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

Изобретение относится к гидроавтоматике и предназначено для управления гидравлическими исполнительными устройствами технологического оборудования.

Известен электрогидравлический усилитель мощности, А.с. СССР №1654608, F15В 3/00, F15С 3/02, БИ №21, 1991, состоящий из двух пар регулируемых дросселей типа "сопло-заслонка", золотник с дополнительной заслонкой и управляющими поршнями, поворотные втулки и управляемый индуктивный электромеханический преобразователь.

Известное устройство имеет недостаточные точность и надежность преобразования. Это объясняется наличием относительно сложной кинематической цепью преобразования информационного сигнала, имеющей люфтовые соединения. Они являются источниками дополнительных погрешностей и факторами снижения надежности устройства в целом.

Известен магнитострикционный электрогидравлический усилитель, патент РФ №2170370, F15В 3/00, БИ №19, 2001, который содержит источник 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.

Данное устройство также имеет недостаточные точность и надежность преобразования информационных сигналов вследствие наличия поворотной заслонки, перекрывающей рабочие зазоры дифференциальных сопел. Радиальное перекрытие системы заслонка-сопло вызывает появление турбулентных потоков в рабочей зоне преобразования, снижая его точность. Наличие упругого пластинчатого элемента дифференциального магнитострикционного привода ведет к снижению надежности устройства в целом из-за возможного деформационного разрушения в процессе работы.

Известен другой магнитострикционный электрогидравлический усилитель, патент РФ №2171921, F15В 3/00, БИ №22, 2001, выбранный в качестве прототипа. Устройство содержит источник рабочей жидкости, гильзы из немагнитного материала, разделительной перегородки, двух сопел, линий подвода рабочей жидкости, постоянных дросселей, магнитострикционных исполнительных элементов с заслонками в форме стакана, управляющих обмоток и двух частей блока управления.

Наличие в известном устройстве дифференциального магнитострикционного привода из эластичного магнитоупругого материала снижает динамическую точность и надежность преобразования, ограничивает область технического использования. Работа под нагрузкой, старение материала магнитострикционного привода ведет к появлению остаточных деформаций и их перераспределению, вызывая отклонения от параллельности перекрытия рабочих поверхностей дифференциальных сопел заслонками, а значит, к образованию дополнительных погрешностей формы и снижению надежности преобразования.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в повышении точности и надежности преобразования.

Поставленная цель достигается тем, что в магнитострикционный электрогидравлический усилитель, содержащий источник рабочей жидкости, подключенный к дифференциальным соплам через первую и вторую линии подвода рабочей жидкости с постоянными дросселями, дифференциальный магнитострикционный исполнительный привод с двумя противофазными обмотками управления, подключенные к выводам электронного блока управления, дополнительно введены две противофазные обмотки управления и исполнительный элемент, подключенный через линии управляющего сигнала к первому и второму постоянным дросселям соответственно, причем дифференциальный магнитострикционный исполнительный привод выполнен Е-образным, на его симметричных рабочих ветвях жестко закреплены обмотки управления, дифференциально и попарно подключенные к выводам электронного блока управления, а свободные концы кинематически соединены с дифференциальными соплами, выполненными регулируемыми.

Устройство поясняется чертежом, где показана блок-схема магнитострикционного электрогидравлического усилителя.

Магнитострикционный электрогидравлический усилитель содержит источник 1 рабочей жидкости, первый и второй постоянные дроссели 2, 3, Е-образный дифференциальный магнитострикционный исполнительный привод 4, противофазные обмотки 5, 6 и 7, 8 управления, первое и второе регулируемые сопла 9, 10, электронный блок 11 управления, исполнительный элемент 12, первые и вторые линии 13, 14 и 15, 16 подвода рабочей жидкости и управляющего сигнала.

Источник 1 рабочей жидкости через первый и второй постоянные дроссели 2,3, первую и вторую линии 13, 14 подвода рабочей жидкости подсоединен к входам дифференциального Е-образного магнитострикционного привода 4, а также через одноименные линии 15, 16 управляющего сигнала подсоединены к входам исполнительного элемента 12. На рабочих ветвях магнитострикционного привода 4 жестко закреплены парные обмотки 5, 6 и 7, 8 управления, которые противофазно подключены к электронному блоку 11 управления. Его свободные концы кинематически соединены с дифференциальными результирующими соплами 9, 10 устройства.

Устройство работает следующим образом.

В исходном положении на обмотки 5-8 управления дифференциального Е-образного магнитострикционного привода 4 усилителя подаются токовые сигналы J₀=J₅₆=J₇₈ смещения рабочей характеристики регулирования с выходов электронного блока 11 управления. Магнитные поля обмоток 5-8 управления, взаимодействуя с магнитострикционным материалом ветвей привода 4 (эф. Джоуля), приводят его в середину диапазона регулирования (равновесное положение ветвей привода). Это приводит к уравниванию сопротивлений (или давлений P1, P2) дифференциальных регулируемых сопел 9, 10, создаваемых источником 1 рабочей жидкости через линии 13, 14 подвода и постоянные дроссели 2, 3.

Равенство давлений Р1=Р2 в преобразующих камерах магнитострикционного привода 4 создает в первой и второй линиях 15, 16 паритетные управляющие сигналы, заставляя переместить исполнительный элемент 12 в исходное (нейтральное) положение, который, например, может быть выполнен в виде четырехщелевого золотникового распределителя с пружинным центрированием.

Для изменения положения исполнительного элемента 12 от нейтрали электронный блок 11 управления формирует на своих выводах противофазные токовые сигналы J₅₆=J₀±J_х и J₇₈=J₀±J_x, где J_х=J₀ - токовый сигнал диапазона линейного перемещения привода 4, которые проходят на первую и вторую группы обмоток 5, 6 и 7, 8 управления соответственно. Под действием магнитных полей обмоток 5-8 управления синхронно изменяется длина рабочих ветвей магнитострикционного привода 4, вызывая требуемое полярное изменение сопротивлений (Р1≠Р2) регулируемых сопел 9, 10. Так, например, подача положительных токовых сигналов J₅₆ на обмотки 5, 6, а отрицательных J₇₈ - на обмотки 7, 8 заставляет ветви магнитострикционного Е-образного привода 4 под обмотками первой группы линейно увеличиваться, а под обмотками второй группы - уменьшаться пропорционально коэффициенту λ_s магнитострикции материала. В результате, левое (по чертежу) плечо магнитострикционного привода 4 перемещается вправо к центру, а правое - вправо на это же значение. При смене полярности управляющих сигналов J₅₆ и J₇₈ перемещение магнитострикционного привода 4 будет осуществляться в противоположном направлении. При этом наибольшее сопротивление регулируемых сопел 9 или 10 достигается тогда, когда ток управления в одной паре обмоток 5, 6 или 7, 8 управления отсутствует, а в другой паре он равен удвоенному значению J₀ и определяется линейными размерами L рабочих ветвей дифференциального Е-образного магнитострикционного привода 4:

ΔS=2·λ_s·L

где ΔS - сечение рабочего канала регулируемого сопла 9 (10).

Изменение сопротивлений регулируемых сопел 9, 10 приводит к однозначному изменению давлений Р1≠Р2 в преобразовательных камерах магнитострикционного привода 4 и линиях 15, 16 управляющего сигнала. Возникающая разность давлений ΔР=|Р1-Р2| на входах исполнительного элемента 12 приводит его в действие и перемещает в заданное положение. Последний формирует информацию о величине линейного (углового) перемещения объекта.

Применение плечевого дифференциального Е-образного привода 4 из металлического магнитострикционного ферросплава способствует уменьшению температурной и динамической погрешностей преобразования и повышает надежность усилителя в целом. Это отличает предлагаемое устройство от выбранного прототипа и расширяет область его технического использования в различном технологическом и специальном оборудовании.

Усилитель предназначен для управления гидравлическими исполнительными устройствами технологического оборудования. Усилитель содержит источник рабочей жидкости, два постоянных дросселя, дифференциальный магнитострикционный исполнительный привод, четыре обмотки управления, два регулируемых сопла, электронный блок управления, исполнительный элемент, две линии подвода рабочей жидкости и управляющего сигнала. Технический результат: повышение точности и надежности преобразования. 1 ил.

Магнитострикционный электрогидравлический усилитель, содержащий источник рабочей жидкости, подключенный к дифференциальным соплам через первую и вторую линии подвода рабочей жидкости с постоянными дросселями, дифференциальный магнитострикционный исполнительный привод с двумя противофазными обмотками управления, подключенные к выводам электронного блока управления, отличающийся тем, что в него дополнительно введены две противофазные обмотки управления и исполнительный элемент, подключенный через линии управляющего сигнала к первому и второму постоянным дросселям соответственно, причем дифференциальный магнитострикционный исполнительный привод выполнен Е-образным, на его симметричных рабочих ветвях жестко закреплены обмотки управления, дифференциально и попарно подключенные к выводам электронного блока управления, а свободные концы кинематически соединены с дифференциальными соплами, выполненными регулируемыми.