РЕГУЛЯТОР РАСХОДА Российский патент 2008 года по МПК G05D7/06 

Изобретение относится к гидроавтоматике, а именно к регуляторам расхода жидкости, и может найти применение в системах гидропривода станочного и специализированного оборудования.

Известен регулятор расхода по А.с. №1037218 SU, G05D 7/06, опубл. БИ №31, 1983, выполненный в виде дифференциального пьезокерамического приводного механизма, состоящего из двух цилиндрических биморфных втулок с продольными прорезями, установленными на планке с поворотной заслонкой, перекрывающей торец сопла. Содержит электронный блок управления, который соединен с пьезоэлектрическими полукольцами биморфных втулок.

Применение в известном устройстве поворотной заслонки и ее управление через относительно сложную систему привода с дифференциальным исполнительным механизмом в виде пьезоэлектрических полуколец биморфных втулок ведет к снижению точности и надежности регулирования из-за наличия люфтовых соединений, нелинейностей в зоне перекрытия сопло-заслонка и недостаточной механической прочности исполнительных элементов. В данном устройстве не предусмотрено устранение эффекта облитерации рабочих поверхностей (сопло-заслонка), что также ведет к появлению динамической погрешности и надежности преобразования, ограничивая область использования.

Известен регулятор расхода жидкости, выполненный в виде регулируемого дросселя по А.с. №1520490 SU, G05D 7/06, опубл. БИ №41, 1989, выбранный в качестве прототипа. Устройство содержит корпус, регулируемый орган, выполненный в виде трубки с отверстиями и упругой металлической втулки с прорезью вдоль образующей цилиндра, наружный диаметр которой совпадает с внутренним диаметром трубки, по середине жестко соединенной с корпусом, свободные концы которой расположены напротив отверстий, входную и выходную полости, пьезокерамическую разрезную втулку, прорезь которой совпадает с прорезью металлической втулки, а в прорези установлен упругий элемент, и блок управления.

Известное устройство обладают недостаточными точностью и надежностью преобразования. Перекрытие заслонкой рабочих отверстий по радиальной траектории приводит к образованию нелинейности протекания жидкости в зоне преобразования, изменению выходных параметров с температурным дрейфом. Использования биморфного пьезокерамического исполнительного элемента с недостаточной механической прочностью, управляемого высоковольтным электронным блоком по требуемому закону регулирования, не обеспечивающего устранение эффекта облитерации рабочего канала истечения жидкости, в целом, снижает надежность устройства. Данные недостатки ограничивают область технического использования известного устройства.

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

Поставленная цель достигается тем, что в регулятор расхода, содержащий трубочный исполнительный элемент и электронный блок управления, введены образующие рабочую полость стержневой исполнительный элемент, соосно закрепленный в трубочном исполнительном элементе, и управляющая обмотка, равномерно закрепленная по всей поверхности трубочного исполнительного элемента и подключенная к выводам блока управления, при этом исполнительные элементы выполнены из магнитострикционных материалов с разными знаками магнитострикции, одни их концы защемлены в корпусе и образуют входные отверстия для прохода жидкости в рабочую полость, а свободные концы исполнительных элементов образуют щель для вывода жидкости из рабочей полости.

Устройство поясняется чертежом, где приведена схема регулятора расхода.

Регулятор расхода содержит трубочный и стержневой исполнительные элементы 1,2 из магнитострикционных материалов с разными знаками магнитострикции, образующие рабочую полость 3 с входными отверстиями 4 и щелью 5 для вывода, распределенную управляющую обмотку 6 и электронный блок 7 управления.

Трубочный и стержневой исполнительные элементы 1, 2 закреплены соосно и образуют рабочую полость 3 для протекания жидкости. Одни их концы жестко защемлены в корпусе и образуют входные отверстия 4 для подачи жидкости в рабочую полость, а их свободные концы образуют щель 5 для истекания жидкости из рабочей полости 3. Поверх всей поверхности трубочного исполнительного элемента 1 закреплена распределенная управляющая обмотка 6, которая своими концами подключена к выводам блока 7 управления.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии устройство (см. чертеж) обесточено. По управляющей обмотке 6 с выходов электронного блока 7 управления не протекает рабочий ток I. Исполнительные элементы 1 и 2 не испытывают магнитострикционной продольной деформации (эф. Джоуля) и имеют первоначальные линейные размеры L₁ и L₂, которые определяют исходный размер радиальной щели 5, h=h_o, b_o=L₂-L₁ рабочей полости 3, образованной их свободными концами.

При подаче в управляющую обмотку 6 токовых сигналов заданных значений I закона регулирования с выходов блока 7 управления, в ее рабочей среде формируется магнитное поле, под действием которого изменяются линейные размеры трубочного и стержневого исполнительных элементов 1, 2, выполненных из магнитострикционных материалов с разными знаками магнитострикции. В результате, трубочный исполнительный элемент 1 удлиняется, а стержневой исполнительный элемент 2 укорачивается на величины ΔL=L_1,2·λ_S, где λ_S - коэффициент магнитострикции насыщения материала, пропорциональные напряженности магнитного поля управляющей обмотки 6 устройства. Это вызывает изменение первоначального размера щели 5 на величину h=h₀-2·ΔL до ее полного перекрытия (при h_o=2·ΔL) и соответствующее изменение количества протекающей через рабочую полость жидкости с давлением Р.

Для устранения эффекта облитерации в рабочей полости 3 устройства, образованной магнитострикционными исполнительными элементами 1 и 2, электронным блоком 7 управления можно формироваться токовый сигнал с переменной составляющей и подавать его в управляющую обмотку 6. Этим обеспечивается достижение заданной динамической точности устройства. Одновременно использование магнитострикционных материалов исполнительных элементов 1, 2 с одинаковыми температурными коэффициентами линейного расширения позволяет уменьшить влияние температурной составляющей погрешности предлагаемого устройства и повысить его точность относительно выбранного прототипа. Отличает устройство от прототипа достаточно простая и безлюфтовая конструкция, способствующая повышению надежности и снижению себестоимости изготовления, наделяя его новыми свойствами и расширяя область технического использования.

Источники информации

1. А.с. №1037218 SU, G05D 7/06. Опубл. БИ №31, 1983.

2. А.с. №1520490 SU, G05D 7/06. Опубл. БИ №41, 1989, прототип.

Изобретение может быть использовано в автоматических системах управления гидропривода станочного и специализированного оборудования. Регулятор расхода содержит образующие рабочую полость стержневой исполнительный элемент, соосно закрепленный в трубочном исполнительном элементе. Исполнительные элементы выполнены из магнитострикционных материалов с разными знаками магнитострикции, одни их концы жестко защемлены в корпусе и образуют входные отверстия для прохода жидкости в рабочую полость, а свободные концы исполнительных элементов образуют щель для вывода жидкости из рабочей полости. По всей поверхности трубочного исполнительного элемента равномерно закреплена управляющая обмотка, подключенная к выводам блока управления. Изобретение: повышение точности и надежности регулирования. 1 ил.

Регулятор расхода, содержащий трубочный исполнительный элемент и электронный блок управления, отличающийся тем, что в него введены образующие рабочую полость стержневой исполнительный элемент, соосно закрепленный в трубочном исполнительном элементе, и управляющая обмотка, равномерно закрепленная по всей поверхности трубочного исполнительного элемента и подключенная к выводам блока управления, при этом исполнительные элементы выполнены из магнитострикционных материалов с разными знаками магнитострикции, одни их концы жестко защемлены в корпусе и образуют входные отверстия для прохода жидкости в рабочую полость, а свободные концы исполнительных элементов образуют щель для вывода жидкости из рабочей полости,