СЕРВОКЛАПАН Российский патент 1996 года по МПК F15B13/43 

Изобретение относится к гидроавтоматике и может быть использовано в гидравлических и пневматических системах управления.

Известны гидравлические сервомеханизмы с дроссельным управлением, в которых нагрузка (цилиндр, двигатель) включена в диагональ мостовой схемы, состоящей из постоянных дросселей и переменных дросселей типа сопло заслонка (1). Недостатками известных устройств являются невысокая жесткость (усиление по давлению), значительные потери энергии, обусловленные наличием постоянного протока через сопла, соизмеримого с полезным расходом.

Наиболее близкой по технической сущности изобретению является конструкция двухкаскадного сервоклапана, в управляющем каскаде которого выполнены оппозитно расположенные сопла, между которыми установлена заслонка, жестко связанная с якорем электромеханического преобразователя. Заслонка вместе с якорем закреплены на корпусной детали с помощью гибкой трубки, охватывающей заслонку и герметизирующей полость электромеханического преобразователя по отношению к сливной камере сопел. Благодаря податливости трубки якорь с заслонкой имеет возможность поворачиваться в плоскости расположения сопел, приближаясь к одному из сопел и одновременно удаляясь от другого сопла. Изменение соотношения сопротивлений на выходах из сопел приводит к возникновению разности давлений в торцевых камерах золотника управляемой ступени и созданию требуемого перестановочного усилия (2).

К недостаткам этого устройства относится обеспечение высокой степени чистоты рабочей жидкости, резервирование сервоклапанов, "залипание" заслонки и удар заслонки по соплам при подаче управляющего сигнала на сервоклапан при отсутствии давления (потока) в цепи управления.

Задача изобретения состоит в устранении указанных недостатков.

Этот технический результат достигается тем, что в сервоклапане с управляющей ступенью, содержащей оппозитно расположенные сопла с заслонкой, размещенной между отверстиями сопел и связанной с подвижным элементом электромеханического преобразователя и упругие элементы для установки заслонки в нейтральное положение относительно сопел, заслонка установлена с возможностью перемещения в плоскости, перпендикулярной оси сопел, на заслонке выполнены выступы круглого сечения, торцевые поверхности которых параллельны торцам сопел, диаметр которых больше, чем диаметр отверстий сопел на величину, равную или превышающую наибольшее отклонение заслонки.

На фиг.1 представлен схематический разрез двухкаскадного сервоклапана;
на фиг.2, 3 в увеличенном масштабе варианты взаимного расположения сопел и выступов заслонки управляющей ступени сервоклапана.

Сервоклапан на фиг.1 содержит управляющую 1 и управляемую 2 ступени. В управляющей ступени заслонка 3 с выполненными на ней выступами 4, 5 круглого сечения размещена между соплами 6, 7 и установлена в корпусе сервоклапана на металлических лентах 8, 9, допускающих ее перемещение только в плоскости, перпендикулярной осям сопел 6, 7. Заслонка 3 связана с подвижным элементом электромеханического преобразователя 10, например, в каркасом 11 подвижной катушки 12, расположенной в кольцевом зазоре магнитопровода 13 электромеханического преобразователя 10. Сопла 6, 7 подключены к источнику давления управления через одинаковые калиброванные дроссели 14, 15 и каналы 16, 17 и 18, 19, сообщающиеся с торцевыми камерами 20, 21 золотника 22 управляемой ступени 2. Сливная камера 23 сопел 6, 7 герметизирована эластичными мембранами 24, 25 и сообщается с резервуаром через канал 26. При использовании для этой цели тонкостенных металлических мембран в сочетании с неподвижными эластичными уплотнениями мембраны могут одновременно выполнять роль подвески заслонки 3 вместо лент 8, 9. Упругими элементами-пружинами 27, 28 заслонка 3 удерживается в исходном нейтральном положении относительно сопел 6, 7, при котором расстояния 1₁ и 1₂ одинаковы (фиг.2). Диаметр торцевых поверхностей 29, 30 выступов 4, 5 больше диаметра отверстий в соплах 6, 7 на величину, равную или превышающую наибольшее рабочее отклонение заслонки 3 от исходного положения. Между торцами сопел 6, 7 и торцевыми поверхностями 29, 30 выступов 4, 5 имеется зазор, который может быть отрегулирован путем ввинчивания или вывинчивания сопел 6, 7 по резьбе 31. Для регулировки исходного положения заслонки 3 относительно сопел 6, 7 предусмотрен винт 32.

Позиционный регулятор 33 содержит средства для сравнения управляющего воздействия с сигналом датчика положения 34 золотника 2 управляемой ступени 2, для усиления выявляемого рассогласования и формирования управляющего сигнала (устройство и принцип работы позиционного регулятора предполагаются известными и детально не рассматриваются).

Работа сервоклапана осуществляется следующим образом.

При подаче управляющего сигнала на электромеханический преобразователь 10 на заслонке 3 создается усилие, изменяющее величину деформаций пружин 27, 28: одна из них дополнительно сжимается, сжатие второй пружины уменьшается. Заслонка 3 смещается на величину этой дополнительной деформации, например, влево, проходное сечение при истечении из верхнего сопла 6 уменьшается, тогда как проходное сечение щели у нижнего сопла 7 возрастает (1₁ <1₂). В результате давление в камере 21 падает, а в камере 20 увеличивается и возникающим перестановочным усилием золотник 22 управляемой ступени 2 смещается вправо до тех пор, пока рассогласование между управляющим воздействием и сигналом датчика положения 34 не станет равным 0. При этом управляющий сигнал также становится равным 0, а заслонка 3 пружинами 27, 28 возвращается в исходное положение. В описанной конструкции сервоклапана отложения посторонних частиц, которые могут образоваться при длительном выключении его из рабочего процесса в зазорах между соплами 6, 7 и торцевыми поверхностями выступов 4, 5, не приводят к его отказу, так как они не препятствуют перемещению заслонки 3 в направлении, перпендикулярном осям сопел 6, 7 и после страгивания заслонки 3 смываются и уносятся потоком.

Кроме того, поскольку движение заслонки 3 происходит в направлении, перпендикулярном осям сопел 6, 7, полностью исключается возможность удара выступов 4, 5 заслонки 3 по торцам сопел 6, 7.

Вследствие этого отпадает надобность в блокировке подачи управляющего сигнала на сервоклапан при отсутствии давления управления.

В отличие от конструкции, показанной на фиг.1, 2, с коаксиальным расположением сопел, на фиг.3 представлен вариант исполнения управляющей ступени сервоклапана, в котором смещение между осями отверстий сопел и взаимодействующих с ними выступов обеспечивается за счет несоосного расположения отверстий, в которых расположены сопла. В этом случае выступы выполнены в виде запрессованных в одно общее отверстие штифтов, имеющих соосные поверхности 29, 30. На принципе работы сервоклапана такое измерение конструкции не отражается.

Наличие начального открытия щелей между краями отверстий сопел и краями выступов в принципе необязательно. Для уменьшения величины потока управления при нулевом управляющем сигнале, представляющем собой непроизводительную потерю энергии, край торцевой поверхности выступа может быть совмещен с крайней образующей отверстия сопла (1₁ 1₂ 0). В этом случае отклонение заслонки из нейтрального положения вызовет относительно большее изменение сопротивления щели у открываемого сопла в сравнении с сопротивлением закрываемой щели противолежащего сопла, однако для принципа работы сервоклапана это также несущественно.

Для работы сервоклапана с управляющей ступенью описанной конструкции наличие электрического датчика положения и позиционного регулятора необязательно. Между заслонкой и золотником управляемой ступени может быть известным способом реализована силовая обратная связь, когда ось золотника совмещена с направлением движения заслонки и между ними установлена предварительно сжатая пружина обратной связи (широко применяется в известных конструкциях пропорциональных распределителей), или же так называемая манометрическая обратная связь, когда золотник управляемой ступени центрируется мощными жесткими пружинами.

Вместо показанного на фиг. 1 электродинамического преобразователя с поступательно движущейся катушкой, в предлагаемой конструкции могут быть использованы другие типы электромеханических преобразователей, например, моментный двигатель с поворотным плоским якорем, применяющийся в абсолютном большинстве известных сервоклапанов, или электромагнит постоянного тока, применяющийся в пропорциональных распределителях.

Использование: в гидроавтоматике. Сущность изобретения: заслонка установлена подвижно в плоскости, перпендикулярной оси сопел. На заслонке выполнены выступы круглого сечения. Торцевые поверхности выступов параллельны торцам сопел. Диаметр выступов больше диаметра отверстий сопел на величину, равную или превышающую наибольшее отклонение заслонки от нейтрального положения. 3 ил.

Сервоклапан с управляющей ступенью, содержащий оппозитно расположенные сопла, размещенную между отверстиями сопл заслонку, соединенную с подвижным элементом электромеханического преобразователя, и упругие элементы для установки заслонки в нейтральном положении относительно сопл, отличающийся тем, что заслонка установлена с возможностью перемещения в плоскости, перпендикулярной осям сопл, причем на заслонке выполнены выступы круглого сечения с торцевыми поверхностями, параллельными торцам сопл, диаметр которых больше, чем диаметр отверстий сопл на величину, равную или превышающую наибольшее отклонение заслонки от нейтрального положения.