Электрогидравлический усилитель Советский патент 1984 года по МПК F15B3/00 

Кзобретение относится к гидроавтоматике, в частности к усилителям, преобразующим командный электрический сигнал в давление рабочей среды, и может быть использовано в гидравлических приводах дискретного управления. Известен электрогидравлический усилитель, содержащий гидравлический усилитель, распределительный элемент которого соединен с подвижным элементом пьезокерамического электромеханического преобразователя 1. Недостатками этого усилителя являются низкая долговечность и точность из-за выполнения соединения гидравлического усилителя с подвижным элементом пьезокерамического преобразователя в виде точечного контакта. Известен также электрогидравлический усилитель, содержащий гидроусилитель, распределительный элемент которого соединен тягой с подвижным элементом биморфного пьезокерамического электромеханического преобразователя, электроды которого, охватывающие пьезоэлемен т, подключены к генератору электрических колебаний и командному устройству 2. Недостатками известного усилителя также являются низкая долговечность и точность отработки командного сигнала из-за большой величины механических деформаций изгибного пьезоэлемента. Целью изобретения является повышение долговечности и точности отработки командного сигнала. Указанная цель достигается тем, что электрогидравлический усилитель, содержащий гидроусилитель, распределительный элемент которого соединен тягой с подвижным элементом биморфного пьезокерамического электромеханического преобразователя, электроды которого, охватывающие пьезоэлемент, подключены к генератору .электрических колебаний и командному устройству, снабжен блоком задержки и связанными с командным устройством фазовращателем и двухпозиционным электронным ключом, а Пьезоэлемент выполнен в виде разрезной пьезокерамической втулки с четырьмя электродами и снабжен двумя металлическими разрезными втулками, закрепленными по краям пьезокерамической втулки с зазором по поверхности, противоположной пьезокерамической втулке, один из электродов выполнен по длине равным пьезокерамической втулке и размещен между последней и металлическими втулками, а остальные три электрода размешены последовательно вдоль свободной цилиндрической поверхности пьезокерамической втулки, причем два крайних электрода выполнены равными по длине и установлены концентрично металлическим втулкам, при этом один из крайних электродов подключен к ге1072 колебаний непоснератору электрических редственно, а другой - через фазовращатель, а электрод, размещенный между крайними электродами, подключен к фазовращателю и генератору через электронный ключ и блок задержки. На фиг. 1 изображена принципиальная схема электрогидравлического усилителя с внутренним расположением металлических втулок относительно пьезокерамической втулки; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - схема электромеханического преобразователя с наружным расположением металлических втулок; на фиг. 4 - электрическая блок-схема усилителя; на фиг. 5 - временная диаграмма напряжений на электродах при перемещении в одну второну; на фиг. 6 - временная диаграмма напряжений на электродах при перемещении в другую сторону. Электрогидравлический усилитель содержит гидроусилитель 1, распределительный элемент которого в виде золотника 2 соединен тягой 3 с подвижным элементом биморфного пьезокерамического электромеханического преобразователя 5, электроды 6-9 которого подключены к генератору 10 электрических колебаний и командному устройству 11. Пьезоэлемент выполнен в виде разрезной пьезокерамической втулки 12 и снабжен металлическими разрезными втулками 13 и 14, закрепленными по краям втулки 12 с зазором по поверхности, противоположной пьезокерамической втулке относительно подвижного элемента 4 (фиг. 1) или с зазором относительно корпуса 15 (фиг. 3). Электрод 6 выполнен по длине, равным втулке 12, и размещен между последней и втулками 13 и 14, а электроды 7-9 размещены последовательно вдоль свободной цилиндрической поверхности втулки 12, причем крайние электроды 7 и 9 выполнены по длине равными втулкам 13 и 14 и установлены концентрично им, электрод 7 подключен к генератору 10 непосредственно, электрод 9 - через фазовращатель 16, а электрод 8, размещенный между электродами 7 и 9 подключен к фазовращателю 16 и генератору 10 через двухпозиционный электронный ключ 17 и блок 18 задержки. Электрогидравлический усилитель работает следующим образом. От генератора 10 напряжение подается на электрод 7 непосредственно, а на электрод 8 - через фазовращатель 16, в котором полярность напряжения меняется на про тивоположную, т.е. осуществляется сдвиг фазы на 180°. Напряжения от генератора 10 и фазовращателя 16 подаются на электронный ключ 17, который может быть в двух состояниях, определяемых командным устройством П. В одном положении ключ 9 пропускает сигнал от генератора 10, -а в другом положении - пропускает сигнал от фазовращателя 16. Сигнал с электронного ключа 17 через блок 18 задержки поступает на электрод 8. В блоке 18 задержки осуществляется временной сдвиг сигнала на интервал времени Т, величина которого больше времени срабатывания пьезокерамического элемента. Включение и отключение генератора 10 осуществляется командным устройством 11. При подаче напряжения на электрод 6 электромеханического преобразователя 5 соответствующий конец пьезокерамической втулки 12 сгибается и жестко прижимается к элементу 4 (фиг. 1). Второй конец пьезокерамической втулки 12 в то же время, находится в разгибном состоянии, так как на электрод 9 подается противополярное напряжение, по отношению к электроду 7. После интервала времени Т подается напряжение на электрод 8, от которого средняя часть п-ьезокерамической втулки 12, находящаяся под электродом 8, например, удлиняется и одновременно перемещает тягу 3 влево. После этого меняется полярность напряжений на электродах 7 и 9 на противоположные, и соответственно конец пьезокерамической втулки 12 под электродом 7 разгибается, а конец под электродом 9 сгибается и жестко прижимается к элементу 4. После интервала времени задержки Г на элекрод 8 подается напряжение противоп-оложного знака, от которого эта часть пьезокерамической втулки 12 укорачивается, и тяга 3 перемещается на один шаг. После этого меняется напряжение на электродах 7 и 9 на противоположное, подается через интервал времени задержки Т напряжение на электрод 8 и т.д., т.е. цикл повторяется и с каждым циклом тяга 3 перемещается влево, одновр,еменно перемещая золотник 2 в эту сторону шагами, длина которых задается длиной средней части пьезокерамической втулки 12, перепадом напряжений на ней и величиной пьезомодуля пьезокерамической втулки 12. Для реверса движения золотника 2 в другую сторону необходимо подать сдвинутый по фазе на 180° сигнал на электрод 8. Это осуществляется изменеяием состояния ключа 17, которое задается командным устройством 11. Работу устройства в другом направлении движения тяги 3 поясняет временная диаграмма напряжений на электродах 7-9 (фиг. 6). В первом цикле левая часть (находящаяся под электродом 7) прижимается к элементу 4, правая част (находящаяся под электродом 9) остается в свободном состоянии. После интервала времени Т, средняя часть пьезокерамической втулки 12 укорачивается. При перемещении тяги 3 вправо на величину деформации пьезокерамической втулки 12 на один шаг перемещается и золотник 2. В следующем цикле: прижимается втулка 14 к элементу 4, а втулка 13 переводится в свободное состояние. После интервала времени подается сигнал на электрод 8, от которого средняя часть пьезокерамической втулки 12 удлиняется, одновременно перемещается на шаг вправо тяга 3. Работа усилителя, выполненного согласно фиг. 3, в основном аналогична описанной для усилителя на фиг. 1. Отличие состоит Б том, что для усилителя (фиг. 3) подвижный элемент 4 соединен непосредственно с втулкой 12, а прижатие ее частей, взаимодействующих с электродами, к корпусу 15 осуществляется не сжатием, а частичным выпрямлением этих частей, В предлагаемом электрогидравлическом усилителе о беспечиваются наименьшие изгибные напряжения в пьезокерамическом элементе, обеспечивается постоянство силы прижатия втулок в течение всего срока эксплуатации, что. положительно влияет на долговечность и точность обработки командного сигнала. Конструкция электромеханического преобразователя позволяет обеспечить постоянство пьезомодуля пьезоэлемента по всей его длине, т.е. одинаковую резонансную частоту его прижимных частей, а также обеспечить выполнение малых (до 0,01 мкм) перемещений распределительного элемента. что также позволяет повысить точность от работки командного сигнала, Использование изобретения в гидравлических приводах дискретного перемещения позволяет повысить их долговечность и и, тем самым эффективность их использования. Q 7 89 .:i a - 4---фиг. J / I uj 5

ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКИЙ УСИЛИТЕЛЬ, содержащий гидроусилитель, распределительный элемент которого соединен тягой с подвижным элементом биморфного пьезокерамического электромеханического преобразователя, электроды которого, охватывающие пьезоэлемент, подключены к генератору электрических колебаний и командному устройству, отличающийся тем, что, с целью повышения долговечности и точности отработки командного сигнала, он снабжен блоком задержки и связанными с командным устройством фазовращателем и двухпозиционным электронным ключом, а пьезоэлемент выполнен в виде разрезной пьезокерамической втулки с четырьмя электродами и снабжен двумя металлическими разрезными втулками, закрепленными по краям пьезокерамической втулки с зазором по поверхности, противоположной пьезокерамической втулке, один из электродов выполнен по длине равным пьезокерамической втулке и размещен между последней и металлическими втулками, а остальные три электрода размещены последовательно вдоль свободной цилиндрической поверхности пьезокерамической втулки, причем два крайних электрода выполнены равными по длине и установлены концентрично металлическим втулкам, при этом один из крайних электродов подключен к генератору электрических колебаний непосредственно, а i Л другой - через фазовращатель, а электрод, размещенный между крайними электрод ми, подключен к фазовращателю и генератору через электронный ключ и блок задержки. А

Фиг.

ll

8

f

8

фиг.5

фиг. 6