Регулятор скорости вращения Советский патент 1984 года по МПК G05D13/30 

планки, и фиксирующего элемента, например штифта, проходящего через одно из ряда отверстий, выполненьых на обоих концах поворотной планки по радиусу, проведенному из ее центра, и отверстие в одной из двух пластин, жестко закрепленных на противоположных концах наружной поверхности корпуса гидроцилйндра, причем отверстия на противоположных концах поворотной планки выполнены таким образом , что отверстия на одном из ее концов расположены относительно отверстий на другом ее конце в промежутке между ними.

I. РЕГУЛЯТОР СКОРОСТИ ВРАЩЕНИЯ , содержащий винтовую пару, винт которой жестко закреплен навалу задающего электродвигателя, а гайка установлена на валу объекта регулирования с возможностью осевого перемещения , гидроцилиндр, шток которого закреплен неподвижно, а корпус установлен с возможностью осевого перемещения , причем полости гидроцилиндра соединены с выходами распределительного золотника, вход которого соединен с напорной магистралью, и узел отрицательной обратной связи, отлич ающийся тем, что, с целью снижения мощности сигнала управления, обеспечения дистанцион- ной передачи сигналов управления повышения быстродействия, надежности и упрощения регулятора, он снабжен усилителем, состоящим из постоянных дросселей, выполненных в виде винтовых канавок на крайних поясках распределительного золотника, соедияющих напорную магистраль через два не связанных между собой осевых канала в распределительном золотнике с двумя жестко закрепленными на его среднем пояске трубками с боковыми отверстиями, образующими переменные дроссели с управляющей вилкой j выполненной в виде закрепленного на неподвижной оси регулируемого по длине рычага, регулируемый конец которого расположен между двумя подвижными доньвпками жестко закрепленных первых сильфонов-приемников, соединенных трубопроводами с двумя жестко закрепленными первыми сильфонаь«датчиками, между донышками которых расположена гайка, а узел отрицательв ной обратной связи выполнен в виде двух вторых сильфонов-приемников меньшего диаметра, жестко закрепленных внутри первых сильфонов-приемников, причем между подвижными донышками первых и вторых сильфоновприемников расположены пружины,- а вторые сильфоны-приемники соединены трубопроводами с двумя неподвижно ycтaнoвлeнны и вторыми сильфонамиЭд датчиками, на подвижных дошлпках |й которых жестко закреплены ролики, контактирующие с регулируемыми клиньями, закрепленными на наружной поверхности корпуса гидроцилиндра. 2. Регулятор по п. 1, отличающийся тем, что, с. целью регулирования коэффициента передачи отрицательной обратись связи, регулируе1«1е клинья выполнены в виде поворотной планки, жестко эа11иксированной на наружной поверхности корпуса гидроцилиндра посредством оси, проходящей через центр поворотной

Изобретение относится к механизмам общего назначения, в частности к регуляторам скорости, и может быть использовано для регулирования скорости вращения ветряных, авиационных и других двигателей.

Известно устройство электрогидравлического следящего привода вращательного движения с объектом регулирования , задающим двигателем и двух каскадным сервоклапаном с элементом сопло-заслонка в предварительном каскаде усиления, причем заслонка выполнена в виде способного поворачиваться вокруг неподвижной оси рычага, один конец расположен между соплами, а другой соединен с передачей винт-гайка, содержащим постоянные дроссели, выполненные в виде отдельных элементов l J .

Однако в известном устройстве отсутствует обратная связь между основным и предварительным каскадами усиления, что затрудняет надежную и устойчивую работу системы, а выполнение постоянных дросселей предварительного каскада в виде склонных к засорению и труднонастраиваемых отдельных элементов снижает надежность системы и усложняет конструкцию ; Кроме того, в этом устройстве трудно осуществить передачу сигнала управления и сигнала отрицательной обратной связи на расстояние в силу жесткой кинематической связи гайки с заслонкой с одной стороны и вала объекта регулирования с винтом с другой.

Наиболее близким по технической, сущности к изобретению является регулятор скорости вращения, содержа щий винтовую пару, винт которой жестко закреплен на валу задающего

электродвигателя, а гайка установлена на валу объекта регулирования с возможностью осевого перемещения, и регулирующий орган, состоящий из 5 распределительного золотника, шток которого жестко связан с гайкой,

и гидроцилиндра, шток которого закреп лен неподвижно, а корпус гидроци линдра связан через рычаг обратной

связи с корпусом распределительного

золотника 2J.

Данный регулятор скорости вращения имеат увеличенную мощность задающего электродвигателя, что обусловлено наличием значительных осевых сил, действующих на распределительный золотник, пропускающий рабочую жидкость под давлением,

Эти сипы, помимо требования увеличения мощности задающего электродвигателя для их преодоления, снижают динамические характеристики систеьы, уменьшая ее быстродействие, а отсутствие специальных мер, как правило, сложных в изготовлении, для обеспечения смазки трущихся пар и предотвращения заклииения распределительного золотника снижают надежность регулятора скорости вращения

и усложняют конструкцию в случае выполнения этих мер традиционными методами.

Кроме того, указанный регулятор скорости вращения имеет жесткую

отрицательную обратную связь, что предполагает близкое взаимное распапожение гидроциливдра и распределительного золотника, а также жесткую связь штока распределительного золотиика с гайкой, установленной на валу объекта регулирования, что в свою очередь предполагает близкое взаимное расположение винтовой пары. 3 а значит, и объекта регулирований, и распределительного золотника. Выполнение указанных требований по ко поновке регулятора скорости вращени в некоторых устройствах трудноосущесТйимо, например, в ветроэнергетических установках, где кинематическая цепь от ветроколеса с поворотными лопастями, угол атаки которых изменяется при помощи ГИДРОЦИлиндра указанного регулятора скорости вращения, к приводимому им во вращение электрогенератору, на валу которого установлена винтовая пара, имеет значителыые пространст венные габариты. Указанга 1е причины, увеличивают мощность сигнала управления , формируемого задающим электр двигателем, затрудняют передачу управляющих сигналов и сигналов отр дательной обратной связи на расстоя ние, а также снижают быстродействие и надежность систе1«я, дпя повьпяения которой необходимо усложнение конструкции . Цель изобретения - снижение мощности сигнала управления, обеспечеЙие дистанционной передачи сигналов управления, повьшение быстродействи надежности и упрощение регулятора. Указанная цель достигается тем, что регулятор скорости вращения, со державши винтовую пару, винт которой жестко закреплен на валу задающего электродвигателя, а гайка уста новлена на валу объекта регулироваНИН с возможностью осевого перемеще ния , гидроцнлиндр, шток которого закреплен неподвижно, а корпус уста новлен с возможностью осевого перемещения, причем полости гидроцилинд ра соединены с выходами распределительного золотника, вход которого соединен с напорной магистралью, и узел отрицательной обратной связи снабжен усилителем, состоящим из по стоянных дросселей, выполненнь х в в де винтовых канавок на крайних пояс ках распределительного золотника, соединяющих напорную магистраль через два не связанных между собой осевых канала в распределительном золотнике с двумя жестко закрепленными на его среднем пояске трубками с боковыми отверстиями, образующими переменные дроссели с управляю щей вилкой, выполненной в виде закрепленного на неподвижной оси регулируемого по длине рычага, регулч 84 . руемый конец которого расположен мезвду двумя подвижными доньшками жестко закрепленных первых сйльфоМовприемников, соединенных трубопроводами с двумя жестко закрепленными первыми сильфонами-датчиками, между доньшками которых расположена гайка, а узел отрицательной обратной связи выполнен в виде двух вторых сильфонов-приемников меньшего диаметра, жестко закрепленных внутри первых сильфонов-приемников, причем ме}вду подвижными донышками первых и вторых сильфонов-приемников расположены пружины, а вторые сильфоны-приемники соединены трубопроводами с двумя неподвижно установленными вторыми сильфонами-датчиками, на подвижных донышках которых жестко закреплены ролики, контактирующие с регулируемыми клиньями, закрепленными на на- ружной поверхности корпуса гидроцилиндра. Кроме того, peгyлиpye ыe клинья выполнены в виде поворотной планки, жестко зафиксированной на наружной поверхности корпуса гидроцилиндра посредством оси, проходящей через центр поворотной планки, и фиксирующего элемента, например щтифта, проходящего через одно из ряда отвёр- . стий, выполненных на обоих концах поворотной планки по радиусу, проведенному из ее центра, и отверстие в одной из двух пластин, жестко закрепленных на противоположных концах наружной поверхности корпуса гидроцилиндра, причем отверстия на противоположных концах поворотной планки выполнены таким образом, что отверстия на одном из ее кЪнцов расположены относительно отверстий на другом ее конце в промежутках между ними. На фиг. 1 представлена принципиальная схема предлагаемого устройства ; на 4иг. 2 -.механизм обратной связи, вид сверху; на фиг. 3 - то же, вид сбоку. Регулятор скорости вращения (фиг. О содержит датчик скорости I (винтовую пару), состоящий из винта 2, жестко закрепленного на валу задающего электродвигателя 3, гайки 4, способной навинчиваться на винт 2 и свободно перемещаться вдоль вала объекта регулирования, например электрогенератора 5, получающего вращение от вала двигателя (на фиг.) не показан) через передачу 6, и корпуса по шипника 7, который плотно зажат двумя снмметрич но расположенными относительно корпуса подшипника 7 подвижными донышка ми жестко закрепленных первых сильфе нон-датчиков 8, связанных трубопроводами 9 с двумя неподвижно закрепленными и симметрично расположенными относительно регулируемого конца 10 управляющей вилки 11 первыми силь фонами-приемниками 12. Регулируемый конец 10 управляющей вилки 1 1 , установленный на неподвижной оси 13 с возможностью поворота вокруг последней, одним своим концом ввинчивается в управляющую вилку 11, а другой его конец плотно зажат подвижными донышками первых сильфонов-приемников 12. Управляющая вилка 11 образует с труб ми с боковыми отверстиями 14 и 15, жестко закрепленными на среднем пояс ке распределительного золотника 16, переменные дроссели. Рабочая жидкость под давлением к тру&кам с боковыми отверстиями 14 и 15 подводится от напорной магистрали 17 через постоянные дроссели 18 и 19, выполненные в виде винтовых канавок, расположенных на крайних поясках распре делительного золотника 16, осевые не связанные между собой каналы 20 и 21 и поперечные каналы 22 и 23 на среднем пояске распределительного золотника 16. Магистрали 24 и 25 сообщают распределительный золотник с неподви но установленными штоком 26 гидроциливдра, корпус 27 которого непосредственно управляет органом, который изменяет скорость вращения электрогенератора 5 через передачу 6 (не показан), например изменяющим угол атаки лопастей ветродвигателя. На корпусе 27 гидроцилиндра неподвиж но зафиксированы регулируемые клинья 28, плотно контактирующие посредство роликов 29 с двумя симметрично расIположенными относительно гидроцилиндра и жестко закрепленными вторыми сильфонами-датчиками 30, причем ролики 29 жестко связаны с подвижными доньшками последних, которые в свою очередь соединены трубопроводами 31 с вторыми сильфонами-приемни ками 32, неподвижно установленными внутри первых сильфонов-приемников I2. Между подвижными доньшками вторых 32 и первых 12 сильфоновприемников установлены пружины 33. При выполнении клиньев 28 в виде поворотной планки (фиг,2 и фиг.З последняя устанавливается на наружной поверхности корпуса 27 гидроцилиндра при ПОМО1ЦИ оси 34, проходящей через центр поворотной планки 28, с возможностью поворота вокруг последней и фиксируется в одном из возможных положений посредством фиксирующего элемента, например штифта 35, проходящего через одно из ряда отверстий 36 и 37, выполненных на обоих концах поворотной планки 28 по радиусу, проведенному из ее центра, и отверстие в одной из двух пластин 38, жестко закрепленных на противоположных концах наружной поверхности подвижного корпуса 27 гидроцилиндра, причем отверстия 36 и 37 выполнены таким образом, что отверстия 36 расположены относительно отверстий 37 со смещением относительно продольной оси поворотной планки 28, как бы в промежутках между ними, а фиксация последней в одном из возможных положений осуществляется осью 34 и одним фиксирующим элементом, например штифтом 35. Регулятор скорости вращения работает следующим образом. Задающий электродвигатель 3 вращается с постоянной скоростью. При превьппении скорости вращения объектом регулирования, например электрогенератором 5 скорости вращения задающего электродвигателя 3, увеличивается скорость вращения гайки 4 относительно винта 2. В результате этого гайка 4 начнет навинчиваться на винт 2 и сожмет через корпус подшипника 7 правый первый сильфон-датчик 8. При этом рабочая жидкость вытеснится из него и по правому трубопроводу 9 попадет в полость между правым первым сильфоном-приемником 12 и правым вторым сильфоном-приемником 32, в результате чего доньшко правого сильфонаприемника 12 под действием давления рабочей жидкости повернет регулируемый конец 10 управляющей вилки II по часовой стрелке вокруг оси 13, а левый второй сильфон-датчик 30 плотно прижмется своим роликом 29 к левому краю поворотной планки 28 под действием повьппенного давления, действунщего одновременно и на донышко правого второго сильфона-приемиика 32. При (юнороте управляющей пнлки 11 последняя приблизится к трубке с боковым отверстием 14 и удалит.ся от аналогичной трубки 15, увеличив тем самым через каналы 22 и 20 давление в левой- торцовой камере. В результате нарушится равновесие гидравлического моста, образованного постоянными дросселями 18 и 19 и переменными дросселями, состоящими из трубок с боковыми отверстиями 14 и 15 и управляющей вилки 1 I , и распределительный золотник 16 сместится вправо на величину, равную смещению управляющей вилки 11 , открывая доступ рабочей жидкости из напорной магистрали 17 по магистрали 24 к верхней (по чертежу) полости гидроцилиндра, вызвав при этом перемещение корпуса 27/последнего вверх и, как следствие, его воздействие непосредственно на рабочий орган (не показан), например кривощип или рычаг, поворачивающий лопасть ветродвигателя, что приводит к снижению оборотов вала ветроколеса а значит, через передачу 6 и оборото электрогенератора 5. Одновременно пр своем движении вверх корпус 27 гидро цилиндра увлечет за собой зафиксированную в одном из возможных положений поворотную планку 28, которая че рез правый ролик 29 сожмет правый второй сильфон-датчик 30. Вытесненная из него рабочая жидкость под давлением по трубопроводу 3 1 попадет в левый второй сильфон-приемник 32 разожмет его и увеличит давление в полости, образованной левым первым сильфоном-приемником 12 и вторым сильфоном-приемником 32, в результате разожмется и первый сильфон-приемник 12, так как деформация первого сильфона-датчика 8 невозможна в силу жесткой связи последнего с корпусом подшипника 7. Движение корпуса 27 гидроцилиндра вверх будет продолжаться до тех пор, пока усилия, действуюпще на донышки обоих первых сильфонов-приемников 12, вызванные давлением рабочей жидкости, не сравняются и управляющая вилка 11 не займет своего первоначального положения относительно трубок с боковыми отверстиями 14 и 15. В ре зультате этого распределительный золотник 16 также займет первоначал ное положение и доступ рабочей жидко ти из напорной магистрали 17 к гидро цилиндру прекратится, л последний остановится. Это равновесие нлступит в тот момент, когда скорости вращения электрогенератора 5 и задающего электродвигателя 3 выравняются. Коэффициент передачи отрицательной обратной связи можно регулировать, поворачивая поворотную планку 28 вокруг оси 34 и фиксируя ее в одном из возможных положений одним штифтом 35, проходящим через одно из отверстий 36 или 37 в поворотной гшанке 28 и отверстие в одной из пластин 38, причем дпя увеличения количества возможных значений коэффициента передачи отрицательной обратной связи взаимное расположение отверстий 36 и 37 относительно продольной оси поворотной ппанки 28 выполнено со смещением так, что отверстия 37 находятся как бы в промежутках между отверстиями 36. Величина проводимости постоянных дросселей 18 и 19 при смещении распределительного золотника 16 остается постоянной в силу постоянства длин винтовых каналов дросселей, образованных винтовыми канавками, нарезанными таким образом, что жидкость из напорной магистрали 17 может, попасть лишь под торец золотника, и поясков на гильзе распределительного золотника шириной Ь (Фиг . 1)/. Геометрические размеры винтовых канавок выбираются из соотношения li olcpb расход через дроссель; ширина канвки; глубина канавки; шаг винтовой линии; динамический коэффициент вязкости; . средний диаметр винтовой канавки; Ь - ширина пояска на гильзе распределительного золотника; др- перепад давлений на дросселе;Г - показатель степени ()для ламинарного режима течения и () дпя турбулентного. Варьируя величинами b,6 ,t и d , можно по конструктивным или технологическим соображениям выбирать геометрические размеры винтовых канавок в широких пределах. Балансировка дросселей 18.и 19 может быть осуществлена при помощи подстроечных дросселей 39. Подстройка предварительного, каскада усиления производится изменением дпины регулируемого конца 10 управляющей вилки 11, который можно ввинчивать или вывинчивать из последней, а установка начальных зазоров в переменных дросселях, образованных трубками с боковыми отверстиями и управляющей вилкой, может быть осуществлена как тщательной подгонкой размеров управляю щей вилки, так и выполнением звеньев а и с последней подвижными с фик сацией в одном из возможных положений (.не показано) . Учитывая факт, что смещение корпуса подшипника 7 составляет величину порядка нескольких миллиметров, а смещение управляющей вилки нескольких десятых доле миллиметра, необходимо обеспечить редукцию перемещения от первых сильфоновдатчи сов 8 к первым сильфонам-прием никам 12, что достигается соответствующим подбором диаметров сильфонов. Действительно, при деформации например, правого первого сильфона-датчика 8 его донышко переместит ся на величину X,) , вызвав при этом изменение объема последнего на в личину AV, X,- F,, ID F -.-- - эффективная площадь вого сильфона-датчика 8. Такой же объем рабочей жидкости по трубопро воду 9 поступит в полость между пр вым первым сильфоном-приемником 12 и вторым сильфоном-приемником 32, вызвав смещение доньщгка первого си фона-приемника 12 на величину X,, в то время как доньшко второго сил ф&на-приемника 32 останется неподв ным, так как движение гидроцилиндр еще не началось, т.е. можно записа AV, Х F,, где F -т- - эффективная площадь пер вого сильфона-приемника 12. Тогда получим - с -, г. 1 FI 4ЛВ D ,.., -, ; где 1 - передаточное число указанной передачи. При уменьшении скорости вращения электрогенератора 5,т.е. когда обороты ветродвигателя упали ниже требуемого значения, определяемого оборотами задающего электродвигателя 3, впаимодействие элементов регулятора скорости вращения соверщается в обратном порядке. Предлагаемый регулятор скорости вращения поддерживает постоянной скорость вращения ветряных, авиационных и других двигателей, что достигается соответствующим подбором объекту регулирования задающего электродвигателя. При этом мощность задающего электродвигателя значительно снижена благодаря наличию сравнительно простого в изготовлении предварительного каскада усиления, переменные дросселя которого выполнены в виде трубок с боковыми отверстиями, а их настройка осуществляется щупом, введенным в зазор.между трубками и подвижными звеньями а и с, которые после установки фиксируются в нужном положении. Кроме того, выполнение постоянных дросселей этого к аскада в виде винтовых канавок позволяет повысить надежность и быстродействие регулятора скорости вращения . При этом в регуляторе скорости вращения существует возможность передачи управляющих сигналов и сигналов отрицательной обратной связи на расстояние, что в некоторых случаях, например при поддержании скорости вращения ветроколеса ветроустановки постоянной, крайне необходимо ввиду пространственной рассредоточенности агрегатов и узлов последнего. 7

ue. 1 s 4

Фиг. 2

Фиг.З