Многокаскадные электрогидравлические усилители мощности
7.3. МНОГОКАСКАДНЫЕ ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКИЕ УСИЛИТЕЛИ МОЩНОСТИ
С увеличением мощности гидравлического потока, управляемого однокаскадным ЭГУ, возрастает требуемая мощность ЭМП. Это обусловлено увеличением смещения подвижной части ГР для обеспечения больших площадей проходных сечений, а также увеличением массы подвижной части ГР, гидростатических и гидродинамических сил, действующих на подвижную часть ГР, и жестко связанного с ней якоря ЭМП.
Рост мощности ЭМП приводит к ухудшению его динамических характеристик, увеличению массы и размеров и повышению мощности электронного усилителя, управляющего ЭМП. В быстродействующих ЭГСП при увеличении, мощности ГИУ в ЭГУ вводится дополнительный гидравлический каскад усиления. Таким образом, вместо мощного крупногабаритного и тяжелого ЭМП с низкими динамическими характеристиками применяется комбинация маломощного быстродействующего ЭМП e гидравлическим устройством предварительного усиления, в качестве которого может быть использован один из дросселирующих ГР, рассмотренных выше. Такая комбинация помимо высоких динамических характеристик обеспечивает и существенно большую жесткость к нагрузке на распределительной части ЭГУ, чем ЭМП в случае однокаскадной схемы (так называемое детектирующее свойство ЭГУ — однонаправленность прохождения управляющего сигнала от электронной части ЭГСП к ГИУ).
Выбор однокаскадной или двухкаскадной схемы ЭГУ определяется не только мощностью управляемого ГИУ, но и полосой частот, в которой задаются динамические характеристики ЭГСП.
Принципиальные схемы наиболее распространенных типов двухкаскадных ЭГУ приведены на рис. 71—73. В дальнейшем будем рассматривать двухкаскадные ЭГУ, у которых в качестве второго каскада используется четырехщелевой дросселирующий гидрораспределитель в виде цилиндрического золотника. Принципиально в качестве второго каскада можно использовать и плоский золотник. Однако для рассмотрения принципа работы ЭГУ и анализа его статических и динамических характеристик конструктивная схема ЗГР второго каскада не имеет значения.
Многокаскадные ЭГУ по способу управления координатой ГР выходного каскада подразделяют на ЭГУ с позиционирующими (с «синхронизирующими») пружинами (ЭГУ (СП)) и ЭГУ с обратной связью (ЭГУ (OC)).
ЭГУ (СП) — это усилители, в которых значение координаты ГР выходного каскада пропорционально перепаду давлений, создаваемому управляющим каскадом.
ЭГУ (OC) — это усилители, в которых перемещение ГР выходного каскада вызывает изменение дросселирующих щелей управляющего каскада. Управляющий каскад многокаскадного ЭГУ в принципе может быть и двухкаскадным. В этом случае под дросселирующими щелями управляющего каскада будем подразумевать дросселирующие щели ГР второго каскада.
Если изменение дросселирующих щелей управляющего каскада происходит вследствие кинематической связи выходного и управляющего каскадов, то такая OC называется кинематической OC (KOC); иногда ее называют гидравлической OC (ГОС). Если изменение дросселирующих щелей управляющего каскада при движении выходного каскада происходит вследствие изменения баланса' сил (или моментов) на ЭМП, то такая OC называется механической (MOC). Если изменение дросселирующих щелей управляющего каскада при движении выходного каскада происходит вследствие изменения управляющего сигнала на обмотках ЭМП, то такую OC называют электрической OC (ЭОС).
Двухкаскадный золотниковый ЭГУ с цилиндрическим ЗГР на первом каскаде и с кинематической или гидравлической обратной связью — ЭГУ (KOC) или ЭГУ (ГОС) — работает следующим образом (рис. 71, а). При подаче управляющего сигнала на обмотки 1 ЭМП на его валу развивается момент, пропорциональный этому сигналу. Вдоль оси золотника 3 возникает усилие, которому противодействуют усилие пружин 2 и гидродинамическая сила. Смещение золотника 3 от нейтрального положения пропорционально управляющему сигналу. Пусть, например, это смещение происходит вправо. РЖ под давлением из гидролинии нагнетания через открывшееся по кромке m окно золотника 3 поступает через гидролинию Б в полость E второго каскада.
Под действием перепада давлений между полостями C и Д золотник 4 движется влево. При этом в результате деформации пружины 5 на валу ЭМП будет развиваться момент OC, по знаку противоположный управляющему моменту, а по модулю — пропорциональный деформации пружины 5. Так как деформация пружины 5 зависит от смещения золотника 4 от нейтрального положения, то момент OC будет пропорционален этому смещению. Движение золотника 4 будет продолжаться до тех пор, пока момент обратной связи на валу ЭМП не уравновесится управляющим моментом. При этом золотник 3 под действием центрирующих пружин 2, пружин своего упругого подвеса, а также под действием гидродинамической и гидростатической сил возвратится в нейтральное положение и перекроет рабочие окна золотника 3 по кромкам m и n.
Преимущество ЭГУ (MOC) по сравнению с ЭГУ (ГОС) заключается в том, что точность отработки выходного каскада (координаты х2) в функции управляющего сигнала практически не зависит от точности отработки координаты h, характеризующей движение золотника первого каскада, так как в силу принципа работы ЭГУ (MOC) координата х2 сравнивается со значением управляющего момента на валу ЭМП. Любое же отклонение координаты h от номинального значения сказывается на скорости движения второго каскада, что соответствует лишь изменению коэффициента усиления разомкнутого контура ЭГУ и практически не сказывается на коэффициенте передачи в замкнутом контуре от управляющего сигнала до координаты х2.
Принципиальная схема одной из возможных реализаций золотникового двухкаскадного ЭГУ с электрической OC — (ЭГУ (ЭОС)) — и цилиндрическим ЗГР на первом каскаде приведена на рис. 71, г. ЭГУ работает следующим образом. При подаче управляющего сигнала UУ на операционный усилитель У управляющий сигнал алгебраически суммируется с сигналом обратной связи UОС. Сигнал рассогласования ?U подается на вход усилителя мощности УМ, где он усиливается до определенного значения, необходимого для управления ЭМП 1.
Усиленный сигнал рассогласования поступает на обмотки ЭМП, на валу которого развивается управляющий момент.
Под действием этого момента золотник 4 первого каскада, преодолевая сопротивление центрирующих пружин 2 и гидродинамической силы, смещается от своего нейтрального положения (например, вправо).
РЖ из гидролинии нагнетания через золотник 4 и гидролинию A поступает в полость C второго каскада. Одновременно полость Д золотника 3 второго каскада через гидролинию Б и золотник 4 соединяется со сливной гидролинией. Под действием перепада давлений между полостями C и Д золотник 3 и жестко связанный с ним якорь 5 индукционного датчика OC смещаются вправо. Ha сигнальной обмотке датчика появляется электрический сигнал, пропорциональный смещению золотника 3 от его нейтрального положения. Этот сигнал поступает на фазочувствительный выпрямитель ФЧВ, далее на фильтр Ф, на котором происходит фильтрация высокочастотных колебаний, и затем на операционный усилитель У как сигнал OC.
При определенном смещении золотника 3 сигнал OC станет равным сигналу управления, и рассогласование на входе в усилитель мощности будет равно нулю. Будет равным нулю и момент управления на валу ЭМП 1, и золотник 4 под действием центрирующих пружин 2 и гидродинамической силы возвратится в нейтральное положение и перекроет гидролинии A и Б. Золотник 3 второго каскада остановится на определенном расстоянии от своего нейтрального положения. Преимущество такой схемы ЭГУ по сравнению с ЭГУ (MOC) заключается в том, что точность отработки выходной координаты х2 у ЭГУ (ЭОС) в основном определяется допусками на коэффициент усиления по цепи OC и практически не зависит от разбросов по коэффициентам усиления У, УМ и ЭМП. Поэтому ЭГУ (ЭОС) позволяют получить высокую точность отработки по координате х2 без применения гидравлических или механических регулирующих устройств, что существенно упрощает серийное изготовление таких усилителей. Важным преимуществом ЭГУ (ЭОС) по сравнению с ЭГУ (MOC) и ГУ (ГОС) является то, что за счет перераспределения коэффициентов усиления между отдельными элементами контура ЭГУ (при сохранении общего коэффициента усиления разомкнутого контура) можно получить большой коэффициент усиления по линии от сигнала управления до координаты h и улучшить статические характеристики ЭГУ по таким показателям, как зона нечувствительности и петля гистерезиса.
Принципиальные схемы различных вариантов двухкаскадных ЭГУ с первым каскадом в виде двухщелевого ГР сопло-заслонка приведены на рис. 72. Ha рис. 73 даны принципиальные схемы двухкаскадных струйных ЭГУ. Принцип работы этих ЭГУ ничем не отличается от принципа работы двухкаскадных золотниковых ЭГУ, которые были описаны ранее (см. рис. 71).
Рис. 72. Принципиальные схемы двухкаскадных ЭГУ сопло-заслонка
Рис. 73. Принципиальные схемы двухкаскадных струйных ЭГУ
Из рассмотрения принципа работы двухкаскадных ЭГУ следует, что при использовании OC одного и того же вида они различаются только принципом работы первого каскада. Очевидно, что и расчет таких ЭГУ будет разным только в части, связанной с ГР, управляемым ЭМП. Подробная теория и расчет таких ГР приведены в ряде работ [3, 4, 7, 8].
Назад | Содержание
| Вперед
