МНОГОПЛЕЧЕВОЙ МАГНИТОСТРИКЦИОННЫЙ ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКИЙ УСИЛИТЕЛЬ Российский патент 2008 года по МПК F15B3/00 

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

Известен электрогидравлический усилитель по A.c. SU №1015128, F15B 3/00. БИ №16, 1983, который содержит два коммутатора, генератор колебаний, электронный ключ, по два электронных усилителя и пьезокерамических электромеханических преобразователя, распределенный механизм типа «сопло-заслонка», состоящий из двух сопел и разделяющей их заслонки, силового элемента в виде обоймы с запрессованным по периметру в ней керамическим стержнем.

Известен электрогидравлический преобразователь по A.c. SU №1285220, F15B 3/00. БИ №3, 1987. Он содержит две винтовые цилиндрические пружины из пьезокерамического материала, поворотную заслонку, расположенную между двух сопел, два постоянных дросселя, золотник и электрическую цепь для подключения источника переменных сигналов.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является магнитострикционный электрогидравлический усилитель по Патенту RU №2171921, F15B 3/00. Приор. 2000.01.12, опубл. 2001.08.10. Усилитель содержит источник рабочей жидкости, цилиндрическую гильзу из немагнитного материала с разделительной перегородкой, два дифференциальных сопла с линиями подвода рабочей жидкости и постоянными дросселями, два паритетных прямолинейных магнитострикционных элемента с заслонками в форме стакана и управляющими обмотками и блок управления, представленный двумя частями.

Относительно сложные кинематические цепи преобразования информационных сигналов и наличие люфтовых соединений известных устройств-аналогов снижает их точностные показатели и надежность преобразования, ограничивает область использования устройства. Применение в устройстве-прототипе дифференциального привода из эластичного магнитоупругого материала ведет к снижению динамической точности и надежности преобразования, ограничивает область технического использования. Работа под нагрузкой, старение материала магнитострикционного привода вызывают появление остаточных деформаций и их перераспределение, что проявляется в виде отклонений от параллельности перекрытия заслонками рабочих поверхностей дифференциальных сопел, а значит к образованию дополнительных погрешностей, снижению надежности преобразования.

Технический результат предлагаемого устройства заключается в повышении надежности преобразования и расширение области технического использования электрогидравлического усилителя.

Для достижения технического результата в многоплечевой магнитострикционный электрогидравлический усилитель, содержащий источник рабочей жидкости, подключенный через дифференциальные линии подвода рабочей жидкости с дросселями к соплам, между которыми размещена заслонка своим свободным концом, другой ее конец жестко закреплен в средней части ветви магнитострикционного привода, образованной первым и вторым плечами с одноименными и равнозначными обмотками, размещенными по всей их длине и подключенными соответственно к одним и другим противофазным выводам блока управления, введен исполнительный механизм, подключенный противофазными выводами к первому и второму соплам, выполненным трубочными из однотипного с магнитострикционным приводом материала с однотипными обмотками, размещенными по всей их длине и подключенными к первым и вторым выводам блока управления, причем магнитострикционный привод выполнен O-образным, образуя вторую параллельную первой ветвь, состоящую из третьего и четвертого плечей с однотипными обмотками, размещенными по всей их длине и подключенными к первым и вторым выводам блока управления соответственно.

Устройство поясняется чертежом. На чертеже показана схема многоплечевого магнитострикционного электрогидравлического усилителя.

Многоплечевой магнитострикционный электрогидравлический усилитель содержит источник 1 рабочей жидкости (ИРЖ), две дифференциальные линии 2, 3 подвода рабочей жидкости с постоянными дросселями 4, 5 и магнитострикционными трубочными соплами 6, 7 с однотипными обмотками 8, 9, исполнительный механизм (ИМ) 10, O-образный магнитострикционный привод 11 в виде двух параллельных ветвей, образованных четырьмя плечами 12-15 с однотипными обмотками 16-19, размещенными по всей их длине, профилированную заслонку 20 и блок 21 управления (БУ).

Источник 1 рабочей жидкости через дифференциальные линии 2, 3 подвода рабочей жидкости с дросселями 4, 5 подключен к дифференциальным магнитострикционным трубочным соплам 6, 7 с однотипными обмотками и противофазным выводам ИМ 10. Между соплами 6, 7 размещена заслонка 20, которая жестко закреплена посередине одной из ветвей O-образного магнитострикционного привода 11. На его плечах 12-15, образованных параллельными ветвями, по всей длине размещены однотипные обмотки 16-19. При этом обмотки 8, 9 и 16-19 сопел и привода 11 попарно объединены и полярно подключены к первым и вторым противофазным выводам БУ 21 соответственно.

Многоплечевой магнитострикционный электрогидравлический усилитель работает следующим образом.

Перевод устройства в рабочее состояние осуществляется через подачу с противофазных выводов БУ 21 на согласованно включенные обмотки 8, 16, 19 и 9, 17, 18 токов I_o=I_8,9=I_16,19=I_17,18 смещения регулировочной характеристики на середину диапазона преобразования трубочных сопел 6, 7 и привода 11 соответствующей полярности (знака). Это приводит к изменению их первоначальной длины L_6,9=L_12,15=L_13,16=L_о, не изменяя зазора h=h_o между профилированной заслонкой 20 и рабочими поверхностями дифференциальных сопел 6, 7 в результате воздействия магнитных полей обмоток 8, 16, 19 и 9, 17, 18 на плечи 12-15 привода 11 и сопел 6, 7, выполненных из однотипного магнитострикционного материала с коэффициентом λ_S магнитострикции насыщения (эф. Джоуля). Давление, при этом, в дифференциальных камерах сопел 6, 7 и ИМ 10 будет уравновешено P1=P2.

Для направленного изменения этого равенства давлений P1, P2 на выводах БУ 21 формируются управляющие токовые сигналы I_упр=I_о соответствующей полярности, которые подаются в обмотки 8, 9 и 16, 19, и 17, 18 электрогидравлического усилителя I_8,9=I_o±I_упр, I_16,19=I_o±I_упр и изменяя первоначальные линейные размеры сопел 6, 9 и плеч 12, 14 и 13, 15 L_12,14=L₁₂-L₁₄=(L_о±ΔL)-(L_o±ΔL)=±2·ΔL и магнитострикционного привода 11 на величину приращения ΔL=λ_S·L, где L - первоначальный линейный размер сопел 8, 9 и плеч 12-15 привода 11.

Это приводит к полярному изменению зазора «сопло-заслонка» h=h_o=Δh на величину линейного приращения зазора Δh=L_6,9±L_12,14(13,15)=±4·ΔL, пропорционально которому изменяется давление Р1≠Р2 в камерах сопел 6, 7 и ИМ 10 (четырехщелевое золотниковое устройство), вырабатывающего управляющие сигналы для регулирования силовой ступенью (гидродвигателем) усилителя (на чертеже не показано).

Выполнение исполнительных элементов 6, 7 и 12-15 предлагаемого усилителя из металлических магнитострикционных ферросплавов одного знака по жесткой, безлюфтовой и относительно простой схеме позволяет повысить надежность преобразования, точностные показатели, увеличить в 4 раза диапазон преобразования, а значит и расширить область технического использования относительно выбранного прототипа.

Практическая реализация устройства: магнитострикционные сопла 6, 7 и привод 11 выполнены из ферросплава 49КФ2 в форме трубок и пластин, закрепленных в пакет; обмотки 16-19 - многослойные катушки индуктивности по рабочей длине стрикционных элементов, блок управления 21 реализован в виде последовательно включенных формирователя импульсов, интеграторов прямого и инверсного сигналов с усилителями мощности.

Источники информации

1. А.с. SU №1015128, F15В 3/00. БИ №16, 1983.

2. A.c. SU №1285220, F15B 3/00. БИ №3, 1987.

3. Патент RU №2171921, F15B 3/00. Приор. 2000.01.12, опубл. 2001.08.10, прототип.

Усилитель предназначен для управления гидравлическими исполнительными устройствами технологического и специального оборудования. Усилитель содержит источник рабочей жидкости, подключенный через дифференциальные линии подвода рабочей жидкости с дросселями к соплам, между которыми размещена заслонка своим свободным концом, другой ее конец жестко закреплен в средней части ветви магнитострикционного привода, образованной первым и вторым плечами с одноименными и равнозначными обмотками, размещенными по всей их длине и подключенными соответственно к одним и другим противофазным выводам блока управления, при этом в него введен исполнительный механизм, подключенный противофазными выводами к первому и второму соплам, выполненным трубочными из однотипного с магнитострикционным приводом материала с однотипными обмотками, размещенными по всей их длине и подключенными к первым и вторым выводам блока управления, причем магнитострикционный привод выполнен О-образным, образуя вторую параллельную первой ветвь, состоящую из третьего и четвертого плечей с однотипными обмотками, размещенными по всей их длине и подключенными к первым и вторым выводам блока управления соответственно. Технический результат: повышение надежности. 1 ил.

Многоплечевой магнитострикционный электрогидравлический усилитель, содержащий источник рабочей жидкости, подключенный через дифференциальные линии подвода рабочей жидкости с дросселями к соплам, между которыми размещена заслонка своим свободным концом, другой ее конец жестко закреплен в средней части ветви магнитострикционного привода, образованной первым и вторым плечами с одноименными и равнозначными обмотками, размещенными по всей их длине и подключенными соответственно к одним и другим противофазным выводам блока управления, отличающийся тем, что в него введен исполнительный механизм, подключенный противофазными выводами к первому и второму соплам, выполненных трубочными из однотипного с магнитострикционным приводом материала с однотипными обмотками, размещенными по всей их длине и подключенными к первым и вторым выводам блока управления, причем магнитострикционный привод выполнен О-образным, образуя вторую параллельную первой ветвь, состоящую из третьего и четвертого плечей с однотипными обмотками, размещенными по всей их длине и подключенными к первым и вторым выводам блока управления соответственно.