Система совмещенного управления приводами по двум независимым координатам

 

Изобретение относится к системам автоматического комбинированного управления рулевыми, тормозными и другими устройствами транспортных средств, а также для широкого круга других устройств, где необходимо совмещенное управление одновременно поворотным и осевым перемещениями . Цель изобретения - расширение функциональных возможностей при одновременном обеспечении равномерности передачи крутящего момента, исключение холостых ходов и упрощение системы. КольJJ 32 2 е е е е г-г цевая полость 29 корпуса 30 ротора дополнена ni равномерно расположенными по окружности сегментообразными полостями 31. Размещенный в этой полости ротор 28 выполнен в виде цельного кольца и имеет два П2 каналов сообщения с гидролиниями нагнетания и слива и па симметрично расположенных по окружности радиальных каналов для размещения подвижных в радиальном направлении пластин, взаимодействующих с сегментообразным профилем корпуса, при этом m не менее чем на единицу больше П2, но не более чем на три. Золотник размещен во втулке с радиальными окнами, при этом золотник и втулка имеют осевые щели, сообщающие гидролинии нагнетания и слива с рабочими полостями поршня-ротора. Поршень связан с кольцевым ротором 28 шлицевым соединением со скользящей посадкой, шлицы которого расположены по осям симметрии пластин ротора . В теле ротора выполнены каналы, в которых установлены обратные клапаны для прижима пластин к сегментообразному профилю корпуса. 10 ил. 23 3S (Л с VJ CJ Os XI Qs ю фиг В

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 В 60 К 41/00

ГОСУДАРСТВЕ ННЫ Й КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

33 38

29

Фиг. Ю

К АВТОРСКОМУ СВИ4ЕТЕЛЬСТВУ (21) 4872087/11 (22) 24.08.90 (46) 30.05.92. Бюл. ¹ 20 (71) Научно-производственное объединение

"Союз" (72) В.Н, Баранов и P.È. Преображенский (53) 629.113 (088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 156026, 1961. (54) СИСТЕМА СОВМЕЩЕННОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРИВОДАМИ ПО ДВУМ НЕЗАВИСИМЫМ КООРДИНАТАМ (57) Изобретение относится к системам автоматического комбинированного управления рулевыми, тормозными и другими устройствами транспортных средств, а также для широкого круга других устройств, где необходимо совмещенное управление одновременно поворотным и осевым перемещениями. Цель изобретения — расширение функциональных возможностей при одновременном обеспечении равномерности передачи крутящего момента, исключение холостых ходов и упрощение системы. Коль„„ Ы„„173б769 А1 цевая полость 29 корпуса 30 ротора дополнена п1 равномерно расположенными по окружности сегментообразными полостями

31 . Размещенный в этой полости ротор 28 выполнен в виде цельного кольца и имеет два пг каналов сообщения с гидролиниями нагнетания и слива и п2 симметрично расположенных по окружности радиальных каналов для размещения подвижных в радиальном направлении пластин, взаимодействующих с сегментообразным профилем корпуса, при этом п1 не менее чем на единицу больше nz, но не более чем на три, Золотник размещен во втулке с радиальными окнами, при этом золотник и втулка имеют осевые щели, сообщающие гидролинии нагнетания и слива с рабочими полостями поршня-ротора. Поршень связан с кольцевым ротором 28 шлицевым соединением со скользящей посадкой, шлицы которого расположены по осям симметрии пластин ротора. В теле ротора выполнены каналы, в которых установлены обратные клапаны для прижима пластин к сегментообразному профилю корпуса. 10 ил.

Г-Г

1736769

Изобретение относится к системам автоматического комбинированного управления рулевыми, тормозными и другими устройствами транспортных средств, а такжедля широкого круга другихустройств, где необходимо совмещенное управление одновременно поворотным и осевым перемещением.

Известны системы управления одновременно двумя объектами, которые имеют самостоятельные каналы для управления двумя двигателями — независимым поршневым исполнительным механизмом, осуществляющим осевое перемещение и поворотным исполнительным двигателем, осуществляющим вращение, Наличие двух систем управления и двух независимых исполнительных механизмов при необходимости управления объектами по двум независимым координатам приводит к значительной сложности конструкции, а также к значительным габаритам и массам при ограниченных функциях: обеспечиваются либо только осевые, либо только поворотные движения исполнительных органов.

Известен и выбран за прототип гидравлический следящий двигатель, который обеспечивает перемещение исполнительного вала по двум независимым координатам. Он содержит электродинамический преобразователь, управляемый каналом управления, двигатель осевого и вращательного перемещения, включающий золотник и поршень-ротор, объект управления, электродинамический преобразователь выполнен в виде управляемого двумя взаимосвязанными электродинамическими системами — поворотного и осевого перемещения — выходного вала, жестко связанного с гильзой золотника, которая размещена в отверстии поршня и выполнена с глухими осевыми каналами, разделенными перегородкой и радиальными окнами, сообщающими гидролинии нагнетания и слива с рабочими полостями поршня-ротора, который содержит указанный поршень и ротор, размещенный в кольцевой полости корпуса, при этом ротор и поршень установлены с возможностью поворота и осевого перемещения исполнительного вала.

Известный двигатель имеет возможность только неполных поворотных движений исполнительного вала, поскольку его ротор размещен в кольцевой полости корпуса и выполнен в виде подвижных и неподвижных лопастей. Кроме этого, в устройстве не предусмотрены средства, обеспечивающие равномерную передачу крутящего момента, Это ограничивает функциональные возможности устройства и, в случае необхо5

55 димости получения сложного перемещения исполнительного вала, приводит к необходимости использования двух независимых систем управления с самостоятельными двигателями, что неоправдано дорого и сложно.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей при одновременном обеспечении равномерности передачи крутящего момента, исключение холостых ходов и упрощение устройства.

Поставленная цель достигается тем, что кольцевая полость корпуса ротора дополнена п равномерно расположенными по окружности сегментообразными полостями, размещенный в этой полости ротор выполнен в виде цельного кольца и имеет два пг каналов сообщения с гидролиниями нагнетания и слива и nz симметрично расположенных по окружности радиальных каналов для размещения подвижных в радиальном направлении пластин, взаимодействующих с сегментообразным профилем корпуса, при этом и< не менее чем на единицу больше пг, но не более чем на 3, золотник размещен во втулке с радиальными окнами, при этом золотник и втулка имеют осевые щели, сообщающие гидролинии нагнетания и слива с рабочими полостями поршня-ротора, поршень связан с кольцевым ротором шлицевым соединением со скользящей посадкой, шлицы которого расположены по осям симметрии пластин ротора, в теле ротора выполнены каналы, в которых установлены обратные клапаны для прижима пластин к сегментообразному профилю корпуса.

Сущность предложенного технического решения состоит в том, что в этой конструкции обеспечивается полноповоротное вращение и осевое перемещение исполнительного вала, что дает возможность управления по двум незавимым координатам с отслеживанием движения исполнительного вала.

На фиг. 1 представлена блок-схема канала управления; на фиг. 2 — конструктивная схема гидравлического следящего двигателя, обеспечивающего управление по двум независимым координатам; на фиг. 3—

А на фиг. 2; на фиг. 4 — разрез Б-Б на фиг. 2; на фиг. 5 — разрез B-В на фиг. 2; на фиг. 6 — разрез Г-Г на фиг, 2; на фиг. 7 — узел

I на фиг. 6; на фиг. 8 — разрез Д вЂ” Д на фиг. 2; на фиг. 9 — разрез Š— Е на фиг. 2; на фиг.

10 — разрез Ж вЂ” Ж на фиг. 2.

Канал управления содержит (фиг. 1) задающие элементы 1, 1, которые предназначены для задания программы управления объектом, Программа сформирована в виде электрического сигнала. На выходе задаю 1736769

15

25

35

55 щих элементов 1, 1 установлены делители

2, 2 входного сигнала, предназначенные для разделения сигнала с задающих элементов 1, 1 на разные части; одна половина сигнала с делителей 2, 2 поступает в цепь обратной связи, а другая — на вход электронных усилителей 3, 3 сигнала.

Выход электронных усилителей 3, 3 сигнала подключен к входу функционального электродинамического преобразователя

4, предназначенного для преобразования электрических сигналов с электронных усилителей 3, 3 в совмещенные механические перемещения (по двум независимым координатам). Как следует из фиг. 2, вал 5 электродинамического преобразователя 4 жестко связан с золотником 6 двигателя 7 осевого и вращательного перемещений. 3олотник 6 двигателя 7 выполнен в виде гильзы 8, осуществляющей жесткую связь золотника 6 с валом 5 электродинамического преобразователя 4, Гильза 8 золотника 6 размещена во втулке 9. Гильза 8 золотника

6 выполнена с глухими осевыми каналами

10, 10, разделенными перегородками 11.

Глухие соевые каналы 10, 10 служат для обеспечения через них с гидролиниями нагнетания t2 и слива 13 и регулирования подачи рабочей среды. Для этих целей в гильзе 8 золотника 6 выполнены несколько радиальных окон 14, регулирующих совместно с радиальными окнами 15 втулки 9 подачу рабочей среды через каналы 16, 17 в подпоршневые полости 18, 19 поршня 20.

Кроме того, в гильзе 8 золотника 6 выполнены осевые щели 21, а во втулке 9 золотника 6 — осевые щели 22, регулирующие подачу рабочей среды от гидролиний нагнетания 12 и слива 13 в радиальные каналы 23 поршня-ротора 24. Поршень-ротор 24 двигателя 7 имеет исполнительный вал 25, кинематически связанный с объектами управления 26, 27 (фиг. 1) и собственно совершающий осевые и вращательные полноповоротные перемещения — вращательное перемещение передается объекту управления 26, а осевое перемещение передается объекту управления 27. Осевое перемещение создается собственно поршнем 20, а вращательное — ротором 28.

Ротор 28 поршня-ротора 24 двигателя 7 выполнен в виде цельного кольца и размещен в кольцевой полости 29 корпуса 30(фиг, 3). Кольцевая полость 29 соответствует параметрам кольцевого ротора 28, но дополнена и равномерно расположенными по внешней окружности кольцевой полости 29 корпуса 30 выемками — сегментообразными полостями 31 (фиг. 3). В теле ротора 28 выполнены каналы 32, 33 (всего 2п каналов), сообщающиеся с гидролинией нагнетания

12 и имеющие возможность реверса. При этом за каналами 32 и 33 имеются каналы

32, 33 сообщающие с гидролинией слива

13 соответственно свой сливной канал при реверсе.

Кроме этого, в теле ротора 28 выполнены n радиальных направляющих пазов 34 для перемещения внутри них и подвижных в радиальном направлении пластин 35, взаимодействующих своими торцами с сегментообразным профилем 36 корпуса 30.

Пластины 35 симметрично расположены по окружности (фиг. 3). Для равномерности передачи крутящего момента и исключения холостых ходов экспериментально установлено, что необходимо выдержать, чтобы и> было не менее- чем на единицу более nz, где n1 — число сегментообразных полостей, пг — число пластин.

Сегментообразный профиль 36 отверстия в корпусе 30 образован кривыми сегментов сегметообразных полостей 31 и соединяющими их перемычками 37 — отрезками наружной окружности кольцевой полости 29 между сегментообразными полостями 31 (фиг. 3). Каналы 38, 39 служат для подачи в них рабочей среды и прижима торцов пластин 35 к сегментообразному профилю 36 корпуса 30.

B каналах 38, 39 установлены обратные клапаны 40, 41, которые задают режим прижима и величину давления на пластины 35 в радиальных пазах 34 (фиг. 3). Поршень 20 связан с кольцевым ротором 28 шлицевым соединением 42 со скользящей посадкой для передачи исполнительному валу 25 одновременно осевого и вращательного перемещений. В теле поршня 20 выполнены радиальные каналы 43, 43 для подачи рабочей среды из гидролиний нагнетания 12 и на слив 13. В устройстве (фиг. 1) предусмотрены блок питания 44, обеспечивающий сообщение рабочих полостей гидравлического двигателя 7 с гидролиниями нагнетания 12 и слива 13.

Исполнительный вал 25 гидравлического двигателя 7 связан с объектами управления 26, 27 через кинематические передачи

45, 46. Блок обратной связи 47 представляет собой электронное устройство с датчиками обратной связи, выход которого подключен к входу блока сравнения 49, предназначенного для сравнения заданного сигнала с делителей 2, 2 входного сигнала и сигналов обратной связи.

Выходы блока сравнения 49 подключены к входам сумматоров 50, 50, второй вход которых подключен к выходу делителей 2, 2 заданного сигнала.

1736769

15

25

40

На фиг. 1 показаны сумматоры 51, 51 жесткой единичной обратной связи по положению, имеющейся в гидравлическом двигателе 7 между золотником 6 и ротором 28.

Устройство работает следующим образом.

С задающих элементов 1, 1 (фиг. 1) заданный сигнал поступает в делитель 2, 2 входного сигнала, где он делится пополам и усиливается. Одна половина сигнала поступает на сумматоры 50, 50, а другая — в цепь обратной связи на вход блока сравнения 49 (фиг. 1). С выходов блока сравнения 49 сигнал поступает на входы сумматоров 50, 50, где суммируется с заданным сигналом и

I усиливается на электронных усилителях 3, 3 . С выхода электронных усилителей 3, 3 сигналы поступают на вход функционального электрического преобразователя 4, который выполнен в виде выходного вала 5 со сложным осевращательным движением, который управляется двумя связанными электромагнитнымии (электродинамическими) системами, одна .из которых создает осевое перемещение выходному валу 5, а другая сообщает ему (выходному валу 5) вращательное перемещение (фиг. 2).

Выходной вал 5 жестко связан с гильзой

8 золотника 6, которая то же совершает вместе с валом 5 осевые и поворотные перемещения (фиг. 2).

В этом случае рабочая среда поступает из гидролинии нагнетания 12 через радиальные каналы 43 поршня 20 в глухой осевой канал 10 гильзы 3 золотника, канал 1 в рабочую полость 18 поршня 20 (фиг. 2 — 4).

Одновременно в момент перемещения золотника вниз по чертежу открываются радиальные окна 14 слива и рабочая жидкость из полости 19 поршня 20 поступает в глухой осевой канал 10 гильзы 8 и далее по радиальным каналам 43 в гидролинию слива 13 (фиг. 2 — 4). При этом поршень 20 перемещается вниз. Аналогично происходит открывание каналов при перемещении золотника вверх. При этом осевое положение поршня

20 пропорционально входному сигналу, Это достигается тем, что в этом положении гильзы 8 золотника 6 относительно втулки 9 радиальные окна 15 втулки 9 золотника 6 перекрыты радиальными окнами 14 гильзы

8 золотника 6 и эта величина перекрытия пропорциональна перемещению гильзы 8, т. е. входному сигналу. Следовательно, расход рабочей среды, подводимой в рабочие полости 18, 19 поршня 20,таков, что положение поршня 20 отслеживает положение гильзы 8 (фиг. 2).

Поршень 20 перемещается до тех пор, пока радиальные окна 15 гильзы 8 золотника 6 не перекроются втулкой 9 относительно гидролинии нагнетания 12.

При осевом перемещении поршня 20 элементы шлицевого соединения 4 скользят по внутренним шлицам ротора 28. При spaщательном движении ротора 28 поршень 20 поворачивается одновременно с ним, так как связан шлицевым соединением 42. Таким образом, исполнительный вал 25 может производить сложные полноповоротные и осевые перемещения, Это происходит следующим образом.

Рабочая среда из глухого соевого канала 10 гильзы 8 золотника 6, который в это время сообщен с гидролинией нагнетания 12 через радиальные отверстия 43, осевые щели

21 и 22 соответственно гильзы 8 и втулки 9 золотника, радиальные каналы 23 поршняротора 24 и каналы 32 и 33 поступает в сегментообразные полости 31, при этом одна половина сегментообразной полости 31, которая разделена пластиной 35 на две части,сообщена с гидролинией нагнетания 12, а другая — с гидролинией слива 13, Под действием разности давления, оказываемого на пластину 35 с двух сторон и за счет неравенства давлений, оказываемых на пластину 35, поршень 24 под действием крутящего момента начинает поворачиваться.

При этом поворот поршня-ротора 24 отслеживает поворотные положения гильзы 8 золотника 6 за счет перекрытия осевых щелей

21, 22 соответственно гильзы 8 и втулки 9 золотника 6.

Прижим пластин 35 к сегментообразному профилю 36 осуществляется через сообщенные с гидролинией нагнетания 12 и слива 13 каналы 38, 39, в них установлены обратные клапаны 40, 41, которые пропускают рабочую среду из гидролинии нагнетания и запирают гидролинию слива 13. При этом за счет обратных клапанов 40, 41 в радиальном канале 34 устанавливается давление, необходимое для прижима пластин

35 к сегментообразному профилю 36. Шлицы шлицевого соединения 42 расположены между пластинами 35 и равноудалены от них, чем обеспечивается равномерная передача крутящего момента на исполнительный вал 25, который одновременно совершает осевое перемещение. Для тех же целей— равномерности передачи крутящего момента — необходимо, чтобы взаимно противоположные пластины 35 находились в процессе работы в противофазе или равномерно и взаимно противоположно перемещались друг по отношению к другу, исключая при этом холостые ходы. Установлено экспериментом, что это может быть достигнуто тем, что сегментообразные полости(п полостей) 1736769

50

55 расположены равномерно по окружности, а радиальные пазы с пластинами (их n2), симметрично расположены по окружности, при этом и не менее чем на единицу больше п2, но не более чем на 3, а также равномерным 5 размещением по окружности элементов шлицевого соединения.42.

Положительный эффект предлагаемого устройства заключается в обеспечении полноповоротных вращений с одновременным 10 осевым перемещением исполнительного вала, что исключает необходимость установки двух следящих двигателей. Кроме этого, в устройстве передача полноповоротного вращения осуществляет- 15 ся при равномерной передаче крутящего момента, что достигается равномерным размещением шлицевых соединений между. каждой парой пластин, а также равномерным расположением пластин по окружно- 20 сти и симметричны.м расположение-мсегментообразных полостей.

Еще одно преимущество устройства состоит в том, что в конструкции обеспечивается слежение исполнительного вала за 25 входным сигналом как при его вращении,так и при его осевом перемещении.

Формула изобретения

Система совмещенного управления 30 приводами по двум независимым координатам, содержащая последовательно соединенные задающие элементы, делитель входного сигнала, сумматор, электронный усилитель, электродинамический преобра- 35 зователь, двигатель осевого и вращательного перемещений, включающий золотник, и поршень-ротор, объект управления, блок обратной связи с электронным усилителем, блок сравнения, выходы которого подклю- 40 чены к входам сумматоров, при этом электродинамический - преобразователь выполнен в виде управляемого двумя взаимосвязанными электродинамическими сис45 темами поворотного и осевого перемещения выходного вала, жестко связанного с гильзой золотника, которая выполнена с глухими осевыми каналами, разделенными перегородкой, и размещена в отверстии поршня, при этом гильза золотника выполнена с радиальными окнами, сообщающими гидролинии нагнетания и слива с рабочими полостями поршня-ротора, который содержит указанный поршень и ротор, размещенный-в кольцевой полости корпуса, при этом ротор и поршень установлены с возможностью поворота и осевого перемещения исполнительного вала, отличающаяся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей при одновременном обеспечении равномерности передачи крутящего момента, исключения холостых ходов, упрощения устройства, кольцевая полость корпуса ротора выполнена с и> равномерно расположенными по окружности сегментообразными полостями, размещенный в упомянутой:полости ротор выполнен в виде цельного кольца и снабжен двумя nz каналами сообщения с гидролиниями нагнетания и слива и nz симметрично расположенными по окружности радиальными пазами для размещения подвижных в радиальном направлении пластин, взаимодействующих с сегментообразным профилем корпуса, при этом п не менее чем на единицу больше nz, но не более чем на 3, золотник размещен во втулке с радиальными окнами, при этом золотник и втулка имеют осевые щели;. сообщающие гидролинии нагнетания и слива с рабочими полостями поршня-ротора, поршень связан с кольцевым ротором шлицевым соединением со скользящей посадкой, шлицы которого расположены на осях симметрии пластин ротора, в теле ротора выполнены каналы, в которых установлены обратные клапаны для прижима пластин к сегментообразному профилю корпуса поршня-ротора.

1736769

17367б9

1736769

1736769

Фиг.8 иг.

Qua 70

Редактор М. Товтин

Заказ 1858 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101

Г ео

Составитель А. Барыков

Техред.М. Моргентал Корректор А. Осауленко