ВОЗДУШНЫЙ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬ С ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМ ПРИВОДОМ Российский патент 1998 года по МПК F01L9/04 

Предлагаемое изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при разработке пневматических исполнительных механизмов, например летательных аппаратов, содержащих для распределения рабочего тела в полостях исполнительного механизма распределитель с электромагнитным приводом.

Известен воздушный двухпозиционный распределитель с приводом от электромагнитов [1] , который состоит из одного плунжера, двух промежуточных плунжеров и двух электромагнитов, управляющих работой промежуточных плунжеров. Наличие в нем дополнительной пневматической ступени регулирования (на промежуточных плунжерах) позволяло разгрузить электромагниты при обеспечении существенных потоков регулирования в исполнительном механизме. В то же время дополнительная ступень ухудшает динамику распределения в целом, что не позволяет применить аналог в быстродействующих приводах летательных аппаратов, а также усложняет конструкцию.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому и принятый авторами за прототип является известный воздушный распределитель с приводом от электромагнита [2]. Он состоит из двух сопел, которые выполнены в виде втулок с центральным отверстием и при помощи каналов могут соединяться с рабочими полостями исполнительного механизма. Между соплами установлен якорь втяжного электромагнита, служащий одновременно клапаном для перекрытия сопел. Полость, в которой перемещается якорь, соединена каналами и пазами в якоре с выходным отверстием. Для перемещения якоря при обесточенной катушке последний подпружинен. Указанный пневмораспределитель имеет более высокое быстродействие, но при необходимости увеличения расхода воздуха помимо увеличения диаметра сопла требуется увеличивать ход якоря, что ухудшает динамику электромагнита. Вторым недостатком прототипа является тот фактор, что в электромагнитах одностороннего действия, срабатывающих под действием электромагнитной силы, а отпускающих под действием пружины, высокое быстродействие достигается за счет потребления существенной электрической мощности, которая в летательных аппаратах ограничена.

Целью предлагаемого изобретения является увеличение расхода воздуха распределителя без увеличения потребляемой электрической мощности и при повышении его быстродействия за счет исключения зависимости расхода воздуха от хода якоря.

С этой целью в предлагаемом воздушном распределителе с электромагнитным приводом, содержащем два сопла, электромагнит с подпружиненным якорем, совмещенным с заслонкой и размещенным между соплами, каналы подвода воздуха к соплам, каждое сопло выполнено в виде зазора между двумя концентричными трубками из немагнитного материала, якорь электромагнита выполнен в виде диска диаметром не менее диаметра внешней трубки сопла, имеет центральное отверстие, которым установлен с зазором на оси, закрепленной в одном из статоров клапанного электромагнита, и поджат с двух сторон цилиндрическими пружинами, установленными в отверстиях, выполненных в статорах. При этом статоры с катушками размещены во внутренних трубках каждого сопла с зазором, определяемым зависимостью
,
где
X_m - максимальный ход якоря; d - диаметр внутренней трубки сопла; b - толщина стенки внутренней трубки, а полюса статоров смещены относительно рабочих торцев своих сопел на величину зазора от залипания.

Новые полезные свойства предлагаемого устройства обеспечиваются благодаря тому, что в нем в отличие от прототипа увеличение площади сопла (для увеличения расхода) не связано с ходом заслонки (якоря). Ниже представлены выражения для площадей сопел и сброса из них в прототипе и предлагаемом устройстве:
в прототипе

в предлагаемом устройстве:

S_сбр.= π•X_m(d₁-d)
где:
D - диаметр сопла в прототипе,
X_m - ход якоря,
d₁ и d - соответственно диаметры внешней и внутренней трубки сопла в предлагаемом устройстве.

Для обеспечения сброса воздуха из сопла без дроссерирования площадь сброса должна быть по крайней мере не меньше площади сопла. На основании этого условия из выражений для площадей сопел и сброса получаем:
для прототипа X_m ≥ D/4
для предлагаемого устройства .

Полученные зависимости показывают, что ход якоря в прототипе зависит от диаметра сопла, а в предлагаемой конструкции от ширины зазора между трубками сопла. Это обстоятельство позволяет в предложенном устройстве при одинаковом расходе воздуха с прототипом существенно уменьшить ход якоря, что приводит к значительному повышению быстродействия электромагнита. На основании приведенных выше выражений для площадей сопел и сброса можно получить степень уменьшения хода якоря в предлагаемом устройстве по сравнению с прототипом:
,
где:
m=d/D, n=b/D.

Так для равных расходов воздуха в прототипе и предлагаемом устройстве при m= 1 и n=0,1 имеет K = 2,21, т.е. ход якоря уменьшается по сравнению с прототипом более, чем в два раза.

Уменьшению времени срабатывания электромагнита также способствует постановка двух статоров и двух пружин. При этом за счет снижения усилия пружины и уменьшения хода якоря уменьшается потребная электрическая мощность, что компенсирует увеличение потребляемого тока за счет постановки второго статора с обмоткой. Для исключения залипания якоря на упоре сопла выполнены из немагнитного материала.

На фиг. 1 и 2 изображена предлагаемая авторами конструкция воздушного распределителя с электромагнитным приводом, который состоит из двух идентичных сопел, в сборе правого (1) и левого. Каждое сопло содержит две концентричные трубки, внешнюю 2 и внутреннюю 4. Трубки выполнены из немагнитного материала и жестко соединены друг с другом при помощи четырех перемычек В. Внутренняя трубка имеет дно Г с щелями А для сброса воздуха в атмосферу. К дну Г при помощи гайки 5 закреплен статор 9 электромагнита клапанного типа с катушкой 12. В центре статора левого сопла установлена на резьбе ось 7, на которой центральным отверстием размещена заслонка 10, выполненная из магнитомягкой стали. Заслонка одновременно служит якорем электромагнита и может свободно перемещаться вдоль оси 7. С двух сторон заслонка поджата винтовыми пружинами 6, при помощи которых выставляется в среднее положение между соплами. Для этой цели используются винт 16 и винтовая часть оси 7. Сопла, образованные зазором между трубками 2 и 4, со стороны нерабочей части закрыты крышками 3, и в своей задней верхней части имеют вырез Д, которым присоединяются к рабочим полостям исполнительного механизма. В качестве зазора от залипания используется воздушный зазор δ₃ между полюсами электромагнита и рабочим торцем сопла, выставляемый при помощи прокладок 8 при установке статора в трубке 4. Оба сопла, правое и левое, соединены друг с другом при помощи винтов 13, гаек 14 и втулок 15, образуя пневмораспределитель с электромагнитным приводом, который работает следующим образом. При подачи сигнала управления в обмотку статора левого сопла якорь под действием электромагнитных сил притягивается в левую сторону и перекрывает выход из левого сопла, недоходя до полюсов левого статора на величину δ₃ . Давление воздуха в рабочей полости исполнительного механизма, связанного с левым соплом, повышается. Одновременно полностью открывается выход из правого сопла, которое соединяет другую полость исполнительного механизма с атмосферой. Давление в указанной полости падает и под действием разности давления в полостях пневматического исполнительного механизма происходит перемещение его рабочего органа. При смене полярности сигнала управления якорь под действием электромагнитных сил и сжатой пружины левого сопла перемещается к правому соплу, закрывает выход из него, процесс наполнения и опорожнения в рабочих полостях исполнительного механизма меняется местами и его рабочий орган перемещается в другую сторону.

Воздушный расширитель с электромагнитным приводом предназначен для пневматических исполнительных механизмов. Распределитель содержит два сопла, электромагнит с подпружиненным якорем, совмещенным с заслонкой и размещенным между соплами, каналы подвода воздуха к соплам. Каждое сопло выполнено в виде зазора между двумя концентрическими трубками из немагнитного материала. Якорь электромагнита выполнен в виде диска диаметром не менее диаметра внешней трубки сопла и имеет центральное отверстие, которым установлен с зазором на оси, закрепленной в одном из статоров клапанного электромагнита, и подпружинен с двух сторон цилиндрическими пружинами, установленными в отверстиях, выполненных в статорах, которые с катушками размещены во внутренних трубках каждого сопла с зазором h, определяемым зависимостью
,
где X_m - максимальный ход якоря; d - диаметр внутренней трубки сопла; b - толщина стенки внутренней трубки, а полюса статоров смещены относительно рабочих торцов своих сопел на величину зазора от залипания. 2 ил.

Воздушный распределитель с электромагнитным приводом, содержащий два сопла, электромагнит с подпружиненным якорем, совмещенным с заслонкой и размещенным между соплами, каналы подвода воздуха к соплам, отличающийся тем, что каждое сопло выполнено в виде зазора между двумя концентрическими трубками из немагнитного материала, якорь электромагнита, выполненный в виде диска диаметром не менее диаметра внешней трубки сопла, имеет центральное отверстие, которым установлен с зазором на оси, закрепленной в одном из статоров клапанного электромагнита, и подпружинен с двух сторон цилиндрическими пружинами, установленными в отверстиях, выполненных в статорах, которые с катушками размещены во внутренних трубках каждого сопла с зазором h, определяемым зависимостью

где X_m - максимальный ход якоря;
d - диаметр внутренней трубки сопла;
b - толщина стенки внутренней трубки,
а полюса статоров смещены относительно рабочих торцов своих сопел на величину зазора от залипания.