Гидравлический регулятор Советский патент 1984 года по МПК G05D16/06 

Изобретение относится к области автоматического регулирования и может быть использовано в гидравлическом оборудовании металлорежущих станков, например в гидростатических опорах шпинделя.

Известен гидравлический регулятор в виде делителя расхода, гидравлические сопротивления которого образованы двумя оппозитными соплами и расположенной между ними на упругом подвесе заслонкой lJ.

Недостатком такого регулятора является то, что в устройстве нельзя использовать непосредственно для управления делителями гидравлические сигналы в виде давления жидкости или газа.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является гидравлический регулятор, содержащий корпус с двумя камерами управления и с камерой, в которой установлены ,два сопла с рабочими отверстиями и заслонка, закрепленная на упругом подвесе между двух сопел L2.

Однако камеры управления описанного регулятора образованы помимо упругого мембранного подвеса соединенными с ней и со стенками корпуса сильфонами, требующими применения пайки. Это усложняет конструкцию и изготовление, делает регулятор неразъемньм, что исключает возможность изменения его характеристик, а также снижает его динамические характеристики. Помимо этого, известный регулятор не может быть использован в качестве сумматора расхода и регулируемого сопротивления, что ограничивает его функциональные возможности.

Цель изобретения расширение функциональных возможностей, упрощение и повышение динамических характеристик регулятора.

Поставленная цель достигается тем что в гидравлическом регуляторе, содержащем корпус с двумя камерами управления и с камерой, в который установлены два сопла с рабочими отверстиями и заслонка, закрепленная н упругом подвесе мезвду двух сопел, упругий подвес выполнен в виде стержня, который центрально закреплен в заслонке, проведен с радиальным зазором через рабочие отверстия сопел, а концы стержня закреплены в мембранах, при этом каждая камера управления образована соответствующей мембраной и корпусом.

На фиг..1 изображен регулятор в качестве делителя расхода в схеме управления гидроципиндром двухстороннего действия в функции нагрузки на гидростатическую опору; на фиг.2 регулятор в качестве делителя давления; на фиг. 3 - два регулятора, объединенные в мостовую схему; на фиг. 4 - регулятор, используемый в качестве регулируемого сопротивления на фиг. 5 - разрез А-А на фиг. 4.

Гидравлический регулятор содержит корпус 1 с двумя камерами, 2 и 3 управления и с камерой 4, в которой установлены два сопла 5 и 6 с рабочими отверстиями 7 и 8, и заслонку 9 закрепленнзпо на упругом подвесе между двух сопел. Упругий подвес вьшолнен в виде стержня 10, который центрально закреплен в заслонке 9, проведен с радиальным зазором 11 через рабочие отверстия 7 и 8 сопел 5 и 6, а концы 12 и 13 стержня 10 закреплены в мембранах 14 и 15, при этом камера 2 управления образована мембраной 14 и корпусом 1, а камера 3 управления - мембраной 15 и корпусом 1 Между соплами выполнен зазор11 К 2Й.

При использовании регулятора в качестве делителя расхода (фиг. 1) камера 4 соединена через канал 16 с источником давления Рц, а рабочие отверстия 7 и 8 сопел 5 и 6 через каналы 17 и 18 - с полостями потребителя, в данном случае соответственно с полостями 19 и 20 гидроцилиндра 21. Камеры 2 и 3 управления соединены каналами 22.и 23 с источником управляющих сигналов, в данном случае соответственно с карманами 24 и 25 гидростатической опоры 26, в которой располсжено тело 27. Гидроцилиндр 21 содержит порщень 28, щтоки которого расположены в направляю1Щ1Х втулках 29 и 30 со ступенчатыми отверстиями и образуют с ними ступенчатые гидростатические опоры. В регуляторе для настройки суммарного осевого зазора установлено проставочное кольцо 31. Соотношение можно настраивать за счет высоты сопел 5 и 6.

При использовании регулятора в мостовой (фиг. 3) он имеет камеру 32, сое 1иненную с давлением Pj , канал 33, соединенный со сливом канал 34, соединенный с каналом 17, и канал 35, соединенный с каналом 18 При использовании регулятора в ка честве управляемого сопротивления (фиг. 4 и 5) он имеет ограничитель 36 хода заслонки 9. Гидравлический регулятор в режиме делителя расхода работает следующим образом. Рабочая среда под давлением Р по ступает через канал 16 в камеру 4, откуда, дросселируясь в гидравлических сопротивлениях щелей Н ) и Н, образованных торцами заслонки 9 сопе 5 и 6, попадает в рабочие отверстия 7 и 8 сопел. Из рабочих отверстий сопел 5 и 6 по каналам 17 и 18, рабочая среда поступает в рабочие поло ти 19 и 20 гидроцилиндра 21 откуда дросселируясь в ступенчатых зазорах гидростатических опор штоков, вьрсоди на слив. Одновременно давление в несущих карманах 24 и 25 гидростатической опоры 26 по каналам 22 и 23 действует в камерах управления на мембраны 14 и 15. В исходном положении при нагрузке Р|.0 на тело 27 давления в карманах 24 и 25 опоры 26 и в камерах 2 и 3 управления делителя расхода равны и, следовательно, заслонка 9 занимает среднее положение между соплами (.Н). Сопротивления де лителя расхода равны, поэтому поршень 28 цилиндра 21 тоже занимает (Среднее положение, при котором равны сопротивления щелей гидростатических опор штоков. Сопротивления делителя расхода, и опор ютрков образуют мостовую схему, в диагональ которой включены полости гидроцилицдipa, который, вместе.с делителем расхода образует автоматический мост. Под действием нагрузки Р на тело 27 в кармане 24 давление падает, а в кармане 25 - повьшшется. Под действием возникающей разности давлений на мембраны 14 и.. 15 стержень 10 с заслонкой 9 смещаются вдоль оси нале во, при этом , изменяется соотношение плеч, моста и поршень 28 смещается влево до тех пор, пока в мосте не установится новое равновесие. Поршень 28 смещается от среднего положения тем больше, чем больше значение силы Р. Направление этого смещ ния зависит от направления силы Р: согласно схеме на фиг.. J, при-дейстВИИ силы Р вниз поршень 28 смещается влево, а при действии силы Р вверх вправо. Таким образом, делитель расхода позволяет управлять перемещением поршня в функции силы Р. Предлагаемый регулятор можно также использовать в качестве управляемого сумматора расхода или делителя давления (потенциометра). Например, для использования в качестве сумматора расхода в мостовой схеме канал 16соединяют со сливом, а каналы 17и 18 - с полостями потребителя (или потребителей). Для использования в качестве делителя (потенциометра) один из каналов 17 (18) соединяют с источником давления, а другой со сливом. При этом канал 16 соединяют с полостью потребителя. Для примера, на фиг. 2 показан регулятор в режиме управляемого делителя давления.(потенциометра), регулирующего давление в рабочей полости гидроцилиндра одностороннего действия. В этом случае источник управляющих сигналов, например гидростатическг1Я опора 26, соединен каналами 22 и 23 с камерами 2 и 3 управления регулятора, рабочие отверстия сопел 5 и 6 - с каналами 17 и 18 соединены соответственно со сливом и с источником давления Р, а камера 4 каналом 16 соединена с полостью 19 гидроцилиндра 21 одностороннего действия, содержащего поршень 28. В исходном положении, т.е. когда соотношение зазоров Н ун., определяющих сопротивления регулятора, может быть любым (его определяют высоты сопел 5,6 и мембран 14, 15). Например H., даже И. 0. В этом случае при включенном давлении Р и равенстве давлений в камерах 2 и 3 давление в полости 19 гидроцилиндра 21 практически равно нулю. Давление в рабочем отверстии сопла 6 равно Р,, , давление в рабочем отверстии сопла 5 приблизительно равно 0. При этом разность давления в рабочих отверстиях сопел 5 и 6- практичес1си не действует на заслонку 9, если эффективше площади мембраны 14 и рабочего отверстия сопла 5, мембраны 15 и рабочего отверстия сопла 6 равны, поскольку заслонка 9 и мембраны 14 и 15 расположены по разные стороны сопел 5 и 6. В любом случае, действие авления на заслонку 9 может.быть очень мало и его величину можно настраивать, например, для введения обратных связей в широких пределах за счет изменения соотношения упомянутых эффективных площадей. При формировании управляющего сиг нала в виде разности действующих на мембраны 14 и 15 давлений в камерах 2 и 3 управления, например при действии нагрузки PJ. на гидростатическую опору 26, заслонка 9 смещается влево тем больше, чем больше разность давления в камерах 2 и 3. При этом меняются соотношения зазоров H/I/H и определяемых этими зазорами гидросопротивлений. Пропор1шонально соотношению сопротивлений делится давление Р, и меняется давление в камере 4 а также равное ему давление в полости 19 гидроцшшндра. Когда разность давлений в камерах 2 и 3 увеличится настолько что заслонка 9 приближается к соплу 5 (НлйО) , давление в камере 4 становится равным давлению в полости 19 гидроцилиндра и давлению Р и цшшндр 21 развивает максимальное усилие. Таким образом можно управлят давлением в полости 19 в максимально широком диапазоне в функции, например, нагрузки Р на опору 26. Такие регуляторы можно соединять в мостовые схемы. Например, управляе мый мост могут образовать два регулятора в качестве делителей давления или два регулятора, один из которых используется в качестве делителя расхода, а другой - в качестве сумматора расхода. Регуляторы, образукичие- мостовую схему, могут быть собр1аны в одном корпусе, причем так, что одна камера управления может управлять всеми четырьмя плечами мостовой схемы. ha фиг. 3 показана мостовая.схема образованная двумя регуляторами: левым - в качестве делителя расхода и .правым - в качестве сумматора расхода. В камеру 32 между двумя смежными мембранами двух регуляторов подают управляющие давление Р. Канал 16 ле вого регулятора соединен с источником питания (давление Р), а канал 33 правого регулятора - со сливом (давление Pg ). Рабочие отверстия сопел обоих регуляторов соединены так (канал 17 с каналом 34, канал 18 с каналом 35), что четыре гидросопротивления между заслонками и соплами регуляторов образуют мост, давление 1 в выходной диагонали которого изменяется в функции PIJI . Если в устройстве на фиг..3 -каналы 18 и 35 соединить с насосом (давление P,j|), каналы 1,7 и 34 г- со сливом (давление 1), а каналы 16 и 33 с полостями потребителя, то получим мостовую схему,, образованную регуляторами в качестве делителей давления, так что давление Р в выходной диагонали между каналами 16 и 33 изменяется в функции Р.. Регулятор, включенный в качестве делителя расхода, можно использовать и в качестве управляемого сопротивления. Для этого оба его сопротивления, образованные заслонкой и соплами, соединены .параллельно и образуют одно управляемое в функции перемещения заслонки суммарное сопротивление, максимальное значение которого- имеет место при среднем положении заслонки, а минимальное - при крайних Чтобы обеспечить монотонное.управляемое изменение сопротивления, на одн(ж из торцов (фиг. 4 и 5) сопла шш заслонки, образующих одно из двух сопротивлений регулятора, выполнены ограничители 36 движения заслонки, равные высоте зазора меяпу упомянутыми горцами при среднем положении заслонки. В данном примере ограничители 36 выполнены на торце сопла 5. В исходном положении заслонка 9 может быть прижата к торцу сопла 6 или к ограничителям 36 на сопле 5. При перемещении сопла между крайними положениями суммарное сопротивление монотонно изменяется между двумя пределами в четыре раза. Чтобы регулятор, включенный по схеме делителя расхода, использовать в.качестве монотонно управляемого сопротивления, можно использовать только одно из двух его сопротивлений, перекрыв поток через другое, например, закрыв канал 17 (фиг. 1). В этом случае используется только тракт между каналами 16 и t8. При этом Сопротивление. этого тракта мшсно менять от бесконечно большого до любого конечного значения. Предлагаемый гидрорегулятор прост в изгЬтовлении- (герметичность полостей обеспечивается без пайки и сильфонов), имеет расширенные функциональные возможности (может работать в

{Качестве делителей расхода и давления,сумматора расхода, регулируемого со Противления, может легко встраиваться и комбинироваться различным образом в мостовые , имеет повышенные динамические характиристики благодаря отсутствию сильфонов.

ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РЕГУЛЯТОР, содержа1ф1й корпус с двумя камерами управления и с камерой, в которой установлены два сопла с рабочими отверстиями и заслонка, закрепленная на упругом подвесе между двух сопел, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, упрощения и повышения динамических характеристик регулятора, упругий подвес выполнен в виде стержня, который центрально закреплен в заслонке, проведен с радиальным зазором через рабочие отверстия сопел, а концы стержня закреплены в мембранах, при этом калздая камера управления образована соответствующей мембраной и корпусом.

Фа9,4

Pff

56 LJL

A-A

Фиг,5