Струйный ЭГУ с дефлектором

Московский Государственный Технический Университет им. Н. Э. Баумана

кафедра "Гидромашины, гидроприводы и гидропневмоавтоматика"

 

Диплом

 

 

Студент группы Э10-112:

_________Чернышев И.А.

Научный руководитель:

________Сосульников Г.Б.

 

Москва 2015

Содержание

 

Введение

В настоящее время требуется непрерывное повышение качественных характеристик электрогидравлических систем и связанная с этим автоматизация выдвигает все более высокие требования, предъявляемые к гидроавтоматике. Электрогидравлические сервомеханизмы находят широкое применение для обеспечения жестких требований в случае специальных условий применения, которые, например, выдвигают авиационная и космическая техника, тяжелое машиностроение.

Для создания высококачественных, высокоточных, быстродействующих систем регулирования необходимы электрогидравлические усилители мощности. Это обусловлено тем, что электрогидравлические усилители по сравнению с другими усилителями мощности имеют ряд преимуществ: более надежны и долговечны, просты в конструктивном исполнении, обладают высокой скоростью реакции на входной сигнал, высоким коэффициентом усиления по мощности при малых габаритах.

Электрогидравлический усилитель мощности (ЭГУ) – устройство, предназначенное для гидравлического усиления мощности сигнала управления в электрогидравлическом сервоприводе. Мировым лидером в разработке и изготовлении электрогидравлических распределителей является фирма «MOOG» (Германия). За последние 60 лет имели место четыре главные волны в области ЭГУ-строения:

- двухканальные и трехканальные с соплом-заслонкой в первом каскаде;

- двухкаскадные и трехкаскадные с перемещаемой струйной трубкой в первом каскаде;

- однокаскадные и двухкаскадные с прямым управляемым золотником;

- двухкаскадные и трехкаскадные с перемещением струи с помощью подвижного дефлектора в первом каскаде.

Возбудителем этих волн была вышеупомянутая фирма «MOOG», а все прочие изготовители ЭГУ, в том числе и российские, следовали в фарватере.

 

Обзор существующих конструкций ЭГУ

Рассмотрим вышеупомянутые конструкции ЭГУ и попробуем отследить их логику.

 

ЭГУ с соплом-заслонкой

Рис. 1 Принципиальная схема ЭГУ с моментным двигателем

 

1 – фильтр

2 – управляющий золотник

3 – сопло

4 – якорь

5 – катушка

6 – постоянный магнит

7 – нейтральное положение

8 – верхний полюс магнита

9 – гибкая трубка

10 – нижний полюс магнита

11 – заслонка

12 – пружина обратной связи

13 – постоянный (нерегулируемый) дроссель

Преимущества:

- «сухой» электромеханический преобразователь (ЭМП) сигнала управления, отделенный от рабочей жидкости гибкой тонкостенной трубкой, что исключает попадание в магнитную систему ферромагнитных частиц;

- простое осуществление механической обратной связи от золотника и ЭМП гибкой струной;

- полоса пропускания в районе 100 Гц.

Недостатки:

- высокая чувствительность к загрязнениям рабочей жидкости вследствие малых отверстий в соплах (диаметр ~ 0,2 мм).

- значительные усилия от струи, преодолеваемые заслонкой, приближающейся к соплу;

- заметные величины утечек рабочей жидкости в сопловом аппарате (~1,0 л/мин).

 

ЭГУ со струйной трубкой

Рис. 2

При сохранении всех преимуществ предшественника такой ЭГУ в значительной степени нивелировал два из отмеченных недостатка:

- уменьшилось усилие управления за счет исключения взаимодействия заслонки со струей из сопел, при этом существенно увеличилось перестановочное усилие на золотнике;

- значительно уменьшились непроизводительные утечки, т.к. струя из подающего сопла направляется непосредственно в канал управления положением золотника.

Недостаток, в добавок к грязечувствительности, состоит в чрезвычайной сложности обеспечения необходимой точности взаимного расположения сопла струйной трубки и приемных отверстий, имеющих диаметр ~ 0,3мкм.

Кроме того, круглая форма сопла и приемных отверстий обуславливает существенную нелинейность зависимости эффективной площади струи от угла отклонения сопла.

ЭГУ прямого действия

Рис. 3

 

Стремление избавиться от чрезвычайной зависимости надежной работы ЭГУ от чистоты рабочей жидкости привело к созданию ЭГУ прямого действия. В этих ЭГУ исключен предварительный струйный каскад усиления и перемещение золотника производится линейным электродвигателем, обеспечивающим срезающее усилие на кромках не менее 25 кг. Возможность получения приемлемых весовых характеристик линейных электродвигателей обусловлено появлением высокоэффективных редкоземельных постоянных магнитов.

Отказ от грязечувствительных элементов позволил отказаться от глубокого резервирования систем управления самолетов.

Недостаток – контакт магнитной системы с рабочей жидкостью, который чреват прилипанием к постоянным магнитам ферромагнитных частиц. В существующих конструкциях таких ЭГУ проникновению указанных частиц к магнитам препятствуют малые зазоры по приводным штокам электродвигателей.

Последний недостаток ЭГУ прямого действия исключен в конструкции НПЦ СМ МГТУ им. Н. Э. Баумана, где линейный электродвигатель заменен на неполноповоротный с эксцентриковым валом (рис. 4).

 

Рис. 5

 

 

1 – моментный мотор

2 – золотниковый распределитель

3 – индукционный датчик положения золотника

4, 5 – элементы регулировки датчика положения золотника и гидравлического нуля

6 – корпус

 

Такой ЭГУ обладает несколько меньшей весовой отдачей и ухудшенной динамикой (до 70 Гц) и, поэтому, нашел применение только в наземной мобильной технике.

 

Струйный ЭГУ с дефлектором

Рис. 6 Схема гидравлическая принципиальная

 

1 – фильтр

2 – преобразователь электромеханический

3 – пружина обратной связи

4 – золотник

5 – дефлектор

6 – приемные окна

7 – сопло

Этот вариант ЭГУ является развитием ранее разработанной и успешно применяемой конструкции струйного усилителя «струйная трубка» (фирма «Alber», США).

Замена струйной трубки дефлектором впервые выполненная фирмой «MOOG», США, существенно упрощает технологию изготовления и, соответственно, уменьшает стоимость ЭГУ.

Принципиальной особенностью ЭГУ со струйным усилителем в предварительном каскаде (струйная трубка, дефлектор) является реализация перестановочного усилия на золотнике, величина которого практически определяется произведением давления в линии подачи на площадь торца золотника. С точки зрения безопасности перестановочное усилие ~ 50 кгс принято достаточным.

Ни одна из существующих схем ЭГУ, кроме ЭГУ со струйным усилителем в предварительном каскаде таким качеством не обладает.

 

Выводы