Мехатронний гідроагрегат з гібридним керуванням виконавчим механізмом

Мехатронний гідроагрегат з гібридним керуванням виконавчим механізмом, що містить асинхронний електродвигун, котрий живиться від системи частотного керування, яка складається з трифазного випрямляча, на виході якого, паралельно, встановлено блок згладжуючих конденсаторів, який з'єднано з блоками керування ключами напруги, генератором керування частотою і асинх 3 жності від рівня тиску з виходу насоса, забезпечуючи таким чином на виході з насоса номінальний та мінімальний видатки, при знаходженні регулюючо-розподільчого пристрою в нейтральному положенні тиск на виході з насосу максимальний, а його видаток мінімальний. Це дещо знижує енергоспоживання мехатронного гідроагрегата та зменшує нагрівання робочої рідини. Однак, даний мехатронний гідроагрегат має такі самі недоліки, як і попередній. Найближчим аналогом запропонованого технічного рішення є мехатронний гідроагрегат керування виконавчим механізмом [Тихенко В.Н. Разработка гидропривода с регулируемым приводным двигателем насосной установки // Промислова гідравліка і пневматика. 2006 № 1 (11). - С. - 84 86], який містить асинхронний електродвигун, котрий живиться від системи частотного керування, яка складається, зокрема, з трьохфазного випрямляча на виході якого, паралельно, встановлено блок згладжуючих конденсаторів, і який проводами з'єднано з блоком керування ключами напруги, що з'єднаний з генератором керування частоти і асинхронним електродвигуном, та керується нелінійним перетворювачем, і з'єднаний через муфту з нерегульованим насосом, вихід якого з'єднано трубопроводом з пристроєм запобіжних клапанів, та регулюючо-розподільчим пристроєм, який трубопроводами з'єднаний з виконавчим механізмом, зокрема гідроциліндром, датчики тиску, які встановлені на виході з насосу і на вході та виході виконавчого механізму, які утворюють зворотні зв'язки, що подаються на вхід регулятора частоти та через систему частотного керування, регулюють частотою обертання асинхронного електродвигуна, який з'єднаний через муфту з нерегульованим насосом та регулює його видатком в залежності від перепаду тиску, датчик переміщення виконавчого механізму, який через систему керування крокового електродвигуна визначає положення регулюючого елемента регулюючо-розподільчого пристрою, який визначає положення виконавчого механізму. Він забезпечує постійну потужність на виході виконавчого механізму, підвищує точність позиціонування виконавчого механізму та дозволяє проводити діагностування мехатронного гідроагрегату підчас його роботи. Недоліком даного мехатронного гідроагрегата керування виконавчим механізмом є неможливість забезпечення видатку нерегульованого насосу більшого від його максимального значення та необхідність його постійної роботи для компенсування витоків в регулюючо-розподільчому пристрої. Це призводить до зливу надлишку робочої рідини з мехатронного гідроагрегату через запобіжний клапан, внаслідок чого відбувається її нагрівання. Крім того, встановлення датчиків тиску і переміщення та крокового електродвигуна ускладнює конструкцію мехатронного гідроагрегата і значно підвищує його собівартість. В основу корисної моделі поставлено завдання на створення мехатронного гідроагрегата керування виконавчим механізмом, у якому за рахунок нового конструктивного виконання спрощується конструкція та зменшується собівартість, забезпе 46325 4 чується регулювання видатком нерегульованого насосу від нуля до двох номінальних значень, ліквідуються витоки в розподільчому пристрої, зменшується енергоспоживання, підвищується надійність та розширюється область використання. Поставлене завдання вирішується тим, що в мехатронний гідроагрегат, який містить асинхронний електродвигун, котрий живиться від системи частотного керування, яка складається, зокрема, з трьохфазного випрямляча на виході якого, паралельно, встановлено блок згладжуючих конденсаторів, які з'єднано з блоками керування ключами напруги, генератором керування частоти і асинхронним електродвигуном, та керується нелінійним перетворювачем, і з'єднаний через муфту з нерегульованим реверсивним насосом, вхід і вихід якого з'єднані трубопроводами з пристроєм підживлення та запобіжних клапанів, та розподільчим пристроєм, який трубопроводами з'єднаний з виконавчим механізмом, зокрема гідроциліндром, відповідно до корисної моделі, в лінії між трьохфазним випрямлячем та блоком керування ключами напруги, за блоком згладжуючих конденсаторів, додатково, послідовно, встановлено резистор навантаження сигнали з входу і виходу якого подаються на вхід нелінійного перетворювача, це утворює зворотний зв'язок по напрузі споживання, а розподільчий пристрій, з'єднаний трубопроводами з виконавчим механізмом, виконано у вигляді двостороннього гідрозамка. Така конструкція мехатронного гідроагрегата, на відміну від найближчого аналога, є значно простішою, а отже надійнішою, дозволяє, у широкому діапазоні, змінювати частоту обертання асинхронного електродвигуна у залежності від навантаження на виконавчому механізмі та здійснювати його реверс, що забезпечує регулювання видатком нерегульованого насосу від нуля до двох номінальних значень, в обох напрямках, ліквідувати витоки в розподільчому пристрої, зупиняти асинхронний електродвигун, а отже і насос при відсутності зовнішнього сигналу керування на переміщення гідроциліндра, ліквідуючи таким чином злив надлишку робочої рідини з мехатронного гідроагрегату через запобіжний клапан, внаслідок чого відбувається її нагрівання, зменшити енергоспоживання, проводити діагностування мехатронного гідроагрегату підчас його роботи. Виконання мехатронного гідроагрегата за замкнутою схемою циркуляції робочої рідини дозволяє зменшити його габарити. Суть корисної моделі пояснюється кресленням, на якому зображено: Фіг. - Принципова схема мехатронного гідроагрегата з гібридним керуванням виконавчим механізмом. Мехатронний гідроагрегат містить асинхронний електродвигун 13, котрий з'єднано проводом 12 з системою частотного керування 4, яка складається з трьохфазного випрямляча 5 на виході якого, паралельно, встановлено блок згладжуючих конденсаторів 6, і який проводами з'єднано з блоком керування ключами напруги 8, що з'єднаний з генератором керування частоти 9. Сигнал керування від нелінійного перетворювача 1 до системи 5 частотного керування 4 надходить по проводу 10. Асинхронний електродвигун 13 з'єднаний через муфту 14 з нерегульованим реверсивним насосом 15, вхід і вихід якого з'єднані трубопроводами з пристроєм підживлення та запобіжних клапанів 16, та розподільчим пристроєм 17, який трубопроводами з'єднаний з виконавчим механізмом, зокрема гідроциліндром 18, на штоку якого закріплене навантаження 19. В лінії між трьохфазним випрямлячем 5 та блоком керування ключами напруги 8, за блоком згладжуючих конденсаторів 6, послідовно, встановлено резистор навантаження 7 сигнали з входу і виходу проводами 3 та 2 подаються на вхід нелінійного перетворювача 1. Це утворює зворотний зв'язок по потужності споживання який забезпечує регулювання напрямком, швидкістю переміщення і положення гідроциліндра 18 за допомогою зміни частоти напруги живлення та напрямком обертання асинхронного електродвигуна 13. Розподільчий пристрій 17, який з'єднаний трубопроводами з виконавчим механізмом - гідроциліндром 18, виконано у вигляді двостороннього гідрозамка. Нелінійний перетворювач 1 має вхід 11 для подачі на нього зовнішніх сигналів керування, в том числі від датчиків зворотного зв'язку, зовнішнього програмного пристрою керування. Мехатронний гідроагрегат працює наступним чином. Електричний сигнал Uзад подається на вхід нелінійного перетворювача 1, який виробляє пропорційний Uзад сигнал керування Uкер, який проводом 10, подається на вхід системи частотного керування 4, а саме на вхід генератора керування частотою 9, який задає закон керування та змінює частоту, в діапазоні від 0 до 400Гц, на виході блока керування ключами напруги 8, який виробляє пропорційний Uкер електричний сигнал, що через провід 12 подається до асинхронного електродвигуна 13, і він починає обертатися з частотою заданою блоком керування ключами напруги 8. Обертаючись електродвигун 13, через муфту 14, обертає вал нерегульованого реверсивного насосу 15, що призводить до появи витрати на його виході пропорційній частоті обертів. Пристрій підживлення 16 та запобіжних клапанів 17 з'єднано трубопроводами з входом і виходом нерегульованого реверсивного насосу 15, послуговує для захисту мехатронного гідроагрегата від перевантаження і компенсації витоків рідини з нього та забезпечення безкавітаційної роботи насосу 15. Витрата з виходу нерегульованого реверсивного насосу 16 надходить до розподільчого пристрою 17, який виконано у вигляді двостороннього гідрозамка, і який з'єднаний трубопроводами з входом та виходом нерегульованого насосу 15 і виконавчим механізмом 18. В результаті чого підвищується тиск в одній з робочих порожнин гідрозамка його поршень зміщується у бік, а штовхач відсуває 46325 6 від сідла один з запірних елементів, з'єднує одну порожнину гідроциліндра 18 з виходом нерегульованого реверсивного насосу 15, а інший запірний елемент відкривається за рахунок потоку робочої рідини з входу нерегульованого реверсивного насосу 15. Гідроциліндр 18 починає рухатися, долаючи зовнішнє навантаження 19. У відповідності до навантаження гідроциліндра 18 змінюється навантаження (крутній момент) на валу нерегульованого реверсивного насосу 15 та асинхронного електродвигуна 13. На вході і виході резистора навантаження 7 формується, відповідний цьому навантаженню, сигнал ΔUспож, який надходить на вхід нелінійного перетворювача 1, де він порівнюється з Uзад, а їх різниця - Uкер надходить до блоку керування ключами напруги 8. Реалізується зворотній зв'язок по напрузі споживання. Це забезпечує, у відповідності з заданим алгоритмом функціонування, регулювання напрямком, швидкістю переміщення і положення гідроциліндра 18 і підтримання постійними тиску, витрати, чи потужності на виході гідроциліндру 18 та зміни напрямку його руху за допомогою зміни частоти напруги живлення та напрямку обертання асинхронного електродвигуна 13. Таким чином, положення, напрямок та швидкість руху гідроциліндра 18 визначається електричним сигналом Uкер, що надходить з блока керування ключами напруги 8 до асинхронного електродвигуна 13, який обертає нерегульований реверсивний насос 15. При зміні знака сигналу Uзад на протилежний змінюється і знак Uкер, асинхронний електродвигун 13 робить реверс (обертається в протилежну сторону), відповідно і в протилежну сторону обертається нерегульований реверсивний насос 15 - змінюється напрямок витрати в мехатронному гідроагрегаті. Це призводить до руху гідроциліндра 18 в протилежну сторону. При відсутності витрати на виході з нерегульованого реверсивного насосу 15, внаслідок дії зовнішнього однобічного навантаження на гідроциліндр 18, в одній з його робочих порожнин відбувається підвищення тиску, внаслідок чого один з запірних елементів гідрозамка буде під дією цього тиску зміщуватися запираючи відповідну робочу порожнину гідроциліндра 18 Це дозволяє ліквідувати витоки в розподільчому пристрої і усунути самовільне переміщення гідроциліндра 18. Таке виконання мехатронного гідроагрегата дозволяє значно спростити його конструкцію, збільшити діапазон регулювання та розширити область застосування, будувати "холодні гідроагрегати", покращить інші показники технічного рівня. Запропонований мехатронний гідроагрегат може бути побудований як за замкнутою, так і за розімкнутою схемами циркуляції робочої рідини. 7 Комп’ютерна верстка А. Крижанівський 46325 8 Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601