Диссертация (Улучшение динамических свойств и исследование рабочих процессов авиационного рулевого гидропривода с комбинированным регулированием скорости при увеличении внешней нагрузки), страница 4

В случае питания такихприводов от электрической энергосистемы, в большей мере указаннымтребованиям удовлетворяют электрогидравлические приводы со встроеннымисточником гидравлической энергии. В данной главе проведен обзор такихприводов.181.1. Электрогидростатические приводыЭлектрогидростатический привод является перспективным современнымрешением рулевого привода, питающегося от электрической энергосистемысамолета [8,32]. Такие приводы обладают малым энергопотреблением внейтральном состоянии, повышенным КПД в широком диапазоне скоростей, аиспользование на борту самолета гидростатических приводов позволяетупроститьгидравлическийкомплекссамолёта,уменьшивколичествоцентрализованных гидросистем [10,14]. Электрогидростатические приводынашли применение на серийных пассажирских и транспортных самолетахфирмы Airbus - самолеты A-380 и A-400M, многоцелевом самолете F-35 фирмыLockheed Martin, административном самолете Gulfstream G650 [50,54,55].Принципиальная схема электрогидростатического привода показана нарис.

1.1. Основу такого привода составляет мехатронный модуль [25],включающий в свой состав бесконтактную электрическую машину, силовойинвертер и микровычислитель, управляющий силовыми переключающимиэлементами мехатронного модуля на основе информации с датчика углаповорота ротора двигателя. В целом, мехатронный модуль является следящейсистемой,регулирующейскоростьвращенияроторапропорциональноуправляющему сигналу.Насос и гидроцилиндр связаны между собой замкнутым гидравлическимконтуром. Скорость перемещения поршня гидроцилиндра VП определяетсявеличиной и направлением подачи насоса и, следовательно, в основном –скоростью вращения вала электродвигателя wЭ :VП QН wЭ  VН  Q ут ( РН )АПАП(1.1)В этом выражении V Н - рабочий объем насоса, Q ут ( РН ) - утечки в насосев зависимости от давления нагнетания, АП - площадь поршня гидроцилиндра.19Рис.

1.1. Принципиальная схема электрогидростатического привода.БДПТ - бесколлекторный двигатель постоянного тока; ОК1, ОК2 - обратныеклапаны; ПК1, ПК2 - предохранительные клапаны; ГК - гидрокомпенсатор;ДПД - датчик перепада давления.При нагружении привода возрастает давление в одной из полостейгидроцилиндра и, соответственно, давление нагнетания насоса. В результате внасосе увеличиваются утечки жидкости из полостей нагнетания через зазоры вобъем его корпуса, соединенного со сливной магистралью. Для восполненияутечки жидкости из рабочего контура насос соединен со сливной магистральючерез обратные клапаны ОК1 и ОК2, которые открываются при падениидавления в пассивной (в данный момент) полости гидроцилиндра нижедавления РСЛ.

Клапаны ПК1 и ПК2 предохраняют гидросистему привода отзабросов давления в результате чрезмерного нагружения привода. Длякомпенсацииминимальноготемпературногодавленияврасширенияжидкостигидросистемеиприводаподдержанияиспользуетсягидрокомпенсатор ГК. Также в приводе может использоваться датчик перепададавления ДПД в гидроцилиндре для формирования желаемой формымеханических характеристик или увеличения жесткости привода за счеторганизации обратной связи по давлению.Можно выделить следующие положительные качества гидростатическогопривода:20 Вприводеиспользуетсянерегулируемыйнасосспростойкинематикой, а значит более дешевый, надежный и долговечный, чемнасос с регулируемым рабочим объемом. Скорость вращения вала приводного насоса не постоянная, как вобъемном приводе, а пропорциональна требуемой скорости перемещениярулевой поверхности, что экономит энергию, снижает тепловыделение иизнос трущихся пар. Электрогидростатическиеприводыобладаютулучшеннымиэнергетическими характеристиками, малым тепловыделением в нейтрали,упрощенной конструкцией гидромеханической части по сравнениюобъемными и объемно-дроссельными гидравлическими приводами.Однако недостатком электрогидростатического привода по сравнению сдроссельными приводами, традиционно применяемыми в системах управленияи стабилизации самолета, является худшие динамические характеристики взоне малых входных сигналов [41].

Это обуславливается тем, что приводнойэлектродвигатель имеет конечную минимальную скорость вращения вала,которая вырождается в зону нечувствительности самого привода. Поскольку игидронасос имеет утечки жидкости по зазорам, которые при малой скоростивращения соизмеримы с полезным расходом, то проблема обеспечениявысококачественных частотных характеристик такого привода на малыхамплитудах управляющего сигнала является весьма существенной.

Кроме того,динамическиехарактеристикизначительнойстепенизависятэлектрогидростатическихоттехнологическогоприводоввсовершенстваэлектродвигателя, реверсивного насоса, работающего в широком диапазонескоростей и качества электроники блока управления электродвигателем [27].Отставаниеотечественнойпроизводителейэтойконкурентоспособныхприводов.промышленноститехникидополнительноотечественныхобразцовотлучшихмировыхзатрудняетсозданиеэлектрогидростатических21Стоит отметить, что в гидроприводах, использующих объёмное иэлектромоторное регулирование скорости, в процессе отработки управляющихсигналов гидравлическая энергия подводится только к одной полостигидроцилиндра, что сопровождается повышением давления только в этойполости. Это обстоятельство приводит к уменьшению реальной жёсткостигидроцилиндра, которая определяет безопасность конструкции рулевойповерхностиотфлаттера.Длягидростатическогоприводажёсткостьгидроцилиндра равна в 2 раза меньше, чем в дроссельном приводе и равна:C ГЦAп2 э ( P) *V0(1.2)В указанном выражении Aп – площадь поршня, V0 – объем жидкости вполости гидроцилиндра,  э (P) – эквивалентный коэффициент сжатия жидкостии деформации конструкции гидроцилиндра.

Для привода с объёмным иэлектромоторным регулированием скорости коэффициент βэ(Р) будет больше,чем в приводе с дроссельным регулированием, вследствие зависимости модуляупругости рабочей жидкости от давления в полости гидроцилиндра.Указанные недостатки электрогидростатических приводов привели кразработке на кафедре систем приводов летательных аппаратов Московскогоавиационного института (НИУ), совместно с ОАО «ПМЗ Восход», привода скомбинированным регулированием скорости выходного звена, являющегосякачественно новым развитием схемы электрогидростатического привода[32,33,34].1.2.

Приводы с комбинированным регулированием скоростиСхема электрогидравлического рулевого привода с комбинированнымрегулированием скорости выходного звена (ЭГРП-КРС) представлена на рис.1.2. В отличие от описанной ранее схемы электрогидростатического привода(рис.1.1), привод с комбинированным регулированием скорости имеет рядсущественных особенностей, описанных в работах Селиванова А.М.

[15,16,17]и Хомутова В.С. [20,21,30]. Термин «комбинированное регулирование22скорости» был предложен авторами для обозначения разработанного имипринципа регулирования.Конструктивно ЭГРП-КРС отличается от электрогидростатическогопривода, в основном, наличием клапана реверса, работающего в режимепропорционального гидрораспределителя, однако за счет интеллектуальногоуправления агрегатами привода обеспечивается существенно лучшее посравнению с гидростатическими приводами качество управления рулевымиповерхностями. Так в области малых амплитуд входных сигналов (до 5-7%)приводскомбинированнымрегулированиемскоростиобеспечиваетдинамические характеристики, сравнимые с характеристиками традиционныхприводов с дроссельным регулированием (ЭГРП) [21,30].Рис.

1.2. Принципиальная схема электрогидравлического рулевогоприводаскомбинированнымбесколлекторныйдвигательрегулированиемпостоянноготока;скорости.ЛЭД-БДПТ-линейныйэлектродвигатель; КР - клапан реверса; ОК1, ОК2 - обратные клапаны; ПК1,ПК2 - предохранительные клапаны; ГК - гидрокомпенсатор; ДПД - датчикперепада давления.Для регулирования скорости штока гидроцилиндра в приводе скомбинированным регулированием скорости используется нереверсивныйнасос и золотниковый клапан реверса, работающий в пропорциональномрежиме. Подача насоса изменяется за счет изменения скорости вращения23приводногоэлектродвигателя.Плунжерклапанареверсаперемещаетсялинейным электродвигателем. Блок управления приводом осуществляетнепрерывное параллельное управление положением золотника клапана реверсаи скоростью вращения электродвигателя.Важно отметить, что в процессе управления приводом электродвигательвращается в одном направлении, а изменение направления движения штокаосуществляется клапаном реверса.