9 Датчик обратной связи 0,04686 10-6

В таблице 1 показана оценка безотказности однократных электрогидравлических приводов. Из приведенных данных следует, что наиболее надежным элементом является исполнительный силовой цилиндр. Но при необходимости энергетического и функционального резервирования исполнительные цилиндры выполняют с двукратным, трехкратным и четырехкратным резервированием по управлению ими. Опыт показывает, что электронные каналы управления не равнозначно воздействуют на работу гидравлического распределителя. Так, при четырехкратном резервировании по электронным каналам управления ограничиваются отказами только двух каналов из четырех.

На рис. 1 приведена типовая блок-схема системы управления органами полета бомбардировщика В-2 фирмы «Боинг», у которого двукратное резервирование гидравлического привода и четырёхкратное резервирование электронного канала управления.

Выявление причин ограничения работы двумя из четырех резервируемых независимых электронных каналов управления позволит увеличить надежность работоспособности таких объектов.

Обеспечение независимости статических и динамических характеристик электрогидравлического распределителя от того, какой из резервных каналов осуществляет управление распределителем, становится весьма актуальным.

Глава 2 посвящена оценке необходимой тяговой силы управления золотником (затвором) распределителя. Для анализа и синтеза тяговой характеристики привода гидравлического распределителя исходными являются: структура привода гидравлического распределителя, номинальные расходы, быстродействие затвора распределителя, допустимый темп изменения давления для ограничения ударных процессов в системе привода. Эти исходные данные являются основой для определения величины изменения магнитного потока в рабочих зазорах магнитных наконечников электрического двигателя. В этой главе приводится анализ тяговой силы, которая требуется для управления гидравлическим распределителем. Расчет необходимой тяговой силы производится традиционным способом оценки величины потребной для этого энергии.

К особенности проведенного расчета можно отнести учет влияния адгезионных свойств жидкости в малых зазорах, которые выполняют роль уплотнения рабочей жидкости, протекающей в зазоре между гильзой и подвижным затвором. Также в этой главе показано, что затвор всегда прижат к поверхности гильзы даже при идеальных цилиндрических поверхностях в силу неодинаковых условий проникновения жидкости в уплотняющую щель, как показано на рис.2.

Так, со стороны гильзы входящий поток не меняет своего направления, а со стороны рабочей кромки затвора возникает поперечная составляющая. А поскольку в диаметральных сечениях эти составляющие не равны, то возникают поперечные составляющие, которые прижимают затвор к гильзе.

Рис.2 Схема действия сил давления жидкости на плунжер

затвора распределителя.

ильзе с учетом сказанного определяется следующим выражением

Здесь: хmax – перемещение затвора из среднего положения в крайнее; fп и fa – коэффициенты трения при сдвиге и движении; fгц –заданная частота отработки; ? - суммарная длина контакта вдоль оси затвора и гильзы; Р – давление рабочей среды; D – диаметр затвора; Eм – модуль упругости рабочей жидкости; ? – эксцентриситет между гильзой и затвором; Sщ - площадь проходных (напорной и сливной) щелей: ?Рраб и ?Рнаг – перепады давления на проходных щелях распределителя, (гр – начальная толщина граничного слоя.

При оценке необходимой энергии или мощности приводного электрического двигателя к указанным силам сопротивления затвора следует добавить инерционные силы не только затвора, но соединительной арматуры, и инерционность якоря.

Геометрические характеристики распределителя определяются силовыми, кинематическими параметрами исполнительного объекта. В частности, требуемым вращающим моментом (М), тяговой силой (F), наибольшим углом поворота (?) или наибольшим перемещением (L), временем срабатывания (t), величинами пути перемещения или скоростью отработки заданного угла, по которым представляется возможность, установить требуемый расход (Q) и площади проходных сечений распределителя (S).

Величина перемещения затвора при прямоугольной форме рабочей щели, например, может быть

- используемая часть окружности затвора, диаметром (D).

Энергия или мощность, передаваемая электрическим двигателем гидравлическому затвору, соединительной арматуре и якорю двигателя, определяется выражением.

где F все силы сопротивления, включая инерцию всех подвижных частей распределителя и двигателя.

Рассмотренные выше методические подходы позволяют определить уровень сил по страгиванию золотника распределителя, который необходимо учитывать при оценке чувствительности привода и оценки его динамических характеристик в области малых входных сигналов.

В главе 3 анализируется работа пропорционального электрического двигателя. Особенностью такого двигателя является то, что линейная силовая характеристика в рабочей зоне зависит только от силы тяги и не зависит от положения якоря в рабочей зоне. На этом участке тяговая сила определяется только величиной тока протекающего в катушке двигателя. И при неизменной величине тока практически тяговая сила остается постоянной. Поэтому такой электродвигатель часто называют пропорциональным, имея в виду, что его тяговая сила пропорциональна силе тока.

Рис.3. Схема магнитных потоков в пропорциональном электромагните.

Рис.4. Разрез втулки магнитопровода.

Такой режим работы двигателя достигается направлением части магнитного потока мимо рабочей зоны магнитного наконечника, осуществляя «шунтирование» части магнитной энергии якоря (Рис.3 и Рис.4). Если возникает необходимость двухстороннего управления гидравлическим распределителем, то используются два таких двигателя.

Для эффективной работы гидравлического распределителя с таким двигателем необходимо согласовать их силовые и кинематические характеристики.

Для аналитического построения тяговой характеристики такого двигателя использовались магнитные потоки и магнитные трубки (Рис.6). Оценивая возможность разделения магнитных потоков и магнитных трубок, сделана попытка их визуализации (Рис.5).

Рис.5. Визуализация шунтирующего и рабочего зазоров.

Рис.6. Схемы сечений магнитных трубок.

Здесь 1, 2, 3, 4 магнитные трубки.

На основе энергетических соотношений построена безразмерная тяговая характеристика, которая позволяет не только выбрать рабочую зону двигателя, но и позволяет рекомендовать осуществить выбор жесткости возвратной пружины гидравлического распределителя при его использовании.

Здесь: F?- безразмерная тяговая сила; S, ? - поперечная площадь и средняя длина магнитных трубок; х – величина перемещения якоря; индексами і, ш, р – помечены номера магнитных трубок, а также шунтирующей и рабочей трубок; индекс ? – указывает на безразмерность величины; ?я.отн - относительная магнитная постоянная.

На рис.7 показана безразмерная тяговая характеристика линейного электрического двигателя.

В данном двигателе магнитные потоки не меняют своего направления, поэтому в случае необходимости электронного резервирования такого двигателя потребуется разовая полновитковая настройка резервируемых каналов управления.

В главе 4 проведен анализ магнитной системы электрогидравлического распределителя.

Рис.7. Тяговая характеристика линейного электрического двигателя.

Нелинейность магнитных потоков и магнитной индукции в электрогидравлических преобразователях сказывается на статических и динамических характеристиках не только гидравлического преобразователя, но и всего объекта, которым управляет данный гидравлический распределитель. Анализ этих характеристик становится особенно важным в случае многократного резервирования несколькими независимыми друг от друга электронными системами управления. На основе закона Био-Савара оценивается магнитная индукция в различных точках пространства, окружающего как один виток, так и катушку управления. Составленные в безразмерном виде уравнения наведенной индукции позволяют проанализировать, как изменяется магнитная индукция в окружении витка или катушки управления.

Здесь b=4? RВ/?oJ , Рхр =Х/R, Pzр=Z/R; Индексы (x), (y), (z) обозначают координатные оси. В этих выражениях: R - радиус витка или катушки; В – магнитная индукция; ?о - магнитная постоянная; J – полный ток в катушке или витке; Х, Z – текущие координаты исследуемой точки; ? – угол, по которому осуществляется интегрирование.

Рис.8. Изменение магнитной индукции в центре витка в зависимости

от изменения радиуса витка.

Так, например, как показано на рис. 8, магнитная индукция в центре витка уменьшается с увеличением диаметра витка.

Рис. 9. Изменение магнитной индукции по осевой линии витка на