью.

Кроме того, даже когда второй электродвигатель 11 электрогидравлического двигателя 9 отключен, гидравлический двигатель 10 может приводить в движение верхнее вращающееся тело и т. Д. Таким образом, становится возможным сконструировать электродвигатель. -гидравлический привод 1 с повышенной надежностью. Кроме того, поскольку каждый из электрогидравлического насоса 3 и электрогидравлического двигателя 9 уменьшен в размерах и имеет единую конфигурацию, становится возможным сконструировать систему электрогидравлического привода 1 с высокой надежностью. и невысокая стоимость.

Хотя в настоящем варианте осуществления гидравлический экскаватор, включающий в себя гидравлический двигатель 10 , ходовой гидравлический двигатель, верхний вращающийся корпус и т. Д., Был описан как рабочая машина, рабочая машина не ограничивается описанным выше вариант осуществления, при условии, что эта рабочая машина использует устройство электрогидравлического питания и устройство электрогидравлического привода.

Хотя в настоящем варианте осуществления электрогидравлический насос 3 имеет интегральную конфигурацию, а электрогидравлический двигатель 9 имеет интегральную конфигурацию, они не обязательно должны иметь интегральную конфигурацию.Гидравлический насос , 4, и первый электродвигатель , 5, могут быть расположены параллельно, а гидравлический двигатель , 10, и второй электродвигатель , 11, могут быть расположены параллельно.

Кроме того, настоящий вариант осуществления является просто примерным и может быть изменен в пределах объема изобретения. Настоящее изобретение не ограничивается описанным выше вариантом осуществления.

Электрогидравлическая система привода по настоящему изобретению используется в рабочей машине, сконфигурированной так, что корпус конструкции приводится в движение гидравлическим двигателем и электродвигателем.

  • 1 система электрогидравлического привода
  • 2 двигатель (источник питания)
  • 3 электрогидравлический насос (питающее устройство)
  • 4 гидравлический насос
  • 5 первый электродвигатель
  • 6 регулирующий клапан
  • 7 контроллер
  • 8 зарядный блок
  • 9 электрогидравлический двигатель (приводное устройство)
  • 10 гидравлический двигатель
  • 11
  • 916 второй электродвигатель 43 22 , 35 датчик давления
  • 36 , 37 датчик оборотов
  • 60 вращающийся вал
  • 62 поршень
  • 63 наклонная шайба
  • кожух подшипник
  • 70 выходной вал
  • 71 ротор
  • 72 статор
  • 73 корпус
  • 82 , 83 уплотнительный элемент
  • ось L
.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.