МАГНИТОСТРИКЦИОННЫЙ ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКИЙ УСИЛИТЕЛЬ Российский патент 2007 года по МПК F15B3/00 

Изобретение относится к системам управления гидрофицированным технологическим оборудованием и может быть использовано для управления исполнительными механизмами электрогидравлических приводов.

Известен электрогидравлический усилитель, содержащий корпус, распределительный элемент, пьезокерамический привод, поршень, связанный с упругим элементом через мультипликатор в виде упругой пластины (RU 2228465 С2, (Штыков В.А. и др.), 10.05.2004).

Предложенная конструкция имеет люфты между поршнями и мультипликатором в пьезокерамическом приводе, что отрицательно сказывается на точности устройства. Применение пьезокерамических исполнительных элементов снижает устойчивость устройства к механическим ударам и требует применения высоковольтных источников вторичного питания.

Известен электрогидравлический усилитель, содержащий корпус, гильзу из немагнитного материала с распределительным золотником, стержень из магнитострикционного материала, электрическую обмотку и вычислитель (SU 1710864 А1, (ПЕНЗЕНСКОЕ ПО «ЭРА»), 07.02.1992).

Одностороннее преобразование не позволяет уменьшить температурную погрешность магнитострикционного привода и имеет ограниченный диапазон перемещений, определяемый линейной длиной привода и магнитострикционной постоянной. Это ограничивает область технического использования устройства.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является электрогидравлический усилитель, выбранный в качестве прототипа. Он содержит источник рабочей жидкости, гильзу из немагнитного материала, разделительную перегородку, два сопла, две заслонки, линии подвода рабочей жидкости, два постоянных дросселя, два магнитострикционных исполнительных элемента с заслонками в форме стакана, управляющие обмотки и две части блока управления (RU 2171921 С1, (ПЕНЗЕНСКИЙ ГУ), 10.08.2001).

Указанное устройство обладает недостаточной точностью позиционирования заслонок, поскольку геометрия применяемых исполнительных элементов не позволяет уменьшить влияние температурной составляющей погрешности и увеличить диапазон преобразования.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение точности и расширение диапазона преобразования.

Это достигается тем, что в магнитострикционный электрогидравлический усилитель, содержащий источник рабочей жидкости, подключенный к золотниковому распределительному устройству через первую и вторую линии подвода рабочей жидкости с постоянными дросселями и соединенный с дифференциальными соплами, введен С-образный магнитострикционный исполнительный элемент с заслонками, закрепленными на его концах и взаимодействующими с дифференциальными соплами через рабочую жидкость, блок управления, подключенный к противофазным управляющим обмоткам, установленным на рабочих участках С-образного магнитострикционного исполнительного элемента.

На чертеже представлена структурная схема магнитострикционного электрогидравлического усилителя.

Магнитострикционный электрогидравлический усилитель содержит источник 1 рабочей жидкости, линии 2, 3 подвода рабочей жидкости, постоянные дроссели 4, 5, распределительное устройство 6, сопла 7, 8, заслонки 9, 10, С-образный магнитострикционный исполнительный элемент 11, управляющие обмотки 12, 13 и 14, 15, блок управления 16, а также линии Р, Т, А, В напора, слива и гидродвигателя, соответственно.

Источник 1 рабочей жидкости через линии 2, 3 подвода жидкости с постоянными дросселями 4, 5 соединен с двумя неподвижными соосными соплами 7, 8. Расход жидкости через сопла и, следовательно, перемещение золотникового распределительного устройства 6 регулируется перемещением заслонок 9, 10, выполненных в форме стакана и установленных на концах С-образного магнитострикционного исполнительного элемента, жестко присоединенного к корпусу в своей средней части. Поверх магнитострикционного элемента установлены две пары управляющих обмоток 12, 13 и 14, 15, включенные в противофазе и соединенные с блоком управления 16.

Магнитострикционный электрогидравлический усилитель работает следующим образом.

В исходном состоянии заслонки 9, 10 находятся в среднем положении, на расстоянии Δl от кромок сопел 7, 8. В этом положении сопротивления сопел уравниваются. При подаче токового сигнала блока управления 16 на первую пару управляющих обмоток 12, 13 последние создают продольные магнитные поля, которые воздействуют на магнитострикционный исполнительный элемент и вызывают смещение заслонки 9 влево на величину Δl₁₃, а заслонки 10 влево на величину Δl₁₂, где Δl₁₂, Δl₁₃ - магнитострикционные деформации участков l₁₂, l₁₃ исполнительного элемента под обмотками 12, 13, соответственно. Подавая противофазный сигнал управления на вторую пару обмоток 14, 15, можно вызвать смещение заслонок 9, 10 вправо, в результате магнитострикционных деформаций Δl₁₄ и Δl₁₅ соответствующих участков l₁₄ и l₁₅ исполнительного элемента. Регулируя расход жидкости через сопла 7, 8, можно изменять положение распределительного устройства 6, выполненного в виде четырехщелевого золотника с центрирующими пружинами, а значит и управлять давлением в линиях А, В гидродвигателя.

Управляющие обмотки имеют одинаковую длину l₁₂=l₁₃=l₁₄=l₁₅=l. Если токовый сигнал управления максимален, то они могут вызывать удлинения участков исполнительного элемента

где Δl_12max, Δl_13max, Δl_14max, Δl_15max - максимальные значения магнитострикционной деформации на соответствующих участках магнитострикционного элемента. Начальное расстояние Δl_H между соплами 7, 8 и заслонками 9, 10 выбрано равным Δl. Тогда зазор ΔХ_7-9 между соплом 7 и заслонкой 9 составит

ΔX_7-9=Δl+(l₁₅+Δl₁₅)-(l₁₃+Δl₁₃)=Δl+(Δl₁₅-Δl₁₃).

На обмотки 13 и 15 подается противофазный сигнал. Поэтому, если Δl₁₅=0, то Δl₁₃=Δl_max, и наоборот. Следовательно, разность (Δl₁₅-Δl₁₃) может принимать значения в диапазоне от -Δl до +Δl, а величина ΔХ_7-9 находится в пределах от 0 до 2Δl. При этом зазор ΔX_8-10 между соплом 8 и заслонкой 10 можно найти по формуле

ΔX_8-10=Δl+(l₁₂+Δl₁₂)-(l₁₄+Δl₁₄)=Δl+(Δl₁₂-Δl₁₄).

Причем, если ΔX_7-9=2Δl, то ΔX_8-10=0, и наоборот.

Таким образом, величина перемещения заслонки будет в два раза больше, чем у прототипа, где использовался прямолинейный магнитострикционный элемент. Это увеличивает диапазон преобразования заявляемого устройства относительно прототипа и расширяет область его применения.

Применение в исполнительном элементе предлагаемого усилителя металлического магнитострикционного материала, характеризующегося высокими временными показателями, магнитными и магнитострикционными характеристиками, позволяет повысить его динамическую точность и надежность, что отличает усилитель от выбранного прототипа.

Предлагаемая С-образная форма магнитострикционного исполнительного элемента 11 позволяет уменьшить влияние температурной составляющей погрешности позиционирования. Действительно, если участок l₁₃ магнитострикционного исполнительного элемента 11 под действием температуры окружающей среды изменяет свои размеры на величину Δl_T, то размеры участка l₁₅ изменются на эту же величину (I):

X_7-9=Δl+(l₁₅+Δl₁₅+Δl_T)-(l₁₃+Δl₁₃+Δl_T)=Δl+Δl₁₅-Δl₁₃.

Следовательно, заявляемое устройство обладает более высокой точностью и более широким диапазоном преобразования по сравнению с прототипом, что расширяет область его технического применения.

Усилитель предназначен для управления исполнительными механизмами электрогидравлических приводов. Усилитель содержит источник рабочей жидкости, подключенный к золотниковому распределительному устройству через первую и вторую линии подвода рабочей жидкости с постоянными дросселями и соединенный с дифференциальными соплами, при этом в него введен С-образный магнитострикционный исполнительный элемент с заслонками, закрепленными на его концах и взаимодействующими с дифференциальными соплами через рабочую жидкость, блок управления, подключенный к противофазным управляющим обмоткам, установленным на рабочих участках С-образного магнитострикционного исполнительного элемента. Технический результат: повышение точности и расширение диапазона преобразования. 1 ил.

Магнитострикционный электрогидравлический усилитель, содержащий источник рабочей жидкости, подключенный к золотниковому распределительному устройству через первую и вторую линии подвода рабочей жидкости с постоянными дросселями и соединенный с дифференциальными соплами, отличающийся тем, что в него введен С-образный магнитострикционный исполнительный элемент с заслонками, закрепленными на его концах, и взаимодействующими с дифференциальными соплами через рабочую жидкость, блок управления, подключенный к противофазным управляющим обмоткам, установленным на рабочих участках С-образного магнитострикционного исполнительного элемента.