МАГНИТОСТРИКЦИОННЫЙ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКИЙ УСИЛИТЕЛЬ Российский патент 2001 года по МПК F15B13/44 F15B3/00 

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

Известен электрогидравлический усилитель, который содержит источник (задатчик) управляющих электрических сигналов, золотниковый распределитель и электромеханический преобразователь, состоящий из пакета биморфных пьезоэлектрических элементов в виде разрезных дисков, установленных на поверхности цилиндрической гильзы с постоянными и переменными дросселирующими элементами [1].

Известен другой электрогидравлический усилитель, состоящий из гидроусилителя с золотниковым распределителем и тягой, соединенной с биморфной разрезкой пьезоэлектрической втулкой и подвижным элементом электромеханического преобразователя, электронный ключ и блок задержки [2].

Основным недостатком известных устройств [1, 2] является недостаточные точность и быстродействие, невысокая надежность. Их пьезоэлектрические электромеханические преобразователи имеют люфтовые кинематические сопряжения, снижающие точность позиционирования золотникового элемента, которая имеет тенденцию снижаться с ростом температуры среды. Импульсный режим управления подвижными пьезоэлектрическими исполнительными элементами снижает быстродействие данных устройств. Кроме того, они имеют достаточно сложную структуру, особенно устройство [1], а их пьезоэлементы чувствительны к ударным нагрузкам. Это снижает их надежность, точность.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является электрогидравлический усилитель, выбранный в качестве прототипа, который содержит корпус, гильзу из пластикового материала с распределительным золотником, стержень из магнитострикционного материала, электрическую обмотку, блок управления и вычислитель [3].

Известное устройство обладает недостаточными точностью и быстродействием позиционирования золотникового распределителя, снижая область технического приложения. Применение здесь одностороннего перемещения золотника от магнитострикционного привода не позволяет уменьшить влияние составляющей температурной погрешности и остаточную деформацию в процессе работы из-за изменения однородности ферромагнитной среды. Магнитострикционный привод усилителя работает в нижней части кривой намагничивания с явно выраженной нелинейностью второго порядка и имеет нелинейную выходную характеристику. Это занижает чувствительность преобразователя и ведет к неповторяемости рабочих характеристик. Наличие гистерезиса магнитострикционного привода не позволяет однозначно во времени управлять возвратно-поступательным движением золотникового распределителя и ведет к временному запаздыванию в каждой из фаз поступательного движения. В результате снижается быстродействие усилителя.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение точности и быстродействия преобразования.

Поставленная цель достигается тем, что в магнитострикционный дифференциальный электрогидравлический усилитель, содержащий корпус, в котором установлен золотниковый распределитель, имеющий соединения с линиями напора, слива и гидродвигателя и одним концом соединенный с прямолинейным магнитострикционным исполнительным элементом с соосно закрепленной на нем распределенной управляющей обмоткой, выводы которой подключены к блоку управления, дополнительно введены второй однотипный магнитострикционный элемент с соосно закрепленной на нем управляющей обмоткой и подключенной к выводам второй части блока управления, один конец которого соединен с другой стороной золотникового распределителя, две направляющие гильзы из немагнитного материала, в которые установлены дифференциальные магнитострикционные исполнительные элементы, два постоянных магнита, закрепленных на первой и второй управляющих обмотках соответственно.

Структурная схема магнитострикционного дифференциального электрогидравлического усилителя приведена на чертеже.

Магнитострикционный дифференциальный электрогидравлический усилитель содержит корпус 1, золотниковый распределитель 2, дифференциальные магнитострикционные исполнительные элементы 3, 4, две направляющие гильзы 5, 6 из немагнитного материала, две распределительные управляющие обмотки 7, 8 с постоянными магнитами 9, 10, блок управления, представленный двумя частями 11, 12.

Усилитель содержит корпус 1, в средней части которого размещен золотниковый распределитель 2, имеющий выводы для подключения к линиям P, T, A и B напора, слива и гидродвигателя соответственно, и дифференциально расположенные прямолинейные магнитострикционные исполнительные элементы 3, 4, закрепленные в одноименных направляющих гильзах 5, 6 из немагнитного материала. Одни концы соосно расположенных дифференциальных магнитострикционных исполнительных элементов 3, 4 соединены с золотниковым распределителем 2, другие закреплены на торцевых поверхностях корпуса 1 усилителя. Соосно с ним по всей длине установлены одноименные распределенные управляющие обмотки 7, 8 с постоянными магнитами 9, 10, подключенные к первой и второй частям 11, 12 блока управления соответственно.

Магнитострикционный дифференциальный электрогидравлический усилитель работает следующим образом.

Перед началом работы усилителя (см. чертеж) на выводах частей 11, 12 блока управления формируются однофазные токовые сигналы заданной амплитуды, которые поступают в первую и вторую управляющие обмотки 7, 8 и создают в их рабочих пространствах продольные электромагнитные поля. Под их воздействие (эф. Джоуля) происходит удлинение магнитострикционных исполнительных элементов 3, 4 (ферромагнетик с положительной магнитострикцией +λ), что не вызывает перемещения золотникового распределителя 2, но создает механическое продольное напряжение, которое положительно сказывается на формировании магнитной текстуры, т.е. повышается эффективность управления элементами 3, 4.

После этого сигнал управления с выводов частей 11, 12 блока управления вырабатывается в противофазе по заданному алгоритму управления золотникового распределителя 2. Он подключен соответственно к линиям P, T и A, B гидродвигателя и осуществляет его управление. Дифференциальное расположение магнитострикционных исполнительных элементов 3, 4 по отношению к золотниковому распределителю 2, заключение их в направляющие металлические гильзы 5, 6 способствует повышению точности и быстродействия за счет увеличения их жесткости и взаимокомпенсации составляющих температурной погрешности и погрешности гистерезиса. Это способствует росту полезной мощности усилителя. Для получения линейной характеристики его дифференциальные магнитострикционные исполнительные элементы 3, 4 подмагничены постоянными кольцевыми магнитами 9, 10 соответственно для задания их рабочей точки на линейном участке функциональной кривой намагничивания.

Для подавления эффекта облитерации электромеханический преобразователь (2-10) может управляться сигналами блока управления (11, 12), модулированных высокой частотой.

Выполнение усилителя по псевдоподвижной схеме улучшает его основные технические характеристики, стоимостные и массогабаритные показатели. Причем последние напрямую связаны с применяемым магнитострикционным материалом для изготовления исполнительных элементов 3, 4. В этом плане целесообразно применять композитный материал на основе "опилочной" технологии с упругим наполнителем, который в ряде случаев превосходит величину удлинения в магнитном поле, чем у ферромагнетиков редкоземельной группы, например TbFe₂ (λ = +2,5•10³, t =20^oC), при тех же условиях, но на несколько порядков ниже по себестоимости изготовления.

Вышесказанное позволяет говорить об имеющихся существенных отличиях заявленного устройства и прототипа для достижения положительного результата.

Источники информации
1. А.с. N 1116229 СССР, МКИ F 15 B 3/00, БИ 36-84.

2. А.с. N 1078146 СССР, МКИ F 15 В 3/00, БИ 9-84.

3. А.с. N 1710864 СССР, МКИ F 15 В 3/00, БИ 5-92, прототип.

Усилитель предназначен для использования в электрогидравлических приводах различных машин. Усилитель состоит из корпуса, золотникового распределителя, дифференциальных прямолинейных магнитострикционных исполнительных элементов, двух направляющих гильз из немагнитного материала, двух распределенных управляющих обмоток, двух постоянных магнитов, двух частей блока управления и выводов для подключения к линиям напора, слива, гидродвигателя. Технический результат - повышение точности, быстродействия и надежности. 1 ил.

Магнитострикционный дифференциальный электрогидравлический усилитель, содержащий корпус, в котором установлен золотниковый распределитель, имеющий соединения с линиями напора, слива и гидродвигателя и одним концом соединенный с прямолинейным магнитострикционным исполнительным элементом с соосно закрепленной на нем распределительной управляющей обмоткой, выводы которой подключены к блоку управления, отличающийся тем, что в него введены второй однотипный магнитострикционный элемент с соосно закрепленной на нем управляющей обмоткой и подключенной к выводам второй части блока управления, один конец которого соединен с другой стороной золотникового распределителя, две направляющие гильзы из немагнитного материала, в которые установлены дифференциальные магнитострикционные исполнительные элементы, два постоянных магнита, закрепленных на первой и второй управляющих обмотках соответственно.