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

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

Известен электрогидравлический усилитель по авт. свид. SU №1015128, F15В 3/00. БИ №16 1983, который содержит два коммутатора, генератор колебаний, электронный ключ, два электронных усилителя и пьезокерамических электромеханических преобразователя, распределительный механизм типа «сопло-заслонка», состоящий из двух сопел и разделяющей их заслонки, силового элемента в виде обоймы с запрессованным по периметру в ней пьезокерамическим стержнем.

Известен электрогидравлический преобразователь по авт.свид. SU №1285220, F15В 3/00. БИ №3 1987. Он содержит две винтовые цилиндрические пружины из пьезокерамического материала, поворотную заслонку, расположенную между двумя соплами, 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. Устройство содержит источник рабочей жидкости, цилиндрическую гильзу из немагнитного материала с разделительной перегородкой, дифференциальные сопла с линиями подвода рабочей жидкости и постоянными дросселями, два прямолинейных магнитострикционных элемента с заслонками в форме стакана и управляющими обмотками и блок управления, представленный двумя частями.

Известные устройства имеют относительно сложные исполнительные цепи однократного преобразования, что не позволяет им иметь широкий диапазон преобразования, а значит, ведет к ограничениям области использования.

Техническим результатом, достигаемым при реализации заявляемого устройства, является расширение диапазона преобразования и области технического использования.

Для достижения технического результата в магнитострикционный электрогидравлический усилитель, содержащий источник рабочей жидкости, подключенный через первую и вторую линии подвода с дросселями постоянного сечения к входам дифференциального распределительного устройства, выполненного в виде двух встречно включенных стержневых исполнительных элементов из магнитострикционного материала одного знака, одни их концы закреплены на основании, а другие подсоединены к цилиндрической заслонке, а по всей длине размещены однотипные управляющие обмотки, подключенные к первым и вторым противофазным выводам электронного блока управления, дополнительно введен исполнительный механизм, подключенный противофазными выводами к первой и второй линиям подвода рабочей жидкости, а между стержневыми исполнительными элементами и управляющими обмотками дифференциального распределительного устройства встречно и соосно установлены однотипные трубочные исполнительные элементы из магнитострикционного материала другого знака, причем одни их концы закреплены на основании, а свободные концы образуют радиальный щелевой зазор с цилиндрической заслонкой.

Кроме того, его дифференциальное распределительное устройство выполнено из соосно и встречно включенных трубочных исполнительных элементов разных диаметров из магнитострикционных материалов с противоположными знаками, причем трубочные исполнительные элементы меньшего диаметра жестко соединены с цилиндрической заслонкой, с которой вторые встречно включенные трубочные исполнительные элементы большего диаметра образуют щелевой радиальный зазор, другие же концы трубочных исполнительных элементов закреплены на основании дифференциального распределительного устройства и по всей их длине размещены однотипные управляющие обмотки.

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

Магнитострикционный электрогидравлический усилитель (см. чертеж) содержит источник 1 рабочей жидкости, две линии 2, 3 подвода рабочей жидкости, два дросселя 4, 5 постоянного сечения, дифференциальное распределительное устройство 6, стержневые исполнительные элементы 7, 8, цилиндрическую заслонку 9, трубочные исполнительные элементы 10, 11, однотипные управляющие обмотки 12, 13, электронный блок 14 управления и исполнительный механизм 15, Р и Р₁, Р₂ - входное и выходные давления.

Источник 1 рабочей жидкости через первую и вторую линии 2, 3 подвода рабочей жидкости с дросселями 4, 5 постоянного сечения подключен к выводам дифференциального распределительного устройства 6, которое выполнено в виде соосно и встречно включенных стержневых и трубочных исполнительных элементов из магнитострикционных материалов разных знаков с однотипными управляющими обмотками 12, 13 по всей их длине, и к выводам исполнительного механизма 15. Причем одни концы исполнительных элементов 7, 8 и 10, 11 закреплены на основании дифференциального распределительного устройства 6, другие концы стержневых исполнительных элементов 7, 8 соединены с цилиндрической заслонкой 9, а трубочные исполнительные элементы 10, 11 образуют с ней щелевой радиальный зазор. Управляющие обмотки 12, 13 подключены к противофазным выводам электронного блока 14 управления.

Магнитострикционный электрогидравлический усилитель работает следующим образом.

В исходном состоянии усилитель (см. чертеж) обесточено. На управляющие обмотки 12, 13 дифференциального распределительного устройства 6 с противофазных выходов электронного блока 14 управления не поступает токовых управляющих сигналов ±I_x. Исполнительный механизм 15, выполненный, например, в виде золотникового устройства находится в равновесном состоянии.

Усилитель переводится в рабочее состояние путем подачи в управляющие обмотки 12, 13 токов I_o=I₁₂=I₁₃ смещения рабочей характеристики дифференциального распределительного устройства 6 на середину диапазона преобразования. В результате воздействия магнитных полей обмоток 12, 13 на исполнительные элементы 7, 8 и 9, 10, выполненные из магнитострикционных материалов с разными знаками (-λ+λ), первые (7, 8) - укорачиваются, а вторые (9, 10) - удлиняются (эф. Джоуля) на величину ΔL=λ_S·L, где λ_S - коэффициент магнитострикции насыщения материала, относительно своей первоначальной длины L, т.е. l_7,10=L_8,11=l_o. Это вызывает двухстороннее перекрытие радиального щелевого зазора h=h_o=2·ΔL до середины диапазона преобразования и уравновешивание выходных рабочих давлений Р1=Р2 в камерах дифференциального распределительного устройства 6. Исполнительный механизм 15 не изменяет своего состояния (уравновешен).

Нарушение равновесного состояния исполнительного механизма 15 в требуемых диапазоне значений и направлении осуществляется через соответствующее изменение паритета давлений Р1≠Р2 на выходах дифференциального распределительного устройства 6. Достигается такое состояние за счет подачи управляющих токовых сигналов I_x=I_o с противофазных выходов электронного блока 14 управления на управляющие обмотки 12, 13 соответственно I₁₂=I_o±I_x и I₁₃=I_o∓I_x. В результате укорочения и удлинения стержневых и трубочных исполнительных элементов 7, 8 и 10, 11 L₇=L_o±ΔL, L₁₀=L_o∓ΔL, L_7,10=L₇-L₁₀=±2·ΔL, и L_8,11=∓2·ΔL (по аналогии) дифференциального распределительного устройства 6 цилиндрическая заслонка 9 будет перемещаться в диапазоне значений l₉=L_7,10-L_8,11=±4·ΔL. На это же значение изменяется и ее щелевой радиальный зазор h=l₉, обеспечивая соответствующее перераспределение выходных рабочих давлений Р1 и Р2, которые подаются на исполнительный механизм 15, сравниваются с входным давлением Р (давлением напора) и перемещают его золотниковый элемент в указанном диапазоне и заданном направлении.

В дифференциальном распределительном устройстве 6 усилителя вместо стержневых исполнительных элементов 7 и 8 могут быть использованы трубочные исполнительные элементы из магнитострикционного материала того же знака (-λ), но меньшего диаметра относительно других трубочных исполнительных элементов 10, 11 (+λ). Работа устройства при этом не изменяется, но позволяет увеличить его выходную мощность.

Таким образом, предлагаемое устройство относительно выбранного прототипа обладает в 4 раза большим диапазоном преобразования, способствуя расширению области его технического использования, и имеет более жесткую кинематическую схему распределительного устройства. В результате, имеет место повышение динамической точности и надежности гидравлического усилителя. В целом указанные отличительные признаки заявляемого устройства обеспечивают достижение положительного эффекта.

Практическая реализация устройства: дифференциальное распределительное устройство 6 - стержневые и трубочные элементы 7, 8 и 10, 11 выполнены из ферроматериалов Ni и Ю9 с катушками индуктивности; электронный блок управления 14 реализован в виде последовательно включенных формирователя импульсов, интеграторов прямого и инверсного сигналов с усилителями мощности, исполнительный механизм 15 реализован в виде четырехщелевого золотникового устройства по известной схеме.

Источники информации

1. А.с. SU №1015128, F15B 3/00. БИ №16 1983.

2. А.с. 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 различных машин и технологического оборудования. Усилитель содержит источник рабочей жидкости, две линии подвода рабочей жидкости, два постоянных дросселя, дифференциальное распределительное устройство, стержневые и трубочные исполнительные элементы из магнитострикционных материалов с разными знаками, цилиндрическая заслонка, однотипные управляющие обмотки, электронный блок управления и исполнительный механизм. Блок управления формирует токовые сигналы, которыми через управляющие обмотки дифференциального распределительного устройства в результате полярного изменения первоначальной длины магнитострикционных исполнительных элементов изменяются щелевые зазоры заслонки. Изменяются рабочие давления на его выходах, посредством которых управляют работой исполнительного механизма, например выполненного в виде золотникового устройства по заданному закону в требуемом диапазоне значений. Технический результат: расширение диапазона преобразования и области технического использования. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Магнитострикционный электрогидравлический усилитель, содержащий источник рабочей жидкости, подключенный через первую и вторую линии подвода с дросселями постоянного сечения к входам дифференциального распределительного устройства, выполненное в виде двух встречно включенных стержневых исполнительных элементов из магнитострикционного материала одного знака, одни их концы закреплены на основании, а другие подсоединены к цилиндрической заслонке, а по всей длине размещены однотипные управляющие обмотки, подключенные к первым и вторым противофазным выводам электронного блока управления, отличающийся тем, что в него дополнительно введен исполнительный механизм, подключенный противофазными выводами к первой и второй линиям подвода рабочей жидкости, а между стержневыми исполнительными элементами и управляющими обмотками дифференциального распределительного устройства встречно и соосно установлены однотипные трубочные исполнительные элементы из магнитострикционного материала другого знака, причем одни их концы закреплены на основании, а свободные концы образуют радиальный щелевой зазор с цилиндрической заслонкой.2. Магнитострикционный электрогидравлический усилитель по п.1, отличающийся тем, что его дифференциальное распределительное устройство выполнено из соосно и встречно включенных трубочных исполнительных элементов разных диаметров из магнитострикционных материалов с противоположными знаками, причем трубочные исполнительные элементы меньшего диаметра жестко соединены с цилиндрической заслонкой, с которой вторые встречно включенные трубочные исполнительные элементы большего диаметра образуют щелевой радиальный зазор, другие же концы трубочных исполнительных элементов закреплены на основании дифференциального распределительного устройства и по всей их длине размещены однотипные управляющие обмотки.