ГИДРОУСИЛИТЕЛЬ Российский патент 2009 года по МПК F15B3/00 

Изобретение относится к устройствам управления высокой точности, работающим в условиях повышенных вибрационных нагрузок, преимущественно для авиационной и ракетной техники.

Известен гидроусилитель [1], включающий электромеханический преобразователь (ЭМП) с заслонкой на выходном валу, корпус с подводящими каналами, два установленных в резьбовых отверстиях корпуса по обе стороны заслонки соосно и с возможностью перемещения вдоль своей оси сопла, осевые каналы которых гидравлически связаны радиальными каналами с подводящими каналами корпуса, причем конец каждого сопла, противоположный заслонке, выполнен выступающим из корпуса и снабжен элементом регулировки положения сопла относительно заслонки и фиксирующим элементом.

В указанном гидроусилителе фиксирующие элементы в виде контргаек устраняют перемещение сопел при вибрации, но устранение резьбового зазора при затяжке контргаек изменяет расстояние между соплом и заслонкой при определенном электрическом сигнале на ЭМП и требует многократного отворачивания контргаек и многократной подрегулировки указанного расстояния для его точного выставления с учетом затяжки контргаек. Недостатком указанной конструкции является недостаточная технологичность из-за нарушения отрегулированных расстояний между соплами и заслонкой при фиксации.

Наиболее близким к предложенному устройству - прототипом является гидроусилитель [2], включающий ЭМП с заслонкой на выходном валу, корпус с подводящими каналами и двумя крышками, два поджатых крышками и снабженных элементами компенсации поджатия соосных сопла, установленных в корпусе по обе стороны заслонки, осевые каналы которых гидравлически связаны радиальными каналами с подводящими каналами корпуса, причем радиальные каналы выполнены в виде плоских параллельных пазов, перпендикулярных оси сопла и смещенных вдоль нее, при этом элементы компенсации поджатия сопла выполнены посредством перемычек между пазами сопла, размещенных попарно по обе стороны от оси сопла с угловым смещением в проекции на плоскость, перпендикулярную этой оси.

Недостатком указанного устройства является повышенный момент, прилагаемый к соплу при регулировке.

Техническим результатом настоящего изобретения является облегчение регулировки путем снижения момента, прилагаемого к соплу, за счет увеличения упругости элементов компенсации поджатия при сохранении надежности.

Технический результат достигается тем, что гидроусилитель, включающий ЭМП с заслонкой на выходном валу, корпус с подводящими каналами и двумя крышками, два поджатых крышками и снабженных элементами компенсации поджатия соосных сопла, установленных в корпусе по обе стороны заслонки, осевые каналы которых гидравлически связаны радиальными каналами с подводящими каналами корпуса, причем радиальные каналы выполнены в виде плоских параллельных пазов, перпендикулярных оси сопла и смещенных вдоль нее, при этом элементы компенсации поджатия сопла выполнены посредством перемычек между пазами сопла, размещенных попарно по обе стороны от оси сопла с угловым смещением в проекции на плоскость, перпендикулярную этой оси, в отличие от прототипа в нем корпус сопла в зоне плоских параллельных пазов, выполненный в виде тонкостенного цилиндра, снабжен не менее чем двумя парами противолежащих соосных пазов, проходное сечение которых соответствует проходному сечению осевого канала сопла, причем обращенный к перемычке профиль паза в сечении, перпендикулярном его плоскости, выполнен радиальной формы, при этом минимальное расстояние между парой противолежащих пазов в сечении, перпендикулярном оси сопла, определяется соотношением:

, где

a_мин - минимальное расстояние между парой противолежащих пазов;

М - крутящий момент, прилагаемый к соплу при регулировке;

D - наружный диаметр корпуса сопла в зоне плоских параллельных пазов;

δ - толщина стенки корпуса сопла в зоне плоских параллельных пазов;

[τ] - допускаемое напряжение кручения материала сопла.

На фиг.1 представлена общая конструктивная схема двухкаскадного гидроусилителя, на фиг.2 представлено в масштабе сечение сопла в плоскости А, проходящей через два противолежащих паза.

Гидроусилитель включает в себя корпус 1 с двумя нерегулируемыми дросселями 2 и подводящими каналами 3, два сопла 4 с осевым каналом 5 и радиальными каналами 6, ЭМП 7 с заслонкой 8 в первом каскаде усиления и золотник 9 во втором каскаде усиления. Сопла выполнены подвижными относительно корпуса за счет выполнения резьбы в корпусе 1 и на наружной поверхности сопла 4. Гидроусилитель снабжен также элементами регулировки положения сопел относительно заслонки, включающих, например, шлиц 10 на торцовой поверхности сопла, противоположной заслонке. На этом же конце сопла 4 выполнен бурт 11, поджимаемый к корпусу 1 посредством крышки 12, т.к. в крышке диаметр отверстия для доступа к шлицу меньше диаметра отверстия под бурт. Между буртом 11 и крышкой 12 установлен узел поджатия сопла к корпусу, выполненный в виде набора шайб 13, причем сумма толщины набора шайб и расстояния от корпуса до торца бурта, противоположного заслонке, больше глубины отверстия крышки под бурт сопла. Радиальные отверстия 6 сопел 4 выполнены в виде плоских параллельных пазов, перпендикулярных оси сопла и смещенных вдоль нее. Проходное сечение пазов соответствует проходному сечению осевого канала сопла 4. Пара пазов размещена соосно в каждой плоскости и образует по две перемычки 14, являющиеся элементом компенсации поджатия при перемещении сопла 4 относительно корпуса 1, причем обращенный к перемычке профиль паза в сечении, перпендикулярном его плоскости, выполнен радиальной формы. Сопло 4 выполнено тонкостенным в зоне плоских параллельных пазов, а перемычки размещены в соседних плоскостях с угловым смещением в проекции на плоскость, перпендикулярную оси сопла 4, оптимально на 90 градусов, для уменьшения продольной жесткости сопла в зоне элементов компенсации поджатия, т.е. уменьшения момента кручения сопла. На крышке 12 размещен фиксирующий элемент, выполненный в виде тонкостенного пояска 15, охватывающего конец сопла, противоположный заслонке 8, в зоне от бурта до торца с перекрытием шлица 10. При обжатии пояска 15 в шлиц 10 проворот и перемещение сопла 4 относительно корпуса 1 невозможны.

При подаче рабочей жидкости в магистрали нагнетания и слива корпуса 1 она через нерегулируемые дроссели 2 поступает в подводящие каналы 3, а затем поступает в каналы 5 сопел 4 через радиальные каналы 6, при этом между соплами 4 и заслонкой 8 ЭМП 7 образуются регулируемые дроссели. В зависимости от положения заслонки 8 возникает перепад давлений в полостях Б и В (при перемещении заслонки в сторону полости Б давление в ней выше, чем в полости В, и наоборот перемещение заслонки в сторону полости В повышает давление в последней по сравнению с полостью Б), за счет перепада давлений происходит перемещение золотника 9, который сообщает управляющую полость либо с магистралью слива, либо с магистралью нагнетания. Быстродействие гидроусилителя определяется зазором между соплами 4 и заслонкой 8. Регулировка быстродействия осуществляется изменением положения сопел относительно заслонки путем вращения сопел 4 относительно корпуса 1 посредством шлицов 10 при обеспечении поджатия сопла к корпусу в процессе регулировки. Расстояние контролируется, например, мерным щупом, устанавливаемым между соплом и заслонкой. Поджатие сопла 4 к корпусу 1 для выборки зазора и безлюфтового соединения последних осуществляется посредством воздействия крышки 12 на бурт 11 через набор шайб 13. Усилие поджатия определяется толщиной набора шайб 13 и моментом затяжки болтов, крепящих крышку 12. Для предохранения от чрезмерных усилий, действующих на сопло при вывинчивании последнего из корпуса, гидроусилитель снабжен элементами компенсации поджатия. Усилие поджатия сопла компенсируется уменьшением его длины за счет деформации упругих элементов, образованных посредством выполнения радиальных каналов 6 в виде плоских параллельных пазов, выполнение не менее двух пар пазов позволяет обеспечить упругие свойства перемычек 14. Фиксация положения сопла 4 обеспечивается обжатием пояска 15 крышки 12 в шлиц 10 сопла 4.

Изготовление корпуса сопла тонкостенным в зоне элементов компенсации поджатия и выполнение противолежащих пазов соосными обеспечивает увеличение продольной упругости сопла за счет уменьшения момента сопротивления кручению. Выполнение проходного сечения пазов равным проходному сечению осевого канала сопла уменьшает нагрузку на цилиндрический корпус сопла от гидравлических сил, т.к. падение давления на щелевых пазах отсутствует, а выполнение профиля паза радиальным в паза в сечении, перпендикулярном его плоскости, уменьшает концентрацию напряжений в пазах, что повышает надежность конструкции. Но для сохранения надежности и ограничения момента сопротивления кручению в перемычках минимальное расстояние между парой противолежащих пазов в сечении, перпендикулярном оси сопла, должно обеспечить напряжения в материале сопла при регулировке не более допустимого напряжения кручения см. [3] стр.143, т.е.

, где

τ_макс - напряжение кручения в перемычках;

М - крутящий момент, прилагаемый к соплу при регулировке;

W_p - момент сопротивления кручению сечения сопла в зоне перемычек;

[τ] - допускаемое напряжение кручения материала сопла.

Учитывая, что корпус сопла в зоне элементов компенсации выполнен тонкостенным (т.е. диаметр цилиндра значительно больше толщины стенки), для такого цилиндра W_p определяется из [3] стр.142 соотношением: , где

D - наружный диаметр тонкостенного цилиндра;

δ=(D-d) - толщина стенки;

d - внутренний диаметр тонкостенного цилиндра.

Для сечения А-А, представленного на фиг.2, момент сопротивления кручению будет пропорционален центральному углу, образованному перемычками, и для тонкостенного цилиндра будет приблизительно определяться соотношением:

, где

α - центральный угол ГОД.

Величину α найдем из равнобедренного треугольника ГОД, в котором ОД=D, а минимальное расстояние между парой противолежащих пазов в сечении, перпендикулярном оси сопла, a_мин=ГД.

Для равнобедренного треугольника справедливо соотношение:

, учитывая, что для малых углов , получим: или

подставляя (3) во (2), получим: .

Подставляя (4) в (1), получим:

, откуда

Увеличение упругости элементов компенсации поджатия путем изготовления корпуса сопла тонкостенным и выполнения противолежащих пазов соосными, определенного проходного сечения, при радиальном профилировании пазов в сечении, перпендикулярном его плоскости, а также сохранение надежности конструкции за счет ограничения момента сопротивления кручению в перемычках и обеспечения минимального расстояния между парой противолежащих пазов в сечении, перпендикулярном оси сопла, снижает момент, прилагаемый к соплу при регулировке быстродействия, что значительно облегчает регулировку.

Литература

1. В.А.Хохлов Электрогидравлический следящий привод. М.: Наука, 1966 г., стр.145-146.

2. Патент RU №2244171, кл. F15B 3/00, 2003 г.

3. Кинасошвили Р.С. Сопротивление материалов. М.: Наука, 1975 г.

Гидроусилитель относится к устройствам управления высокой точности, работающим в условиях повышенных вибрационных нагрузок. Гидроусилитель включает электромеханический преобразователь с заслонкой на выходном валу, корпус с подводящими каналами и двумя крышками, два поджатых крышками и снабженных элементами компенсации поджатия соосных сопла, установленных в корпусе по обе стороны заслонки, осевые каналы которых гидравлически связаны радиальными каналами с подводящими каналами корпуса, причем радиальные каналы выполнены в виде плоских параллельных пазов, перпендикулярных оси сопла и смещенных вдоль нее, при этом элементы компенсации поджатия сопла выполнены посредством перемычек между пазами сопла, размещенных попарно по обе стороны от оси сопла с угловым смещением в проекции на плоскость, перпендикулярную этой оси, в нем корпус сопла в зоне плоских параллельных пазов, выполненный в виде тонкостенного цилиндра, снабжен не менее чем двумя парами противолежащих соосных пазов, проходное сечение которых соответствует проходному сечению осевого канала сопла, причем обращенный к перемычке профиль паза в сечении, перпендикулярном его плоскости, выполнен радиальной формы, при этом минимальное расстояние между парой противолежащих пазов в сечении, перпендикулярном оси сопла, определяется соотношением: , где а_мин - минимальное расстояние между парой противолежащих пазов; М - крутящий момент, прилагаемый к соплу при регулировке; D - наружный диаметр корпуса сопла в зоне плоских параллельных пазов; δ - толщина стенки корпуса сопла в зоне плоских параллельных пазов; [τ] - допускаемое напряжение кручения материала сопла. Техническим результатом является облегчение регулировки путем снижения момента, прилагаемого к соплу, за счет увеличения упругости элементов компенсации поджатия при сохранении надежности. 2 ил.

Гидроусилитель, включающий электромеханический преобразователь с заслонкой на выходном валу, корпус с подводящими каналами и двумя крышками, два поджатых крышками и снабженных элементами компенсации поджатия соосных сопла, установленных в корпусе по обе стороны заслонки, осевые каналы которых гидравлически связаны радиальными каналами с подводящими каналами корпуса, причем радиальные каналы выполнены в виде плоских параллельных пазов, перпендикулярных оси сопла и смещенных вдоль нее, при этом элементы компенсации поджатия сопла выполнены посредством перемычек между пазами сопла, размещенных попарно по обе стороны от оси сопла с угловым смещением в проекции на плоскость, перпендикулярную этой оси, отличающийся тем, что корпус сопла в зоне плоских параллельных пазов, выполненный в виде тонкостенного цилиндра, снабжен не менее чем двумя парами противолежащих соосных пазов, проходное сечение которых соответствует проходному сечению осевого канала сопла, причем обращенный к перемычке профиль паза в сечении, перпендикулярном его плоскости, выполнен радиальной формы, при этом минимальное расстояние между парой противолежащих пазов в сечении, перпендикулярном оси сопла, определяется соотношением

,

где а_мин - минимальное расстояние между парой противолежащих пазов;

М - крутящий момент, прилагаемый к соплу при регулировке;

D - наружный диаметр корпуса сопла в зоне плоских параллельных пазов;

δ - толщина стенки корпуса сопла в зоне плоских параллельных пазов;

[τ] - допускаемое напряжение кручения материала сопла.