МАГНИТОСТРИКЦИОННЫЙ ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКИЙ УСИЛИТЕЛЬ Российский патент 2001 года по МПК F15B3/00 

Изобретение относится к гидроавтоматике и может быть использовано в электрогидравлических приводах машин.

Известен электромеханический преобразователь, который содержит три пары биморфных пластин, упругую металлическую трубку с поворотной заслонкой, гибкую тягу с пружиной, два сопла, гидроусилитель и блок управления [1].

Известен другой электромеханический преобразователь гидроусилителя, содержащий корпус, две пары биморфных керамических элементов, два конусных штифта с пружинным элементом, удерживающих механический узел, состоящий из тонкостенной трубки и поворотной заслонки, и два сопла [2].

Перечисленные устройства [1, 2] имеют недостаточные точность и надежность преобразования сигналов, что ограничивает область их использования. Наличие пружинных элементов и штифтовых опор в приводе усилителя способствует созданию люфта при работе исполнительного узла (заслонки), снижая точность регулирования. А применение керамических элементов привода снижает надежность устройства из-за хрупкости последней.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному устройству является электрогидравлический усилитель, выбранный в качестве прототипа [3]. Устройство содержит электромеханический преобразователь, выполненный в виде основания, двух пакетов из пьезокерамических пластин разной толщины, поворотную заслонку с рычагами и пружиной, источник рабочей жидкости, два сопла с дроссельными элементами и две части блока управления.

Наличие пружинного элемента и опоры рычагов поворотной заслонки, пакетов пьезокерамических пластин создают люфт в механическом узле и снижает его точность позиционирования. Применение пьезокерамических приводов, набранных из пластин, снижает общую надежность устройства, повышает неопределенность в регулировании его приводов, что ограничивает область технического использования.

Техническим результатом изобретения является повышение точности и надежности.

Поставленная цель достигается тем, что в магнитострикционный электрогидравлический усилитель, содержащий источник рабочей жидкости, подключенный к первому и второму соплам через первую и вторую линии подвода рабочей жидкости с первым и вторым дросселями соответственно, поворотную заслонку, закрепленную по геометрической оси между первым и вторым соплами на равных от них расстояниях, первую и вторую части блока управления усилителя, дополнительно введены первый и второй прямолинейные исполнительные магнитострикционные элементы с первой и второй обмотками управления соответственно, одни концы которых жестко соединены с корпусом усилителя, а их вторые концы - с пластинчатым упругим элементом, на средней части которого жестко закреплена заслонка.

Схема магнитострикционного электрогидравлического усилителя приведена на чертеже.

Магнитострикционный электрогидравлический усилитель содержит источник 1 рабочей жидкости, первое и второе сопла 2, 3, первый и второй дроссели 4, 5 постоянного сечения, первую и вторую линии 6, 7 подвода рабочей жидкости, поворотную заслонку 8 с ребрами жесткости, пластинчатый упругий элемент 9, первый и второй прямолинейные исполнительные магнитострикционные элементы 10, 11, первую и вторую обмотки 12, 13 управления, первую и вторую части 14, 15 блока управления, корпус усилителя 16.

Источник 1 рабочей жидкости через первую и вторую линии 6, 7 подвода рабочей жидкости с постоянными дросселями 4, 5 соответственно соединен с первым и вторым соплами 2, 3, включенными по мостовой гидравлической схеме. Между соплами 2, 3 по геометрической оси корпуса 16 усилителя размещена поворотная заслонка 8 с ребрами жесткости, которая другим своим концом жестко закреплена на середине упругого пластинчатого элемента 9. Его концы жестко соединены с одними концами первой и второго прямолинейных исполнительных магнитострикционных элементов 10, 11, на рабочей части которых размещены первая и вторая распределительные обмотки 12, 13 управления и подключенные к выводам первой и второй частям 14, 15 блока управления соответственно. Другие концы исполнительных магнитострикционных элементов 10, 11 жестко соединены с корпусом 16 усилителя.

Магнитострикционный электрогидравлический усилитель работает следующим образом.

Перед началом работы усилителя (см. чертеж) в его обмотки 12, 13 управления подаются токовые сигналы J₁₂ = J₀ и J₂₁ = J₀ равной величины с выходов блока управления, представленного двумя частями 14, 15, работающими в противофазе. В обмотках 12, 13 управления формируются продольные магнитные поля, которыми перемагничиваются первый и второй исполнительные магнитострикционные элементы 10 и 11, позволяют перевести привод в середину диапазона регулирования за счет одноименного изменения их исходной (ненапряженное состояние) длины (эффект Джоуля).

Это приводит к тому, что монолитный механический узел из элементов 8-11 занимает в корпусе 16 усилителя положение равновесия (исходное положение). При этом поворотная заслонка 8 находится на равных расстояниях от рабочих поверхностей сопел 2 и 3, уравнивая их сопротивления, создаваемые источником 1 рабочей жидкости (или газа) через линии 6, 7 подвода и постоянные дроссели 4, 5.

Для отклонения заслонки 8 от положения равновесия блок управления формирует противофазные токовые сигналы J₁₂ = J₀ + J₁ и J₂₁ = J₀ ± J₁, где J₁ = J₀ - токовый сигнал диапазона линейного перемещения магнитострикционного привода. Происходит соответствующее изменение длины плеч (10 и 11) механического узла 8-11, что вызывает заданное полярное отклонение заслонки 8 от положения равновесия, а значит, сопротивление сопел 2 и 3. Наибольшее смещение заслонки 8 имеет место тогда, когда ток в одной обмотке 12 (13) управления отсутствует, а в другой 13 (12) равен удвоенному значению J₀, и определяется линейными размерами элементов 8-11 привода:

где δ - величина перемещения заслонки до сопла 2 или 3;
λ_s - магнитострикция насыщения элементов 10, 11;
L - их длина;
L_з, L_пл - длины заслонки 8 и плеча элемента 9.

Применение заслонки 8 с ребрами жесткости в монолитном приводе, выполненном по дифференциальной схеме, повышает точность преобразования за счет компенсации температурных составляющих элементов 10, 11 и устранения люфтов кинематических соединений. Упрощение схемы привода и выполнение его из металлических сплавов, кроме того, повышает надежность и технологичность магнитострикционного электрогидравлического усилителя относительно прототипа.

Источники информации
1. А.с. N 1036963 СССР. Электромеханический преобразователь. МКИ F 15 В 3/00, БИ 31-83.

2. А. с. N 1118810 СССР. Электромеханический преобразователь гидроусилителя. МКИ F 15 В 3/00, БИ 38-84.

3. А.с. N 928089 СССР. Электрогидравлический усилитель. МКИ F 15 В 3/00, БИ 18-82, прототип.

Использование: в электрических приводах различных машин. Усилитель состоит из источника рабочей жидкости, двух сопел, постоянных дросселей, линий подвода рабочей жидкости, поворотной заслонки с ребрами жесткости, пластинчатого упругого элемента, двух прямолинейных магнитострикционных исполнительных элементов с обмотками управления, двух частей блока управления и корпуса усилителя. Технический результат: повышение точности и надежности. 1 ил.

Магнитострикционный электрогидравлический усилитель, содержащий корпус, источник рабочей жидкости, подключенный к первому и второму соплам через первую и вторую линии подвода рабочей жидкости с первым и вторым дросселями соответственно, поворотную заслонку, закрепленную по геометрической оси между первым и вторым соплами на равных от них расстояниях, первую и вторую части блока управления усилителя, отличающийся тем, что в него введены первый и второй прямолинейные исполнительные магнитострикционные элементы с первой и второй обмотками управления соответственно, одни концы которых жестко соединены с корпусом усилителя, а их вторые концы - с пластинчатым упругим элементом, на средней части которого жестко закреплена заслонка.