автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.13, диссертация на тему:Разработка электрогидравлического агрегата управления для трехстепенной системы подвижности

Министерство образования Российской Федерации Московский государственный технологический университет «СТЛНКПП»

ГГо ОД

1 з и:он ш

На правах рукописи

Редысо Павел Григорьевич

РАЗРАБОТКА ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКОГО АГРЕГАТА УПРАВЛЕНИЯ ДЛЯ ТРЕХСТЕПЕННОЙ СИСТЕМЫ ПОДВИЖНОСТИ

Специальность 05.04.13 - Гпдрапличссклс машины и гидропиевмоа!рспиы Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва, 2000

Работа выполнена в открытом акционерном обществ ПАВЛОВСКИЙ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫЙ ЗАВОД "ВОСХОД"

Официальные оппоненты : Доктор технических наук ,

профессор Ермаков С.А.

Кандидат технических наук, профессор Иванов В.И.

Ведущая организация - АО " ОКБ Сухой "

Защита диссертации состоится 20 июня 2000 г. в_час . на

заседании диссертационного Совета К 063.42.05 в Московском

государственном технологическом университете "СТА11КИН" в ауд._

по адресу: 101055, г.Москва, Вадковский пер. За.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного технологического университета "СТАНКИН" .

Автореферат разослан 20 мая 2000 г.

Ученый секретарь диссертационного Совета

кандидат технических наук , доцент Ю.П.Поляков

Ок^-пс) ПЪА-Н-ЛУ п

2

«

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы . С начала 80-х годов возникла настоятельная

необходимость создания принципиально новых схем следящих приводов , обеспечивающих пространственное движение полезной нагрузки -поступательное или вращательное - относительно нескольких координатных осей . При этом существенно повысились требования к статической и динамической точности таких приводов, к быстродействию , надежности и ресурсу работы .

Эти приводы часто работают в условиях дефицита энергоресурсов или жестких массогабаритных ограничений ( например , на борту летательных аппаратов).

Следящие приводы многокоординатного типа могут функционировать в различных режимах , отрабатывая как стационарные гармонические сигналы, так и широкополосные случайные воздействия, а также ступенчатые сигналы с минимальным временем регулирования . Характер нагрузки в основном инерционный , может иметь место комбинированное трение и постоянная составляющая различного знака.

Можно сформулировать основные требования к многокоординатным приводам нового поколения:

1 . Минимальные ошибки слежения в основных рабочих режимах, не превышающие нескольких угловых минут.

2 . Жесткие динамические требования к приводу при отработке ступенчатых управляющих воздействий в широком диапазоне амплитуд сигнала управления .

3 . Возможность использования цифровых устройств как в контуре системы управления приводом, так и в контуре самого привода.

4 . Относительно большие инерционные нагрузки , воздействующие на привод в сочетании с низким располагаемым уровнем собственного демпфирования .

5 . Высокие требования по габаритно-массовым характеристикам приводов (в условиях компоновки на борту малоразмерных летательных аппаратов).

С точки зрения выполнения указанных требований разработка привода, обеспечивающего трех степенную подвижность инерционному объекту, в условиях ограничения массы агрегата и его габаритов при наибольшей энергонапряженности, представляется весьма актуальной задачей, имеющей важное значение в развитии различных отраслей техники.

Цель работы является разработка 3-х координатного привода с наименьшими массогабаритными харакгеристиками, обладающего возможно большей энергонапряженностыо и управлением от малоточной электронной техники. Достижение поставленной цели может быть осуществлено за счет:

рационального выбора схемотехнических решений, на основе анализа существующих приводов аналогичного класса,

выбора высококачественен элементной базы , обеспечивающей выполнение перечня требований к приводу , а также его основные эксплуатационные характеристики ,

исследования статических , динамических и точностных параметров

агрегата в составе цифрового следящего привода для системы автосопровождения,

разработки и реализации комплекса испытаний агрегата, а также создание специального стендового и электронного оборудования для проведения испытаний.

Методы разработки н исследований

Исследование характеристик, агрегата и привода в целом осуществлялось на основе линейных методов теории автоматического регулирования и управления , а также на основе математического моделирования с применением ряда нелинейных моделей (математического эксперимента) и натурного эксперимента в различных условиях.

Вопросы синтеза энергетических параметров приводов каналов решались методом теоретического исследования, в результате которого были получены аналитические соотношения для оценки энергетических и динамических возможностей приводов.

Научная новизна работы заключается в:

• схемотехническом решении агрегата;

• применении неполноповоротного лопастного гидравлического двигателя с прогрессивными характеристиками;

• применении коррекции по динамическому давлению в системе управления двигателем.

Практическое значение работы состоит в:

• повышении энергонапряженности агрегата при минимальных размерах по

сравнению с агрегатами, реализованных на других базовых конструкциях;

• повышении статической и динамической точности системы в целом;

• рекомендациях по разработке последующих модификаций и

разновидностей электрогидравлических следящих приводов данного класса , в том числе с использованием отработанного комплекса стендового испытательного оборудования , а также программного и математического обеспечения для цифрового моделирования таких устройств;

• элементной базе по комплектующим изделиям для многостепенных агрегатов систем подвижности повышенной точности, в том числе

неполноповоротным лопастным гидродвигателям высокого давления (28Мпа и выше),

электрогидравлическим усилителям с увеличенным быстродействием и линейностью статических характеристик,

преобразователям сигналов и датчикам с конструктивными элементами монтажа в корпус агрегата,

Внедрение работы . Разработанный агрегат в составе цифрового следящего привода был использован в качестве исполнительного устройства для бортовой системы автосопровождения маневренного самолета.

Созданные на его основе аналогичные агрегаты применены в ряде новейших многокоординатных систем подвижности .

Апробация работы . Материалы диссертации докладывались и

обсуждались на заседании кафедры " Системы приводов " в Московском государственном технологическом университете " СТАНКИН ".

Публикации . Основные положения работы отражены в 2 научных публикациях и 2-х авторских свидетельствах .

Структура и объем работы . Диссертация состоит из Введения , 4-х разделов , общих выводов, перечня использованной литературы . Работа выполнена на 196 страницах, включая 102 страницы машинописного текста, 91 рисунок, 3 фотографии, 2 страницы списка литературы ( 28 наименований ).

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во Введении ( 1-й раздел ) обосновывается актуальность разрабшки . указываются основные достоинства гидравлических приводов в сравнении с другими типами, сформулированы базовые требования к многокоординатным системам подвижности нового поколения.

Второй раздел посвящен обоснованию выбора типа и схемы привода для многооординатных систем подвижности с учетом базовых требований к ним, а также схемотехническим решениям при разработке или использовании передовой элементной базы.

Сравнительный анализ традиционных электромеханических приводов с перспективными гидравлическими по различным критериям (энергоемкости , массо-габаритным показателям , быстродействию , ресурсу , надежности , обеспечению режима слежения с очень низкими скоростями и т.п.) показал премущества электрогидравлических следящих приводов с точки зрения выполнения основного перечня требований . В качестве примера представлены зависимости массы привода в 3-х координатном варианте от перемещаемой массы нагрузки для нескольких типов электромеханических приводов и электрогидравлического следящего привода на основе неполноповоротных лопастных гидродвигателей , иллюстрирующие явное преимущество последнего по критерию минимальной массы (являющемуся одним из основных для мобильных систем).

Предложена кинематическая схема 3-х координатного ( 3-х канального ) привода , обеспечивающая угловое перемещение нагрузки относительно 3-х взаимно перпендикулярных осей X , У, Ъ , в основу которой положена идея универсального шарнира Гука. Схема обеспечивает реализацию компактной и жесткой конструкции агрегата, удобной в эксплуатации и обслуживании. Она позволяет поворачивать нагрузку относительно 2-х основных координат - углу а и углу 3 , а также доворачивать ее относительно третьей оси.

Важное значение для выполнения требований к агрегату управления имеет правильный выбор элементной базы - гидродвигателей , управляющих устройств , датчиков обратной связи и т.п., являющейся основой как энергетического, так и информационного каналов следящего привода в целом . Сравнительный анализ разнотипных гидродвигателей , удовлетворяющих комплексу основных требований к ним позволил выбрать наиболее удачный вариант для данного случая - неполноповоротный лопастной гидродвигатель

катушечного типа, обеспечивающий работу при рабочих давлениях 28 МПа и выше , и позволяющий создать компактную , легкую , жесткую и технологичную конструкцию 3-х канального агрегата.

Важное значение имеет также правильный выбор регулирующего устройства для управления гидродвигателем - электрогидравлического усилителя (ЭГУ) . Проведенный автором сравнительный анализ ряда известных схсм ЭГУ - сопло-заслонка с пружинами на золотнике , сопло-заслонка с упругой механической обратной связью по положению золотника и сопло-заслонка с электрической обратной связью, показал , что последняя схема обеспечивает наиболее точное позиционирование золотника, имеет наибольшее быстродействие , простоту регулировки , характеризуется возможностью оперативного изменения добротности, коэффициента передачи и регулировки смещения нуля .

Качество и точность следящих систем определяются в значительной степени параметрами используемого датчика обратной связи по положению выходного звена привода . Сравнение различных типов датчиков (потенциомеггрических , индукционных и т.п. ) показало , что точностные требования к многостепенным приводам могут быть реализованы в полной мере путем применения бесконтактных синусно-косинусных

трансформаторов двойного отсчета, содержащих грубый и точный каналы с электрической редукцией между ними .

Датчик именно этого типа был разработан и применен в рассматриваемом агрегате.

В третьем разделе рассмотрены вопросы конструирования 3-х канального агрегата в целом , выбора конструктивных параметров элементов агрегата -лопастного гидродвигателя катушечного типа , электрогидравлического усилителя сопло-заслонка с электрической обратной связью , датчиков обратной связи основного контура и положения золотника ЭГУ. Приведены технические характеристики агрегата и технические характеристики входящих в пего электрогидравлических усилителей, датчика обратной связи , дано описание функциональной схемы и работы агрегата.

В процессе разработки и многолетней доводки 3-х канального агрегата были рассмотрены и исследованы различные варианты конструкций лопастных гидродвигателей , в том числе с цилиндрической и полукруглой рабочей камерой , разъемным и сплошным статором , разными видами крепления лопасти и ограничителя, различными типами подшипников ротора и уплотнительных устройств . Наиболее интересные конструктивные разновидности лопастных гидродвигателей защищены авторскими свидетельствами.

Указанные лопастные гидродвигатели использовались в дальнейшем в последующих разработках аналогичных агрегатов управления .

Наиболее важным конструктивным параметром гидродвигателя является характерный объем У/, численно равный объему жидкости, вытесняемой из гидродвигателя при повороте лопасти на угол 1 радиан. Для гидродвигателей с цилиндрической рабочей камерой он определяется выражением :

Ш = 0,5Ь (И2 - г2) п, где Ь — ширина лопасти, К-радиус перемещения конца лопасти, г-радиус перемещения основания лопасти, п - число лопастей .

Для гидродвигателя с полукруглой рабочей камерой.

\У = [0,Зп гр3 + (я с!р/4 + 2 кр) гр2 + (кр(1р + кр2) гр] п,

здесь гр - радиус полуокружности рабочей камеры , кр - имеет прямоугольной части камеры , с!р - внутренний диаметр рабочей камеры .

Минимально возможные величины Я и г зависят от условий размещения уплотнений лопасти и ограничителя , заданного значения максимального угла поворота выходного вала ср тах и прочности ограничителя.

Автором показано, что указанные величины определяются соотношениями:

Гтш= П (а + Ь)/2( л-Пфщх), Кщт = п (1 — к гт1„) / (2 л - 4 п ф,„ах - к II), к = V 3 р„ / с, .

В этих выражениях а - ширина основания лопасти ( в месте соединения с выходным валом ) , Ь - ширина ограничителя в области контакта с выходным валом, р„ - давление подачи в привод, сг„- предел прочности материала статора.

Значение коэффициента к выбирается из условия достаточности ширины ограничителя в основании при расчете его на изгиб от действия сил давления рп.

Значительные объемы сжимаемой жидкости в полостях лопастных гидродвигателей обуславливают относительно низкую собственную частоту о>„ колебаний нагрузки , имеющую в основном инерционный характер. С этой точки зрения существенное значение имеет проблема обеспечения требуемых динамических свойств следящего привода на основе разработанного агрегата.

Показано , что данный привод относится к классу приводов дроссельного регулирования с большой инерционной нагрузкой и низким уровнем демпфирования , т. к. частота сок существенно ниже (около 50 1/с) собственных частот других элементов замкнутого контура. Поскольку такие гидроприводы характеризуются низкой критической и рабочей добротностью , что является недопустимым для высокоточных систем слежения , для разработанного агрегата была предложена и реализована специальная динамическая коррекция локальной электрогидравлической обратной связью по динамическому давлению в гидродвигателе . Введение коррекции дало возможность повысить демпфирование в приводе , увеличить критическую добротность и обеспечить необходимое качество переходной функции приводов всех 3-х каналов .

Представлены экспериментальные переходные функции привода с данным агрегатом при отсутствии коррекции и ее наличии. В первом случае имеют место автоколебания с частотой , близкой к сок, и амплитудой 1,2°, т.е. привод неустойчив . После включения коррекции переходная функция приобретает удовлетворительный характер и соответствует динамически устойчивому приводу.

Значительное место в разделе уделено проблемам проектирования и доводки характеристик экономичного ЭГУ с электрической обратной связью по положению золотника . В процессе разработки 3-х канального агрегата конструкция и параметры гидроусилителя непрерывно совершенствовались. В частности , большое внимание уделялось улучшению рабочих характеристик электромеханического преобразователя сигналов , начиная от маломощного преобразователя с дифференциальной схемой магнитной цепи ,

интегрированного в конструкцию ЭГУ (для первых образцов агрегата) и кончая высокоэффективным усиленным преобразователем с мостовой схемой магнитной цепи , выполняемым в виде отдельного функционального элемента.

В первых моделях ЭГУ РМ 500Л-500 использовался малорасходный вариант гидроусилителя сопло-заслонка с диаметром сопел 0,35 мм и диаметром отверстия балансных дросселей 0,17...0,2 мм . Технология изготовления и контроля прецизионных элементов гидроусилителей , отработанная в процессе создания и доводки данного ЭГУ позволила существенно поднять общий уровень производства на предприятии и была с успехом применена в целом ряде последующих разработок. °

Внимание уделено проблемам обеспечения динамических требований к ЭГУ с электрической обратной связью. Даны рекомендации по рациональному выбору постоянных времени TL , Тэм„ , Т0(; элементов замкнутого контура ЭГУ , предложен и реализован на практике способ улучшения динамики контура введением последовательного интегро-дифференцирующего фильтра, что позволило поднять добротность контура ЭГУ до 6500 1/с и увеличить его полосу пропускания до 100Гц (в линеаризованной модели).

Вместе с тем установлено , что использование малорасходного варианта гидроусилителя сопло-заслонка значительно ограничивает динамические возможности ЭГУ вследствие насыщения скоростной характеристики перекладки свободноплавающего золотника . Это выражается в заметном сокращении полосы пропускания и увеличении фазового запаздывания в частотных характеристиках для области средних и больших амплитуд колебаний.

В заключительной части раздела рассмотрены конструктивные особенности датчика обратной связи основного контура и приведены его технические характеристики.

Четвертый раздел посвящен методам синтеза энергетических параметров электрогидравлических следящих приводов для систем подвижности нового поколения , к которым относятся параметры предельной механической характеристики соответствующего канала - максимальная угловая скорость ^тах и тормозной (пусковой) момент Мтч выходного звена.

Основным принципом выбора энергетических параметров следует считать возможность воспроизведения заданного закона управления с соответствующими количественными характеристиками . Например , применительно к системам автосопровождения законами управления являются :

гармоническое воздействие с заданной частотой и амплитудой , являющееся критерием оценки качества системы в режиме сопровождения (сюда же относится воспроизведение приводом заданной в ТЗ частотной характеристики ),

ступенчатое (скачкообразное) входное воздействие заданной величины и оговоренными допусками на параметры переходной функции (перерегулирование , общее время переходного процесса и т.п. ), пилообразное входное воздействие , соответствующее движению нагрузки с постоянной скоростью . С точки зрения энергетики наиболее сложными являются первые два закона управления.

Вид и параметры законов управления определяют характер диаграммы

нагружепия на плоскости механических характеристик приводов , если известны составляющие нагрузки на выходном звене . Сравнение полученной диаграммы с предельной механической характеристикой , которая известна априорно при решении обратной задачи энергетического синтеза) позволяет оценить достаточность энергетики привода для воспроизведения закона управления .

Диаграмма нагружения при гармоническом законе управления имеет вид деформированного эллипса и описывается выражением :

[ (М - h П - Мтр Sign Q ± М0 } / Мэ ] 2 + [ Q/Пъ 1 2 = 1 ,

где М и Q - текущие значения момента и угловой скорости на диаграмме нагружения , Мэ - полуось эллипса по оси абсцисс , Пэ - полуось эллипса по оси ординат, h - приведенный коэффициент вязкого трения в нагрузке, Мтр - момент сухого трения в нагрузке , М0 - значение постоянной составляющей момента, направленной против движения (знак - ) или в сторону движения (знак + ) . При этом Мэ = А,, |(Сш-1со2)|,П, =А<|) со,

Аф , ы - амплитуда и частота колебаний лопасти гидродвигателя в статоре , I - приведенный момент инерции нагрузки , Сш - градиент позиционной составляющей нагрузки (в рассматриваемом случае Сш = 0).

Составляющая М0 , обусловленная боковыми или вертикальными силами , смещает эллипс вправо (момент против движения) или влево (момент по движению) по оси абсцисс, сухое трение определяет разрывный характер диаграммы относительно этой же оси , а вязкое трение вызывает разворот эллипса по часовой стрелке пропорционально величине h .

Для дроссельных гидроприводов предельная механическая характеристика описывается уравнением параболы :

Q = fimax V 1-(М/ Mmax) Sign X ,

X - координата смещения золотника от среднего положения . На практике сравнение данной характеристики с диаграммой нагружения осуществляется обычно в 1-м и 2-м квадранте плоскости механических характеристик , тогда выражение предельной механической характеристики примет вид О = Пт1х л/ 1 — ( М / МтаХ ) , а эллипс рассчитывается на основании формул:

м, = м,V i-(n/ar + ьп + мс, м2 = -м,V 1-(п/п3)2 + ьа + мс, где Мс = М0 + М,,,.

Приведены п качестве примера расчетные диаграммы нагружения вместе с предельной механической характеристикой для каналов угла у ( А,, = 0,8377 рад , со = 2,5 1/с) и угла а ( А, = 1,047 рад , со = 1 1/с ) рассматриваемого агрегата при Мтах=56 кгс м и О тах = 2,1 1/с (угол у) и С2 тах = 3,5 1/с (угол а ) с учетом моментов М^ и М0 .

Для канала угла у диаграмма нагружения охватывается предельной механической характеристикой только при условии Мс = 0 . В случае невыполнения этого условия эллипс смещается вправо ( Мс направлен

против движения ) и уже не охватывается данной характеристикой . Это означает работу привода в режиме насыщения по скорости , сопровождающемся резким сокращением полосы пропускания и значительным увеличением фазового запаздывания , а также указывает на недостаточность мощности для воспроизведения гармонического закона управления с заданными амплитудой, частотой и величиной момента Мс.

С другой стороны , для канала угла а условия охвата выполняются полностью , т.е. энергетические параметры канала выбраны правильно .

В работе изложены инженерные методики синтеза энергетических параметров Мгоах и От„ ( решение прямой задачи ) для случая касания предельной механической характеристики и эллипса нагрузки в точке максимумов мощности нагружения и располагаемой мощности привода, а также по критерию минимизации площади Бпм под кривой предельной характеристики , определяемой интегралом :

^^тах

Бом- | Ота^1-(М/Мтах)ёМ.

Предложены теоретические основы энергетического синтеза для следящих приводов , воспроизводящих ступенчатый входной сигнал . При этом переходная функция реального привода описывается аналитически ( в соответствии с правилом А.Ю. Ишлинского ) колебательным звеном , т.е. сводится к системе 2-го порядка.

В таком случае исключить время из исходных выражений не удается , т.е. диаграмма нагружения в отличие от гармонического закона аналитически не определена и строится по точкам для фиксированных моментов времени на интервале О..Лр , где 1р - время окончания переходного процесса.

Полученная диаграмма представляет собой деформированную логарифмическую спираль и для колебательных переходных функций располагается во всех 4-х квадрантах плоскости механических характеристик , а для квазиапериодических - в 1-м и 2-м квадранте . На практике достаточно исследовать участок диаграммы на относительно малом временном отрезке 0...1о ( ^ - время достижения максимальной скорости по переходной функции ) с целью проверки условия ее охвата предельной механической характеристикой.

Приведены возможные варианты соотношения предельной механической характеристики и диаграммы нагружения для режима воспроизведения ступенчатого сигнала при решении обратной задачи энергетического синтеза . Невыполнение условий охвата указывает на выход привода в режим насыщения по скорости, что увеличивает время регулирования 1р и может привести к нарушению требований ТЗ по его величине.

Для расчета диаграммы необходимо знать величину постоянной времени Тп и коэффициент относительного демпфирования „ эквивалентного колебательного звена, а также составляющие момента нагрузки . Значения Тп и определяются на основе простых соотношений исходя из величины перерегулироваия а и времени регулирования 1р по переходной функции, обычно оговариваемых в ТЗ на проектирование, как и параметры действующих нагрузок.

Энергетические ограничения , присущие реальному приводу уменьшаю! сю предельные динамические возможности при воспроизведении законов управления произвольного вида . В диссертации получены аналитические выражения , связывающие параметры закона управления ( амплитуду Л,, п частоту аз колебаний - для гармонического закона, перерегулирование а и время регулирования tp - для ступенчатого воздействия на входе ) с ранее выбранными энергетическими параметрами Mmix и fimax при заданных составляющих момента нагрузки .

Если задана резонансная частота замкнутого нагруженного привода а>р„ и амплитуда колебаний Лф на этой частоте , то указанные выражения запишутся так:

А»' сори2 < [ ( М шах Мс)/1 ],

A<p ^pci ^max ^ 1 - ( Мс / Ми ) . Данные неравенства отражают энергетические возможности привода по воспроизведению заданной в ТЗ амплитудночастотной характеристики с ее известными параметрами , а также позволяют скорректировать значения Фшх и Mmax в случае их невыполнения .

В режиме отработки переходной функции на ступенчатый сигнал условия достаточности мощности привода запишутся так: (<Ро/ Tn2)«S [ ( Mmax - Мс) / I ],

max

/Vi -(мс/мтах),

o, to

где [ ф ( t ) ]max = ф0 e [ con / V 1 - ] Sin (о010 - максимальная

скорость по диаграмме нагружения , to = (Тп / V 1 - ) are tg ( V 1 - 4„2 / £„). Фо - величина (амплитуда) скачка, соп = 1 /Тп, ш0 = юп ^ 1 - •

Следствием ограничения по мощности является также увеличение времени регулирования tp, определяемого неравенством

1р - 3 £,„ Ч фо I / ( Мтах - Мс ) .

Пятый раздел состоит из 3-х подразделов и посвящен исследованию характеристик разработанного агрегата в составе электрогидравлического следящего привода для системы автосопровождения с цифровым управлением . Рассматриваются натурные экспериментальные исследования , математический эксперимент (моделирование), а также комплекс различных испытаний как отдельных элементов, так и привода в целом.

В разделе представлена полная функциональная схема электрогидравлического следящего привода , содержащего цифровой вычислитель внутри контура (обслуживающий все 3 канала) , комплекс аналоговых усилительных и преобразующих устройств и разработанный агрегат в качестве исполнительного устройства . Дано описание работы схемы и ее отдельных составляющих.

В процессе проектирования и разработки элементной базы и агрегата в целом был проведен большой объем экспериментальных исследований , в которых автор принимал непосредственное участие . Целью исследований являлись:

оценка соответствия параметров и характеристик входящих элементов

и arpciura и сборе требованиям ТЗ на проектирование, определение эмпирических значений параметров и коэффициентов ( не поддающихся аналитическому учету ) для последующих расчетов и проведения моделирования ,

выявление путей и методов улучшения или обспсчения эксплуатационных параметров агрегата и его элементной базы.

Экспериментальные исследования проводились в рамках ряда ОКР и НИР с участием ряда организаций и с использованием специально созданных для этого автоматизированных рабочих мест .

Экспериментально определялись статические , динамические и точностные характеристики замкнутого привода с цифровым вычислителем в контуре , а также статические и динамические характеристики элементов*. Экспериментальные исследования^ частности, показали :

1. Ограниченная проводимость гидравлических магистралей подвода рабочей -жидкости , выполненных в корпусе агрегата, и наличие регуляторов давления в каналах угла а и угла (5 обуславливают значительные потери давления подачи на входах соответствующих элсктрогидравлических усилителей и , как следствие , существенное снижение предельных динамических возможностей каналов при воспроизведении приводом заданного закона управления.

Представлена типовая экспериментальная зависимость давления на входе ЭГ'У кан.-ла угла а от скорости перемещения выходного звена (т.е. потребляемого расхода ) при различных уровнях давления подачи в агрегат.

2. Трение в лопастном гидродвигателе имеет характер кулоновского ("сухое " трение ) с несколько увеличенным трением покоя и не содержит заметной "вязкой" составляющей . Уровень трения зависит от давления подачи и,как правило , нестабилен .

Представлена типовая экспериментальная зависимость момента (давления) трения на выходном звене от скорости его движения.

3. Временное запаздывание и переходной функции замкнутого нрпьода

( 20...30 миллисекунд) обусловлено сочетанием сжимаемости рабочей жидкости и полостях лопастного гидродвигателя и сухого трения в нем, а также эффектами квантования сигналов по времени, присущими системам с цифровым управлением .

4. Качество переходных функций определяется выбором рабочей добротности замкнутого контура, настройкой цепи коррекции по динамическому давлению и энергетическими ограничениями.

Показано влияние настройки корректирующей обратной связи по динамическому давлению на вид типовых переходных функций одного из каналов.

5. Полоса пропускания , колебательность и фазовое запаздывание привода зависят от амплитуды колебаний выходного звена (влияние фактора насыщения по скорости) , рабочей добротности контура и временного запаздывания , вносимого цифровым вычислителем .

Приведены в качестве примера экспериментальные логарифмические частотные характеристики замкнутого привода с разработанным агрегатом для каналов угла а и угла (5.

6. Гидравлические потери в магистралях агрегата , в том числе

обусловленные наличием регуляторов давления в каналах существенно сокращают полосу пропускания и быстродействие замкнутого привода по энергетическим ограничениям за счет уменьшения максимальной скорости движения выходного звена.

Данное положение иллюстрируется частотными характеристиками замкнутого привода при закрытом (11у = 0) и открытом (иу = +5В) регуляторе давления.

7. Неравномерность ( неплавность ) движения выходного звена привода при слежении с малыми скоростями обусловлена нестабильностью момента трения в лопастном гидродвигателе , эффектами квантования по уровню в цифровом вычислителе , низкочастотными шумами электронных блоков.

8. Динамическая ошибка при воспроизведении тестового гармонического сигнала обратно пропорциональна величине добротности замкнутого контура по скорости и ускорению.

Максимум динамической ошибки имеет место в моменты реверса движения и обусловлен в основном нелинейными факторами -сочетанием сухого трения в гидродвигателе , зоны нечувствительности и сжимаемости рабочей жидкости.

Значительное место в процессе разработки и доводки агрегата уделялоеь вычислительному эксперименту путем моделирования на ЭВМ е использованием иерархии математических моделей привода различного уровня сложности . На этапе предварительного проектирования использовались линеаризованные модели, на завершающей стадии - нелинейные модели , с разной степенью адекватности отражающие комплекс свойстп и особенностей привода . При этом осуществлялось математическое описание физических процессов в нем и отдельных элементах, формировались системы дифференциальных уравнений состояния рассматриваемых динамических комплексов с последующей формализацией для построения программы . Целью моделирования являлось :

расчет статических, динамических и точностных параметров приводов с выдачей рекомендаций по их улучшению,

исследование влияния различных эксплуатационных факторов на выходные характеристики приводов и их элементов, оптимизация конструктивных , технологических и настроечных параметров приводов для различных режимов работы системы автосопровождения,

частичная или полная замена натурного эксперимента в стендовых или реальных условиях вычислительным экспериментом с получением экономического эффекта или имитацией труднореализуемых на стенде или в полете режимов работы системы , а также критических ситуаций.

Приведена в качестве примера структурная динамическая схема замкнутого цифрового следящего привода с разработанным агрегатом, наглядно отражающая один из использованных вариантов его нелинейной математической модели и являющаяся основой построения программы расчета на ЭВМ . Модель , соответствующая структуре на рис . 19 учитывает наряду с линейными факторами

вследствие насыщения гидроусилителя сопло-заслонка по расходу, насыщение золотникового гидрораспределителя по расходу 0т при полностью открытых рабочих окнах , а также ограничение максимального хода золотника Хи5,

- • зону нечувствительности или начальный участок расходной

характеристики золотника с малым наклоном,

сухое трение в лопастном гидродвигателе с учетом трения покоя М^

I

дроссельный эффект в золотниковом гидрораспределителе. Цифровой вычислитель моделируется здесь в упрощенной форме в виде ключей с различными периодами квантования Ткж (частота 100 Гц) и Тс1Г (частота 500 Гц) с экстраполяторами нулевого порядка . Поскольку быстродействие ЭГУ с электрической обратной связью существенно выше других элементов контура, динамика ЭГУ здесь не учитывалась. В схеме отражен также регулятор давления каналов угла а и угла р, но корректирующая обратная связь по динамическому давлению в гидродвигателе в данном случае не введена. Программа моделирования , реализованная на ПЭВМ с использованием алгоритмического языка высокого уровня, дала возможность рассчитать, в частности , переходные функции привода с вариацией различных параметров . Представлен расчета таких переходных функций , отражающий влияние вязкого трения в нагрузке.

При отсутствии вязкого трения и 'добротности 20 1/с привод неустойчив, имеют место автоколебания с частотой около 10 Гц . Введение вязкого трения определенного уровня демпфирует привод , обеспечивая устойчивый переходный процесс при той же добротности .

Приведена переходная функция отработки скачка большой величины (45°) , показывающая выход привода на насыщение по скорости и снижение колебательности.

Многочисленные результаты моделирования , полученные с использованием ряда разработанных математических моделей , показали хорошую сходимость с натурными экспериментальными данными и обеспечили получение ценной информации о способах улучшения эксплуатационных характеристик 3-х канального привода.

Разработка и доводка агрегата базировалась па прочном фундаменте широкого комплекса различных испытаний, в том числе с использованием сложного технологического оборудования , типового или специально разработанного.

Целью испытаний является определение скрытых дефектов на этапе доводки и опытного производства , а также защита конструкции и технологии на этапе опытного и серийного производства. Они подразделяются на сдаточные и защитные. К сдаточным относятся предъявительские испытания , проводящиеся при сдаче гидропривода ОТК предприятия-изготовителя , и приемо-сдаточные, проводящиеся при сдаче привода представителю заказчика. Комплекс защитных испытаний включает в себя : конструктррско-доводочные испытания ,

- • прочностные (статические) испытания ,

испытания на выносливость (ресурс) конструкции гидроприводов ,

рассчитанных на длительную работу в условиях циклического нагружения.

Сюда же относятся предварительные заводские испытания с участием ОТК и далее - с представителем заказчика, а также межведомственные испытания перед запуском в серийное производство.

Основной объем конструкторско-доводочных испытаний пришелся на разработку и совершенствование лопастных гидродвигателей , а также целого ряда модификаций ЭГУ . По результатам этих испытаний проводилась оперативная доработка элементов, узлов и агрегата в целом, корректировалась техническая документация.

Наиболее полный перечень различных пунктов содержит комплекс предварительных (заводских) испытаний привода с представителем заказчика . Этот перечень включает в себя всестороннюю проверку параметров , оценку прочности при транспортировке , воздействие повышенной влажности , пониженной и повышенной температуры окружающей среды , росы и внутреннего обледенения , пониженного атмосферного давления , вибрационных нагрузок , механического удара многократного действия, линейных ускорений, морского (соляного) тумана, статической пыли.

Сюда же входят испытания на водозащищенность , гарантийная наработка с последующей контрольной проверкой параметров, разборка и поузловая проверка с микрообмером деталей .

Нормальные климатические условия при испытаниях соответствуют температуре окружающей среды 15...35 0 С , относительной влажности 45...80% и атмосферному давлению 650...800 мм рт. ст.

Во время испытаний на привод устанавливается диск - имитатор нагрузки массой 25 кг, создающий момент инерции нагрузки 0,3 кгс м с2 относительно всех 3-х осей.

При проведении испытаний агрегата на предприятии-изготовителе ПМЗ "Восход" использовался комплект технологичесих стендов и набор контрольно-проверочной аппаратуры. Стендовое оборудование включало в себя загрузочное устройство для крепления агрегата , универсальный гидростенд питания с номинальным давлением подачи 28 МПа и расходом до 40 л/мин , термобарокамеру с разрежением до 5 мм рт.ст. и диапазоном температур - 60...+125°С , камеру влажности , вибростенд с частотным диапазоном 5...2000 Гц и ускорениями до 10 § , ударный стенд с длительностью импульса до 40 миллисекунд и ускорениями до 15 ё , центрифугу (центробежный стенд) с перегрузкой до 15 §. Набор контрольно-проверочной аппаратуры включал в себя специально разработанный прибор ТКПА-01 .генератор электрических сигналов специальной формы , усилители с блоком питания , электронные и шлейфовые осциллографы , вольтметры , анализатор частотных характеристик типа SOLAR.TR.ON.

Прибор проверки ТКПА-01 представляет собой комплект электронной аппаратуры из штатных аналоговых и цифровых блоков следящего привода на основе разработанного агрегата и специально спроектированный пульт управления и контроля . Пульт осуществляет следующие операции : . формирование аналоговых управляющих сигналов на входе всех 3-х каналов (в виде электрического напряжения) от внешнего источника или вручную с помощью потенциометрических датчиков, преобразование указанных сигналов в двоичный параллельный код и

передача их на цифровой вычислитель привода (имитация работы ЦВМ), прием от вычислителя сигналов обратной связи основного контура и сигнала ошибки в виде двоичного кода с последующим преобразованием их в аналоговую форму, управление регуляторами давления каналов угла а и угла р , контроль входных сигналов , сигналов обратных связей и ошибки для всех 3-х каналов.

Управление положением выходных звеньев каналов осуществляется плавно в пределах 0...22,5° (12 младших разрядов) от внешнего генератора специальных сигналов - формирующего гармоническое , ступенчатое или пилообразное входное воздействие - или вручную относительно некоторого начального положения , задаваемого переключением тумблеров старших разрядов (13... 16) на пульте . Таким образом реализуется режим дискретно-непрерывного управления приводами (режим «точно»).

Существует также дополнительный режим («грубо»), когда 12-разрядный цифровой сигнал управления подается на старшие разряды вычислителя (5... 16) , а его младшие разряды - 1...4 обнуляются . Это позволяет непрерывно управлять приводами во всем диапазоне углов поворота его выходных звеньев.

Весь комплекс испытаний , в том числе и натурных , проведенный в процессе разработки и доводки агрегата подтвердил его высокую надежность , эффективность и качество основных параметров . Испытания показали соответствие характеристик цифровых приводов на основе данного агрегата требованиям ТЗ на проектирование , а также продемонстрировали перспективность использования многокоординатных следящих приводов этого класса для управления системами подвижности нового поколения.

Испытаниями был подтвержден фактический ресурс агрегата более 3600 часов . Прочностные статические испытания подтвердили работоспособность и герметичность его лопастных гидродвигателей при давлении питания до 28 МПа , а наработка на отказ составила свыше 25 ООО часов , т.е. почти в 3 раза превысила требования ТЗ на проектирование.

выводы

1. Проведенный анализ существующих зарубежных и отечественных

мобильных многокоординатных приводов показал,что приводы этого класса с наименьшей массой могут быть реализованы только на основе электрогидравлических следящих приводов с широким использованием передовой схемотехники и высококачественной элементной базы -неполноповоротных лопастных гидродвигателей, электрогидравлических усилителей с электрической обратной связью по положению золотника, вы сокоточных бесконтактных датчиков обратной связи, микропроцессорных цифровых вычислителей в контуре привода.

2. Разработанная конструкция 3-х координатного электрогидравлического

агрегата многофункционального применения не имеет мировых аналогов, отличается компактностью и технологичностью.

3. В результате опытно-экспериментальной доводки и совершенствования

конструкции неполноповоротных лопастных гидродвигателей катушечного типа создан и внедрен наиболее эффективный вариант гидродвигателя для 3-х канального агрегата, имеющий цилиндрическую рабочую камеру с низким уровнем момента трения на выходном звене, характеризующийся высокой жесткостью, небольшими размерами и малыми утечками рабочей жидкости.

4. Разработанная схема коррекции устранила колебательные процессы в

переходных режимах работы привода. Экспериментально подтверждена ее эффективность во всем рабочем диапазоне.

5. Разработанный электрогидравлический усилитель с электрической обратной

связью по положению золотника обеспечил необходимое быстродействие приводов агрегата в замкнутом контуре.

6. Предложенные подходы к определению энергетических параметров

следящих приводов в режиме отработки ступенчатого сигнала, характерного для многокоординатных систем, позволили создать методику решения как прямой, так и обратной задачи энергетического синтеза.

7. Выделенные граничные условия оценки предельных динамических

возможностей каналов агрегата при воспроизведении как гармонического, так и ступенчатого сигнала связывают параметры предельной механической характеристики каждого канала с амплитудой колебаний и формой его частотной характеристики, а также величиной скачка и временем регулирования (для ступенчатого управляющего сигнала).

8. Экспериментальные исследования , проведенные в процессе разработки и

доводки агрегата позволили определить способы улучшения статических, динамических и точностных характеристик приводов каналов и входящих элементов, а также величины эмпирических коэффициентов для математического моделирования.

9. Разработаны и апробированы нелинейные математические модели

цифровых следящих приводов на основе данного агрегата, позволяющие исследовать их статические, динамические и точностные характеристики с помощью математического эксперимента, в том числе с использованием персональных ЭВМ.

10. Комплекс испытаний различного уровня, проведенных с помощью специально разработанного уникального стендового и электронного оборудования, подтвердил высокие технические и эксплуатационные характеристики 3-х канального агрегата и цифровых следящих приводов

на его основе. При этом продемонстрирована работоспособность неполноповоротных лопастных гидродвигателей на рабочих давлениях до 28 Мпа, высокая надежность приводов (наработка на отказ составила более 28000 часов при допускаемом по ТЗ уровне 10000 часов) и фактический ресурс свыше 3600 часов.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Редько П.Г., Зайченко И.И., Мохов Б.Д., Мухлаев В.К., "Лопастной неполно-

поворотный гидродвигатель" , А/С № 879067, 1981г

2. Редько П.Г., Куприянов Ф.Ф., Мохов Б.Д., Елагин Е.В., Локшин А.И., Усов В.А. «Электрогидравлический усилитель мощности с электрической обратной связью», А/С № 1034312, 1983г.

3. Редько П.Г. Разработка неполноповоротного лопастного двигателя с полукруглой рабочей камерой. -Юс Деп. в ВИНИТИ. 17.05.00 № 1409-В00

4. Редько П.Г. Синтез энергетических параметров электрогидравлических

следящих приводов.-12с. Деп. в ВИНИТИ 17.05.00 № 14Ю-ВОО.

Наименование раздела №

1. Введение.5-II

2. Обоснование выбора типа и схемы привода для многокоординатных систем подвижности и его элементной базы.12

2.1. Обоснование выбора типа и схемы привода.12.

2.2. Обоснование выбора элементной базы.15

2.2.1. Исполнительный механизм.1.5.

2.2.2. Элементы информационного канала .,.?.?.

Выводы по разделу.

3. Конструктивные особенности электрогидравлического

ЭПТПТ агрегата. Выбор параметров элементной базы. ^

3.1. Конструктивные особенности и основы расчета лопастного гидродвигателя. Обеспечение динамических характеристик. ^

3.1.1. Конструкции и расчеты неполноповоротных лопастных гидродвигателеи.

3.1.2. Проблемы обеспечения динамических свойств привода с лопастным гидродвигателем и инерционной нагрузкой.67.

3.2. Конструктивные особенности и расчеты электрогидравлического усилителя . Обеспечение динамических характеристик.-73

3.2.1. Электромеханический преобразователь сигналов.?.?.

3.2.2. Гидравлический усилитель сопло-заслонка.

3.2.3. Датчик обратной связи

§

3.2.4. Обеспечение динамических показателей электрогидравлического усилителя .г

3.3. Устройство и конструктивные особенности датчика обратной связи основного контура.J

Выводы по разделу.:.1.

Синтез энергетических параметров каналов

ТП9-ТР электрогидравлического агрегата.x<j<

4.1. Оценка энергетических параметров агрегата по диаграмме нагружения для режима воспроизведения гармонических колебаний.

4.2. Оценка энергетических параметров агрегата по диаграмме нагружения для режима воспроизведения ступенчатого входного сигнала.TÍ.4.

4.3. Предельные динамические возможности приводов ттот? каналов агрегата.-г:„. ■

4.3.1. Гармоническое управляющее воздействие.г.^г.

4.3.2. Ступенчатое управляющее воздействие.1.22.

Выводы по разделу.t

Экспериментальные исследования , моделирование и испытания трехканального агрегата в составе следящего привода с цифровым

Т28-Т9П управлением.г ~г!.

5.1. Экспериментальные исследования разработанного агрегата и следящих приводов на его основе.133.

5.2. Математическое моделирование приводов на основе

Отличительной чертой современного технического прогресса является широкое внедрение гидравлических приводов в различные отрасли промышленности , в том числе нетрадиционные .

Помимо машиностроения , дорожно-: строительной техники , авиации и ракетной техники гидропривод нашел применение в автомобилестроении , ядерной энергетике , медицине и т. п.

Это объясняется известными преимуществами гидроприводов перед газовыми и электромеханическими приводами, к которым относятся :

- высокий уровень давления рабочего тела (жидкости) , определяющий значительную плотность энергии в единице его объема,

- низкая сжимаемость рабочего тела и , как следствие , большая скорость передачи силовых импульсов давления в гидросистемах,

- высокие удельные характеристики , в том числе удельная мощность (энергоемкость) гидроагрегатов,

- работоспособность в широком диапазоне температур и давлений , в том числе в неблагоприятных условиях окружающей среды,

- значительное быстродействие , определяемое сочетанием высокого давления и низкой сжимаемости рабочего тела,

- широкий диапазон регулирования скорости движения выходного звена . в том числе возможность реализации чрезвычайно низких («ползучих») скоростей .

Последние десятилетия характеризуются также внутриотраслевым проникновением гидроприводов в области , где они ранее не использовались , в частности в авиации . Сюда относятся , например , рулевые приводы малоразмерных беспилотных летательных аппаратов ( где обычно 6 применялись газовые или электромеханические приводы ) , приводы антенн бортовых радиолокационных станций высокоманевренных самолетов и т.п. Вопросам проектирования гидроприводов , отражающих новые тенденции и направления их применения посвящена настоящая диссертация . Актуальность проблемы . С начала 80-х годов возникла настоятельная необходимость создания принципиально новых схем следящих приводов , обеспечивающих пространственное движение полезной нагрузки -поступательное или вращательное - относительно нескольких координатных осей . При этом существенно повысились требования к статической и динамической точности таких приводов, к быстродействию , надежности и ресурсу работы .

Эти приводы часто работают в условиях дефицита энергоресурсов или жестких массо-габаритных ограничений ( например , на борту летательных аппаратов ).

Следящие приводы многокоординатного типа могут функционировать в различных режимах, отрабатывая как стационарные гармонические сигналы, так и широкополосные случайные воздействия , а также ступенчатые сигналы с минимальным временем регулирования . Характер нагрузки в основном инерционный , может иметь место комбинированное трение и постоянная составляющая различного знака .

Можно сформулировать основные требования к многокоординатным приводам нового поколения:

1 . Минимальные ошибки слежения в основных рабочих режимах, не превышающие нескольких угловых минут.

2 . Жесткие динамические требования к приводу при отработке ступенчатых управляющих воздействий в широком диапазоне амплитуд сигнала управления . 7

3 . Возможность использования цифровых устройств как в контуре системы управления приводом, так и в контуре самого привода.

4 . Относительно большие инерционные нагрузки , воздействующие на привод в сочетании с низким располагаемым уровнем собственного демпфирования .

5 . Высокие требования по габаритно-массовым характеристикам приводов (в условиях компоновки на борту малоразмерных летательных аппаратов).

С точки зрения выполнения указанных требований задача радикального улучшения параметров существующих приводов , или разработка новых схемотехнических решений в данной области представляется актуальной и имеющей важное значение в развитии различных отраслей техники . Предлагаемая диссертационная работа посвящена созданию образца 3-х координатного электрогидравлического следящего привода рассматриваемого класса как прототипа и основы для последующих вариантов реализации .

Цель работы заключается в разработке и конструировании 3-х координатного исполнительного устройства ( агрегата) для таких приводов и подразумевает решение следующих задач :

- рациональный выбор схемотехнических решений , рекомендуемых при создании аналогичных приводов ,

- создание компактной , жесткой и технологичной кострукции электрогидравлического агрегата , перемещающего нагрузку относительно 3-х взаимно перпендикулярных осей ,

- выбор или специальная разработка передовой и высококачественной элементной базы , обеспечивающей выполнение перечня требований к приводу, а также его основные эксплуатационные характеристики ,

- исследование статических , динамических и точностных параметров агрегата в составе следящего привода с цифровым управлением, 8

- создание специального оборудования для проведения испытаний .

Представленная диссертация является обобщением проектных , конструкторских и экспериментальных работ автора по созданию и внедрению в эксплуатацию 3-х степенного электрогидравлического агрегата управления для систем подвижности объектов различного назначения , выполненных им в качестве ведущего конструктора и технического руководителя промышленной разработки , испытаний и внедрения агрегата в опытно-серийное производство . Научная новизна работы заключается в отработке оригинальных конструкторских решений при создании элементной базы , разработке автором теоретических основ синтеза энергетических параметров следящих гидроприводов и оценки их предельной динамики для ступенчатых управляющих воздействий , создании иерархии нелинейных математических моделей приводов каналов агрегата и программ для цифрового моделирования с учетом большинства действующих факторов .

В процессе разработки указанного агрегата были предложены новые схемотехнические и конструкторские решения , защищенные авторскими свидетельствами № 879067 , № 1034312 , являющиеся базовыми в представленной разработке о обеспечивающие высокую энергоотдачу агрегата , его улучшенные эксплуатационные показатели в части герметичности конструкции , а также его повышенное быстродействие .

Практическое значение работы состоит в том, что результатом проведенной разработки и исследований явилось создание конструкции 3-х канального электрогидравлического агрегата как исполнительного устройства цифрового следящего привода для системы автосопровождения . Использование агрегата позволило существенно улучшить статическую и динамическую точность системы в целом . 9

Опыт, накопленный в результате проектирования данного агрегата может быть использован при создании последующих модификаций и разновидностей электрогидравлических следящих приводов данного класса, в том числе с использованием отработанного комплекса стендового испытательного оборудования , а также программного и математического обеспечения для цифрового моделирования таких устройств .

Практический результат заключается также в создании элементной базы по комплектующим изделиям для многостепенных агрегатов систем подвижности повышенной точности , в том числе

- неполноповоротным лопастным гидродвигателям высокого давления (28Мпа и выше ) ,

- электрогидравлическим усилителям с увеличенным быстродействием и линейностью статических характеристик,

- преобразователям сигналов и датчикам с конструктивными элементами монтажа в корпус агрегата,

- электрогидравлическим регуляторам давления , обеспечивающим программное управление давлением питания .

Комплекс опытно-конструкторских , научно-исследовательских , производственно-технологических работ , защищаемый в настоящей диссертации и посвященный созданию перспективного следящего привода многофункционального применения позволил реализовать совершенную конструкцию 3-х координатного электрогидравлического агрегата , не имеющего мировых аналогов и отличающегося компактностью , жесткостью и технологичностью В результате длительной доводки и совершенствования конструкции был определен наиболее эффективный вариант гидродвигателя для 3-х канальных агрегатов > имеющий высокую жесткость , низкий уровень трения , небольшие размеры и малые утечки рабочей жидкости.

10

Итогом 10-летнего цикла опытно-конструкторских , расчетных , научно-исследовательских работ , технологической доводки и многочисленных испытаний , проведенных предприятием-изготовителем ПМЗ «Восход» под руководством и при непосредственном участии автора, а также рядом других организаций промышленности явилось создание образца 3-х канального электрогидравлического следящего привода с цифровым управлением , не имеющего мировых аналогов и являющегося базовой моделью для разработки последующих модификацй приводов этого класса.

Бесценный опыт, накопленный в процессе разработки и доводки привода, примененные в нем неординарные технические решения и технологические приемы изготовления позволили значительно поднять общий уровень предприятия , сформировать высококвалифицированный коллектив проектировщиков и тем самым обеспечить успешное решение новых задач в области создания высококачественных гидроприводов для различных отраслей народного хозяйства.

Структура диссертации . Диссертация включает 5 глав ( в том числе Введение ) , общие выводы , список использованной литературы , оглавление .

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Проведенный анализ существующих зарубежных и отечественных мобильных многокоординатных приводов показал , что приводы этого класса с наименьшей массой могут быть реализованы только на основе электрогидравлических следящих приводов с широким использованием передовой схемотехники и высококачественной элементной базы -неполноповоротных лопастных гидродвигателей , электрогидравлических усилителей с электрической обратной связью по положению золотника , высокоточных бесконтактных датчиков обратной связи , микропроцессорных цифровых вычислителей в контуре привода .

2. Разработанная конструкция 3-х координатного злектрогидравлического агрегата многофункционального применения не имеет мировых аналогов, отличается компактностью , жесткостью и технологичностью .

3. В результате опытно-экспериментальной доводки и совершенствования конструкции неполноповоротных лопастных гидродвигателей катушечного типа создан внедрен наиболее эффективный вариант гидродвигателя для 3-х канального агрегата , имеющий цилиндрическую рабочую камеру и характеризующийся высокой жесткостью , низким уровнем момента трения на выходном звене , небольшими размерами и малыми утечками рабочей жидкости .

4. Разработанная схема коррекции устранила колебательные процессы в переходных режимах работы привода . Экспериментально подтверждена ее эффективность во всем рабочем диапазоне .

192

5. Разработанный электрогидравлический усилитель с электрической обратной связью по положению золотника обеспечил необходимое быстродействие приводов агрегата в замкнутом контуре .

6. Предложенные подходы к определению энергетических параметров следящих приводов в режиме отработки ступенчатого сигнала, характерного для многокоординатных систем , позволили создать методику решения как прямой, так и обратной задачи энергетического синтеза .

7. Выделенные граничные условия оценки предельных динамических возможностей каналов агрегата при воспроизведении как гармонического , так и ступенчатого управляющего сигнала связывают параметры предельной механической характеристики каждого канала с амплитудой колебаний и формой его частотной характеристики , а также величиной скачка и временем регулирования - для ступенчатого управляющего сигнала .

8. Экспериментальные исследования, проведенные в процессе разработки и доводки агрегата позволили определить способы улучшения статических , динамических и точностных характеристик приводов каналов и их входящих элементов , величины эмпирических коэффициентов для математического моделирования .

9. Разработаны и апробированы нелинейные математические модели цифровых следящих приводов на основе данного агрегата , позволяющие исследовать их статические , динамические и точностные характеристики с помощью математического эксперимента , в том числе с использованием персональных ЭВМ .

193

10. Комплекс испытаний различного уровня , проведенных с помощью специально разработанного уникального стендового и электронного оборудования , подтвердил высокие технические и эксплуатационные характеристики 3-х канального агрегата и цифровых следящих приводов на его основе.

При этом продемонстрирована работоспособность неполноповоротных лопастных гидродвигателей на рабочих давлениях до 840 кгс/см2 , высокая надежность приводов (наработка на отказ составила более 28 ООО часов при допускаемом по ТЗ уровне 10 ООО часов ) и технический ресурс свыше 3 600 часов .

194

1. Автоматизированное проектирование машиностроительного гидропривода. /Под общей редакцией д.т.н. С.А.Ермакова , М: Машиностроение , 1988г.

2. Баженов А.И., Гамынин Н.С., Карев В.И. и др. «Проектирование гидравлических следящих приводов летательных аппаратов» , М: Машиностроение, 1981г.

3. Гамынин Н.С. «Гидравлический привод систем управления», М: Машиностроение, 1972г.

4. Гидравлические приводы летательных аппаратов . / Под общей редакцией В.И.Карева , Учебник для ВУЗов , М: Машиностроение , 1992г.

5. Головинский О.И. «Основы автоматики» , М: Высшая школа, 1987г.

6. Инженерные исследования гидроприводов летательных аппаратов . /Под редакцией д.т.н. Д.Н.Попова , М: Машиностроение , 1978г.

7. Казаков Л.Г. «Электромагнитные устройства РЭА» , М: Машиностроение, 1991г.

8. Матвеенко A.M. , Пейко Я.Н. , Комаров A.A. «Расчет и испытания гидравлических систем летательных аппаратов» , М: Машиностроение , 1974г.

9. Петров Б.И. , Полковников В.А. , Рабинович Л.В. и др. «Динамика следящих приводов» , М: Машиностроение , 1972г.

10. Петров Е.М. , Юзефович Ю.И. «Лопастные неполноповоротные гидродвигатели в судостроении» , Изд-во «Судостроение» , 1972г.

11. Полковников В.А. «Предельные динамические возможности следящих приводов летательных аппаратов», М: Изд-во МАИ, 1995г.

12. Потапов A.M. «Настройка и испытания следящих приводов» , Изд-во «Энергия», 1970г.195

13. Проектирование гидравлических систем машин . /Под общей редакцией д.т.н. Г.Н. Иванова, М: Машиностроение, 1992 г.

14. Решетников Е.М. , Саблин Ю.А. , Григорьев В.Е. и др. «Электромеханические преобразователи гидравлических и газовых приводов», М: Машиностроение , 1982 г.

15. Теория автоматического регулирования , книга 1 . /Под редакцией д.т.н. В.В. Солодовникова , М: Машиностроение , 1967г.

16. Тузов В.П. «Электротехнические устройства летательных аппаратов» , М: Высшая школа, 1982г.

17. Электропривод летательных аппаратов . /Под общей редакцией д.т.н. В.А. Полковникова , М: Машиностроение , 1990 г.

18. Зайченко И И. и др. «Лопастной неполноповоротный гидродвигатель» , а /с № 861776 , 1979 г.

19. Зайченко Й.И. и др. «Лопастной неполноповоротный гидродвигатель» , а/с № 1301055 , 1983 г.

20. Редько П.Г., Зайченко И.И., Мохов Б.Д. , Мухлаев В.К. «Лопастной неполноповоротный гидродвигатель», а/с № 879067 , 1981 г.

21. Зайченко И.И « Неполноповоротный гидродвигатель» , а/с № 687270, 1978 г.

22. Двухосный моментный гидродвигатель . «Ргос. Inst. Mech. Eng.» , 1976г. , 190 , № 9 , p.p. 245-254 .

23. Кузовков Н.Т. «Теория автоматического регулирования , основанная на частотных методах» , Изд-во «Оборонгиз» , 1960 г.

24. Гидравлические и пневматические приводы промышленных роботов . /Под ред. Крейнина Г.В. ; М: Машиностроение, 1990г.

25. Комплект конструкторской, технологической и испытательной документации по электрогидравлическому агрегату ЭГП-5АМ.